Index of /rozprawy2/11485

Pełen tekst

(1)AKADEMIA GÓRNICZO -HUTNICZA WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ I ROBOTYKI KATEDRA MASZYN GÓRNICZYCH, PRZERÓBCZYCH I TRANSPORTOWYCH. Rozprawa doktorska mgr inż. Kamil Mucha. Ścierność skał w aspekcie prognozowania zużycia noży kombajnowych. Promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof Krauze. Kraków, 2019 1.

(2) Składam serdeczne podziękowania: • promotorowi niniejszej rozprawy prof. dr hab. inż. Krzysztofowi Krauze, za nieocenioną pomoc merytoryczną, cenne uwagi i za stworzenie warunków umożliwiających realizację niniejszej pracy, • pracownikom Katedry Maszyn Górniczych, Przeróbczych i Transportowych za wszelką udzieloną pomoc oraz cenne wskazówki, • najbliższej rodzinie i przyjaciołom, za nieustającą wiarę we mnie oraz oparcie w trudnych chwilach.. 2.

(3) Spis treści Streszczenie................................................................................................................................4 Abstract......................................................................................................................................6 Wykaz wykorzystanych oznaczeń ...........................................................................................8 1 Wstęp ...................................................................................................................................10 2 Geneza podjęcia tematu i analiza stanu techniki ............................................................13 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5. Budowa skał i ich właściwości ścierne .........................................................................13 Zużycie narzędzi skrawających ....................................................................................16 Metody określania ścieralności skał .............................................................................22 Metody określania ścierności skał ................................................................................28 Podsumowanie ..............................................................................................................33. 3 Cel i zakres pracy ...............................................................................................................36 4 Ocena ścierności skał .........................................................................................................37 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5. Charakterystyka metody ...............................................................................................37 Stanowisko laboratoryjne ..............................................................................................41 Procedura przeprowadzenia pomiaru ............................................................................44 Plan badań .....................................................................................................................44 Podsumowanie ..............................................................................................................45. 5 Badania wstępne .................................................................................................................46 5.1 Charakterystyka skał pobranych do badań ....................................................................46 5.2 Przebieg badań i opracowanie wyników oraz ich analiza.............................................49 5.3 Podsumowanie ..............................................................................................................71 6 Badania sprawdzające .......................................................................................................72 6.1 Charakterystyka skał pobranych do badań ....................................................................72 6.2 Przebieg badań i opracowanie wyników oraz ich analiza.............................................75 6.3 Podsumowanie ..............................................................................................................80 7 Badania zasadnicze ............................................................................................................81 7.1 Charakterystyka skał pobranych do badań ....................................................................82 7.2 Przebieg badań i opracowanie wyników oraz ich analiza.............................................87 7.3 Podsumowanie ..............................................................................................................98 8 Podsumowanie i wnioski końcowe ..................................................................................100 Bibliografia ............................................................................................................................104 Załączniki ..............................................................................................................................108. 3.

(4) Streszczenie Rozprawa doktorska nt. „Ścierność skał w aspekcie prognozowania zużycia noży kombajnowych” przedstawia nową autorską metodę oceny ścierności skał. Zalicza się ją do grupy tak zwanych fizykomechanicznych właściwości skał, które są uwzględniane podczas projektowania oraz doboru noży kombajnowych stosowanych na organach urabiających kombajnów chodnikowych i ścianowych, głównie w kopalniach węgla kamiennego. Najważniejszym aspektem podjęcia tematu jest brak ujednoliconej i znormalizowanej metody określania ścierności skał, będącej opisanej w polskich normach. Wstępna część pracy dotyczy zagadnień związanych z podstawowymi informacjami o budowie i właściwościach skał, przyczynach i skutkach oraz mechanizmach zużycia narzędzi skrawających. Opisano w niej również obecnie znane metody określania ścieralności i ścierności skał, które jednak nie są metodami znormalizowanymi w Polsce. Na podstawie przeprowadzonej analizy stanu techniki, opracowano założenia do nowej metody oceny ścierności skał oraz w rozdziale trzecim sformułowano cel i zakres pracy. W rozdziale czwartym scharakteryzowano proponowaną metodę, zdefiniowano wskaźnik ścierności jako parametr opisujący ścierność skał. Opisano skonstruowane w tym celu nowe stanowisko badawcze, przedstawiono procedurę prowadzenia badań, sposób pobrania i przygotowania próbek skał oraz plan badań, który podzielił ogół prac na badania wstępne, sprawdzające i zasadnicze. 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. Z tego względu w badaniach wstępnych głównym celem było ustalenie ostatecznych wartości parametrów zadawanych jakimi wybrano prędkość stalowego próbnika, siłę docisku próbki skalnej do próbnika oraz czas badania. Korzystając z teorii eksperymentu, dobrano plan doświadczenia i zgodnie z nim przeprowadzono cykl badań. Na podstawie uzyskanych wyników przeprowadzono analizę statystyczną za pomocą programu Statistica. Następnie dla trzech wybranych skał wyznaczono postać funkcji aproksymujących, opisujących zależność pomiędzy parametrami zadawanymi, a wielkością wyjściową, jaką jest wskaźnik ścierności Wz. Ostatecznym wynikiem badań wstępnych było wyznaczenie wartości dla parametrów zadawanych, które będą niezmienne podczas dalszych badań. W badaniach sprawdzających przeprowadzono próby dla wybranych skał, takich jak dolomit, piaskowiec, diabaz czy kamień wapienny. Sprawdzono również zależność pomiędzy 4.

(5) wytrzymałością skał na jednoosiowe ściskanie i procentową zawartością SiO2 a wartością wskaźnika ścierności. Dodatkowo zbadano spływ wilgotności skał na ich ścierność. Ostatnim, lecz najważniejszym, etapem było wykonanie badań zasadniczych. Celem pracy jest opracowanie metody oceny ścierności skał w aspekcie doboru odpowiedniej ochrony części roboczej noży kombajnowych, zwiększającej ich trwałość. Z tego względu do badań zasadniczych pobrano próbki skał z wyrobisk podziemnych kopalń węgla kamiennego, które są drążone za pomocą kombajnów górniczych, wykorzystujących noże skrawające. Łącznie wyznaczono wskaźniki ścierności dla dwunastu skał, różniących się właściwościami wytrzymałościowymi oraz procentową zawartością SiO2. Finalnie wyniki badań zestawiono z wyliczonym jednostkowym zużyciem noży, definiowanym jako liczba noży zużytych (wymienionych) na pozyskanie 1000 m3 urobku. Końcowa część pracy zawiera podsumowanie oraz wnioski z przeprowadzonych badań określających ścierność skał. Mogą one stanowić cenny zbiór informacji zarówno dla producentów noży skrawających, jak i użytkowników, czyli głównie kopalń węgla kamiennego. Podsumowanie pracy zawiera propozycję klasyfikacji skał pod względem wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie i ich właściwości ściernych oraz wskazówki, dotyczące doboru odpowiedniej ochrony części roboczej noży kombajnowych do urabiania skał o określonych właściwościach.. 5.

(6) Abstract The doctoral dissertation entitled "Rock abrasivity in terms of forecasting the abrasive wear of cutting picks" presents a new proprietary method of abrasivity assessment of rocks, which belongs to the group of physical and mechanical rock properties. These properties are taken into account during the design and selection of cutting picks, used on roadheader and longwall shearer drums, mainly in hard coal mines. The most important reason for taking up the topic is the lack of a unified and standardized method for determining rock abrasivity in Polish standards. The initial part of the dissertation concerns basic information about the structure and properties of rocks as well as the causes and effects and the mechanisms of wear of cutting tools. The currently known methods for determining abrasiveness and abrasivity of rocks are also described. However, they do not constitute standardized methods in Poland. On the basis of the analysis of the state of the art, assumptions about a new method for assessing rock abrasivity were prepared and the purpose and scope of work were formulated in the third chapter. In the fourth chapter, the proposed new method was characterized, and the abrasion index was defined as a parameter describing rock abrasivity. A new research stand constructed for. this. purpose. was. described,. and. a. procedure. for. conducting. research,. a technique for collecting and preparing rock samples as well as a research plan were presented. The research plan introduced a division of all the tasks into preliminary, check-up and basic tests. The method is based on the assessment of the mass abrasive wear of a standard steel pin, in contact with a rock sample with a constant pressure force and moving in a uniform circular motion for a specified period of time. For this reason, the main goal in the preliminary tests was to determine the final input parameters such as the speed of the steel pin, the pressure force of the rock sample to the pin and the test time. Using the theory of the experiment, a test plan was selected and a series of tests were carried out in accordance with it. On the basis of the obtained results, a statistical analysis was carried out using Statistica software. Then, for three selected rocks, a form of approximating functions was determined, describing the relationship between the input parameters and the output value, which is the abrasivity index Wz. The final result of the preliminary tests was the determination of the values for the input parameters, which remained unchanged during further tests.. 6.

