Головна

Механізм і енергоємність руйнування гірських порід при динамічному навантаженні

  1. o створення механізмів виконання цільових програм на всіх рівнях (регіональному, національному та глобальному).
  2. Акомодація, її механізм. Зміна акомодації з віком.
  3. АЛГОРИТМ ПРОЕКТУВАННЯ СГП. РІШЕННЯ БЕЗПЕКИ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ СГП. РОЗРАХУНОК КОРДОНІВ НЕБЕЗПЕЧНИХ ЗОН МОНТАЖНОГО МЕХАНІЗМУ.
  4. Аналіз і проектування кулачкових механізмів
  5. АНАТОМО-ФІЗІОЛОГІЧНІ МЕХАНІЗМИ МОВИ
  6. Анатомо-фізіологічні механізми мовлення і основні закономірності її розвитку у дитини
  7. Анізотропія меж міцності при розтягуванні гірських порід Донбасу

Дослідження процесу руйнування гірських порід під дією удару показують [16, 30], що при малій енергії удару на поверхні породи видно лише слід индентора у вигляді зони тріщин (рис. 2.37, а). При цьому залежність деформації породи від динамічного навантаження має вигляд вузької петлі (крива 1 на рис. 2.36). При подальшому збільшенні енергії удару з'являється кругової скол породи (рис. 2.37, б). Цей етап руйнування названий першою формою крихкого руйнування. Характер залежності деформації від зусилля мало змінився в порівнянні з кривою 1 на рис. 2.36.

Підвищення енергії удару призводить до руйнування породи з утворенням лунки (рис. 2.37, в). Цей етап руйнування названий другий формою руйнування породи. Даною формі руйнування відповідає крива 2 на рис. 2.36.

 Подальше збільшення енергії удару до певної величини не призводить до зміни форми руйнування. На графіку 3 рис. 2.36 поява першого, а потім другого стрибка свідчить про надлишок енергії для утворення другої форми руйнування, але, в той же час, про нестачу енергії для переходу до наступної форми руйнування. Надлишок енергії призводить до деякого незначного збільшення глибини впровадження індентора і появи тріщин і відколів в породі.

 Подальше підвищення енергії удару до певного і достатнього рівня призводить до реалізації нової - третьої форми руйнування, Якій відповідає крива 4 на рис. 2.36.

Для переходу до четвертої формі руйнування буде потрібно новий і вже більш значний приплив енергії удару.

Таким чином, при дінамічес-ком впровадженні індентора в породу спостерігається певна периодич-ність і ступінчастість процесу, багато в чому схожа з процесом статичного впровадження в породу клиновидного индентора, відбитого у вигляді графіка на рис. 2.22.

 Стрибкуватість розвитку форм руйнування гірських порід пов'язана з різким збільшенням обсягу відокремлюваної при ударі породи V. На рис. 2.38 видно, що при переході від першої форми руйнування до другої спостерігається істотний (в 1,7 рази) обсяг руйнування, але для цього треба було подвійне підвищення енергії удару [30]. Подальше збільшення енергії відразу не призводить до зростання обсягу відокремлюваної породи, і лише перевищення енергії удару, досягнутої на другому етапі руйнування породи більш ніж в 2 рази, призвело до реалізації нового етапу руйнування породи. При цьому обсяг зруйнованої породи зріс в 1,4 рази. Якщо порівнювати перший етап руйнування і третій, то при підвищенні енергії удару в 4,5 рази вдалося підвищити обсяг руйнування породи в 2,4 рази.

Крива енергоємності на рис. 2.38 має максимуми і мінімуми, які відповідають формам руйнування, - максимуми досягненню нової форми руйнування, мінімуми - етапам ударного навантаження, недостатнього для реалізації форми руйнування більш високого порядку.

Cуществованіе стрибків руйнування показано і при проведенні дослідів по динамічному впровадженню твердо-сплавного (криві 1 і 2 на рис. 2.39) і алмазного (криві 3 і 4 на рис. 2.39) індентором в різні гірські породи [12]. Розмір твердосплавного индентора 1,8 ? 1,5 мм, з кутом скоса 45?, Діаметр алмазного індентора 1,8 мм.

Результати експериментів показали, що при додатку певної кількості енергії відбувається стрибкоподібне збільшення обсягу і глибини лунки руйнування. Після досягнення стрибка руйнування масштаб руйнування збільшується незначно. З подальшим збільшенням енергії удару енергоємність знижується, різко зростає обсяг руйнування породи.

