RU2790335C1 - Method for determination of strength of carbon substance - Google Patents
Method for determination of strength of carbon substance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790335C1 RU2790335C1 RU2021122960A RU2021122960A RU2790335C1 RU 2790335 C1 RU2790335 C1 RU 2790335C1 RU 2021122960 A RU2021122960 A RU 2021122960A RU 2021122960 A RU2021122960 A RU 2021122960A RU 2790335 C1 RU2790335 C1 RU 2790335C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strength
- coal
- determination
- load
- fractions
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к физико-механическим испытаниям материалов, имеющих хрупкий характер разрушения, а точнее к определению прочностных характеристик угольного вещества высокой степени нарушенности и может быть использовано для установления критериев устойчивости подготовительных выработок.The invention relates to physical and mechanical testing of materials with a brittle nature of destruction, and more precisely to the determination of the strength characteristics of a highly damaged coal substance and can be used to establish criteria for the stability of development workings.
Известен способ определения напряженного состояния горных пород в массиве (патент РФ №2521116, МПК: Е21С 39/00, 2006, опубл. 10.12.2011 г. Бюл. №34), включающий вдавливание в образец двух встречно направленных сферических инденторов до его раскалывания. После чего фиксируют разрушающую силу, определяют в разрушенном образце площадь поверхности трещины отрыва, проходящую через ось нагружения, и геометрические параметры разрушенных зон в областях контакта с обоими сферическими инденторами, вычисляют растягивающее напряжение разрыва образца и среднее сжимающее напряжение на границе большей из разрушенных зон и определяют в качестве механических свойств образца предел прочности и сопротивление срезу.A known method for determining the stress state of rocks in the massif (RF patent No. 2521116, IPC: E21C 39/00, 2006, publ. 10.12.2011, Bull. No. 34), including indentation into the sample of two oppositely directed spherical indenters until it splits. After that, the breaking force is fixed, the surface area of the rupture crack passing through the loading axis and the geometrical parameters of the damaged zones in the areas of contact with both spherical indenters are determined in the destroyed sample, the tensile stress of the sample and the average compressive stress at the boundary of the largest of the destroyed zones are calculated and determined as the mechanical properties of the sample tensile strength and shear resistance.
К недостаткам способа можно отнести низкую точность относительного определения напряженного состояния породы без учета абсолютных значений предельной объемной прочности и действующих напряжений, а также сложность и трудоемкость испытаний из-за подбора образца, имеющего целостную форму, сложность также заключается и оценке полученных результатов, так как приходиться из обломков разрушенного образца собирать составной образец, на торцах которого определяют геометрические параметры разрушенных зон - диаметр остаточных отпечатков от инденторов и длину лунок выкола вдоль поверхности трещины отрыва.The disadvantages of the method include the low accuracy of the relative determination of the stress state of the rock without taking into account the absolute values of the ultimate bulk strength and acting stresses, as well as the complexity and laboriousness of testing due to the selection of a sample that has an integral shape, the complexity also lies in the evaluation of the results, since it is necessary to assemble a composite sample from the fragments of the destroyed sample, at the ends of which the geometric parameters of the destroyed zones are determined - the diameter of the residual imprints from the indenters and the length of the puncture holes along the surface of the rupture crack.
Так же известен графический способ определения деформационных характеристик грунтов, при помощи метода секущих, описанный в статье. (Болдырев Г.Г., Мельников А.В., Новичков Г.А. Интерпретация результатов лабораторных испытаний с целью определения деформационных характеристик грунтов // Инженерные изыскания. - 2014. - №5-6. - С. 68-105). Суть способа состоит в том, что к кривой нагрузка-деформация стоится набор секущих и определяется параметр сжимаемости грунтов, модуль упругости Е на отдельных участках экспериментальной зависимости. Участки выбираются в пределах ненулевой относительной деформации.Also known is a graphical method for determining the deformation characteristics of soils, using the secant method, described in the article. (Boldyrev G.G., Melnikov A.V., Novichkov G.A. Interpretation of the results of laboratory tests to determine the deformation characteristics of soils // Engineering surveys. - 2014. - No. 5-6. - P. 68-105). The essence of the method is that a set of secants is added to the load-strain curve and the soil compressibility parameter, the modulus of elasticity E, is determined in separate sections of the experimental dependence. The sections are selected within the limits of non-zero relative deformation.
