Процес руйнування гірських порід - студопедія

Мета руйнування гірських порід - підготовка їх до виїмки при розробці корисних копалин або отримання інформації про родовище шляхом відбору проб і геолого-геофізичної документації вибою виробки при його розвідці.

Підготовка до виїмки може здійснюватися механічними, гідравлічними, фізичними (електромагнітним і термічним впливом), хімічними (вилуговування), комбінованими і вибуховим способами. Отримання інформації про родовище досягається шляхом буріння свердловин і відбором проб (керн, шлам); дослідження свердловин геофізичними методами; проведення гірничих виробок з відбором проб та геологічної документації забою.

Вибір способу підготовки до виїмки порід і отримання інформації про родовище залежить перш за все від типу родовища, глибини залягання рудних тіл, властивостей порід, наявності технічних засобів, потужності підприємства, пропонованих вимог до якості сировини, що видобувається, а також від природних умов ведення робіт.

При проведенні підземних виробок для розміщення зарядів ВР в масиві породи, що підлягає отбойке, створюються зарядні камери (в підземних виробках це в основному шпури). Буріння шпурів і свердловин до теперішнього часу є одним з трудомістких і дорогих способів створення штучних порожнин. Процес буріння складається в руйнуванні породи буровим інструментом і її видаленні за межі шпуру (свердловини).

Шпурів називається пробурена в породі циліндрична порожнина глибиною до 5 м і діаметром до 75 мм. Шпури бурят для руйнування негабаритних блоків гірських порід, для вирівнювання підошви уступу, при проходці гірських виробок і на очисних роботах, а також для руйнування різних об'єктів при будівництві споруди і в багатьох інших випадках.

Різноманіття засобів і способів буріння вимагає їх класифікації. За природою руйнують гірську породу напруг всі способи буріння діляться на механічні (внаслідок розвитку в породі механічних напружень) і термічні (внаслідок розвитку в породі температурних напружень). До механічних способів буріння відносяться ударний, обертальний, ударно-обертальний, вращательно-ударний, ультразвукової, вибуховий, електрогідравлічний і гідравлічний. До термічним - вогневої, плазмовий, електротермічний. За видами передачі енергії породі способи буріння діляться на контактні (ударний, обертальний, ударно-обертальний, вращательно-ударний, вибуховий, електротермічний) і безконтактні (термічний, плазмовий, гідравлічний, електрогідравлічний, ультразвукової).

Способи впливу на породу:

- твердим породоразрушающим інструментом (ударне, обертальний, ударно-обертальний, вращательно-ударне буріння);

- газами (вибухове буріння патронованими зарядами);

- рідиною (електрогідравлічне і гідравлічне буріння);

- електричним струмом (електротермічне і Електроімпульсне буріння);

- комбіновані (за допомогою газів і тепла - струминне взривобуреніе, вогневе, полум'яне буріння, за допомогою абразиву і рідини - ультразвукове буріння).

За способом руйнування вибою може бути колонкове буріння з відбором керна і буріння суцільним забоєм.

За способом видалення продуктів руйнування з забою розрізняють періодичну (за допомогою желонок, різних бурів і грунтоносов) і безперервну очищення, здійснювану механічно за допомогою кручених штанг і шнеків при обертальному бурінні і циркулює рідким, аерувати (водоповітряних суміш) або газоподібним агентом при шарошечні і ударному бурінні.

За способом подачі промивного агента до забою можливі пряма очищення, при якій агент рухається всередині бурильних труб або штанг і перфоратора, омиває забій і разом з продуктами руйнування піднімається по затрубному простору на поверхню, і зворотна, коли промивний агент подається по затрубному простору, надходить разом з продуктами руйнування всередину бурового става і піднімається на поверхню. Останній спосіб при бурінні шпурів широко застосовується при отсосе шламу.

По виду використовуваної енергії розрізняють ручне буріння, коли всі операції виконуються вручну, і машинне, коли всі процеси буріння виконуються різними механізмами.

Механічне руйнування - відділення гірських порід від масиву або їх дроблення (подрібнення) шляхом впливу на породу породоразрушающего інструменту: різці, фрези, шарошки, ударника, алмазних і абразивних кіл і коронок, сколювачем і ін. В результаті дії того чи іншого механічного фактора протікають фізичні процеси руйнування породи: стиснення, розчавлювання, дроблення, сколювання, різання і ін.

Гідравлічне руйнування здійснюється впливом на гірську породу струменів води під високим тиском.

Термічне руйнування порід відбувається під дією фізичних полів, що створюються без використання спеціальних породоразрушающих інструментів за рахунок фізико-хімічних процесів, що протікають при високій температурі. Термічного руйнування сприяють низька теплопровідність породи, анізотропія, високий коефіцієнт теплового розширення і т. Д.

Взривоударное руйнування - руйнування і переміщення гірських порід під дією енергії вибухових речовин, розміщених в масиві (в свердловинах, шпурах, камерах тощо.).

Електричні способи ослаблення і руйнування засновані на впливі на гірську породу електричної енергії у вигляді електромагнітного поля, електричного розряду, електричного струму і ін.

При проведенні гірничо-розвідувальних виробок, в основному, мають місце взривоударное руйнування гірських порід і застосування пов'язаних з ним механічних способів руйнування гірських порід, необхідних для створення в масиві порожнин з метою закладення заряду вибухової речовини.

Механічне руйнування гірських порід може проводитися обертальним, ударним, ударно-обертальним і обертально-ударним способами. При обертальному способі порода руйнується за рахунок того, що зім'яло, різання, сколювання і стирання породи.

Ударний спосіб руйнування породи підрозділяється на:

- ударно-поворотне буріння звичайними і зануреними бурильними молотками, при якому інструмент в проміжках між ударами повертається на певний кут;

- ударно-обертальне буріння зануреними пневмо- або гідроударнікамі і перфораторами з незалежним обертанням, при якому удари завдаються по безперервно обертається інструменту.

У перерахованих способах порода руйнується в основному в результаті ударів, переданих від поршня-ударника лезу коронки (долоту). При обертально-ударному бурінні удари наносяться по безперервно обертається під великим осьовим зусиллям інструменту. Руйнування породи відбувається в результаті ударів і обертання інструменту. Вібраційний спосіб полягає в тому, що забійний інструмент зазвичай циліндричної форми впроваджується в пухку породу під дією вимушених поздовжніх коливань - вібрацій і осьового зусилля. Різновидом його є вібраційний спосіб, коли вібрації і осьові навантаження діють спільно на буровий інструмент.

Занурення породоразрушающего інструменту в породу може проводитися і способом задавливания. Разрушаемая порода в цьому випадку ущільнюється в стінках свердловини.