نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 هیأت علمی-دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشگاه تربیت مدرس

3 عضو هیئت علمی

چکیده

طراحی و انتخاب ماشین مناسب و پیش‌بینی عملکرد آن به‌منظور برنامه‌ریزی و تخمین هزینه‌های پروژه در استخراج مکانیکی و حفر مکانیزه تونل‌ها ضروری است. ارزیابی برش‌پذیری سنگ در روش‌های حفر مکانیزه شامل بررسی رفتار سنگ و اندرکنش آن با تیغه است و انجام آزمون‌های برش در مقیاس آزمایشگاهی، مطمئن‌ترین راه برای ارزیابی دقیق رفتار سنگ و تیغه در شرایط نزدیک به محیط واقعی است. در این مطالعه، از آزمون برش خطی کوچک‌مقیاس برای ارزیابی برش‌پذیری سنگ و ارتباط آن با پارامترهای مکانیکی سنگ استفاده شده است. بدین منظور، نمونه‌هایی از ماسه‌سنگ قرمز بالایی قم انتخاب شده و همزمان آزمون‌های استاندارد برای شناسایی نوع سنگ و تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی آن انجام شده است. نتایج آزمون‌های برش خطی کوچک‌مقیاس نشان می‌دهد نیرو و انرژی ویژه برش به ترتیب یک رابطه خطی مستقیم و یک رابطه غیرخطی با عمق برش دارد. همچنین، سرعت برش رابطه‌ی معنی‌داری با نیرو و انرژی ویژه ندارد. علاوه‌بر‌این، نیروهای حاصل از آزمون برش خطی با نتایج مدل ایوانس (Evans) مقایسه شد. مقایسه نتایج، تطابق خوب روش آزمایشگاهی با مدل نظری را نشان داد. با وجود این، آزمون‌های بیشتری به منظور دریافت نتایج دقیق‌تر و ارائه یک مدل جدید برش‌پذیری سنگ در حال انجام است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Cuttability assessment of Upper-Red Sandstone using small scale linear cutting test

نویسندگان [English]

  • Jafar Khademi Hamidi 1
  • Jafar Khademi Hamidi 2
  • Kourosh Shahriar 3
  • Mehdi Mohamadi 2

2 Tarbiat Modares University

3 Amirkabir University of Technology

چکیده [English]

Design and selection of a proper machine and its performance prediction is a very delicate and important part for planning and estimation of project costs in mining and mechanized tunneling. Assessment of rock cuttability in mechanized excavation includes the study of rock behavior and rock-tool interaction. Accordingly, laboratory rock cutting test is the most reliable method to precisely evaluate the behavior of rock and tool in a close condition to real field situation. In this study, the small scale linear cutting machine was used for assessing the rock cuttability and its relationship with rock mechanical parameters. To do this, test specimens were selected from Qom Upper Red Sandstones. At the same time, standard tests were carried out for detailed rock characterization and determination of its physical and mechanical properties. Upon performing the tests, the cutting force and specific energy respectively showed linear and nonlinear relationship with the cutting depth. Also, the cutting speed didn't show a meaningful relation with cutting force and specific energy. The results obtained from rock cutting tests were compared with those from Evans rock cuttability model. Although the experiment is in good agreement with theory, more tests are underway to achieve more accurate results and develop a new model for determination of rock cuttability.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rock cutting test
  • Cutting force
  • Specific energy

مراجع

1.       Balci, C., Bilgin, N. Correlative study of linear small and full-scale rock cutting tests to select mechanized excavation machines. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2007. 44(3): p. 468-476

2.       Evans, I. and Pomeroy, C. The strength, fracture and workability of coal. 1966: Pergamon.

3.       Roxborough, F., Phillips, H. Experimental studies on the excavation of rocks using picks. in Advances in rock mechanics: proceedings of the Third ISRM Congress of the International Society for Rock Mechanics. Natl Acad Sci, Washington, DC. 1974.

4.       McFeat-Smith, I., Fowell, R.J. Correlation of rock properties and the cutting performance of tunnelling machines. in Conference on Rock Engineering. 1977. PB Attewell.

5.       Evans, I. A theory ofthe basic mechanics of coal ploughing. in Proceedings of the international symposium on mining research. 1962.

6.       Rostami, J., Ozdemir, L. A new model for performance prediction of hard rock TBMs. in Proceedings of the rapid excavation and tunneling conference. 1993. Society for Mining, Metallurgy & Exploration, INC.

7. Tiryaki, B., Dikmen, A.C. Effects of rock properties on specific cutting energy in linear cutting of sandstones by picks. Rock mechanics and rock engineering, 2006. 39(2): p. 89-120.

8.       Kim, E., Investigation of conical bit rotation in full scale cutting tests. 2010, The Pennsylvania State University.

9.       Bilgin, N., Demircin, M. A., Copur, H., Balci, C., Tuncdemir, H., & Akcin, N., Dominant rock properties affecting the performance of conical picks and the comparison of some experimental and theoretical results. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2006. 43(1): p. 139-156.

10.      Williams, E., Hagan, P. Observations on the variation in acoustic emissions with changes in rock cutting conditions. 2006.

11.      Phillips, H. The mechanical cutting characteristics and properties of selected rock formations. Report to the Transport and Road Research Laboratory by the University of Newcastle upon Tyne (December, 1975), 1975.

12.       سجاد علی­مدد، جعفر خادمی حمیدی، کورش شهریار، مهدی محمدی حسین­آبادی، اندازه­گیری نیروهای برش سنگ با طراحی و ساخت ماشین برش خطی کوچک مقیاس، ششمین کنفرانس مکانیک سنگ ایران، تهران، بهمن 1395

13.       محمدی حسین آبادی، مهدی. قابلیت برش سنگ به وسیله تیغه­های خراشی تحت بارگذاری جانبی. رساله دکتری استخراج معدن، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران، در حال نگارش 1396.

14.      Bilgin, N., Copur, H., Balci , C. Mechanical excavation in mining and civil industries. 2013: CRC Press.

15.        Evans, I., A theory of the cutting force for point-attack picks. Geotechnical and Geological Engineering, 1984. 2(1): p. 63-71.

16.        Roxborough, F., Liu, Z. Theoretical considerations on pick shape in rock and coal cutting. in Proceedings of the sixth underground operator’s conference, Kalgoorlie. 1995.

17.        Goktan, R. Prediction of drag bit cutting force in hard rocks. in Proceedings of the 3rd international symposium on mine mechanization and automation, Golden, Colorado. 1995.

18.        Goktan, R. A suggested improvement on Evans’ cutting theory for conical bits. in Proceedings of the fourth international symposium on mine mechanization and automation, Brisbane, Queensland. 1997.

19.   Nishimatsu, Y. The mechanics of rock cutting. in International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1972. Elsevier.