Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Основы механики разрушения горных пород

(Лекция 3)

Основы механики горных пород  как науки закладывались во вто­рой подовике XIX века когда появились первые работы по определе­нию напряженного состояния горних пород и его перераспределению в окреностях горных выработок,  по расчету крепи в горных по определению горного давления и  использованию его величины в расчете крепи.

Наряду с накопленным фактическим материалом по свойствам горных пород развивались и теоретические основы механики горных пород. Они базируются на положениях физики твердого тела и меха­ники сплошных сред. Большой вклад в развитие этой науки внесли также крупные ученые  как ПН, Кузнецов, Н,А. Цытович, П.А. Ребиндер, КВ. Руппенейт и др.

В настоящее время механика горных пород достигла высокого уровня. Она включает разделы по изучению свойств горных пород, их изменения под воздействием различных факторов, по изучению де­формации горных пород и особенностей их разрушения, разделы по устойчивости горных пород в окрестностях и на стенках горных выра­боток, в том числе и скважин.

Проблемы механики разрушения горных пород разрабатывали М.М. Протодьяконов, Н.С. Успенский. В.С, Федоров, Л.A. Шрейнер и др. Трудами проф. Д.А. Шрейнера были заложены основы школы, которая ныне объединяет его учеников и продолжает углубленное исследование проблемы. Развитию механики горных по­род способствовали труды. Н.Н. Павловой, М.Р, Мавлютова, А.И. Спивака, Б.В. Байдюка, В.В. Симонова, Остроушко, Н.И. Люби­мова, B.C. Владиславлева, P.M. Эйгелеса, Б.И. Воздвиженского, Л.И. Барона и др.

Изучение физических свойств горных пород необходимо для ус­тановления оптимальных режимов эксплуатации производственных механизмов, для выбора режущих и истирающих материалов, а так же типов буровых установок.

 

Таблица 2.1

Показатели анизотропия механических свойств горных пород

По степени связности горные породы разделены на скальные, связные, рыхлые (сыпучие) и плывучие.

Горные породы обладают тем большей прочностью, чем тверже минеральные зерна, чем крепче между ними связь, чем плотнее они связаны цементом и чем большей твердостью обладает цементирую­щий материал.

Мелкозернистые породы прочнее крупнозернистых (при одном и том же минеральном составе). Более плотные, менее пористые и менее трещиноватые породы обладают большей прочностью.

Исследования и изучение физико-механических свойств пород необходимы для:

- выбора способа бурения и наиболее производительных типов породоразрушающих инструментов;

- разработки рациональной технологии бурения и крепления;

- расширения геологической изученности данного района.

Таблица 2.4

Р и с 2 .1.

Рис. 2.2

Схема прибора УМГП – 4 для определения механических свойств горных пород

Ходовой винт; 2- подвижная головка; 3,5 – детали рычага; 4- пружина;

Пружина; 7 - индикатор часового типа; 8 - ось; 9 - траверса; 10 - ось; 11 – нож;

Шток; 13 - измерительная ножка; 14 - штамп; 15 - образец; 16 - столик; 17 - маховик; 18 - редуктор; 19 - диск; 20,21 - ролик; 22 - рычаг двусторонний; 23 - электромагниты; 24 - электродвигатель; 25 - маховик; 26 - барабан; 31 - ходовой винт; 32 - ролик; 33 - лента; 34 - рычаг.

 

 

Рис. 2.3

Графики деформации упругой (а) и упругопластичной (б) горной породы под штамп

Прибор ТТА-1 (рис. 2.4) состоит из двух отдельных, динамомет­ров. В нижний торец вертикального динамометра запрессован сталь­ной упорный стержень, в качестве стержня используется стальная игла диаметром 0,6 мм. Вертикальное усилие на пластину передается через пружину. Отсчет нагрузки осуществляется по шкале корпуса и фикса­тора.

 

Рис. 2.4. Схема определения теста на твердость и абразивность 1 - порода; 2 — игольчатый видентер; 3 - направляющая втулка; 4 - стержень

Таблица 2.5

Порода	Коэффициент Пуассона	Порода	Коэффициент Пуассона
Песчаник	0,09	Гравий	0,26-0,29
кварцевый
Песчаник аркозовый	0,13	Известняк	0,28-0,33
Глинистые сланцы	0,10-0,20	Песчаник	0,30-0,35
Уголь	0,14-0,16	Глины пластичные	0,38-0,45
Порфирит	0,20-0,22	Мрамор	0,34-0,40
Глины плотные	0,25-0,35	Каменная соль	0,44

Коэффициент пластичности К_пл - характеризует отношение об­щей работы, затраченной для разрушения породы под штампом, к ра­боте упругих деформаций.

