Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов
Розглянуто основні напрямки адаптації методу ударного імпульсу для оцінки міцності гірських порід безпосередньо в масиві. Представлено результати лабораторних досліджень нового варіанту методу. The basic directions of adaptation of a method of a shock pulse for an estimation of durability of a roc...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54006 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов / В.Н. Сергиенко, Л.В. Прохорец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 122-129. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859719874890170368 |
|---|---|
| author | Сергиенко, В.Н. Прохорец, Л.В. |
| author_facet | Сергиенко, В.Н. Прохорец, Л.В. |
| citation_txt | Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов / В.Н. Сергиенко, Л.В. Прохорец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 122-129. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Розглянуто основні напрямки адаптації методу ударного імпульсу для оцінки міцності
гірських порід безпосередньо в масиві. Представлено результати лабораторних досліджень нового варіанту методу.
The basic directions of adaptation of a method of a shock pulse for an estimation of durability
of a rock directly in a massif are considered. The results of laboratory researches of new variant of a method are presented.
|
| first_indexed | 2025-12-01T09:03:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
122
лочины для предварительно выявления участков расслоений;
- контрольного бурения на аномальных участках, выявленных на первом
этапе, для уточнения строения кровли;
- установку индикаторных станций с глубинными реперами на вновь выяв-
ленных участках расслоения площадью свыше 10 м
2
;
- установку сигнализаторов вертикального смещения потолочины на участ-
ках с повышенной скоростью опускания;
- установку планочных маяков в средней части первичных трещин на по-
верхности потолочины;
- установку песчано-цементных или гипсовых маяков на вторичных трещи-
нах, оконтуривающих породные блоки.
По результатам наблюдений выполняют анкерное крепление кровли на
участках с прогрессирующими деформациями. Контроль на закрепленных
участках продолжают выполнять, используя преимущественно сигнализаторы
различных типов, планочные, песчано-цементные и гипсовые маяки. В случае
дальнейшего роста деформаций и невозможности усиления крепления осу-
ществляют подрывку кровли для обрушения неустойчивых блоков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Усаченко Б. М. Геомеханика подземной добычи гипса / Б. М. Усаченко. – К.: Наукова думка, 1985. – 216
с.
2.Усаченко В. Б. Количественный и качественный анализ обрушений потолочин камер на гипсовых шахтах
/ В. Б. Усаченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГГМ НАН Украины. – Донецк: ООО
«Норд компьютер», 2002. – Вып. 40. – С. 272-281.
3.Система вероятностно-временных моделей динамики блочного массива / В. Г. Беляков, А. В. Леонтьев,
Н. А. Мирошниченко [и др.] / ФТПРПИ. – № 3. – 2000. – С. 42–53.
4.Сергиенко В. Н. О бесконтактном измерении деформаций при испытаниях образцов горных пород / В.
Н. Сергиенко, В. Н. Трипольский, В. А. Амелин // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГГМ
НАН Украины. – Донецк: ООО «Норд компьютер», 2009. – Вып. 83. – С. 97-104.
УДК 622.83
Канд. техн. наук В. Н. Сергиенко,
инженер Л. В. Прохорец
(ИГТМ НАН Украины)
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА УДАРНОГО
ИМПУЛЬСА ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ ГЕОМАТЕРИАЛОВ
Розглянуто основні напрямки адаптації методу ударного імпульсу для оцінки міцності
гірських порід безпосередньо в масиві. Представлено результати лабораторних досліджень
нового варіанту методу.
PROSPECTS OF USE OF A METHOD SHOCK PULSE
FOR AN ESTIMATION OF DURABILITY OF GEOMATERIALS
The basic directions of adaptation of a method of a shock pulse for an estimation of durability
of a rock directly in a massif are considered. The results of laboratory researches of new variant of a
method are presented.
Прочность геоматериалов была и остается одной из их важнейших характе-
ристик, непосредственно влияющей на устойчивость подземных сооружений.
Наиболее достоверные сведения о показателях прочности горных пород полу-
чают при выполнении разрушающих испытаний образцов в лабораторных
123
условиях. Однако, комплекс работ, включающий отбор проб, их подготовку к
испытаниям и выполнение самих испытаний является достаточно дорогостоя-
щим и не отличается оперативностью. В связи с этим значительное внимание
уделяется косвенным методам, позволяющим выполнить экспресс-оценку
прочностных характеристик геоматериалов непосредственно на месте их зале-
гания. Наиболее проработанным из них является ультразвуковой [1, 2]. Однако,
данный метод имеет свои ограничения, главным из которых является слож-
ность обеспечения искровзрывобезопасности аппаратуры при выполнении из-
мерений в шахтах, опасных по газу и пыли. Поэтому ведутся исследования по
использованию альтернативных методов неразрушающего контроля геоматери-
алов.
