БВР лаба№1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет

Им. Т. Ф. Горбачева»

Кафедра строительства подземных сооружений и шахт

Лабораторная работа №1

«Определение энергоемкости разрушения пород»

Выполнил: ст.гр. ГП-092

Стрекатов Е.А.

Проверил: доцент

Дерюшев А.В.

Кемерово 2013

Определение энергоемкости разрушения пород

1 Цель работы

Целью работы является изучение одного из способов определения энергоемкости разрушения горных пород и методики обработки экспериментальных данных с использованием способа наименьших квадратов.

2 Теоретические основы

Современные технологические процессы добычи полезных ископаемых неразрывно связаны с отделением части горной массы от целого массива и ее дроблением до необходимой крупности различного рода ударными нагрузками.

Дробление породы сопровождается увеличением обнажен- ной поверхности кусков отбитой горной массы. Способность породы сопротивляться разрушению под воздействием ударных нагрузок может быть оценена по величине обнаженной поверхности.

Знание энергоемкости разрушения горных пород необходимо для проектирования различных технологических процессов горного производства и для определения основных энергетических характеристик проектируемых горных машин. В лабораторных условиях энергоемкость разрушения горных пород может быть определена методом дробления образцов породы действием падающего груза на ударном копре (рис. 1).

Расчет энергоемкости разрушения горной породы Э,Дж/см², производится по формуле

(1)

где А – энергия удара, Дж; S_н – начальная поверхность образца до его разрушения, см²; S_к – суммарная конечная поверхность всех кусков породы после дробления образца, см².

Энергия удара (Дж), затраченная на разрушение породы, определяется из выражения

(2)

где Q – масса сбрасываемого груза, кг; h – высота сбрасывания груза, м;

g – ускорение свободного падения; k – количество сбрасываний груза.

Поверхность образца, см², взятого для испытания, может

быть условно принята как поверхность шара и определена по формуле

, (3)

где d_н – диаметр (средняя величина из трех замеров по взаимно перпендикулярным осям) испытуемого образца до его разрушения.

Представим объём образца, как объём шара:

, (4)

, (5)

где P_H – масса фракции, гр.; γ – плотность образца породы, г/см³

1 – направляющие копра с делениями;

2 – падающий груз;

3 – боек;

4 – ступка;

5 – горная порода;

6 – станина

Рис. 1-­­­­ Установка для дробления породы

Общая поверхность кусочков после разрушения образца будет равна сумме поверхностей отдельных кусочков. Для определения этой поверхности нужно знать количество кусочков после дробления и их диаметры.

Для определения диаметра кусочков и их количества расчетным методом разрушенная порода рассеивается на 3 фракции через систему сит. Диаметр кусочков крупной фракции, оставшейся на верхнем сите 1, определяется путем обмера наибольшего кусочка, а за наименьший принимается диаметр отверстия верхнего сита. Средний диаметр всех кусочков определяется как средняя величина между наибольшим и наименьшим кусочками. За диаметр частиц 2-й и 3-й фракций принимается средняя величина диаметра отверстий верхнего сита и сита, на котором данная фракция задержалась. Каждая фракция взвешивается на аналитических весах.

Количество кусочков каждой фракции определяется делением массы фракций на вычисленную через диаметр массу одного кусочка.

(6)

где P_i – масса фракций, г; V_i – объем одного кусочка данной фракции, см³; γ – плотность породы, г/см³.

Средний объем одного кусочка i-й фракции будет равен

, (7)

Тогда количество кусочков в каждой фракции составит

, (8)

Суммарная поверхность кусочков после дробления образца может быть определена из выражения

, (9)

где n₁, n₂, n₃ – количество кусочков каждой фракции; d₁, d₂, d₃ –принятые диметры кусочков фракций, см.

Подставив значения n₁ в выражение для определения S_k, получим

, (10)

Таким образом, вновь образованная поверхность определится как

, (11)

Отсюда энергоемкость разрушения породы (Дж/см²) может

быть рассчитана по формуле

, (12)

3 Методика выполнения работы

Лабораторная работа по определению энергоемкости разрушения породы состоит из следующих этапов:

1. Записи в тетради основных теоретических положений и подготовки таблиц по определению энергоемкости разрушения породы.

2. Определения диаметра и массы образцов породы, взятых для испытания (Р_н, d_н).

3. Дробления породы на копре методом сбрасывания груза

(10 кг с высоты 0,5 м). Количество сбрасываний груза зависит от степени дробления образцов породы.

4. Рассеивания разрушенной породы на фракции, определения среднего диаметра кусочков каждой фракции (d₁, d₂, d₃).

5. Взвешивания каждой фракции (Р₁, Р₂, Р₃).

6. Заполнения табл. 1 данными экспериментов.

7. Аналитического определения энергоемкости разрушения испытуемых пород и построения графика зависимости Э от γ.

Рис. 2 - График зависимости Э от γ

γ, г/см³

Рис. 3 - График зависимости Э от γ

Расчеты:

1 - алевролит , 2 - песчаник , 3 - мрамор , 4 - уголь.

1.Средний радиус образца до разрушения, средний диаметр образца до разрушения:

R₁== 1,54см , d1=2*1,54=3,08 см;

R₂== 1,34см, d₂=2*1,34=2,68см;

R₃== 1,33см , d3=2*1,33=2,66см;

R₄== 1,64см , d₄=2*1,64=3,28см;

2.Начальная поверхность образца:

S₁=3,14*3,08²=29,79 см²;

S₂=3,14*2,68²=22,55 см²;

S₃=3,14*2,66²=22,22 см²;

S₄=3,14*3,28²=33,78 см²;

3.Затраченная энергия:

А₁=10*9,81*0,5*5=245,25 Дж;

А₂=10*9,8*0,5*5=245,25 Дж;

А₃=10*9,8*0,5*5=245,25 Дж;

А₄=10*9,8*0,5*3=147,15 Дж;

4. Энергоемкость:

Э₁= 245,25/{6/2,62[18,62/1,02+3,66/0,275+22,19/0,07]-29,79}=0,39 Дж/см²;

Э₂= 245,25/{6/2,68[7,94/0,71+3,06/0,275+15,93/0,07]-22,55}=0,46 Дж/см²;

Э₃= 245,25/{6/2,68[4,62/0,74+1,34/0,275+ 20,28/0,07]-22,22}=0,38 Дж/см²;

Э₄= 147,15/{6/1,43[5,14/0,73+1,50/0,275+19,92/0,07]-33,78}=0,12Дж/см².

Таблица 1 – Исходные данные и полученные значения эксперимента

Номер опыта	Характеристика образца породы до разрушения				Масса фракций, г				Средний диаметр фракций, см			Число сбрасываний, k	Высота сбрасывания, h, м	Затраченная энергия, A, Дж	Энергоемкость разрушения, Э ,Дж/см2.
	Наименование породы	Масса породы, РН, г	Объемная масса, γ, г/см3	Начальная поверхность, SH ,см2		Р1	Р2	Р3	d1	d2	d3
1	алевролит	40,14	2,62	29,79		18,62	3,66	17,82	1,02	0,275	0,07	5	0,5	245,25	0,39
2	песчаник	26,94	2,68	22,55		7,94	3,06	15,93	0,71	0,275	0,07	5		245,25	0,46
3	мрамор	26,24	2,68	22,22		4,62	1,34	20,28	0,74	0,275	0,07	5		245,25	0,38
4	уголь	26,64	1,43	33,78		5,14	1,50	19,92	0,73	0,275	0,07	3		147,15	0,12