RU2261327C1 - Method for loaded rock weakening determination - Google Patents
Method for loaded rock weakening determination Download PDFInfo
- Publication number
- RU2261327C1 RU2261327C1 RU2004122605/03A RU2004122605A RU2261327C1 RU 2261327 C1 RU2261327 C1 RU 2261327C1 RU 2004122605/03 A RU2004122605/03 A RU 2004122605/03A RU 2004122605 A RU2004122605 A RU 2004122605A RU 2261327 C1 RU2261327 C1 RU 2261327C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cracks
- rock
- concentration
- size
- temperature
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 title abstract 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 9
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 claims description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000011707 mineral Substances 0.000 abstract description 9
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000005511 kinetic theory Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101150101654 PSR1 gene Proteins 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N aluminum;potassium;oxygen(2-);silicon(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Si+4].[Si+4].[Si+4].[K+] DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052626 biotite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- PBKYWJHTOHRLDS-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni].[Ni] PBKYWJHTOHRLDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 108091028838 miR-2 stem-loop Proteins 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052655 plagioclase feldspar Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010878 waste rock Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к области разрушения горных пород, и предназначено для оценки разупрочнения скальных пород.The invention relates to the mining industry, in particular to the field of rock destruction, and is intended to assess the softening of rock formations.
Известен способ разрушения пород в результате СВЧ-воздействия на образец, установленный в поле стоячей электромагнитной волны, (Мисник Ю.М. "Основы разупрочнения мерзлых пород СВЧ-полями". - Л.: ЛГИ, 1982, с.28-42) и с помощью пресса ИГП-10, осуществляющего нагружение образцов при постоянной скорости деформации. В процессе нагружения самописец регистратора прибора вычерчивает диаграмму сжатия в координатах: усилие Р - абсолютная деформация l. Предел прочности породы определяют по формуле: σ-сж=P/F0, где Р - нагрузка, соответствующая разрушению; F0 - площадь сечения образца. Однако этот способ не позволяет полностью оценить степень разупрочнения скальной породы в процессе нагружения, т.к. не учитывает дефектную структуру породы.A known method of rock destruction as a result of microwave exposure to a sample installed in a field of a standing electromagnetic wave (Misnik Yu.M. "Fundamentals of softening of frozen rocks by microwave fields". - L .: LGI, 1982, S. 28-42) and using the press of IGP-10, loading samples at a constant strain rate. During loading, the recorder of the device registrar draws a compression diagram in coordinates: force P - absolute deformation l. The rock tensile strength is determined by the formula: σ -cf = P / F 0 , where P is the load corresponding to failure; F 0 is the cross-sectional area of the sample. However, this method does not allow to fully assess the degree of softening of rock during loading, because does not take into account the defective structure of the rock.
Для оценки прочности скальных пород известен способ, принятый за прототип, "Способ определения длительной прочности материала" (патент №2167404, Мкл. G 01 N 3/00 от 05.05.1999). Этот способ состоит в том, что измеряют прочность и температуру исследуемого материала, строят график температурной зависимости кратковременной прочности. Изобретение относится к анализу материалов путем определения их физических свойств, к определению механического состояния нагруженных материалов, их долговечности и может использоваться для определения времени до возникновения предразрывного состояния в результате накопления трещин в материале. Сущность способа заключается в следующем. Разрушение нагруженных твердых тел (с любым типом межатомной связи, надатомной и дефектной структурой) является термоактивированным процессом, причем время ожидания разрушения при напряжении σ и абсолютной температуре T описывается формулой С.Н.ЖурковаTo assess the strength of the rocks, the method adopted for the prototype is known, "Method for determining the long-term strength of the material" (patent No. 2167404, Ml. G 01
где t0 - время; U0 - энергия активации; R - универсальная газовая постоянная; T - абсолютная температура материала, γ - структурный коэффициент. Дальнейшие шаги связаны с исключением из формулы параметра γ (отражающего состояние дефектной структуры) путем включения величины U0, которую находят из температурной зависимости кратковременной прочности U0=RT*ln(t*/t0). Однако этот способ не позволяет оценить стадии разупрочнения скальной породы в процессе нагружения с учетом дефектной структуры, т.к. дальнейшие шаги связаны с исключением из формулы параметра γ (отражающего состояние дефектной структуры).where t 0 is time; U 0 is the activation energy; R is the universal gas constant; T is the absolute temperature of the material, γ is the structural coefficient. Further steps are associated with the exclusion from the formula of the parameter γ (reflecting the state of the defective structure) by including the value U 0 , which is found from the temperature dependence of the short-term strength U 0 = RT * ln (t * / t 0 ). However, this method does not allow to evaluate the stage of softening of rock during loading, taking into account the defective structure, because further steps are related to the exclusion of the parameter γ from the formula (reflecting the state of the defective structure).