По нашему мнению, перспективным для решения указанной выше задачи
является метод ударного импульса [3−5]. Физическая сущность большинства
реализаций метода состоит в определении силы удара при дозированной его
энергии. Стабилизация энергии достигается путем использования пружины со
стабильными характеристиками. В качестве первичного преобразователя ис-
пользуют в основном ударный пьезоакселерометр, который характеризуется
широким линейным диапазоном измеряемого ускорения и высокой чувстви-
тельностью. При использовании акселерометра амплитуда ударного импульса
пропорциональна силе удара.
Метод ударного импульса был разработан для экспресс-оценки прочности
бетонов. Его базовые положения, а также методика получения градуировочных
(тарировочных) зависимостей применительно к бетонам регламентированы
стандартом [6].
Сведения о современных серийных средствах контроля прочности бетонов
методом ударного импульса представлены в табл. 1.
Таблица1 – Средства контроля прочностных характеристик бетонов
методом ударного импульса
Тип
Прибора
Диапазон
измерения,
МПа
Погрешность
измерения,
%
Масса
комплекта,
кг
Изготовитель
ИПС-МГ4 3,0-100 8,0 0,9 СКБ «Стройприбор»
ОНИКС-2,5 0,5-100 8,0 0,3 НПП «Интерприбор»
Beton Pro Condtrol 0,5-100 7,0 1,1 Компания Condtrol
Beton Easy Condtrol 3,5-100 15,0 1,0 Компания Condtrol
Представленные в табл. 1 средства контроля по своим метрологическим ха-
рактеристикам (в отношении бетона) приближаются к показателям средств из-
мерений.
Применение метода имеет, однако, свои особенности, которые затрудняют
прямой перенос методики, выработанной для контроля бетонных конструкций
на земной поверхности, в шахтные условия для оценки прочности геоматериа-
лов.
В известных конструкциях серийных средств контроля необходимая при
контроле стабилизация силы удара реализуется путем использования пружин-
124
ного ударника. Для учета изменения упругих свойств пружины со временем
необходимо выполнение регулярной перекалибровки прибора. Кроме этого, ре-
зультат измерения зависит от вектора направления удара. Однако, наиболее
существенным недостатком является наличие подвижных соединений ударного
устройства, открытых воздействию атмосферных явлений. В условиях горной
выработки влияние агрессивной шахтной атмосферы, высокой влажности, а
также значительной запыленности приводит к быстрому износу прецизионной
механической части датчика. Указанное обстоятельство является ключевым
моментом по ограничению сферы использования перспективного в общем-то
метода на подземных объектах.
Авторами были выполнены исследования по оценке возможности использо-
вания варианта метода для экспресс-определения прочностных свойств геома-
териалов в условиях неблагоприятной внешней среды с применением датчика,
не содержащего подвижных элементов. Для исследований был разработан
стенд, конструкция которого представлена на рис. 1.
На основании 1 установлена стойка 2, к которой присоединен рычаг 3, име-
ющий возможность поворота в вертикальной плоскости. На его нижнем конце
жестко закреплен ударник 4, со встроенным пьезоэлектрическим датчиком
ударного ускорения, имеющим диапазон до 2000 g. На основании закреплен
также фиксатор 5, позволяющий жестко фиксировать положение исследуемого
образца 6. Фотодатчик 7, содержащий лазер и фотоэлемент, служит для фик-
сации момента появления передней части ударника на некотором фиксирован-
ном расстоянии перед образцом. Электронный блок 8 служит для усиления
сигнала с датчика ударного ускорения, а также для формирования сигнала за-
пуска запоминающего осциллографа. Установка задержки запуска производит-
ся с использованием регулятора 10.
Через проводники 10 осуществляется подключение электронного блока ко
входам запоминающего осциллографа, а через проводники 11 – к источнику
питания.
Работа стенда происходит следующим образом.
