technolibrary.ru

Определение твердости горных пород

Определение твердости горных пород

Твердость горных пород и минералов – одно из самых важных эксплуатационных качеств. Особенное значение эта характеристика имеет в строительстве – чем тверже камень, тем он больше ценится. Чтобы сравнить разные материалы по этому параметру, будь то обычный бетон или самый прочный габбро,  учеными придуманы несколько систем. Наиболее известная из них – шкала Мооса. Но мало кто знает, что это всего лишь  одна из самых грубых и весьма примитивных систем, сравнивающая только по принципу: этот материал мягче, чем тот, но тверже, чем другой. Для более точных измерений существуют множество других, более продвинутых методик.

Итак, сегодня в науке применяются такие способы:

• Шкала Мооса.
• Определение твердости по Бринеллю.
• Твердость по Шоору.
• Шкала Протодьяконова.
• Твердость по Виккерсу.
• Методика Роквелла.
• Измерение склерометром.

Шкала Мооса или минералогическая шкала твердости

Этот простой и остроумный способ был предложен немецким геологом Карлом Фридрихом Моосом в 1811 году. Ученый выбрал 10 эталонных материалов и каждый строительный материал или природный материал определяется на твердость в сравнении с ними. Самым твердым Моос выбрал алмаз, самым мягким – тальк. Для сравнения используется метод царапанья. Числовое значение твердости определяется положением минерала между двумя эталонными образцами: один из них царапается более твердым эталоном, и одновременно, им можно поцарапать более мягкий образец. Например, твердость

Склерометрия

Этот метод предшествовал шкале Мооса и тоже основан на определении твердости методом царапанья материала. Склерометр, или его еще называют твердометром, которым выполняют царапанье, был изобретен также немцем – Зеебеком в 1833 году. Его длительное время применяли для выявления относительной твердости по шкале Мооса. Сейчас для этой цели используют другие способы.

Твердость по Бринеллю

Этот способ состоит в определении твердости путем вдавливания шариков разного диаметра (1, 2, 2,5, 5 и 10 мм) из закаленной стали в испытываемую поверхность. Полученные значения сравниваются с табличными значениями, куда вносится диаметр шарика и отпечатка, а также, приложенной нагрузки – и так определяется показатель твердости. Придумал этот метод шведский ученый Юлиус Бринелль, но применяют его чаще не на каменные породы – черный габбро, гранит и другие, а для металлов.

Твердость по Шоору (Шору) или метод отскока

Метод предложен в 1922 году Альбертом Шором и использует также метод вдавливания. Измерения проводятся прибором дюрометром, а результаты сравниваются с табличными данными. Эта методика больше подходит для не очень твердых материалов, поэтому сейчас ее используют для определения характеристик резины, пластиков, эластомеров, каучуков.

Твердость по Виккерсу

Этот метод также основан на процессе вдавливания – применяется для очень твердых материалов и металлов. При этом в образец вдавливается пирамидальный алмазный наконечник. В течение определенного времени производится выдержка с нагрузкой, а потом данные сравниваются с табличными значениями. Этот способ применяют для металла и различных видов горных пород.

Методика Роквелла

Тоже метод вдавливания, причем, на испытуемую поверхность сначала осуществляется предварительная нагрузка, а потто сразу – основная. Индентором выступает стальной шарик для более мягких материалов, а для металлов и горных пород – алмазный наконечник. Это один из главных способов, используемых в металлургии.

Шкала Протодьяконова

Ее разработал русский горный инженер Михаил Протодьяконов именно для горных пород, к которым относится габбро, гранит, лабрадорит. Методика определения совершенно другая – по устойчивости на сжатие. Все породы распределены на 10 категорий с определенным индексом. Этот метод дает более точные результаты, сем шкала Мооса.

Твердость горных пород — это… Что такое Твердость горных пород?

Твердость горных пород

► rock hardness

Свойство горных пород оказывать сопротивление внедрению в них других тел при сосредоточенном контактном силовом воздействии.

Твердость горных пород – характеристика горных пород, отражающая их прочность. В зависимости от предназначения величина твердости горных пород определяется различными методами. Показатели твердости горных пород используют при проектировании средств механизации горных работ, оптимизации режимов эксплуатации породоразрушающих органов, обосновании нормативов производительности различных конструкций инструментов и т. д.

Краткий электронный справочник по основным нефтегазовым терминам с системой перекрестных ссылок. — М.: Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина. М.А. Мохов, Л.В. Игревский, Е.С. Новик. 2004.

