8. Metody wyznaczania twardości skał.

Twardość skały jest to opór, jaki skała stawia zewnętrznym działaniom mechanicznym.

1. Metoda Szreiniera.

Polega na wywieraniu na skałę statycznego obciążenia przez wgnitanie cylinrycznego przebijaka o powierzchni ok. 2 mm² , poprzez np. prasę hydrauliczną, w dobrze oszlifowaną próbkę skały o wymiarach nie mniejszych niż 50*50*50 mm. Przebijak ma płaską podstawę i jest on stopniowo obciążany. Po każdorazowym zakończeniu deformacji, mierzy się wielkość odkształcenia, a z uzyskanych danych sporządza się wykres nacisku osiowego w funkcji odkształcenia. Na podstawie tegoż wykresu, oblicza się umowną twardość, jako iloraz nacisku, przy którym nastąpiło ogólne, kruche zgniecenie próbki, do powierzchni przekroju podstawy przebijaka: S = P/A (kN/mm²)

Dla skał plastycznych za miarę twardości przyjmuje się granicę płynności.

2. Metoda H. Hertza (dla skał sprężysto-kruchych)

Polega ona na wciskaniu w płaską powierzchnię próbki kuli wypukłej soczewki, wykonanej z tej samej skały. Po przekroczeniu wytrzymałości na ściskanie skała bezpośrednio pod foremnikiem kulistym ulega rozdrobnieniu, w strefie przylegającej natomiast łuszczy się i pęka. Twardość skały oblicza się wówczas ze wzoru:

gdzie: P - siła nacisku ; D - średnica obszaru występowania szczelin

Twardość może być mierzona również przez zagłębienie stożków lub klinów.

3. Metoda Brinella.

Współczynnik twardości wyraża się wzorem:

gdzie: P - siła wciskająca wgłębnik ; F- powierzchnia wgłębienia czaszy na powierzchni próby

4. Metoda E.P.Epszteina.

Polega ona na wgłębianiu klina o kącie wierzchołkowym Π/3. Twardość określa wówczas wzór:

gdzie: b - długość ostrza klina (m.) ; P - siła działająca na klin w momencie zniszczenia struktury (N) ; h - głębokość wnikania klina (m.) ; α - kąt płaski wierzchołkowy klina (rad)

5. Metoda Shore'a.

Polega na użyciu skleroskopu, w którym twardość określa się na podstawie wysokości odskoku tłoczka zakończonego sferycznym ostrzem, spadającego z oznaczonej wysokości w rurowej prowadnicy na wypolerowaną powierzchnię próbki.

9. Definicja ścierności i ścieralności skał.

Ścierność - zdolność skały do niszczenia i ścierania ostrzy narzędzi wiertniczych np. świdrów. Tak więc do skał wysokościernych zaliczać będziemy te skały, przy których podczas wiercenia świdry zużywają się szybko. Te zaś przy których zużycie świdrów jest małe nazywamy małościernymi. Na proces ścierania mają wpływ przede wszystkim:

• skład chemiczny i struktura skały

• sposób i charakter tarcia

• geometria narzędzia zwiercającego skałę

• nacisk

• prędkość obrotowa

• ilość płuczki

Własności ścierne możemy określić na podstawie ubytku wagowego lub objętościowego ostrza urabiającego skałę na jednostkę czasu, przy stałych parametrach ( np. nacisk).

Ścieralność - zdolność skał do zmniejszania swojej objętości pod wpływem działania sił ścierających. Jest ona odwrotnie proporcjonalna do gęstości pozornej i zależy od wielu własności skał. Wyznaczyć ją możemy przy użyciu tarczy Boehmego lub bębna Devala. Na tarczy Boehmego można wyznaczyć ścieralność:

• wagową - S = m.-m₁/F (kg/m²)

m. - masa pr. przed badaniem , m₁ - masa pr. po badaniu ; F - powierzchnia próbki

• objętościową - S_o = V - V₁/ F ( m. )

Ścieralność na tarczy Boehmego zależy od wielkości startej warstwy próbki przy użyciu proszku elektrokorundowego.

Natomiast ścieralność wyznaczona w bębnie Devala wyraża się w procentach i wykonywana jest na próbkach okruchowych.

---