Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса 7
1.1. Механизм действия ПАВ 8
1.2. Применение ПАВ при разрушении горных пород .. 14
1.3. Выводы, цель и задачи исследований 25
Глава II. Методика проведения исследований 28
2.1. Выбор и подготовка образцов пород и растворов ПАВ для исследований 28
2.2. Методика исследования взаимодействия раствора ПАВ с породой 35
2.3. Методика лабораторных и шахтных исследований изменения горнотехнологических свойств пород 'при воздействии растворов ПАВ 45
Глава III. Исследование контактной прочности и абразивности горных пород при воздействии раствора ПАВ 55
3.1. Исследование взаимодействия раствора ПАВ с породой 55
3.2. Влияние раствора ПАВ на контактную прочность горных пород 67
3.3. Влияние раствора ПАВ на абразивность горных пород 85
3.4. Выводы 89
Глава IV. Исследование влияния раствора пав на характеристики процесса резания в лабораторных и шахтных условиях 91
4.1. Силовые и энергетические показатели процесса резания при воздействии раствора ПАВ 91
4.2. Исследование нагруженности двигателя исполнительного органа комбайна ГПКС при орошении забоя раствором ПАВ 106
4.3. Выводы 109
Глава V. Разработка методических указаний по выбору паб и исследованию их влияния на ослабление горных пород применительно к работе проходческих комбайнов 111
5.1. Установление корреляционных связей между физико-химическими свойствами на межфазной границе раствор-порода и горнотехнологическими свойствами породы 111
5.2. Методические указания по выбору ПАВ и исследованию их влияния на ослабление горных пород применительно к работе проходческих комбайнов. 113
5.3. Оценка экономической эффективности применения физико-химического ослабления крепких пород при комбайновой проходке выработок по сравнению с БВР 120
5.4. Оценка экономической эффективности применения физико-химического ослабления пород различной крепости при комбайновой проходке выработок... 128
5.5. Выводы 131
Заключение 133
Литература 135
Приложения 146
- Применение ПАВ при разрушении горных пород
- Методика исследования взаимодействия раствора ПАВ с породой
- Влияние раствора ПАВ на контактную прочность горных пород
- Исследование нагруженности двигателя исполнительного органа комбайна ГПКС при орошении забоя раствором ПАВ
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 года" поставлена задача обеспечения прироста добычи угля за счет увеличения производительности труда, общего повышения эффективности производства, использования энергосберегающей техники и технологии. Одним из путей решения этой задачи является внедрение комбайнового способа проведения выработок с присечкой породы, который позволяет повысить скорость проходки в среднем в 2,2 раза, производительность труда - в 1,5 раза, на 10-15% снизить стоимость проходки І м выработки по сравнению с буровзрывным способом, улучшить безопасность труда Гіі .
Область применения проходческих комбайнов ограничена крепостью и абразивностью горных пород. Существующий парк проходческих машин в основном (на 85%) состоит из комбайнов избирательного действия, которые успешно применяются при проведении подготовительных выработок по углю и слабым горным породам крепостью не выше 4 по шкале проф.М.М.Протодьяконова и абразивностью не больше 10 мг. При проходке выработок по породам крепостью до 6 используется комбайн 4ІШ-2, отличающийся высокой энерговооруженностью и массой, поскольку при увеличении крепости в 1,5-2 раза энергоемкость процесса разрушения возрастает в 2-3 раза [_2j .
В настоящее время проблема разрушения горных пород крепостью выше 4-6 механическим способом решается путем наращивания массы и энерговооруженности комбайна, создания новых и совершенствования имеющихся конструкций разрушающего инструмента. Так, созданы и проходят испытания комбайны "Тор-69", "Союз" и "Ясино-ватец" для разрушения пород крепостью 6-Ю, исполнительный орган которых оснащен дисковыми шарошками. Однако эти комбайны отлича-
ются высокой массой и стоимостью и малой маневренностью, что затрудняет их применение.