• Танкер
• Тектонические карты

Смотреть что такое «Твердость горных пород» в других словарях:

• СВОЙСТВА ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВ (ГОРНЫХ ПОРОД, МИНЕРАЛОВ) — это их характерные качества, обусловленные составом и строением, являющиеся постоянными при определенных внешних условиях и закономерно меняющиеся с изменением последних. Такие С. ф. в., как плотность, твердость, пластичность, были известны еще в …   Геологическая энциклопедия

• Рельеф земной коры — около 70% земной коры покрыто водой океанов и морей (см. Земля) и это обстоятельство имеет огромное влияние на ее Р. Под водой, как и на суше, действуют процессы, изменяющие высоту и Р. коры, процессы, которые описаны в ст. Горы (см.) и Вулканы… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ — Минералы твердые природные образования, входящие в состав горных пород Земли, Луны и некоторых других планет, а также метеоритов и астероидов. Минералы, как правило, довольно однородные кристаллические вещества с упорядоченной внутренней… …   Энциклопедия Кольера

• Драгоценные металлы — (Precious metals) Драгоценные металлы это редко встречающиеся металлы, которые отличаются блеском, красотой и стойкостью к коррозии История добычи драгоценных металлов, разновидности, свойства, применение, распространение в природе, сплавы… …   Энциклопедия инвестора

• ГОСТ 30330-95: Породы горные. Термины и определения — Терминология ГОСТ 30330 95: Породы горные. Термины и определения оригинал документа: 161 абразивность горной породы Горно технологическое свойство, характеризующее способность горной породы изнашивать контактирующие с ней поверхности Определения… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 50544-93: Породы горные. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 50544 93: Породы горные. Термины и определения оригинал документа: 161 абразивность горной породы Горно технологическое свойство, характеризующее способность горной породы изнашивать контактирующие с ней поверхности… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• минерал — а; м. [от лат. minera руда] Природное вещество, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, входящее в состав горных пород, руд, метеоритов. Полезные минералы. Коллекция минералов. Образование минералов. Обработка… …   Энциклопедический словарь

• Ломоносов, Михаил Васильевич — — ученый и писатель, действительный член Российской Академии Наук, профессор химии С. Петербургского университета; родился в дер. Денисовке, Архангельской губ., 8 ноября 1711 г., скончался в С. Петербурге 4 апреля 1765 года. В настоящее… …   Большая биографическая энциклопедия

• Природные ресурсы — (Natural Resources) История использования природных ресурсов, мировые природные ресурсы Классификация природных ресурсов, природные ресурсы России, проблема исчерпаемости природных ресурсов, рациональное использование природных ресурсов… …   Энциклопедия инвестора

• Метаморфические горные породы — Кварцит Метаморфические горные породы  горные породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных и магматических горных пород вследствие изменения физико химических условий. Благодаря движениям земной… …   Википедия

neft.academic.ru

Определение твердости горных пород в категориях. Классификации горных пород по твердости, упругости и пластичности

В горном деле широкое применение находит определение показателей механических свойств в условных единицах – категориях. В бурении эти показатели используются при нормировании буровых работ и при выборе породоразрушающих инструментов. Рассмотрим порядок определения категорий пород на примере их твердости. Твердость в категориях обозначим буквой Н.

Все горные породы по их твердости и пределу текучести по штампу Л. А. Шрейнером разделены на 12 категорий. Первоначально были выделены три группы горных пород – мягкие, средней твердости и твердые, по четыре ка-тегории в каждой группе. Позднее было предложено выделять пять групп. Классификация Л. А. Шрейнера по р_ш и р₀ приведена в таблице 4.4.

Возможности прямого определения твердости горных пород весьма огра-ниченны, т.к. большие интервалы бурятся без отбора керна. В БашНИПИнефти и ВНИИБТ разработаны методики оценки категорий твердости горных пород по их геолого-петрографическому описанию шлама и геолого-геофизическим характеристикам методом аналогий. Выделяемые при этом категории идентичны категориям твердости, выделяемым по показателям твердости и предела текучести по штампу. Определение категорий твердости проводится с использованием таблиц соответствия. Таблица 4.7 представляет собой пример выборки таких данных.

Метод аналогий. При определении категории твердости горной породыметодом аналогий необходимо определить ее литологию, наличие и состав твердых примесей, состав и строение цемента, например по шламу, и порис-тость по геофизическим данным, выбрать из таблиц соответствия ближай-ший аналог и присвоить рассматриваемой горной породе твердость аналога. Таблицы соответствия содержатся в руководящих документах по технологии бурения. Прямое использование в расчетах характеристик твердости горных пород невозможно. Необходим перевод категорий в общепринятые показатели механических свойств горных пород. Такая работа была выполнена в УГНТУ.

