Способы разрушения горных пород
1. Разрушение горных пород
2. Понятие о взрыве и взрывчатых веществах
Литература: 1, 2, 3
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.
Комбинированое 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.
Средство инициирования взрыва (СИ) – это небольшой заряд, инициирующий взрыв промышленных ВВ.
По своей природе взрывы делятся на:
При физическом взрывепроисходит только физическое преобразование вещества (беспламенное взрывание с помощью жидкой углекислоты и сжатого воздуха, взрывы паровых котлов, баллонов со сжиженным газом, электрические разряды и т. п.).
В случае химического взрыва идет чрезвычайно быстрая химическая реакция окисления водорода и углерода с выделением 3,2*10 3 -5,6*10 3 кДж/кг тепла и газов (взрыв метана, угольной или другой органической пыли).
В процессе ядерного взрыва происходит цепная реакция деления и синтеза ядер с образованием новых элементов. В настоящее время реализуется два способа выделения атомной энергии при взрыве. Это превращение тяжелых ядер в более легкие (радиоактивный распад и деление атомных ядер урана и плутония) и образование из легких ядер болеет тяжелых (синтез атомных ядер). Например, при термоядерном взрыве из тяжелого водорода образуется гелий.
Источник
Способы разрушения пород при бурении
Разрушение горных пород при бурении происходит за счет воздействия на горную породу забоя скважины физических, электрических, электрофизических, тепловых, акустических, кавитационных, плазменных, лазерных полей и др.
Передача энергии на породу забоя может осуществляться через породоразрушающий инструмент или напрямую, формируя при этом ствол скважины. Преобладающим в настоящее время при бурении является механический метод воздействия на породу забоя скважины породоразрушающими инструментами в виде коронок, буровых долот бурильных головок.
Механический метод разрушения породоразрушающими инструментами имеет мною разновидностей в зависимости от условий бурения и поставленных целей при сооружении скважины. В мягких и рыхлых горных породах производительность вращательного и ударно-вращательного бурения в значительной степени определяется интенсивностью удаления продуктов разрушения горной породы.
В случае необходимости получения качественного керна используют буровые снаряды с комбинированной (прямой и обратной) промывкой. Обратную промывку при вращательном бурении используют при сооружении высокодебитных скважин на воду. При бурении в поглощающих разрезах применяют бурильные колонны, составленные из двойных труб, в которых подача раствора газожидкостной смеси (ГЖС) осуществляется по межтрубному зазору.
При ударном бурении разрушение породы осуществляют нанесением ударов забойного породоразрушающего инструмента.
Вращательный способ разрушения – путем «резания» породы породоразрушающим инструментом при одновременном воздействии на нее осевого усилия.
Ударно-вращательное разрушение пород предусматривает наложение на вращательный способ ударных импульсов, передаваемых на породоразрушающий инструмент с поверхности или с помощью забойных машин (гидро- и пневмоударников).
Гидромеханическое бурение, основанное на разрушении горных пород высоконапорными водяными струями, применяют исключительно в мягких и рыхлых породах. Использование гидромониторных насадок, обеспечивающих скорость истечения жидкости в пределах 80-120 м/с, применяется при вращательном бурении долотами лопастного и шарошечного типа.
Вибрационное разрушение горных пород, осуществляющееся за счет периодических вертикальных перемещений породоразрушающего инструмента, используют в мягких и рыхлых горных породах.
При термическом (огневом) способе разрушение породы происходит за счет высокотемпературного теплового воздействия. Сгорание керосина с кислородом создает на забое температуру 2300°С, в результате чего происходит отслаивание чешуек и растрескивание массива породы. Огневое бурение применяют при бурении взрывных скважин на карьерах; производительность бурения в крепких породах при этом способе достигает 30 м/смену и выше.
В мягких и рыхлых породах используют также метод статического вдавливания породоразрушающего инструмента (индентора), при котором порода спрессовывается и выдавливается из-под индентора в сторону. Данный метод используют при инженерно-геологических исследованиях.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ МЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН
Механическое разрушение горных пород при бурении скважин осуществляется специальными породоразрушающими инструментами. Объем разрушенной горной породы в единицу времени V непосредственно связан с мощностью N, подводимой к забою скважины:
(VII. 1)
где Av — энергоемкость разрушения горной породы. Применительно к скважине можно записать, что
(VII. 2)
где v — скорость проходки скважины; F — площадь забоя.
Приравняв правые части уравнений (VII. 1) и (VII.2) и сделав преобразования, получим
(VII.3)
Обозначим N/F= No и назовем удельной забойной мощностью. Тогда окончательно получим, что
(VII.4)
т. е. скорость проходки прямо пропорциональна удельной забойной мощности и обратно пропорциональна энергоемкости разрушения горной породы.
Мощность N ограничена прочностью бурильного инструмента. Наиболее эффективно подведенная к забою мощность будет реализована таким породоразрушающим инструментом и при таком режиме его работы, которые обеспечат минимальную величину Av.
Непосредственно порода разрушается вооружением породораз-рушающих инструментов, которое выполнено либо в виде резцов, либо в виде инденторов. При рассмотрении разрушения горных пород динамическим вдавливанием штампа было показано, что Av тем меньше, чем больше номер достигнутого скачка разрушения породы.
Этот принцип справедлив и для других видов разрушения. Но чем больше номер скачка, который мы стремимся получить, тем выше удельные нагрузки на элементы вооружения, т. е. достижимый скачок разрушения породы объективно ограничен прочностью и износостойкостью породоразрушающего инструмента. Обозначим NB удельную мощность, которая может быть реализована вооружением. Тогда из условия N-const найдем Долю площади забоя, на которой в данный момент эффективно реализуется подведенная мощность:
где Fк — площадь контакта вооружения с забоем. Величина ξ много меньше единицы. Из изложенного выше вытекает первый основной принцип механического разрушения горной породы на забое — дискретность разрушения с целью получения минимально возможной энергоемкости процесса.
Нежелательно, чтобы в процессе бурения резко изменялась величина ξ, так как снижение удельной мощности, реализуемой вооружением, ведет к уменьшению скорости разрушения породы, а повышение — к возможным поломкам или резкому уменьшению долговечности вооружения. Следовательно, в процессе бурения Необходимо стремиться, чтобы NB=const. Это условие при механическом разрушении горных пород можно выполнить лишь при равномерном углублении скважины в результате последовательного разрушения всей площади забоя. Отсюда вытекает второй основной принцип — последовательное разрушение забоя с целью равномерного углубления скважины и обеспечения максимальной производительности породоразрушающего инструмента.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ДОЛОТ
Породоразрушающие инструменты по основным функциям делятся на три большие группы:
1) для бурения сплошным забоем — долота;
2) для бурения кольцевым забоем с образованием образцов-породы (кернов) — бурильные головки и коронки;
3) вспомогательный инструмент-пикообразные долота, фрезеры калибраторы, расширители и др.
Первую и вторую группы инструментов по характеру воздействия вооружения на горную породу делят на четыре подгруппы:
режуще-скалывающего (PC), истирающе-режущего (ИР), дробяще-скалывающего и дробящего действия.
Породоразрушающие инструменты типов PC и ИР характеризуются выполнением вооружения в виде резцов или секторов оснащенных износостойкими материалами, длительным контактом вооружения с горной породой и деформированием ее по схеме резания, скалывания или истирания.
Породоразрушающие инструменты дробяще-скалывающего действия характеризуются размещением вооружения в виде инденторов на вращающихся деталях — шарошках, кратковременным периодическим динамическим воздействием каждого индентора на горную породу по схеме вдавливания со сдвигом.
Инструменты первой, второй и третьей подгрупп широко применяются при бурении скважин на нефть и газ при вращательном способе бурения. Инструменты четвертой подгруппы предназначены для ударного бурения, которое в настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин практически не применяют.
Возможность применения той или иной подгруппы инструментов обусловлена механическими свойствами пород и прежде всего их твердостью. Кроме этого, в пределах каждой подгруппы инструменты имеют особенности в зависимости от того, для пород какой твердости они предназначены. Это нашло отражение в классификации инструментов по типам.
Категория твердости пород
 |
Из приведенных данных видно, что породоразрушающие инструменты, в частности долота типа М (для мягких пород), выполняются всех трех подгрупп, типа С (для средних пород) и типа Т (для твердых пород) — второй и третьей подгрупп, а типов К (для крепких пород) и типа ОК (для очень крепких пород) —только третьей подгруппы. Следует подчеркнуть, что шарошечными долотами (третьей подгруппы) осуществляется около 90% объема бурения на нефть и газ; кроме того, долота типов К и ОК по характеру воздействия на породу близки к долотам дробящего действия.
ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА И ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОЛОТ
Режим работы долот для вращательного бурения скважин принято характеризовать следующими параметрами: осевой нагрузкой на долото, кН; частотой вращения долота, об/мин; количеством промывочной жидкости или воздуха, подаваемых в скважину в единицу времени для выноса разрушенной породы (шлама) и охлаждения долота, л/с.
При нагружении долота осевой нагрузкой G создается необходимое для разрушения горной породы напряженное состояние и осуществляется отбор энергии от вращающегося инструмента для обеспечения последовательного разрушения породы по всему забою.
По частоте вращения долота различают три режима работы: низкооборотный (роторное бурение) — nд
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Способы разрушения горных пород
Донецкий горный техникум им Абакумова
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
По дисциплине
“Разрушение горных пород”
Автор-составитель: Русаков О.Н..
| ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………. 1. Способы разрушения горных пород …………………………………… 2. Механическое бурение скважин и шпуров ……………………………… 3. Взрыв, характеристики взрывчатых веществ ………………………….. 4. Классификация промышленных взрывчатых веществ ………………… 5. Теория и практика разрушения горных пород взрывом ……………… 6. Параметры буро-взрывных работ ………………………………………. 7. Паспорт буро-взрывных работ. Опытное взрывание ………………….. 8. Средства инициирования зарядов взрывчатых веществ ………………. 9. Методы шпуровых, скважинных, котловых, камерных и накладных зарядов. Контурное взрывание ………………………………………………… 10. Организация взрывных работ в шахте ………………………………….. 11. Проветривание выработок после взрывных работ. Ликвидация отказов 12. Опасные взрывные работы во встречных и параллельных выработках, у склада взрывчатых материалов и в стволе ……………………………………… 13. Взрывные работы в шахтах, опасных по газу и пыли. Водораспылительные завесы …………………………………………………… 14. Сотрясательное взрывание на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа …………………………………………………. 15. Хранение и транспортировка взрывчатых материалов ……………….. 16. Участок буро-взрывных работ: персонал и документация …………… ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………….. Литература ……………………………………………………………………….. Контрольные вопросы по курсу ………………………………………………… |
Введение
В Украине имеются большие запасы угля. Уголь – один из видов энергетического сырья. Это настоящий хлеб промышленности. Возрастает значение угля для химической промышленности (получение серы, пластмасс, красителей, удобрений и др.).
Развитие техники, совершенствование технологии и организации горных работ приводят к коренным изменениям в горной промышленности.
Большие нагрузки на очистные забои требуют повышения скоростей проведения горных выработок до 400 – 500 м/мес. Прохождение горных выработок ведется с помощью комбайнов или буровзрывным способом.
Буровзрывные работы находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности. Являясь основным средством отделения от массива и дробления горных пород при добыче полезного ископаемого, буровзрывные работы успешно применяются при строительстве плотин и вышек различного назначения, разведке полезных ископаемых, исследованиях строения земной коры, проходке нефтяных и газовых скважин, в машиностроении (для сварки металлов, упрочнения и штамповки деталей).
В общем технологическом комплексе производственных процессов горного предприятия буровзрывные работы предопределяют производительность добычи угля и в конечном итоге его себестоимость.
Способы разрушения горных пород
1. Разрушение горных пород
2. Понятие о взрыве и взрывчатых веществах
Литература: 1, 2, 3
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.
Комбинированое 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.
Средство инициирования взрыва (СИ) – это небольшой заряд, инициирующий взрыв промышленных ВВ.
По своей природе взрывы делятся на:
При физическом взрывепроисходит только физическое преобразование вещества (беспламенное взрывание с помощью жидкой углекислоты и сжатого воздуха, взрывы паровых котлов, баллонов со сжиженным газом, электрические разряды и т. п.).
В случае химического взрыва идет чрезвычайно быстрая химическая реакция окисления водорода и углерода с выделением 3,2*10 3 -5,6*10 3 кДж/кг тепла и газов (взрыв метана, угольной или другой органической пыли).
В процессе ядерного взрыва происходит цепная реакция деления и синтеза ядер с образованием новых элементов. В настоящее время реализуется два способа выделения атомной энергии при взрыве. Это превращение тяжелых ядер в более легкие (радиоактивный распад и деление атомных ядер урана и плутония) и образование из легких ядер болеет тяжелых (синтез атомных ядер). Например, при термоядерном взрыве из тяжелого водорода образуется гелий.
Источник
