Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

объемная работа разрушения А
V
— отно-
шение затраченной в процессе разрушения работы А к объему раз-
рушенной породы V, т.е. 
А
V
 =
А
.
(3.12)
V
Величина объемной работы характеризует энергоемкость про-
цессов разрушения.
При бурении скважин горные породы разрушаются в основном 
под действием динамической нагрузки. Зависимость объемной ра-
боты разрушения от величины нагрузки наиболее четко проявля-
ется при разрушении горных пород под действием удара. Изменяя 

---

3. Основные закономерности разрушения горных пород 
123
силу удара, можно по величине объема разрушенной породы уста-
новить эффективность ее использования.
Л.А. Шрейнер и другие исследователи, изучая процесс разру-
шения горных пород под действием динамических нагрузок, уста-
новили, что зависимости объемной работы разрушения от работы, 
совершаемой ударом, выражаются периодическими кривыми с не-
сколькими минимумами и максимумами.
На рис. 3.2 показаны типовые зависимости объемной работы 
разрушения от кинетической энергии Т удара. Периодичность кри-
вых А
V
= f(Т) является следствием цикличности процессов разру-
шения горных пород при динамическом приложении нагрузки. 
32
24
16
8
0
0,4
0,8
1,2
1,6
м м/см
×
3
Г
кГ м
×
1
2
A
V
T
Рис. 3.2. Типовые зависимости А
V
f(Т):
1– скорость удара, v = 1,54 м/с, масса ударника Q = 1,64–12,35 кг; 2 — ско-
рость удара, v = 1,25–4,67 м/с, Q = 1,64 кг 
На рис. 3.3, а показана зависимость объемной работы разру-
шения от работы, которую может совершить один удар. Левая 
ветвь кривой 1 уходит в бесконечность; это связано с тем, что при 
некотором малом значении силы удара (при данной твердости по-
роды и данной площади контакта) разрушение практически пре-
кращается.
Минимальные значения А
V
соответствуют тем значениям энер-
гии ударов, при которых энергия каждого удара полностью реа-

---

124 
II. Способы разрушения горных пород при бурении скважин
лизуется на разрушение. В этих случаях работа внешних сил ис-
пользуется производительно, а к.п.д. разрушения (кривая 2) будет 
максимальным и условно его можно принять равным единице. 
В данном случае в полезную работу включается работа упругих и 
пластических деформаций, а также работа, расходуемая на трение.
A
V
;
h
а
б
h = 1
T
1
T
3
T
2
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
Т
1
2
3
4
5
Т
2
1
0
0
T
h = 1
A
V
;
h
Рис. 3.3. Зависимости, полученные Шрейнером (а), 
Филимоновым и Мавлютовым (б):
1 — А
V
= f(Т); 2 — 
K = f(Т)
При увеличении энергии удара от Т
1 
до Т
2
 растет ее неиспользо-
ванная часть, которая расходуется на упругие деформации, уплот-
нение породы и образование в ней зоны предразрушения. При этом 
А
V
возрастает, к.п.д. разрушения уменьшается, разрушающий ин-
струмент углубляется на небольшую величину, что обусловливает-
ся уплотнением породы. При энергии удара Т
3
 разрушение проис-
ходит в два цикла. В этом случае А
V
будет минимальным, а к.п.д. 
разрушения — максимальным.

---

3. Основные закономерности разрушения горных пород 
125
Минимальные значения объемной работы разрушения и мак-
симальные к.п.д. соответствуют наилучшему использованию энер-
гии каждого удара.
Закономерности, показанные на рис. 3.3, а, справедливы для 
случаев, когда изменения А
V
= f(Т) обусловливаются изменением 
нагрузки и постоянством скорости ее приложения.
Аналогичные зависимости, полученные Н.М. Филимоновым и 
М.Р. Мавлютовым, показаны на рис. 3.3, б. В этом случае на кри-
вой 1 также наблюдаются скачки, но в отличие от кривой 1 на 
рис. 3.3, а, она направлена вниз, так как с увеличением энергии уда-
ра резко возрастает величина разрушенного объема породы. При 
этом следует учитывать, что энергия в процессе удара передается 
непрерывно, а разрушение породы идет скачками. Условный к.п.д. 
разрушения с ростом энергии удара скачкообразно приближается к 
максимуму, оставаясь при этом меньше единицы.
Приведенная на рис. 3.3, б зависимость А
V
= f(Т) для пластично-
хрупких пород является универсальной, так как на ней можно най-
ти любую из аналогичных кривых, полученных другими исследо-
вателями.
На энергоемкость разрушения горных пород в случае статиче-
ского и динамического вдавливания влияет форма наконечников 
(табл. 3.1). 
Таблица 3.1