Определение крепости горных пород. Шкала коэффициента крепости горной породы
ГОСТ 21153.1-75
Группа А09
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ПОРОДЫ ГОРНЫЕ
Метод определения коэффициента крепости
по Протодьяконову
Rocks. Method for the determination
of strength factor according to Protodyakonov
Дата введения 1976-07-01
ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 25 сентября 1975 г. N 2491
ВЗАМЕН ГОСТ 15490-70 в части разд. III
Проверен в 1981 г. Срок действия продлен до 01.07.1986 г.*
________________
* Ограничение срока действия снято постановлением Госстандарта СССР от 24.04.91 N 565 (ИУС N 7, 1991 г.). - Примечание изготовителя базы данных.
ПЕРЕИЗДАНИЕ ноябрь 1981 г. с Изменением N 1, утвержденным в июле 1981 г. (ИУС N 9 - 1981 г.)
Настоящий стандарт распространяется на твердые горные породы и устанавливает метод определения коэффициента их крепости по Протодьяконову для классификации пород по этому показателю и использования его в технической документации при расчетах и проектировании горных работ, горного оборудования, а также при проведении научно-исследовательских работ.
Сущность метода заключается в определении коэффициента крепости, который пропорционален отношению работы, затраченной на дробление горной породы, к вновь образованной при дроблении поверхности, оцениваемой суммарным объемом частиц размером менее 0,5 мм.
1. ОТБОР ПРОБ
1. ОТБОР ПРОБ
1.1. Отбор проб - по ГОСТ 21153.0-75 .
2. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
2.1. Для определения крепости горных пород применяют:
прибор определения крепости ПОК (см. чертеж), состоящий из стакана 1, вставленного в него трубчатого копра 2, внутри которого свободно помещается гиря 3 массой 2,4±0,01 кг с ручкой 4, привязанной к гире шнуром. Трубчатый копер имеет в верхней части отверстия, в которые вставляются штифты 5, ограничивающие подъем гири. В комплект прибора входит объемомер, состоящий из стакана 6 и плунжера 7 со шкалой измерений с диапазоном показаний от 0 до 150 мм вдоль его продольной оси;
сито с сеткой N 05 по ГОСТ 6613-73 для просеивания породы после дробления.
Чертеж
3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ
3.1. Отобранную пробу горной породы раскалывают молотком на твердом основании до получения кусков размером 20-40 мм. Из измельченного материала пробы отбирают двадцать навесок массой 40-60 г каждая.
3.2. Число сбрасывания гири на каждую навеску устанавливают при дроблении первых пяти навесок.
3.3. Каждую навеску отдельно дробят в стакане гирей, падающей с высоты 60 см. Число сбрасываний гири принимают в зависимости от ожидаемой крепости породы, обычно от 5 до 15 сбрасываний на каждую навеску.
Примечания:
1. При очень мягких породах число сбрасываний может быть сокращено до 1, а при очень крепких - увеличено до 30.
2. При дроблении стакан с вставленным в него трубчатым копром обязательно устанавливают на жесткое массивное основание: железобетонный или асфальтированный пол, стальную плиту (массой не менее 20 кг, толщиной около 10 см).
(Измененная редакция, Изм. N 1).
3.4. Правильность выбранного режима испытания контролируют после просеивания первых пяти раздробленных навесок на сите до прекращения выделения подрешетного продукта и замера его объема в объемомере. При получении столбика мелочи высотой 20-100 мм по шкале плунжера число сбрасываний на каждую навеску сохраняют для оставшихся пятнадцати навесок. При меньшей или большей высоте столбика мелочи в объемомере число сбрасываний корректируют соответственно в большую или меньшую сторону.
4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
4.1. Оставшиеся пятнадцать навесок дробят в приборе последовательно в установленном режиме испытания: при постоянном числе сбрасываний гири
и высоте подъема гири 60 см.
4.2. После дробления каждых пяти навесок их просеивают на сите, подрешетный продукт сита ссыпают в объемомер, замеряют плунжером высоту столбика мелочи и записывают ее.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Коэффициент крепости горной породы () вычисляют по формуле
где 20 - эмпирический числовой коэффициент, обеспечивающий получение общепринятых значений коэффициента крепости и учитывающий затраченную на дробление работу;
- число сбрасываний гири при испытании одной навески;
- высота столбика мелкой фракции в объемомере после испытания пяти навесок, мм.
