- •В.В. Нескоромных разрушение горных пород при проведении геологоразведочных работ
- •ВведенИе
- •Глава 1. Общие сведения о методах разрушения
- •1.2. Общие сведения о горных породах
- •1.3. Механические свойства горных пород при простых видах деформации
- •Реологические модели для исследования поведения горных пород
- •1.4. Условия, определяющие состояние горных пород в процессе их разрушения при бурении
- •Глава 2. Теоретические основы механики разрушения горных пород
- •2.1 Основы механики разрушения твердых тел
- •2.1.1. Теоретическая прочность твердых тел
- •2.1.2. Теория разрушения твердых тел а. Гриффитса
- •2.1.3. Понижение прочности твердых тел физико-химическими методами
- •2.1.4. Теория эффективных растягивающих напряжений
- •2.2. Напряжение в горных породах под действием сосредоточенной силы
- •Основные положения теории Буссинеска
- •2.3. Основные параметры процесса разрушения горных пород
- •2.4. Влияние формы внедряемого индентора на процессы деформирования и разрушения горной породы
- •2.4.1. Разрушение горной породы при вдавливании плоского цилиндрического индентора
- •2.4.2. Разрушение горной породы при вдавливании индентора сферической формы
- •2.4.3. Разрушение горной породы при вдавливании пирамидального и клиновидного инденторов
- •2.5. Влияние касательной нагрузки на напряженное состояние горной породы при осевом внедрении инденторов
- •2.6. Влияние скорости и интенсивности приложения нагрузки на процесс разрушения горных пород
- •2.7. Особенности разрушения инденторами анизотропных горных пород
- •2.8. Динамическое разрушение горных пород
- •2.8.1. Основные принципы и закономерности динамического разрушения горных пород
- •2.8.2. Механизм и энергоемкость разрушения горных пород при динамическом нагружении
- •2.8.3. Разрушение горной породы ударом при несимметричном нагружении индентора
- •Глава 3. Основные физико-механические свойства горных пород, определяющие их буримость
- •3.1. Твердость минералов и горных пород
- •3.1.1. Влияние внешней среды на твердость горных пород
- •Экспериментальные зависимости свойств горных пород от воздействия
- •3.1.2. Влияние диаметра индентора на твердость горных пород
- •3.1.3. Разрушение породы внедрением нескольких инденторов
- •3.1.4. Твердость анизотропной горной породы
- •Параметры физико-механических свойств и буримости туфо-дацита
- •3.2. Изнашивание буровых инструментов и абразивность горных пород
- •3.2.1. Теоретические основы процесса изнашивания бурового инструмента
- •3.2.2. Влияние внешней среды на абразивное изнашивание инструмента
- •3.2.3. Направления и методы повышения износостойкости и создания высокоресурсного бурового инструмента
- •3.2.4. Методы изучения изнашивания инструмента при взаимодействии с горной породой
- •3.2.5. Методика определения динамической прочности, абразивности и категорий горных пород по буримости
- •3.2.6. Классификация горных пород по трещиноватости
- •3.3. Оценка буримости горных пород методом вызванной акустической эмиссии
3.2.4. Методы изучения изнашивания инструмента при взаимодействии с горной породой
Известны следующие основные методы изучения абразивного изнашивания металлов и сплавов, работающих в контакте с горной породой [30].
1. Метод бурения – резания, который состоит в абразивном изнашивании твердосплавных резцов применительно в работе вооружения долот режуще-скалывающего действия. Истиранию о породу подвергаются два стержня под действием осевого усилия и крутящего момента (рис. 3.20, а). Метод предложен Е.Ф. Эпштейном, Н.И. Любимовым и др.
2. Метод истирания или сверления породы эталонными стержнями (рис. 3.20, б), предложен Л.И. Бароном, М.И. Койфманом и др.
Испытывается стержень, изготовленный из стали У8 диаметром 8 мм, под нагрузкой 15 Н, при частоте вращения 400 мин-1 за 10 минут.
Таблица 3.6
Классификация горных пород по абразивности
Класс породы по абразивности |
Название класса |
Показатель абразивности |
Пример соответствия горных пород классу абразивности |
I |
весьма мало абразивные |
5 |
мрамор |
II |
мало абразивные |
10 |
аргиллит |
III |
ниже среднего абразивные |
18 |
джеспилит |
IV |
среднеабразивные |
30 |
кварц |
V |
выше среднего абразивные |
45 |
граниты, песчаник |
VI |
повышенно абразивные |
65 |
гнейсы, граниты |
VII |
высоко абразивные |
90 |
порфирит |
VIII |
в высшей степени абразивные |
более 90 |
корундосодержащие |
Показатель абразивности рассчитывается по формуле
(3.18)
где Δq – потеря веса стержня, мг;
n – число парных опытов.
Для метода сверления составлена классификация горных пород по абразивности (табл. 3.6).
3. О.Н. Голубинцев для оценки абразивности горных пород предложил метод, оценивающий показатель абразивности одновременно с определением твердости горной породы. С этой целью индентор вдавливают в породу, одновременно вращая. Подобный метод, получивший название «сверление», использовался ранее М.М. Протодьяконовым и В.И. Карповым.
4. Метод изнашивания эталонного стержня на цилиндрической вращаемой поверхности керна, предложенный Б. Фишем и др. (рис. 3.20, в).
Прижатый к керну стержень одновременно с вращением керна продвигается по его поверхности. Данный метод позволяет производить истирание стержня по поверхности породы, не засоренной продуктами износа.
5. Метод изнашивания кольца при трении скольжения по поверхности породы. Изнашивание производится при охлаждении кольца и равномерной подаче горной породы. Таким образом, данный метод позволяет оценить влияние среды на процесс изнашивания металлов и сплавов (рис.3.20, г).
6. Метод изнашивания металла при ударном взаимодействии с горной породой предложенный В.Н. Виноградовым, Г.М. Сорокиным и Г.К. Шрейбером, подобен методу сверления, но при этом эталонный образец совершает не вращательное, а возвратно-поступательно движение, нанося удары по поверхности образца породы.
7. Метод буровой коронки позволяет максимально приблизить условия эксперимента к реальным условиям бурения, поскольку исследование производится при бурении коронками малого размера при осевом усилии 500 даН, частоте вращения 200 мин-1 и подаче воды для охлаждения коронки 10 л/мин. Показатель абразивности в данном случае рассчитывается по формуле
(3.19)
где Р1, Р2 – масса коронки до и после бурения, г;
l – интервал бурения, м.
Как показывают результаты работ по определению абразивности вышеперечисленными методами, основной проблемой их применения является сходимость воспроизводимых результатов при исследовании характеристики изнашивания бурового инструмента. Поэтому, в основном, названные методы имеют достаточно узкое применение при выполнении определенных и часто специализированных исследовательских работ.