К недостаткам известного способа можно отнести тот факт, что он применим для определения деформационных характеристик грунтов, и не. применим к угольному веществу, так как угольное вещество представляет собой твердое тело с крайне сложной и многоуровневой, структурой, элементы которой отличаются по своим характеристикам.The disadvantages of the known method include the fact that it is applicable to determine the deformation characteristics of soils, and not. is applicable to coal matter, since coal matter is a solid body with an extremely complex and multilevel structure, the elements of which differ in their characteristics.
Наиболее близким к заявляемому является способ косвенного определения предела прочности угольного вещества, описанные в «ГОСТ 21153.3-85. Породы горные». Способ заключается в разрушении цилиндрических образцов сжатием по образующим. Способ разрушения цилиндрических образцов сжатием по образующим, заключается в том, что к цилиндрическому образцу прикладывают разрушающую силу через стальные встречно направленные плоские плиты или клинья вдоль его образующих, лежащих в одной плоскости, и определяют площадь поверхности разрыва.Closest to the claimed is a method of indirect determination of the tensile strength of the coal substance, described in "GOST 21153.3-85. Mountain breeds. The method consists in the destruction of cylindrical samples by compression along the generators. The method of destruction of cylindrical specimens by compression along generatrices consists in the fact that a destructive force is applied to the cylindrical specimen through oppositely directed steel plates or wedges along its generatrixes lying in the same plane, and the area of the fracture surface is determined.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности изготовления из угольного вещества цилиндрических или кубических образцов, соответствующих требованиям к размерам и прямолинейности поверхностей, что непосредственно влияет на точность определения прочности угольного вещества.The disadvantage of this method is the inability to manufacture cylindrical or cubic samples from coal matter that meet the requirements for the size and straightness of surfaces, which directly affects the accuracy of determining the strength of the coal substance.
В основу изобретения поставлена задача создания способа определения прочности угольного вещества, реализуемого в лабораторных условиях при помощи графического метода, что позволит повысить точность определения прочности за счет уменьшения трудоемкости изготовления образцов.The invention is based on the task of creating a method for determining the strength of a coal substance, implemented in the laboratory using a graphical method, which will improve the accuracy of determining the strength by reducing the complexity of manufacturing samples.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения, прочности угольного вещества при котором подготавливают образцы, нагружают и измеряют величину деформации при сжатии, обрабатывают данные и определяют прочность угольного вещества, новым является то, что обработку данных ведут в лабораторных условиях графическим методом. Для чего сначала отбирают образцы не менее чем из двух гранулометрических фракций разных размеров в пределах от (0,4-5 мм). Каждую из фракций поочередно размещают в контейнер объемом V, деформируют и фиксируют величину нагружения до момента стабилизации ее роста. Фиксируют величину нагрузки а для каждой фракции как функцию относительной деформации образца г, определяемую как разность объема фракции до нагружения V0 и после нагружения V, деленную на объем до нагружения V0, ε=(V0-V)/V0 и строят график зависимости σ(ε) нагружение - деформация. Аппроксимируют данное σ(ε) экспоненциальной зависимостью и отображают на графике зависимость разности относительной деформации для каждой фракции отдельно при одном и том же значении нагрузки Δε(σ). Затем выполняют численное дифференцирование полученных зависимостей Δε(σ) и строят графики производных от разности деформации гранул разных размеров в единой системе координат. Значение предела прочности определяют по точке перехода к стабильному приросту Δε(σ), при одном и том же значении величины нагрузки σ и считают ее пределом прочности угольного вещества.The problem is solved due to the fact that in the method for determining the strength of the coal substance, in which samples are prepared, the compressive strain is loaded and measured, the data is processed and the strength of the coal substance is determined, it is new that data processing is carried out in laboratory conditions by a graphical method. For this, samples are first taken from at least two granulometric fractions of different sizes ranging from (0.4-5 mm). Each of the fractions is alternately placed in a container of volume V, deformed, and the loading value is fixed until its growth stabilizes. The load value a is fixed for each fraction as a function of the relative deformation of the sample r, defined as the difference between the volume of the fraction before loading V 0 and after loading V, divided by the volume before loading V 0 , ε=(V 0 -V)/V 0 and build a graph dependence σ(ε) loading - deformation. This σ(ε) is approximated by an exponential dependence and the dependence of the relative strain difference for each fraction separately is displayed on the graph at the same load value Δε(σ). Then, numerical differentiation of the obtained dependences Δε(σ) is performed and graphs of derivatives of the difference in deformation of granules of different sizes are plotted in a single coordinate system. The value of the tensile strength is determined by the point of transition to a stable increase Δε(σ), at the same value of the load σ and is considered to be the tensile strength of the coal substance.
