Порядок проведения эксперимента
Лабораторная работа №6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЁМКОСТИ ПРОЦЕССА ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В РЕЖИМЕ ВЫКОЛА НА ГРАВИТАЦИОННОМ КОПРЕ
Целью работы является экспериментальное определение удельной энергоемкости хрупкого разрушения поверхности горной породы выколом при различных энергиях удара на гравитационном копре.
Теоретические предпосылки
Вид разрушения горных пород выколом с поверхности в режиме внедрения породоразрушающего инструмента имеет широкое распространение и реализуется во многих технологических процессах: при бурении скважин, проходке горних выработок механическими агрегатами, выемке полезных ископаемых. Этот процесс характеризуется большими энергетическими и материальными затратами и по этой причине его изучению уделяется значительное внимание. Учитывая широкое распространение на практике процесса разрушения горных пород даже незначительное усовершенствование, направленное, например, на снижение энергоемкости разрушения, приводит к ощутимой экономической отдаче.
Несмотря на большое количество экспериментальных исследований, и теоретических работ в этой области, следует отметить, что возможности совершенствования средств разрушения далеко не исчерпаны и многие вопросы остаются открытыми. В настоящее время стало ясно, что единого оптимального механизма разрушения горных пород и режима механического нагружения не существует и, следовательно, в каждых конкретных условиях необходимо осуществлять поиск лучших условий разрушения. Иными словами, для каждой разновидности горных пород существует свой наилучший режим разрушения, соответствующий минимальным удельным энергозатратам.
|
|
|
Удельная энергоемкость разрушения характеризует отношение энергозатрат к объему выкола породы. Размерность показателя - Дж/м3.
Перечислим основные параметры, оказывающие влияние на энергоемкость разрушения:
а) физико-технические свойства горной породы, в том числе:
- пределы прочности на сжатие, растяжение, сдвиг;
- вязкость разрушения;
- упругопластические параметры (модуль упругости, пластичность, коэффициент Пуассона);
в) физико-технические свойства породоразрушающего инструмента (индентора), внедряющегося в породу, в том числе:
- твердость;
- хрупкость или пластичность;
- пределы прочности на сжатие, растяжение, сдвиг;
с) технологические параметры разрушения, в том числе:
- энергия удара;
- масса ударника;
- скорость удара;
- форма и площадь контакта породоразрушающего инструмента (индентора), внедряющегося в породу.
Таким образом, для решения задачи по оптимизации процесса разрушения пород выколом необходимо создать возможность управления каким-нибудь из вышеперечисленных параметров. Наиболее легко управляемым параметром является энергия единичного удара и форма индентора. Экспериментальному определению оптимального режима разрушения горной породы выколом посвящена данная лаборатория работа.
|
|
|
Экспериментальная установка
Экспериментальная установка представляет собой гравитационный копер, в основании которого имеется массивная платформа 1 (рис.1).
Груз с индентором 3 имеет возможность вертикального перемещения по направляющим 4. Горная порода 5 устанавливается на платформе 1. Высота сбрасывания Н индентора 3 с грузом 2 измеряется встроенной мерной линейкой 6 и определяется как расстояние, которое проходит центр масс груза с индентором до момента соприкосновения индентора с поверхностью горной породы. В экспериментальной установке предусмотрена возможность изменения массы груза 2, высоты его сбрасывания на породу 5 с помощью механизма 7 и замена индентора 3.
Энергия единичного удара определяется по формуле:
Дж, (6.1)
|
|
|
где m - масса груза, кг;
g- величина ускорения свободного падения, g= 9,81 м/с2 ;
H - высота центра масс при сбрасывании груза с индентором, м.
Рисунок 6.1. Гравитационный копёр: 1- платформа; 2 – груз;
3 – твёрдосплавный индентор; 4 – направляющие копра; 5 – образец горной породы; 6 – мерная линейка; 7 – спусковой механизм.
Удельную энергоемкость разрушения определяют из выражения:
, Дж/м3, (6.2)
где V – объём лунки выкола горной породы, м3
Объем лунки выкола определяется с помощью пластилина, которым сначала заполняют лунку выкола, затем пластилин вынимают лунки, взвешивают с точностью до 0,001г и вычисляют этот объём по формуле:
, м3, (6.3)
где 
- плотность пластилина, кг/м3
Порядок проведения эксперимента
Выбранную горную породу по согласованию с преподавателем размещают на платформе 1 гравитационного копра. Устанавливают груз массой m и индентор. В ходе эксперимента груз с индентором сбрасывают на поверхность горной породы с высоты Н, которая изменяется в пределах от 0,1 м до 1.7 м. Рекомендуемый шаг последовательного увеличения высоты - 0,2 м. Таким образом, в эксперименте принимается следующий ряд высот сбрасывания груза:
|
|
|
Н = 0.1; 0,3; ... ; 1,7 м.
Каждый эксперимент с одной высоты сбрасывания груза повторяют два раза. Это позволяет в данной экспериментальной серии получить 18 значений показателя удельной энергоемкости разрушения выколом.
Результаты экспериментов заносят в протокол.
Таблица6.1 Протокол определения удельной энергоёмкости разрушения горных пород выколом
| № п/п | Горная порода | Масса индентора ми, кг | Масса груза с инден-тором, мг, кг | Высота сбрасывания груза с индентором, Н, м | Энергия удара, Е, Дж | Объем лунки выкола V , м3 | Удельная энергоёмкость разрушения, Э, Дж/м3 |
| 1 | |||||||
Обработка результатов.
Конечной целью экспериментов первой серии является построение зависимости энергоемкости разрушения от энергии удара Э=f(E), которая явно имеет экстремальный характер. Действительно, при малых энергиях удара разрушения не происходит и, следовательно, удельная энергоемкость процесса равна бесконечности. С другой стороны, при очень больших энергиях удара объем лунки выкола увеличивается непропорционально энергозатратам и имеет некоторое ограничениев связи с непроизводительным переизмельчением породы. Поэтому энергоемкость увеличивается.
Результаты выполненных экспериментов представляют в виде графической зависимости и формулируют главный вывод:
"При разрушении горной породы ... (указать какой) выколом с использованием груза массой m=... кг, индентора в виде ..... (описать его форму) минимальная удельная энергоемкость разрушения достигается при энергии удара Е=... Дж и составляет Э=… Дж/м3"
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 179; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!