Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

Средние значения тепловых параметров минералов
Минерал
Коэффициент 
теплопроводности 
O
т
, Вт/(м · К)
Удельная
теплоемкость с, 
кДж/(кг 
˜К) 
Коэффициент
линейного расшире-
ния 
D
т
˜10
–5
, К
–1
Альбит
Ангидрит
Апатит
Галит
Гематит
Гипс
Диопсид
Доломит
Кальцит
Кварц
Корунд
Магнетит
Микроклин
Нефелин
Оливин
Олигоклаз
Ортоклаз
Пирит
Роговая обманка
Серпентин
Сфалерит
Тальк
Флюорит
Халцедон
Хлорит
Хромит
2,4
4,6
1,4
5,3
11,2
1,1
4,1
3,0
3,9
7,0
7,0
4,7
3,9
2,6
4,0
2,2
4,1
38,8
3,0
2,9
26,4
3,0
4,0
1,8
2,87
4,2
0,75
0,50
0,70
0,86
0,63
1,10
0,65
0,86
0,79
0,85
0,50
0,60
0,69
0,79
0,75
0,79
0,62
0,50
0,67
0,65
0,59
0,70
0,78
0,90
0,60
0,62
0,8
1,8
1,7
4,0
0,8
2,4
1,6
0,9
1,3
1,3
0,59
1,6
1,2
1,0
0,8
0,9
0,2
3,2
0,9
4,0
0,6
0,4
1,96
1,36
0,8
1,2

---

104
I. Основные физико-механические свойства горных пород
Таблица 2.15
Средние значения тепловых параметров горных пород
Породы
Коэффициент 
теплопроводности 
λ
т
, Вт/(м · К)
Удельная
теплоемкость
с, кДж/(кг 
⋅ К) 
Коэффициент
линейного
расширения
α
т
· 10
–5
, К
–1
Антрацит
Базальт
Габбро 
Гнейс
Гранит
Диабаз
Известняк
Кварцит
Мрамор
Перидотит
Песчаник
Роговик мартитовый
Сланец глинистый
Уголь каменный
Уголь бурый
0,4
2,9–4,3
2,0
1,6–3,4
2,2–4,1
3,4
1,0–2,3
6,3
1,3
3,2
1,3–4,2
4,3–4,8
1,5–2,2
0,5–0,9
0,24
0,96
0,63–0,88
0,17
0,17
0,54–0,79
0,17
0,67–1,04
0,21
0,42
0,67
0,81
0,58–1,04
0,75–0,81
1,30
1,13
–
0,54
–
–
0,6–0,9
0,54
0,5–0,89
1,1
0,3–1,5
0,45
0,5–1,2
–
0,9
–
–
Таблица 2.16
Температура Т
пл
 и теплота Q
пл
 плавления минералов и пород
Минералы и 
породы
Т
пл
, К
Q
пл
, 
кДж/кг
Минералы
и породы
Т
пл
, К
Q
пл
, 
кДж/кг
Ангидрит
Аурипигмент
Анортит
Альбит
Амфибол
Барит
Берилл
Галит
Галенит
Графит 
Кальцит
Киноварь
Корунд
Кварц
Карналлит
Карборунд
1570
573
1780
1380
1330
1853
1683
1800
1458
3813
1600
700
2320
1710
400
2970
201
–
440
203
–
174
–
530
73
–
–
–
1070
–
–
–
Куприт
Магнетит
Молибденит
Нефелин
Ортоклаз
Оливин
Пирротин
Рутил
Родонит
Реальгар
Сфалерит
Стибинит
Тенорит
Халькозин
Флюорит
1500
2100
1070
1800
1440
1630
1430
1910
1595
570
1290
820
1720
1370
1665
390
–
–
–
–
–
–
597
–
–
390
123
148
–
220

---

2. Физико-механические и технологические свойства горных пород 
105
Таблица 2.17
Температура термических превращений минералов
Минерал
Превращение
Температура, К
Арагонит
Арсенопирит
Боксит
Глауконит
Доломит
Кальцит
Каолинит
Кварц
Магнетит
Магнезит
Мусковит
Пирротин
Сепиолит
Сидерит
Сера
Халькозин
Диссоциация
Возгонка
Дегидратация
Дегидратация
Диссоциация
Диссоциация
Дегидратация
Перестройка решетки
Перестройка решетки
Точка Кюри
Разложение
Диссоциация
Потеря конституционной воды
Разложение
Потеря адсорбционной воды
Потеря конституционной воды
Диссоциация
Переход ромбической в моноклинную
Перестройка решетки
1170
950
570
830
1170
1170
820
1230
846
850
1810
820
770
970
400
1120
670
370
380
Абразивная способность горных пород
При бурении разрушающий инструмент (долото, бурголовка, 
коронка) перемещается относительно разбуриваемой породы.
На поверхностях породоразрушающего инструмента, сопри-
касающихся с породой, развиваются силы трения, которые и обу-
словливают износ инструмента.
Абразивной способностью горных пород называется их спо-
собность изнашивать породоразрушающий инструмент. В минера-
логии эту способность минералов называют активной твердостью.
Износ инструмента при разрушении горных пород обычно 
называют абразивным, а способность пород изнашивать другие 
тела — абразивными свойствами. В действительности абразивным 
можно назвать только такой вид износа, который происходит в ре-
зультате резания или царапания и возможен он лишь в том случае, 
когда твердость породоразрушающих минералов данной горной 
2.6.

