Основы теории разрушения горных пород при механических способах бурения. Виды разрушения горных пород.

БУРЕНИЕ РАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН НА ТВЕРДЫЕ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ

Буровые скважины. Классификация.

 

 

Способы бурения скважин. Классификация.

 

 

Физико-механические и технологические свойства горных пород. Классификация горных пород по буримости.

Классификация горных пород по буримости

I категория

Рыхлые: пески, лесс, супеси без щебня и гальки; растительный слой без корней; торф; иловатые грунты; слабый мел.

II категория

Охристая железная руда; растительный слой с корнями или вкраплениями мелкого (до 3 см) щебня и гальки; продукты выветривания метаморфизованных горных пород; суглинки и супеси с примесью мелкого щебня и гальки (до 20%); галит (каменная соль); сажи; диатомит; мел; плывун без напора; рыхлый мергель; лесс; плотный суглинок.

III категория

Супеси и суглинки с незначительной (порядка 20%) примесью мелкого (до 3 см) щебня или гальки; глинистые бокситы; плотный лесс; окисленная железная и марганцевая руда; напористый плывун; дресва; разрушенные тальковые сланцы всех разновидностей; бурый и каменный уголь; глины с прослойками мергелей и песчаников; тонкокристаллический гипс; магнезит; плотный мел; слабоцементированные известковым или глинистым цементом песчаники.

IV категория

Галечник; бокситы; мягкая и вязкая железная руда; торф, ил и мёрзлые водоносные пески; сильно выветренные мартитовые руды; плотный мергель; глинистые песчаники; плотные глинистые алевролиты; кимберлиты; выветренные перидотиты, дуниты; кристаллический апатит; неплотные скарны ам-фибол-слюдистого и хлоритового состава; глинистые сланцы; змеевики; каменный уголь; калийные соли; ангидрит; кристаллический гипс; пористые туфы и известняки.

V категория

Связанный песчано-глинистым материалом мёрзлый галечник; галечно-щебнистые грунты; мартитовые руды; дуниты; серпентинизированные вулканические туфы; змеевики; плотные аргиллитоподобные глины; алевролиты; плотный ил; крупнозернистый песок; дресва; слюдяные и глинисто-слюдяные сланцы; желваковые фосфориты; выветренные пористые опоки; антрацит; твёрдый каменный уголь; осадочные породы на пористом цементе.

VI категория

Плотные ангидриты с вкраплениями туфогенных материалов; сидериты; гематито-мартитовые руды; бурые ноздреватые железняки; осадочные породы на цементе известковистом; плотные и мёрзлые глины; сыпучий колчедан; эпидото-кальцитовые скарны; апатиты; крупнокристаллические пирокоениты; амфиболиты; подвергнувшиеся выветриванию перидотиты; дуниты; слабо окремнелые аргиллиты; порфириты; кератофиры; рассланцованные и хлоритизированныеальбитофиры; опоки; плотные доломиты; глинистые сланцы; долмитизированные плотные известняки; алевролиты с вкраплениями кварца; полевошпатовые песчаники.

VII категория

Конгломераты изверженных пород с высоким содержанием гальки (до 50%); мелкий щебень (без валунов), галечник метаморфических и изверженных пород; окремненные аргиллиты; амфибол-магнетитовая руда; гематитовые и мартито-сидеритовые руды; сульфидные руды; хромиты; пористые бурые железняки; полевошпатовые окварцованные известняки; плотные доломиты; кварцевые песчаники; осадочные породы на цементе кремнистого типа; пироксениты (как рудные, так и обычные);габбро, диориты, сиениты и другие породы, образовавшиеся в результате извержений; креатофиры; альбофитырассланцованные; кварцевые песчаники; крепкие плотные опоки; слабо окремненные сланцы; фосфоритовая плита; пористые кварцы (охристые; ноздреватые; трещиноватые).

VIII категория

Диаспоровые бокситы; плотный колчедан; плотные гидро-гематитовые плотные руды; магнетитовые руды; пористые бурые железняки; кварцево-баритовые и кварцево-карбонатные породы; эпидозиты; авгито-эпидотовые и авгито-гранатовые скарны (кристаллические средней зернистости); пегматиты, гранито-гнейсы и кварцево-турмалиновые породы, затронутые выветриванием; габбро; подвергнувшиеся выветриванию гранито-гнейсы; перидотиты; не затронутые выветриванием диориты; андезиты; диабазы; выветренные базальты; кератофиры и среднезернистые альбитофиры; гнейсы; слюдяные, кварцево-хлорито-эпидотовые и кварцево-серицитовые окремненные сланцы; плотные пластовые фосфориты; доломиты и окремненные известняки; окварцованные доломиты; породы на известковистом цементе, образовавшиеся в результате извержений; кремнистые аргиллиты.