Значительный интерес представляет изыскание способов снижения энергоемкости процесса разрушения за счет изменения свойств породы, ее сопротивляемости разрушению. В нефтяной промышленности, при дроблении, помоле и бурении горных пород, при борьбе с пылью нашли широкое применение поверхностно-активные вещества (ПАВ), водные растворы которых интенсифицируют процессы разрушения горных пород, способствуя увеличению выхода тонкой фракции при помоле, увеличению скорости бурения за счет снижения износа бурового инструмента и прочности разрушаемой породы и улучшения условий выноса шлама, снижению пылеобразования и т.д. Следует отметить, что до настоящего времени разупрочнение породы с помощью ПАВ при комбайновой проходке горных выработок с целью снижения энергоемкости процесса разрушения не использовалось. Для подтверждения возможности снижения прочности пород при их разрушении комбайнами избирательного действия в работе проведены исследования изменения прочностных свойств вмещающих пород угольной формации под действием растворов ПАВ, оценена степень влияния различных по составу растворов на поведение горных пород при разрушении, разработана методика выбора оптимальной ослабляющей жидкости. По результатам исследований разработаны и утверждены "Методические указания по выбору ПАВ и исследованию их влияния на ослабление горных пород применительно к работе проходческих комбайнов".
Научные положения, которые выносятся на защиту:
Выбор оптимального сочетания ПАВ - порода, основанный на определении времени седиментации и времени впитывания.
Результаты исследований по влиянию растворов ПАВ и электролитов на контактную прочность, абразивность и сопротивляемость
вмещающих пород резанию.
3. Использование оптимального раствора ПАВ для повышения эффективности и расширения области применения проходческих комбайнов избирательного действия на более крепкие и абразивные породы.
Применение ПАВ при разрушении горных пород
Проблема интенсификации всех видов механического разрушения горных пород в настоящее время приобрела важное значение. Физико-химическое ослабление пород, механизм действия которого представлен выше, является наиболее экономичным и технологичным способом [23J , не требующим внесения каких-либо конструктивных изменений в технологический процесс и конструкцию разрушающего органа. Повышение эффективности разрушения породы тем или иным способом связано с процессами физико-химического взаимодействия породы и адсорбционно-активной среды, протекающими на межфазной границе жидкость - порода и определяющими поведение породы при разрушении. Необходимым условием является наличие молекулярного сродства жидкости к разрушаемой породе, определяемого химическим составом породы и адсорбционно-активной среды [20j . При этом следует учитывать особенности структуры породы и условия ее деформирования и разрушения, поскольку наибольшее понижение прочности достигается при оптимальных условиях, когда образовавшиеся при деформации и разрушении новые поверхности покрываются адсорбционным слоем, т.е. когда время с момента образования микротрещины и ее закрытия после снятия напряжения несколько больше времени распространения адсорбционного слоя.
До 60-х г. область применения ПАВ при разрушении горных пород была ограничена - растворы ПАВ применялись лишь для активации промывочной жидкости с целью увеличения скорости бурения по крепким породам при бурении нефтяных и геологоразведочных скважин. Поверхностно-активные вещества, вводимые в глинистые промывочные растворы, придают им особые свойства, позволяющие стабилизировать буровой раствор.
В работах [7,8J показано, что использование водного раствора хлористого алюминия определенной концентрации увеличивает скорость перфораторного бурения для кварцита на 70% и для гранита на 40%. Однако незначительное отклонение реальной концентрации электролита в забое скважины от оптимальной существенно снижает эффективность процесса бурения. В основу выбора понизителя прочности положен склерометрический метод определения прочности породы, воздушно-сухой и обработанной раствором.
В условиях Башкирии [24j при бурении скважин для вскрытия продуктивных пластов были использованы глинистые растворы, вода, водные растворы 0П-І0, СНС и дисольвана 4411 концентрациями не более 0,6%. При этом механическая скорость бурения для ПАВ по сравнению с водой увеличилась на 28%, по сравнению с глинистым раствором - в 2,8 раза. Кроме того, отмечалось повышение работоспособности долот, связанное с понижением прочности горных пород и уменьшением коэффициента трения. При выборе вида ПАВ и его концентрации в растворе руководствовались величиной снижения поверхностного натяжения воды в присутствии поверхностно-активных добавок.
