ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИИ ГОРНЫХ ПОРОД ПО БУРИМОСТИ НА ОСНОВАНИИ УСТАНОВЛЕНИЯ ОБЪЕДИНЕННОГО ПОКАЗАТЕЛЯ НА ПРИБОРАХ ПОК И ПОАП-2М

Цель работы:

1. Изучение методики определения показателя динамической прочности горных пород с использованием лабораторного прибора ПОК.

2. Изучение методики определения абразивности горных пород с использованием лабораторного прибора ПОАП-2М.

3. Изучение методики определения объединенного показателя буримости горных пород.

Объем работы – 4 часа.

Приборы, принадлежности и материалы:

• Лабораторные приборы ПОК и ПОАП-2М;

• Образцы горных пород (долерит, мрамор);

• Электронные весы;

• Комплект слесарного инструмента.

Краткое содержание работы:

1. Знакомство с одним из основных методов оценки категорий пород по буримости, разработанном в ЦНИГРИ.

2. Изучение конструкции и приобретение практических навыков работы на установках ПОК и ПОАП-2М.

3. Освоение методики определения коэффициентов динамической прочнос­ти и абразивности в лабораторных условиях.

4. Оценка категорий исследуемых горных пород по буримости на основе экспериментальных значений коэффициентов абразивности и динамической прочности.

Краткие теоретические сведения Теоретические сведения о категории пород по буримости

Совокупность механических свойств горных пород определяет в основном их буримость, т.е. способность горных пород разрушаться при проник­новении в них породоразрушающего инструмента: на практике буримость гор­ной породы характеризуется механической скоростью бурения – значением углубления скважины за единицу времени.

Буримость зависит не только от свойств разрушаемой породы, но и от способа бурения, типа и качества породоразрушающего инструмента, глубин скважины, режимов работы забойного инструмента.

В ЦНИГРИ (Н.И. Любимов) разработана шкала для определения категории пород по буримости по значению так называемого объединенного показателя ρ_М учитывающего влияние прочностных и абразивных свойств пород на механическую скорость бурения:

,

где F_Д – коэффициент динамической прочности породы;

k_АБР – коэффициент абразивности, оцениваемый по методу Н.И. Любимова на ПОАП-2М.

Для ударно-вращательного бурения получена иная формула для расчета объединенного показателя ρ_муд:

Данная зависимость отражает основное влияние на процесс буримости горных пород под действием ударных импульсов коэффициента динамической прочности, в то время как для вращательного бурения отмечается преимущественное влияние абразивности горных пород.

Повышенное влияние абразивности при вращательном бурении во многом определяется относительно постоянным контактом бурового инструмента с забоем бурящейся скважины и соответственно значительным влиянием силы трения инструмента о породу, в том числе с отделяемыми от забоя кусочками породы и мелким шламом, который отличается значительным абразивным действием, особенно при наличии в составе породы твердых минералов.

Для ударно-вращательного бурения на основании показателя ρ_муд горные породы разделены по буримости на семь категорий:

Категория пород по буримости	Значение ρм	Категория пород по буримости	Значение ρм
I	5,0-7,5	V	25,3-37,9
II	7,5-11,2	VI	37,9-56,9
III	11,2-16,9	VII	56,9 и более
IV	16,9-25,3

Прибор пок и методика работы

Метод толчения в том виде, в каком он применяется в настоящее время для определения коэффициента динамической крепости (прочности) пород, заключается в следующем.

Из породы, подлежащей исследованию, путем дробления приготавливает­ся 20-25 проб по 20-50 г, т.е. 15-20 см³ каждая для крепких пород и 40-80 г. для угля с размером отдельных кусков в пробе от 15 до 20 мм в по­перечнике. При таких параметрах пробы изменение веса пробы, как показано выше на результаты определения коэффициента динамической прочности не оказывает.

Для каждого отдельного определения используется. 5 проб. Коэффициент динамической прочности пород, полученный методом толчения, отличается сравнительно невысоким коэффициентом вариации, равным в среднем 10-15%. Поэтому для получения надежного среднего значения коэффициента динами­ческой прочности породы обычно достаточно произвести 4-5 определений.

Для измерения коэффициента динамической прочности методом толчения создан специальный прибор ПОК (прибор для определения крепости), кото­рый состоит из трубчатого копра, груза, объемомера, сита с отверстия­ми 0,5 мм, аптечных электронных и металлической мерки для получения проб од­ного и того же объема (рис. 1.1).

Каждая отдельная проба дробится в стакане вертикального трубчатого копра грузом весом 2,4 кг при сбрасывании его с высоты 600 мм. Для этого нужно поднимать вверх до упора, имеющегося в трубчатом копре.

Изменение работы толчения, как это было показано выше, следует производить только варьированием числа ударов падающего груза по пробе. В зависимости от прочности пробы производится от 3 до 15 ударов с та­ким расчетом, чтобы при измерении мелких фракций с помощью объемомера получить отсчет от 20 до 60-70 мм. Для этого необходим пробный эксперимент. Чаще всего оказывается достаточно 10 сбрасываний.

Получившаяся после толчения мелочь высыпается из стакана копра на сито с отверстиями 0,5 мм. Все 5 проб, раздробленные в копре прибора по отдельности, просеиваются совместно.

Фракции размером менее 0,5 мм собираются и засыпаются в стакан объемомера диаметром 23 мм. Затем в него опускается плунжер объемомера и при легком постукивании объемомера о деревянный стол, находят са­мое нижнее положение плунжера. По прикрепленной к нему шкале опреде­ляют высоту столбика мелких фракций, которая при постоянном диамет­ре объемомера, пропорциональна объему этих фракций.

Величина коэффициента динамической прочности исследуемой породы вычисляется как отношение затраченной на дробление работы к вновь об­разованной поверхности по эмпирической формуле:

,

где n – число ударов;

l – высота столбика мелких фракций в объемомере, мм;

20 – эмпирический коэффициент пропорциональности.

По полученным 4-5 значениям коэффициента динамической прочности определяется его средняя арифметическая величина и ошибка ее определе­ния при заданной надежности.