Техническим результатом изобретения является устранение указанного недостатка, а именно повышение эффективности разупрочнения скальных горных пород при добыче и переработки минерального сырья при оптимальных режимах электромагнитного нагружения и обусловленного им развития микротрещиноватости.The technical result of the invention is to eliminate this drawback, namely increasing the efficiency of softening rock formations during the extraction and processing of mineral raw materials under optimal conditions of electromagnetic loading and the resulting development of microcracking.
Технический результат достигается тем, что по способу определения разупрочнения нагруженных горных пород, заключающемуся в определении прочности породы при изменении температуры и построении графика температурной зависимости прочности, согласно изобретению сначала определяют количество n0 и размер l0 естественных микротрещин в единичном объеме образца породы в заданной точке, после чего облучают образец в поле стоячих электромагнитных волн и определяют в этой же точке температуру нагрева и структуру дефектов, концентрацию ni и размер li, наведенных при нагружении микротрещин в данном интервале температур, строят зависимость концентрации трещин от размера, по которой определяют коэффициент слияния трещин как отношение двух размеров трещин наибольшей концентрации, рассчитывают прочность σ породы по формуле:The technical result is achieved by the fact that according to the invention, the number n 0 and the size l 0 of natural microcracks in a unit volume of a rock sample at a given point are first determined according to the method for determining the softening of loaded rocks, which consists in determining the strength of the rock with temperature and plotting the temperature dependence of strength and then the sample is irradiated in the field of standing electromagnetic waves and the heating temperature and the structure of defects, concentration n i and size are determined at the same point p l i induced during loading of microcracks in a given temperature range, the dependence of the concentration of cracks on the size is determined, according to which the coefficient of coalescence of cracks is determined as the ratio of the two sizes of cracks of the highest concentration, the rock strength σ is calculated by the formula:
где U00 - энергия активации разрушения до нагружения, Дж/моль; γ00 - активационный объем до нагружения, Дж/моль Па; R - универсальная постоянная, Дж/моль К; Т - абсолютная температура, К; nT - количество всех трещин при нагружении, ед/м3; n0 - количество всех трещин до нагружения, ед/м3; l1 - длина трещин, при которой наблюдается первый максимум концентрации трещин, м; l2 - длина трещин, при которой наблюдается второй максимум концентрации трещин, м; li - длина i-ой трещины, соответствующая предельной концентрации трещин, м; τ0 - период колебания атомов в кристаллической решетке, сек; τ - долговечность породы, время ожидания разрушения, сек, и строят график температурной зависимости σ=ƒ(T), на основании чего выделяют технологические стадии разупрочнения.where U 00 is the activation energy of failure before loading, J / mol; γ 00 — activation volume before loading, J / mol Pa; R is the universal constant, J / mol K; T is the absolute temperature, K; n T is the number of all cracks under loading, units / m 3 ; n 0 is the number of all cracks before loading, units / m 3 ; l 1 is the length of the cracks at which the first maximum concentration of cracks is observed, m; l 2 is the length of the cracks at which a second maximum concentration of cracks is observed, m; l i - the length of the i-th crack, corresponding to the limit concentration of cracks, m; τ 0 - period of vibration of atoms in the crystal lattice, sec; τ is the rock longevity, fracture waiting time, sec, and a graph of the temperature dependence σ = ƒ (T) is built, on the basis of which the technological stages of softening are distinguished.