Обработку данных ведут в лабораторных условиях графическим методом. Преимущество данного способа состоит в том, что он основан не на исследовании свойств макроскопического сплошного объекта, а диспергированного материала (ископаемого угля). При определении прочности материалов наиболее доступными и производительными методами являются испытания на одноосное сжатие или растяжение при различных конфигурациях измерительных установок. Для лабораторных исследований необходима тщательная обработка и подготовка серии идентичных образцов, что, применительно к углю, является затруднительным ввиду сложности выполнения регламентированных требований к их размерам и форме из-за хрупкости исследуемого материала. Ископаемый уголь является существенно неоднородным объектом, как по своей структуре, так и по химическому составу, причем размер неоднородностей вполне может быть сравним с размером исследуемых образцов. Метод позволяет определять прочность ископаемого угля путем анализа данных по одноосному сжатию измельченных образцов, разделенных на фракции с различающимися размерами частиц. В данном случае имеется возможность значительно сократить длительность подготовительного этапа измерений и избежать искажений их результатов вследствие локальных отклонений в структурном и химическом составе угля.Data processing is carried out in laboratory conditions by a graphical method. The advantage of this method is that it is based not on the study of the properties of a macroscopic solid object, but on a dispersed material (fossil coal). When determining the strength of materials, the most accessible and productive methods are tests for uniaxial compression or tension with various configurations of measuring installations. Laboratory studies require careful processing and preparation of a series of identical samples, which, in relation to coal, is difficult due to the difficulty of meeting the regulated requirements for their size and shape due to the fragility of the material under study. Fossil coal is a significantly heterogeneous object, both in its structure and chemical composition, and the size of the heterogeneities may well be comparable to the size of the samples under study. The method makes it possible to determine the strength of fossil coal by analyzing data on uniaxial compression of crushed samples, divided into fractions with different particle sizes. In this case, it is possible to significantly reduce the duration of the preparatory stage of measurements and avoid distortion of their results due to local deviations in the structural and chemical composition of coal.
Для осуществления способа целесообразно отбирать образцы не менее чем из двух гранулометрических фракций разных размеров в пределах от (0,4-5 мм) для того, чтобы исключить влияние размера фракции на результат определения прочности. Минимальный размер выбран таким, чтобы частицы сохраняли в своем составе микроблоки и микротрещины, являющиеся характерными особенностями структуры угольного вещества (см. Алексеев А.Д. Физика угля и горных процессов. - / А.Д. Алексеев. - Киев: Наукова. думка, 2010. - 424 с). Максимальный размер отличается от минимального на порядок, но все еще обеспечивает высокую начальную плотность утруски навески.To implement the method, it is advisable to take samples from at least two granulometric fractions of different sizes ranging from (0.4-5 mm) in order to exclude the influence of the fraction size on the strength determination result. The minimum size is chosen so that the particles retain microblocks and microcracks in their composition, which are characteristic features of the structure of coal matter (see Alekseev A.D. Physics of coal and mining processes. - / A.D. Alekseev. - Kiev: Naukova. dumka, 2010. - 424 p.). The maximum size differs from the minimum by an order of magnitude, but still provides a high initial density of sample outflow.
Фракции поочередно засыпают в контейнер высокого давления, который устанавливают на пресс с регистрирующей аппаратурой. По результатам измерений строят графики нагрузка - относительная деформация для каждой из фракций σ(ε), где ε=(V0-V)/V0 нагружение - деформация.The fractions are alternately poured into a high-pressure container, which is mounted on a press with recording equipment. Based on the measurement results, graphs are built load - relative deformation for each of the fractions σ(ε), where ε=(V 0 -V)/V 0 loading - deformation.