 

По величине К_пл все породы разделены на шесть категорий.

Категория      1     2     3     4     5 6

К_пл          1 >1-2   >2-3  >3-4 >4-6    >6-8

 

К 1-й категории относятся хрупкие породы, от 2-й по 5-ю - пла­стично - хрупкие, а к 6-й - высокопластичные и сильнопористые.

Пластичность уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и других жестких минералов. Высокими пластически­ми свойствами обладают влажные глины и некоторые хемогенные по­роды.

Абразивность - способность пород изнашивать породоразру- шающие инструменты. От абразивности зависят расход и правильный выбор долот.

Абразивность зависит в основном от минералогического состава и строения горных пород и существует общая тенденция увеличения абразивности с ростом микротвердости породообразующих минера­лов.

Абразивность определяется с помощью прибора ПОАП-2М (рис. 2.5).

В рабочий орган (загрузочные цилиндры) загружают навеску дроби и 1 см³ электрокорундового поршня. Загрузочные цилиндры с дробью и порошком помещают в прибор ПОАП-2М и включают его на 20 минут. При этом электродвигатель должен совершить 28 тыс. обо­ротов, которые контролируется счетчиком прибора. Каждую навеску

после опыта помещают в со­суд с водой и после споласки- вания извлекают и начисто вытирают.

Промытую дробь взвеши­вают. Потеря массы дроби в каждой пробирке должна быть 200 ± 10 мг. В случае отклоне­ния массы дроби от указанно­го необходимо изменить коли­чество дробинок в навеске и работу повторить.

Рис. 2.5. Схема прибора ПОЛП-2М для оп­ределения абразивности горных пород 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - рабо­чий орган (загрузочный цилиндр); 4 - ско­ба; 5 - направляющая; 6 - маховик; 7 - вал; 8 - шатун; 9 - плита (основание прибора)

Обобщенная классифика­ционная шкала абразивности горных пород ВНИИБТ при­ведена в табл. 2.6.

 

Таблица 2.6 Классификационная таблица соответствия абразивных свойств горных пород их геолого-петрографическим характеристикам Порода Содержание кварца или халцедона, % Категория твердости Абразивность по обобщен­ной шкале ВНИИБТ (категория) Песчаник:           кварцевый мономинеральный (крупно-.           средне, мелко-, тонкозернистый) и анало­ 95 4-10   9-11   гичный алевролит     окварцованный сливной 58-95 7-10   10-11   частично окварцованный с протяженны 85-95 5-7   9-10   ми контактами       срастания кварцевых зерен с точечными 85-95 4   6   контактами срастания кварцевых зерен         кварцевый с известковым цементом 60-75 5-7   7-8   (25-40%)       кварцевый в известковисто - глинистым 60-75 4-5   7   цементом       кварцевый с глинистым цементом 60-75 3-5   6-7   кварцевый с сульфатным цементом 60-75 3-4   6   Песчаник:           полевошпатово-кварцевый и аркозовый       10   крупнозернистый         полевошпатово-кварцевый и аркозовый       9   средне-           и мелкозернистый - -   8

 

Продолжение таблицы 2.6

Порода	Содержание кварца или халцедона, %	Категория твердости	Абразивность по обобщен­ной шкале ВНИИБТ (категория)
Песчаник: тонкозернистый и аналогичный алевролит: с цементом 15-20% » 20-50% полимиктовый	25 10-15 5-10	4-6 4-6	7-8 7 6-7
Глина: мономинеральная алевритистая песчанистая кремнистая	10-20  10-30	- 3 - 3 2-4 5	3- 4 4- 5 5 6
Аргелиты: слабоалевритистый алевритистый и песчанистый	5-10 15-20	4-5 4-5	3- 4 6
Аспидный сланец	2-5	-	4
Углистый сланец	2-5	2-3	4
Мергель: глинистый карбонатный (50-75%) алевритовый песчанистый	-	4-5	2 2 4 5
Известняк: без примеси твердых абразивных минера­лов глинистый песчанистый (5%) песчанистый (10%) песчанистый (до 20-30%) алевролитовый кремнистый (5%) кремнистый (10%) кремнистый (15%) кремнистый (20-30%)	1 3 5 10 20-30  15-20 5 10 15 20-30	5-6 4- 6 5- 6 5-6 4- 6 5- 6 5- 6 6- 7 7-  6-7 8	2-3 4 5 6 8-9 5 5 6 7 8
Доломит без примеси твердых абразивных минера­лов песчанистый	2-3	7-8 7-8	3-4 6-7
Кремень	75-95	11	11
Опока и трепел	-	1-2	6
Ангидрит без примеси твердых абразивных минералов	-	4-5	1
Гипс:
без примесей опесчаненный глинистый	10-15  1	2-3 2-3 2-3	1 4 1

