Разрушение твердых тел, в том числе горных пород, происходит в результате отрыва (от нормальных растягивающих напряжений) или скалывания, сдвига, среза (от касательных напряжений). При растяже­нии порода разрушается преимущественно на обрыв, при сжатии - на скалывание. В сложных случаях эти явления сопутствуют друг другу.

Разрушение возникает постепенно, последовательно и начинается с того места, где напряжение достигает предельных значений.

При разрушении на отрыв наблюдаются две зоны поверхности разрыва - зеркальная и шероховатая, которым соответствуют две ста­дии разрыва - медленная и быстрая. При некоторой критической на­грузке (и максимальной прочности) медленная стадия разрыва исчеза­ет и разрыв происходит со скоростью, близкой и скорости звука в ма­териале. Из опыта установлено, что трещины растут и при нагрузках, меньших критических, но не так быстро. Этим и объясняется наличие медленной стадии разрыва. С увеличением трещин скорость разрыва возрастает, и в момент, когда перенапряжение у вершины трещины достигает расчетной (теоретической) прочности, процесс принимает критический характер и переходит в быструю стадию.

Продолжительность разрыва зависит от величины нагрузки, тем­пературы и активности среды.

В первую очередь разрыв наблюдается по поверхностям контакта отельных минеральных зерен, а в мономинеральных породах - по по­верхностям контакта кристаллов.

Последовательность разрушения при скалывании, сдвиге, срезе в принципе такая же, как и при отрыве.

Виды разрушения горных пород при бурении

При бурении на забое отмечаются следующие виды разрушения горных пород: поверхностное, усталостное и объемное.

Поверхностное разрушение имеет место тогда, когда на контакте лезвий породоразрушающего инструмента с породой возникает на­пряжение меньше прочности породы на вдавливание (твердость):

где Р - осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, Н; F - общая площадь контактов рабочих элементов породоразрушающе­го инструмента с породой, мм²; Р_ш - твердость породы при вдавлива­нии пуансона, Н/мм².

В этом случае разрушение породы будет происходить только вследствие трения, т.е. это абразивный износ. Этот вид разрушения неэффективен.

Усталостное разрушение происходит в том случае, если вначале бурения, P/F < Р_ш, но в результате многократного силового воздейст­вия на породу в ней развивается система микротрещин, поэтому твер­дость породы забоя постепенно снижается и периодически возникают условия для объемного (полного) разрушения.

Объемное разрушение возникает тогда, когда на контакте резцов (зубков) породоразрушающего инструмента с породой возникает на­пряжение, превосходящее твердость пород на вдавливание (критиче­ское напряжение). В этом случае

и породоразрушающий инструмент при вращении будет наиболее эф­фективно разрушать породу.

При бурении разрушается и породоразрушающий инструмент (износ и затупление резцов), поэтому F в процессе бурения будет уве­личиваться. При бурении с заточенными резцами вначале наблюдается объемное разрушение, которое вследствие затупления резцов перехо­дит в усталостное и, наконец, в поверхностное. В связи с этим надо стремиться производить бурение при объемном разрушении породы и извлекать из скважины породоразрушающий инструмент для его заме­ны на стадии усталостного разрушения