Построение данного графика является базовым для любых действий при анализе прочностных свойств любого материала, представляя данные по сжатию любого вида в наглядной форме.The construction of this graph is the basis for any action in the analysis of the strength properties of any material, presenting compression data of any kind in a visual form.
Дальнейшая обработка данных и анализ результатов выполняют в пакете программ для численного анализа данных и научной графики. Благодаря этому значительно сокращается время на математическую, обработку экспериментальных данных, вычисление погрешностей измерений и аппроксимаций, представление результатов в удобном и наглядном виде. Выполняют аппроксимация графиков σ(ε) экспоненциальной зависимостью вида σ(ε)=σ0+Aеxp[R0ε), которая точно воспроизводит ход экспериментальных кривых с малой погрешностью. Стандартная ошибка для подгоночных параметров σ0, A, R0 не превышает 0.1-0.2.Further data processing and analysis of the results are performed in a software package for numerical data analysis and scientific graphics. This significantly reduces the time for mathematical processing of experimental data, calculation of measurement and approximation errors, presentation of results in a convenient and visual form. The graphs σ(ε) are approximated by an exponential dependence of the form σ(ε)=σ 0 +Aеxp[R 0 ε), which accurately reproduces the course of the experimental curves with a small error. The standard error for the fitting parameters σ 0 , A, R 0 does not exceed 0.1-0.2.
Затем строят графики зависимости разности деформаций Δε(σ) порошков, состоящих из гранул разного размера при одном и том же нагружении Δε(σ). Выполняют численное дифференцирование графиков Δε(σ). При рассмотрении графиков производных от разности деформаций по нагрузке d(Δε(σ))/dσ, при одном и том же значении давления. ЕслиThen, graphs of the dependence of the difference in deformations Δε(σ) of powders consisting of granules of different sizes under the same loading Δε(σ) are plotted. Perform numerical differentiation of graphs Δε(σ). When considering the graphs of the derivatives of the difference in strains with respect to the load d(Δε(σ))/dσ, at the same pressure value. If
угол наклона существенно изменяется или имеется экстремум, то, соответственно, здесь меняется характер происходящих процессов, и данную точку рассматривают как предел прочности материала гранул, выше которой происходит их массовое разрушение (Стариков Г.П., Мельник Т.Н., Нескреба Д.А. Методические основы определения прочности угля способом одноосного сжатия гранулированных образцов // ФТВД. - 2021. - Т. 31, №2. - С. 79-90).the angle of inclination changes significantly or there is an extremum, then, accordingly, the nature of the ongoing processes changes here, and this point is considered as the ultimate strength of the material of the granules, above which their mass destruction occurs (Starikov G.P., Melnik T.N., Neskreba D. A. Methodical bases for determining the strength of coal by the method of uniaxial compression of granular samples // FTVD. - 2021. - V. 31, No. 2. - P. 79-90).
Пример конкретного исполнения иллюстрируется с помощью иллюстраций - графиков, представленных на фиг. 1-6.An example of a specific implementation is illustrated with the help of illustrations - graphs presented in Fig. 1-6.
Исследования проводились по одноосному деформированию диспергированного угля, образовавшегося после разрушения исходного образца. Использовался уголь марки Ж с шахты им. А.А. Скочинского.Studies were carried out on the uniaxial deformation of dispersed coal formed after the destruction of the original sample. Coal grade Zh was used from the mine. A.A. Skochinsky.
Уголь был отобран в виде трех фракций с диаметром гранул 0.4-0.5 мм, 2-2.5 мм и 5 мм, навеской по 35 г. Фракции поочередно засыпались в контейнер высокого давления, который устанавливался на пресс с регистрирующей аппаратурой. Регистрировалось давление в контейнере а и относительная деформация сжимаемой угольной навески ε=(V0-V)/V0.Coal was taken in the form of three fractions with a granule diameter of 0.4–0.5 mm, 2–2.5 mm, and 5 mm, weighed 35 g each. The fractions were alternately poured into a high-pressure container, which was installed on a press with recording equipment. The pressure in the container a and the relative deformation of the compressible coal sample ε=(V 0 -V)/V 0 were recorded.
