Взаимосвязь показателей абразивности скальных грунтов тоннельной проходки по методам вращающихся эталонов полого стержня и крыльчатки

В качестве образцов для испытаний были использованы скальные грунты с мест проходки тоннелей тоннелепроходческими механизированными комплексами: известняки со станции метро «Суворовская» и доломиты со станции «Рижская» Большой кольцевой линии Москвы. Для оценки прочности образцов проводились испытания по определению предела прочности при сжатии и при растяжении по бразильской схеме. Для оценки абразивности была использована установка в варианте с вращающимся полым стержнем по методу Л. И. Барона — А. В. Кузнецова (коэффициент Kа). После переоснащения она же использовалась для оценки абразивности скальных и дисперсных грунтов по методу с вращающейся крыльчаткой, разработанному в лаборатории Laboratoire Central des Ponts et Chausées, Франция, сокращенно LCPC (коэффициент LAC). Получены уравнения связи LAC с пределом прочности скальных грунтов при сжатии и растяжении, со средним размером куска, а также с коэффициентом Kа. Такие уравнения могут быть использованы в приложениях для оперативного контроля абразивности скальных и дисперсных грунтов, а также для прогноза износа режущего инструмента с целью его своевременной замены при проходке тоннелей с помощью тоннелепроходческих механизированных комплексов, бурении скважин и для других задач.

Мазеин С. В., Прищепов В. В., Вознесенский А. С., Куткин Я. О. Взаимосвязь показателей абразивности скальных грунтов тоннельной проходки по методам вращающихся эталонов полого стержня и крыльчатки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 11−1. — С. 116—128. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_111_0_116.

Мазеин Сергей Валерьевич¹ — докт. техн. наук, доцент, e-mail: maz-bubn@mail.ru, ORCID ID: 0009−0001−8557−8906;
Прищепов Владимир Васильевич¹ — аспирант, e-mail: wowpolo96@mail.ru, ORCID ID: 0009−0000−6458−3290;
Вознесенский Александр Сергеевич¹ — докт. техн. наук, профессор, e-mail: asvoznesenskii@misis.ru, ORCID ID: 0000−0003−0926−1808;
Куткин Ярослав Олегович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: kutkin.yo@misis.ru, ORCID ID: 0000−0003−2644−3371;
¹ Университет науки и технологий МИСИС, 119049, Москва, Ленинский пр-кт, д. 4, стр. 1, Россия.

Вознесенский А. С., e-mail: asvoznesenskii@misis.ru.

1. Zhang G., Konietzky H. Cerchar Abrasion Ratio (CAR) as a New Indicator for Assessing Rock Abrasivity, Rock–Stylus Interaction and Cutting Efficiency // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2020, vol. 53, pp. 3363–3371. DOI: https://doi. org/10.1007/s00603−020−02112−4.

2. Мазеин С. В., Вознесенский А. С., Прищепов В. В. Методы определения абразивности твердых горных пород при механизированной проходке протяженных тоннелей // Геотехника. — 2022. — Т. 14. — № 3.– С. 44–55. DOI: https://doi. org/10.25296/2221−5514−2022−14−3-44−54.

3. Guangzhe Kurosch Thuro, Heinz Konietzky, Florian M. Menschik, Heiko Käsling, Michael Bayerl. In-situ investigation of drilling performance and bit wear on an electrical drill hammer // Tunnelling and Underground Space Technology. 2022, vol. 122, 104348. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tust.2021.104348.

4. Abu Bakar M. Z., Majeed Y. Dependence of Drillability Parameters on Engineering Properties of Selected Rocks from Pakistan // Journal of Mining Science. 2024, vol. 60, pp. 87–101. DOI: https://doi.org/10.1134/S1062739124010101.

5. Ghodrat Barzegari, Ali Uromeihy, Jian Zhao. Parametric study of soil abrasivity for predicting wear issue in TBM tunneling projects // Tunnelling and Underground Space Technology. 2015, vol. 48, pp. 43–57. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tust.2014.10.010.

