Динамические характеристики отклика и закономерности разрушения графитовых рудных пород при различных скоростях деформации

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2151 (2023) Цитировать эту статью

577 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В процессе добычи графита горная масса часто подвергается динамическим нагрузкам, таким как взрывные работы или механическое дробление, что включает в себя динамические реакции с различными скоростями деформации, а на эффект взрывных работ и дробления влияют динамические свойства породы и особенности повреждения. Характеристики динамического отклика и правила разрушения графитовой рудной породы при различных скоростях деформации очень важны, но в прошлом редко изучались. Для изучения этих проблем и оказания поддержки при добыче графитовых руд были разработаны и проведены испытания на динамическое сжатие графитовых руд под пятью видами ударного давления с использованием испытательной системы Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) в сочетании с высокопроизводительной системой испытаний. система скоростной фотосъемки и испытания на дробление. Проанализированы динамические характеристики, процесс дробления, режим дробления, форма дробления и распределение фрагментации графитовой рудной породы при различных скоростях деформации. Результаты показывают, что динамические характеристики графитовой рудной породы оказывают очевидное влияние на скорость деформации. Коэффициент упрочнения (DIF) положительно коррелирует с кубическим корнем из скорости деформации, а коэффициент размягчения (K) отрицательно коррелирует с кубическим корнем из скорости деформации. Разрушение при сдвиге в основном происходит в графитовой рудной породе под ударной нагрузкой, и процесс дробления можно разделить на пять стадий: уплотнение, зарождение трещины, расширение и проникновение трещины, столкновение фрагментов и падение фрагментов. Кроме того, измельченные блоки представляют собой преимущественно треугольные пирамидальные (или конусовидные) мелкозернистые и порошкообразные. Разломанные обломки графитовой рудной породы соответствуют характеристикам фрактальной геометрии. То есть средний размер разрушенных частиц (dS) линейно уменьшается с увеличением скорости деформации, а фрактальная размерность (Да) слабо увеличивается с увеличением скорости деформации. На основе критерия разрушения DP и модели распределения Вейбулла была создана модель конститутивного динамического повреждения графитовой рудной породы, а корреляция между скоростью деформации и параметрами распределения Вейбулла (m и F0) была использована для разумной модификации модели конститутивного повреждения. Кривая модифицированной модели повреждения хорошо согласуется с экспериментальной кривой, которая в основном может отражать влияние скорости деформации на динамические характеристики графитовой рудной породы и характеристики эволюции кривой динамического напряжения-деформации на разных стадиях.

В последние годы, с развитием новой энергетики и промышленности новых материалов, графит постепенно становится незаменимым и важным сырьем в области национальной обороны, аэрокосмической промышленности и новых материалов1. Как внутри страны, так и за рубежом, эксплуатация графитовых ресурсов постоянно увеличивается, и выяснение механических свойств графитовых рудников становится все более важным. Соответственно, то, как безопасно, экономично и эффективно эксплуатировать графитовые ресурсы, является важным вопросом, на котором мы должны сосредоточиться. Как всем известно, в процессе горных работ, включая бурение, взрывные работы, механическое дробление и т. д., горные породы будут подвергаться динамическим нагрузкам в разной степени2. При таких динамических нагрузках скорость деформации горных пород колеблется от 101 до 103 с-1, а иногда скорость деформации, вызванной взрывом, может достигать даже 104 с-13,4. В пределах этих диапазонов скоростей деформации горная порода будет демонстрировать другие характеристики механической реакции и правила повреждения, чем породы, находящиеся под статической нагрузкой. В этом случае очевидно нецелесообразно изучать динамические свойства горных пород с использованием родственных теорий статики5,6,7. Таким образом, чтобы обеспечить теоретическую основу графитовой шахты для реализации высокой эффективности добычи рудного тела и экономичного процесса дробления, необходимо провести углубленное исследование характеристик динамического реагирования и правила повреждения графитовой руды при различных скоростях деформации.