---

106 I. 
Основные 
физико-механические свойства горных пород
породы выше или близка к твердости рабочих элементов разруша-
ющего инструмента.
Инструменты, применяемые для разрушения горных пород, 
изготавливают из легированных закаленных сталей, твердых спла-
вов, алмазов и близких по свойствам к алмазам композиционных 
материалов. Для закаленных сталей абразивными могут быть толь-
ко кварцевые или другие породы, состоящие из минералов, близ-
ких по твердости к кварцу.
Ни одна из горных пород не может вызвать абразивного износа 
твердых сплавов, композиционных материалов и тем более алмазов. 
Поэтому термины «абразивный износ», «абразивная способность» 
и «абразивные свойства» горных пород следует считать условными.
Износ породоразрушающего инструмента при бурении являет-
ся чрезвычайно сложным процессом, зависящим от многих факто-
ров. Исключительное значение в реальных условиях приобретает 
нагрев инструмента в зоне контакта с горными породами.
На практике распространена субъективная оценка абразив-
ной способности горных пород: породы, в которых разрушающий 
инструмент изнашивается быстро, относят к высокоабразивным; 
породы, в которых инструмент изнашивается медленно — к малоа-
бразивным, а породы, занимающие промежуточное положение, — к 
среднеабразивным.
Главная причина абразивного износа твердых тел — наличие не-
ровностей на соприкасающихся поверхностях. Касание двух таких 
«плоских» поверхностей происходит лишь в некоторых точках — в 
точках контакта.
Доказано, что в случае не очень больших давлений на сопри-
касающихся поверхностях площадь истинного контакта состав-
ляет лишь 2 · 10
–5
–2 · 10
–4 
части полной площади поверхности, т.е. 
соприкасающиеся поверхности находятся под действием местных 
(точечных) нагрузок. В точках контакта поверхность подвергается 
одновременному действию усилий, направленных нормально к ней 
и вдоль нее.
Таким образом, процесс абразивного износа сводится к сумме 
большого числа отдельных царапаний, вызывающих непрерывное 
соскабливание с рабочих поверхностей разрушающего инструмен-
та тончайших стружек.
В общем случае трение твердых тел имеет смешанный характер: 
в одних точках получается механическое сцепление (царапание), в 

---

2. Физико-механические и технологические свойства горных пород 
107
других — молекулярное взаимодействие; на одних участках сопри-
касающихся поверхностей сопротивление трения обусловливается 
прочностью на срез взаимно внедрившихся элементов поверхно-
сти, а на других — преодолением молекулярных связей. При абра-
зивном износе молекулярными связями ввиду их малости прене-
брегают и учитывают только механическое сцепление.
Опытным путем установлено, что износ хрупких тел при тре-
нии скольжения пропорционален работе сил трения. При скольже-
нии работа сил трения 
 А 
= FS,
(2.32) 
где F — сила трения; S — путь трения.
При объемном разрушении породы во время бурения интен-
сивность нормального давления на трущиеся поверхности равня-
ется твердости горной породы. В таком случае
 F 
= 
P
U 
Рf,
(2.33) 
где μ
U 
— коэффициент (кинетический) внешнего трения; Р — твер-
дость горной породы; f — площадь соприкосновения трущихся по-
верхностей. 
С учетом формулы (2.33) выражение (2.32) примет вид
А = 
P
U
PfS.
(2.34)
Тогда объемный износ
V = 
GP
U
fS,
(2.35)
где 
G — коэффициент износа, выраженный в кубических единицах 
изношенного материала в результате работы сил трения.
Если один и тот же материал при одинаковых технологических 
условиях изнашивается при соприкосновении с разными породами 
по-разному, то, очевидно, что
V
1
=
P
1
Р
1
,
(2.36)
V
2
P
2
Р
2
где 
P
1
, Р
1
— соответственно коэффициент внешнего трения и твер-
дость одной породы; 
P
2
, Р
2
— соответствующие величины другой 
породы.
Отсюда можно сделать вывод, что при бурении мерой относи-
тельной абразивной способности горной породы может служить про-
изведение величин коэффициента внешнего трения и твердости.

---

108 I. 
Основные 
физико-механические свойства горных пород
В таком случае факторами, определяющими абразивную спо-
собность породы, являются те, которые оказывают влияние на ее 
твердость, и коэффициент внешнего трения.