По данным ЛГИ [25J , добавки превацелла и сульфанола в промывочную жидкость при бурении обусловливают рост скорости вращательного бурения твердосплавным инструментом в 1,4-1,8 раза. Так, добавка превацелла к воде до концентрации 0,1% приводит к увеличению скорости проходки приблизительно на 40% при приращении проходки на один породоразрушающий инструмент на 15%. Оценка эффективности действия раствора ПАВ осуществляется прямым методом определения прочностных показателей породы, разрушаемой при одновременном действии инструмента и раствора.
Исследованиями [26,27] установлено, что применение карбокеи-метилцеллюлозы при бурении кварца позволяет увеличить проходку на одно долото на 45-50%, скорость проходки - на 20-40% при уменьшении удельной работы разрушения на 27-45% и силы трения с 124 до 18 н, что подтверждается сходимостью результатов при бурении гранитов и кварцитов. В данной работе также использован прямой метод подбора эффективного ПАВ по конечному результату.
При исследовании факторов, интенсифицирующих процесс бурения горных пород при воздействии на них ПАВ [28 J , установлено, что наряду с адсорбционным понижением прочностных свойств на эффективность процесса бурения действует фактор снижения сил трения. Так, добавление ПАВ в промывочную жидкость вызывает уменьшение поверхностного натяжения приблизительно в 2 раза, что способствует более эффективному проникновению промывочной жидкости в зону разрушения при уменьшении затрат энергии на трение за счет снижения коэффициента трения в 1,5-3 раза. В основу выбора понизителя прочности при бурении положен показатель поверхностного натяжения воды: чем больше снижение поверхностного натяже ния воды в присутствии ПАВ, тем эффективнее его действие при бурении.
Авторами [24І на основе результатов экспериментальных данных разработан раствор Кольма (смесь сульфоната, ШЩ и хлористого натрия) , применение которого в качестве буровой промывки позволяет не только увеличить скорость бурения, но и регулировать дисперсность шлама с целью улучшения выноса его из зоны разрушения.
При исследовании условий и поиске ПАВ, интенсифицирующих процесс шарошечного бурения, были проведены лабораторные эксперименты, результаты которых проверялись на Лебединском ГОКе [30,3lJ . Так, использование в качестве промывочной жидкости 0,1%-ного раствора ПТП-ПАВ, выбранного по конечному результату, при бурении железистых кварцитов позволило увеличить скорость бурения на 10-15%, стойкость шарошечных долот на 24%. Применение указанного раствора при мокром помоле в шаровой мельнице увеличивает выход целевой фракции на 2-24%. Данные исследований показали, что достигнутые в производственных условиях результаты не являются пределом и возможно их улучшение за счет использования новых поверхностно-активных добавок и подбора режима бурения.
Анализ результатов приведенных выше работ по исследованию влияния раствора ПАВ и электролитов на процесс бурения показал, что промывочные жидкости с добавками ПАВ позволяют увеличить скорость бурения за счет ослабления горных пород и снижения сил трения, интенсифицировать вынос шлама из забоя, увеличить длину проходки на одно долото при значительном снижении износа разрушающего инструмента. Выбор состава бурового раствора проводился в основном по конечному результату. Лишь в некоторых работах оценка активности ПАВ осуществлялась по величине поверхностного натяжения раствора на границе с воздухом. Однако при этом
Методика исследования взаимодействия раствора ПАВ с породой
В основе эффекта адсорбционного понижения прочности твердого тела [60 ] лежит физико-химическая природа, проявляющаяся в снижении свободной поверхностной энергии под влиянием обратимой адсорбции. Несмотря на универсальность проявления эффекта на твердых телах с любым типом межатомных связей, адсорбционное понижение прочности носит избирательный характер и действие его максимально при соблюдении условия близости твердого тела и жидкости по химической природе [бҐ] . Таким образом, для повышения эффективности действия понизителя прочности необходимо подбирать оптимальные сочетания ПАВ - порода с учетом особенностей механизма разрушения определенным инструментом.