(7) The check-up tests were carried out for selected rocks, such as dolomite, sandstone, diabase and limestone. The relationship between uniaxial compressive rock strength, percentage silica content, and the value of the abrasivity index was also checked. In addition, the influence of humidity of samples on rock abrasivity was tested. The last but the most important stage was the realization of basic research. The purpose of the dissertation is to develop a new method for assessing rock abrasivity in terms of selecting the appropriate protection of the working part of the cutting picks, which increases their durability. For this reason, rock samples for basic research were collected from underground black coal mines. Altogether, abrasivity indices were determined for twelve rocks, differing in strength properties and percentage content of silica. Finally, the test results were compared with the calculated unitary wear rate of picks, defined as the number of used (replaced) picks to obtain 1000 m3 of spoil. The final part of the work contains a summary and conclusions from the research on the rock abrasivity. It has the potential to be a valuable collection of information for both manufacturers and users of cutting picks, mainly black coal mines. The summary of the work contains a proposal for the classification of rocks in terms of uniaxial compressive strength and their abrasive properties, as well as guidelines on the selection of appropriate protection of the working part of cutting picks for mining rocks with specific properties.. 7.

(8) Wykaz wykorzystanych oznaczeń zużycie próbki w badaniu ścieralności tarczą Amslera. A. [mm]. α. [-]. wartość poziomu ufności przy obliczaniu błędów względnych. αi. [-]. ramię gwiezdne planu eksperymentu. bi. [-]. współczynnik funkcji aproksymującej. CAI. [mm]. współczynnik ścierności w teście Cerchar. d. [mm]. wypadkowa średnia spłaszczenia rysika w teście Cerchar. dk. [cm]. średnia średnica ziaren kwarcu. F. [-]. h. [mm]. I1. [mm]. I3. [mm]. wysokość próbki skalnej w metodzie AGH głębokość otworu wierconego w skale w pierwszej minucie w metodzie ITG KOMAG głębokość otworu wierconego w skale w trzeciej minucie w metodzie ITG KOMAG. IA. [mm]. średnia grubość każdej próbki przed badaniem ścieralności tarczą Amslera. IB. [mm]. średnia grubość każdej próbki po badaniu ścieralności tarczą Amslera. Kt. [-]. LAC. [g/t]. współczynnik ścierności w teście LCPC. m. [g]. masa frakcji pozostałej na sicie o oczkach 1,6 mm w metodzie micro - Deval. m0. [g]. masa stalowej płytki przed badaniem w teście LCPC. m1. [g]. masa stalowej płytki po badaniu w teście LCPC. mf. [g]. masa końcowa próbki w badaniu ścieralności tarczą Boehme’go. mi. [g]. masa początkowa próbki w badaniu ścieralności tarczą Boehme’go. ms. [g]. masa próbki wysuszonej. mw. [g]. masa próbki wilgotnej. M. [t]. masa próbki skalnej w teście LCPC. MDE. [g]. współczynnik mikro – Deval na mokro. MDS. [g]. współczynnik mikro – Deval w stanie suchym. Mpi. [g]. ubytek masy próbki w metodzie AGH. Mpa. [g]. ubytek masy próbnika w metodzie AGH. Mpab. [g]. masa próbnika przed badaniem w metodzie AGH. Mpaa. [g]. masa próbnika po badaniu w metodzie AGH. Mpib. [g]. masa próbki przed badaniem w metodzie AGH. Mpia. [g]. masa próbki po badaniu w metodzie AGH. n. [obr/min]. prędkość obrotowa próbnika w metodzie AGH. ni. [-]. liczba wykonanych oznaczeń w teście Cerchar. np. [-]. liczba układów w planie Hartley’a. p. [-]. wartość poziomu istotności w analizie statystycznej. Pd. [N]. siła docisku próbnika do próbki skalnej w metodzie AGH. Q. [%]. zastępcza (przeliczeniowa), procentowa zawartość kwarcu. wskaźnik ścierności wg Schimazeka. wskaźnik ścierności w metodzie ITG KOMAG. 8.

(9) R. [-]. współczynnik korelacji funkcji. R2. [-]. współczynnik determinacji funkcji. Rc. [MPa]. S. [-]. t. [min]. w. [%]. wilgotność próbki skalnej. Wz. [-]. ΔV. [mm3]. xi. [-]. wskaźnik ścierności w metodzie AGH zmniejszenie objętości próbki po 16 cyklach w badaniu ścieralności tarczą Boehme’go wartość rzeczywista kolejnej zmiennej w planie eksperymentu. xi̇. [-]. wartość unormowana (kodowa) w planie eksperymentu. xi,max. [-]. wartość maksymalnej zmiennej rzeczywistej w planie eksperymentu. xi,min. [-]. wartość minimalnej zmiennej rzeczywistej w planie eksperymentu. x̅i. [-]. wartość średnia danej zmiennej rzeczywistej w planie eksperymentu. z. [-]. wartość wielkości wyjściowej funkcji aproksymującej. σQ. [%]. procentowa zawartość kwarcu w danej skale. σm. [%]. wytrzymałość skały na jednoosiowe ściskanie odchylenie standardowe próby czas pojedynczej próby w metodzie AGH. procentowa zwartość innych, ściernych minerałów. ρb. [g/mm ]. δ. [%]. φ. [mm]. 3. gęstość objętościową próbki w badaniu ścieralności tarczą Boehme’go błąd graniczny średnica próbki skalnej w metodzie AGH. 9.

(10) 1. Wstęp W polskich, jak i w wielu kopalniach podziemnych na całym świecie drążenie wyrobisk. chodnikowych oraz eksploatacja wyrobisk ścianowych odbywa się najczęściej za pomocą urabiania mechanicznego, które polega na bezpośrednim oddziaływaniu narzędziem lub zespołem narzędzi skrawających na caliznę skalną. Dostarczona w ten sposób energia zostaje wykorzystana na pokonanie wewnętrznych sił spójności skały [1, 14, 15, 53]. Jedną z podstawowych grup maszyn stosowanych w górnictwie są maszyny urabiające. W górnictwie podziemnym węgla kamiennego, a także coraz częściej innych surowców mineralnych, rolę tę pełnią kombajny ścianowe oraz kombajny chodnikowe z organami (głowicami) roboczymi, wyposażonymi w różnorodne narzędzia urabiające. Głównym zadaniem realizowanym przez tego rodzaju maszyny jest urabianie skały, dzięki czemu możliwe jest udostępnienie, przygotowanie, a także eksploatacja złoża. W przypadku drążenia wyrobisk korytarzowych stosowane są kombajny chodnikowe, natomiast w przypadku robót eksploatacyjnych kombajny ścianowe [4, 9, 21, 32]. Urabianie mechaniczne umożliwia osiąganie dużych wydajności, jednak jego zastosowanie często. jest. uzależnione od. warunków. górniczo–geologicznych. oraz. organizacyjno–technicznych. Dobór technologii drążenia wyrobisk korytarzowych, jak i podziemnej eksploatacji surowców mineralnych, jest zagadnieniem bardzo złożonym z uwagi na występujące coraz trudniejsze warunki górniczo–geologiczne, związane między innymi z coraz większymi głębokościami zalegania pokładów [24, 33, 47, 53]. Obecnie wyrobiska korytarzowe, zwłaszcza udostępniające, drążone są w skałach o bardzo niekorzystnych parametrach. Dotyczy to przede wszystkim dużej zwięzłości i wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie urabianego ośrodka skalnego. Coraz częściej natrafia się na skały zwięzłe, takiej jak piaskowiec czy łupek piaszczysty, które posiadają strukturę zbliżoną do jednorodnej, co powoduje, że ich urabianie stwarza poważne problemy [14, 35, 36, 53]. Podczas eksploatacji elementem będącym bezpośrednio w kontakcie z urabianą calizną jest narzędzie urabiające. Jego parametry konstrukcyjne wynikają nie tylko z wymagań procesu skrawania, parametrów konstrukcyjnych i kinematycznych uchwytu oraz organu urabiającego, ale także z właściwości urabianej calizny [21, 31, 41]. Parametry konstrukcyjne noża muszą mieć takie wartości, aby zapewnić najkorzystniejsze warunki urabiania. Stąd też bardzo ważne jest zapewnienie takich parametrów konstrukcyjnych i kinematycznych noża, by uzyskać jak najmniejsze opory urabiania i jak najwyższą jego trwałość [34, 39, 45]. 10.