В отличие от прототипа предлагаемый способ определения разупрочнения скальных пород и прочности породы дает информацию о температурной зависимости количества наведенных микротрещин при СВЧ-нагреве, которые могут быть измерены на образцах, помещенных в поле стоячих электромагнитных волн. Ввиду различных свойств минеральных компонентов породы при СВЧ-нагреве наблюдается разница в температурах и коэффициентах термического расширения, возникают существенно различные по параметрам напряженные состояния, что усугубляется наличием структурной неоднородности и естественной трешиноватости, приводящим к появлению концентраций напряжений и развитию наведенной микротрещиноватости. В соответствии с кинетической теорией прочности концентрация наведенной трешиноватости приводит к изменению термокинетических параметров и изменению предела прочности породы. Основой научных исследований явились работы ведущих специалистов в области кинетической теории прочности: С.Н.Журкова, М.Г.Менжулина и др.In contrast to the prototype, the proposed method for determining softening of rock and rock strength provides information on the temperature dependence of the number of induced microcracks during microwave heating, which can be measured on samples placed in the field of standing electromagnetic waves. Due to the different properties of the mineral components of the rock during microwave heating, there is a difference in temperatures and thermal expansion coefficients, stress states that are significantly different in parameters, which are exacerbated by the presence of structural heterogeneity and natural cracking, which leads to the appearance of stress concentrations and the development of induced microcracking. In accordance with the kinetic theory of strength, the concentration of induced cracking leads to a change in thermokinetic parameters and a change in the tensile strength of the rock. The basis of scientific research was the work of leading experts in the field of kinetic theory of strength: S.N. Zhurkov, M.G. Menzhulin and others.
Способ поясняется двумя чертежами, где на фиг.1 показано распределение трещин по размерам до нагружения и при СВЧ-нагреве, а на фиг.2 - зависимости пределов прочности гранита от температуры и концентрации микротрещин.The method is illustrated by two drawings, in which Fig. 1 shows the size distribution of cracks before loading and during microwave heating, and Fig. 2 shows the dependence of granite strength on temperature and concentration of microcracks.
С учетом трещиноватости прочность скальной породы описывается выражением кинетической теории прочности, в основе которой лежит формула С.Н.Журкова (1). Термокинетические параметры в зависимости от концентрации трещин изменяются в соответствии с выражениями:
При нагружении скальной породы происходит накопление мелких трещин до их некоторой критической концентрации N=nv в единице объема, после чего начинается их попарное слияние с образованием укрупненных трещин. Предельная концентрация трещин N размера li в единице объема определяется как N=1/к3li 3, где к - концентрационный параметр слияния трещин, определяется как отношение двух размеров трещин l2 и l1, при которых концентрация трещин наибольшая, к=l2/l1. Размеры трещин l2 и l1 находят из графиков распределения трещин для данной температуры СВЧ-нагрева (фиг.1). Тогда σ равнаWhen the rock is loaded, small cracks accumulate to a certain critical concentration N = n v per unit volume, after which their pairwise fusion with the formation of enlarged cracks begins. The maximum concentration of cracks N of size l i in a unit volume is defined as N = 1 / k 3 l i 3 , where k is the concentration parameter of the fusion of cracks, is defined as the ratio of two sizes of cracks l 2 and l 1 at which the concentration of cracks is the highest, k = l 2 / l 1 . The dimensions of the cracks l 2 and l 1 are found from the fracture distribution graphs for a given microwave heating temperature (FIG. 1). Then σ is
где U00 - энергия активации разрушения до нагружения, Дж/моль;where U 00 is the activation energy of failure before loading, J / mol;
γ00 - активационный объем до нагружения, Дж/моль Па;γ 00 — activation volume before loading, J / mol Pa;
R - универсальная постоянная, Дж/моль К; Т - абсолютная температура, К;R is the universal constant, J / mol K; T is the absolute temperature, K;
nT - количество всех трещин при нагружении, ед/м3;n T is the number of all cracks under loading, units / m 3 ;
n0 - количество всех трещин до нагружения, ед/м3;n 0 is the number of all cracks before loading, units / m 3 ;
l1 - длина трещин, при которой наблюдается первый максимум концентрации трещин, м;l 1 is the length of the cracks at which the first maximum concentration of cracks is observed, m;
l2 - длина трещин, при которой наблюдается второй максимум концентрации трещин, м;l 2 is the length of the cracks at which a second maximum concentration of cracks is observed, m;
li - длина i-ой трещины, соответствующая предельной концентрации трещин, м;l i - the length of the i-th crack, corresponding to the limit concentration of cracks, m;
τ0 - период колебания атомов в кристаллической решетке, сек;τ 0 - period of vibration of atoms in the crystal lattice, sec;
τ - долговечность породы, время ожидания разрушения, сек.τ - rock longevity, fracture waiting time, sec.
