fizika_gp

61

Таблица 4.1 – Размеры и вместимость мерного сосуда для определения насыпного веса пород

3.3 Оборудование, приборы, инструменты

1.Мерные сосуды.

2.Весы с разновесами.

3.Линейка.

4.Штангенциркуль.

3.4 Порядок выполнения работы

1.В мерный сосуд засыпать до верха (с излишком) разрыхленную породу (измельчение испытуемой пробы породы во время эксперимента не допускается).

2.Излишек породы сбросить на поднос линейкой, касаясь ею торца сосуда.

3.Взвесить сосуд с засыпанной в него породой (Р).

4.Высыпать породу и взвесить пустой сосуд (Gc).

5.В указанной последовательности (см. пункты 1, 2, 3, 4) повторить эксперимент 3 раза, используя для этого каждый раз новую пробу.

6.Насыпной вес определить как среднее арифметическое результатов трех измерений.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 4.2.

62

Таблица 4.2 – Результаты измерений и вычислений насыпного веса и коэффициента разрыхления горных пород

1

2

…

i

…

n

3.5 Обработка результатов эксперимента, составление отчёта

1. Вычислить значения насыпного веса для всех трех опытов

γн = Р - Gc . V

2. Определить среднее арифметическое насыпного веса

γн = γн1 + γн2 + γн3 . 3

3. Подсчитать коэффициент разрыхления породы, используя ранее известное значение объемного веса испытуемой породы у

γ

kр = γн .

3.6 Вопросы для самопроверки

1.Что называется насыпным весом разрыхленных горных

пород?

2.Какие факторы влияют на величину насыпного веса горных пород?

3.Какими способами можно добиться увеличения насыпного веса горной породы?

4.В каких горнотехнических расчетах используется коэффициент разрыхления горных пород?

5.Каков порядок определения насыпного веса горной породы?

6.Какие значения может принимать коэффициент разрыхления?

63

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА И КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ РАЗРЫХЛЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

4.1 Цель работы

Изучение методов определения угла естественного откоса, угла обрушения и коэффициента трения разрыхленных горных пород.

4.2 Теоретические основы работы

Угол естественного откоса φ – это угол между свободной поверхностью рыхлой горной массы и горизонтальной плоскостью. Угол естественного откоса зависит от коэффициента трения, шероховатости частиц породы, ее увлажнения, гранулометрического состава и плотности. Самым простым способом определения угла естественного откоса является определение с помощью жестяного цилиндра без дна: высота цилиндра 1м (или 1 дм), площадь основания 1 м2 (или 1 дм2). Диаметр цилиндра будет равен 1,13 м (или 1,13 дм), а объем 1 м3 (или 1 дм3). В цилиндр засыпают исследуемую породу и медленно его поднимают, после чего измеряют высоту образовавшегося конуса (рис. 5.1).

Другой прибор, используемый для определения угла естественного откоса, представляет собой ящик с двумя застекленными стенками. Поставленный на торец ящик засыпают породой примерно наполовину его вместимости. После опрокидывания ящика на длинную сторону порода располагается под углом естественного откоса. Рассмотренные способы формирования свободной поверхности основаны на насыпании откоса разрыхленных горных пород падающими или скользящими сверху частицами горной массы. Различают также способ образования свободной поверхности обрушением, при котором откос образуется в толщине разрушенной горной массы в результате ее сдвижения (рис 5.2). В связи с процессами уплотнения и слеживаемости раз-

65

Кроме указанных параметров разрыхленные горные породы характеризуются коэффициентом и углами трения, между которыми существует зависимость

kтр = tgα ,

где kтр – коэффициент трения; α – угол трения.

Различают коэффициент трения покоя и коэффициент трения движения. Величину коэффициента трения покоя определяют с помощью трибометра – прибора, имеющего плоскость скольжения, угол наклона которой можно изменять от 0º до 90º (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Трибометр для лабораторного определения коэффициента трения горных пород

4.3 Оборудование, приборы, инструменты

1.Полый цилиндр (без дна).

2.Масштабная линейка.

3.Прибор для определения угла естественного откоса при обрушении.

4.Трибометр.

5.Угломер.

6.Измерительная стойка.

66

4.4 Порядок выполнения работы

4.4.1 Определение с помощью полого цилиндра

1.На горизонтальную платформу поставить цилиндр без дна.

2.Насыпать в цилиндр породу, подлежащую испытанию.

