Methodology of testing the strength and deformational properties of rocks from LGOM mines under triaxial stress conditions

W artykule przedstawiono wyposazenie pomiarowo-badawcze stosowane w trojosiowych badaniach skal prowadzonych w Pracowni Mechaniki Skal, Laboratorium Gornictwa i Mechaniki Gorotworu KGHM CUPRUM. Badania te rozpoczeto w 1970 roku dla potrzeb budowy kopaln rud miedzi w nowo odkrytym zlozu w obszarze monokliny przedsudeckiej. Badania są wykonywane w pelnym profilu gorniczym, obejmującym skaly zlozowe i skaly w najblizszym otoczeniu zloza (strop, spąg). Zakres prowadzonych badan w warunkach trojosiowego stanu naprezen obejmowal: określenie wytrzymalościowych i odksztalceniowych wlasności skal przy ściskaniu, ścinaniu,rozciąganiu i zginaniu w warunkach wszechstronnego ciśnienia; wyznaczenie charakterystyk mechanicznych skal i określenie stalych sprezystości; określenie wytrzymalości skal w zlozonym stanie naprezenia, w ktorym skladowe tego stanu mają rozne wartości i znaki; opracowanie, na podstawie wynikow badan trojosiowych, warunkow kruchego zniszczenia skal; badania nad rozprzestrzenianiem sie szczelin w materiale skalnym poddanym dzialaniu wszechstronnego ciśnienia. Badania wytrzymalości i deformacji skal w warunkach trojosiowego stanu naprezenia realizowane są wedlug dwoch wariantow: σ 1 > σ 2 = σ (wg tzw. schematu Karmana), tj. warunek, w ktorym na jednoosiowy stan naprezenia naklada sie hydrostatyczny stan ciśnien. σ 1 ≠ σ 2 ≠ σ 3 – warunek zlozonego stanu naprezen, w ktorym skladowe tego stanu mają rozne wartości i znaki. Dla realizacji przyjetego programu skonstruowano stanowisko badawcze, z prototypową aparaturą i urządzeniami, skladające sie z nastepujących elementow: ukladu hydraulicznego zasilającego komory ciśnieniowe; ukladu obciązającego z maszynami wytrzymalościowymi; aparatury z wyposazeniem pomiarowym i rejestrującym; zestawu komor badawczych (ciśnieniowych) o zroznicowanych konstrukcjach stosownie do rodzaju prowadzonych badan.  Badania skal w trojosiowym stanie naprezenia polegaly na określeniu wytrzymalości badanej probki skalnej przy minimum trzech roznych poziomach ciśnien okolnych, zaleznych od wytrzymalości i zwiezlości skaly. Uwzgledniając zmienne wlaściwości skal wystepujących w profilu gorniczym zloza rud miedzi LGOM badania prowadzone są przy nastepujących ciśnieniach okolnych: 5, 10, 15, i 10; 20; 30 MPa - dla skal slabych, o niskiej zwiezlości; 20, 40, 60 MPa - dla skal mocnych, zwiezlych i silnie zwiezlych. Do badan probek skalnych przy ściskaniu sluzą trzy typy komor ciśnieniowych: komora typu M-23 wlasnej konstrukcji do ciśnien w zakresie 0÷60 MPa (rys. 3.1); komora tloczkowa typu M-25 wlasnej konstrukcji do ciśnien w zakresie 0÷120 MPa (rys. 3.2); komora firmy Walter+Bai produkcji szwajcarskiej do ciśnien w zakresie 0÷250 MPa (rys. 3.3). Wyniki badan wytrzymalościowych i odksztalceniowych wlaściwości skal w trojosiowym stanie naprezen są wykorzystywane w obliczeniach inzynierskich, przy projektowaniu obiektow gorniczych oraz w modelowaniu procesow deformacji gorotworu podczas prowadzenia eksploatacji zloza rud miedzi w kopalniach LGOM.