Главные закономерности разрушения горных пород
Разрушение горных пород происходит вследствие отрыва, сдвига, среза либо скалывания. При растяжении, горные породы разрушаются в большей степени на отрыв, а при сжатии на скалывание. Разрушение горной породы, в основном происходит по контактным поверхностям меж отдельными минеральными зернами. Этот процесс происходит равномерно, и просит времени. Длительность разрушения горной породы находится в зависимости от температуры, нагрузок, активности среды, напряженного состояния и иных причин.
Процесс разрушения горных пород при бурении скважины может быть поверхностным либо большим. Поверхностное разрушение сводится к истиранию, дроблению, выламыванию породы, и обычно, является неэффективным. Ввиду неэффективности поверхностного разрушения, остановимся на более подробном рассмотрении процесса большого разрушения горной породы.
Бурение долотом, можно рассматривать как вдавливание в горную породу штампа, с плоским и криволинейным основаниями. С повышением степени нагрузки на штамп, изменяется скорость деформации. Существует три вида напряженного состояния породы под штампом, это:
— уплотнение (1);
— предельное равновесие (2);
— разрушение (3).
Цикл разрушения горных пород состоит из этих 3-х состояний.
1.Под уплотнением имеется ввиду затухание деформации, когда ее скорость миниатюризируется до нуля. В процессе разрушения горной породы, уплотнение характеризуется поверхностным разрушением.
2. Под предельным равновесием понимают разрывы и сдвиги, когда не наблюдается затухания скорости деформации, напротив, при определенной нагрузке она становится неизменной. С повышением напряжений, в горной породе возрастает количество трещинок, и появляются последующие вереницей сдвиги. Продолжительность разрушения в этом состоянии находится в зависимости от нагрузки и критерий, в каких делается процесс разрушения. При всем этом происходит объемное разрушение горной породы.
3. Под разрушением понимают состояние прогрессивного роста деформаций, длительностью в толиках секунды, характеризующееся большим разрушением.
При ударном воздействии, механическое разрушение горных пород происходит при напряжениях, которые соответствуют лимиту прочности, но меньше критичных. При ударах с определенной силой, соответственной определенному верхнему лимиту, разрушение горной породы происходит после 1-го удара. В случае уменьшения значения силы до определенного нижнего предела, для разрушения породы нужно повышение количества ударов в одну и ту же точку. При определенном значении силы, соответственном определенному нижнему лимиту, разрушение породы не будет делается при любом количестве ударов.
Фактор разрушения горных пород при повторяющихся напряжениях обоснован их вялостью. При напряжениях, близких к лимиту вялости породы, для ее разрушения нужно некое число циклов нагружения.
Исследуя разные методы разрушения горной породы, было установлено, что при вдавливании штампа с погружением на 0,1 – 0,25 мм, продолжительность цикла разрушения составляет всего 0,002 секунды. Исходя из этого, можно прийти к выводу о том, что процесс разрушения скальных пород происходит без внедрения зубьев долота. При продолжительном контакте зубьев с породой, они погружаются в продукты ее разрушения. Для заслуги наибольшего разрушительного эффекта, нужно не секундное воздействие с большой силой, а длительное воздействие с наименьшей силой.