При полностью собранной установке с подключенными внешними электри-
ческими соединениями, рычаг 3 с закрепленным на нем ударником 4 отводят в
направлении стойки 2 и отпускают. Под действием силы тяжести ударник дви-
жется в направлении поверхности образца 6. Непосредственно перед образцом
он пересекает световой поток от лазера в направлении фотоэлемента. При этом
напряжение на выходе фотоэлемента скачком уменьшается.
125
1 – основание; 2 – стойка; 3 – рычаг; 4 – ударник; 5 – фиксатор, 6 – исследуемый образец;
7 – фотодатчик; 8 – электронный блок; 9 – регулятор задержки запуска; 10 – подключение
запоминающего осциллографа; 11 – подключение блока питания
Рис. 1 – Конструкция стенда для исследования динамического взаимодействия
жесткого ударника с образцами геоматериалов.
По моменту перепада напряжений электронным блоком 8 формируется им-
пульс задержки регулируемой длительности tзад. Его длительность с помощью
регулятора 9 подбирают таким образом, чтобы она была несколько меньше
времени перемещения ударника от пересечения светового луча до поверхности
образца. По заднему фронту импульса задержки происходит запуск ждущей
развертки запоминающего осциллографа. Он должен произойти непосред-
ственно перед появлением сигнала ударного импульса на выходе датчика уско-
рения Полученную осциллограмму фотографируют и при компьютерной обра-
ботке полученного изображения определяют параметры ударного импульса –
амплитуду А и длительность τ. Вид осциллограммы ударного импульса иллю-
стрируется рис. 2.
5
6
1
4
2
3
8
7
9
11
10
126
Рис. 2 – Осциллограмма ударного импульса.
На первом этапе экспериментальных исследований определялась зависи-
мость длительности ударного импульса от его амплитуды, пропорциональной
силе удара. В качестве эталонной среды было выбрано органическое стекло,
характеризующееся высокой однородностью и стабильностью свойств. Осталь-
ные исследуемые материалы представлены горными породами.
Результаты исследований показали, что для каждого из исследованных ма-
териалов экспериментально полученную зависимость между амплитудой им-
пульса и его длительностью можно разделить на два участка. На первом проис-
ходит нелинейное уменьшение длительности импульса с возрастанием силы
удара, а на втором длительность стабилизируется. Значение силы удара (ампли-
туды импульса), при которой начинается стабилизация его длительности, явля-
ется индивидуальным для каждого из материалов.
Вид упомянутой зависимости для угля представлен на рис. 3. Начало участ-
ка стабилизации отмечено треугольником.
А, усл. ед.
τ, мс
5
10
15
20
0 0,1 0,2 0,3
0
127
Рис. 3 – Зависимость длительности ударного импульса от его амплитуды для угля.
Обработка результатов измерений позволила установить, что ниспадающий
участок зависимости с хорошим приближением описывается квадратичной
функцией (табл.2).
Таблица 2 – Аппроксимация ниспадающего участка экспериментальных
зависимостей длительности импульса от его амплитуды для различных материалов
Исследуемый
материал
Уравнение
аппроксимирующей кривой
ниспадающего участка
Достоверность
аппроксимации
Начало
стабилизации,
усл. ед.
Органическое стекло τ = 0,0016А
2
– 0,0338А +
+ 0,4309
0,8160 10
Ракушечник τ = 0,0021А
2
- 0,0406А + 0,448 0,8227 9
Уголь τ = 0,0343А
2
- 0,221А + 0,6688 0,9208 4
Боксит τ = 0,0008А
2
- 0,0246А +
+ 0,3078
0,9382 12
На втором этапе экспериментальных исследований была исследована зави-
симость между пределом прочности материала на одноосное сжатие и длитель-
ностью ударного импульса. При этом силу удара выбирали такой, чтобы ам-
плитуда импульса превышала значение, при котором начинается стабилизация
длительности удара. В качестве нижнего порогового значения силы удара вы-
брано такое, которое обеспечивает амплитуду ударного импульса 14 условных
единиц.
В соответствии с требованиями ДСТУ БВ.2.7-220:2009 [6] при использо-
вании метода ударного импульса необходима предварительная подготовка кон-
тролируемой поверхности. С помощью механического инструмента на площад-
ке с минимальными размерами 50 х 50 мм снимали выветрелый поверхностный
0,2
0,3
0,4
0,5
0 2 4 6 8 10 12
Амплитуда импульса А, усл. ед
Д
л
и
те
л
ь
н
о
с
ть
и
м
п
у
л
ь
с
а
τ
,
м
с
128
слой геоматериала и заглаживали поверхность мелкозернистым абразивом с
удалением продуктов шлифования. При лабораторных испытаниях образец за-
жимали в тисках. Количество испытаний брали таким, чтобы минимальный
объем выборки для статистического анализа с учетом предварительно отсеян-
ных данных составлял 10 значений.
