Процесс гидравлического разрушения (часть 2)

Фильтрационным потокам можно разрушить структуру рыхлых водонасыщенных пород. К ним относятся: фильтрационный выпор, суффозии внешняя и внутренняя (защемленная). Фильтрационный выпор происходит под действием потока, когда мелкие частицы перемещаются в порах крупнозернистой породы. Суффизия бывает механическая, когда мелкие частицы вымываются из пор более крупных частиц, и суффозия массы, когда происходит вынос всей массы породы. Суффозионные явления приурочены обычно к рыхлым пескам и супесям и наблюдаются лишь при определенной структуре и составе породы и значительном градиенте фильтрационного потока. Критическая скорость потока, при превышении которой наблюдается суффозионный вынос частиц, определяется коэффициентом фильтрации.
При взрывном встряхивании, вибрировании и других механических воздействиях водонасыщенные пески супеси, суглинки способны расплываться и течь вместе с содержащейся в них водой. Это происходит за счет разрушения естественной структуры водонасыщенной породы, уменьшения сопротивления пород сдвигу.
П. А. Ребиндером доказано, что ослабление структурных связей, облегчение деформации и понижение прочности породы достигается введением в породу поверхностно-активных веществ (ПАВ). Адсорбционные и сольватные слои молекул или ионов жидкостей с высокой энергией смачивания, проникая в микрощели породы, препятствуют смыканию поверхностей. При этом происходит понижение величины работы, необходимой для разрушения породы. В микрощелях создается раздвигающее тангенциальное давление, направленное в глубь микрощелей. В ряде случаев эффективного разрушения структуры песчаных горных пород можно достичь кислотной обработкой, разрушающей цементирующее карбонатное вещество. В. В. Радиной установлено, что цементирующее вещество слабосвязных зернистых пород может быть разложено микроорганизмами, выделяющими продукты жизнедеятельности, которые придают горной массе повышенную подвижность. Важным условием является подбор соответствующих микроорганизмов, способных разлагать цементирующее вещество. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов в виде слизи, газа и коллоидных соединений играют роль смазки, уменьшая вязкость дисперсной среды, которая приобретает свойства текучести.
Гидромониторной струей практически можно разрушить породы любой крепости. Однако разрушение струей в основном применяется при разработке песков, супесей, глинистых песчаников, алевролитов и реже при разработке углей, аргиллитов, мергелей, сланцев, известняковистых песчаников и др. Механизм разрушения зависит от физико-механических свойств горных, пород, условий течения струи и обусловлен одновременным проявлением различных сил (удар, динамическое давление, фильтрационные силы и др.). Механизм разрушения крепких связных пород аналогичен механизму разрушения резанием и ударом. В результате удара и гидродинамического давления струи на забой в нем образуется лунка формы параболоида, размеры которой зависят от параметров струи и времени воздействия. После удаления разрушенных частиц из лунки образуются мелкие трещины. Если удар нанесен под углом к поверхности, то наблюдается отделение крупных частиц под воздействием касательной составляющей силы удара струи. При разрушении слабосвязных и рыхлых пород в результате воздействия струи нарушается связь между отдельными частицами. Фильтрация части воды в поры рыхлых пород обусловливает их увлажнение и смачивание, что, в свою очередь, приводит к изменению сил сцепления. Кроме того, вода распирает забой и, как следствие, в массиве возникают напряжения, способствующие появлению трещин и отрыву отдельных частиц породы.

---