(11) Jednym ze zjawisk, które najbardziej wpływają na przebieg procesu skrawania jest zużywanie się ostrza narzędzia. Zjawisko to jest nieodłącznie związane z procesem niszczenia struktury skały, a przy tym jest zjawiskiem dynamicznym, które przebiega według różnych schematów i z różnym natężeniem. Na skutek zmęczenia mechanicznego następuje zużycie (ubytek) pewnej objętości noża, a więc zmiana geometrii i powierzchni jego kontaktu ze skałą. Ścieranie mechaniczne jest zjawiskiem ubywania masy, jak również zmiany wymiarów liniowych i kształtu noża, wywołanym przez mikroskrawanie, rysowanie i bruzdowanie [33, 43, 46]. Znajomość właściwości skał i parametrów je określających jest bardzo ważna, aby móc zastosować najbardziej odpowiedni i ekonomiczny dla danej skały sposób urabiania. Jest ona nieodzowna przy projektowaniu czy doborze maszyn górniczych, jak i ich podzespołów. Obecnie przy doborze narzędzi urabiających głównie uwzględnia się wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie i rozciąganie, zwięzłość, urabialność (skrawalność) czy twardość. Odpowiadające im parametry to: wskaźnik zwięzłości, stopień twardości, współczynnik tarcia, wskaźnik skrawalności, kąt bocznego wykruszania i wiele innych. Znajomość wymienionych parametrów pozwala ocenić przydatność skał, a także umożliwia ocenę zachowania materiału skalnego podczas urabiania, w procesach przeróbki, czy też pozwala odróżnić i porównać ze sobą różne skały [51, 53, 55]. W przypadku mechanicznego urabiania skał ze zjawiskiem zużycia ściernego związane są dwa pojęcia, takie jak ścieralność oraz ścierność skał. Ścieralność jest definiowana jako „zdolność skał do zmniejszenia objętości i masy pod działaniem sił ścierających” [18]. Można ją zdefiniować również jako odziaływanie narzędzia na skałę, czyli jak łatwo skała ulega ścieraniu. Natomiast definicję ścierności sformułowano jako „zdolność skały do niszczenia ścierającego powierzchnię narzędzia urabiającego” [53], czyli wielkość zużycia ściernego narzędzia [40]. Z procesem zużycia narzędzi urabiających wiążą się koszty i to nie tylko te związane bezpośrednio z ich wymianą. Każda wymiana narzędzi powoduje postój maszyny, a tym samym skraca jej dyspozycyjny czas pracy. Częstsze postoje mają negatywny wpływ na wydajność. Dlatego tak ważne jest, aby narzędzia urabiające miały jak największą trwałość [40]. Dla przykładu uzyskano informacje z polskich kopalń węgla kamiennego dotyczące liczby wymienionych noży skrawających na organach kombajnów chodnikowych drążących wyrobiska korytarzowe. Okazało się, że na 1000 m3 urobku wydobytego z wyrobisk 11.

(12) chodnikowych zużywanych jest średnio około 220 sztuk noży (szacowana średnia na podstawie informacji z pięciu polskich kopalń). Cena jednego nowego noża waha się od 100 do 150 zł, co daje średnio prawie 35 000 zł na pozyskanie 1000 m3 urobku, wydanych tylko na zakup samych noży. W skali całej kopalni sam zakup noży kombajnowych to koszt nawet kilku milionów złotych rocznie. Na organach urabiających kombajnów ścianowych eksploatujących pokłady węgla, nawet w tych, w których występują przerosty skały płonnej, zużycie noży jest zdecydowanie mniejsze ze względu na niższą wartość wytrzymałości węgla na jednoosiowe ściskanie i jego niską abrazywność [35, 37]. W związku z powyższym, prowadzone są prace nad nowymi rozwiązaniami narzędzi skrawających o podwyższonej trwałości, przede wszystkim noży styczno-obrotowych nowej generacji. Narzędzia te zapewniają większą trwałość, jednak są znacznie droższe od standardowych i w przypadku urabiania skał o znacznej zwięzłości i ścierności, także nie pozwalają na efektywne urabianie calizny skalnej [33, 42, 43]. Ścierność skał jest właściwością bardzo istotną dla zużycia narzędzi urabiających. Badania w tym zakresie nie doprowadziły jednak do ujednolicenia sposobu określania tej właściwości. Dodatkowo brak jest wyników badań opisujących tę właściwość dla różnych typów skał [53]. Stąd zaistniała potrzeba opracowania metody oceny ścierności skał i zdefiniowania parametru ją określającego – wskaźnika ścierności. Znajomość wskaźnika ścierności danej skały, zwiększa liczbę istotnych parametrów branych pod uwagę przy doborze noży kombajnowych. Dzięki takiej gamie parametrów możliwy będzie dobór odpowiedniego materiału na narzędzie urabiające lub odpowiedniej warstwy ochronnej części roboczej noża, tak aby jego trwałość przy urabianiu określonych skał była jak największa. Natomiast dla wyrobisk drążonych w skałach o małej ścierności będzie można zastosować noże bez specjalnych warstw ochronnych lub z gorszego gatunku stali, co obniży koszty związane z zakupem noży urabiających.. 12.

(13) 2 Geneza podjęcia tematu i analiza stanu techniki Jak wspomniano we wstępie, ścierność skał jest to wpływ skały na narzędzie urabiające. Na problem związany z zużyciem noży kombajnowych coraz częściej zwraca się uwagę w górnictwie podziemnym węgla kamiennego, gdzie najczęściej stosowane są noże stycznoobrotowe. Z tego też powodu, coraz więcej producentów noży, jak również i użytkowników, jakimi są głównie kopalnie, dba o to, aby ich trwałość była jak największa. W niniejszym rozdziale opisano przyczyny, formy oraz skutki nadmiernego zużycia narzędzi skrawających. Dodatkowo ze względu na to, że podczas procesu skrawania nożami kombajnowymi dochodzi do zużywania się zarówno skały, jak i noża, ścierność i ścieralność są ze sobą ściśle powiązane. Stąd wskazana była analiza metod określania zarówno ścieralności, jak i ścierności skał. 2.1. Budowa skał i ich właściwości ścierne Ścierny charakter skał zależy zarówno od budowy skały, jak i jej właściwości. fizykomechanicznych. Termin ten obejmuje dwie grupy właściwości, tj. mechaniczne oraz strukturalne,. określające. budowę. skał. poprzez. parametry fizyczne. przedstawione. w tabeli 2.1 [48]. Tak zwane właściwości mechaniczne są to właściwości skał pojawiające się przy odziaływaniu na nie konkretnymi narzędziami, np. wiertniczymi, urabiającymi. Zaliczyć do nich można zwięzłość, twardość, ścieralność, ścierność, odporność na rozdrobnienie, współczynnik tarcia, urabialność, zwiercalność itp. [18, 48]. Znaczny wpływ na właściwości ścierne skały ma jej budowa. Istotne jest występowanie płaszczyzn uwarstwienia w urabianej skale, gdyż im jest ich więcej i są bardziej nieregularne, tym skała jest łatwiej urabiana i ma mniejszy wpływ na zużywanie się ostrza narzędzia. W przypadku uziarnienia urabianej skały, ścierność skały zależy głównie od wytrzymałości lepiszcza, twardości ziaren, ich rozmiarów oraz odległości pomiędzy nimi. Zdecydowanie mniej korzystne jest urabianie skał o dużej gęstości ziaren twardych oraz dodatkowo z dużą wytrzymałością kontaktową lepiszcza, w którym osadzone są ziarna. Natomiast przy tej samej wytrzymałości lepiszcza, zwiększone zużycie obserwuje się podczas skrawania skał gruboziarnistych. Spowodowane jest to większym naciskiem potrzebnym do wciśnięcia twardych i grubych ziaren, nieulegających rozkruszeniu, w strukturę osnowy, czyli lepiszcza [18, 33, 48].. 13.

(14) Tabela. 2. 1. Właściwości fizyczne i najczęściej stosowane parametry fizyczne skał, mające wpływ na zużycie narzędzi skrawających [48] Grupa właściwości Strukturalne. Podgrupa właściwości. Parametry fizyczne Gęstość właściwa Gęstość objętościowa Ciężar właściwy Ciężar objętościowy Porowatość Wskaźnik porowatości. -. Sprężyste (deformacyjne). Mechaniczne Wytrzymałościowe. Plastyczne. Oznacz enie ρo ρ γo γ p e. Jednostk a miary kg/m3 kg/m3 N/m3 N/m3 % -. E. Pa. Moduł sprężystości podłużnej (Younga) Liczba Poissona Moduł sprężystości postaciowej (Kirchoffa) Moduł sprężystości objętościowej Moduł jednostronnego ściskania. ν G. Pa. K M. Pa Pa. Doraźna wytrzymałość na ściskanie Doraźna wytrzymałość na rozciąganie Doraźna wytrzymałość na ścinanie Spójność Kąt tarcia wewnętrznego. Rc Rr Rt c φ. Pa Pa Pa Pa ֠. Wskaźnik plastyczności Moduł deformacji. Jp Edef. % Pa. Bardzo ważny jest również skład mineralogiczny urabianej skały. W przyrodzie występuje szereg minerałów, które są wykorzystywane jako naturalne materiały ścierne. Należą do nich między innymi korund, granat, pumeks, krzemień, staurolit. Jednakże najbardziej rozpowszechnionym w przyrodzie minerałem jest kwarc. Jest on odmianą grubokrystalicznej krzemionki SiO2. Czysty kwarc jest bezbarwny, natomiast zanieczyszczony przyjmuje szare zabarwienie. Jego gęstość wynosi 2650 kg/m3 i zajmuje 7 pozycję w skali twardości Mohsa [18, 20, 48]. Procentowa zawartość ziaren kwarcu pozwala na obliczenie, wprowadzonego w wielu krajach, tak zwanego wskaźnika ścierności F, który pozwala prognozować wpływ wybranych parametrów skały na intensywność tępienia się ostrza. Prostą do zastosowania zależność na określenie wartości tego wskaźnika zaproponował Schimazek w postaci wzoru: 𝑁. 𝐹 = 𝑄 · 𝑑𝑘 · 𝑅𝑐 [𝑐𝑚] gdzie: Q – zastępcza (przeliczeniowa), procentowa zawartość kwarcu [%], 14. (2.1).