Способ выполняется следующим образом. Определение прочности скальной породы при СВЧ-нагреве выполнялись с помощью установки частотой 2375 МГц с выходной мощностью 2,0 кВт. В результате СВЧ-воздействия на образец, установленный в поле стоячей волны S=45 Вт/см2, обеспечивалась плотность тепловых источников q=2,5 Вт/см3. СВЧ-электромагнитная волна вводилась в объем породы, а с противоположной стороны размещался экран так, чтобы вектор напряженности электрического поля был направлен перпендикулярно к его поверхности.The method is as follows. The determination of rock strength during microwave heating was carried out using a 2375 MHz installation with an output power of 2.0 kW. As a result of microwave exposure to the sample installed in the standing wave field S = 45 W / cm 2 , the density of heat sources q = 2.5 W / cm 3 was ensured. A microwave electromagnetic wave was introduced into the rock volume, and a screen was placed on the opposite side so that the electric field vector was directed perpendicular to its surface.
Объектом исследования явились характерные типы гранитов Ленинградской области: гранит с размером зерен от 0,4 до 4,5 мм и содержанием минералов в его составе: кварц - 30%, калиевый полевой шпат - 50%, плагиоклаз - 10% и биотит - 10%. Образец гранита в виде бруска сечением 90×45 мм2 длиной 200 мм помещался в волноводный тракт. Одна из сторон образца шлифовалась микропорошками К3-10, М-20, а затем полировалась порошками окиси хрома до получения равномерной зеркальной поверхности.The object of the study was the characteristic types of granites of the Leningrad region: granite with a grain size of 0.4 to 4.5 mm and a mineral content in its composition: quartz - 30%, potassium feldspar - 50%, plagioclase - 10% and biotite - 10% . A granite sample in the form of a bar with a section of 90 × 45
Определение распределения концентрации трещин (n0 и nl) по размерам (l0 и li) осуществлялось с помощью микроскопа "Мир-2". Для определения кинетики развития трещин при СВЧ-нагреве предварительно определялась естественная трещиноватость образца (при ~20°С) в единице объема в заданной точке. График распределения концентрации трещин n0 по размерам l0 в этой точке до нагружения представлен на фиг.1 пунктирной линией. Для возможности сравнивания вероятностей нахождения трещин, соответствующих двум интервалам измерений Δi1 и Δi2, удобнее находить плотности вероятностей: ƒ=Δni/Δi1,2nΣ, и выбор величины F=ƒl2 i, откладываемой по оси ординат, по которой можно судить о том, какая длина трещин вносит основной вклад в разрушение.Determination of the distribution of the concentration of cracks (n 0 and n l ) by size (l 0 and l i ) was carried out using a Mir-2 microscope. To determine the kinetics of crack development during microwave heating, the natural fracture of the sample (at ~ 20 ° C) per unit volume at a given point was previously determined. The graph of the distribution of the concentration of cracks n 0 by size l 0 at this point before loading is shown in Fig. 1 by a dashed line. To be able to compare the probabilities of finding cracks corresponding to two measurement intervals Δi 1 and Δi 2 , it is more convenient to find the probability densities: ƒ = Δn i / Δi 1,2 n Σ , and the choice of the quantity F = ƒl 2 i , plotted along the ordinate, along which one can judge how long cracks make the main contribution to failure.
