3. Абразивность горных пород. Методы определения и классификация горных пород по абразивности

Абразивность горных пород- способность г.п. изнашивать металлы при трении.

Изнашивание – постепенное изменение формы и размеров детали или инструмента в процессе работы.

Абразивность г.п. обуславливает долговечность бурильного и породораз-го инструментов.

Методы определения показателей образивности:

1)метод изнашивания эталонного стержня. В качестве эталона металла принят стержень из стали «серебрянка» диаметром 8 мм. В одном из торцов сверлят отверстие диаметром 4 мм на глубину 10-12 мм. Стержень устанавливают в сверлильный станок и сверлят испытываемый образец г.п. с n = 400 об/мин и нагрузке 147 Н по 10 мин каждым концом. Показатель образивности подсчитывается по фор-ле:

, мг/10мин

где W_i – износ по массе обоих торцов за одно испытание, мг

n – число испытаний

Отсюда все г.п. разделены на 8 классов:

Класс	Абразивность	аэ, мг/10 мин
I	весьма малоабразивные	<5
II	малоабразивные	5-10
III	ниже средней абразивности	10-18
IV	среднеабразивные	18-30
V	выше средней абразивности	30-45
VI	повышенной абразивности	45-65
VII	высокоабразивные	65-90
VIII	с высшей степени абразивные	>90

Этот метод дает хорошие результаты к ПРинструментам с непрерывном контактом (лопастные долота, коронки и др.)

2) метод изнашивания вращающегося диска. Образцы металла готовят из того материала, по отношению которому определяют абразивность г.п. Диаметр колец 30мм, ширина 2,5 мм испытание проводят с промывкой водой. В качестве показателя абразивности принят износ на единицу пути трения при нагрузке 10 кг. Все г.п. разделены на 12 категорий абразивности по отношению к закаленной стали марки У8:

Г.п.	Категории абразивности
Гипс глинистый и чистый, ангидрит	1
Известняк, мергель	2
Известняк, доломит	3
Доломит, углистый сланец	4
Известняк алевритовый, песчанистый	5
Глина и мергель алевритовые	-
Известняк и доломит песчанистые	6
Аргиллит песчанистый	-
Известняк и доломит песчанистые	7
Известняк песчанистый	8
Алевролит, песчаник мелкозернистый	9
Средне- и крупнозернистый песчанник	10-12

4. Показатели мех свойств горных пород, определяемые методами статического вдавливания штампа и одноостного сжатия

Метод вдавливания штампа позволяет не только определять твердость г.п., но и оценивать их упругие и пластические характеристики на небольших образцах и на кернах, извлекаемых в процессе бурения скв. с различных глубин залегания. Для определения мех. свойств горных г.п. методом вдавливания штампа необходимые образцы пород высотой 30-50 мм и диаметром 40-60 мм. Эти образцы должны иметь две плоскопараллельные шлифованные поверхности.

Штампы изготавливают из инструментальной стали с последующей закалкой (рис. 1а) или из твердого сплава (рис. 1б). Штампы из твердого сплава используют для испытания очень тв. пород. Штамп в образец породы вдавливается до тех пор, пока при некоторой нагрузке не произойдет хрупкое разрушение породы под штампом или не будет достигнута предельная величина внедрения.

Г.п. по характеру зависимости нагрузки на штамп от глубины его внедрении делят на три класса:

1- хрупкие

2- пластично-хрупкие

3- высокопластичные и сильнопористые

По наибольшей нагрузке Р_р определяется твердость породы по штампу р_ш :

р_ш = Р_р/F

где F-площадь штампа (F= πd²/4, d-диаметр штампа)

При одноосном сжатии имеет место простое напряженное состояние:

σ₁ = σ₂ = 0; σ₃ = σ_сж , где σ_сж – предел прочности г.п. при одноосном сжатии. Испытание при одноосном сжатии проводят на цилиндрических образцах диаметром 40-50 мм, с отношением длины образца l к его диаметру d близким к 1. Образец нагружается до его разрушения.

Предел прочности на одноосное сжатие: σ_сж = Р_max/F

Измерение упругого изменения длины ∆l и диаметра ∆d образца, позволяет определить основные показатели упругих свойств г.п.: модуль упругости г.п. при одноосном сжатии (модуль Юнга) Е_сж и коэфф. Пуассона μ_сж : μ_сж = , где l и d – начальная длина и диаметр образца.