Термические способы разрушения горных пород
Термический способ представляет собой разрушение, основанное на отделении от массива частиц горной породы за счет термического напряжения, возникающего при быстром нагреве поверхностного слоя. Эти напряжения могут привести к отделению от забоя пластинок породы (образование трещин, растрескивание, дробление и др.). Напряжения возникают за счет как анизотропии свойств породообразующих минералов (модуля упругости, коэффициента объемного расширения и т. д.) на их контактах друг С другом, так и фазовых превращений, происходящих в отдельных минералах и связанных с изменением структуры последних (перестройка кристаллической решетки, изменение объема и т. д.). Особенно важную роль играет переход кварца из одной модификации в другую. Превращение кварца из а — в р-состояние происходит при температуре 573°С и сопровождается увеличением объема зерна кварца на 0,8 %, при этом в содержащих кварц породах возникают огромные локальные напряжения, значения которых зависят от характера цементирующего материала, пористости и ряда других факторов. Именно поэтому при использовании теплового способа разрушения кварц, песчаники и другие содержащие кварц породы относят к числу наиболее легкобуримых.
Термический способ разрушения горных пород использовался еще до нашей эры. С XIII в. термическое разрушение горных
пород начали широко применять для получения блочного камня сравнительно правильной формы [4]. Работы по использованию термических способов разрушения горных пород при бурении скважин в нашей стране начались с 1951 г. и проводятся целым рядом организаций.
В Казахском политехническом институте исследовалась возможность получения керна при огневом бурении. В 1979 г. термобу* ром ТБК5-180/80 была пробурена скважина глубиной 0,8 м при диаметре 180 мм. Диаметр полученного керна составлял 80 мм, скорость бурения 263 м/ч |4].
Анализ патентной литературы показал, что огнеструйному бурению уделяется достаточное внимание. Имеются патенты по повышению долговечности и надежности рабочего органа разрушения горных пород высокотемпературными струями. По данным работы [4] огнеструйное бурение в твердых породах применяется в СССР, США, Канаде, Японии, Индии и других странах. В Казахском политехническом институте изучалась устойчивость стенок скважин, пройденных огнеструйным способом в несвязаных породах. Было пробурено 35 вертикальных скважин диаметром 120 мм, глубиной 4—6 м в разрезах, сложенных песками, гравием, щебнем. Скорость бурения скважин до глубины 6 м составляла 800 м/ч. Устойчивость скважин в необводненных грунтах составляла более 8 мес.
Несмотря на высокую производительность огнеструйного способа бурения, он использовался только на карьерах Кривбасса и КМА, так как обладает серьезными недостатками: применим только при бурении горных пород, склонных к хрупкому разрушению; в качестве окислителя необходим дорогостоящий кислород; предъявляются повышенные требования к технике безопасности. При отсутствии на местах кислородных заводов достаточной мощности способ нерентабелен [4]. В связи с этим промышленный выпуск станков огнеструйного бурения типа СБО несколько лет назад прекращен. В настоящее время еще работают 12 станков СБО, выработавших ресурс. В 1981 г. этими станками — пробурено 110 000 м скважин.
Использование термического способа бурения скважин в гео— логоразведочной отрасли может найти весьма ограниченное применение из-за высокой избирательности в отношении разрушаемых горных пород, высокой стоимости и сложности доставки окис- лителя-кислорода в места производства геологоразведочных работ.