(15) dk – średnia średnica ziaren kwarcu [cm], Re – wytrzymałość skały na jednoosiowe ściskanie [MPa]. przy czym: 𝑄 = 𝜎𝑄 + 0,33 · 𝜎𝑚 [%]. (2.2). gdzie: σQ – procentowa zawartość kwarcu w danej skale [%], σm – procentowa zwartość innych, ściernych minerałów [%] [33]. Wiele badań wykazało, że dla takiej samej wartości jednoosiowej wytrzymałości na ściskanie skały, zużycie ostrzy noży może różnić się nawet kilkukrotnie w przypadku, gdy w skale występuje większa zawartość kwarcu lub krzemionki [33]. Zostało to przedstawione na rysunku 2.1.. Rys. 2.1. Wpływ wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie skały i zawartości krzemionki na jednostkowe zużycie ostrzy [33]. Duża wytrzymałość skał na jednoosiowe ściskanie w połączeniu ze ściernym charakterem skał, powoduje nie tylko zużycie narzędzi urabiających. Ich nadmierne zużycie niesie za sobą potrzebę ich wymiany, a tym samym zatrzymanie procesu urabiania, co zwalnia postęp prac i zmniejsza wydobycie. Wykres zamieszczony na rysunku 2.2 przedstawia, jak niekorzystnie wpływa na wydajność urabiania nie tylko wytrzymałość skał, ale i ich ścierność. Rysunek ten ilustruje wyraźnie, jak ważny jest ten parametr we właściwej prognozie wydajności urabiania.. 15.

(16) Rys. 2.2. Wpływ ścierności skały i jej wytrzymałości na wydajność urabiania [22]. 2.2. Zużycie narzędzi skrawających Każde narzędzie skrawające podczas urabiania ulega stępieniu, będącym wynikiem. procesu tarcia między wiórem a powierzchnią natarcia ostrza oraz między materiałem skrawanym a powierzchnią przyłożenia. W procesie skrawania elementem niszczonym w sposób ciągły jest praktycznie ostrze, ale w przypadku narzędzi urabiających również i korpus noża [8, 12]. Typowy przebieg zużywania się powierzchni trących w warunkach tarcia suchego, przedstawia krzywa Lorenz’a (rys. 2.3). Dotyczy ona narzędzi skrawających stosowanych do obróbki metali, jednakże można ją również odnieść do zużycie narzędzi urabiających skały. Przebieg ten składa się z trzech typowych okresów: ‒. okres zużycia wstępnego,. ‒. okres zużycia normalnego,. ‒. okres zużycia końcowego [8, 12].. Rys. 2.3. Typowa krzywa zużycia ostrza [8]. 16.

(17) W pierwszym okresie następuje docieranie się współtrących powierzchni. W przypadku skrawania następuje wyrównanie mikronierówności powierzchni ostrza. Wielkość zużycia zależy tu głównie od stopnia gładkości wykończenia powierzchni ostrza oraz w pewnym stopniu od jego geometrii. W tym okresie zużycie narzędzia urabiającego nie jest zbytnio widoczne gołym okiem. Drugi okres charakteryzuje się stałą intensywnością zużycia, zależną od warunków współpracy. Okres ten trwa tak długo, aż ulegną zmianie ustalone przy końcu pierwszego okresu warunki tej współpracy. Jest to okres normalnego i oczekiwanego zużycia narzędzia urabiającego. W trzecim okresie następuje mniej lub bardziej gwałtowny wzrost intensywności zużycia, prowadzący do całkowitej utraty przez ostrze możliwości skrawających. Dzieje się to na skutek osiągnięcia maksymalnych wielkości ustalonych parametrów pracy. W tym okresie najczęściej dochodzi do gwałtownego zużycia korpusu narzędzia urabiającego [8, 12]. W przypadku skrawania skał nożami o ostrzach klinowych (noże styczne i promieniowe), przeważa obraz zużycia, przedstawiony na rysunku 2.4. Początkowo zużycie powoduje zwiększenie promienia zaokrąglenia krawędzi ostrza r. Następnie stopniowo powstaje na powierzchni przyłożenia spłaszczenie, którego średnią szerokość S przyjmuje się za miarę stępienia ostrza. Spłaszczenie to jest nachylone względem kierunku rzeczywistego ruchu narzędzia w o niewielki kąt    . Rys. 2.4. Kolejne stadia stępienia ostrza noża klinowego [33]. W przypadku noży styczno-obrotowych tępienie ostrza ma nieco inny mechanizm i jest ściśle związane z jego obrotem. Ma on sprzyjać równomiernemu zużywaniu się ostrza na jego obwodzie i zachowaniu geometrii ostrza oraz zdolności skrawania w dłuższym okresie czasu. Wskutek postępującego stępienia, następują głównie zmiany kształtu ostrza, powodując, że kąt 17.

(18) ostrza ß wzrasta stopniowo, aż do wartości równej podwójnej wielkości kąta ustawienia δ. W efekcie, kąt natarcia γ zazwyczaj przyjmuje ujemne wartości, a kąt przyłożenia α zredukowany jest do zera (rys. 2.5) [21, 33, 53].. Rys. 2.5. Parametry ostrza noża styczno-obrotowego, w trakcie jego równomiernego zużywania się [33]. Na podstawie wielu publikacji [21, 33] można stwierdzić, że tępienie noża stycznoobrotowego przebiega wieloetapowo. W pierwszym etapie, w wyniku ścierania, następuje głównie zmiana kształtu ostrza powodując, iż ostrze przyjmuje kształt jak na rysunku 2.5. W drugim etapie następuje skracanie ostrza i trwa ono do momentu, gdy zużycie osiągnie koniec walcowej części wkładki. Od tego momentu następuje proces gwałtownego zużywania się noża (trzeci etap), gdyż ścieraniu praktycznie podlega stalowy korpus narzędzia. Fazy „idealnego” procesu zużywania się noża styczno-obrotowego przedstawiono na rysunku 2.6 [33]. Przykłady zużycia noży promieniowych i styczno-obrotowych przedstawiono na rysunku 2.7.. Rys. 2.6. Fazy „idealnego” procesu zużywania się noża styczno-obrotowego [33]. 18.

(19) a). b). Rys. 2.7. Przykłady zużycia noży kombajnowych: a – zużycie noży styczno-obrotowych, b – zużycie noży promieniowych. Postęp zużycia noża jest bardzo złożony i różnorodny, dlatego nie można wyróżnić jednej grupy czynników, mającej główny wpływ na postęp jego zużycia. Najważniejszymi parametrami mającymi wpływ na zużycie narzędzi są: − geologiczne i fizykomechaniczne właściwości skał (zwartość skały, stan nasycenia skały wodą, skład mineralogiczny, struktura masywu skalnego, kierunek i wartość naprężeń głównych występujących w górotworze); − związane z materiałem i konstrukcją ostrza oraz korpusu (skład i struktura materiału); − związane z parametrami procesu skrawania (prędkość skrawania i posuwu, głębokość urabiania); − związane z warunkami procesu skrawania (sposób, natężenie i rodzaj chłodzenia) [33, 44]. Poza zużyciem ściernym, na którym głównie skupiono się w pracy, występują również uszkodzenia mechaniczne (odpryski i wyłamania wkładki) i zmęczeniowe o charakterze mechanicznym czy termicznym – najczęściej pęknięcia (rys. 2.8c, d) oraz asymetryczne zużycie ścierne, spowodowane zaklinowaniem noża w uchwycie lub zbyt małym momentem obrotowym (rys. 2.8b) [33]. Zużycie cieplne ostrza, gdy przez określony czas pracuje ono poza granicami dopuszczalnej temperatury, prowadzi do zmian strukturalnych w jego warstwie wierzchniej. Nadmierna ilość ciepła dostarczana do narzędzia, powoduje niekorzystne zjawiska polegające na utracie zdolności skrawających w wyniku zmniejszającej się twardości ostrza. Ponadto wskutek nierównomiernego nagrzewania lub chłodzenia ostrza mogą powstać mikropęknięcia. 19.

