Гостиница Буковина
1. ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ДИСЦИПЛИНЫ “МЕХАНИКА ГОРНЫХ ПОРОД”
Любая область современной техники и технологии должна иметь соответствующие научно-теоретические основы. Горная наука являются теоретическими основами горного дела. Согласно определению академика М.В (читать далее...)стр. 0 1 2 3
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ЗЕМЛИ И ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНЫХ ПОРОДАХ
На сегодня горные работы проводят на глубинах до 1000-1500 г. В Европе есть некоторые прииски, глубина которых достигает близко 2000 м, у ПАР и Индии на отдельных рудниках разработку ведут на глубинах свыше 3000 – 3500 г. (читать далее...)стр. 4 5 6 7
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВА МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД КАК ФИЗИЧЕСКОГО СРЕДЫ
Общая систематика горных пород
В зависимости от геологических процессов, в результате которых образовались горные породы, их разделяют на три генетические группы: ─ магматические или изверженные; ─ осадку; (читать далее...)стр. 8 9 10 11
ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Свойства пород зависят в первую очередь от них состава. Раньше отмечалось, что горные породы составляются из минералов. Известно близко 3000 разных минералов. Однако в состав горных пород входит кое-что больше двадцати так называемых породообразующих минералов, которые в земной коре есть наиболее распространенными. (читать далее...)стр. 12 13 14 15 16 17
НЕОДНОРОДНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
Тела, которые имеют одинаковые показатели свойств во всех направлениях называют изотропными. Анизотропными называют тела, в которых показатели свойств одинаковые в параллельных и неодинаковые в непараллельных направлениях. (читать далее...)стр. 18 19 20
КЛАССИФИКАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД
Число физических свойств горных пород, которые проявляются во взаимодействии с другими объектами и явлениями материального мира, может быть как угодно большим. Однако, для практики горного дела важными есть лишь те свойства, которые непосредственно связаны с процессами современной горной технологии. (читать далее...)стр. 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ РАЗРУШЕНИЯ КРОХКИХ ТЕЛ
В основу определения затраты энергии на измельчение (диспергування) твердых тел положены энергетические разрушения Риттингера и Кирпичова. По закону Риттингера ( 1867 г.) “работа, израсходованная при измельчении, пропорциональная сызнова полученной (обнаженной) поверхности измельченного материала или степени измельчения”. (читать далее...)стр. 35 36 37 38
НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД В УСЛОВИЯХ ЕСТЕСТВЕННОГО ЗАЛЕГАНИЯ
Напряженное состояние горных пород в земной коре обусловленный давкой расположенных выше пород и тектоническими процессами. Рассмотрим случай, когда напряженное состояние массива пород обусловленный лишь гравитационными силами, то есть действием веса пород, расположенных над рассматриваемой точкой массива. (читать далее...)стр. 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЕ ПОРОД В УСЛОВИЯХ НЕРАВНОМЕРНОГО ВСЕСТОРОННЕГО СЖАТИЯ
С точки зрения стойкости а также разрушение горных пород, с которых составляются стенки горных выработок, наиболее интересным есть случай неравномерное всестороннего сжатия, которое имеет место, когда хотя бы одно из главных напряжений не равняется двум другим. (читать далее...)стр. 49 50
НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД КРУГОМ БУРОВОЙ БУРОВЫЕ СКВАЖИНЫ
МЕХАНИЗМ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОЙ ДАВКИ. УПРУГОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ
Раскрытие массива горных пород буровой скважиной существенно меняет их напряженное состояние, поскольку давка в буровой скважине, как правило, меньший за боковую давку пород. Стенки буровые скважины продолжительное время остаются незакрепленными и воспринимают как сменные нагрузки, так и физико-химической действие промывной жидкости, которая находится в буровой скважине. (читать далее...)стр. 51 52 53 54 55 56 57
ТЕРМИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ
В общем случае температура промывочной жидкости, которая заполняет буровую скважину, отличается от температуры горных пород, раскрытых горной выработкой. Охлаждение или нагревание стенок буровые скважины вызывают возникновению термических напряжений в горных породах . (читать далее...)стр. 58
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ ДАВКИ
Гидродинамические колебания давки в буровой скважине также является причиной изменения напряженного состояния горных пород в приствольной зоне. Давка в буровой скважине становится большим за гидростатический при работе буровых насосов во время бурения за счет гидравлического сопротивления двигательные жидкости и при выполнении спуска бурового инструмента в буровую скважину за счет поджимания жидкости. (читать далее...)стр. 59 60
УСЛОВИЯ СТОЙКОСТИ СТЕНОК БУРОВЫЕ СКВАЖИНЫ
Потеря стойкости и разрушение горных пород, с которых составленные стенки буровые скважины, является нежелательным осложнением при бурении. Это может произойти в случае, когда напряжение в породе достигнут предельного состояния. (читать далее...)стр. 61 62 63
ГИДРОРАЗРЫВ ПЛАСТА
При существенном увеличении давки в буровой скважине может произойти гидравлический разрыв пласта или раскрытия существующих прежде трещин, которые вызовет поглощение пластом промывной жидкости. (читать далее...)стр. 64 65 66
ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ НА ДЕФОРМИРОВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД, ЧТО СОСТАВЛЯЮТ СТЕНКИ БУРОВЫЕ СКВАЖИНЫ
Горные породы в условиях естественного залегания, а также при раскрытии их буровой скважиной взаимодействуют главным образом с редкой средой. Механизм действия редкого среды на твердые тела изучался академиком Ребиндером П.А (читать далее...)стр. 67 68 69 70
ПРОЯВЛЕНИЕ В’ЯЗКИСНИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД
Вязкостные (реологические) свойства горных пород проявляются на больших глубинах. Особенно ощутимо их проявление в глинистых, сернокислых породах. В общем случае деформация и скорость деформирования пород зависят от величины напряжений и скорости их изменения, времени действия напряжений, свойств жидкости, которая заполняет буровую скважину, температуры и т.п (читать далее...)стр. 71 72
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ СЖАТИИ
ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВООРУЖЕНИЯ ДОЛОТА С ГОРНОЙ ПОРОДОЙ
По принципу взаимодействия с горной породой все механические породоразрушающие инструменты для бурения буровых скважин можно разделить на три класса: режуще - скалывающие, дробящие и дробяще - скалывающие. (читать далее...)стр. 73 74
ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ РАЗРУШЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД
Разрушение твердых тел, в том числе и горных пород, происходит или в результате отрыва ( от нормальных растягивая напряжений), или скалывание, сдвига, среза ( от касательных напряжений). При растяжения порода разрушается преимущественно на отрыв, при сжатии – на скалывание. (читать далее...)стр. 75 76 77 78 79 80
НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ВЖАТИИ
Рассмотренные выше схемы взаимодействия элементов вооружения долот с породой показали, что разрушение породы происходит последовательным деформированием отдельных участков поверхности забоя при одновременному действию нормальных и касательных нагрузок. (читать далее...)стр. 81 82 83
CЖАТИЕ ПЛОСКОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ИНДЕНТОРА
Плоский цилиндрический штамп втискивается в упругий на полупространство силой Р, что действует по оси Z (рис. 20). Задача осесиметричная, поэтому ее решение дается в цилиндрических (задача Чаплигина-Садовского). (читать далее...)стр. 84 85 86
ВЖАТИЕ СФЕРИЧЕСКОГО ИНДЕНТОРА
Деформирование пород при вжатии жесткого сферического индентора и плоского цилиндрического штампа во многом похожие, хотя есть и существенные отличия. При отсутствия нагрузки сфера контактирует с поверхностью твердого тела в точке. (читать далее...)стр. 87 88
ВЖАТИЕ ИНДЕНТОРИВ ДРУГОЙ ФОРМЫ
Фрезерованные зубцы шарошковых долот имеют практически плоскую прямоугольную поверхность контакта. Из-за сложности решения задачи о распределении давки под прямоугольным штампом, получено решение для неконченой длинной полосы. (читать далее...)стр. 89 90
ВЛИЯНИЕ КАСАТЕЛЬНОГО НАГРУЗКИ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНОЙ ПОРОДЕ
