Материалы

Характер разрушения поверхностного слоя горных пород при резком охлаждении

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:

Д. Л. Васильев, orcid.org/0000-0001-6864-357X, Институт геотехнической механики имени Н. Полякова Национальной академии наук Украины, г. Днепр, Украина, e­mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В. Ф. Ганкевич, orcid.org/0000-0002-8535-6318, Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина, e­mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Т. В. Москалева, orcid.org/0000-0002-5352-8891, Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина, e­mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

О. В. Ливак, orcid.org/0000-0002-5552-6531, Украинский государственный химико-технологический университет, г. Днепр, Украина, e­mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 повний текст / full article



Abstract:

Цель. Изучение закономерностей развития системы макро- и микротрещин в горных породах при резком охлаждении для эффективного разупрочнения горных пород.

Методика. Решение вопроса о развитии системы трещин основано на том, что в результате резкого охлаждения в поверхностном слое породы развиваются растягивающие напряжения. Растянутый слой приобретает потенциальную энергию, зависящую от режимов теплового воздействия и свойств породы. В определенный момент времени энергия растянутого слоя начинает расходоваться на образование новых поверхностей растущей системы макро- и микротрещин.

Результаты. Предложена модель поведения поверхностного слоя горных пород в условиях термического удара охлаждением, предполагающая развитие в породе системы макротрещин разрыва и системы микротрещин, движущихся в слое за фронтом охлаждения. Получена зависимость, позволяющая определять глубину проникновения системы макротрещин в породу в зависимости от режимов теплового воздействия и физико-механических свойств горных пород. Экспериментально доказано формирование в растянутом охлажденном слое системы микротрещин, меняющих прочностные свойства пород в пределах охлажденного слоя. Показано, что система макротрещин движется в массиве с замедлением и проникает в породу глубже толщины охлажденного слоя, а микротрещины формируются в пределах растянутого охлажденного слоя. Показано, что глубина проникновения системы макротрещин в массив практически не зависит от режима термоудара охлаждением и определяется физико-механическими свойствами пород и временем воздействия. Увеличение потенциальной энергии растянутого слоя породы за счет повышения разности температур между нагревом и охлаждением («ужесточение» режима термоудара) приводит, в основном, к увеличению степени дробления породы сеткой трещин.

Научная новизна. Впервые рассмотрено развитие не одиночной трещины в породе при резком охлаждении, а системы трещин. Предложена модель поведения поверхностного слоя горных пород в условиях резкого охлаждения. Рассмотрены геометрические аспекты формирования и движения системы макротрещин в массив вследствие термоциклического нагружения. Доказан факт формирования наряду с макротрещинами – системы микротрещин, меняющих прочностные свойства пород в зоне формирования.

Практическая значимость. Получена аналитическая зависимость, позволяющая определять глубину проникновения системы трещин в горные породы в результате термоудара охлаждением, и, как следствие, оценивать размеры зоны поражения пород макро- и микротрещинами, а также степень разупрочнения горных пород в зависимости от физико-механических свойств и режимов термоудара охлаждением. Результаты применяются при использования термоциклического воздействия в реальных технологических процессах: подготовки горных пород к механическому разрушению, гидроразрыва, рыхления, взрывного разрушения.

References.

1. Gankevych, V. F., & Livak, O. V. (2017). Study on rock destruction processes using the temperature factor. Zbahachennia korysnykh kopalyn, (68), 46-55.

2. Yang, S. Q., Ranjith, P. G., Jing, H. W., Tian, W. L., & Ju, Y. (2017). An experimental investigation on thermal damage and failure mechanical behavior of granite after exposure to different high temperature treatments. Geothermics65, 180-197. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2016.09.008.

3. Su, H., Jing, H., & Du, M. (2016). Experimental investigation on tensile strength and its loading rate effect of sandstone after high temperature treatment. Arabian Journal of Geosciences, 9616. https://doi.org/10.1007/s12517-016-2639-8.

4. Yin, T., Li, X., & Cao, W.  (2015). Effects of Thermal Treatment on Tensile Strength of Laurentian Granite Using Brazilian Test. Rock Mechanics and Rock Engineering, (48)2213-2223. https://doi.org/10.1007/s00603-015-0712-3.

5. Sun, Q., Zhang, W., & Su, T. (2016). Variation of Wave Velocity and Porosity of Sandstone after High Temperature Heating. Acta Geophys. (64), 633–648. https://doi.org/10.1515/acgeo-2016-0021.

6. Wong, L. N. Y., Zhang, Y., & Wu, Z. (2020). Rock strengthening or weakening upon heating in the mild temperature range? Engineering Geology, (272). https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105619.

7. Tian, H., Ziegler, M., & Kempka, T. (2014). Physical and mechanical behavior of claystone exposed to temperatures up to 1000 °C. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, (70), 144-153. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2014.04.014.

8. Mahanta, B., Singh, T. A., & Ranjith, P. G. (2016). Influence of thermal treatment on mode I fracture toughness of certain Indian rocks. Engineering Geology, (210), 103-114. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2016.06.008.

9. Yin, Q., Jing, H., & Liu, R. (2020). Pore characteristics and nonlinear flow behaviors of granite exposed to high temperature. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, (79), 1239-1257. https://doi.org/10.1007/s10064-019-01628-6.

10. Dreus, A. Yu., Sudakov, A. K., Kozhevnikov, A. A., & Vakhalin, Yu. N. (2016). Study on thermal strength reduction of rock formation in the diamond core drilling process using pulse flushing mode. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (3), 5-10.

11. Kozhevnikov, A. A., Dreus, A. Yu., & Lee, B. (2017). The energy criterion of efficiency of diamond drilling with intermittent flush. Porodorazrushayushchiy i metalloobrabatyvayushchiy instrument – tekhnika i tekhnologiya yego izgotovleniya i primeneniya: Sbornik nauchnykh trudov, (20), 62-66.

12. Kozhevnikov, A. A., & Dreus, A. Yu. (2016). Analysis of the effectiveness of rock destruction during drilling with pulse flushing of wells. Porodorazrushayushchiy i metalloobrabatyvayushchiy instrument – tekhnika i tekhnologiya yego izgotovleniya i primeneniya: Sbornik nauchnykh trudov, (19), 62-66. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/139102.

13. Kozhevnikov, A. O., Kravets’, V. I., Vakhalin, Yu. M., & Livak, O. V. (2018). Patent of Ukraine No. 125672. Ukraine.

14. Kim, K., Kemeny, J., & Nickerson, M. (2014). Effect of Rapid Thermal Cooling on Mechanical Rock Properties. Rock Mechanics and Rock Engineering, (47), 2005-2019. https://doi.org/10.1007/s00603-013-0523-3.

15. Kozhevnikov, A. A., Krisan, V. V., Vakhalin, Yu. N., Tretiakov, O. A., & Livak, O. V. (2011). Destruction of rocks during shock cooling: monograph. Dnipropetrovsk: Lizunov Press LLC. ISBN 978-966-2575-03-3.

Следующие статьи из текущего раздела:

Предыдущие статьи из текущего раздела:

Посетители

3279198
Сегодня
За месяц
Всего
271
1450
3279198

Гостевая книга

Если у вас есть вопросы, пожелания или предложения, вы можете написать их в нашей «Гостевой книге»

Регистрационные данные

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зарегистрирован в Министерстве юстиции Украины.
 Регистрационный номер КВ № 17742-6592ПР от 27.04.2011.

Контакты

40005, г. Днепр, пр. Д. Яворницкого, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Вы здесь: Главная