После СВЧ-нагружения образца в течение времени t осуществлялось измерение температуры Т образца гранита в той же заданной точке в единице объема с помощью термопары, вводимой в щель волноводного тракта, прорезанной по широкой стенке волновода. Установка нагрева включала никель-хром-никелевую термопару, подсоединенную к измерителю температуры ПСР-1.After microwave loading of the sample over time t, the temperature T of the granite sample was measured at the same given point in a unit volume using a thermocouple inserted into the slit of the waveguide path cut through the wide wall of the waveguide. The heating installation included a nickel-chromium-nickel thermocouple connected to a PSR-1 temperature meter.
Затем под микроскопом определялась в заданной точке и единице объема качественная структура дефектов: межзерновая трещиноватость, формирование субблоков, развитие макротрещин и развитие трещин по зерну.Then, under the microscope, the qualitative structure of defects was determined at a given point and unit of volume: intergranular fracture, formation of subunits, development of macrocracks, and development of cracking along the grain.
Далее были выполнены измерения распределения концентрации трещин nl по размерам li при различных температурах СВЧ-нагрева (фиг.1, где сплошной линией показано распределение концентрации трещин после СВЧ-нагружения, T=433 К). Согласно полученным графикам распределения определяется концентрационный параметр слияния трещин как отношение двух размеров трещин l2 и l1, при которых концентрация трещин наибольшая, к=l2/l1. Предельная концентрация трещин N размера li в единице объема определяется как N=1/к3li 3=1/(l2/l1)3li 3.Next, measurements were made of the distribution of the concentration of cracks n l by dimensions l i at various microwave heating temperatures (Fig. 1, where the solid line shows the distribution of the concentration of cracks after microwave loading, T = 433 K). According to the obtained distribution graphs, the concentration parameter of crack fusion is determined as the ratio of the two crack sizes l 2 and l 1 , at which the concentration of cracks is the highest, k = l 2 / l 1 . The maximum concentration of cracks N of size l i in a unit volume is defined as N = 1 / k 3 l i 3 = 1 / (l 2 / l 1 ) 3 l i 3 .
На основании обработки графиков распределения концентрации наведенных микротрещин по размерам при СВЧ-нагреве определены: концентрационный параметр слияния трещин к(Т) и критическая концентрация разрушения N(T). Прочность σ гранита в заданной точке определяется по формуле (3) с учетом параметров трещиноватости:Based on the processing of the graphs of the distribution of the concentration of induced microcracks by size during microwave heating, the following were determined: the concentration parameter of crack fusion k (T) and the critical fracture concentration N (T). The strength σ of granite at a given point is determined by the formula (3) taking into account the fracture parameters:
где U00 - энергия активации разрушения до нагружения, Дж/моль;where U 00 is the activation energy of failure before loading, J / mol;
γ00 - активационный объем до нагружения, Дж/моль Па;γ 00 — activation volume before loading, J / mol Pa;
R - универсальная постоянная, Дж/моль К; Т - абсолютная температура, К;R is the universal constant, J / mol K; T is the absolute temperature, K;
nT - количество всех трещин при нагружении, ед/м3;n T is the number of all cracks under loading, units / m 3 ;
n0 - количество всех трещин до нагружения, ед/м3;n 0 is the number of all cracks before loading, units / m 3 ;
l1 - длина трещин, при которой наблюдается первый максимум концентрации трещин, м;l 1 is the length of the cracks at which the first maximum concentration of cracks is observed, m;
l2 - длина трещин, при которой наблюдается второй максимум концентрации трещин, м;l 2 is the length of the cracks at which a second maximum concentration of cracks is observed, m;
li - длина i-ой трещины, соответствующая предельной концентрации трещин, м;l i - the length of the i-th crack, corresponding to the limit concentration of cracks, m;
τ0 - период колебания атомов в кристаллической решетке, сек;τ 0 - period of vibration of atoms in the crystal lattice, sec;
τ - долговечность породы, время ожидания разрушения, сек.τ - rock longevity, fracture waiting time, sec.
На основании расчетов строится температурная зависимость прочности σ(T) (фиг.2).Based on the calculations, the temperature dependence of the strength σ (T) is constructed (Fig. 2).
