Metoda polega na ocenie masowego zużycia ściernego wzorcowego stalowego próbnika, będącego w kontakcie z próbką skalną ze stałą siłą docisku i przemieszczającego się ruchem jednostajnym po okręgu przez określony czas. Ze względu na to, że sam ubytek masy przedmiotowego próbnika mógłby być taki sam dla różnych skał, to również uwzględnia się ubytek masy próbki skalnej. Dzięki temu możliwe jest rozróżnienie skał pod względem ich właściwości ściernych, gdyż w rzeczywistości ważne jest nie tylko, ile zużyje się noży, ale również, ile dzięki temu uzyska się urobku.
Na tej podstawie ścierność skały określa wartość wskaźnika ścierności Wz, który definiuje się jako stosunek masowego ubytku próbnika do masowego ubytku próbki skalnej (4.1). Sposób jego wyznaczania oparto na metodzie oceny szybkość zużycia noża czy noży, którą definiuje się jako ubytek masy w stosunku do urobionej przez nóż objętości próbki skalnej [38, 45]. Jednakże ze względu na to, że pomiar masy jest zdecydowanie bardziej dokładny, to zarówno dla próbnika (4.2), jak i próbki skalnej (4.3) oblicza się ubytek masy.
pi pa z M M W = (4.1) gdzie: Wz – wskaźnik ścierności, Mpi – ubytek masy próbki, g, Mpa – ubytek masy próbnika, g. gdzie: paa pab pa
M M
M = −
(4.2) gdzie:Mpab – masa próbnika przed badaniem, g, Mpaa – masa próbnika po badaniu, g.
38 pia pib pi
M M
M = −
(4.3) gdzie:Mpib – masa próbki przed badaniem, g, Mpia – masa próbki po badaniu, g.
Przedmiotowy próbnik o wymiarach jak na rysunku 4.1 i masie 10 g, wykonany jest ze stali S235. Jest to stal konstrukcyjna ogólnego przeznaczenia, która charakteryzuje się słabymi właściwościami wytrzymałościowymi. Tego typu stal została dobrana, aby uzyskać zauważalne zużycie w krótkim czasie. Dodatkowo jest to jedna ze stali stosowanych na korpusy noży urabiających [45]. Wymiary próbnika zostały dobrane na podstawie obliczeń wytrzymałościowych ze względu na dopuszczalne naprężenia ściskające i zginające. Każda próba wymaga nowego, zawsze takiego samego próbnika, dzięki czemu zachowana jest powtarzalność wyników.
Rys. 4.1. Wymiary wzorcowego próbnika do oceny ścierności skał
Próbki skalne do badań powinny być pobrane w formie rdzeni bezpośrednio z wyrobiska górniczego. Próbki należy pobierać po usunięciu zwietrzałych skał i wyrównaniu ich powierzchni. Rdzenie powinny być pobrane w miarę możliwości z jednej i tej samej skały z różnych otworów na tej samej lub różnej głębokości zalegania. Do badań należy pobierać nieuszkodzony rdzeń o długości około 0,5 m i średnicy 60 - 100 mm. Próbki powinny być pobrane zgodnie z obowiązującymi normami, instrukcjami i zarządzeniami. Zaleca się, aby przy tych czynnościach obecny był geolog [18]. Również bardzo ważne jest, aby zaraz po pobraniu próbki skał były pakowane w sposób zabezpieczający je przed zmianą zawartości wilgoci.
Wadą sposobu rdzeniowania jest to, że bardzo trudno pobrać jest próbki rdzeniowe skał kruchych i uwarstwionych, np. węgli, gdyż przy nawiercaniu następuje przerwanie rdzenia. Spowodowane to jest najczęściej licznymi przewarstwieniami. Dużym problemem jest również pobranie próbek skał (gruntów) sypkich i spoistych. W takich przypadkach odbywa się to za
39
pomocą cylindrów z gładkiej rury bez szwu. W dolnej części cylindry są zaostrzone, a w górnej po stronie zewnętrznej mają gwint rurowy, który umożliwia wciskanie cylindra ręcznie lub mechanicznie do poziomej płaszczyzny skały [18].
Po pobraniu próbkę należy opisywać w następujący sposób: ‒ oznaczenie próbki;
‒ data pobrania próbki;
‒ miejsce pobrania próbki (miejscowość, kopalnia, poziom, pokład, pole, na jakiej wysokości i głębokości itp.);
‒ rodzaj skały;
‒ kierunek ułożenia próbki; ‒ nazwisko i imię pobierającego; ‒ inne uwagi [48].
Po pobraniu próbki należy dopasować do uchwytu mocującego próbkę na stanowisku, które zostało opisane w podrozdziale 4.2. W tym celu próbki powinny być walcami o średnicy równej 60 - 100 mm i wysokości 100 - 150 mm. Z jednorodnej partii należy wybrać co najmniej trzy próbki. Czołowa powierzchnia próbki powinna być prosta, aby próbnik podczas badania był cały czas w kontakcie z nią. Powierzchnia stykowa nie powinna być gładka (szlifowana), gdyż może występować ślizganie się próbnika, co zaburzy pomiar.
Przed wykonaniem badania, próbkę skalną oraz próbnik należy zważyć z dokładnością do 0,01 g. Próbkę skalną należy zamocować w specjalnych szczękach, które unieruchamiają ją i zapobiegają jej obrotowi, jednakże najpierw szczęki należy dostosować do średnicy próbki. Poziome ułożenie próbki skalnej umożliwia grawitacyjne odprowadzanie startego materiału z miejsca kontaktu próbnika z próbką skalną. Następnie należy umieścić próbnik w jego uchwycie i unieruchomić go za pomocą śruby blokującej.
Za pomocą układu przesuwu próbki skalnej oraz grawitacyjnego układu docisku z obciążnikami, czołową powierzchnię próbki skalnej należy docisnąć do próbnika. Przed wprawieniem próbnika w ruch, pod próbką i próbnikiem należy umieścić pojemnik na ścierającą się skałę. Następnie na dotykowym panelu sterującym ustawić prędkość obrotową próbnika oraz czas badania.
Po wykonaniu badania należy zważyć stalowy próbnik oraz próbkę skalną w celu obliczenia ich ubytków Mpi i Mpa, a następnie obliczyć wartość wskaźnika ścierności Wz. Podczas wykonywanych badań dla ułatwienia i uporządkowania danych, zaleca się zapisywać wyniki w przykładowej tabeli, którą przedstawiono poniżej (tab. 4.1).
40
Tab. 4.1. Zestawienie wielkości mierzonych i wyznaczonych dla oceny ścierności skały
Nr
próby Nazwa skały
Zawartość SiO2 [%] Wytrzymałość na ściskanie Rc [MPa] Masa próbki Ubytek masy próbki Mpi [g] Masa próbnika Ubytek masy próbnika Mpa [g] Wskaźnik ścierności Wz [-] Uwagi przed badaniami Mpib [g] po badaniach Mpia [g] przed badaniami Mpab [g] po badaniach Mpaa [g] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 Wartość średnia: