Буримость горных пород

Буримость горных пород – это свойство оказывать сопротивление при внедрении в них породоразрушающего инструмента. В практике буримость оценивается по механической скорости бурения. Буримость пород – комплексный показатель, зависящий от структуры и текстуры, прочности, трещиноватости, абразивности, пластичности и многих других свойств породы. Буримость породы определяется также типом, конструкцией породоразрушающего инструмента и режимами бурения. Поэтому в одних и тех же породах, используя различные породоразрушающие инструменты и режимы бурения, показатели процесса (механическая скорость бурения, углубка в рейсе и др.) будут существенно различаться.

Установить физическую сущность буримости можно по коэффициенту буримости К_б, используя известный метод теории размерности. Для пары «породоразрушающий инструмент – горная порода» существует зависимость:

(39)

где V_м – механическая скорость бурения, L/T; Р – осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, Н; S – площадь контакта породоразрушающего инструмента с площадью забоя L₂; V₀ – окружная скорость вращения (L – мера длины, Т – время, Н – сила).

Формула (39) справедлива для случаев, когда продукты разрушения эффективно удаляются с забоя и рабочие элементы породоразрушаюшего инструмента охлаждаются.

Подстановка размерности величин, входящих в формулу (39), дает:

(40)

Преобразуя формулу (40), имеем:

где К_б – коэффициент буримости.

Данное выражение есть не что иное, как отношение объема разрушенной породы к работе, затрачиваемой на ее разрушение.

Для геологоразведочного бурения действующая классификация горных пород по буримости предусматривает их разделение на двенадцать категорий (табл. 10).

Указанные в классификации примерные механические скорости бурения приведены для условий оптимального применения технических средств и технологии бурения.

По методу, разработанному в ЦНИГРИ, категория горных пород определяется по объединенному показателю ρ_м, который рассчитывается для вращательного механического бурения по формуле:

(41)

Определить показатель ρ_м по значениям F_g и К_а6р можно по специальной номограмме (рис. 8).

Для ударно-вращательного бурения:

(42)

Показатель трещиноватости может существенно изменить категорию горных пород по буримости. Обобщенный показатель ρ_м в практике используется для качественного разделения горных пород по буримости, что связано с определенной субъективностью лабораторного определения динамической прочности и коэффициента абразивности.

Классификация горных пород по буримости составлена не только с позиций механических скоростей бурения, но и с учетом абразивных свойств, которые непосредственно определяют износ породоразрушающих инструментов

Таблица 10

Классификация горных пород по буримости для вращательного механического бурения

Категория породы по буримости	Горные породы	Примерная твердость Рш по Л.А. Шрейнеру, МПа	Примерная скорость бурения, м/ч
I	Торф, мягкий лес, слабый мел, песок и супеси без гальки и шебня		23,0-30,0
II	Торф, растительный слой Песок плотный, глина средней плотности, суглинок плотный. Слабый мергель, мел, плывун без напора	100-250	11,0-12,0
III	Слабоцементированные песчаник, мергель, известняк-ракушечник	250-500	5,7-6,0
IV	Сланцы глинистые, песчано-глинистые, углистые, серицитовые, слабые песчаники; плотные мергели, неплотные известняки и доломиты, сильно выветрелые дуниты, перидотиты, змеевики	500-1000	3,36
V	Сланцы хлоритовые, тальково-хлоритовые. серицитовые, слюдяные, филлиты; аргиллиты, известняки, мрамор, мергелистые доломиты, дуниты, затронутые выветриванием	1000-1500	2,25
VI-VII	Сланцы глинистые, кварцево-хлоритовые кварцево-серицитовые; полевошпатовые песчаники, руда гематитомартитовая, конгломераты осадочных пород на известковом цементе, апатиты, сидериты	1500-3000	1,1-1,50
VIII	Песчаники кварцевые, сланцы окремненные, кварцево-гранитовые крупнокристаллические скарны, граниты крупнозернистые	3000-4000	1,04
IX	Сиениты, крупнозернистые граниты, сильно окремненные известняки, конгломераты изверженных пород, базальты	4000-5000	0,84
X	Гранитовые скарны, граниты, гранодиориты, липариты, окремнелые скарны, жильный кварц, валунно-галечные отложения изверженных пород	5000-6000	0,50
XI	Кварциты, джеспилиты, крепкие железистые роговики	6000-7000	0,36
XII	Монолитно-сливные кварциты, джеспи­иты, роговики, корундовые породы	> 7000	0,10-0,20

В табл. 11 приведено примерное разделение горных пород по абразивным свойствам и категориям по буримости.

Рис. 8. Номограмма для определения объединенного показателя р_м при установлении категории буримости

Определение категории горных пород по буримости производят на приборе ВИТР-ОТ (О – определитель, Т – твердость).

Прибор основан на принципе резания испытываемого керна абразивным кругом. При определенных параметрах абразивного круга и режимов его внедрения в породу стрелочным индикатором определяется глубина резания. На керне можно сделать несколько пропилов и тем самым опробовать разновидности неоднородной породы.

Буримость определяется глубиной пропила абразивного крута в керне (образце породы).

Буримость можно определить по фактическим хронометражным наблюдениям за скоростью бурения. Этот метод требует получения представительных данных, использования оптимальных для данных горно-геологических условий породоразрушающих инструментов и режимов бурения. Рекомендуется выполнять не менее пяти рейсов по данной горной породе с определенными режимными параметрами. Если в течение наблюдаемого рейса объем бурения по одной горной породе составляет 75 %, то принято относить все показатели бурения к этой горной породе.

Дата добавления: 2014-01-07