Анализ зависимости предела прочности от температуры СВЧ-нагрева (фиг.2) позволяет выделить следующие характерные участки:Analysis of the dependence of the tensile strength on the temperature of the microwave heating (figure 2) allows us to highlight the following characteristic areas:
1 - при низкотемпературном нагреве до ≅370 К наблюдается упрочнение гранита;1 - during low-temperature heating to ≅370 K, granite hardening is observed;
2 - снижение прочности гранита в интервале температур от 370 до 500 К происходит за счет зарождения, роста и слияния более мелких трещин и перераспределения их к границам зерен, образуя межзерновую микротрещиноватость;2 - a decrease in the strength of granite in the temperature range from 370 to 500 K occurs due to the nucleation, growth and coalescence of smaller cracks and their redistribution to grain boundaries, forming intergranular microcracks;
3 - значительное снижение прочности гранита в интервале температур от 500 до 560 К связано с разделением зерен на блоки с малой областью концентрации трещин в результате их слияния;3 - a significant decrease in the strength of granite in the temperature range from 500 to 560 K is associated with the separation of grains into blocks with a small region of concentration of cracks as a result of their merging;
4 - при температуре 560 К происходит разрушение - раскол образца гранита за счет развития макротрещин в пучностях электрического поля;4 - at a temperature of 560 K, destruction occurs — a granite sample splits due to the development of macrocracks in the antinodes of the electric field;
5 - в области температур 560÷640 К происходит развитие всех видов микротрещин.5 - in the temperature range 560–640 K, all types of microcracks develop.
Характер разупрочнения и разрушения скальных горных пород определяется температурным режимом, формированием локальных зон нагрева и зон термоупругих напряжений и служит основой для решения различных технологических задач. Эффективность применения СВЧ-энергии определяется способностью породы поглощать электромагнитную энергию. Удельная мощность Pуд поглощения определяется выражением Pуд=2πfε'tgδ|E|2, где ε' - диэлектрическая проницаемость; tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь; ƒ - частота; Е - напряженность электрического поля. В условиях квазиадиабатического нагрева повышение температуры в заданной точке породы определяется выражением Т=Рудt/С, где t - время; С - объемная теплоемкость породы. На основании выполненных в работе исследований наведенной трещиноватости, структуры трещин и прочности породы выделены основные стадии электромагнитного разупрочнения (табл. 1).The nature of softening and destruction of rocky rocks is determined by the temperature regime, the formation of local heating zones and zones of thermoelastic stresses and serves as the basis for solving various technological problems. The effectiveness of the application of microwave energy is determined by the ability of the rock to absorb electromagnetic energy. The specific power P beats of absorption is determined by the expression P beats = 2πfε'tgδ | E | 2 , where ε 'is the dielectric constant; tanδ is the dielectric loss tangent; ƒ is the frequency; E is the electric field strength. Under conditions of quasi-adiabatic heating, an increase in temperature at a given point in the rock is determined by the expression T = P beats t / C, where t is time; C is the volumetric heat capacity of the rock. Based on the studies of induced fracturing, structure of cracks, and rock strength, performed in the work, the main stages of electromagnetic softening were identified (Table 1).
Стадии разупрочнения гранита при СВЧ-нагревеTable 1
Stages of granite softening during microwave heating
Для выделения чистых фракций минералов при селективной дезинтеграции рекомендуется вести обработку при температуре 375-500 К, тогда изменение напряженного состояния способствует образованию межзерновой трещиноватости, что вызывает разупрочнение зерен кварца по их границам и повышает селективность их раскрытия. Экспериментально установлено, что при обработке гранита в режиме первой стадии разделение на чистые фракции размером 1,4 мм составила 98%. По сравнению с механическим дроблением чистота минеральных фракций составляет 80% только во фракции размером 0-0,1 мм.To isolate pure fractions of minerals during selective disintegration, it is recommended to process at a temperature of 375-500 K, then a change in the stress state promotes the formation of intergranular fracture, which causes softening of quartz grains along their boundaries and increases the selectivity of their opening. It was experimentally established that when processing granite in the first stage mode, separation into pure fractions of 1.4 mm in size was 98%. Compared to mechanical crushing, the purity of the mineral fractions is 80% only in the fraction 0-0.1 mm in size.
