Наближена аналітична модель термоциклічного руйнування гірської породи при конвективному охолодженні
/ 0
- Деталі
- Категорія: Геотехнічна і гірнича механіка, машинобудування
- Останнє оновлення: 01 вересня 2019
- Опубліковано: 20 серпня 2019
- Перегляди: 2470
Authors:
A. Ю. Дреус, доктор технічних наук, доцент, orcid.org/0000-0003-0598-9287, Дніпровський національний університет імені О. Гончара, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
A. О. Кожевников, доктор технічних наук, професор, orcid.org/0000-0002-6876-4168, Національний технічний університет „Дніпровська політехніка“, м. Дніпро, Україна
Баочанг Лю, PhD, професор, orcid.org/0000-0002-0185-3684, Будівельний коледж Цзилінського університету, м. Чанчунь, Китай
Д. А. Судакова, кандидат технічних наук, доцент, orcid.org/0000-0002-8676-4006, Національний технічний університет „Дніпровська політехніка“, м. Дніпро, Україна
Abstract:
Мета. Розробка наближеної аналітичної методики розрахунку знеміцнення гірської породи при термоциклічному впливі з урахуванням інтенсивності конвективного теплообміну.
Методика. Для розв’язання задачі використано аналітичний підхід на основі теорії термопружності в рамках моделі крихкого руйнування Грифітса.
Результати. Показано, що охолодження попередньо нагрітих гірських порід дозволяє значно знизити енергоємність процесу їх руйнування за рахунок розвинення зони передруйнування та послаблення породи. Розроблена методика розрахунку та досліджено вплив інтенсивності конвективного теплообміну на процеси розкриття мікротріщин у породі. Наведені результати розрахунку часу затримки руйнування для різних гірських порід. Показано, що ефективність термоциклічного руйнування залежить від виду гірської породи.
Наукова новизна. Запропоновано новий наближено-аналітичний підхід до дослідження процесу розвинення тріщин у гірській породі при циклічному нагріванні та охолодженні поверхні. Одержано аналітичний вираз, що зв’язує параметри процесу руйнування із процесами охолодження. Виконані теоретичні обґрунтування використання змінного теплового впливу на гірську породу для підвищення ефективності руйнування при бурінні.
Практична значимість. Результати роботи становлять інтерес для оцінки можливості управління температурним режимом буріння та теплового знеміцнення гірської породи за рахунок зміни витрат промивальної рідини.
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.
Архів журналу