3.Медленно поднять цилиндр с целью образования конуса высыпавшейся породой.

4.Измерить высоту и диаметр образовавшегося конуса. Результаты опыта занести в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Результаты измерений и вычислений насыпного веса и коэффициента разрыхления горных пород с помощью полого цилиндра

1

2

…

i

…

n

4.4.2 Определение с помощью ящика с выпускным отверстием

1.Закрыть задвижку выпускного отверстия и разрыхленную породу засыпать в ящик до уровня Н.

2.Вытянуть осторожно задвижку из отверстия (диаметр d3).

3.Замерить высоту h и диаметр образовавшегося конуса отсыпки. Для измерения высоты использовать измерительную стойку, величина диаметра измеряется в двух взаимно перпендикулярных направлениях посредством нанесенной на дно ящика сетки.

4.Измерить верхний диаметр D образовавшейся воронки вы-

пуска.

5.Выполнить опыт при пяти различных уровнях Н песка в ящике или пяти различных диаметрах отверстия d3 в задвижке и

67

полученные результаты свести в таблицу 5.2.

6. Установить зависимость угла естественного откоса при обрушении φобр от высоты слоя породы в ящике Н, а также величину угла естественного откоса φ образовавшейся отсыпки от диаметра выпускного отверстия d3.

Таблица 5.2 – Результаты измерений и вычислений насыпного веса и коэффициента разрыхления горных пород с помощью ящика с выпускным отверстием

4.4.3 Определение коэффициента трения пород с помощью ящика трибометра

1.Покрыть плоскость скольжения трибометра материалом, во взаимодействии с которым необходимо определить коэффициент трения горной породы.

2.Расположить плоскость скольжения трибометра горизонтально и поместить на нее подготовленную пробу горной породы.

3.Осторожно поднимать плоскость скольжения до тех пор, пока начнется скольжение пробы.

4.Определить угол трения с помощью угломера или по шкале, которой снабжен трибометр.

5.Опыт повторить при различных материалах плоскости скольжения и полученные результаты свести в таблицу 5.3.

4.5 Обработка результатов эксперимента, составление отчёта

1. Объем горной массы как в форме цилиндра, так и в форме

68

конуса остается одним и тем же

Таблица 5.3 – Результаты измерений и вычислений коэффициента трения горных пород с помощью трибометра

1

2

…

i

…

n

2. Диаметр образовавшегося конуса зависит от его высоты

d= 2hк .

кtg

3.Угол естественного откоса можно вычислить по формуле

4. Угол естественного откоса при обрушении вычисляется по формуле

2H

tgφобр = D - d3 .

69

5. Угол естественного откоса в образовавшемся конусе будет

2h tgφ = d .

6. Коэффициент трения разрушенной горной массы о поверхность скольжения вычисляется по углу скольжения α:

kтр = tgα .

4.6 Вопросы для самопроверки

1.Что называется углом естественного откоса?

2.Какие факторы влияют на величину угла естественного откоса?

3.Как зависит угол естественного откоса при обрушении от уровня разрушенной горной массы?

4.В каких горнотехнических расчетах используется величина угла естественного откоса?

5.В каких горнотехнических расчетах используется коэффициент трения горных пород?

70

Лабораторная работа № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ СЫПУЧЕЙ ГОРНОЙ ПОРОДЫ

5.1 Цель работы

Определение давления сыпучего тела на опорную плоскость и коэффициента зацепления в зависимости от параметров условного столба сыпучих горных пород.

5.2 Теоретические основы работы

Образование зацеплений между частицами зависит как от степени шероховатости поверхности, так и от степени твердости поверхностей соприкасающихся частиц. Выступы поверхности более твердой частицы вдавливаются в более мягкую частицу, что и обусловливает наличие механических сил, возникающих в отдельных зацеплениях.

В расчетах петромеханики принимается единый, экспериментально устанавливаемый, коэффициент зацепления, так как численные величины коэффициентов трения, сцепления и механического зацепления для большинства пород определить практически невозможно.

Величина силы зацепления характеризуется суммой сил трения, сцепления, механического зацепления, развиваемых по определенной поверхности зацепления, Перемещение отдельных частей массива не происходит до тех пор, пока сдвигающие силы не превзойдут по величине силы зацепления.

Коэффициент зацепления – отношение развиваемых сил зацепления к величине поверхности зацепления

kз = Fзац .

Sзац

На практике для большинства горных пород определить величину поверхности зацепления невозможно. В расчетах она