Файл: Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие.pdf

употреблять исторически укоренившееся название машин этого класса — п е р ф о р а т о р ы .

Различными терминами обозначают и машины для бурения сква­ жин: буровой станок, буровой агрегат, буровая установка, буровая машина. Существенно разные понятия вкладывают при использова­ нии этих терминов в нефтегазовой промышленности и на геологораз­ ведочных работах.

вых машин (например подземные шарошечные станки с маслостанциями) допустимо название по аналогии с геологоразведочной и неф­ тегазовой терминологией б у р о в а я у с т а н о в к а . Машины для вращательно-ударного бурения БУ - 1, СБУ-2, СБУ-4 названы буро­ выми у с т а н о в к а м и .

они отвечают предъявляемым к ним требованиям. В основу математического' описания исследования должна быть положена физическая сущность явления .

При выводе формул необходимы определенные упрощения, чтобы они могли быть использованы в инженерных расчетах. Число эмпирических коэффициентов в формулах должно быть минимальным, а методика их определения четко уста­ новлена. Формулы должны давать результаты, совпадающие с данными экспе­ римента в пределах точности опыта. Получаемые величины должны давать характеристику основным параметрам взаимодействия и эффективности рассма­ триваемого процесса, чтобы с учетом экономических показателей можно было выбрать режим работы и оценить технико-экономическую эффективность машины и процесса бурения .

Исторически вначале получили развитие эмпирические исследования, кото­ рые определяли зависимость скорости бурения от режимов работы буровых ма­ шин,

значения параметров создаваемых машин. Такие исследования для решения конкретных задач выполняются и в настоящее время .

Следующим этапом развития явились аналитические исследования Доле- ж а л и к а и Н . С. Успенского, развитые в работах А. Ф . Суханова и других уче­ ных, которые рассматривали систему сил сопротивления породы внедрению в нее

Рис . 130. Схемы взаи­ модействия инстру­ мента с породой при ударном бурении

инструмента клиновидной формы (рис. 130, о) без учета механизма разрушения породы. Эти исследования, несмотря на чрезмерную схематизацию процесса разрушения, установили правильные качественные зависимости между основ­ ными параметрами процесса (энергией удара, числом ударов, глубиной внедре­ ния, скоростью бурения).

Рис. 131. Схема разрушения мрамора по А. А. Шрейнеру при разных скоростях внедрения:

Новым этапом явились исследования И . А. Остроушко, В . В . Царицына, Л . А. Шрейнера, Р . М. Эйгелеса, в которых рассмотрено взаимодействие инстру­ мента с породой с учетом физики разрушения .

И. А. Остроушко показал, что при внедрении лезвия инструмента, име­ ющего торцовую площадку, под ней образуется главный объем давления

§ 58. Динамическое внедрение инструмента в горную породу

Экспериментами установлены некоторые особенности процесса разрушения породы внедряющимся инструментом.

Время внедрения инструмента на глубину 3—5 мм составляет 200—400 мс. За это время начальный импульс при средней скорости распространения волн в породе 4000 м/с распространяется на зону размером 80—160 см. Следовательно, в каждый момент времени гра­ фик величины напряжений в этой зоне можно представить в видеотносительно пологой кривой с максимумом в зоне контакта, т. е. разрушение породы происходит в результате постепенного увеличе­ ния напряженного состояния в данной точке породы до некоторогокритического состояния.

При малых скоростях внедрения инструмент вначале, касаясь отдельных выступов и кристаллов породы, разрушает их на мелкие фракции, что способствует его плотному контакту с породой. Такое разрушение называют поверхностным. В дальнейшем происходит

диальных трещин, не приводящих к изменению силы сопротивления, вследствие того, что нормальные напряжения при этом не изме­ няются. При дальнейшем внедрении инструмента нормальные на­ пряжения в породе будут увеличиваться до тех пор, пока их крити­ ческие значения не распространятся на слой толщиной, равной сред­ нему размеру кристаллов, образующих данную породу. Одновременно произойдет разделение этого слоя на отдельные кристаллы и кри­ сталлиты, т. е. произойдет о б ъ е м н о е р а з р у ш е н и е слоя породы. При этом контакт инструмента с породой резко умень­ шается, вызывая уменьшение силы сопротивления. При дальнейшем внедрении инструмента напряженное состояние в породе снова уве­ личится до предельного с последующим образованием нового слоя

разрушения. Для разрушения нового слоя необходимо, чтобы порода вновь была нагружена до предельного состояния. При таком про­ цессе получается пилообразный график (рис. 133). Под разрушенным слоем всегда наблюдается некоторый слой, в котором имеется сеть мелких трещин и который является переходным от неразрушенной породы к полностью разрушенной.

При больших скоростях внедрения частицы очередного разрушен­ ного слоя породы не успевают существенно переместиться в стороны из-под лезвия инструмента вследствие больших сил трения, возни­ кающих между отдельными частицами. В результате их действия сила сопротивления, обусловленная деформированием горной породы,

и выступов породы на мелкие части, в результате чего устанавли­ вается плотный контакт инструмента с породой. Затем при достиже­ нии главным удлинением растяжения єр величины орйС/Е образу­ ются трещины, которые разделяют нагружаемую породу на ряд кри­ волинейных «столбиков». При дальнейшем внедрении инструмента образуется зона объемного разрушения, увеличение которой проис­ ходит слоями. По краям зоны разрушения происходят отколы породы, обусловленные появлением трещин, расходящихся от. области контакта инструмента с породой и выходящих на свободную поверхность, со­ держащие иногда до нескольких десятков кристаллических зерен (рис. 134).

По физической сущности динамическое разрушение породы под лезвием инструмента аналогично разрушению породы от взрыва на­ кладного заряда.