破岩原理

破岩原理
一名词解释
1.岩石的硬度：产生脆性破碎时接触面上单位面积的载荷。

2.岩石的塑形系数：破碎的耗费的总功AF与弹性变形功AE的比值，用来衡量岩石塑性的大小。

3.压入强度：单位刃长上的压入系数。

4.研磨性：岩石磨损破岩工具的能力。

5.可钻性：岩石破碎的难易性，反映了岩石的井底抵抗钻头破碎的能力。

6.变形特征：岩石试件在各种载荷作用下的变形规律。

7.强度特征:岩石试件在载荷作用下开始破坏时的应力值。

8.侵入比功：破碎单位体积岩石所消耗的功。

9.层理：在垂直方向上岩石成分的变化。

10.片理：岩石沿平行的平面分裂为薄片的能力。

11.磨耗比：金刚石和一定粒度和硬度的碳化硅砂轮对磨，称出对磨后两者消耗量之比。

12.井底遮盖系数：三个牙轮各齿圈上牙齿宽度的总和与井底接触母线长度的比值。

13．井底击碎图：将三个牙轮的每个牙轮上主、副锥母线及其上的齿圈宽度并列画出来的示意图。

二简答
1.库仑剪切强度曲线特征
答：（1）库仑剪切强度曲线在τ-σ平面上为直线
（2）斜率为f=tanυ（3）在τ轴上的截距为c （4）抗剪强度=内聚力+内摩擦力
（5）莫尔应力圆与强度曲线相切时，岩石发生了破坏。

2.通过定压实验法确定岩石的弹性模量
答:（1）如果应力-应变曲线上由直线段，则直线段的斜率为杨氏弹性模量。

（2）如果没有直线段，取应力为一半强度极限值点的切线模量或割线模量。

3.常规三轴试验步骤
答：（1）将圆柱形岩样置于一个高压容器中（2）首先用液压P使其四周处于三向均匀压缩的应力状态下（3）然后保持此压力不变，对岩样进行纵向加载，直至使其破坏，试验的过程应记录下纵向的应力和应变的曲线关系。

4.什么是巴西劈裂试验
答：间接测定岩石抗拉强度的试验，将一个薄的圆盘试件沿其直径加载使之破碎，盘的破碎时从盘的中心开始并沿着加载直径向上下两方面拓展开来，从而使盘在加载点连线上呈现清晰的破裂，这是由于在垂直于加载直径的方向上分布有拉伸应力的缘故。

5.表示岩石研磨性的一般方法和观点
答：1）直接利用矿山生产中的工具消耗率来表示岩石的磨蚀性
2）用岩石的坚固性同时来表示岩石的磨蚀性
3）用模拟实验来确定岩石的磨蚀性
6.下部钻柱受压状态分析
答a.在钻压小，直井条件下，钻柱是直的b.钻柱第一次弯曲，压力达到某一临界值，下部钻柱发生弯曲，在某个点和井壁接触；这里是第一次弯曲c.继续加大钻压，切点逐渐下移
d.钻柱第二次弯曲，钻压增大到新的临界值，钻柱呈现第二个半波，钻柱第二次弯曲
e.
钻柱第三次弯曲，继续加大钻压，钻柱第三次弯曲/多次弯曲 f.钻压>钻铤一次弯曲的临界钻压
7.钻柱在井眼里旋转形式及特点
答：1）钻柱围绕自身弯曲轴线旋动（自转）2）钻柱围绕井眼轴线旋转并沿着井壁滑动（公转）3）钻柱围绕井眼轴线旋转，但不是沿着井壁滑动而是沿着井壁反向滚动（公转与自转的结合）4）整个钻柱或部分钻柱做无规则的旋转摆动
第一种形式，钻柱自转时在整个圆周上与井壁接触，产生均匀的磨损，但受到交变弯曲应力的作用，在软岩石弯曲井段由于自转容易在井筒内形成键槽，成为起钻时钻柱受阻的原因。

第二种形式，钻柱公转是不受交变弯曲应力的作用，但产生不均匀的单项磨损，从而加快了钻柱的磨损和破坏。

第三种形式，钻柱同时参与两种旋转运动，即同时围绕自身轴线和井眼轴线旋转，其磨损均匀，也受到交变弯曲应力的作用，但循环次数比第一种形式低得多。

第四种形式，钻柱处于旋转形式转变的过度状态，最不稳定，常常造成钻柱的强烈振动。

8.压头侵入岩石的普遍特征
答：（1）密实核是一个袋状或球状的核，是局部粉碎或显著塑性变形而形成的，无论什么样的工具、载荷、材料都在压头侵入的前方出现有密实核现象。

（2）侵深载荷：侵深不随载荷增长而均匀的增加，载荷增加之初，侵深按一定比例增加，达到某一临界值，便发生突然的跃进现象，越是脆性岩石，这种跃进是侵入特点越明显，载荷-侵深曲线各次上升段的斜率大体相同，曲线下降部分的情况和加载机构的刚性有关。

（3）破碎角变化不大，不论压头形式、侵入方法、岩石种类如何，漏斗顶角2β在120-150o 之间。

9.表示研磨性的指标
（1）标准物体在完全相投的条件下，和各种岩石相摩擦
（2）以标准物单位摩擦路程所磨蚀的体积作为磨蚀性指标
（3）用耗费单位摩擦功，致使标准物体积的磨蚀量作为指标
（4）标准物的磨蚀量，和岩石的磨蚀量之比值作为表征量
（5）采用某种矿石或岩石的指标作为基准数，相对地表示其他岩石的数值
10.可钻性分类方法
（1）建立在生产工艺上的指标（2）建立在岩石的机械性质上
三论述
1.应力应变曲线（图自己画）
答：（1）OA段：曲线稍向上凹，反映岩石试件被压实。