6. Jakobsen P. D., Bruland A., Dahl F. Review and assessment of the NTNU / SINTEF Soil Abrasion Test (SATTM) for determination of abrasiveness of soil and soft ground // Tunnelling and Underground Space Technology. 2013, vol. 37, pp. 107–114. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.tust.2013.04.003.

7. Hashemnejad A., Hassanpour J. Proposed soil classification based on the experiences of soft-ground tunneling in Iran // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2017, vol. 76, pp. 731–750. DOI: https://doi.org/10.1007/s10064−016−0868−4.

8. Zhabin A. B., Polyakov A. V., Averin E. A. Of the need to introduce a state standard for determination of rock abrasiveness // Ugol’. 2018, no. 11, pp. 86–91. DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041−5790−2018−11−86−91.

9. Мазеин С. В. Оптимизация оснащения ротора и периодичности замены режущего инструмента при щитовой проходке тоннельных и других горных выработок // Горный журнал. — 2009. — № 10. — С. 84–86.

10. Masood Zahiri Galeshi, Kamran Goshtasbi, Jafar Khademi Hamidi, Kaveh Ahangari. Numerical Investigation of Effect of Rock Bolt Angle on Shear Behavior of Rock Bridges // Journal of Mining and Environment. 2020, vol. 11, no. 4, pp. 1095–1113. DOI: https://doi. org/10.22044/jme.2020.9933.1922.

11. Duan Wenjun, Zhang Mengqi, Gou Bin, Mo Jiliang, Zhou Zhongrong. Influence of Cross-Section Profile on Wear Behavior of TBM Cutters in Hard Rock Stratum // Tribology. 2023, vol. 43, no. 7, pp. 738–749. DOI: 10.16078/j.tribology.2022102.

12. Койфман М. И. Абразивные свойства минеральных частиц. — М: Tип. им. К. Маркса, 1932. — 64 с.

13. Барон Л. И., Кузнецов А. В. Абразивность горных пород при добывании. — М.: Издательство АН СССР, 1961. — 167 с.

14. Käsling H., Thuro K. Determining rock abrasivity in the laboratory // Rock Mechanics in Civil and Environmental Engineering — Proceedings of the European Rock Mechanics Symposium, EUROCK 2010. 2010, pp. 425–428.

15. Alber M., Yarali O., Dahl F., Bruland A., Kaesling H., Michalakopoulos T., Cardu M., Hagan P., Aydin H., Ozarslan A. ISRM Suggested Method for Determining the Abrasivity of Rock by the CERCHAR Abrasivity Test // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2014, vol. 47, pp. 261–266. DOI: https://doi.org/10.1007/s00603−013−0518−0.

16. Mohammad-Taghi Hamzaban, Behnam Karami, Jamal Rostami. Effect of Pin Speed on Cerchar Abrasion Test Results // Journal of Testing and Evaluation. 2019, vol. 47, issue 1, pp. 121–139. DOI: https://doi.org/10.1520/JTE20170406.

17. Majeed Y., Abu Bakar M. Z. Effects of variation in the particle size of the rock abrasion powder and standard rotational speed on the NTNU/SINTEF abrasion value steel test // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2019, vol. 78, pp. 1537–1554. DOI: https://doi.org/10.1007/s10064−017−1211−4.

18. Qian Li, Junping Li, Longchen Duan, Songcheng Tan. Prediction of rock abrasivity and hardness from mineral composition // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2021, vol. 140, 104658. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2021.104658.

19. Martin Feinendegen, Martin Ziegler. The significance of the LCPC test as a tool for the specification of homogeneous areas // Geomechanics and Tunnelling. 2018, vol. 11, issue 2, pp. 94–184. DOI: https://doi.org/10.1002/geot.201800004.

20. Voznesensky A. S., Mazein S. V., Prishchepov V. V., Kutkin Ya. O. Abrasiveness Assessment of Geomaterials by Parameters of Acoustic Emission in Disintegration // Journal of Mining Science. 2024, vol. 60, issue 3, pp. 397–406. https://doi.org/10.1134/ S1062739124030050.