 

Динамическая прочность определяется методом толчения на при­боре ПОК (прибор определения крепости, рис. 2.6)

 

Рис. 2.6.Схема прибора для определения динамической прочности горных пород по методу толчения а; схема объемометра; б - труба; в - поршень: 1.- стакан; 2 - труба; 3 - груз (гиря); 4 - упор

 

Образец горной породы разбивается молотком на куски крупно­стью 1,5 - 2,0 см в поперечнике. Из разбитых кусков отбирают пять проб объемом 15-20 см³ каждая. Каждую пробу высыпают в трубча­тую ступку (рис. 2.6, а) и толкут путем сбрасывания гири массой 2,4 кг с высоты 0,6 м десять раз. После толчения все пять проб ссыпают в металлическое сито с отверстием 0,5 мм и просеивают. Частицы поро­ды, прошедшие через сито, высыпают в трубу (стакан объемометра) (рис. 2.6, б), после чего в стакан объемометра вставляется поршень. На поршне имеется шкала (от 0 вверху до 160 мм внизу), по которой дела­ется отсчет высоты столбика частиц породы в стакане. Динамическая прочность породы Fg вычисляется по формуле:

где 200 - эмпирический коэффициент, мм; I - высота столбика частиц породы в объемометре, мм.

 

Динамическая прочность безразмерная величина, по ее значениям все горные породы подразделяются на шесть групп (табл. 2.7.).

Таблица 2.7. Динамическая прочность горных пород

 

Показатели	Группы пород
	I	II	III	IV	V	VI
Динамиче­ская проч­	8 и менее	8-16	16-24	24-32	32-40	40 и более
ность Fg
Степень ди­					Очень прочная	Исключи­
намической	Малая	Умеренная	Средняя	Прочная		тельная
прочности						прочность

Абсолютная (общая) пористость Па - это отношение полного объема пор (пустот) к объему всей породы. В табл. 2.8 приведены зна­чения коэффициента пористости пород, наиболее часто встречающих­ся при бурении нефтяных и газовых скважин.

Горная порода	Па, %	Горная порода	Па, %
Глина	0-62	Песчаник	0-53
Аргиллит	0-25	Известняк	0-45
Алевролит	0-47	Доломит	0-27
Песок	2-55	Мергель	0-60

Проницаемость - способность пород пропускать под действием градиента давлений пластовые флюиды (жидкость, газ и ГЖС).

Гранулометрический состав породы - количественное содержа­ние в горной породе разных по размеру зерен (в % для каждой фрак­ции). Гранулометрический состав обломочных пород приведен в табл. 2.9.

Геостатическая температура пород Т, (С) - это температура в естественных условиях залегания пород в земной коре, т.е. до начала бурения или после весьма длительного простоя скважины без промывки.

С увеличением глубины залегания пород ниже нейтрального слоя (ближайший к дневной поверхности слой породы, температура кото­рого не изменяется при суточных и сезонных колебаниях температуры

 

 

атмосферного воздуха) она возрастает, причем интенсивность роста, как правило, изменяется чаще в сторону уменьшения.

Таблица 2.9

Порода	Размер обломков, мм	Порода	Размер обломков, мм
Валуны:		Песок
крупные	>500	очень крупный	2-1
средние	500-250	крупный	1-0,5
мелкие	250-100	средний	0,5-0,25
1 алька (щебень):		мелкий	0,25-0,10
крупная	100-50	тонкий	0,10-0,05
средняя	50-25	Алевролит крупный	0,10-0,25
мелкая	25-10	Алевролит мелкий	0,05-0,01
1 равий:		Глина	0-0,005
крупный	10-5
мелкий	5-2

В районах, где геотермический градиент с глубиной изменяется весьма незначительно, распределение геостатических температур при­ближенно можно рассчитать по формуле

Т_г ~ Т_пл - Г(Н_пл - Н).                                      (2.12)

где Тпл - известная температура на глубине Н_пл, °С; Г - геотермиче­ский градиент - прирост Т, на каждый метр глубины залегания поро­ды, °С/м (с глубиной несколько изменяется); Н - глубина скважины, м.