Испытания образцов на одноосное сжатие выполняли с использованием
пресса ПСУ-50 в соответствии с ГОСТ 21153.2-84 [7]. После обработки резуль-
татов по каждой из категорий геоматериалов получено поле значений, отобра-
жающее зависимость «длительность ударного импульса – прочность на одно-
осное сжатие», и вычислены уравнения регрессии.
Пример зависимости «прочность – длительность ударного импульса» для
песчаника представлен на рис. 4.
Рис. 4 – Зависимость между прочностью и длительностью ударного импульса
для песчаника.
Анализ экспериментальных данных показал, что корреляционная зависи-
мость между длительностью ударного импульса и пределом прочности горной
породы на одноосное сжатие удовлетворительно описывается степенной функ-
цией. Соответствующие уравнения регрессии для некоторых горных пород
представлены в табл. 3.
Длительность импульса τ, мс
П
р
е
д
е
л
п
р
о
ч
н
о
с
ти
н
а
о
д
н
о
о
с
н
о
е
с
ж
а
ти
е
σ
с
ж
.,
М
П
а
10
20
30
40
50
60
70
0,05 0,10 0,15 0,20 0,30
129
Таблица 3 – Уравнения регрессии для описания зависимости прочности пород
от длительности ударного импульса
Исследуемый
геоматериал
Уравнение
регрессии
Достоверность
Аналитической зависимости
гипс σсж. = 3,4404τ
-1,3402
0,8218
уголь σсж. = 7,7731τ
-1,0605
0,8157
песчаник σсж. = 2,614τ
-1,3213
0,8788
алевролит σсж. = 0,0375τ
-3,8711
0,8396
По результатам лабораторного эксперимента можно сформулировать сле-
дующий вывод:
- экспериментально установлено, что длительность ударного импульса не-
линейно, по степенному закону уменьшается при возрастании предела прочно-
сти на одноосное сжатие геоматериалов, причем параметры указанной зависи-
мости и диапазон ее корректного использования определяются литотипом гео-
материала.
Таким образом, выполненные исследования показали возможность расши-
рения сферы использования метода ударного импульса на геоматериалы. Пред-
ложена новая методика оценки прочностных свойств геоматериалов, базирую-
щаяся на использовании ударника, не содержащего взаимно подвижных эле-
ментов и предполагающая в качестве информативного параметра длительность
ударного импульса. Результаты исследований являются исходными данными
для разработки новых средств оперативной оценки прочностных свойств гео-
материалов непосредственно на месте залегания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Силаева О. И. Исследования с помощью ультразвука скоростей распространения упругих волн и упру-
гих параметров в образцах горных пород при одностороннем давлении / О. И. Силаева. – М.: Изд-во АН
СССР, 1962. – 110 с.
2. Руководство по экспресс-определению прочностных свойств углевмещающих пород Донбасса по их
геологическим характеристикам и акустическим измерениям кернов геологоразведочных скважин / А.
А. Майборода, О. С. Алферов, А. А. Яланский [и др.] – Днепропетровск: ДГИ, 1988. – Ч. 1. – 48 с.; Ч. 2. – 82 с.
3. Лужин О. В. Неразрушающие методы испытания бетона / О. В. Лужин, В. А. Волохов [и др]. - М.:
Стройиздат, 1985. – 236 с.
4. Коревицкая М. Г. Неразрушающие методы контроля качества железобетонных конструкций / М. Г. Ко-
ревицкая. М.: Высшая, школа, 1989. – С. 214–215.
5. Штенгель В. Г. О корректном применении НК в обследовании железобетонных конструкций длительно
эксплуатируемых сооружений / В. Г. Штенгель // В мире НК. – 2009. – № 3. – С. 56–62.
6. ДСТУ БВ.2.7–220:2009. Будівельні матеріали. Бетони. Визначення міцності механічними методами не-
руйнівного контролю: Чинний від 2010–09–01. – К.: Мінрегіонбуд України, 2010. – 20 с.
7. ГОСТ 21153.2–84. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии:
Введен с 1986–07–01. – М.: Изд.-во стандартов, 2001. – 10 с.