Поскольку для измерений использовался уголь в виде гранул, а не массивный монолитный образец, то отсутствовала необходимость в изготовлении образца строго определенной формы и размера, с высоким качеством обработки поверхности. Результаты измерений позволили построить графики нагрузка - относительная деформация ct(s) для каждой из фракций. Для ихSince coal in the form of granules was used for measurements, rather than a massive monolithic sample, there was no need to manufacture a sample of a strictly defined shape and size, with a high quality of surface treatment. The results of the measurements made it possible to construct graphs of load - relative deformation ct(s) for each of the fractions. For their
построения использовался программный пакет Origin 8.5. Однако выбор пакета для математической обработки и визуализации данных может быть другим, в силу большого числа аналогичных программ.the software package Origin 8.5 was used. However, the choice of a package for mathematical processing and data visualization may be different due to the large number of similar programs.
На фиг. 1 изображены экспериментальные кривые нагрузка - относительная деформация для ненарушенного угля фракций 0.4. мм (позиция 1), 2.5 мм (позиция 2) и 5 мм (позиция 3). По оси абсцисс отложена относительная деформация (безразмерная величина), а по оси ординат нагрузка в МПа.In FIG. 1 shows the experimental curves load - relative strain for undisturbed coal fractions 0.4. mm (position 1), 2.5 mm (position 2) and 5 mm (position 3). The abscissa shows the relative strain (dimensionless value), and the ordinate shows the load in MPa.
Для более удобной обработки данных применялась их экспоненциальная аппроксимация вида σ(ε)=σ0+Aexp(R0ε), котораяFor more convenient data processing, their exponential approximation of the form σ(ε)=σ 0 +Aexp(R 0 ε) was used, which
практически точно воспроизводит ход экспериментальных кривых с крайне малой погрешностью. Соответствие аппроксимации и экспериментальных данных иллюстрируется на фиг.2, фиг.3, фиг.4.almost exactly reproduces the course of the experimental curves with an extremely small error. Compliance with the approximation and experimental data is illustrated in Fig.2, Fig.3, Fig.4.
На фиг. 2 представлен экспериментальный график нагрузка -относительная деформация ненарушенного угля фракции 0.4 мм (позиция 1) и его экспоненциальная аппроксимация (позиция 4). На фиг. 3 - экспериментальный график нагрузка - относительная деформация ненарушенного угля фракции 2.5 мм (позиция 2) и его экспоненциальная аппроксимация (позиция 5). На фигуре 4 - экспериментальный график нагрузка - относительная деформация ненарушенного угля фракции 5 мм (позиция 3) и его экспоненциальная аппроксимация (позиция 6).In FIG. Figure 2 shows the experimental graph load-relative deformation of undisturbed coal fraction 0.4 mm (position 1) and its exponential approximation (position 4). In FIG. 3 - experimental plot load - relative deformation of undisturbed coal fraction 2.5 mm (position 2) and its exponential approximation (position 5). Figure 4 shows the experimental graph of the load - the relative deformation of
Для анализа и последующего определения прочности были построены графики разности деформации порошков, состоявших из гранул разного размера при одном и том же нагружении (фиг.5). По оси абсцисс отложена нагрузка в МПА, по оси ординат - разность относительной деформации. Позиция 7 иллюстрирует разность относительных деформаций фракций размерами 2.5 и 0.4 - 0.5 мм, позиция 8 - 5 и 0.4-0.5 мм, позиция 9 - 5 и 2.5 мм.For analysis and subsequent determination of strength, graphs of the difference in deformation of powders consisting of granules of different sizes under the same loading were plotted (figure 5). The abscissa shows the load in MPA, the ordinate shows the difference in relative strain.
На фиг. 6 приведена производная разности деформаций d{As)/da в единицах (МПа)-1 при одной и той же нагрузке на уголь с фракциями разного размера: позиция 10 - 2.5 и 0.4 - 0.5 мм, позиция 11 - 5 и 0.4-0.5 мм, позиция12 - 5 и 2.5 мм. По оси абсцисс отложена величина нагружения (МПа).In FIG. Figure 6 shows the derivative of the strain difference d(As)/da in units of (MPa) -1 at the same load on coal with fractions of different sizes: position 10 - 2.5 and 0.4 - 0.5 mm, position 11 - 5 and 0.4-0.5 mm , position 12 - 5 and 2.5 mm. The value of loading (MPa) is plotted along the abscissa axis.