* Кремень может быть от 9 до 11 категории

Рис. 4.27. Зависимость твердости горной породы в категориях от твердости по штампу

Аналогично были рассмотрены данные о величинах предела текучести горных пород по штампу и величинах прочности на одноосное сжатие и соответствующих им твердостей в категориях и были получены следующие уравнения:

где р0 иσсж–предел текучести по штампу и предел прочности на одноосноесжатие в МПа соответственно.

Для перевода твердости горных пород, полученных методом аналогий, в стандартные прочностные показатели получены следующие формулы:

    р_ш = , МПа.                                         (4.64)

р₀ = , МПА.                                         (4.65)

σ_сж = , МПа                                                   (4.66)

На основе расчетов по согласованию категорий твердости, полученных методом аналогий, и результатов измерений твердости и предела текучести по штампу на кернах горных пород выполнено уточнение классификации горных пород (табл. 4.8). Классификация ограничена 10-ю категориями, так как осадочные горные породы относятся к первым девяти категориям. Окремнение горных пород может повысить их твердость до десятой категории.

Таблица 4.8

Уточненная классификация осадочных горных пород по показателям твердости и предела текучести по штампу

В соответствии с группами горных пород в нашей стране изготавливаются типы долот по вооружению. За рубежом породоразрушающие инструменты изготавливают в соответствии с группами горных пород, выделяемых по величине прочности на одноосное сжатие.

По модулю деформации (упругости) по штампу все горные породы разделены на восемь категорий:

По коэффициенту пластичности по штампу все горные породы разделены на шесть категорий:

К первой категории относятся хрупкие горные породы (первого класса), к категориям со второй по пятую – пластично-хрупкие (второго класса), а к шестой – высокопластичные и сильнопористые породы (третьего класса).

studopedia.net

Самые твердые горные породы — обзор

Самые твердые горные породы — обзор

Самые твердые горные породы — обзор

Не один раз мы слышали утверждение: крепкий как гранит. И это вполне заслуженно. Гранит, сиенит, лабрадорит, черный габбро – это самые прочные и твердые горные породы. Они образовались миллионы лет назад непосредственно из магмы, в результате постепенного остывания ее в глубинах Земли, под очень высоким давлением жидкие породы кристаллизовались и образовали очень плотную породу (плотностью от 2400 до 3000 кг/куб.м), структура которых зернистая полнокристаллическая, а текстура – заметная, даже массивная. Прочность их на сжатие также впечатляет – до 300 МПа (для сравнения – самый твердый кирпич имеет максимум 150 МПа). И другие характеристики поразительны: будучи полностью погруженной в воду, габбро горная порода выдерживает до 100 циклов, а граниты – до 200 циклов попеременного замораживания/оттаивания (тот же кирпич – максимум 15). Износ этих пород составляет меньше 0,12 мм за год, при условии, что за этот год по камню пройдется миллион человек.

Такой разный камень

Все перечисленные глубинные породы внешне достаточно похожи между собой. Часто непрофессионалу очень трудно отличить габбро диабаз от мелкозернистого гранита. Так же и лабрадорит, который имеет черный окрас и темно-синими прожилками очень похож на черный гранит, хотя последний более однороден. Причина такой схожести в том, что все эти породы имеют почти одинаковый минеральный состав, в который ходят шпаты, кварц, слюда, цветные минералы, но пропорции их содержания разнятся.

Наибольше разных видов, расцветок и текстур имеет гранит. Например, в России есть месторождения красно-коричневых, белых и серых сортов, очень ценный черный карельский гранит. В Украине и Белоруссии встречаются в основном серые и красные оттенки. Испанские граниты зеленоватые, розовые и черные, а итальянские – всех тонов серого цвета. Наиболее богат разноцветными гранитами Китай: розовый, желтый, зеленый всех оттенков и иссиня черный. Чем мельче зернистость, то камень более твердый, прочный и морозостойкий. Сопротивляемость выветриванию и кислотоупорность больше у тех сортов, которые содержит больше диоксида кремния. А красота зависит от количества слюды, которая сверкает и переливается на солнце. Правда, одновременно ее наличие ухудшает строительные качества.