（2）AB段：AB段的斜率约为常数，被定义为岩石的杨氏弹性模量E，岩石弹性变形区间。

（3）BC段：1)荷载的继续增大，变形和荷载呈非线性关系；2）裂隙进入不稳定发展状态，破坏的线性阶段；3）应力-应变曲线的斜率随着应力的增加逐渐的减小到0.（4）B点：由弹性到延性的行为的破碎点，被称为屈服点，相应的应力称为屈服应力（5）C点：曲线最高点C的应力称为岩石的极限强度σc （6）CD线段曲线下降，岩石开始解体（7）C点以前的阶段被称为破坏前阶段
2.牙齿对地层的剪切
（1）超顶引起的滑动
1）超顶距：锥顶超过钻头中心一定值C
2）牵连速度V b：a.ωb决定V b b.ao段V b方向是向前c.ob段方向向后d.V bx为直线分布
e.在钻头轴心处V bo=0
3）相对速度V c：a.V c以直线分布，方向是在ab母线后方b.在b点，D cb=0，在bo段合成一个向后的滑动速度V sx c.此时，牙轮受到滑动阻力P s，滑动阻力矩M s（-）=P x R，使牙轮ωc减速 d.在ao由V b和V c合成向前滑动速度V s；在ao段受滑动阻力矩M s（+）与M s（-）相反 e.ΣM s=0，牙轮角速度稳定在一个新数值
4）绝对速度V sx：a.绝对速度：牙齿相对于岩石的滑动速度；b.由V bx和V cx合成；
c.V sx为直线，与ab交于M点，M点为纯滚动点；
d.M点两侧滑动方向相反
5）结论：a.超顶牙轮产生切线方向的滑动；b.滑动速度大小与超顶距c成正比；c.存在纯滚动点，点两侧的滑动方向相反
（2）移轴引起的滑动
1）牙轮移轴:牙轮轴线相对于钻头轴线平移了一段距离s
2）牵连速度V bA：a.牙轮与岩石接触母线上A点速度，V bA=OA·ωb；b.V bA的方向垂直于OA，分解为V bA=V bA’+V sA；c.速度分量：V SA=V b sinθ=ωb S；V bA’=V b cosθ=ωb x；d.与牙齿轴垂直即θ=90o，在牙轮锥顶O’点，V’bo=0 V sc’=ωb OO’=ωb s；e.V sA=V SO’=V s，整个牙轮轴向滑动速度Vs；f.牙轮切线速度V bA’呈直线分布；
3）相对速度V cA：a.牙轮A点速度：V cA=R c·ωc；b.直线分布，方向是在O’A母线后方
4）绝对速度V s=V sA=V so’
5）结论：a.移轴牙轮仅产生轴向滑动；b.滑动量的大小和偏移值s成正比
3.两种水射流理论
（1）拉伸水楔破岩理论
渗流冲击无裂隙岩石时，在岩石内产生复杂的应力状态，在应力场内除了压应力之外，还出现了极大的拉应力和剪切应力，拉应力产生的基础是：把岩石看成半空间弹性体，而把射流的冲击力看成是作用于半空间平面上的集中应力，这样岩石在射流的冲击力的作用下其内部应力分布情况与半空间弹性体在集中载荷作用下的应力分布相似因此，在冲击区正下方某一深处产生最大剪应力，在冲击接触区边界周围产生拉应力。

由于岩石抗拉强度比抗压强度要小16-80倍，抗剪强度比抗压强度要小8-15倍，因此冲击产生的压应力还为达到岩石的极限抗压强度，而拉应力和剪应力已超过了岩石的抗拉和抗剪强度，并且在岩石中形成裂隙。

裂隙初步形成和汇交后，再射流冲击压力作用下，水侵入裂隙空间。

这时岩石受力情况，与在岩石中楔入一个刚性楔子相似，因此成为水楔作用。

水楔楔入裂隙，裂隙产生一定的压力场，而裂隙尖端产生拉应力集中区，他使裂隙迅速发展和扩大，致使岩石破碎。

（2）密实核劈拉理论
这一理论把脉冲射流看做一个带有速度的刚体，当他冲击半无限弹性体时，在冲击区正下方0.4-0.7R0处产生最大剪应力，在冲击区接触面中心1.2R0位置上，产生最大拉应力。

当这两个极值剪应力和拉应力超过了岩石本身抗剪抗拉强度时，即在这两个位置上出现剪切和拉伸裂纹。

随着射流冲击压力的增加，剪切裂纹扩展和汇交到冲击接触面，形成球型密实核，密实核是由剪切破碎的细岩粉组成，它在和射流和未破坏的岩石之间起“水垫”作用，当射流冲击它时，通过体积缩小，密度增大而储能，本身变成椭球体。

当密实核储能达到一定程度时，开始膨胀，使包围他的岩石在切向方向上产生的拉应力超过抗拉强度时，包围密实核的岩石壁上出现径向裂隙，由于密实核处于高压状态，核中的岩粉以粉流的形式楔入径向裂隙，并在靠近自由面方向劈开岩石，完成脆性岩石的跃进是破碎过程。

推倒及计算没办法整理自行搞定！
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