Приближенная аналитическая модель термоциклического разрушения горной породы при конвективном охлаждении

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:

A. Ю. Дреус, доктор технических наук, доцент, orcid.org/0000-0003-0598-9287, OlesHoncharDniproNationalUniversity, Dnipro, e‑mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

A. A. Кожевников, доктор технических наук, профессор, orcid.org/0000-0002-6876-4168, DniproUniversityofTechnology, Dnipro, Ukraine, e‑mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Баочанг Лю, PhD, профессор, orcid.org/0000-0002-0185-3684, College of Construction Engineering, Jilin University, Chanchung, China, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Д. А. Судакова, кандидат технических наук, доцент, orcid.org/0000-0002-8676-4006, Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, e‑mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Abstract:

Цель. Разработка приближенной аналитической методики расчета разупрочнения горной породы при термоциклическом воздействии с учетом интенсивности конвективного теплообмена.

Методика. Для решения задачи использован аналитический подход на основе теории термоупругости в рамках модели хрупкого разрушения Гриффитса.

Результаты. Показано, что охлаждение предварительно нагретых горных пород позволяет значительно снизить энергоемкость процесса их разрушения за счет развития зоны предразрушения и ослабления породы. Разработана методика расчета и исследовано влияние интенсивности конвективного теплообмена на процессы раскрытия микротрещин в породе. Приведены результаты расчета времени задержки разрушения для различных горных пород. Показано, что эффективность термоциклического разрушения зависит от вида горной породы.

Научная новизна. Предложен новый приближенно-аналитический подход к исследованию процесса развития трещин в горной породе при циклическом нагреве и охлаждении поверхности. Получено аналитическое выражение, связывающее параметры процесса разрушения с параметрами охлаждения. Выполнено теоретическое обоснование использования переменного теплового воздействия на горную породу для повышения эффективности разрушения горной породы при бурении.

Практическая значимость. Результаты работы представляют интерес для оценки возможности использования эффекта термоциклического разрушения в различных технологиях бурения. Выполненные исследования подтвердили возможность управления температурным режимом бурения и теплового разупрочнения горной породы за счет изменения расхода промывочной жидкости.

References.

1. Plevova, E., Vaculikova, L., Kozusnikova, A., Ritz, M., & Martynkova, G.S. (2016). Thermal expansion behaviour of granites. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 123, 1555-1561. DOI: 10.1007/s10973-015-4996-z.

2. Chen, Y.-L., Wang, S.-R., Ni, J., Azzam, R., & Fernández-steeger, T.M. (2017). An experimental study of the mechanical properties of granite after high temperature exposure based on mineral characteristics. Engineering Geology, 220, 234-242. DOI: 10.1016/j.enggeo.2017.02.010, 71–74.

3. Kong, B., Wang, E., Li, Z., Wang, X., Liu, J., & Li, Nan. (2016). Fracture Mechanical Behavior of Sandstone Subjected to High-Temperature Treatment and Its Acoustic Emission Characteristics Under Uniaxial Compression Conditions. Rock Mechanics and Rock Engineering, 49(12), 4911-4918. DOI: 10.1007/s00603-016-1011-3.

4. Zhao, Z. (2016). Thermal Influence on Mechanical Properties of Granite: A Microcracking Perspective. Rock Mechanics and Rock Engineering, 49(3), 747-762. DOI: 10.1007/s00603-015-0767-1.

5. Kant, M.A., Rossi, E., Madonna, C., Höser, D., & P. Rudolf von Rohr (2017). A theory on thermal spalling of rocks with a focus on thermal spallation drilling. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 122, 1805-1815. DOI: 10.1002/2016JB013800.

6. Buckstegge, F., Michel, T., Zimmermann, M., Roth, S., & Schmidt, M. (2016). Advanced Rock Drilling Technologies Using High Laser Power. Physics Procedia, 83, 336-343. DOI: 10.1016/j.phpro.2016.08.035.