5.2. За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов четырех определений.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
Текст документа сверен по:
официальное издание
Породы горные. Методы физических испытаний: Сб. ГОСТов. -
М.: Издательство стандартов, 1982
Шкала Протодьяконова
Шкала́ Протодья́конова - шкала коэффициента крепости горной породы. Разработана в нач. 20 в. Протодьяконовым М.М . Является одной из первых классификаций пород. Основывается на измерении трудоемкости их разрушения при добывании.
Коэффициент крепости f по шкале проф. М.М. Протодьяконова
| Категория | Степень крепости | Порода | f |
| I | В высшей степени крепкие породы | Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы. | 20 |
| II | Очень крепкие породы | Очень крепкие гранитовые породы: кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки. | 15 |
| III | Крепкие породы | Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды. | 10 |
| IIІа | То же | Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит. Колчеданы. Обыкновенный песчаник. | 8 |
| IV | Довольно крепкие породы | Железные руды. Песчанистые сланцы. | 6 |
| IV | То же | Сланцевые песчаники | 5 |
| V | Средние породы | Крепкий глинистый сланец. Некрепкий глинистый сланец и известняк, мягкий конгломерат | 4 |
| Разнообразные сланцы(некрепкие). Плотный мергель | 3 | ||
| VI | Довольно мягкие породы | Мягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт: антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька и хрящ, каменистый грунт | 2 |
| VIa | То же | Крепкий каменный уголь | 1,5 |
| VII | Мягкие породы | Глина (плотная). Мягкий каменный уголь, крепкий наносо-глинистый грунт | 1 |
Таблица 1. Коэффициент крепости f по шкале проф. М.М. Протодьяконова Примечание. Характеристика пород с Y11a до Х категорий опущена.
Протодьяконов предполагал положить подобную классификацию в основу оценки труда рабочего при добыче угля и руд, нормирования труда. Он полагал, что при любом методе разрушения породы и способе её добычи, возможно оценить породу по усредненному коэффициенту добываемости. Если один из двух типов пород более трудоемок при разрушении, например, энергией взрыва, то порода будет более крепкой при любом процессе её разрушения, например, зубком комбайна, кайлом, лезвием головки бура при бурении и т.д.
При разработке подобной шкалы М.М. Протодьяконов ввел понятие крепость горной породы. В отличие от принятого понятия прочность материала, оцениваемой по одному из видов напряженного её состояния, например, временном сопротивлении на сжатие, на растяжение, на кручение и т.д., параметр крепость позволяет сравнивать горные породы по трудоемкости разрушения, по добываемости. Он полагал, что с помощью этого параметра возможно оценить совокупность действующих при разрушении породы различных по характеру напряжений, как это имеет место, например, при разрушении взрывом.
М.М. Протодьяконова разработал шкалу коэффициента крепости породы. Одним из методов определения этого коэффициента было предложено испытание образца породы на его прочность на сжатие в кг/см2, а значение коэффициента определялось как одна сотая временного сопротивления на сжатие.
Этот метод достаточно хорошо коррелирует со шкалой крепости, предложенной М.М.Протодьяконовым для пород различной крепости угольной формации, пород средней крепости, но мало пригоден при определении этим методом коэффициента крепости очень крепких пород. Шкала крепости ограничивается коэффициентом 20, т.е. породами с временным сопротивлении на сжатие 200 кг/см2, а у сливного базальта, например, этот параметр равен 300 кг/см2. Тем не менее, в Советском Союзе шкала крепости М.М. Протодьконова имела широкое применение при оценке трудоемкости разрушения горной породы и используется до настоящего времени. Она удобна для относительной оценки крепости горной породы при ее разрушении при помощи буровзрывных работ.
Метод относительной оценки горной породы по крепости, трудоемкости при её разрушении имеет, как отмечалось многими, недостатки, за рубежом им не пользуются, но без него не обходятся в технической литературе Советского Союза и России.
Коэффициент крепости пород по М.М.Протодьяконову в системе СИ рассчитывается по формуле:
Fкр = 0.1σсж
где σсж - предел прочности на одноосное сжатие [МПа].