Видно (см. фиг. 5), что начиная с некоторой величины нагружения, разность деформаций становится практически постоянной. Данный факт связан с тем, что здесь уже произошло интенсивное разрушение частиц и влияние их размера на деформационные кривые мало. Однако на начальной стадии нагружения, до 20 МПа, разность деформаций угля разных фракций имеет более выраженную зависимость от нагрузки. Поскольку угол наклона любого графика (представляющего экспериментальные данные либо рассчитанного теоретически) определяется его первой производной, было выполнено численное дифференцирование графиков разности деформации угольных порошков, состоявших из гранул разного размера при одном и том же нагружении. Точка, где происходит заметное изменение величины производной, соответствует той величине нагружения, где существенно изменяется угол наклона графика разности деформации, следовательно, достигается предел прочности угольного вещества вследствие массового разрушения его гранул и дальнейшее увеличение нагружения деформирует угольное вещество уже как единое целое.It can be seen (see Fig. 5) that starting from a certain amount of loading, the strain difference becomes almost constant. This fact is due to the fact that here the intensive destruction of particles has already occurred and the effect of their size on the deformation curves is small. However, at the initial stage of loading, up to 20 MPa, the difference in deformations of coal of different fractions has a more pronounced dependence on the load. Since the slope angle of any graph (representing experimental data or calculated theoretically) is determined by its first derivative, numerical differentiation of the graphs of the difference in deformation of coal powders, which consisted of granules of different sizes under the same loading, was performed. The point where a noticeable change in the value of the derivative occurs corresponds to the loading value where the slope of the strain difference graph changes significantly, therefore, the ultimate strength of the coal substance is reached due to the mass destruction of its granules and a further increase in loading deforms the coal substance already as a whole.
При дифференцировании данных кривых оказывается, что их угол наклона существенно изменяется при давлении порядка 3 МПа. На фиг. 5 можно видеть, что на позиции 8, соответствующей наибольшей разнице в размерах гранул, 0.5 и 5 мм, в данной точке даже наблюдается максимум. Соответственно, можно считать, что здесь меняется характер происходящих процессов, и данная точка рассматривается как предел прочности материала гранул.When these curves are differentiated, it turns out that their slope angle changes significantly at a pressure of the order of 3 MPa. In FIG. 5, it can be seen that at
При анализе подобных кривых для более прочного природного материала, глинистого сланца (Стариков Г.П., Мельник Т.Н., Нескреба Д.А. Определение прочности диспергированных горных пород // ФТВД. - 2020. - Т.30, №4. - С.83-92), для выделения данной точки использовались касательные к экспериментальным кривым, проведенные на заключительных отрезках. Численное дифференцирование является более точным способом определения точки, где характер кривой изменяется, как хорошо видно на фиг.6.When analyzing similar curves for a more durable natural material, shale (Starikov G.P., Melnik T.N., Neskreba D.A. Determination of the strength of dispersed rocks // FTVD. - 2020. - V.30, No. 4. - P.83-92), to highlight this point, the tangents to the experimental curves drawn on the final segments were used. Numerical differentiation is a more accurate way of determining the point where the nature of the curve changes, as can be clearly seen in Fig.6.
Изменение угла наклона графиков разности деформации во всех случаях происходит при о=3 МПа. Поэтому именно данную величину следует считать экспериментально определенным пределом прочности угля.The change in the slope of the strain difference graphs in all cases occurs at o=3 MPa. Therefore, it is this value that should be considered the experimentally determined ultimate strength of coal.
Полученный вышеописанным способом результат совпадает с оценкой, полученной сравнением с моделью нагружения Торре (Стариков Г.П., Мельник Т.Н., Нескреба Д.А. Методические основы определения прочности угля способом одноосного сжатия гранулированных образцов // ФТВД. - 2021. - Т.31, №2. - С. 79-90) и качественно совпадает с результатами расчета модуля упругости угольного вещества по методу секущих на основе фиг.2, фиг.3, фиг.4. Кроме того, данный результат находится в пределах известных оценок прочности угля данной марки.The result obtained by the above method coincides with the estimate obtained by comparison with the Torre loading model (Starikov G.P., Melnik T.N., Neskreba D.A. Methodological bases for determining the strength of coal by the method of uniaxial compression of granular samples // FTVD. - 2021. - T.31, No. 2. - S. 79-90) and qualitatively coincides with the results of calculating the modulus of elasticity of the coal substance by the secant method based on figure 2, figure 3, figure 4. In addition, this result is within the known estimates of the strength of coal of this grade.
