Энергетические законы разрушения горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

Энергетические законы разрушения горных пород

В основу определения затраты энергии на измельчение (диспергування) твердых тел положены энергетические разрушения Риттингера и Кирпичева. По закону Риттингера (1867 г.) “работа, израсходованная при измельчении, пропорциональная сызнова полученной (обнаженной) поверхности измельченного материала или степени измельчения”. По закону Кирпичева (1874 г.) “энергия, необходимая для одинакового изменения формы геометрически подобных и однородных тел, меняется как объемы или вес этих тел”. Этот закон иногда называют законом сходства и формулируют другими словами: энергия, которая тратится на измельчение геометрически подобных тел при одинаковом напряженном состоянии пропорциональная объемам тел, которые разрушаются. По этим законам припускается, что при механическом разрушении физическая природа тела остается неизменной, а самые тела структурно однородные.

В 20х годах прошлого столетия Ребиндер предложил объединить эти два закона и пользоваться единым законом - законом Ребиндера, по которому вся работа измельчения А составляется из работы AV, которая тратится на деформирование тела, которое измельчается, и работы AS, которая тратится на образование новой поверхности:

(1)

С.Є. Андреев, исследуя измельчение руд, показал, что

(2)

(3)

где k1, k2 - коэффициенты пропорциональности, величина которых зависит от способности материала измельчаться и степени его размельченности;

D - диаметр тела, которое измельчается.

Решающее влияние на затраты энергии в процессе разрушения имеет дисперсность (величина, обратная линейным размерам тела) продуктов разрушения.

Это связано с тем, что площадь образованных поверхностей при каждой следующей стадии измельчения возрастает линейно, а суммарная работа согласно закону Риттингера с увеличением дисперсности увеличивается по закону. Если же выходить из закона сходства, то зависимость работы разрушения от дисперсности продуктов разрушения будет линейной (рис. 7), поскольку объем тела и работа разрушения - постоянные, а суммарная работа к заданной дисперсности будет равняться произведению постоянной величины работы на число стадий измельчения.

В случае измельчения тела больших размеров, то есть при малой дисперсности, затраты работы по закону сходства будут большими, чем по закону. Точка А пересечения кривых на рис. 7 отвечает размеру частей 0,5 - 1,0 мм. дисперсность бурения риттингер кирпичев

В связи с этим Шрейнер Л.А. показал, что в случае использования закона сходства нужно учитывать масштабный фактор, то есть необходимо учитывать увеличение прочности тела при уменьшении его линейных размеров.

Работу разрушения единицы объема по закону Кирпичева можно представить так:

(4)

где - прочность на сжатие при определенных линейных размерах тела, которое измельчается.

Изменение с изменением линейных размеров тела Шрейнер Л.А. представляет в виде:

(5)

где а - постоянный коэффициент;

l - линейные размеры тела;

sст - прочность на сжатие относительно больших образцов, когда масштабным фактором можно презреть.

Подставивши в выражение (2) вместо его значения из выражения (4), получим:

(6)

Сформулированный таким образом закон сходства больше отвечает процессу механического измельчения

За формулой (6) можно определить величину работы разрушения единицы объема при измельчении для известных начальных размеров частей.

За размерами частей, которые образовались при бурении буровых скважин, можно строить заключения об эффективности разрушения пород разным породоразрушающим инструментом при разных режимах его работы. Так, если во время бурения в продуктах разрушения преобладает мелкая фракция, то, очевидно, с энергетической точки зрения процесс разрушения малоэффективный, поскольку в этом случае много энергии тратится на образование новой поверхности, которая в продуктах разрушения будет очень большой. Мелкие фракции продуктов разрушения горных пород в процессе бурения создают дополнительные трудности, загрязняя промывочные жидкости и меняя их свойства.

Полностью избежать получение мелких и очень мелких фракций при бурении нельзя, так как их образование являются закономерным следствием самого процесса разрушения горных пород. Однако, с энергетической точки зрения при выборе типа породоразрушительного инструмента и режима его работы нужно стараться, чтобы часть мелких фракций в продуктах разрушения была меньшей.

Размещено на Allbest.ru