Многолетнемерзлые горные породы - зона земной коры, в пределах которой горные породы охлаждены ниже 0°С непрерывно от не­скольких лет до тысячелетий. Мощность их в северных и северо- восточных районах России измеряется сотнями метров, а температура достигает - 7 + - 12°С.

Обломочные водонасыщенные рыхлые и слабосцементированные горные породы при замерзании и оттаивании резко изменяют свои свойства: при замерзании цементируются льдом и отличаются высокой прочностью (σ_сж < 2,5 МПа) и непроницаемостью; при оттаивании они переходят в переувлажненное состояние. Прочность мерзлых песчаных пород значительно выше, чем прочность мерзлых глинистых пород.

Анизотропность свойств пород зависит от упругих свойств, плотность, структурных и ее текстурных особенностей. Этот показа- тель, как и степень наклона чередующихся по твердости и мощности пластов, оказывает наибольшее влияние (из геологических причин) на искривление скважин.

 

Крепость горной породы

Крепостью горной породы принято считать ее сопротивляемость разрушению. В 1926 г. профессором М.М. Протодъяконовым (стар­шим) все типичные горные породы были объединены в 10 категорий с подразделениями по крепости (табл.2.10).

 

Таблица 2.10

Категория	Степень крепости	Породы	Коэффициент крепости
I	В высшей сте­пени крепкие породы	Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты. Исключительные по крепости другие породы	20-25
II	Очень крепкие породы	Очень крепкие гранатовые породы. Кварцевый порфир, очень крепкий гра­нит, кремнистый сланец. Менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Са­мые крепкие песчаники и известняки	15-18
Ш	Крепкие породы	Кранит (плотный) и гранитовые породы, очень крепкие песчаники и известняки, кварцевые рудные жилы, крепкий конг­ломерат, очень крепкие железные руды	10-12
IIIa	То же	Известняки (крепкие), некрепкий гра­нит, крепкие песчаники, крепкий мра­мор, доломит, колчеданы	8
IV	Довольно крепкие поро­ды	Обыкновенный песчаник, железные руды	6
IVa	То же	Песчанистые сланцы, сланцеватые песчаники	5
V	Средние породы	Крепкий глинистый сланец, некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгло­мерат	4
Va	То же	Разнообразные сланцы (некрепкие), плотный мергель	3
VI	Мягкие породы	Мел, уголь, твердый грунт	2-1,6
VII	Мягкие	Глина плотная, мягкий каменный уголь, глинистый грунт	1
VIII	Землистые	Песчанистые, глинистые слабосвязан­ные породы	0,6
IX	Сыпучие	Пески	0,5
X	Плывучие	Плывуны	0,3

Эта классификация основана на положении, что сопротивляе­мость горной породы любым видам разрушения (бурению различными

способами, взрыванию и др.), а также степень ее устойчивости при проведении в ней горной выработки (в том числе и скважины) могут быть выражены определенным числом - коэффициентом крепости пород /. Крепость горной породы - комплексная характеристика по­роды, определяемая целым рядом ее физико-механических свойств, оказывающих влияние на процесс ее разрушения при бурении. Кре­пость горной породы есть величина постоянная, не зависимая от спо­соба бурения. Ориентировочно коэффициент крепости / может быть принят равным 0,01 от предела прочности породы при одноосном сжатии.

Буримость горной породы

Совокупность физико-механических свойств горных пород опре­деляет их буримость, т.е. способность горных пород сопротивляться проникновению в них породоразрушающего инструмента.

 

 

Для определения категории горной породы по литологическому признаку в бурении используется классификационный ряд типичных представителей горных пород (табл. 2.11).