Таким образом, результаты эксперимента по одноосному сжатию угля в виде фракций с различным размером частиц составляют основу предлагаемого способа определения прочности угля или иных хрупких материалов. В отличие от существующих методов определения прочности, предлагаемый способ не предусматривает сложной процедуры подготовки образца строго определенной формы и размера, которую затруднительно выполнить для многих естественных материалов (горных пород). Основой метода является легко выполняемая численная обработка экспериментальных данных по одноосному сжатию фракций измельченного угля с частицами разного размера. Эти действия легко выполняются в любом из программных пакетов, предназначенных для визуализации и математической обработки экспериментальных данных. Значение предела прочности определяется по изменению угла наклона кривых зависимости разности деформации гранул разных размеров от нагружения в его начальной стадии. Величина предела прочности, вычисленная таким способом, находится в хорошем соответствии с результатами оценок, полученных другими способами. В дальнейшем значения прочности, определенные в лабораторных условиях, могут быть использованы для расчета распределения напряжений в конкретном угольном пласте и прогнозирования поведения пласта в целом с точки зрения обеспечения безопасности горных работ. Следовательно, запланированный технический результат достигнут.Thus, the results of the experiment on uniaxial compression of coal in the form of fractions with different particle sizes form the basis of the proposed method for determining the strength of coal or other brittle materials. Unlike existing methods for determining strength, the proposed method does not provide for a complex procedure for preparing a sample of a strictly defined shape and size, which is difficult to perform for many natural materials (rocks). The basis of the method is an easily performed numerical processing of experimental data on uniaxial compression of crushed coal fractions with particles of different sizes. These actions are easily performed in any of the software packages designed for visualization and mathematical processing of experimental data. The value of the ultimate strength is determined from the change in the slope of the curves of the dependence of the difference in the deformation of granules of different sizes on loading in its initial stage. The tensile strength value calculated in this way is in good agreement with the results of estimates obtained by other methods. In the future, the strength values determined in the laboratory can be used to calculate the stress distribution in a particular coal seam and predict the behavior of the seam as a whole from the point of view of ensuring the safety of mining operations. Therefore, the planned technical result has been achieved.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2790335C1 true RU2790335C1 (en) | 2023-02-16 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3566681A (en) * | 1968-12-20 | 1971-03-02 | Incerc Inst De Cercetari In Co | Method and apparatus for pure shear testing of rocks and other building materials |
| SU1402668A1 (en) * | 1986-10-28 | 1988-06-15 | Уральская Геологоразведочная Экспедиция "Уралуглеразведка" | Method of forecasting strength of coal-bearing rock |
| SU1435784A1 (en) * | 1987-01-28 | 1988-11-07 | В.С.Маевский, Т.В.Горбанина, И.М.Гохберг и О.В.Маевский | Method and apparatus for estimating condition of coal bed |
| RU2082141C1 (en) * | 1991-10-03 | 1997-06-20 | Юрий Зиновьевич Ерусалимский | Method of determination of stress-deformed state of member of structure |
| RU2254465C1 (en) * | 2004-02-09 | 2005-06-20 | Акционерная компания "АЛРОСА" (ЗАО) | Method for estimation of relative reaction of backfill massif after its long interaction with rocks enveloping a mine |
| RU2543709C2 (en) * | 2013-05-27 | 2015-03-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет)" | Method for determining strain-and-stress state of material with brittle skeletal frame |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3566681A (en) * | 1968-12-20 | 1971-03-02 | Incerc Inst De Cercetari In Co | Method and apparatus for pure shear testing of rocks and other building materials |
| SU1402668A1 (en) * | 1986-10-28 | 1988-06-15 | Уральская Геологоразведочная Экспедиция "Уралуглеразведка" | Method of forecasting strength of coal-bearing rock |
| SU1435784A1 (en) * | 1987-01-28 | 1988-11-07 | В.С.Маевский, Т.В.Горбанина, И.М.Гохберг и О.В.Маевский | Method and apparatus for estimating condition of coal bed |