Ссылки
- Лыхин П.А. Тоннелестроение и бурение шпуров (скважин) В XIX И XX веках
- М. М. Протодьяконов на сайте Всероссийское генеалогическое древо
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Шкала Протодьяконова" в других словарях:
- (минералогическая шкала твёрдости) набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твёрдости. Предложена в 1811 году… … Википедия
Протодьяконов, Михаил Михайлович Михаил Михайлович Протодьяконов выдающийся российский, советский учёный в области горного дела, профессор, один из создателей Среднеазиатского университета (САГУ) … Википедия
Выдающийся российский, советский учёный в области горного дела, профессор, один из создателей Среднеазиатского университета (САГУ) Дата рождения: 22 сентября (4 октября) 1874 … Википедия
Михаил Михайлович Протодьяконов выдающийся российский, советский учёный в области горного дела, профессор, один из создателей Среднеазиатского университета (САГУ) Дата рождения: 22 сентября (4 октября) 1874 … Википедия
Михаил Михайлович Протодьяконов выдающийся российский, советский учёный в области горного дела, профессор, один из создателей Среднеазиатского университета (САГУ) Дата рождения: 22 сентября (4 октября) 1874 … Википедия
Буримость горной породы способность горной породы сопротивляться проникновению в неё бурового инструмента, или интенсивность образования в породе шпура (скважины) под действием усилий, возникающих при бурении. Буримость породы характеризуют … Википедия
Михаил Михайлович Протодьяконов российский, советский учёный в области горного дела, профессор, один из создателей Среднеазиатского университета (САГУ) Дата р … Википедия
Математика Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. Эйлер, Д. Бернулли и другие западноевропейские учёные. По замыслу Петра I академики иностранцы… … Большая советская энциклопедия
Сов. ученый в области горного дела. В 1899 окончил Петербург. горный ин т. Через несколько дней после окончания ин та был арестован полицией по обвинению в пропаганде социал демократич. идей. Выпущенный через… … Большая биографическая энциклопедия
Крепость горной породы представляет собой ее сопротивление общему разрушению. Коэффициент крепости f – это безразмерная величина, показывающая во сколько раз одна порода крепче другой, принятой за эталон. За эталон проф. М.М. Протодьяконов принял плотную сухую глину с пределом прочности на одноосное сжатие R сж =100 кгс/см 2 (т.е. f породы, имеющей R сж =100 кг/см 2 равен 1). Следовательно, коэффициент крепости f по шкале Протодьяконова М.М. составит:
f = R сж /100 ,
где R сж – временное сопротивление образца исследуемой породы сжатию, кг/см 2 ;
100 – временное сопротивление породы, принятой за эталон, сжатию.
Если сопротовление сжатию эталонной породы выражено в МПа, тогда сопротивление эталонной породы сжатию будет равно 10 МПа, и выражение для расчета коэффициента крепости по шкале Протодьяконова запишется в виде
f = R сж /10.
В лабораторных условиях коэффициент крепости горной породы определяется методом толчения, разработанном в ИГД им. Скочинского. Данный метод является более точным по сравнению с методом проф. М.М. Протодьяконова. Толчение породы производится в приборе ПОГ, который представляет собой металлический цилиндр длиной 0,7 м, который надевается на металлический стакан. В стакан высыпается навеска (50-70 г) раздробленной горной породы с размером ребра 10-15 мм. Всего таких навесок принимается пять. Поочередно каждая из навесок измельчается путем сбрасывания груза весом 2,4 кг с высоты 0,6 м. Число сбрасываний груза принимается от 5 до 15 в зависимости от предполагаемой крепости породы.
Все пять порций навесок измельченного материала каждой порции высыпаются на сито с отверстиями 0,5 мм, просеиваются, и подрешетный продукт ссыпается в металлический стакан объемомера. Затем в этот стакан вводится стержень с делениями, по показанию которого определяется высота столба измельченноц породы h, см.
Коэффициент крепости f вычисляется по эмпирической формуле:
f = 20n/h,
где n – число сбрасываний груза на одну навеску;
КРЕПОСТЬ горных пород - это совокупность механических свойств горных пород, которые проявляются при проведении разнообразных процессов добычи и переработки полезных ископаемых. Понятие крепость - условное и увеличивается с возрастанием сил связей частиц между собой, отдельностями пород, а так же содержания прочных минералов в породе. При этом она уменьшается обычно при увлажнении.
