Вопрос №24

О сновные особенности механизма разрушения анизотропных горных пород определены неравнопрочностью в различных направлениях [21, 22]. Как правило, анизотропные горные породы – слоистые, сланцеватые или обладающие флюидальностью имеют более высокие значения упругости и твердости в направлении сформировавшихся слоев.

В то же время при разрушении анизотропных пород более интенсивно развитие трещин и скалывание происходит в направлении плоскостей слоев, что наглядно видно из схем на рис.2.30 и 2.31.

Вопрос №25

В процессе динамического разрушения горных пород удары наносятся по поверхности забоя буримой скважины. Динамический процесс разрушения в данном случае можно описать уравнениями кинетической энергии Э_к инструмента и потенциальной энергии деформирования породы П_д. Не учитывая потерь части энергии Э_к на рассеивание при деформировании породы, можно записать

(2.54)

где m – масса ударного инструмента, кг;

v₀ – скорость в момент соударения инструмента с породой, м/с;

Р – усилие взаимодействия инструмента с породой, Н;

δ – деформация породы, м.

Из уравнения (2.54) в общем виде можно определить усилие Р, вызывающее заданное деформирование породы:

(2.55)

В случае если используются для разрушения горной породы забойные машины ударного действия – гидро- или пневмоударники, энергия удара ударником по наковальне забойной машины определяется уравнением

где р_с – давление над ударником в момент нанесения удара, Па;

F_п – площадь торцевой части ударника, м²;

l_п – ход ударника, м.

Усилие удара Р в этом случае будет равно

(2.56)

где g – ускорение силы тяжести, м/c².

Сопоставление формул (2.55) и (2.56) позволяет определить скорость воздействия ударника на инструмент при бурении забойной машиной ударного действия

(2.57)

где m_у – масса ударника забойной машины ударного действия, кг.

Вопрос №26

Исследования процесса разрушения горных пород под действием удара показывают [16, 30], что при малой энергии удара на поверхности породы виден лишь след индентора в виде зоны трещин (рис. 2.37, а). При этом зависимость деформации породы от динамической нагрузки имеет вид узкой петли (кривая 1 на рис. 2.36). При дальнейшем увеличении энергии удара появляется круговой скол породы (рис. 2.37, б). Этот этап разрушения назван первой формой хрупкого разрушения. Характер зависимости деформации от усилия мало изменился в сравнении с кривой 1 на рис. 2.36.

Повышение энергии удара приводит к разрушению породы с образованием лунки (рис. 2.37, в). Этот этап разрушения назван второй формой разрушения породы. Данной форме разрушения соответствует кривая 2 на рис. 2.36.

Д альнейшее увеличение энергии удара до определенной величины не приводит к изменению формы разрушения. На графике 3 рис. 2.36 появление первого, а затем второго скачка свидетельствует об избытке энергии для образования второй формы разрушения, но, в то же время, о недостатке энергии для перехода к следующей форме разрушения. Избыток энергии приводит к некоторому незначительному увеличению глубины внедрения индентора и появлению трещин и сколов в породе.

Д альнейшее повышение энергии удара до определенного и достаточного уровня приводит к реализации новой – третьей формы разрушения, которой соответствует кривая 4 на рис. 2.36.

Для перехода к четвертой форме разрушения потребуется новый и уже более значительный приток энергии удара.

Таким образом, при динамичес-ком внедрении индентора в породу наблюдается определенная периодич-ность и ступенчатость процесса, во многом схожая с процессом статического внедрения в породу клиновидного индентора, отраженного в виде графика на рис. 2.22.