 

 

Таблица 2.11

Классификация типичных горных пород по буримости для вращательного меха­нического бурения

Категория буримости	Физико- механические свойства		Примерная механиче­ская ско- гшсть. м/ч	Породы
	Твердость р * , Н/мм2	р **
1	2	3	4	5
I	100	-	30-23	Торф и растительный слой без корней. Рыхлые: лёсс, пески (не плывуны), супеси без гальки и щебня. Ил и иловатые грунты. Суглинки лессо­видные. Трепел. Мел слабый.
II	100-250	-	11-15	Торф и растительный слой с корнями или с небольшой примесью мелкой гальки и щебня. Супеси и суглинки с примесью до 20% мелкой гальки или щебня. Пески плотные. Суглинок плотный. Лёсс. Мергель рыхлый. Плывун без напора. Лед. Глины средней плотности. Мел. Диатомит. Каменная соль (галит). Железная руда охристая

· * Твердость по ДА. Шрейнеру.

· ** Объединенный показатель

 

 

Продолжение таблицы 2.11

1	2	3	4	5
III	250	2-3	5,7-10	Суглинки и супеси с примесью свыше 20% мел­кой кальки или щебня. Лёсс плотный. Плывун напорный. Глины. Алевролиты глинистые. Алевролиты глинистые, слабо сцементирован­ные. Песчаники слабо сцементированные глини­стым, известковистым цементом. Мергель. Из- вестняк-ракушечник. Мел плотный. Гипс. Ка­менный уголь слабый. Бурый уголь. Сланцы: тальковые, разрушенные, всех разновидностей. Марганцевая руда. Бокситы глинистые.
IV	500-1000	3,0-4,5	3,5-5,0	Галечник, состоящий из мелких галек осадочных пород. Мерзлые водоносные пески, ил, торф. Алевролиты плотные, глинистые. Песчаники глинистые. Мергель плотный. Неплотные из­вестняки и доломиты. Магнезит плотный. По­ристые известняки и туфы. Гипс кристалличе­ский. Ангидрит. Калийные соли. Каменный уголь средней плотности. Каолин. Сланцы: гли­нистые, песчано-глинистые, горючие, углистые, апевролитовые. Серпентиниты сильно выветре- лые, оталькованные. Апатит кристаллический. Железная руда мягкая. Бокситы.
V	1000-1500	4,5-6,75	2,5-3,5	Галечно-щебенистые грунты. Галечник мерзлый, связанный глинистым или песчано-глинистым материалом с ледяными прослойками. Мерзлые: песок крупнозернистый, дресва, ил плотный, глины песчанистые. Песчаники на известкови- стом и железистом цементе. Алевролиты, Ар­гиллиты. Известняки плотные. Мрамор. Доло­миты мергелистые. Ангидрит плотный. Камен­ный уголь твердый. Антрацит. Сланцы: клинбисто-слюдяные, слюдистые, хлоритовые, серицитовые. Филлиты. Дуниты, затронутые выветриванием
VI	1500-2000	6,75-10,1	1,5-2,5	Ангидриты плотные. Глины плотные мерзлые. Конгломерат осадочных пород на известковом цементе. Песчаники :полевош-патовые, кварце- во-известковистые. Известняки плотные, доло- митизированные, скарнированные. Доломиты плотные. Сланцы кварцево-серицитовые, квар- цево-слюдяные, кварцево-хлоритовые. Аргилли­ты слабо окремненные. Дуниты. Перидотиты. Амфиболиты. Тальково-карбонатные породы. Апатиты. Скарны. Гематито-мартитовые руды. Бурые железняки. Сидериты
VII	2000	10,0-15,2	1,9-2,0	Галечник изверженных и метаморфических пород. Щебень мелкий. Конгломераты с галькой (до 50%) изверженных пород на песчано- глинистом цементе. Песчаники кварцевые. До­ломиты весьма плотные. Окварцованные извест­няки. Фосфоритовая плита. Каолин ангальмато- лмтопый Опоки крепкие, плотные.