Михаил Михайлович Протодьяконов (старший) сначала оценивал крепость горных пород, классифицируя их на основе предположения, что породы разрушаются из-за преодоления их прочности на сжатие. Эта классификация использовалась в дальнейшем очень широко. Согласно ей, горные породы делятся на 10 категорий от f=0,3 для слабых плывучих пород, таких как болотистый грунт, разжиженный лёсс и до f=20 для трудноразрушаемых пород, таких как сливные андезиты, джеспиллиты и другие. М.М.Протодьяконов (младший) предложил метод экспериментальной оценки коэффициента крепости, который основан на относительной оценки труда, который затрачивается на дробление пород грузом массой 2,4 кг, который свободно падает с высоты 0,6 м (ГОСТ 21153.1-75).
В настоящее время методы разработки полезных ископаемых предполагают использование сжимающих, скалывающих и растягивающих усилий, которые являются более целесообразными. Крепость же при использовании таких методов для оценки технико-экономических характеристик разделяется на пять классов по пять единиц крепости в каждом (см. таблицу).
| Показатели крепости горных пород | |||||
| Категории -пород (по М. М. Прото- дьяконову) | Коэффи-циент крепо-сти | Горные породы | Категория пород
(по В. В. Ржев-скому) |
Показа-тель труд-ности разрушения,
П р |
Класс пород |
| X Плывучие | 0,3 | Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лёсс и дру-гие грунты | Плывучие | 0,2-1 | Полускальные, плотные и мягкие легко-разрушаемые; П р =0,2—5 |
| IX Сыпучие | 0,5 | Песок, осыпи, мелкий гра-вий, насыпная земля, добы-тый уголь | Разрыхленные | 1 | |
| VIII Землистые | 0,6 | Растительная земля, торф, лёгкий суглинок, сырой пе-сок | Рыхлые | 1 | то же |
| VilaМягкие | 0,8- | Лёгкая песчанистая глина, лёсс, гравий | Мягкие | 1 | то же |
| VII Мягкие | 1,0 | Глина (плотная), мягкий ка-менный уголь, наносы | Мягкие | 1—2 | то же |
| VIa Довольно мягкие | 1,5 | Щебенистый грунт, разру-шенный сланец, слежавшие-ся галька и щебень, креп-кий уголь, глина | Плотные | 2 | то же |
| VI Довольно мягкие | 2 | Мягкий сланец, мел, камен-ная соль, гипс, слабомёрз-лый грунт, антрацит, мер-гель, каменистый грунт | Плотные | 3 | то же |
| Va Средней крепости | 3 | Разнообразные сланцы (не-крепкие), плотный мергель, сульфидная руда, глини-стый доломит, сидерит | Полу-скальные | 4 | то же |
| V Средней кре-пости | 4 | Крепкий глинистый сланец, некрепкие песчаник и из-вестняк, мягкий конгломе-рат, ангидрит, трещинова-тый известняк и песчаники | Полу-скальные | 5 | то же |
| IVa Довольно крепкие | 5 | Песчанистые сланцы, сланце-вые песчаники, аргиллит, доломит, апатит-нифелиновая руда | Скальные легко-разрушаемые | 6 | Скальные легко- разрушае- мые; П р =6-10 |
| IV Довольно крепкие | 6 | Обыкновенные песчаник и известняк, железистые руды, скарн магнетито-гра-натовый, кварцит пористый, сиенит, порфир, трещино-ватые мелко- блочные поро-ды |
То же | 7—8 | то же |
| IIIа Крепкие | 8 | Известняки и песчаники крепкие, некрепкий гранит, крепкие мрамор и доло-мит, колчеданы, порфирит, фосфорит |
То же | 9 | то же |
| III Крепкие | 10 | Граниты (плотные) и гранит-ные породы, очень креп-кие песчаники и известняки, крепкий конгломерат, крепкие железные руды, магнетит, роговик |
То же | 10 | то же |
| II Очень креп-кие | 11—15 |
Крепкие гранитные породы, кварцевый порфир, |
Скальные |
Скальные |
|
|
Габбро-диабазы, брекчия кварцевая, гнейс, габбро, гранит, андезит, песчаник оруденелый |
|||||
|
Кварцит безрудный, сиенит- порфир, скарн, базальт ла- бродоровый, кварцит |
|||||
| I В высшей сте-пени крепкие | 16—20 | Скарн скаполитовый, диорит-порфириты, андезитовый порфирит | Скальные труднора-зрушаемые | 16—18 | Скальные трудноразру- шаемые; |
| Песчаники окремнелые, диофрит-порфириты | То же | 19—20 | П р =16—20 | ||
| Нефриты плотные, сливные микрокварциты, окремнелые скарны, сливные андезиты, джеспиллиты, кремень | Скальные весьма трудно- рарушаемые |
21—25 | Скальные весь-ма труднораз- рушаемые; П р =21-25 |
||
Для характеристики крепости в этом случае служит показатель трудности разрушения пород П р:
Пр=5.10-2(s cж + sp + tcдв) + 5.10-5g,
где 5.10-2 — эмпирический коэффициент (МПа-1);
5.10-5 — эмпирический коэффициент (м 3 /Н);
s cж, sp, tcдв — соответственно, пределы прочности на сжатие, растяжение и сдвиг (МПа);
g — объёмный вес (Н/м 3).
