岩石力学性质及可钻性分级研究

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1、万方数据2001年第20卷第3,gl323。330页云南地质CN53—1041／PISSNl004—1885岩石力学性质及可钻性分级研究修宪民，杨弘(昆明地质学校，云南昆明650221)摘要：岩石力学性质和可钻性是分析和评价岩石抵抗破碎和钻进的基本性质，也是合理选择碎岩工具和工艺的基础。因此，对岩石力学性质和可钻性的深入研究，采用能够反映某种碎岩方式实质的综合力学性质指标评定岩石可钻性，应用数理统计学原理，依据岩石力学性质和可钻性指标，建立表示岩石可钻性的数学模型，并以此模型进行岩石可钻性分级，可以满足岩土工程施工生产的急需。关键词：岩石力

2、学性质；岩石可钻性；压入硬度；研磨性；摆球塑性系数中图分类号：1'634．1文献标识码：A文章编号：1004--1885(2001)03—0323—08岩土工程施工中，使用钻掘设备钻进不同的岩石表现出来的钻进难易程度是极为明显的。为了有效的破碎岩石，至为重要的问题是应对岩石可钻性能的实质进行深入研究，做出正确的判断，从而进行科学的岩石可钻性分级。国内外的专家学者对岩石力学性质可钻性的研究，～直是关注的，并进行了大量的工作。这是由于岩石可钻性的划分，不仅是作为制定生产定额的依据，而且是合理选择钻头结构和钻进工艺的基础。但是影响岩石可钻性的因素

3、很多，所以至今岩石可钻性的分级工作还没有得到圆满解决。随着现代化的科学化的要求，要对岩石可钻性做出精确可靠的观测，仍需要继续做大量的试验研究工作。1岩石可钻性分级的研究和试验方法岩石可钻性是反映钻进破碎岩石的难易程度，是岩石物理力学性质在钻进过程中的综合表现。岩石可钻性指标是在某种规定的指标下，以量来表示岩石破碎的难易程度。它受岩石物理力学性质的影响，是随钻进条件、测试条件、碎岩工具类型、钻进规程等变化而变化的量。岩石可钻性分级是根据岩石本身固有的抗钻能力的大小，结合不同碎岩方式，对岩石可钻性做出的定量划分。国内外在研究岩石可钻性方面，进行

4、了大量的工作，研制了多种测定岩石可钻性的仪器和方法，归纳起来：“测岩石力学性质法”、“能量法”、“现场实钻法”、“室内微钻”四种类型。为了定量地描述岩石可钻性，究竟确定那种方法和那些指标表示岩石可钻性呢?经研究分析认为，岩石可钻性是由岩石自身的内在本质所决定。岩石可钻性是岩石用钻进来破碎这一基本特点相联系。否则，不能称为可钻性，只能称为一般的物理力学性质。离开钻进所建收稿H期：2001—04—23改蚓日期：2001—05—08作者简介：修宪民’(1954～)．男，tll东海刚人，副教授，长期从事探矿二I：稃教学和科研_工：作万方数据324云

5、南地质20卷立的“岩石可钻性”，只能是一个可钻性的模拟量。因此，国内外的钻探工作者都在实验中得出，采用标准条件下室内微钻，取得数据，建立的可钻性指标与现场实钻所反映的岩石抗锚陛联系较为密切。实验证明：室内微钻钻进指标和现场指标具有很高的统计一致性，即生产现场难钻的岩石，室内微钻亦难钻，反之亦然。而且这种一致性程度可以达到85％以上。所以微钻钻进指标是一种划分岩石可钻性等级较好的指标。岩石物理力学性质是影响岩石可钻性的内在因素，选择能够反映岩石破碎过程实质的物理力学性质和微钻钻进的综合指标，再应用数理统计方法，才能对岩石可钻性做出科学划分。选

6、择岩石物理力学性质指标，要能体现某一碎岩方式的破碎实质，即与碎岩机理相吻合。对于孕镶金刚石钻头碎岩理论，即孕镶金刚石钻头工作时，仍是以体积破碎方式碎岩，金刚石以微小的出刃，以犁人和沿滑移线后部的张裂方式碎岩。这二种作用同时存在，在中硬以下的岩石以犁人为主，中硬以上的岩石则以张力破碎为主的观点可分析出：岩石的压入硬度(Hy)、摆球塑性系数(酶)、研磨性(Wr)等是影响岩石可钻性的主要因素。为了使岩石可钻性分级的研究对实际生产具有指导作用，以豫西地区上宫、首阳山、秦岭三个矿区所采取的30余种岩石进行了物理力学性质测试及分析研究。所采集的岩石试样

7、和测试要求是；每种岩石不得少于15～20块岩样，岩样切制后，每块岩石样测点不少于5次。其测试程序应符合：岩样加工一调试及校正仪器一各个指标的数据测量一数据处理。将所测各种数据，建立测试数据总表(表1)。然后将数据总表中的各个数据进行处理和回归分析。2岩石力学性质和可钻性分级指标的分析与确定岩石本身是一种很不均匀而又多变化的物质。同时用于研究它的许多测试技术和试验方法，有的是新创的，有的是不精密的，都存在着不尽人意之处。在这样条件下，为了提高岩石可钻性的计算精度和有效地揭示其工艺过程的规律，仅给出算术平均值和粗略估计的进行分级是不能满足要求的

8、。还必须给出这些指标的统计分布模式，以便在看上去杂乱的数据中找出其内在的规律，采用统计方法，依靠计算机来解决复杂的计算。通过对岩石的分析研究，岩石可钻性服从于普通的正态分布规律。