Исследование механизма разрушения и структурные изменения в горных породах при их термическом нагружении

• Main Authors: Ищенко, К.С., Осенний, В.Я.
• Format: Article
• Language: Russian
• Published: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
• Series: Геотехническая механика
• Online Access: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54394

Дослідження механізму крихкого термічного руйнування і структурні зміни в гірських породах при їх тепловому (плазмовому) навантаженні.На основі теорії термопружності і енергетичних показників описуваного процесу розглянуто механізм крихкого термічного руйнування гірських порід. При його оцінці враховувалась градієнтна, структурна та термічна пружність мінералів в породі. У лабораторних умовах на відібраних зразках порід (шелушці) продуктів руйнування кварцитів і сланців Кривбасу в процесі розширення свердловин повітряною плазмою проведені дослідження їх структурних змін з використанням методів рентгеноструктурного, термогравіметричного і диференціально-термічного аналізів. Для їх реалізації використовувались дослідницькі комплекси дериватограф і ДРОН- 3. За результатами теоретичних досліджень проведена оцінка механізму крихкого термічного руйнування з використанням критерію міцності Баландина для будь-якої породи. Розраховані чисельні значення лінійної швидкості крихкого руйнування для кварцитів. Експериментально за результатами рентгеноструктурного, термогравіметричного і хімічного аналізів проаналізовані ендотермічні і окислювальні процеси розкладання мінералів в гірській породі. При теоретичній оцінці механізму термічного руйнування гірської породи отримані основні вирази, що описують структурні і градієнтні напруження в породі при її відділенні(лущенні). З урахуванням градієнтних і структурних напружень породи оцінено час та момент руйнування поверхневого шару і його товщину. Отримані чисельні значення лінійної швидкості крихкого руйнування для кварцитів. При нагріванні кварцитів в діапазоні температур 513-773 К встановлено руйнування його кристалічної решітки. Ці руйнування відбуваються за рахунок послаблення та розриву найбільш слабких хімічних зв'язків між частками мінералів, що входять в структуру породи. У рентгенівському спектрі кварциту в структурі його кристалічної решітки відбуваються поліморфні перетворення. Це призводить до зменшення довжини зв'язків між мінералами, а отже і збільшення енергії розриву кристалічної решітки після опромінення її повітряною плазмою. Виконані дослідження дозволять розробити нові технологічні прийоми підготовки вибухових свердловин для реалізації ресурсо- і енергозберігаючих способів руйнування та технології видобутку міцних складноструктурних рудних і нерудних корисних копалин України.