Адсорбционное понижение прочности - это физико-химический процесс, протекающий на межфазных границах системы жидкость - порода - воздух. При разрушении в реальных условиях поверхность взаимодействия жидкости с породой постоянно увеличивается по мере образования микротрещин. Поэтому в лабораторных условиях для исследования влияния раствора ПАВ целесообразно прибегнуть к искусственному увеличению межфазной границы жидкость - порода путем дробления образца и использования определенной фракции. В физической химии разработаны многочисленные методики ведения исследований в этой области. Для решения поставленной задачи выбраны методики определения суспензионного эффекта, времени седиментации и времени впитывания раствора в порошок, позволяющие оценить поведение породы в растворе ПАВ. Для ведения работ по методикам определения суспензионного эффекта и времени седиментации требуются суспензии - смесь исследуемых жидкости и порошкообразной породы в определенных пропорциях. К исследованиям принята фракция 0,25 мм. В состав этой фракции входят частицы породы, размер которых превышает размер самого крупного зерна в 2,5-3 раза.
Для оценки эффективности действия ПАВ - понизителя прочности на породу при исследовании взаимодействия твердой и жидкой фазы в суспензии может быть использована агрегативная устойчивость суспензии, определяемая временем оседания частиц породы в суспензии, водородным показателем суспензии, величиной электрокинетического -потенциала и суспензионного эффекта.
Вокруг частицы породы, помещенной в раствор ПАВ, в результате адсорбции молекул и ионов ПАВ, формируются адсорбционный и диффузный слои с образованием двойного электрического слоя, обладающего определенным поверхностным потенциалом - электрокинетическим с -потенциалом [l5j . Величина с -потенциала зависит от толщины диффузных слоев, диэлектрической постоянной поверхностно-активной среды [б2] . По данным [І2] , наибольший эффект снижения прочности горных пород достигается при увлажнении растворами с большей диэлектрической постоянной, обеспечивающей хорошую электропроводность на поверхности. Степень развития диффузных слоев определяется величиной водородного показателя рН [63j :- уменьшение рН среды приводит к потере агрегативной устойчивости - кислая среда способствует сжатию диффузных слоев на частице и снижению величины электрокинетического с -потенциала;- увеличение рН среды увеличивает агрегативную устойчивость суспензии, так как щелочная среда способствует разбуханию диффузных слоев и увеличению величины электрокинетического с -потенциала.
Для электролитов существует прямая связь между рН и с -потенциалом 64j : с увеличением рН среды возрастает Е -потенциал поверхности частицы, величина которого характеризует способность раствора ПАВ к снижению прочности.
В работе \бЬ\ показано, что между с -потенциалом и суспензионным эффектом рН существует одназначная зависимость. Сущность суспензионного эффекта І20,65І заключается в том, что электрометрически измеренные рН суспензии (рНс) и равновесного с ней раствора (рНф) различны по величине. По разности Д рН = = рНс - рНф измеренных величин судят о знаке заряда. Наибольшее снижение прочности должно быть при воздействии растворов ПАВ с такими значениями рН, при которых суспензионный эффект отрицателен, т.е. заряд на поверхности частицы отрицателен.
Методически определение суспензионного эффекта осуществлялось следующим образом. Раздробленные под прессом образцы исследуемых пород растирались в ступе фарфоровым пестиком. Далее полученная масса просеивалась через сита 0,25-0,75 мм. Для приготовления суспензии использовалась навеска образца по 0,5 г фракции 0,25 мм и 50 мл исследуемого раствора (величина навески и количество раствора установлены экспериментальным путем). Величина водородного показателя рН среды изменялась в зависимости от вида и концентрации ПАВ в растворе, вида и концентрации электролита в диапазоне от 2,8 до 11,5.
Приготовленные суспензии, помещенные в стеклянные колбы с притертыми пробками, подвергались ежедневному I0-15-минутному встряхиванию для более быстрого достижения равновесия. С помощью прибора лабораторного рН-метра ЛПУ-01 замерялась величина рН в растворе (осажденные частицы породы находятся внизу), далее стеклянный электрод осторожно опускался на дно колбы и определялась величина рН. Равенство измеренных величин означало, что система порода - жидкость находится в равновесном состоянии. Затем отстоявшуюся жидкость осторожно отделяли от породы, сливая ее в химический стакан. Замерялась величина рН жидкости (рНф) и осадка (рНс) и по их разности определялась величина суспензионного эффекта. При положительном значении А рН частицы породы в суспензии заряжены положительно, при отрицательном - отрицательно.
