Прочность и твердость

Прочностью называется свойство пород сопротивляться разрушению под воздействием внешней нагрузки и выражается величиной предела прочности пород на сжатие (σ_сж). Среднее значение предела прочности на сжатие приводятся по М.М. Протодьяконову (и их соответствующие значения в МПа) в таблице 17.3

Таблица 17.3 – Пределы прочности на сжатие по

М.М. Протодьяконову и МПа

Твердостью называется местная прочность на вдавливание, сопротивление, которое преодолевает резец породоразрушающего инструмента при внедрении в породу. В зависимости от степени метаморфизма твердость составляет для песчаников 650-2300 МПа, алевролитов — 420-820 МПа, аргиллитов 200-570 МПа.

Свойство горныхпород изнашивать буровой породоразрушающий инструмент в процессе еговращения (трения) носит название абразивности, которая подразделяется на восемь классов. Наиболее абразивными в Донбассе являются песчаники (IІI-V классы), наименее абразивными - аргиллиты (I-II классы).

Сопротивление угля резаниюопределяется по удельной силе резания (показатель А) в Н/см с помощью специального прибора, при расширении предварительно пробуренного шпура до 62 мм специальной коронкой. По показанию резания все угли разделяются на восемь классов со значениями от 100 до 5000 Н/см.

Трещиноватость, сланцеватостьпород и угля существенно влияют на буримость пород, причем в более слабых породах и угле эти явления способствуют повышению скорости бурения, а в крепких - к разрушению резцов при ударах о кромки трещин и, естественной необходимости снижения скорости вращения бурового инструмента.

Анизотропияпород и углей - неодинаковость их свойств в разных направлениях. В зависимости от угла встречи оси скважины и слоистости пород (углей) изменяется и скорость бурения. Кроме того, при бурении первоначально заданных вертикальных скважин и наклонных слоев неравномерная разработка пород приводит к искривлению скважин. Скважины искривляются на восстание пород и влево. Анизотропия горных пород, под которой понимается отношение твердости образца во взаимно перпендикулярных направлениях, изменяется в Донецком бассейне от значений, близких единице (для зоны длиннопламенных и газовых углей) до 1,6-1,7 (для зоны антрацитов).

Устойчивостьстенок скважины зависит от трещиноватости, прочности пород и способности их к размоканию. Размокаемость пород снижается от зоны развития длиннопламенных и газовых углей к зоне антрацитов. Размокаемость пород приводит к их пучению, сужению ствола скважины или его обрушению.

Устойчивость скважин, пробуренных по углю, зависит от прочности угля и от внутренних напряжений в пласте. Особо неустойчивыми являются выбросоопасные пласты.

Буримостьзависит от комплекса физико-механических свойств горных пород и обычно определяется как скорость бурения в единицу времени (м/час). По буримости все породы подразделяются на двенадцать категорий. Показатели категорийности буримости пород Донецкого бассейна приводятся в таблице 17.4

Таблица 17.4 – Показатели буримости пород Донецкого бассейна

Бурение дегазационных скважин сопровождается выделением метана. Возможны суфлярные выделения метана, что создает опасную ситуацию. В связи с этим бурение дегазационных скважин, из которых выде­ляется метан, без подключения их к газопроводу запрещается. Газовыделение из скважин определяет также ряд условий проведения буровых работ (вентиляция камер, расположение пускового оборудования и т.п.).

При бурении скважин по выбросоопасным пластам возможны выбросы газа, угля, породы, которые спровоцированы внедрением бу­рового инструмента в выбросоопасный массив горных пород. Бурение по выбросоопасным пластам обычно сопровождается газодинамиче­скими проявлениями и признаками выбросоопасности - интенсивным газовыделением, треском, хлопками и ударами в массиве, микровыбросами, повышенным высыпанием угля из скважины с увеличением ее поперечного размера или образованием боковых полостей, простираю­щихся вдоль ствола скважины иногда на несколько метров. Выбросоопасность резко ухудшает условия бурения скважин, приводит к авариям, вызывает необходимость применения дистанционного управления буровыми станками.