(20) naprężeniowe, na które szczególnie wrażliwe są materiały o małej odporności na szoki termiczne [3, 8, 12]. a). b). d). c). Rys. 2.8. Zużycie noża styczno-obrotowego: a – symetryczne, b – niesymetryczne, c – obnażenie węglika spiekanego, d – wypadnięcie węglika spiekanego. Zużycie ścierne to zjawisko niszczenia warstwy wierzchniej ciał współpracujących w procesie tarcia w wyniku skrawającego, bruzdującego i ścinającego oddziaływania nierówności powierzchni, cząstek ciał obcych lub produktów zużycia. Warunkiem koniecznym występowania zużycia ściernego w procesie tarcia jest większa twardość ciała powodującego zużycie od twardości ciała zużywanego [13, 17, 39]. Każdy, przedstawiony powyżej, rodzaj zużycia lub uszkodzenia noża może być spowodowany innymi czynnikami. Z jednej strony zużycie lub uszkodzenia mogą powstać na skutek nieprawidłowych parametrów pracy (nieprawidłowa podziałka skrawu, zbyt duża prędkość posuwu itp.) lub. konstrukcyjnych. noża (nieprawidłowa średnica. części. chwytowej, wkładki. z węglika itp.), z drugiej strony uszkodzenia mogą mieć swoje podłoże już w momencie wytwarzania noży (błędna technologia wlutowywania wkładki w korpus noża, wtrącenia materiałowe itp.) [5, 33]. Mimo różnych form zużycia noży styczno-obrotowych, właściwości ścierne skał mają swój udział w większości z nich, co można zauważyć na diagramie kołowym przedstawiającym procentowy udział poszczególnych form zużycia (rys. 2.9). Najczęstszym rodzajem zużycia noży jest zużycie asymetryczne oraz zużycie ostrza po zużyciu ściernym wkładki [33, 38]. Szybkość zużycia się noży kombajnowych można określić na drodze eksploatacyjnej (empirycznej) lub laboratoryjnej. Jednakże, mając na względzie zmienność warunków pracy noży w rzeczywistych skałach, do oceny ich trwałości preferuje się badania laboratoryjne. Wtedy istnieje możliwość zagwarantowania stałych parametrów kinematycznych procesu skrawania oraz właściwości urabianej calizny [38, 39, 42]. 20.

(21) Rys. 2.9. Klasyfikacja zużycia noży styczno - obrotowych [33]. Na drodze empirycznej użytkownik może jedynie ocenić jakość noża czy noży w odniesieniu do ilości pozyskanego urobku. Najczęściej podaje się liczbę zużytych (wymienionych) noży na 1000 m3 urobku lub ekwiwalentnie do jego masy. Jednak wyniki te odnoszą się do określonego miejsca i czasu pozyskiwania minerału i mogą być inne przy zmianie właściwości urabianej calizny. Dlatego chcąc zachować właściwości urabianej calizny oraz parametry procesu skrawania (prędkość posuwu vp, obroty organu n) należy tego typu badania przeprowadzać w warunkach laboratoryjnych [38, 39]. Pomiar szybkości zużycia ściernego noży kombajnowych ma na celu prognozowanie ich trwałości i musi być realizowany zawsze w tych samych warunkach, tak by wyniki były wiarygodne, powtarzalne i porównywalne. Szybkość zużycia ściernego definiuję się jako łączny ubytek masy noża (noży) do objętości uzyskanego urobku [39, 40]. Proces zużywania się ostrzy noży jest zjawiskiem nieuniknionym i przebiega w sposób różnorodny i raczej losowy. Utrudnia to prognozowanie zachodzących w trakcie eksploatacji maszyn górniczych, wykorzystujących te narzędzia, zmian ich obciążenia oraz wskaźników charakteryzujących proces ich zużycia [5, 33]. Jednakże im bardziej pozna się przyczyny tego zużycia, tym łatwiej będzie można im zapobiec, stąd ważne jest prowadzenie badań w tym zakresie. Obecnie znanych jest tylko kilka stosowanych metod badań wykonywanych w celu oznaczenia ścierności czy ścieralności skał. Badania te wykonuje się w warunkach laboratoryjnych, na specjalnie zaprojektowanym do tego celu stanowiskach. Poniżej. 21.

(22) przedstawiono sposoby przeprowadzania poszczególnych badań oraz opisano stanowiska, na których się je wykonuje. 2.3. Metody określania ścieralności skał Pierwszą z metod jest badanie ścieralności szeroką tarczą. Metoda ta - według normy. PN-EN 14157 [59] - jest uważana za metodę wzorcową. Polega ona na ścieraniu górnej powierzchni próbki za pomocą materiału ściernego, którym w badaniu jest korund (biały elektrokorund) o wymiarze ziarn 80. Do badania potrzebne jest co najmniej sześć próbek o wymiarach minimum 100 x 70 mm. Próbki muszą być czyste i wysuszone. Badana powierzchnia próbki musi być płaska i gładka. Bezpośrednio przed badaniem powierzchnię należy pokryć barwnikiem ułatwiającym późniejszy pomiar rowka [6, 56, 59]. Maszyna do ścierania (rys. 2.10) składa się z szerokiej tarczy ściernej, zbiornika zasypowego z jednym lub dwoma zaworami do regulacji przepływu materiału ściernego, podajnika, wózka z uchwytem mocującym próbkę oraz przeciwwagi. Tarcza ścierna wykonana jest ze stali. Średnica tarczy wynosi 200 mm, a jej szerokość 70 mm. Ruchomy wózek z uchwytem mocującym jest zamocowany na łożyskach, jego ruch w kierunku tarczy wymusza przeciwwaga o masie około 14 kg. Zbiornik zasypowy służy do dostarczania materiału ściernego do podajnika. Podajnik o przekroju poprzecznym cylindrycznym lub prostokątnym ma wylot szczelinowy o długości około 45 mm i szerokości około 4 mm [6, 56, 59]. Podczas badania próbka mocowana jest na wózku za pomocą klina, aby umożliwić pod nią przepływ ścierniwa i jest dociśnięta do tarczy ściernej. Tarcza wykonuje 75 obrotów w ciągu 60 sekund. Materiał ścierny podawany jest z podajnika na szeroką tarczę stałym strumieniem z prędkością 2,5 l/min. Po wykonaniu 75 obrotów, tarczę oraz przepływ materiału ściernego należy zatrzymać. Wynikiem badania są wymiary rowka (rys. 2.11). Wymiary rowka mierzy się suwmiarką z odczytem cyfrowym w punktach A i B, przy wewnętrznej krawędzi podłużnych granic rowka I1 i I2. W celu wzorowania i uzyskania trzech odczytów powtarza się pomiar w odległości 10 ± 1 mm od końca rowka (C D) [6, 56, 59]. Badanie jest bardzo proste do wykonania. Stanowisko ma nieskomplikowaną konstrukcję. Szczególnie dobrze rozwiązano mechanizm docisku próbki do tarczy za pomocą przeciwwagi. Jednakże badanie wymaga przygotowania materiału ściernego o odpowiednim uziarnieniu, podawanego z zasobnika, co jest dość czasochłonne i pracochłonne. Dodatkowo sam wynik badania, czyli pomiar rowka, nie jest zbyt dokładnym sposobem wyznaczania ścieralności.. 22.

(23) a). b). Rys. 2.10. Maszyna ścierająca: a) schemat b) widok maszyny [10, 59]: 1 - wózek z uchwytem mocującym, 2 - śruba mocująca, 3 - próbka do badania, 4 - zawór kontrolny, 5 - zbiornik zasypowy, 6 - podajnik, 7 - szeroka tarcza ścierna, 8 - przeciwwaga, 9 - szczelina, 10 - rowek, 11 - przepływ materiału ściernego, 12 - zbiornik ścierniwa, 13 – klin. Rys. 2.11. Sposób pomiaru rowka powstałego w próbce po badaniu [59]. Drugą i najbardziej popularną metodą określania ścieralności jest badanie na tarczy Boehmego, przeprowadzane zgodnie z normą PN14157:2004 [59]. Polega ona na umieszczeniu próbki na torze badawczym tarczy ściernej, na którą nasypuje się standardowe ścierniwo. Tarcza jest obracana, a próbki poddaje się ścieraniu pod obciążeniem około 294 N przez określoną liczbę cykli. Jako standardowe ścierniwo stosuje się sztuczny korund [6, 56, 59]. Do badania potrzebne jest co najmniej sześć próbek, które są sześcianami o krawędzi około 71 mm lub prostopadłościanami z kwadratową podstawą o boku około 71 mm. Czołowa stykowa powierzchnia musi być gładka i płaska. Próbki muszą być czyste 23.