7. Kristofic, T., Kocis, I., Balog, T., Gajdos, M., Kocis, I., & Gelfgat, M. (2016). Well Intervention Using Plasma Technologies. In SPE Russian Petroleum Technology Conference and Exhibition, Moscow, Russia, 24–26 October 2016, SPE-182120-MS. DOI: 10.2118/182120-MS.

8. Voloshyn, O., Potapchuk, I., Zhevzhyk, O., & Zhovtonoha, M. (2018). Results of the experimental research of the heat-transfer jet pressure to the rock surface during thermal reaming of the borehole. InE3S Web of Conferences, 60, 00024. DOI: 10.1051/e3sconf/20186000024.

9. Zhang, А., Zhao, О., Hu, В., Skoczylas, А., & Shao, J. (2018). Laboratory Investigation on Physical and Mechanical Properties of Granite After Heating and Water-Cooling Treatment. Rock Mechanics and Rock Engineering, 51(3), 677-694. DOI: 10.1007/s00603-017-1350-8.

10. Hosseini, M. (2017). Effect of temperature as well as heating and cooling cycles on rock properties. Journal of Mining & Environment, 8(4), 631-644. DOI: 10.22044/jme.2017.971.

11. Zhang, H., Gao, D., Salehi, S., & Guo, B. (2014). Effect of fluid temperature on rock failure in borehole drilling, Journal Engineering Mechanics, 140, 82-90. DOI: 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000648.

12. Kozhevnykov, A., & Dreus, A. (2018). Power consumption of rock decomposition process during diamond core drilling using pulse flushing. Mining of Mineral Deposits, 12(3), 22-27. DOI: 10.15407/mining12.03.022.

13. Dreus, A.Yu., Sudakov, A.K., Kozhevnykov, A.A., & Vakhalin, Yu.N. (2016). Study on thermal strength reduction of rock formation in the diamond core drilling process using pulse flushing mode. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2, 5-10.

14. Zhang, X.-Y., Chen, Z.-T., & Li, X.-F. (2018). Thermal shock fracture of an elastic half-space with a subsurface penny-shaped crack via fractional thermoelasticity. Acta Mechanica,229(12), 4875-4893. DOI: 10.1007/s00707-018-2252-x.

15. Shankar, V.K., Kunar, B.M., & Murthy, C.S. (2018). Experimental investigation and statistical analysis of operational parameters on temperature rise in rock drilling. International Journal of Heat and Technology, 36(4), 1174-1180. DOI: 10.18280/ijht.360403.

16. Dreus, A.Y., & Lysenko, K.Ye. (2016). Computer simulation of fluid mechanics and heat transfer processes at the working face of borehole rock. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 5, 29-35.

17. Kozhevnykov, A.O., Dreus, A.Yu., Baochang, Liu, & Sudakov, A.K. (2018). Drilling fluid circulation rate influence on the contact temperature during borehole drilling. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 1, 35-42. DOI: 10.29202/nvngu/2018-1/14.

18. Khomenko, O., Kononenko, M., & Bilegsaikhan, J. (2018). Classification of Theories about Rock Pressure. Solid State Phenomena, 277, 157-167, DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.277.1.57.

19. Sdvyzhkova, О., Golovko, Y., & Klimenko, D. (2017). Theoretical substantiation of the rock outburst criterion in terms of amplitude-frequency characteristics of an acoustic signal. In Conference Proceeding 16th International Conference Geoinformatics: Theoretical and Applied Aspects, Kyiv; Ukraine; 15–17 May 2017, 129036. DOI: 10.3997/2214-4609.201701822.

 повний текст / full article



Посетители

3119676
Сегодня
За месяц
Всего
348
857
3119676

Гостевая книга

Если у вас есть вопросы, пожелания или предложения, вы можете написать их в нашей «Гостевой книге»

Регистрационные данные

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зарегистрирован в Министерстве юстиции Украины.
 Регистрационный номер КВ № 17742-6592ПР от 27.04.2011.

Контакты

40005, г. Днепр, пр. Д. Яворницкого, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Вы здесь: Главная Архив журнала по выпускам 2019 Содержание №4 2019 Геотехническая и горная механика, машиностроение Приближенная аналитическая модель термоциклического разрушения горной породы при конвективном охлаждении