После встряхивания колбы с суспензией взвешенные частицы породы под действием силы тяжести начинают оседать на дно колбы и по истечении некоторого времени появляется четкая граница между раствором и породой. Это время называется временем осажде
Влияние раствора ПАВ на контактную прочность горных пород
Влияние раствора ПАВ на контактную прочность [83-87] изучалось на песчаниках 2 и 3, алевролитах и аргиллитах. Как показали исследования, изменение контактной прочности для двух песчаников под влиянием одного раствора ПАВ практически одинаково ( К a = 7-10%). Поэтому в дальнейшем для них будут использованы обобщенные данные.
Характер формирования диффузных слоев на вновь образованной при разрушении поверхности, как указывалось в гл.2.2, определяется величиной водородного показателя рН среды. При воздействии кислого, нейтрального и щелочного растворов величина снижения контактной прочности песчаника различна (рис.3.9),и составляет
в начальный момент времени 0-5 мин для рН = 3 12-20%, рН = 6-7 -30% и рН = 10,5 - 35-43%.
С течением времени после одноразовой обработки поверхности образца исследуемым раствором контактная прочность постепенно восстанавливается за счет его испарения. Как видно из рис.3.9, максимальное снижение контактной прочности отмечается в присутствии щелочной среды, для которой по истечении 30 мин образец ослаблен на 30%. Для кислой и нейтральной сред относительная контактная прочность через 30 мин близка к прочности воздушно-сухого образца и составляет 92-95%. Следовательно, оптимальной с точки зрения понижения контактной прочности исследуемых пород является щелочная среда.
Выбор типа электролита, создающего шелочную среду, осуществляется по величине максимального снижения контактной прочности во времени. На рис.3.10 представлены результаты экспериментов по воздействию щелочных растворов хлористого натрия, хлористого кальция и углекислого натрия на контактную прочность песчаников. На рис.3.10 видно, что в начальный момент времени после воздействия хлористого натрия, хлористого кальция и углекислого натрия снижение контактной прочности составляет 14, 16 и 38%, через 5 мин - 32, 36 и 41%, через 15 мин - 25, 36 и 39% соответственно. Спустя 30 мин контактная прочность пород восстанавливается до 73-77% от значения контактной прочности воздушно-сухих образцов для трех типов электролитов. Следовательно, оптимальным понизителем прочности является углекислый натрий.
Для определения оптимальной концентрации электролита были проведены исследования по влиянию величины концентрации углекислого натрия на изменение относительной контактной прочности. Результаты исследований показали (рис.3.II), что при воздействии 0,5%, 0,1% и 0,05%-ных растворов углекислого натрия контактная прочность песчаников в начальный момент снижается на 26, 34 и 37%, через 5 мин - на 34, 39 и 49%, через 15 мин - на 30, 38 и 43% и спустя 30 мин - на 16, 27 и 33% соответственно. Приведенные данные свидетельствуют о том, что оптимальной является концентрация углекислого натрия, равная 0,05%.
Для выявления оптимальной концентрации ПАВ были проведены эксперименты по определению контактной прочности песчаников в присутствии щелочных растворов принятых к исследованию ПАВ. Для создания щелочной среды использовалась добавка углекислого натрия 0,05%-ной концентрации в растворе ПАВ. Результаты испытаний представлены в виде диаграмм изменения контактной прочности во времени после обработки образца щелочным раствором катионоактив-ных, неионогенных и анионоактивных веществ при изменении концентрации ПАВ в растворе в диапазоне 0,05-0,5%. Для сравнения на графиках приведены данные по изменению контактной прочности под действием дистиллированной воды (концентрация 0).
Рассмотрим действие катионоактивных ПАВ (рис.3.12). Как видно из рис.3.12а, щелочной раствор катапина способствует снижению относительной контактной прочности в начальный момент времени в среднем на 20% для всех концентраций. Через 5 мин после увлажнения образца растворами 0,05;.0,1 и 0,5%-ной концентрации величина снижения достигает 30-35%, для других концентраций - 15-20%. Спустя 15 мин относительная контактная прочность в среднем соста вила 80-85%. Характер восстановления прочности образца во времени под действием раствора ПАВ, различен. Это можно, по-видимому, объяснить различием в интенсивности испарения растворов ПАВ, отличающихся величиной концентрации и, как следствие, величиной рН. Через 30 мин снижение относительной контактной прочности составило в среднем 5%, в то время как для дистиллированной воды - 10%.