При разделении минерального сырья на уровне минеральных агрегатов с целью последующей отсортировки пустой породы эффективность разупрочнения может быть достигнута в режиме второй стадии, где происходит формирование субблоков. При дроблении породы выбирается режим, соответствующий третьей стадии. Режим четвертой стадии разупрочнения используется в технологическом цикле измельчения.When mineral raw materials are separated at the level of mineral aggregates for the purpose of subsequent sorting of waste rock, the softening efficiency can be achieved in the second stage mode, where subunits are formed. When crushing the rock, the mode corresponding to the third stage is selected. The mode of the fourth stage of softening is used in the grinding technological cycle.
Результаты используются для практических рекомендаций при выборе режимов СВЧ-электромагнитного воздействия и технологической стадии разупрочнения, соответствующие заданной технологии.The results are used for practical recommendations when choosing microwave electromagnetic modes and the technological stage of softening, corresponding to a given technology.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004122605/03A RU2261327C1 (en) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | Method for loaded rock weakening determination |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004122605/03A RU2261327C1 (en) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | Method for loaded rock weakening determination |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2261327C1 true RU2261327C1 (en) | 2005-09-27 |
Family
ID=35850064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004122605/03A RU2261327C1 (en) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | Method for loaded rock weakening determination |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2261327C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101936161A (en) * | 2010-08-18 | 2011-01-05 | 天地科技股份有限公司 | In-situ measurement method for coal rock strength and deformation modulus |
| RU2418165C2 (en) * | 2009-07-28 | 2011-05-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (УРАН ИПКОН РАН) | Method for determining condition preceding destruction of rocks and building structures, and device for its implementation |
| US20160116388A1 (en) * | 2014-10-23 | 2016-04-28 | Aramco Services Company | Measuring tensile strength of tight rock using electromagnetic heating |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1456605A1 (en) * | 1987-06-25 | 1989-02-07 | Московский Горный Институт | Method of loosening coal seam |
| SU1499153A1 (en) * | 1987-07-01 | 1989-08-07 | Ленинградское высшее военное инженерное строительное училище им.генерала армии А.Н.Комаровского | Method of determining the action of material structure on creepage |
| RU2042813C1 (en) * | 1992-06-26 | 1995-08-27 | Норильский индустриальный институт | Method for determination of stressed state of rock mass district |
| RU2046946C1 (en) * | 1992-07-09 | 1995-10-27 | Московский государственный горный университет | Coal stratum softening method |
| RU2090905C1 (en) * | 1995-07-11 | 1997-09-20 | Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН | Method of geophysical control of rock mass |
| RU2167404C2 (en) * | 1999-05-05 | 2001-05-20 | Петров Валентин Алексеевич | Method of determination of long-term strength of materials |
| RU2191411C2 (en) * | 2000-10-16 | 2002-10-20 | Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН | Method controlling stressed state of rock mass |
| RU2192657C1 (en) * | 2001-05-10 | 2002-11-10 | Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН | Procedure testing change of stressed-deformed state of rock mass |
-
2004
- 2004-07-22 RU RU2004122605/03A patent/RU2261327C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1456605A1 (en) * | 1987-06-25 | 1989-02-07 | Московский Горный Институт | Method of loosening coal seam |
| SU1499153A1 (en) * | 1987-07-01 | 1989-08-07 | Ленинградское высшее военное инженерное строительное училище им.генерала армии А.Н.Комаровского | Method of determining the action of material structure on creepage |
| RU2042813C1 (en) * | 1992-06-26 | 1995-08-27 | Норильский индустриальный институт | Method for determination of stressed state of rock mass district |
| RU2046946C1 (en) * | 1992-07-09 | 1995-10-27 | Московский государственный горный университет | Coal stratum softening method |
| RU2090905C1 (en) * | 1995-07-11 | 1997-09-20 | Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН | Method of geophysical control of rock mass |
| RU2167404C2 (en) * | 1999-05-05 | 2001-05-20 | Петров Валентин Алексеевич | Method of determination of long-term strength of materials |
