Características de resposta dinâmica e regra de dano da rocha de minério de grafite sob diferentes taxas de deformação

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2151 (2023) Citar este artigo

577 acessos

1 Altmétrica

Detalhes das métricas

No processo de mineração de grafite, o maciço rochoso é frequentemente submetido a cargas dinâmicas, como detonação ou esmagamento mecânico, que envolve respostas dinâmicas de diferentes taxas de deformação, e o efeito de detonação e esmagamento é afetado pelas propriedades dinâmicas da rocha e danos especiais. As características de resposta dinâmica e a regra de dano da rocha de minério de grafite sob diferentes taxas de deformação são muito importantes, mas raramente estudadas no passado. Para estudar essas questões e fornecer suporte para mineração de minério de grafite, os testes de compressão dinâmica de rocha de minério de grafite sob cinco tipos de pressões de impacto foram projetados e executados usando o sistema de teste Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB), combinado com o sistema de teste de alta pressão sistema de fotografia de velocidade e testes de triagem de esmagamento. As características dinâmicas, processo de britagem, modo de britagem, forma de britagem e distribuição da fragmentação da rocha de minério de grafite sob diferentes taxas de deformação foram analisadas. Os resultados mostram que as características dinâmicas da rocha de minério de grafite têm efeito de taxa de deformação óbvio. O coeficiente de endurecimento (DIF) está positivamente correlacionado com a raiz cúbica da taxa de deformação, e o fator de amolecimento (K) está negativamente correlacionado com a raiz cúbica da taxa de deformação. A falha por cisalhamento ocorre principalmente na rocha de minério de grafite sob carga de impacto, e o processo de britagem pode ser dividido em cinco estágios: compactação, iniciação de trinca, expansão e penetração de trinca, colisão de fragmentação e queda de fragmentação. Além disso, os blocos triturados são principalmente piramidais triangulares (ou em forma de cone) granulados finos e pó. Os fragmentos quebrados da rocha de minério de grafite estão de acordo com as características da geometria fractal. Ou seja, o tamanho médio da partícula quebrada (dS) diminui linearmente com o aumento da taxa de deformação, e a dimensão fractal (Da) aumenta fracamente com o aumento da taxa de deformação. Com base no critério de fratura DP e no modelo de distribuição Weibull, o modelo constitutivo de dano dinâmico da rocha de minério de grafite foi estabelecido, e a correlação entre taxa de deformação e parâmetros de distribuição Weibull (m e F0) foi usada para modificar razoavelmente o modelo constitutivo de dano. A curva do modelo constitutivo de dano modificado está de acordo com a curva experimental, que pode basicamente refletir o efeito da taxa de deformação das características dinâmicas da rocha de minério de grafite e as características de evolução da curva tensão-deformação dinâmica em diferentes estágios.

Nos últimos anos, com o surgimento de novas energias e da indústria de novos materiais, o grafite está gradualmente se tornando uma matéria-prima insubstituível e importante nas áreas de defesa nacional, aeroespacial e novos materiais1. Tanto no país quanto no exterior, a exploração dos recursos de grafite está aumentando continuamente, e limpar as propriedades mecânicas das rochas da mina de grafite está se tornando cada vez mais importante. Assim, como explorar os recursos de grafite com segurança, economia e eficiência é uma questão importante na qual devemos nos concentrar. Como todos sabemos, no processo de mineração, incluindo perfuração, detonação, britagem mecânica, etc., a rocha estará sujeita a cargas dinâmicas em diferentes graus2. Sob essas cargas dinâmicas, a taxa de deformação da rocha varia de 101 a 103 s−1 e, às vezes, a taxa de deformação causada por uma explosão pode chegar a 104 s−13,4. Dentro dessas faixas de taxa de deformação, a rocha apresentará diferentes características de resposta mecânica e regras de dano daquelas sob carga estática. Nesse caso, é obviamente inapropriado estudar as propriedades dinâmicas da rocha usando teorias relacionadas da estática5,6,7. Portanto, a fim de fornecer base teórica para a mineração de grafite para obter a alta eficiência da mineração de corpos de minério e do processo de britagem econômica, é necessário realizar pesquisas aprofundadas sobre as características de resposta dinâmica e a regra de dano do minério de grafite sob diferentes taxas de deformação.