- •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
3.1.1. Влияние внешней среды на твердость горных пород
Твердость и иные свойства горных пород существенно зависят от влияния внешней среды. Для определения влияния внешней среды на твердость проведены эксперименты на приборе УМГП-3 в соответствии со стандартной методикой.
При определении механических свойств горных пород применялись цилиндрические инденторы с плоским основанием диаметром 1,8 мм. Исследуемые породы – долерит (упруго-хрупкая порода) и мрамор (упруго- пластичная порода). Для исследований использовались образцы в виде кубов со стороной 40 мм. Вдавливание инденторов производилось в трёх различных средах: воздух, вода, эмульсия (жидкое мыло концентрацией 0,12%). Для создания различных сред при вдавливании индентора использовалось металлическое кольцо высотой 5 мм и диаметром 20 мм, которое герметично крепилось к испытываемому образцу. Кольцо перед испытанием заполнялось водой или эмульсией.
При проведении эксперимента определялись по графикам деформации (рис. 3.3) твердость рш, МПа, коэффициент пластичности Кп, жесткость С, даН/мм, модуль упругости Е, МПа, предел текучести ро, МПа и удельная контактная работа разрушения АS, даН мм/ мм2 (формулы 3.1-3.8).
Результаты экспериментальных работ приведены в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Экспериментальные зависимости свойств горных пород от воздействия
среды, заданной условиями эксперимента
Среда |
воздух |
вода |
эмульсия |
воздух |
вода |
эмульсия |
Горная порода |
Долерит |
Мрамор |
||||
|
|
|||||
рш |
3156 |
2831 |
2438 |
981 |
1042 |
893 |
Кпл |
1,5 |
1,4 |
1,2 |
3,1 |
2,3 |
2 |
С |
6527,7 |
5373,8 |
4030,1 |
3398,7 |
2601,7 |
1857,5 |
Е |
36265 |
29855 |
22389 |
18881 |
14454 |
10319 |
р0 |
2117 |
2374 |
2078 |
536 |
708 |
707 |
Аs |
91,5 |
83,5 |
70,7 |
35,1 |
38,3 |
34,3 |
Эксперимент показал, что наибольшее влияние на изменение твердости и иных свойств горных пород имеет эмульсия. Под влиянием эмульсии наиболее существенно понижаются твердость, коэффициент пластичности, жесткость, модуль упругости, а также энергоёмкость разрушения, но повышается условный предел текучести.
Наиболее значительно влияние эмульсии на изменение свойств долерита, менее значительно – на свойства мрамора, поскольку, развитие трещин по которым в породу на этапе деформирования попадает жидкость, более характерно для хрупкого долерита. При разрушении мрамора явление хрупкого разрушения и развитие трещин менее значительны.
При применении воды также наблюдается снижение твердости, коэффициента пластичности, жесткости, модуля упругости, а также энергоёмкости разрушения, но эта тенденция менее заметна по сравнению с эмульсией.
В работе [27] при определении микротвердости горных пород также отмечено снижение этого показателя при применении жидкостей с поверхностно-активными веществами.