Чтобы нормировать и рассчитывать различные машины и механизмы в горном деле используют, в основном, такие критерии, как дробимость, буримость, взрываемость горных пород и т.д.
| Категория | Степень крепости | Порода | f |
| I | В высшей степени крепкие породы | Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы. | |
| II | Очень крепкие породы | Очень крепкие гранитоподобные породы: кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки. | |
| III | Крепкие породы | Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды. | |
| IIІа | То же | Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит. Колчеданы. Обыкновенный песчаник. | |
| IV | Довольно крепкие породы | Железные руды. Песчанистые сланцы. | |
| IV | То же | Сланцевые песчаники | |
| V | Средние породы | Крепкий глинистый сланец. Некрепкий глинистый сланец и известняк, мягкий конгломерат | |
| Va | Разнообразные сланцы(некрепкие). Плотный мергель | ||
| VI | Довольно мягкие породы | Мягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт: антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька и хрящ, каменистый грунт | |
| VIa | То же | Крепкий каменный уголь | 1,5 |
| VII | Мягкие породы | Глина (плотная). Мягкий каменный уголь, крепкий наносо-глинистый грунт |
Таблица 1. Коэффициент крепости f по шкале проф. М.М. Протодьяконова Примечание. Характеристика пород с Y11a до Х категорий опущена.
Протодьяконов предполагал положить подобную классификацию в основу оценки труда рабочего при добыче угля и руд, нормирования труда. Он полагал, что при любом методе разрушения породы и способе её добычи, возможно оценить породу по усредненному коэффициенту добываемости. Если один из двух типов пород более трудоемок при разрушении, например, энергией взрыва, то порода будет более крепкой при любом процессе её разрушения, например, зубком комбайна, кайлом, лезвием головки бура при бурении и т.д.
При разработке подобной шкалы М.М. Протодьяконов ввел понятие крепость горной породы. В отличие от принятого понятия прочность материала, оцениваемой по одному из видов напряженного её состояния, например, временном сопротивлении на сжатие, на растяжение, на кручение и т.д., параметр крепость позволяет сравнивать горные породы по трудоемкости разрушения, по добываемости. Он полагал, что с помощью этого параметра возможно оценить совокупность действующих при разрушении породы различных по характеру напряжений, как это имеет место, например, при разрушении взрывом.
М.М. Протодьяконов разработал шкалу коэффициента крепости породы. В Советском Союзе и затем в России шкала крепости М.М. Протодьяконова имела широкое применение при оценке трудоемкости разрушения горной породы и используется до настоящего времени. Она удобна для относительной оценки крепости горной породы при ее разрушении при помощи буровзрывных работ.
Метод относительной оценки горной породы по крепости, трудоемкости при её разрушении имеет, как отмечалось многими, недостатки, за рубежом им не пользуются, но без него не обходятся в технической литературе Советского Союза и России.
Коэффициент крепости пород по М.М.Протодьяконову в системе СИ рассчитывается по формуле:
f кр = 0.1*σ сж
где σ сж - предел прочности на одноосное сжатие [МПа].
