Способы разрушения горных пород
Разрушение горных пород – это искусственное или естественное нарушения сплошности природной структуры горных пород.
Существуют физико-химические, термические, термомеханические и другие способы разрушения (бурения) горных пород, основными из них являются:
- Ударный (канатный или штанговый). При таком способе разрушения наконечник опускается в скважину и приводится в действие с помощью металлического стрежня – штанги, при канатном функцию штанги выполняет канат.
- Вращательно-резанный. При таком способе разрушения к элементу, который должен разрушать горную породу прикладывается усилие подачи и крутящий момент. Мощность, которая передается к этому элементу вырастает, благодаря увеличению осевой нагрузки и сопротивления горной породы. Пограничными условиями в этом случае являются прочность коронок и физико-механические свойства пород.
- Резанный. При таком способе разрушения горных пород происходит к разрушающему инструменту прикладываются ударные импульсы, усилие подачи и крутящий момент.
- Взрывной. При таком способе разрушения горных пород, вещества, которые входят в состав взрывной сети, транспортируются к забою скважины, где происходит их смешение в результате удара. Обычно они подаются по трубам.
- Электрогидравлический. При таком способе разрушения электрический заряд, находящийся в жидкости, образовывает кавитационные полости, при заполнении которых совершается гидравлический удар.
- Имлозионный.При таком способе разрушения в скважину подаются капсулы, из которых удаляют предварительно воздух. В момент, когда капсулы разбиваются о забой, происходит интенсивное смыкание вакуумной полости. Жидкость, которая находится вокруг этой полости, приобретает высокую скорость и происходит разрушение пород под действием импульсов высокого давления.
- Гидро-эрозионный. При таком способе разрушения используются высоконапорные струи жидкости для разрушения горных пород.
- Огнеструйный. При таком способе разрушения горных используется газовая струя, которая образуется в специальной горелке.
- Плазменный. При таком способе разрушение горных пород осуществляется с помощью их нагрева плазменными генераторами.
- Термодинамический. При таком способе разрушения в поток газа добавляют твердую фазу (например, кварцевый песок) через специальную насадку на сопле.
- Электродуговой. При таком способе разрушения горная порода нагревается с помощью электрической дуги переменного или постоянного тока.
- Термодетонационный. При таком способе разрушения горение топлива происходит с большими скоростями, из-за чего и образуются детонационные волны, разрушающие горный породы.
- Электронагревательный. При таком способе разрушения тепловая энергия образуется из-за ее преобразования из электрической в буровом снаряде.
- Атомный. При таком способе разрушения, горная порода рушится под действием тепла, полученного из атомных реакторов.
- Лучевой. При таком способе разрушения используются оптические квантовые генераторы.
Методы измерения твердости горных пород
Твердость – это сопротивляемость горной породы разрушению или какой-либо другой деформации, при внедрении в неё более твердого тела.
Существует три основных способа определения твердости горной породы на промышленных предприятиях:
Метод истирания. Данный способ заключается в прижатии образца породы к цилиндру, которые покрыт абразивной шкуркой. Истирание образца происходит при вращении цилиндра с постоянной скоростью. В этом случае твердость породы можно определить по формуле:
$Т = 100 • S • q / (M_1 – M_2)$, где:
- $S$ – площадь истирания образца горной породы;
- $q$ – удельный вес породы;
- $М_1, М_2$ - масса образца до и после истирания.
Метод резания. Этот метод определения твердости осуществляется с помощью прибора ОТ-ВИТР. Резание образца производится при постоянной нагрузке на диск по образцу несколько раз, после этого вычисляется среднее значение глубины реза, оно обратно пропорционально твердости горной породы. Это позволяет соотнести глубину реза с твердостью горной породы.
Метод Шрейнера является основным способом, который на промышленных предприятиях. Он осуществляется с помощью внедрения (вдавливания) твердого предмета в образец породы. В этом случае ее твердость определяется, как соотношение нагрузки (которая приводит к разрушению) к площади торца образца. Метод Шрейнера определяет не только твердость, но и пластические и упругие свойства горных пород. Обычно образец представляет собой кубик с сторонами от 30 до 50 миллиметров или цилиндр с высотой от 40 до 60 миллиметров.
Правильное и качественное проведения мероприятий по определению твердости горных пород и его результаты являются основой для определения способа бурения скважин и технических характеристик бурильного оборудования.
