Министерство образования и науки Российской Федерации

“УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”

КАФЕДРА БУРЕНИЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Лабораторная работа

по курсу: Механика сплошной среды

на тему: “Определение показателей механических свойств горных пород методом

статического вдавливания штампа”.

Выполнил: студ. гр. ГБ-09-01 /_____________/ Б. Т. Шартдинов

Проверил: канд. техн. наук, доцент /_____________/ Б. Н. Трушкин

Уфа 2012

1. Цель работы: овладения методикой определения показателей механической свойств горных пород методом статического вдавливания штампа (по методу Л.А. Шрейнера).

2. Приборы, инструменты и образцы.

2.1. Установка умгп-3.

Принципиальная схема установки УМГП-3 (установка механики горных пород, 3-я модель) приведена на рисунке 1.

На столике 1 установлен образец горной породы 2. Штамп 3 размещен под плунжером 4, через который создается нагрузка Р на штамп. . Система нагружения рычажная с электродвигателем 5. Электродвигатель вращает шестерню и зубчатое колесо 6 с гайкой, через который проходит ходовой винт 7. Нижний конец винта соединен с роликом 8, через который перекинута стальная лента 9. Один конец ленты прикреплен к рычагу 10, а второй к ролику 11. При движении ролика 8 вверх лента, сматываясь с ролика 11, поворачивает прикрепленный к нему рычаг с грузом 12. При этом в ленте возникает сила, прямо про-

Рисунок 1 – Схема установки УМГП-3.

порцинальная величине 1 отклонения груза от вертикали. Эта сила передается на левый конец рычага 10, правый конец которого нагружает плунжер 4 и далее штамп 3 силой Р. Запись зависимости Р от осуществляется на бумаге, закрепленной на барабане 13. Рычаг с грузом 12, отклоняясь от вертикали перемещает 14 с пером 15 вдоль образующей барабана 13 на величину, прямо пропорциональную силе Р. рядом со штампом 3 расположена ножка 16 следующего устройства 17 для измерения перемещения плунжера со штампом 3 относительно поверхности образца горной породы 2. Верхний конец ножки воздействует на электроконтактный датчик устройства 17, при замыкании которого включается вращение вала 18 и далее через коническую- вращение барабана 13. Поворот барабана прямо пропорционален глубине вдавливания h штампа в поверхность горной породы.

В процессе испытания на установке УМГП-3 автоматически записывается график зависимости Р от h. Наиболее общий вид графика приведен на рисунке 2. Область графика от 0 до соответствует упругому деформированию (прогибу) поверхности горной породы. Далее область до имеют место и упругое, и пластическое деформирование породы под штампом. Область от до соответствует хрупкому разрушению горной породы. Если горная порода пластичная и хрупко не разрушается, то эта область на графике отсутствует.

Рисунок 2 – вид зависимости Р от h при вдавливании штампа и схема измерения величин для расчета показателей механических свойств горной породы.

2.2. Образцы горной породы с подготовленными поверхностями.

Все горные породы по характеру получаемых при испытании зависимостей Р от h делятьсяна три класса:

-первого класса- хрупкие горные породы;

-второго класса- пластично- хрупкие;

-третьего класса- высокопластичные.

Рисунок 3 – Типовые зависимости Р от h для горных пород различных классов: а- хрупких; б- пластично- хрупких; в- высокопластичных.

2.3. Аналитические весы.

Объем лунки измеряется методом слепки. Для этого используется пластилин, помещенный в чашечку, лопатка с острой прямой кромкой и аналитические весы. На аналитических весах взвешиванием определяется масса чашечки с пластилином и лопаткой.

2.4. Чашечка с пластилином и лопаткой.

Лопаткой из чашечки берется кусочек пластилина и вмазывается в лунку горной породы, а затем той же лопаткой срезается избыток пластилина заподлицо с поверхности породы и вместе с лопаткой возвращается в чашечку. Чашечка с лопаткой и остатком пластилина взвешивается и определяется их масса.

3. Схема и методика определения.

Метод статического вдавливания штампа позволяет определить прочностные, упругие, пластические показатели механических свойств горной породы и ее энергоемкость разрушения в стандартных условиях. Образец горной породы должен иметь две шлифованные плоскопараллельные поверхности. Диаметр и высота цилиндрических образцов породы (кернов) должны быть не менее 40 мм. Диаметры штампов от 1,5 до 5,0 мм.

а б

Рисунок 4 – Схемы деформирования и разрушения горной породы при вдавливании штампа:

а – упругое вдавливание;

б – хрупкое разрушение горной породы в конце вдавливания.

На рисунке 4 приведены схемы взаимодействия штампа с горной породой при вдавливании. Цилиндрический штамп 1 с диаметром d вдавливается в подготовленную поверхность образца горной породы 2 силой Р, которая медленно увеличивается от 0 до . В конце вдавливание происходит либо хрупкий выкол породы вокруг штампа с образованием лунки, либо глубина вдавливание штампа достигает предельного значения 0,75 мм, но хрупкое разрушение не происходит.