Применяемые в эксперименте приборы, инструменты и материалы:

1. Трубчатый копер.

2. Специальный груз для трубчатого копра.

3. Объемомер.

4. Сито с отверстиями 0,5 мм.

5. Электронные весы с точностью до 1 мг.

6. Металлическая мерка, для получения проб одинакового объема.

7. Лист чистой бумаги (для просеивания малых фракций породы).

8. Образцы, подлежащих исследованию пород.

9. Ручной молоток для дробления проб.

10. Логарифмическая линейка, микрокалькулятор.

Теоретические сведения о методе определения абразивности горных пород на их продуктах разрушения

Метод износа свинцовых шариков неоднородным порошком, предложенный Н.И. Любимовым, заключается в истирании свинцовой дроби (охотничьей дроби №5) порошком горной породы. Необходимый породный порошок получается при определении динамической прочности порода на приборе ПОК методом толчения. Раздробленная порода просеивается через сито с размером ячеек 0,5 мм. Данная порода используется для определения абразивности.

Для проведения экспериментов разработан прибор ПОАП-2М, в который ставится 6 цилиндров из оргстекла или пластмассы (рис. 1.2). В каждый цилиндр загру­жается по 19 дробинок (№5) и засыпается 1 см³ раздробленной породы. Пе­ред этим каждый набор из 19 дробинок взвешивается на электронных ве­сах с точностью до 1 мг. Цилиндры ставятся на 2 виброплатформы ПОАП-2 и закрепляются. Цилиндры ставятся под углом к линии перемещения платформ. Благодаря такому устройству прибора породный порошок в цилиндрах при вибрации постоянно перемещается со свинцовой дробью и истирает ее.

Истирание дроби за один цикл длится 20 мин, после чего дробь из каж­дого цилиндра извлекается, промывается, просушивается, и вновь взвеши­вается с прежней точностью.

По потере массы дроби Q (мг) в каждом цилиндре, определяют коэффици­ент абразивности:

, (4)

а затем по всем 6 цилиндрам определяется среднее значение коэффициента.

Н.И. Любимов полагает, что износ алмазных и твердосплавных коронок в с основном происходит в результате действия бурового шлама. Интенсив­ность действия бурового шлама на износ твердосплавных и алмазных коро­нок в настоящее время показана достаточно хорошо. Однако это не един­ственный путь влияния горной породы на износ забойного инструмента. Значительный вклад в износ породоразрушающего инструмента вносит абра­зивное действие поверхности забоя. Это действие очень интенсивно у креп­ких пористых пород (типа корунда) и пород, сложенных из разнородных по крепости кристаллов, довольно слабое у монолитных, однородных, слабо раскристаллизованных (стекловидных) пород. Большое значение имеет структура породы, форма слагающих ее зерен и прочность цемента. Вполне очевидно, что при бурении пород типа сильно абразивных песча­ников, корунда и т.п. в основном будет сказываться абразивность в моно­лите, а при бурении монолитных стеклоподобных пород абразивность дроб­леной породы.

Описание экспериментальной установки ПОАП

Установки ПОАП выпускались в двух вариантах (ПОАП-2 и ПОАП-2М) и отличаются друг от друга лишь конструктивными особенностями. Предназначены они для определения коэффициента абразивности пород методом истирания свинцовой дроби порошком раздробленной породы.

Кинематическая схема установки показана на рис. Рабочие органы установки представляют собой виброплощадки, в которых имеются полости для размещения загрузочных цилиндров. Цилиндры закрываются крышкой с резиновой прокладкой, которая фиксируется.

Управление установкой производится со специального пульта. После на­жатия на кнопку «пуск» виброплощадки будут совершать возвратно-посту­пательное движение в течение 20 мин, после чего происходит автомати­ческое отключение. За время одного эксперимента виброплощадки производят 28000 встряхиваний цилиндров. Для получения качественного перемеще­ния свинцовой дроби с породным порошком, загрузочные цилиндры установ­лены под углом 45⁰ к плоскости колебаний виброплощадок. Для засыпки дробленой породы в каждый загрузочный цилиндр имеется специальная мерка емкостью 1 см³.

Методика работы на установке ПОАП-2М

Для определения абразивности горных пород необходимо иметь не менее 6 см³ дробленой породы. Для этого порода дробится и просеивается через сито с ячейками 0,5 мм. Кроме того, заготавливается 6 порций охотничьей дроби №5 по 19 дробин. Далее поступают в следующем порядке:

1. Загрузочные цилиндры снимаются с виброплощадок и тщательно про­тираются.

2. Каждую порцию из 19 дробин взвешивают на электронных весах с точностью не менее 1 мг и результаты записывают в табл. 3, с указани­ем номера цилиндра, в который помещена проба.

3. В каждый цилиндр засыпают по 1 см³ просеянной породы.

4. Закрепляют цилиндры на виброплощадках и закрывают кожух прибора.

5. Включают установку, которая остановится через 20 мин.

6. После остановки прибора извлекают загрузочные цилиндры.

7. Извлекают из цилиндров дробь и в другом комплекте цилиндров, про­мывают чистой водой, встряхивая их на приборе в течение 2-3 мин, а затем просушивают дробь при комнатной температуре.

8. Определяют потерю веса дроби в каждом цилиндре, а затем по дан­ным каждого цилиндра по формуле (4) определяют коэффициент абразивности, а затем и среднее значение этого коэффициента.

При проведении эксперимента необходимо следить, чтобы не было высы­пания порошка из цилиндров, для чего их нужно тщательно закрывать. Повторное использование дроби запрещается.

При смене комплекта загрузочных цилиндров необходимо провести калиб­ровку цилиндров. Она производится так же, как и определение коэффициента абразивности породы, только вместо порошка раздробленной породы нужно засыпать в каждый цилиндр по 1 см³ электрокорунда №12. Потеря веса дробинок в каждом цилиндре должна быть в пределах 190-210 мг. Если износ дроби будет меньшим или большим, то производят уменьшение или увеличение дробинок в загрузочных цилиндрах.

№ цилиндра	Вес дроби, мг		Потеря веса, мг, Q	Коэффициент абразивности	Примечание
	до опыта	после опыта
1
2
3
4
5
6