IX категория

Плотные бариты; кварцы, содержащие большое количество колчедана; плотные бурые железняки; не затронутые выветриванием кварцево-турмалиновые породы; окварцованные колчедан и амфиболит; гранатовые крупнозернистые скарны; березиты; пегматиты; габбро-нориты; сиениты; средне- и крупнозернистые граниты, гранодиориты и гранито-гнейсы; подвергнувшиеся выветриванию микрограниты и липариты; окремненные туфы; тонкокристаллические диабазы; окварцованные порфиры; трахиты; кератофиры и альбитофиры; серицитизированные и амфибол-магнетитовые роговики; плотные мартито-магнетитовые кварцы; тонкополоcчатые и гематитовые кварцы; кремнистые сланцы; окремненные пластовые фосфориты; кремнистые доломиты и песчаники; карстовые и кремнистые известняки; изверженные породы на цементе кремнистого типа; не затронутые выветриванием базальты.

X категория

Сильно окварцованные порфириты; жильный кварц; бурые окремненные железняки; мартитовая и магнетитовая руда; гранатовые мелкозернистые скарны; кварцевые плотные пегматиты; микрограниты; гранодиориты и гранито-гнейсы; мелкозернистые граниты; липариты; кератофиры и кварцевые альбитофиры; роговики с небольшими вкраплениями сульфидов; кварциты неравномерно зернистые; фосфатно-кремнистые породы, затронутые выветриванием; джеспилиты; кварцевые сливные песчаники; валунно-галечные отложения метаморфизованных пород, возникших в результате извержений.

XI категория

Гематито-магнетитовые и гематито-мартитовые джеспилиты; корундовые породы; плотный кварц; железистые твёрдые роговики; кварциты; кремнистые яшмовидные сланцы; не затронутые выветриванием джеспилиты; тонкозернистые альбитофиры.

XII категория

Монолитно-сливные джеспилиты, совершенно не затронутые выветриванием; корундовые и эгириновые породы; кварциты; роговики; яшмы; кремень.

Чтобы буровое оборудование эксплуатировалось правильно и не подвергалось дополнительному износу, категория буримости горной породы должна быть определена безошибочно.

 

Основы теории разрушения горных пород при механических способах бурения. Виды разрушения горных пород.

Бурение с помощью породоразрушающих инструментов приводит к трем видам разрушения породы на забое: усталостное, поверхностное и объемное.

Объемное разрушение имеет место, если в месте контакта резца породоразрушающего инструмента и породы возникает поверхностное напряжение большой силы. Если эта сила превосходит твердость породы, то она разрушается.

Поверхностное разрушение наблюдается в том случае, если сила напряжения меньше, чем твердость породы. В таком случае разрушение получается только за счет незначительной силы трения резцов инструмента с поверхностью. Следует заранее отметить, что этот вид разрушения невыгоден и неэффективен.

Усталостное разрушение занимает промежуточную позицию между поверхностным и объемным разрушением.

Разрушение горной породы редставляет собой отделение от массива ее кусков и дробление их до кондиционной крупности. В настоящее время это основной процес технологии добычи твердых полезных ископаемых.

 

Различают следующие виды разрушения горных пород: механическое, взрывное, гидравлическое, термическое, электрическое, комбинированое и др.

 

Механическое разрушение – это отделение горных пород от массива или их измельчение путем воздействия породоразрушаещего инструмента (резца, коронки, фрезы, ударника и др.). При этом протекают физические процессы чисто механического разрушения породы рабочим органом: резание, разделывания, скалывание, дробление, сжатие и др. Механический способ разрушения пород широко используют для непосредственной добычи угля, бурения шпуров и скважин.

 

Взрывное разрушение представляет собой отделение горных пород от массива и перемещение их под действием энергии взрывчатых веществ, размещенных в массиве (в шпурах, скважинах). Взрывной способ разрушения горных пород применяют в породах различной крепости, но наиболее экономичен он в крепких породах, когда другие способы разрушения неэффективны или вовсе применять нельзя.

 

Гидравлическое разрушение связано с отделением горных пород от массива путем воздействия на него струи воды под високим давлением (>10 мПа). Этой же водой осуществляется и транспортировка горной массы. Гидравлический способ разрушения горных пород применяется при добыче угля и слабых пород.

Термическое разрушение происходит под действием физических полей за счет физико-химических процессов, протекающих под действием высокой температуры без использования породоразрушающих инструментов.

Электрическое разрушение основано на воздействии на горную породу электрической энергии в виде электрического разряда, электромагнитного поля и др.

Комбинированное разрушение основано на использовании комбинации двух видов разрушения (буровзрывное, механогидравлическое и др.).

Взрыв– это процесс быстрого физико-химического превращения вещества, при котором выделяется тепло и большое количество сжатых газов, способных

производить механическую работу по разрушению и перемещению разрушаемых объектов в окружающей среде.

Взрывание представляет собой процесс инициирования зарядов в заданной последовательности способами, обеспечивающими безопасность и эффективность работ.

Зарядсостоит из определенного количества взрывчатых веществ (ВВ), подготовленное к взрыву, с введенным в них инициатором взрывания. Величина (масса) заряда указывается в килограммах или тоннах.