 

 

Продолжение таблицы 2.11

1	2	3	4	5
VII	2000-3000	10,1-15,2	1,9-2,0	Сланцы слабоокремненные: амфибол- магнетитовые, роговообманковые, хлорито- роговообманковые. Слаборассланцованные альбитофиры, кератофиры, порфиры, порфири­та, диабазовые туфы. Затронутые выветривани­ем порфириты. Крупно- и средне- зернистые затронутые выветриванием граниты, сиениты, диориты, габбро и другие изверженные породы. Пироксениты, пироксениты рудные. Кимберли­ты базальтовые. Скарны кальцитеодержащие авгито-гранатовые. Кварцы пористые (трещино­ватые, ноздреватые, охристые). Бурые железня­ки ноздеватые, пористые. Хромиты. Сульфид­ные руды. Мартито-сидеритовые и гематитовые руды. Амфибол-магнетитовые руды. Аргиллиты кремнистые.
VIII	3000-4000	15,2-22,8	1,3-1,9	Конгломераты изверженных пород на известко- вистом цементе, доломиты окварцованные. Ок- ремненные: известняки доломиты. Фосфориты плотные, пластовые. Сланцы окремненные: кварцево-хлоритовые, кварцево-серицитовые, слюдяные, кварцево-хлорито-эпидотовые. Гней­сы. Среднезернистые альбитофиры и кератофи­ры. Базальты выветрелые. Диабазы. Порфиры и порфириты. Андезиты. Диориты, не затронутые выветриванием. Лабрадориты, перидотиты. Мелкозернистые, затронутые выветриванием граниты, сиениты, габбро. Затронутые выветри­ванием гранито-гнейсы, пегматиты, кварц- и среднезернистые кристаллические: авгито- гранатовые, авгито-эпидотовые. Эпидозиты. Кварцево-карбонатные и кварцево-баритовые породы. Бурые железняки пористые. Гидромаги- ститовые руды плотные. Кварциты: гематито­вые, магнетитовые. Колчедан плотный. Бокситы диаспоровые.
IX	4000-5000	22,8-34,2	0,75- 1,2	Базальты, не затронутые выветриванием. Конг­ломераты изверженных пород на кремнистом цементе. Известняки карстовые. Кремнистые песчаники, известняки. Доломиты кремнистые. Фосфориты пластовые окремненные. Сланцы кремнистые. Кварциты: магнетитовые и гематитовые топкополосчатые, плотные марито- магнетитовые. Роговики амфибол-магнетитовые Альбитофиры и кератофиры. Трахиты. Порфиры

 

Продолжение таблицы 2.11

1	2	3	4	5
IX	4000-5000	22,8-34,2	0,75-1,2	Туфы окремненные, ороговикованные. Затрону­тые вывериванием: липариты, микрограниты. Крупно- и среднезернистые граниты, гранито- гнейсы, грано-диориты. Сиениты. Габбро- нориты, Пегматиты, Березиты. Скарны мелко­кристаллические: авгито-эпидото-гранатовые, датолито-гранато-геденбергитовые. Скарно крупнозернистые гранатовые. Окварцован- ные:амфиболит, колчедан. Кварцево- турмалиновые породы, не затронутые выветри­ванием. Бурые железняки плотные. Кварцы со значительным количеством колчедана. Бариты плотные.
X	5000-6000	34,2-51,2	0,5-0,75	Песчаники кварцевые сливные. Джеспилиты, затронутые выветриванием, фосфорито- кремнистые породы. Кварциты неравномерно- зернистые. Роговики с вкрапленностью сульфи­дов. Кварцевые: альбитофиры и кератофиры. Липириты. Мелкозернистые: граниты, кранито- гнейсы, гранодиорит. Микрограниты. Пегматиты плотные, сильно кварцевые. Скарны мелкозернистые: гранато­вые, датолито-гранатовые. Магнетитовые и мартитовые руды, плотные, с прослойками рого­виков. Бурые железняки окремненные. Кварц жильный. Порфириты сильно окварцованные и ороговико­ванные.
XI	6000-7000	51,2- 76-8	0,3-0,5	Альбитофиры тонкозернистые, ороговикован­ные. Джеспилиты, не затронутые выветривани­ем. Сланцы яшмовидные, кремнистые. Кварци­ты. Роговики железистые очень твердые. Кварц плотный. Корундовые породы. Джеспи­литы гематито-мартитовые и гематито- магнетитовые.
XII	7000	76,8- 115,2	0,15- 0,25	Совершенно не затронутые выветриванием мо- нолитносливные: джеспилиты, кремень. Яшмы, роговики, кварциты, эгириновые и корундовые породы.

 

Буримость породы - это величина углубления скважины за еди­ницу времени чистого бурения (механическая скорость бурения). Она оценивается в м/ч, см/мин или мм/мин, Буримость пород устанавлива­ется опытным путем для определенных горных пород и породоразру- шающих инструментов при рациональных режимах бурения. Так как при различных способах бурения механизм разрушения горных пород различен, то и буримость одной и той же породы при различных спо­собах бурения будет также различной.