(24) i wysuszone. Przed badaniem określa się gęstość objętościową próbki ρ b, mierząc jej boki i ważąc ją, także w celu ustalenia masy początkowej mi [6, 56, 59]. W przeciwieństwie do badania ścieralności szeroką tarczą, można badać również próbki mokre lub nasycone wodą. Należy je zanurzyć w wodzie na okres co najmniej 7 dni i przed ważeniem wytrzeć każdą z nich wilgotną sztuczną gąbką, tak aby były równomiernie zwilżone [59]. Przedstawione na rysunku 2.12 stanowisko składa się z obrotowej tarczy z torem badawczym, mocowania próbki oraz urządzenia obciążającego. Tarcza ma średnicę 750 mm, jest płaska, ustawiona poziomo i powinna obracać się z prędkością 30 obr/min. Dodatkowo tarczę wyposaża się w licznik obrotów oraz urządzenie wyłączające ją automatycznie po dwudziestu dwóch obrotach. Tor badawczy jest w kształcie pierścienia o średnicy wewnętrznej 120 mm i zewnętrznej 320 mm. Jest wykonany z żeliwa i musi być wymienny, gdyż jego powierzchnia w trakcie badań zużywa się. Uchwyt do mocowania próbki składa się z ramki w kształcie U o wysokości około 40 mm, odległej o 5 mm od toru badawczego. Urządzenie obciążające składa się z dźwigni z dwoma ramionami o różnej długości, obciążnika i równowagi [6, 56, 59]. a). b). Rys. 2.12. Tarcza Boehmego: a) schemat b) widok stanowiska [10, 59]: 1 – przeciwwaga, 2 – tor badawczy, 3 – obciążnik, 4 – mocowanie próbki, 5 – badana próbka, 6 – obrotowa tarcza. Wykonanie badania rozpoczyna się od wysypania na tor badawczy 20 g ścierniwa. Następnie mocujemy próbkę w uchwycie i po ustawieniu powierzchni czołowej na torze, obciąża się ją osiowo siłą około 294 N. Próbkę poddaje się 16 cyklom ścierania, każdy po 22 obroty. Po każdym cyklu należy wyczyścić zarówno tarczę, jak i powierzchnię czołową próbki, obrócić w tym samym kierunku próbkę o 90o i ponownie wysypać 20 g ścierniwa. Przed badaniem, jak i po każdych 4 cyklach, próbkę należy zważyć [6, 59].. 24.

(25) Wynikiem badań jest wyliczenie zużycia wskutek ścierania po 16 cyklach jako średnie zmniejszenie objętości próbki ΔV ze wzoru: ∆𝑉 =. ∆𝑚 𝜌𝑏. [𝑚𝑚3 ]. (2.3). gdzie: ΔV – zmniejszenie objętości próbki po 16 cyklach [mm3], Δm = (mi – mf) – ubytek masy próbki po 16 cyklach [g], ρb – gęstość objętościowa próbki [g/mm3] [59]. Największą wadą tej metody jest samo przeprowadzenie badania ze względu na to, że jest czasochłonne i pracochłonne oraz to, że wymaga ciągłej kontroli wykonującego badanie. Trzecią metodą określania ścieralności jest badanie tarczą Amslera. Badanie rozpoczyna się od umieszczenia próbki na tarczy (rys. 2.13), na której rozsypuje się ścierniwo. Następnie tarcza obraca się i próbki są poddawane ścieraniu przy określonej liczbie cykli. Materiałem ściernym jest piasek krzemionkowy średni (piasek o wymiarach od 0,2 mm do 0,6 mm). Do badania potrzebne jest co najmniej sześć próbek o wymiarach 60 mm x 60 mm. Krawędzie zaokrągla się, a główne powierzchnie próbek wyrównuje się warstwą gipsu, tak aby całkowita ich grubość wynosiła 25 mm [7, 59].. 3 2. 1. Rys. 2.13. Widok tarczy Amslera [7]. 25.

(26) Stanowisko składa się z: ‒ poziomej żeliwnej tarczy, obracającej się wokół pionowej osi (1); ‒ urządzenia, które w czasie badania przytrzymuje próbki do badania na górnej tarczy; każdą z siła 335 N oraz umożliwia im obracanie się wokół ich pionowych osi z prędkością obrotową 0,75 obrotów na minutę (2); ‒ urządzenia do podawania wody, kropla po kropli oraz piasku na tarczę, na każdą próbkę do badania w ilości 150 g/min (3); usytuowanie próbki do badania względem środka tarczy oraz jej prędkość obrotową reguluje się tak, aby środki czołowych powierzchni próbek do badania poruszały się względem tarczy z prędkością równą 1,25 m/s [7, 59]. Wykonanie badania polega na tym, iż grubość każdej próbki do badania mierzy się na środku każdej z czterech bocznych (mniejszych) ścian. Po zamocowaniu próbek do badania, stanowisko uruchamia się. Gdy każda próbka przebędzie na tarczy drogę o długości 200 m, test kończy się. Próbki do badania wyjmuje się, myje wodą z kranu i oczyszcza ścierką. Końcową grubość mierzy się jak poprzednio (w środkach czterech bocznych ścian każdej próbki). Wynikiem badania jest zużycie każdej próbki i oblicza się je następująco: A = IA – IB. (2.4). gdzie: A – zużycie próbki [mm]; IA – średnia grubość każdej próbki przed badaniem [mm]; IB – średnia grubość każdej próbki po badaniu [mm] [59]. Wynikiem badania jest zużycie liniowe próbki. Pomiar wymiarów próbki może być niedokładny, a dodatkowo próbka może zużywać się nierównomiernie. Bardziej dokładny byłby pomiar masy, tak jak w badaniu tarczą Boehmego. Czwartą metodą określania ścieralności jest wyznaczanie współczynnika mikro-Devala. Badanie polega na pomiarze zużycia kruszywa wywołanego tarciem między kruszywem i materiałem ściernym w obracającym się bębnie w określonych warunkach. Podstawą do obliczenia współczynnika mikro-Devala jest ilość materiału pozostałego na sicie o oczkach 1,6 mm wyrażona w gramach [11, 57]. Aparat mikro-Devala przedstawiono na rysunku 2.14. Składa się z jednego do czterech bębnów, zamkniętych z jednego końca, o wewnętrznej średnicy 200 mm i wewnętrznej długości mierzonej od podstawy do wnętrza wieka około 154 mm. Bębny, które są ułożone na dwóch wałkach obracających się w poziomie, są wykonane z nierdzewnej stali, a grubość ich 26.

(27) ścianek to co najmniej 3 mm. Wnętrza bębnów nie powinny mieć nierówności wynikających ze spoin lub metody łączenia. Bębny należy zamykać płaskimi pokrywami o grubości co najmniej 8 mm z uszczelką, zapewniającymi wodoszczelność i pyłoszczelność. Napęd bębnów stanowi typowy silnik o mocy około 1 kW ze stałą prędkością obrotową około 100 obr/min. Silnik zatrzymuje się po osiągnięciu określonej liczby obrotów, którą ustawia się za pomocą układu sterowania [11, 57].. Rys. 2.14. Schemat aparatu mikro-Devala [59]. Badanie przeprowadza się na kruszywie przechodzącym przez sito 14 mm i pozostającym na sicie 10 mm. Próbkę laboratoryjną, o masie co najmniej 2 kg, należy przesiać przez sita 10 mm, 11,2 mm i 14 mm w celu otrzymania uziarnienia od 10 mm do 11,2 mm i od 11,2 mm do 14 mm. Następnie każdą próbkę kruszywa należy przemyć oddzielnie i wysuszyć w temperaturze 110 ± 5°C do stałej masy. Po ostygnięciu do temperatury otoczenia, obie próbki należy wymieszać, w calu uzyskania zmodyfikowanej próbki laboratoryjnej o uziarnieniu od 10 do 14 mm. Do badania potrzebne są dwie próbki, każda o masie 500 g. Materiałem ściernym są stalowe kule o średnicy 10 mm [11, 57]. Każdą próbkę umieszcza się w oddzielnym bębnie. Do każdego bębna dodaje się stalowe kule w ilości 500 g. Bębny obracają się z prędkością 100 obr/min do osiągnięcia 12 000 obrotów. Po wykonaniu badania, kruszywo umieszcza na sicie o oczkach 1,6 mm. Następnie ostrożnie należy oddzielić ziarna kruszywa, pozostające na sicie, od stalowych kul uważając, aby nie stracić żadnego ziarna kruszywa. Ziarna mogę być wybierane ręcznie, a kule usunięte z sita za pomocą magnesu. Ostatecznie należy zapisać masę m ziaren pozostałych na sicie o oczkach 1,6 mm [11, 57]. Dla każdej próbki oblicza się współczynnik mikro-Devala MDS według następującej zależności: 𝑀𝐷𝑆 =. 500−𝑚 5. 27. (2.5).