| RU2191411C2 (en) * | 2000-10-16 | 2002-10-20 | Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН | Method controlling stressed state of rock mass |
| RU2192657C1 (en) * | 2001-05-10 | 2002-11-10 | Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН | Procedure testing change of stressed-deformed state of rock mass |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЯМЩИКОВ В.С. Контроль процессов горного производства. М.: Недра, 1989, с. 211-230. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2418165C2 (en) * | 2009-07-28 | 2011-05-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (УРАН ИПКОН РАН) | Method for determining condition preceding destruction of rocks and building structures, and device for its implementation |
| CN101936161A (en) * | 2010-08-18 | 2011-01-05 | 天地科技股份有限公司 | In-situ measurement method for coal rock strength and deformation modulus |
| CN101936161B (en) * | 2010-08-18 | 2012-09-19 | 天地科技股份有限公司 | In-situ measurement method for coal rock strength and deformation modulus |
| US20160116388A1 (en) * | 2014-10-23 | 2016-04-28 | Aramco Services Company | Measuring tensile strength of tight rock using electromagnetic heating |
| US9970852B2 (en) * | 2014-10-23 | 2018-05-15 | Saudi Arabian Oil Company | Measuring tensile strength of tight rock using electromagnetic heating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fan et al. | Effects of cyclic freezing and thawing on the mechanical behavior of dried and saturated sandstone | |
| Zhu et al. | Softening damage analysis of gypsum rock with water immersion time based on laboratory experiment | |
| McKnight et al. | Grain size dependence of elastic anomalies accompanying theα–β phase transition in polycrystalline quartz | |
| Wong et al. | Water saturation effects on the Brazilian tensile strength of gypsum and assessment of cracking processes using high-speed video | |
| Hua et al. | Experimental investigation on the effect of wetting-drying cycles on mixed mode fracture toughness of sandstone | |
| Yang | Crack coalescence behavior of brittle sandstone samples containing two coplanar fissures in the process of deformation failure | |
| Takarli et al. | Damage in granite under heating/cooling cycles and water freeze–thaw condition | |
| Zheng et al. | Theoretical and experimental researches on fracture toughness for bedded shale using the centrally cracked Brazilian disk method with acoustic emission monitoring | |
| Li et al. | Influence of high-temperature treatment on strength and failure behaviors of a quartz-rich sandstone under true triaxial condition | |
| Wigum | Examination of microstructural features of Norwegian cataclastic rocks and their use for predicting alkali-reactivity in concrete | |
| Bandini et al. | Influence of marble’s texture on its mechanical behavior | |
| Han et al. | Dynamic fracture evolution and mechanical behavior of sandstone containing noncoplanar elliptical flaws under impact loading | |
| Yin et al. | Anisotropy of quartz mica schist based on quantitative extraction of fabric information | |
| CN115326579B (en) | Method for determining constant mi and strength envelope in Hoek-Brown criterion based on digital drill parameters | |
| Lian et al. | Study on the damage mechanism and evolution model of preloaded sandstone subjected to freezing–thawing action based on the NMR technology | |
| Pijaudier-Cabot et al. | Determination of the fracture energy of rocks from size effect tests: Application to shales and carbonate rocks | |
| Liu et al. | Case study: Using the point load test to estimate rock strength of tunnels constructed by a tunnel boring machine | |
| Bisai et al. | Effects of high-temperature heating and cryogenic quenching on the physico-mechanical properties of limestone | |
| Tao et al. | The influence of acid corrosion on dynamic properties and microscopic mechanism of marble | |
| Roy et al. | Effect of heat-treatment on the pure-and mixed-mode fracture properties of a homogeneous sandstone | |
| Cheng et al. | Research on the interface structure during unidirectional corrosion for oil-well cement in H2S based on computed tomography technology | |
| Chen et al. | Study on the developmental characteristics and mechanism of shale FPZs | |
| Yin et al. | Triaxial creep test and damage model study of layered red sandstone under freeze-thaw cycles | |
| RU2261327C1 (en) | Method for loaded rock weakening determination | |
| Wei et al. | Thermo-hydro-mechanical-chemical (THMC) coupling fracture criterion of brittle rock |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060723 |