Буримость характеризуется следующими показателями: механи­ческой скоростью бурения, величиной проходки до допустимого изно­са породоразрушающего инструмента и затрат времени на проходку одного метра скважины. Эти величины зависят не только от свойств пород, но и от вида и конструкции породоразрушающего инструмента и параметров режима бурения.

Критерием отнесения породы к той или иной категории по бури­мости является углубления скважины за 1 час чистого бурения при определенных условиях (типы и диаметры буровой коронки или доло­та, глубина скважин и др.). При отклонении от стандартных условий вводятся поправочные коэффициенты.

Определение буримости - необходимое условие правильного вы­бора способа бурения, породоразрушающего инструмента, нормативов трудовых и материальных затрат.

Современная технологическая практика бурения использует клас­сификации горных пород по буримости различными способами.

Устойчивость горных пород

В глубоких скважинах, разрезы которых представлены мощными толщами глинистых формаций (глины, аргиллиты, алевролиты, мерге­ли и глинистые сланцы), важное значение приобретает устойчивость пород. Бурение таких пород сопровождается образованием каверн, сужением ствола скважины, прихватами и сложностью сохранения керна.

Классификация пород по степени устойчивости приведена в табл. 2.12

 

Таблица 2.12

Степень устойчивости	Горные породы	Связь между зернами
Весьма неустойчивые	Рыхлые (пески, гравий, галечник)	Отсутствует
(' изменяющейся устойчивостью	Плотные невысокой прочности, рас­творяемые или размываемые буро­вым раствором (глинистые породы, каменная соль)	Сложная (исче­зающая при на­сыщении водой)
( лабоустойчивые	Скальные, но раздробленные; сбрек- чированные (сцементированные брекчией или конгломератом, сла­бые песчаники, сланцы и угли	Недостаточно прочная
Устойчивые	Породы высокой или средней твер­дости, монолитные или слаботрещи­новатые, не размываемые буровым раствором (граниты, диориты, ба­зальты, кварциты, песчаники и т.д)	Прочная

Контрольные вопросы к разделу 2.

1. Назовите основоположников механики разрушения горных пород.

2. Основные понятия механики разрушения горных пород.

3.Основные физико-механические свойства горных пород.

4. Классификация горных пород по крепости и буримости.

5. Физическое понятие о давлениях в горных породах и продуктив­ных пластах.

6. Об устойчивости горных пород.

 

Основы механики разрушения горных пород

(Лекция 3)

Основы механики горных пород  как науки закладывались во вто­рой подовике XIX века когда появились первые работы по определе­нию напряженного состояния горних пород и его перераспределению в окреностях горных выработок,  по расчету крепи в горных по определению горного давления и  использованию его величины в расчете крепи.

Наряду с накопленным фактическим материалом по свойствам горных пород развивались и теоретические основы механики горных пород. Они базируются на положениях физики твердого тела и меха­ники сплошных сред. Большой вклад в развитие этой науки внесли также крупные ученые  как ПН, Кузнецов, Н,А. Цытович, П.А. Ребиндер, КВ. Руппенейт и др.

В настоящее время механика горных пород достигла высокого уровня. Она включает разделы по изучению свойств горных пород, их изменения под воздействием различных факторов, по изучению де­формации горных пород и особенностей их разрушения, разделы по устойчивости горных пород в окрестностях и на стенках горных выра­боток, в том числе и скважин.

Проблемы механики разрушения горных пород разрабатывали М.М. Протодьяконов, Н.С. Успенский. В.С, Федоров, Л.A. Шрейнер и др. Трудами проф. Д.А. Шрейнера были заложены основы школы, которая ныне объединяет его учеников и продолжает углубленное исследование проблемы. Развитию механики горных по­род способствовали труды. Н.Н. Павловой, М.Р, Мавлютова, А.И. Спивака, Б.В. Байдюка, В.В. Симонова, Остроушко, Н.И. Люби­мова, B.C. Владиславлева, P.M. Эйгелеса, Б.И. Воздвиженского, Л.И. Барона и др.

Изучение физических свойств горных пород необходимо для ус­тановления оптимальных режимов эксплуатации производственных механизмов, для выбора режущих и истирающих материалов, а так же типов буровых установок.