Введение к работе
Объект исследования и актуальность темы. Проблема эффективного разрушения горных пород в горнорудной, угольной, химической, нефтегазовой отраслях промышленности является одной из фундаментальных, т.к. затраты энергии на дробление существенно превышают затраты на все другие рабочие операции, требующиеся в процессе добычи полезных ископаемых. Существующие методы разрушения далеки от оптимальных. В связи с этим исключительно актуальными, особенно в последние годы стали задачи отыскания таких способов подвода энергии, которые позволили бы кардинально изменить сложившуюся ситуацию.
Механика разрушения горных пород как наука, как точная техническая дисциплина, базируется на классических задачах теории упругости, на описании физических процессов деформации трещиноватых тел.
Прішенительно к ударному способу воздействия на горные породы с целью их разрушения основополагающими являются подходы, основанные на теории контактного взаимодействия упругих тел. Разрушающий инструмент машин ударного действия (объект исследования) при этом представляется как индентор, взаимодействующий с разрушаемой средой.
Целью диссертаїшоїшой работы является решение актуальной проблемы повышения стойкости и производительности бурового инструмента путем анализа влияния формы твердосплавных вставок (инденторов) на основные характеристики процесса разрушения горных пород.
Метод решения поставленной задачи основан па применении метода граничных элементов в контактных задач теории упругости.
В соответствии с целью исследования были поставлены конкретные задачи, заключающиеся в том, чтобы при известных свойствах породы (среды) возможно было определить:
-
распределение давлений под индёнтором в зависимости от его кривизны;
-
напряжения и смещения в любой точке деформируемого тела;
-
характер напряженного состояния среды при совместном действии на нее нескольких вставок;
-
влияние близости жесткозакрепленных точек (стенок шпура) на характер взаимодействия;
-
влияние упругих свойств индентора;
-
энергетические (силовые) характеристики взаимодействия;
-
зону и объем разрушений.
Научная новизна.
-
Впервые создана методика оценки влияния формы твердосплавных вставок на эффект разрушения среды.
-
Разработан метод сравнительного исследования «остроты» ииденторов на напряженное состояние среды.
-
Решены контактные задачи о воздействии на упругое полупространство шщенторов «тороидального» типа (полых, осесимметричных инденторов) и шщенторов, выполненных по кривой типа «Верзьера Аньези».
Научная и практическая ценность заключается в создании (на базе решения контактных задач теории упругости методом граничных элементов) методики анализа и оценки различных форм твердосплавных вставок.
Использование данной методики позволило проанализировать ряд форм твердосплавных вставок (полых и цельных), создающих как плоскую, так и осесимметричпую деформации.
Предложено две новых формы твердосплавных вставок.
Предложено два новых способа креплегаїя твердосплавных вставок в буровых коронках.
Результаты расчетов показали, что при высоких энергиях удара более эффективными с точки зрения удельной энергоемкости и объемов производимых разрушений являются вставки «тупых» форм, самыми перспективными из которых являются вставки цилиидро-тороидалыюго типа.
Использование твердосплавных вставок таких форм обеспечивает существенный экономический эффект за счет снижения энергоемкости процессов бурения крепких горных пород, меньших расходов твердого сплава и автоматизации сборки буровых коронок.
Основные положения, выдвигаемые для зашиты:
методика оценки форм твердосплавпьіх вставок;
обоснование наиболее рациональных форм;
обоснование наиболее рациональных способов крепления твердосплавных вставок.
Обоснованность и достоверность результатов расчетов и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечивается выбором для обоснования хорошо проверешшх математических методов решения и совпадением ряда частных результатов с классическими решениями, а также с известными экспериментальными исследованиями.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и были одобрены: на ежегодных научно-практических конференциях Сибирской государственной горно-металлургической академии г.Новокузнецк; в институте угля СО АН СССР г.Кемерово; в Кузбасском государственном техническом университете г.Кемерово.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе, получено 4 положительных решения на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, закліочсгаш и списка литературы. Объем диссертации составляет 120 страниц, включает 81 рисунок и 8 таблиц. Список литературы содержит 93 наименования.