130
УДК 622.64
Канд. техн. наук Р.В. Кирия,
инженеры Д.Д. Брагинец, Т.Ф. Мищенко
(ИГТМ НАН Украины)
ИСТЕЧЕНИЕ СЫПУЧЕГО ГРУЗА ИЗ БУНКЕРА
С РЕГУЛИРУЕМОЙ БОКОВОЙ ЗАСЛОНКОЙ
Розроблено математичну модель витікання сипкого вантажу із бункера з регульованою
боковою заслінкою. Знайдена залежність витрат сипкого вантажу із бункера від кута нахилу
заслінки. Отримані результати порівнювалися з експериментальними даними.
EXHAUST BALK MATERIAL FROM CONTROL LATERAL DAMPER
Exhaust balk material from control lateral damper mathematical model is proposed. Bunker
bulk flow as function of damper angle is obtained. The results obtained were compared with exper-
imental data.
Одним из путей повышения эффективности работы горнотранспортного
оборудования является применение компьютерных технологий, позволяющих
адаптировать работу системы транспорта к изменяющимся условиям работы
конвейерных линий с минимальным участием человека.
Для эффективной работы бункеров в таких системах транспорта необходимо
иметь управляемые средства их разгрузки, позволяющие поддерживать ста-
бильные параметры грузопотока при изменении внешних условий.
В работах [1, 2] разработаны математические модели истечения сыпучего
груза из бункера с различным расположением щелевого отверстия и определена
производительность разгрузки сыпучего груза из бункера в зависимости от ши-
рины его выпускного отверстия. Однако математических моделей истечения
сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой не существует.
Целью статьи является определение средней скорости и расхода сыпучего
груза из бункера с регулируемой заслонкой, расположенной в боковой стенке
бункера.
Задачами исследований являлись: установление теоретической зависимости
расхода сыпучего груза из бункера от угла наклона заслонки, величины выход-
ного отверстия, длины заслонки и физико-механических свойств сыпучего гру-
за; экспериментальные исследования процесса истечения сыпучего груза с раз-
личным диаметром частиц из бункера с регулируемой заслонкой, расположен-
ной в боковой стенке бункера.
Рассмотрим истечение сыпучего груза из прямоугольного бункера с боко-
вым щелевым отверстием шириной а, длиной b (b>a) и углом наклона заслонки
к боковой стенке бункера (рис. 1).
На основе визуальных исследований процесса истечения сыпучего груза из
бункера с боковым щелевым отверстием и регулируемой заслонкой, так же, как
и для бункера с боковым или горизонтальным щелевым выпускным отверстием
[1, 2] можно выделить 5 зон: A, B, C, D, E, отличающихся друг от друга струк-
турно-механическим состоянием сыпучего груза (см. рис. 1).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54006 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T09:03:21Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сергиенко, В.Н. Прохорец, Л.В. 2014-01-29T19:46:18Z 2014-01-29T19:46:18Z 2012 Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов / В.Н. Сергиенко, Л.В. Прохорец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 122-129. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54006 622.83 Розглянуто основні напрямки адаптації методу ударного імпульсу для оцінки міцності гірських порід безпосередньо в масиві. Представлено результати лабораторних досліджень нового варіанту методу. The basic directions of adaptation of a method of a shock pulse for an estimation of durability of a rock directly in a massif are considered. The results of laboratory researches of new variant of a method are presented. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов Prospects of use of a method shock pulse for an estimation of durability of geomaterials Article published earlier |
| spellingShingle | Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов Сергиенко, В.Н. Прохорец, Л.В. |
| title | Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов |
| title_alt | Prospects of use of a method shock pulse for an estimation of durability of geomaterials |
| title_full | Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов |
| title_fullStr | Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов |
| title_full_unstemmed | Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов |
| title_short | Перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов |
| title_sort | перспективы использования метода ударного импульса для оценки прочности геоматериалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54006 |
| work_keys_str_mv | AT sergienkovn perspektivyispolʹzovaniâmetodaudarnogoimpulʹsadlâocenkipročnostigeomaterialov AT prohoreclv perspektivyispolʹzovaniâmetodaudarnogoimpulʹsadlâocenkipročnostigeomaterialov AT sergienkovn prospectsofuseofamethodshockpulseforanestimationofdurabilityofgeomaterials AT prohoreclv prospectsofuseofamethodshockpulseforanestimationofdurabilityofgeomaterials |