Под действием щелочных растворов катамина (рис.3.12,б) отмечается неравномерность снижения относительной контактной прочности для различных концентраций. В начальный момент времени максимальное снижение 40% наблюдается под влиянием 0,1%-ного раствора катамина. Для растворов других концентраций величина снижения составила 23-30%. Спустя 5 мин относительная контактная прочность в присутствии 0,1%- и 0,3%-ной концентрации достигла 57-55%, в то время как под действием других растворов - 70%. С течением времени прочность восстанавливается до 85-90% и лишь для раствора 0,3%-ной концентрации катамина равна 65%. Из условия учета времени контакта раствора с породой, соответствующего комбайновой проходке, оптимальным понизителем прочности является 0,1%-ный щелочной раствор катамина в интервале 0-5 мин.
Рассмотрим действие неионогенных ПАВ (рис.3.13). Под влиянием щелочного раствора 0П-І0 (рис.3.13,а) в диапазоне указанных концентраций максимальное снижение относительной контактной прочности в начальный момент времени составило 29% для 0,05%-ного раствора, для остальных - 15-20%, через 5 мин - 30 и 20-25% соответственно. С течением времени для всех кривых наблюдается постепенное увеличение относительной контактной прочности, которая через 30 мин составляет 90-95%.
В присутствии щелочного раствора синтамида-5 (рис.3.13,б) максимальное снижение относительной контактной прочности, равное 18%, отмечено в начальный момент времени для 0,05%-ного
Исследование нагруженности двигателя исполнительного органа комбайна ГПКС при орошении забоя раствором ПАВ
Лабораторные эксперименты показали, что адсорбционно-актив-ная среда при разрушении горных пород способствует снижению контактной прочности и сопротивляемости резанию. Для определения эффективности применения ослабляющей жидкости при комбайновой проходке выработок с присечкой породы средней и выше средней крепости были проведены шахтные эксперименты в условиях ш/у ИМ.М.В. Фрунзе ПО "Ровенькиантрацит".
Для устранения влияния природной влажности на результаты эксперимента была выбрана выработка без водопритока. Проходка осуществлялась проходческим комбайном ГПК, исполнительный орган которого оснащен поворотными резцами РКС. Перед началом испытаний была проведена замена резцов. Резание осуществлялось технически острыми резцами.
На передней панели комбайна были установлены четыре форсунки для подачи раствора непосредственно на корону (см.рис.2.4). На основании результатов лабораторных исследований в качестве ослабляющей жидкости использовался щелочной 0,1%-ный раствор НЧК. Приготовление раствора заданной концентрации осуществлялось следующим образом. В дозирующее устройство ДСУ-3, подключенное к шахтному водопроводу, заливался концентрированный раствор НЧК и углекислого натрия из расчета: на 10 кг НЧК - 5 кг углекислого натрия. Дозатор был отрегулирован на выходную концентрацию 0,1%. При открытом вентиле вода, протекая через дозатор, захватывала определенное количество концентрированного раствора и по ступала в смеситель. Из дозатора готовый раствор подавался в систему орошения комбайна, а далее через форсунки в забой. Перед началом испытаний почва выработки зачищалась.
Под влиянием ослабляющей жидкости при одновременном механическом воздействии исполнительного органа комбайна на породу было отмечено разрушение почвы пласта при стабилизации режима работы комбайна, сопровождающегося существенным снижением динамических нагрузок.
Замеры мощности, согласно методике проведения шахтных экспериментов, проводились на двигателе исполнительного органа комбайна при разрушении угля без орошения забоя шахтной водой и с орошением, а также при разрушении пород, слагающих почву пласта, без орошения и с орошением забоя шахтной водой и ослабляющей жидкостью.
В результате проведения экспериментов при разрушении угля с орошением водой было получено снижение мгновенной мощности на двигателе исполнительного органа на 16% и средней мощности на 18,5% по сравнению с разрушением воздушно-сухого угля.
