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；