3.1.2. Влияние диаметра индентора на твердость горных пород

Влияние диаметра индентора на твердость р_ш и удельную контактную работу разрушения А_s исследовалось по стандартной методике на образцах мрамора и долерита.

Результаты этих работ представлены в виде графиков на рис.3.4.

Основные результаты данного исследования состоят в том, что величина твердости горных пород значительно не изменилась при использовании инденторов различного диаметра, но удельная контактная работа разрушения при этом изменилась существенно. Для долерита более оптимальным по минимуму затрат энергии на разрушение оказался индентор с минимальным размером торца, а для мрамора более оптимальным по этому же показателю, оказался индентор наибольшего размера.

Э то обстоятельство позволяет сделать вывод о возможных рациональных размерах породоразрушающих эле-ментов, которыми могут оснащаться буровые инструменты.

В данном случае, действи-тельно, для бурения пород средней твердости коронки и долота оснащаются достаточно крупными резцами, а для бурения более твердых пород, к которым можно отнести долерит, мелкими алмазными резцами, размер которых снижается по мере повышения твердости горных пород. Это соотношение справедливо для любых типов буровых инструментов, например, для бурения крепких горных пород применяют алмазный инструмент с алмазными резцами, размер которых 0,5-0,7 мм и менее.

3.1.3. Разрушение породы внедрением нескольких инденторов

В случае одновременного вдавливания нескольких инденторов в поверхность горной породы, напряжения, создаваемые каждым из них, складываются при условии, что расстояние между инденторами оптимально для развития достаточных для разрушения породы напряжений и формирования равномерной поверхности забоя.

Если сравнивать формы забоя после разрушения породы, то полученные при одновременном и поочередном вдавливании четырех инденторов в породу при одинаковой схеме их расположения (рис. 3.5, а, б), то можно отметить, что при одновременном внедрении инденторов получена лунка разрушения бòльшего объема и более ровная по форме в сравнении с последовательным внедрением инденторов. При этом естественно нагрузка на один индентор при поочередном нагружении равняется ¼ величины нагрузки при одновременном внедрении инден-торов.

Н а процесс разрушения горной породы при внедрении инденторов значительно влияет форма поверхности забоя.

На рис. 3.6 рассмотрен случай одновременного внедрения инден-торов сферической формы в поверхность породы с уступом. В данном случае в особых условиях оказался индентор 2, поскольку основным направлением деформирования породы будет направление в сторону свободной поверхности, а скалывание породы в этом направлении произойдет при существенно меньшей нагрузке, чем скалывание породы инденторами 1, 3 и 4, при условии равенства их размеров и расстояний между ними. Опережающий скол породы индентором 2 приведет к повышению нагрузки на другие инденторы и в целом к более эффективному разрушению в сравнении с работой этих же инденторов, расположенных на плоском забое.

Д ругой особенностью разрушения породы при наличии ступенчатости поверхности являются условия скалывания породы в угловых частях забоя. Согласно исследованиям Р.М. Эйгелеса порода на этих участках забоя упрочнена [40].

Для повышения разрушающих напряжений в угловых частях забоя следует усиливать разрушающие напряжения, например, сближением точки установки индентора в направлении угла забоя. В данном случае индентор 3, в сравнении с индентором 1, расположен более оптимально.