При воздушно-сухом разрушении "кучерявчика" крепостью 3-4 по шкале проф.М.М.Протодьяконова было зарегистрировано увеличение мгновенной мощности до 47 кВт, средней - до 42 кВт, что превышает номинальную мощность электродвигателя на 30,5 и 13,8% соответственно.
Подрывка почвы пласта на границе "кучерявчика" с песчанистым сланцем в воздушно-сухом состоянии короной комбайна не представлялась возможной: резцы лишь царапали по породе, возникли значительные динамические нагрузки, при которых комбайн работал в неустойчивом режиме. Замеренная при этом мгновенная скорость составила 64 кВт, средняя - 52 кВт. Орошение забоя шахтной водой, имеющей слабощелочную реакцию, не привело к улучшению условий разрушения: комбайн по-прежнему работал в неустойчивом режиме. При этом превышение номинальной мощности составило в среднем 45,0%. Разрушение почвы пласта в таком режиме в связи с крайне малой производительностью, а также перегрузками электродвигателя в течение длительного времени нецелесообразно.
При подаче ослабляющей жидкости через систему орошения комбайна в зону резания под корону исполнительного органа присекае-мая порода крепостью 6-7 по шкале проф.М.М.Протодьяконова разрушается. При этом отмечается значительное снижение динамических нагрузок на комбайне. При заглубке короны на 15 см мгновенная мощность составила 38 кВт, средняя - 27 кВт, что на 40-48% меньше потребляемой мощности при разрушении на границе "кучерявчика" с песчанистым сланцем без орошения. Увеличение заглубки короны приводит к незначительному росту мощности. Так, при величине заглубки 20 см мгновенная мощность составила 40 кВт, средняя - 32 кВт, при 30 см - 42 и 35 кВт соответственно, что на 43-48% ниже мощности на двигателе при разрушении на границе "кучерявчика" с песчанистым сланцем без орошения.
Акт о проведении на шахте им.М.В.Фрунзе ПО "Ровенькиантрацит" экспериментальных исследований физико-химического ослабления пород почвы при проведении промштрека по пласту п комбайном ГПК и протокол технического совета при техническом директоре ПО "Ровенькиантрацит" по рассмотрению результатов экспериментальных исследований физико-химического ослабления горных пород при проведении выработки комбайном ГПК прилагаются (приложения I и 2).
Результаты шахтной проверки физико-химического способа ослабления подтвердили возможность использования раствора ПАВ оптимального состава при проходке выработок комбайнами избирательного действия с целью расширения области их эффективного приме нения на более крепкие и абразивные породы.1. Под действием водных растворов 1MB и электролитов при одновременном действии режущего инструмента на породу происходит снижение усилия резания и усилия подачи. Величина снижения определяется степенью химического сродства раствора и породы.2. Область максимального снижения усилия резания на 50-54% и усилия подачи на 26-30% наблюдается под действием щелочной среды при рН = 9,5-10,5.3. Снижение усилия резания на 40% и более происходит в присутствии того раствора ПАВ, для которого время седиментации составляет 60-95 мин, а время впитывания 70-120 с.4. Наиболее эффективным из исследуемых типов ПАВ является анионоактивное ПАВ - нейтрализованный черный контакт, под действием которого усилие резания снижается в среднем на 43%, усилие подачи - на 20%.5. Оптимальной концентрацией эффективного ПАВ является 0,1%-ная концентрация раствора, в присутствии которого усилие резания снижается на 55% и усилие подачи - на 27% по сравнению с величинами для воздушно-сухого образца породы.6. При подаче ослабляющего раствора под резец при снятии лишь первого слоя установлено, что раствор ПАВ,проникая по образовавшимся микротрещинам, снижает сопротивляемость пород резанию как минимум на трехкратную глубину реза.7. Наибольшей проникающей способностью обладает 0,1%-ный щелочной раствор НЧК, применение которого при разрушении песчаника крепостью 4 = 8-9 резцом РКС при снятии одного слоя с подачей жидкости в зону резания и двух слоев без ее подачи снижает усилие по трем слоям на 41, 47 и 43%, усилие подачи на