| RU2082141C1 (en) * | 1991-10-03 | 1997-06-20 | Юрий Зиновьевич Ерусалимский | Method of determination of stress-deformed state of member of structure |
| RU2254465C1 (en) * | 2004-02-09 | 2005-06-20 | Акционерная компания "АЛРОСА" (ЗАО) | Method for estimation of relative reaction of backfill massif after its long interaction with rocks enveloping a mine |
| RU2543709C2 (en) * | 2013-05-27 | 2015-03-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет)" | Method for determining strain-and-stress state of material with brittle skeletal frame |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "ГОСТ 21153.3-85. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном растяжении, 1991 г., п. 1.- 4.5.3. Г.П. СТАРИКОВ и др. Способ определения прочности диспергированных пород, Институт физики горных процессов, Донец, 2020 г., Найдено из интернет: http://www.donfti.ru/main/wp-content/uploads/2020/12/9-Starikov.pdf, см. стр. 85-91, рис. 2, 3. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | A review of experimental and theoretical research on the deformation and failure behavior of rocks subjected to cyclic loading | |
| Liu et al. | Dynamic mechanical and fracture behaviour of sandstone under multiaxial loads using a triaxial Hopkinson bar | |
| Huang et al. | Crack coalescence behavior of sandstone specimen containing two pre-existing flaws under different confining pressures | |
| Erarslan et al. | The damage mechanism of rock fatigue and its relationship to the fracture toughness of rocks | |
| Yang et al. | Behavior of transversely isotropic shale observed in triaxial tests and Brazilian disc tests | |
| Erarslan et al. | Tensile fracture strength of brisbane tuff by static and cyclic loading tests | |
| Gong et al. | Evaluation of shear strength parameters of rocks by preset angle shear, direct shear and triaxial compression tests | |
| Wang et al. | Fracture evolution in artificial bedded rocks containing a structural flaw under uniaxial compression | |
| Du et al. | Shape ratio effects on the mechanical characteristics of rectangular prism rocks and isolated pillars under uniaxial compression | |
| Wang et al. | Fracture behavior of intact rock using acoustic emission: experimental observation and realistic modeling | |
| Wang et al. | New insights into the fracture evolution and instability warning predication for fissure-contained hollow-cylinder granite with different hole diameter under multi-stage cyclic loads | |
| Meng et al. | Influences of shear history and infilling on the mechanical characteristics and acoustic emissions of joints | |
| Wu et al. | Loading rate and confining pressure effect on dilatancy, acoustic emission, and failure characteristics of fissured rock with two pre-existing flaws | |
| Aydin et al. | Technical note the use of Brazilian test as a quantitative measure of rock weathering | |
| Cheon et al. | Characterization of brittle failure using physical model experiments under polyaxial stress conditions | |
| Li et al. | Macro/mesofracture and instability behaviors of jointed rocks containing a cavity under uniaxial compression using AE and DIC techniques | |
| Li et al. | Experimental investigation on mechanical, acoustic, and fracture behaviors and the energy evolution of sandstone containing non-penetrating horizontal fissures | |
| Wang et al. | Effects of particle shape on dynamic mechanical behaviours of coral sand under one-dimensional compression | |
| Yao et al. | Dynamic flexural failure of rocks under hydrostatic pressure: Laboratory test and theoretical modeling | |
| Wu et al. | Quantification of dynamic damage and breakage in granite under confined indentation | |
| Zhao et al. | Differential time-dependent fracturing and deformation characteristics of Jinping marble under true triaxial stress | |
| Gautam et al. | Effect of loading rate on the progressive damage and crack classification of granite based on acoustic emission technique | |
| Cui et al. | Failure analysis of sandstone with filled and unfilled cross-flaws under uniaxial compression | |
| Kolapo et al. | Investigating the correlations between point load strength index, uniaxial compressive strength and Brazilian tensile strength of sandstones. A case study of QwaQwa sandstone deposit | |
| Xue et al. | Experimental study on effects of cyclic loading paths on cracking behavior and fracture characteristics of granite |