Возможная реализация термоциклического ослабления горных пород в алмазных буровых коронках с упругой консолью

Abstract

В статье рассмотрена возможность использования термоциклического разупрочнения горных пород в буровых инструментах. Приведены краткие результаты теоретических и экспериментальных исследований по изучению процесса термоциклического воздействия на горные породы и модели из стекла. Полученные аналитические зависимости позволяют определять средний размер ячейки сотовой трещиноватости в зависимости от режимных параметров термоудара, свойств горной породы и оценивать эффективность использования знакопеременных тепловых способов разупрочнения или вписываемость их по времени в конкретный технологический процесс. Показано, что при бурении в фазе нагрева, с применением соответствующих фрикционных нагревательных элементов можно добиваться температур свыше 600 °С. Установлено, что фазой охлаждения разогретого участка горной породы можно добиться гарантированного растрескивания горной породы для последующего механического разрушения.

У статті розглянуто можливість використання термоциклічного зменшення міцності гірничих порід в бурових інструментах. Наведено короткі результати теоретичних і експериментальних досліджень з вивчення процесу термоциклічного впливу на гірничі породи і моделі зі скла. Отримані аналітичні залежності дозволяють визначати середній розмір осередку сотової тріщінності в залежності від режимних параметрів термоудару, властивостей гірничих порід та оцінювати ефективність використання знакозмінних теплових способів знеміцнення або вписуємість їх за часом до конкретного технологічного процесу. Показано, що при бурінні у фазі нагрівання, із застосуванням відповідних фрикційних нагрівальних елементів, можна домогтися температур понад 600° С. Встановлено, що фазою охолодження розігрітої ділянки гірничої породи можна добитися гарантованого розтріскування гірничої породи для подальшого механічного руйнування.

In the article, it is considered the possibility of using thermal cyclic rock weakening in drilling tools. Results of the theoretical and experimental studies of the process of thermal cycling effect on the rocks and glass models are briefly described. The obtained analytical dependences make it possible to determine average cell size of cellular fracture depending on operating parameters of thermal shock and rock properties. They also help to evaluate effectiveness of thermal methods used for the rock loosing with alternating-sign or fitting them over time to a specific process. It is shown that at drilling during the heating phase, temperature above 600° C can be achieved with the help of appropriate friction heating elements. It is also established that cooling phase of the heated section of the rocks can lead to rock cracking and further mechanical destruction.