Межею підвищення енергії удару є обмежена міцність індентором, тому резерв підвищення ефективності руйнування гірських порід ударним впливом полягає в збільшенні ударної стійкості різців бурового інструменту.

Вивчення енергоємності руйнування гірських порід показує, що слід прагнути до збільшення енергії взаємодії елементів озброєння бурового інструменту з гірською породою. Цей напрямок інтенсифікації процесу руйнування реалізується підвищенням підводиться до забою потужності.

Даний висновок повністю підтверджується досвідом пневмоударного буріння.

З формули (2.57) випливає, що енергія удару прямо пропорційно залежить від тиску повітря над ударником забійній машини.

У ПГО «Сосновгеологія» при бурінні забійні пневмоударниками типу П-105 c тиском повітря 0,5 МПа і максимальній глибині до 100 м при бурінні фельзіта VIII-IX категорії за буримости досягнуті механічні швидкості буріння 6-8 м / ч. При бурінні гранітів IX-X категорії за буримости - 5,0 м / ч.

Перехід на буріння свердловин тими ж пневмоударниками, але з тиском повітря 1,2 МПа, глибина бурим свердловин зросла до 300-400 м, а механічні швидкості буріння до 10-15 м / ч в фельзіта і до 8 м / ч в гранітах. Ресурс доліт також зріс у 2-2,5 рази.

Тобто, при підвищенні енергії удару в 2,4 рази (пропорційно зростанню тиску) механічна швидкість буріння зросла в 1,5-2 рази при збільшенні глибини свердловини в 3-4 рази. Підвищення ж глибини бурим свердловин, як відомо, призводить до деякого зниження механічної швидкості буріння при інших рівних умовах.

Показники гідроударного буріння зі збільшенням питомої енергії удару також різко зростають [12]. Так, при збільшенні енергії удару від 75 до 200 Дж швидкість буріння зросла в 3,5 рази, а проходка за рейс - в 7,4 рази.

Таким чином, з підвищенням енергії удару зростає не тільки швидкість буріння, а й зростає стійкість інструменту, що вказує на певні зміни в механізмі руйнування гірських порід.

 Значний досвід в розробці та експлуатації пневмоударників компанією Atlas Copco (Швеція) показав, що підвищення тиск повітря при бурінні дає практично прямопропорційно зростання механічної швидкості буріння. пневмоударнікамі типу Cop в твердих гірських породах при підвищеному тиску повітря досягаються механічні швидкості буріння 15-25 м / ч.

Механізм руйнування гірських порід і енергоємність руйнування ударним навантаженням багато в чому визначаються тим, яку форму має индентор [16].

При використанні плоского индентора відзначається кілька фаз руйнування в залежності від рівня ударного навантаження.

I. При навантаженнях рівня 30-40% від необхідної для повного руйнування деякого об'єму породи, видимого руйнування не спостерігається, а енергія удару витрачається на пружні деформації (рис. 2.40, а).

II. При додатку навантаження в межах 50% від необхідної для руйнування породи, в кутовий зоні контакту індентора з породою відзначаються незначні по глибині тріщини, які розвиваються під кутом 15-25? до горизонталі (рис. 2.40, б).

III. Навантаження, складова 75% від необхідної для руйнування, викликає поява глибоких тріщин, які спрямовані під кутом 45-60? до горизонталі. Глибина тріщин особливо велика по периферії зони руйнування і перевищує глибину лунок руйнування в 2-3 рази (рис. 2.40, в).

IV. При ударному навантаженні достатньої для повного руйнування породи, глибина лунок руйнування перевищує ширину торця индентора в 1,5-2 рази, а тріщини 3 йдуть в глиб масиву від поверхні лунок руйнування на 10-12 мм, обособляя конус - ядро ??ущільнення породи. Заключна фаза закінчується вибухоподібним руйнуванням конуса і сколюванням обсягу, відокремленого тріщинами. Відзначається віяло тріщин по всьому контуру лунки (рис. 2.40, г).

Вивчення забою, отриманого в блоці породи при бурінні ударної машиною, також показало наявність значного числа тріщин, які йдуть з кутів забою вглиб масиву на глибину 5-10 мм під кутом 45?. Ці тріщини спостерігаються в стінці свердловини і в керна.

