Caractéristiques de réponse dynamique et règle d'endommagement du minerai de graphite sous différentes vitesses de déformation

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2151 (2023) Citer cet article

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Dans le processus d'exploitation d'une mine de graphite, la masse rocheuse est souvent soumise à des charges dynamiques telles que le dynamitage ou le concassage mécanique, qui impliquent des réponses dynamiques de différentes vitesses de déformation, et les effets du dynamitage et du concassage sont affectés par les propriétés dynamiques de la roche et les dommages particuliers. Les caractéristiques de réponse dynamique et la règle d'endommagement du minerai de graphite sous différentes vitesses de déformation sont très importantes mais rarement étudiées dans le passé. Pour étudier ces problèmes et soutenir l'exploitation minière du minerai de graphite, les essais de compression dynamique du minerai de graphite sous cinq types de pressions d'impact ont été conçus et réalisés en utilisant le système d'essai Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB), combiné avec le système d'essai à haute pression. système de photographie de vitesse et tests de dépistage d'écrasement. Les caractéristiques dynamiques, le processus de concassage, le mode de concassage, la forme de concassage et la répartition de la fragmentation du minerai de graphite sous différentes vitesses de déformation ont été analysés. Les résultats montrent que les caractéristiques dynamiques du minerai de graphite ont un effet évident sur la vitesse de déformation. Le coefficient de durcissement (DIF) est positivement corrélé à la racine cubique de la vitesse de déformation, et le facteur de ramollissement (K) est négativement corrélé à la racine cubique de la vitesse de déformation. La rupture par cisaillement se produit principalement dans le minerai de graphite sous charge d'impact, et le processus de concassage peut être divisé en cinq étapes : le compactage, l'initiation de la fissure, l'expansion et la pénétration de la fissure, la collision par fragmentation et la chute de la fragmentation. De plus, les blocs concassés sont principalement constitués de granulés fins et de poudre en forme de pyramide triangulaire (ou en forme de cône). Les fragments brisés du minerai de graphite sont en accord avec les caractéristiques de la géométrie fractale. Autrement dit, la taille moyenne des particules brisées (dS) diminue linéairement avec l'augmentation de la vitesse de déformation, et la dimension fractale (Da) augmente faiblement avec l'augmentation de la vitesse de déformation. Sur la base du critère de fracture DP et du modèle de distribution de Weibull, le modèle constitutif des dommages dynamiques du minerai de graphite a été établi et la corrélation entre la vitesse de déformation et les paramètres de distribution de Weibull (m et F0) a été utilisée pour modifier raisonnablement le modèle constitutif des dommages. La courbe du modèle constitutif des dommages modifiés est en bon accord avec la courbe expérimentale, qui peut essentiellement refléter l'effet de la vitesse de déformation des caractéristiques dynamiques du minerai de graphite et les caractéristiques d'évolution de la courbe contrainte-déformation dynamique à différents stades.

Ces dernières années, avec l’essor des nouvelles énergies et de l’industrie des nouveaux matériaux, le graphite est progressivement devenu une matière première irremplaçable et importante dans les domaines de la défense nationale, de l’aérospatiale et des nouveaux matériaux1. Tant au pays qu'à l'étranger, l'exploitation des ressources en graphite augmente continuellement et il devient de plus en plus important de nettoyer les propriétés mécaniques des roches des mines de graphite. Par conséquent, la manière d’exploiter les ressources en graphite de manière sûre, économique et efficace est une question importante sur laquelle nous devons nous concentrer. Comme nous le savons tous, au cours du processus d’exploitation minière, y compris le forage, le dynamitage, le concassage mécanique, etc., la roche sera soumise à des charges dynamiques à différents degrés2. Sous ces charges dynamiques, la vitesse de déformation de la roche varie de 101 à 103 s−1, et parfois la vitesse de déformation provoquée par un souffle peut même atteindre 104 s−13,4. Dans ces plages de taux de déformation, la roche présentera des caractéristiques de réponse mécanique et des règles d'endommagement différentes de celles soumises à une charge statique. Dans ce cas, il est évidemment inapproprié d’étudier les propriétés dynamiques de la roche en utilisant les théories statiques connexes5,6,7. Par conséquent, afin de fournir une base théorique à la mine de graphite pour réaliser la haute efficacité de l'extraction du gisement de minerai et du processus de concassage économique, il est nécessaire de mener des recherches approfondies sur les caractéristiques de réponse dynamique et la règle d'endommagement du minerai de graphite sous différentes vitesses de déformation.