(28) gdzie: MDS – współczynnik mikro-Devala w stanie suchym [g]; m – masa frakcji pozostałej na sicie o oczkach 1,6 mm [g]. Na podstawie wartości uzyskanych z dwóch badanych próbek oblicza się średnią wartość współczynnika mikro-Devala. Średnią wartość podaje się z dokładnością do liczby całkowitej. Badanie można również wykonać na mokro. Badanie wykonuje się analogicznie jak powyżej, jedynie dodatkowo do bębna dodaje się wodę. Po wykonaniu badania należy przemyć bęben wewnątrz i zachować wodę z przemywania. Kruszywo pozostałe na sicie o oczkach 1,6 mm należy wysuszyć w temperaturze 110 ± 5°C. Dla rozróżnienia nazwę współczynnika MDS zmieniono na MDE, ale oblicza się go z tego samego wzoru (2.5) [11, 57]. Wykonanie badania również jest bardzo czasochłonne i pracochłonne. Szczególnie związane jest to z długim i skomplikowanym procesem przygotowania próbek o odpowiednim uziarnieniu. Dodatkowo kruszywo podczas badania w bębnach ulega również kruszeniu poprzez zgniatanie, a nie tylko ścieraniu. Powyższa metoda, ze względu na podobny sposób przeprowadzania, jest bardzo często mylona z określaniem odporności na rozdrabnianie w bębnie Los Angeles. Jednakże badanie to przeprowadza się zgodnie z normą PN-EN 1097-2:2000 [58], której już sam tytuł (Metody oznaczania odporności na rozdrabnianie) wskazuje, że chodzi o rozdrabnianie, a nie ścieranie. 2.4. Metody określania ścierności skał Ścierność skał może być określana na postawie budowy i składu petrograficznego,. a w szczególności udziału twardych minerałów, takich jak kwarc. Jest to typowy geologiczny sposób jej wyznaczania i polega na mikroskopowym określeniu zawartości kwarcu na bardzo małym fragmencie skały. Inny bardziej techniczny sposób określania ścierności skał jest realizowany za pomocą testów laboratoryjnych, w których przyjmuje się wzorcowy model lub wskaźnik [25, 52]. Metody badania ściernego działania skał na narzędzie opisane zostały w literaturze [53] już w latach 80. XX wieku. Dwie pierwsze metody (rys. 2.15a, b) polegają na ścieraniu elementu metalowego poruszającego się ruchem obrotowym i dociskanego do nieruchomej próbki. Kolejne 3 metody (rys. 2.15c, d, e) dotyczą ścierania elementu metalowego, będącego w ruchu, gdzie sama próbka również się porusza. Następnie w metodzie Barona-Bondariewa (rys. 2.15f) stalowy nóż skrawa czołowo okrągłą próbkę, która się obraca, natomiast ostatnia. 28.

(29) metoda Belugou-Valantina (rys. 2.15g) polega na krótkim quasi-statycznym przesunięciu stalowego sworznia po próbce skalnej.. u=0,5 mm/obr. Rys. 2.15. Metody badania ściernego działania skał na narzędzie: a – metoda Barona – Kuźniecowa, b – Sieversa, c – Wahla, d – Szreinera, e – Fisha, f – Barona – Bondariewa, g – Belugou – Valantina [53]. Aktualnie najbardziej znaną i sprawdzoną metodą badania ścierności, a nie ścieralności skał, jest test ścierności Cerchar. Na jego podstawie wyznacza się wskaźnik CAI. Wartość wskaźnika wyznacza się w teście zarysowania Cerchar i wykorzystuje do prognozowania częstotliwości wymiany narzędzi urabiających. Skrót Cerchar pochodzi od Centre d’Etudes et Recherches des Charbonnage de France – instytutu, który jako pierwszy opracował test ścierności skał [40, 52, 56, 64]. Test przeprowadza się za pomocą zaostrzonego rysika wykonanego ze stali o kącie rozwarcia końcówki stożkowej 90o, dociśniętego do powierzchni próbki skały pod obciążeniem 70 N, za pomocą którego rysuje się rowek o długości 10 mm (rys. 2.16). Test wykonuje się na powierzchni odłupania niewielkiego kawałka skały od calizny o naturalnej chropowatości. Podczas próby próbka jest bezpiecznie zamontowana w uchwycie zaciskowym. Standardowy rysik o średnicy 11 mm i długości 60 mm powinien być wykonany ze stali 115CrV3 (wg DIN) [40, 52, 56, 64]. Test powtarza się kilka razy w różnych kierunkach próbki skały używając za każdym razem nowego rysika w celu uwzględnienia zjawiska anizotropii przy obliczaniu wypadkowej średnicy spłaszczenia rysika w mm, spowodowanego tarciem o powierzchnię próbki [40, 52, 56, 64].. 29.

(30) Rys. 2.16. Stanowisko do przeprowadzania próby ścierania Cerchar [56]. Zasadniczo wartość CAI jest określona na podstawie spłaszczenia lub zaokrąglenia końcówki rysika spowodowanego tarciem o próbkę, które mierzy się pod mikroskopem z użyciem mikrometru okularowego (rys. 2.17). Średnica spłaszczenia jest mierzona w czterech położeniach, przy czym każdorazowo rysik jest obracany o 90 o. Stąd pomiar jest wykonywany na 0o, 90o, 180o i 270o obwodu końcówki stalowego rysika. Na tej podstawie oblicza się CAI zgodnie z poniższym wzorem: 1. 𝐶𝐴𝐼 = 10 ∙ 𝑛 ∙ ∑𝑛𝑜 𝑑 [𝑚𝑚] 𝑖. (2.6). gdzie: ni – liczba wykonanych oznaczeń; d – wypadkowa średnia spłaszczenia rysika spowodowanego tarciem o próbkę [64]. Na podstawie wielu badań skał w laboratorium petrograficznym SMC (Sandvik Mining and Construction) w Zeltwegu w Austrii stworzono stopnie ścierności wyrażone wartościami CAI. Klasyfikację tę podano w tabeli 2.2.. 30.

(31) Rys. 2.17. Sposób pomiaru średnicy rysika pod mikroskopem [64] Tabela 2.2. Klasyfkacja ścierności skał wg SMC [10]. Wskaźnik ścierności CAI > 4,5 3,0 – 4,5 2,3 – 3,0 1,8 – 2,3 1,3 – 1,8 1,0 – 1,3 0,5 – 1,0 < 0,5. Ścierność skał ekstremalnie ścierna wysoko ścierna bardzo ścierna ścierna znacząco ścierna średnio ścierna nie bardzo ścierna brak ścierności. Metoda Cerchar, mimo że jest prosta i łatwa do wykonania, to jej główną wadą jest to, że pomiar może być wykonany tylko na niewielkich fragmentach próbki skały i dlatego możliwy jest duży rozrzut uzyskanych wyników, w zależności od wybranego przez operatora miejsca wykonania testu na niejednorodnych i zmiennych próbkach skał. Po drugie dokładność tej metody w dużej mierze zależy od umiejętności i doświadczenia osoby wykonującej test, która musi posiadać wystarczające doświadczenie, aby zidentyfikować kryteria ścierania próbki skały, a następnie przeprowadzić test zgodnie z tymi kryteriami. Dodatkowo pomiar średnicy spłaszczenia rysika wymaga zastosowania specjalistycznego mikroskopu oraz może być trudny do określenia w przypadku niesymetrycznych lub jednostronnych spłaszczeń [64]. W związku z powyższym, wyniki tego testu bardzo często nie są wiarygodne ani porównywalne, na co zwracają uwagę autorzy publikacji [25], stąd metoda ta nie powinna być stosowana w aspekcie prognozowania zużycia noży kombajnowych.. 31.

(32) Drugą metodą określania ścierności skał jest test ścierności LCPC, który został opracowany we Francji przez Laboratoire Central des Ponts et Chausées (LCPC) i opisany we francuskiej normie P18-579 [25]. Na rysunku 2.18 przedstawiono stanowisko do wykonywania testu ścierności LCPC. Głównym jego elementem jest silnik (1) o mocy 750 W, na którego wale jest zamocowany stalowy próbnik w kształcie prostokątnej płytki (3). Jest ona wykonana ze stali o twardości 60-75 HRB. Pod silnikiem znajduje się pojemnik, w którym umieszcza się stalowy próbnik, który w trakcie testu jest zasypywany kruszywem z podajnika (2).. Rys. 2.18. Stanowisko do wykonywania testu ścierności LCPC: 1 – silnik, 2 – podajnik kruszywa, 3 – stalowy próbnik, 4 – pojemnik na próbkę.. Główną zasadą stojącą za wyznaczeniem współczynnika ścierności LCPC jest pomiar utraty masy stalowej płytki obracającej się z prędkością 4500 obrotów na minutę przez 5 minut, zasypywanej 500 g skały uprzednio pokruszonej na kawałki o średnicy od 4,0 do 6,3 mm. Współczynnik ścierności LAC jest obliczany jako stosunek ubytku masy płytki do masy badanego materiału (500 g) w przeliczeniu na gram na tonę.. 𝐿𝐴𝐶 =. 𝑚0 −𝑚1 𝑀. gdzie: LAC – współczynnik ścierności LCPC [g/t]; m0 – masa stalowej płytki przed badaniem [g]; 32. 𝑔. [ ] 𝑡. (2.7).

(33) m1 – masa stalowej płytki po badaniu [g], M – masa próbki skalnej (=0,0005t) [t]. Test ścierności LCPC nie jest powszechnie znanym sposobem określania ścierności skał. Mimo że jest znormalizowany we Francji, to ciągle trwają prace nad jego wdrożeniem. Dodatkowo autorzy publikacji [25] podkreślają, że są duże rozbieżności pomiędzy wynikami badań testem Cerchar a testem LCPC. Trzecią metodą określania ścierności jest wyznaczenie wskaźnika ścierności według metody opracowanej w ITG KOMAG. Wskaźnik ścierności to stosunek głębokości I3 i I1 otworu wierconego w skale w trzeciej i pierwszej minucie wiercenia wiertłem o określonej średnicy d = 42 mm i obrotach (251 m/s) ze stałym dociskiem 3750 N [54]. Wskaźnik ścierności Kt wynosi: 𝐼. 𝐾𝑡 = 𝐼3. (2.8). 1. Metoda ta daje poprawne wyniki, gdy badana skała jest jednorodna i całą różnicę przewiertów można przypisać stępieniu ostrzy, a nie przypadkowym różnicom twardości i wytrzymałości skały [53]. 2.5. Podsumowanie Metody badania ścieralności są znacznie częściej wykorzystywane, zwłaszcza na. potrzeby przemysłu budowlanego, np. w celu określania ścieralności kamieni naturalnych stosowanych na posadzki [59]. Metody te są sprawdzone i powszechnie stosowane. Natomiast określanie ścierności nie jest tak popularne, dlatego też metod jej badania jest znacznie mniej. Aktualnie znane metody określania ścierności, o których wspomniano powyżej, są tylko częściowo regulowane przez zagraniczne normy i stąd wynikają różnice w sposobie ich przeprowadzania, co powoduje otrzymywanie zróżnicowanych wyników. Natomiast w Polsce nie ma znormalizowanej, a nawet przyjętej ujednoliconej metody jej określania. Przeprowadzona analiza powyższych metod pomogła w ustaleniu założeń do nowej metody badania ścierności skał oraz konstrukcji stanowiska laboratoryjnego, na którym badania będą przeprowadzane. Wykorzystano tutaj zalety poszczególnych metod, natomiast ich wady zmusiły do znalezienia lepszych rozwiązań. Ostatecznie sformułowano następujące założenia: ‒. badania laboratoryjne na próbkach pobranych z wyrobisk górniczych w postaci rdzeni;. ‒. minimalizacja wielkości i ilości próbek;. ‒. badania wytrzymałościowe skał i ustalenie zawartości SiO2; 33.

(34) ‒. przedmiotem badania wzorcowy, stalowy próbnik;. ‒. pomiar zużycia masowego próbnika i próbki skalnej;. ‒. jednostajny ruch próbnika po okręgu;. ‒. stała siła docisku próbki skalnej do wzorcowego próbnika;. ‒. minimalizacja czasu badania;. ‒. proponowane parametry zadawane:. ‒. •. prędkość obrotowa próbnika 0 – 70 obr/min;. •. siła docisku 0 – 400 N;. •. czas pojedynczej próby 0 – 15 min;. możliwość ustalenie korelacji pomiędzy wytrzymałością skały na jednoosiowe ściskanie i zawartością SiO2 a zużyciem próbnika.. Badania powinny być wykonywane w warunkach laboratoryjnych, a nie in-situ, aby były realizowane w tych samych warunkach, a wyniki były wiarygodne, powtarzalne i porównywalne. Próbki do badań powinny być pobrane bezpośrednio z wyrobiska górniczego w postaci rdzeni, gdyż to zapewnia minimalizację ich wymiarów oraz łatwość pobrania. Oprócz próbek do badań ścierności skały, należy przygotować próbki do badań wytrzymałościowych zgodnie z normą [61] oraz do określenia zawartości SiO2. Ze względu na różnorodność aktualnie stosowanych narzędzi urabiających, do badania powinien być stosowany zawsze taki sam wzorcowy stalowy próbnik, dzięki czemu wyniki będą porównywalne. Zastosowanie małego próbnika oraz jego ruch po okręgu zmniejszą również gabaryty stanowiska. Próbnik w trakcie badania powinien obracać się ze stałą prędkością (dla uproszenia w dalszej części pracy nazywaną „prędkością obrotową”) i jednocześnie powinien być w kontakcie z próbką skalną ze stałą siłą docisku przez określony czas. W wyniku badań wstępnych powinny zostać ustalone ich ostateczne wartości tak, aby nie dochodziło do wykruszania próbki skalnej i nagrzewania się próbnika, powodującego zmiany jego właściwości materiałowych. Do określenia ścierności należy uwzględniać ubytek masy próbnika i próbki skalnej, gdyż pomiar masy jest zdecydowanie najbardziej dokładny. Dodatkowo parametry zadawane powinny być tak dobrane, aby zapewniony był mierzalny ubytek masy próbnika i próbki. Sposób przeprowadzania badania powinien być tak zaplanowany, aby w czasie testu nie była wymagana ingerencja operatora, poza przygotowaniem testu i pomiarem mas po jego wykonaniu.. 34.

(35) Na podstawie powyższych założeń wymaganym jest zaprojektowanie i wykonanie nowego stanowiska badawczego, gdyż żadne z obecnie dostępnych nie nadaje się do wykorzystania. Stanowisko to między innymi musi zapewnić: ‒. ruch próbnika po okręgu, co zmniejszy gabaryty stanowiska;. ‒. docisk próbki skalnej do próbnika ze stałą siłą;. ‒. zatrzymanie próbnika po zadanym czasie;. ‒. możliwość regulacji powyższych parametrów zadawanych w celu ustaleniach ich ostatecznych wartości;. ‒. unieruchomienie próbki skalnej;. ‒. odprowadzanie startego materiału z miejsca kontaktu próbnika z próbką skalną;. ‒. łatwość przeprowadzenia badań.. Powyższe założenia pozwoliły na zaprojektowanie nowego stanowiska laboratoryjnego oraz opracowanie nowej metody badawczej do oceny ścierności skał, co przedstawiono w rozdziale czwartym niniejszej pracy.. 35.

(36) 3. Cel i zakres pracy Głównym celem pracy jest opracowanie laboratoryjnej metody wyznaczania wskaźnika. ścierności skał na podstawie oceny masowego zużycia ściernego wzorcowego stalowego próbnika i próbki skalnej, jak również ustalenie zależności pomiędzy wartością wskaźnika a wytrzymałością skały na jednoosiowe ściskanie i zawartością SiO2. Wartość wskaźnika ścierności skał oraz wartość wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie umożliwi dobór odpowiedniego rodzaju ochrony części roboczej noży kombajnowych, zwiększającej ich trwałość. Osiągniecie założonego celu wymagało zrealizowania szeregu działań, które określają zakres przedmiotowej pracy. Zakres pracy obejmuje: ‒. opracowanie metody badań przy wykorzystaniu dotychczasowego stanu techniki;. ‒. projekt stanowiska laboratoryjnego do badania ścierności skał;. ‒. przeprowadzenie. badań. wstępnych. określających. ścierność. trzech. skał. zróżnicowanych pod względem właściwości fizykomechanicznych i zawartości SiO2, zgodnie z przyjętym planem eksperymentu; ‒. analizę statystyczną wyników badań wstępnych oraz wyznaczenie wartości parametrów wejściowych, takich jak prędkość obrotowa, czas badania oraz siła docisku do badań zasadniczych;. ‒. przeprowadzenie badań sprawdzających i określenie wskaźnika ścierności dla wybranych skał;. ‒. przeprowadzenie badań zasadniczych na próbkach skał z wybranych wyrobisk podziemnych oraz określenie ich wskaźników ścierności;. ‒. wyznaczenie jednostkowego zużycia noży styczno-obrotowych stosowanych na organach kombajnów, pracujących w wyrobiskach, z których zostały pobrane próbki do badań zasadniczych;. ‒. analizę wyników badań oraz sformułowanie wniosków o charakterze poznawczym, a także zaleceń mających znaczenie utylitarne.. 36.

(37) 4. Ocena ścierności skał Dla oceny ścierności skał opracowano nową autorską metodę, którą przedstawiono. w niniejszym rozdziale. Zdefiniowano parametr charakteryzujący ścierność skał, czyli wskaźnik ścierności. Określono przedmiot badań oraz sposób pobrania i przygotowania próbek skalnych. Zaprezentowano koncepcję oraz model stanowiska do badań ścierności skał, na podstawie którego zostało ono wykonane i opisane. Następnie przedstawiono procedurę przeprowadzenia badania oraz plan i metodykę badań. 4.1. Charakterystyka metody 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. Wz =. M pa M pi. (4.1). gdzie: Wz – wskaźnik ścierności, Mpi – ubytek masy próbki, g, Mpa – ubytek masy próbnika, g. gdzie:. M pa = M pab − M paa gdzie: Mpab – masa próbnika przed badaniem, g, Mpaa – masa próbnika po badaniu, g. 37. (4.2).

(38) M pi = M pib − M pia. (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 38.

(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).. 39.

(40) Tab. 4.1. Zestawienie wielkości mierzonych i wyznaczonych dla oceny ścierności skały Masa próbki Nr próby. Nazwa skały. Zawartość SiO2 [%]. 1. 2. 3. Masa próbnika Ubytek masy próbki Mpi [g]. Wytrzymałość przed po na ściskanie badaniami badaniach Rc [MPa] Mpib [g] Mpia [g] 4. 5. 6. 7. Ubytek Wskaźnik masy przed po ścierności badaniami badaniach próbnika Wz [-] Mpa [g] Mpab [g] Mpaa [g] 8. 9. 10. 1 2 3 4 5 Wartość średnia:. 40. 11. Uwagi. 12.