 При проведенні дослідів з впровадження в породу клиновидних (кут приостренной 90?) Індентором і аналогічних за формою клиноподібних індентором з майданчиками притуплення шириною 4 мм отримані цікаві результати, які доповнюють відомості про механізм руйнування гірських порід при ударній дії (рис. 2.41, а, б).

Визначено, що при застосуванні індентором з майданчиками притуплення зростає обсяг руйнування породи в порівнянні з лунками руйнування, отриманими гострими клиноподібними індентора.

Глибина впровадження гострого індентора ho мало відрізняється від глибини лунок руйнування hло (Рис. 2.41, а).

При руйнуванні породи индентором з майданчиком притуплення глибина заглиблення індентора hп в 10-15 разів менше глибини лунки руйнування hлп, І ця різниця зростає зі збільшенням енергії удару Ауд (Рис. 2.41, б, рис. 2.42).

В процесі ударного навантаження гострі індентором досить швидко затуплялісь і втрачали гострі грані.

 Енергоємність ударного разрушеніятакже істотно залежить від форми і розмірів, впроваджуваних в породу індентором.

Результати експериментальних дослід-жень з вивчення впливу форми і розмірів індентором на процес руйнування, представлені в роботі [16], показали наступні результати:

- Збільшення питомої енергії удару призводить до різкого зниження енергоємності руйнування різних порід (рис. 2.43) до певної межі, після якого цей показник знижується незначно;

- Оптимальні значення питомої енергії удару для гострого і притупленного клиновидних індентором відрізняються приблизно в 1,5 рази, при цьому менше значення цього показника у гострого індентора, який нездатний, ймовірно, сприймати значні ударні навантаження за умовою міцності;

- При підвищенні питомої енергії удару очевидна перевага має индентор з майданчиком притуплення, який здатний сприймати більш високі значення ударного імпульсу, при цьому разновелічіе енергоємності руйнування для різних порід скорочується, і при високому рівні енергії удару стає абсолютно незначним;

 - При малих значеннях удару ефективність руйнуючої-ня породи вище гострим индентором.

Наведені висновки результатів експериментів потребують поясненні.

Результат того, що після деякого підвищення рівня енергії удару не підвищилася ефективність руйнування породи, не викликає сумніву, але висновок в роботі [16] про недоцільність подальшого підвищення енергії удару помилковий, тому що якщо врахувати стадийность процесу руйнування (див. рис. 2.36, 2.38, 2.39), додатковий приплив енергії удару здатний дати підвищення обсягу руйнування породи і, відповідно, новий стрибок в зниженні енергоємності руйнування, а графік на рис. 2.43 - це лише щабель розвитку стадій руйнування, відображених на рис. 2.38 і 2.39.

 Вирівнювання енергоємності руйнування різних по міцності гірських порід (рис. 2.43) пов'язано, очевидно, зі зміною і вирівнюванням твердостей гірських порід при підвищенні швидкості зіткнення долота з породою. За умовою експерименту [16] швидкість зіткнення досягала 7-9 м / с, що призвело до більш активного підвищенню опірності мармуру, міцність якого зросла, що випливає з даних, представлених на ріс.2.27.

Вплив швидкості зіткнення індентором і породи можна проаналізувати по залежностям впливу енергії удару, тому що швидкість (див. формули 2.54 і 2.55) є найбільш активним параметром, що визначає величину енергії і силу удару.

Динамічна взаємодія з породою сферичних індентором з різним розміром сфер, показує, що при рівних значеннях сили удару Р питома енергоємність руйнування істотно залежить від радіуса сфери торця индентора - зі збільшенням радіуса сфери енергоємність руйнування зростає. У той же час підвищення сили удару знижує відмінність в енерговитратах на руйнування гірської породи сферичними індентора різного розміру (рис. 2.44) [16].



Основні принципи і закономірності динамічного руйнування гірських порід | Руйнування гірської породи ударом при несиметричному навантаженні индентора

Напруга в гірських породах під дією зосередженої сили | Основні положення теорії Буссінеска | Основні параметри процесу руйнування гірських порід | Вплив форми впроваджуваного индентора на процеси деформування і руйнування гірської породи | Руйнування гірської породи при вдавливании плоского циліндричного індентора | Руйнування гірської породи при вдавливании индентора сферичної форми | І клиновидного індентором | Вплив дотичного навантаження на напружений стан гірської породи при осьовому впровадженні індентора | На процес руйнування гірських порід | Особливості руйнування індентора анізотропних гірських порід |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати