Науковий вісник НГУ

Характер руйнування поверхневого шару гірських порід при різкому охолодженні

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №5 2020

Останнє оновлення: 02 листопада 2020

Опубліковано: 31 жовтня 2020

Перегляди: 2022

Authors:

Д. Л. Васильєв, orcid.org/0000-0001-6864-357X, Інститут геотехнічної механіки імені Н. Полякова Національної академії наук України, м. Дніпро, Україна, e­mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.">Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В. Ф. Ганкевич, orcid.org/0000-0002-8535-6318, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e­mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Т. В. Москальова, orcid.org/0000-0002-5352-8891, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e­mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О. В. Лівак, orcid.org/0000-0002-5552-6531, Український державний хіміко-технологічний університет, м. Дніпро, Україна, e­mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Abstract:

Мета. Вивчення закономірностей розвитку системи макро- й мікротріщин у гірських породах при різкому охолодженні для ефективного знеміцнення гірських порід.

Методика. Вирішення питання щодо розвитку системи тріщин засноване на тому, що в результаті різкого охолодження в поверхневому шарі породи розвиваються напруження розтягу. Розтягнутий шар набуває потенційну енергію, залежну від режимів теплового впливу та властивостей породи. У певний момент часу енергія розтягнутого шару починає витрачатися на створення нових поверхонь зростаючої системи макро- й мікротріщин.

Результати. Запропонована модель поведінки поверхневого шару гірських порід в умовах термічного удару охолодженням, що припускає розвиток у породі системи макротріщин розриву й системи мікротріщин, що рухаються в шарі за фронтом охолодження. Отримана залежність, що дозволяє визначати глибину проникнення системи макротріщин у породу в залежності від режимів теплового впливу та фізико-механічних властивостей гірських порід. Експериментально доведено формування в розтягнутому охолодженому шарі системи мікротріщин, що змінюють властивості міцності порід у межах охолодженого шару. Показано, що система макротріщин рухається в масиві з уповільненням і проникає в породу глибше товщини охолодженого шару, а мікротріщини формуються в межах розтягнутого охолодженого шару. Показано, що глибина проникнення системи макротріщин у масив практично не залежить від режиму термоудару охолодженням і визначається фізико-механічними властивостями порід і часом впливу. Збільшення потенційної енергії розтягнутого шару породи за рахунок підвищення різниці температур між нагріванням і охолодженням («посилення» режиму термоудару) призводить, в основному, до збільшення ступеня дроблення породи сіткою тріщин.

Наукова новизна. Уперше розглянуто розвиток не одиночної тріщини в породі при різкому охолодженні, а системи тріщин. Запропонована модель поведінки поверхневого шару гірських порід в умовах різкого охолодження. Розглянуті геометричні аспекти формування й руху системи макротріщин у масив унаслідок термоциклічного навантаження. Доведено факт формування поряд із макротріщинами – системи мікротріщин, що змінюють властивості міцності порід у зоні формування.

Практична значимість. Встановлена аналітична залежність, що дозволяє визначати глибину проникнення системи тріщин у гірські породи в результаті термоудару охолодженням, і, як наслідок, оцінювати розміри зони ураження порід макро- й микротрещинами, а також ступінь знеміцнення гірських порід у залежності від фізико-механічних властивостей і режимів термоудару охолодженням. Результати застосовуються при використанні термоциклічного впливу в реальних технологічних процесах: підготовки гірських порід до механічного руйнування, гідророзриву, розпушування, вибухового руйнування.

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. Geothermics, 65, 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, 9, 616. 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.

• < Попередня
• Наступна >