Из схем взаимодействия элементов вооружения с горной породой (см. раздел 8.1) видно, одновременно с нормальной нагрузкой действует и значительная касательная нагрузка. Рассмотрим, как влияет касательную нагрузку на распределение напряжений в полупространстве под элементом вооружения долота, которые имеют прямоугольную плоскую рабочую поверхность. (читать далее...)стр. 91 92
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ СТАТИЧЕСКОГО ВЖАТИЯ ШТАМПА
Впервые метод вжатия для оценки сопротивления горных пород разрушению при бурении предложил Є.Ф. Епштейн. По этой методике в образец породы втискивался резец формой двустороннего клина с углом при вершине 60(. (читать далее...)стр. 93 94 95 96 97
КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
По результатам экспериментального исследования свойств горных пород при вжатии штампа в значительное количество образцов горных пород было создано несколько классификационных шкал за отдельными механическими показателями. (читать далее...)стр. 98 99
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ ВЖАТИИ
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И СХЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
При бурении буровых скважин имеют место исключительно динамические процессы. Если для описания статических процессов достаточная система уравнений равновесия сил и моментов, то для динамических процессов дополнительно нужно иметь уравнения баланса энергии. (читать далее...)стр. 100 101 102
ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПОРОД УДАРНИКОМ, ЧТО ВИЛЬНА ПАДАЕТ
Величина кинетической энергии удара для ударника, который свободно падает, равняется его потенциальной энергии в крайнем верхнем положении , (110) где U – потенциальная энергия ударника; (читать далее...)стр. 103 104
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ ВЖАТИИ
Как показали результаты экспериментальных исследований отличие механизма разрушения породы при динамическом вжатии от механизма статического вжатия есть непринципиальной. Поэтому рассмотрим лишь кинематику развития разрушения породы с увеличением энергии удара. (читать далее...)стр. 105 106 107
АБРАЗИВНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
Основные понятия об изнашивании металлов и абразивность горных пород
Детали буровых машин и механизмов, буровой и породоразрушающий инструмент в процессе работы снашивается, из-за чего меняются их размеры и форма. По достижению предельной величины изнашивания эти детали и инструмент становятся непригодными для дальнейшей работы и нуждаются в ремонте или замене. (читать далее...)стр. 108 109 110 111 112
ФАКТОРЫ, КОТОРЫЕ ВЛИЯЮТ НА АБРАЗИВНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
Абразивность горной породы, как и любой другой показатель механических свойств, отображает ее проявление в конкретных условиях работы. Изменение этих условий может стать причиной такого существенного изменения процесса изнашивания, которые полученные в других условиях показатели не будут ни качественно, ни количественно характеризовать этот процесс. (читать далее...)стр. 113 114 115 116 117 118
МЕТОДЫ И СХЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ ИЗНАШИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ГОРНОЙ ПОРОДОЙ
При изучении абразивного изнашивания нужно использовать модели процессов и определять показатели абразивности как характеристики этих моделей. Однако, современное состояние изученности этот вопрос не позволяет выделить простые модели и изобразить более сложные процессы как комбинации простых моделей. (читать далее...)стр. 119 120
БУРИМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
Буримость горных пород –это их способность разрушаться в выбойных условиях. Буримость определяется совокупностью геологических и технико-технологических факторов и характеризует затраты времени и средств на разрушение пород при бурении буровых скважин. (читать далее...)стр. 121 122 123 124
ОПИСАТЕЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ СОВРЕМЕННЫМИ ДОЛОТАМИ
Из всех возможных образов углубления буровых скважин наиболее распространенным есть механическое разрушение горных пород путем последовательного благоустроенного контактирования инденторов ( то есть элементов вооружения долота) с локальными участками забоя и изъятие разрушенной породы струей бурового раствора. (читать далее...)стр. 125 126 127 128 129 130 131 132