Нельзя не сказать и о некоторых ограничениях, связанных с использованием этого типа природных камней. Во-первых, гранит габбро диабаз достаточно тяжелый материал. Только поэтому из него выполняют только облицовку зданий – фасадную и внутреннюю. А, также используют для мощения, изготавливают памятники из
гранита и габбро, применяют в ландшафтном дизайне для строительства альпийских горок и рокариев. Второй момент, который надо учитывать – граниты достаточно хрупкие, поэтому, чтобы облицовка из них выдерживала ударные нагрузки, они должны иметь определенную толщину, а также, применяется особый способ монтажа. В-третьих, твердые горные породы трескаются при температурах свыше 650 градусов Цельсия. Поэтому их не используют для выкладывания топок даже очень солидных каминов, а только для их облицовки.

Вулканические горные породы

Кроме таких материалов, как черный гранит
и габбро, к крепким породам относят также базальты, липариты, диабазы, порфиры и трахиты. По своему составу они не отличаются от глубинных камней, но образовались немного в других условиях – как продукт вулканической деятельности. Трахиты и порфиры имеют очень красивую текстуру и цвет, по плотности и возможности обработки напоминают мрамор (2600-2800 кг/куб.м) и используются как отделочный материал. Базальты и диабазы более плотные – до 3200 кг/куб.м, обладают более скромной окраской – черный, серый разных оттенков с зеленцой и чаще применяются для отделки фундаментов, устройства подпорных стенок, мощения. Плитка брусчатка из габбро практически не имеет сноса. Например, покрытие на Красной площади при том, что там за год проходит несколько миллионов человек, стесывается за это время меньше, чем на половину миллиметра.

www.valitovkamen.ru

Твердость — горная порода — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Твердость — горная порода

Cтраница 1

Твердость горных пород, определенная по описанной методике, значительно выше предела прочности на сжатие.  [2]

Твердость горных пород в определяющей степени зависит от минералогического состава. Твердость горных пород существенно зависит от содержания в них кварца и полевых шпатов. Присутствие кварца больше влияет па твердость глинистых пород некарбонатного типа, меньше — на твердость глинистых пород и чистых мергелей. Твердость в этой группе пород изменяется линейно, пропорционально количеству присутствующего кварца. Твердость глинисто-карбонатных пород существенно зависит от карбонатной составляющей, а песчаников и алевролитов — от типа цементирующего материала. При прочих равных условиях твердость повышается от типа цемента ( слева направо): глинистый — — гидрослюдисто-глинистый — — карбонатный — — базальтовый.  [4]

Твердость горных пород является одним из свойств, пред-ставлякйцих интерес с позиции механики разрушения. Существует несколько способов определения твердости горных пород. Наиболее известный — по шкале Мооса. Сущность метода заключается во вдавливании в плоскую отшлифованную поверхность испытуемого тела пуансона ( штампа), имеющего плоское основание и известный диаметр, с замером нагрузрк, деформации до разрушения, параметров зоны разрушения, а также в вычислении показателей механических свойств.  [6]

Твердость горных пород является одним из свойств, представляющих интерес с позиции механики разрушения. Существует несколько способов определения твердости горных пород. Наиболее известный — по шкале Мо-оса. Твердость породы определяется направлением ( оставлением риски) с помощью указанных минералов. Номер минерала, который первым наносит риску на испытуемом материале, определяет его цифровую характеристику.  [7]

Твердость горных пород, определенная по описанной методике, значительно выше предела прочности на сжатие.  [8]

Твердость горных пород зависит также от их пористости, сцемен-тированности и водонасыщенности. При увеличении карбонатности и уменьшении водонасыщенности твердость пород увеличивается. Согласно исследованиям К. М. Садиленко, твердость водонасыщен-ных горных пород на 15 — 17 % меньше по сравнению с сухими.  [9]

Твердость горных пород оказывает решающее влияние га выбор типа алмазного породоразрушающего инструмента. Твеэ-дые горные породы требуют применения специальных roHKOCTei — ных конструкций колонковых наборов и алмазных коронок с уменэ-шенной шириной матрицы в целях создания осевых нагрузок i: a инструмент, превышающих предел прочности разрушаемых пород.  [10]

Твердостью горной породы называется сопротивление породы в поверхностном слое вдавливанию в нее другого более твердого тела ( индентора), деформацией которого можно пренебречь.  [11]

Различают агрегатную твердость горных пород и твердость отдельных минералов, слагающих породу. Агрегатная твердость зависит от твердости отдельных минеральных зерен, от прочности цементирующего вещества и плотности горной породы. Именно агрегатная твердость породы больше всего влияет на механическую скорость бурения.  [12]

Различают агрегатную твердость горной породы и твердость слагающих ее минералов.  [13]

Под твердостью горной породы понимается ее способность оказывать сопротивление проникновению в нее ( внедрению) породоразрушающего инструмента.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru