Классификация горных пород по твердости

В соответствии с рекомендациями зарубежных компаний каждый тип горной породы рассматривается как неизведанная область с несколькими переменными, оказывающими влияние на буримость. Наибольшее влияние, по оценкам специалистов компании Atlas Copco оказывают такие параметры, как размер зерен, крепость породы, выветрелость и трещиноватость.

· Крепость породы, - в данном случае термин, используемый специалистами фирмы Atlas Copco может характеризоваться как совокупный параметр свойств, определяющий сопротивляемость породы разрушению, который, вероятно, учитывает такие физико-механические характеристики породы как твердость, упругость, пластичность, то есть основные параметры, определяющие буримость. Очевидно, что крепость горной породы в данном случае каким-либо объективным образом с использованием лабораторных методов не определяется.

В горном деле крепость оценивается шкалой проф. М. М. Протодьяконова через коэффициент крепости f = σ_сж/100, который рассчитывается с использованием предельной величины прочности породы при сжатии (σ_сж), что не позволяет точно оценивать буримость горной породы.

Больший размер зерен и трещиноватость делают породу более абразивной, в то время как мелкозернистая порода менее абразивна, но более крепка.

Выветрелость снижает крепость породы. В соответствии с рекомендациями по выбору инструмента и технологии бурения компании Atlas Copco, породы сгруппированы и разбиты на пять категорий.

К первой группе относятся крупнозернистые, сильнотрещиноватые и сверхабразивные породы типа сланец, аргиллит и известняк.

Для бурения этих горных пород рекомендуются импрегнированные алмазные коронки типа Craelius и Hobic с максимально твердыми матрицами.

Вторая группа пород характеризуется как трещиноватые и абразивные породы типа песчаник, доломит, туф, кремнистый сланец. Для бурения этих пород рекомендуются коронки с менее твердыми матрицами.

Третья группа пород характеризуется как среднеабразивная, типа андезит, базальт, пегматит, диабаз, габбро, диорит. Коронки, рекомендуемые компанией, должны иметь еще менее твердые матрицы.

Четвертая группа пород, – это крепкие слабоабразивные породы типа гнейс, диорит, гранит, кварцит, порфир.

Пятая группа горных пород – очень крепкие и неабразивные породы (кварц, риолит, кремнистый известняк, таконит, лимонит, яшма). Для таких горных пород предлагается инструмент с наиболее мягкой матрицей. Другим важным физическим свойством горной породы, оказывающим влияние на её механическую прочность, устойчивость и буримость, является трещиноватость.

Трещиноватость даже очень твердых горных пород значительно влияет на выход керна – основное назначение разведочного бурения.

Классификация горных пород по трещиноватости произведена на основании оценки трех параметров [6, 20]:

- удельная кусковатость керна К_у, шт. / м;

- выход керна В_к, %;

- показатель трещиноватости W, ед./ образец.

На основании этих параметров показатель трещиноватости рассчитывается по формуле

, (1.10)

где W – показатель трещиноватости породы, определяющий среднее количество трещин, встречаемых коронкой за один оборот на забое, ед./об;

D_к – диаметр керна, м;

К_у – удельная кусковатость керна, шт./м;

λ – опытный коэффициент, учитывающий степень вторичного дробления породы (0,7–1,0);

β – угол встречи плоскости трещин с осью скважины, град.

Таким образом, при оценке степени трещиноватости горных пород оценивается и угол встречи трещин с осью скважин.

Все входящие в расчет по формуле (1.7) параметры рассчитываются по поднятому из скважины керну. На основании разработанных критериев cоставлена классификация горных пород по трещиноватости применительно к вращательному колонковому бурению (табл. 1.4).

Таблица 1.4