Введение к работе
Актуальность работы. Эффективное использование проходческих ком-Заннов избирательного действия, составляющих подавляющее большинство тлрка проходческой техники в уголыгой промышленности, определяется об-іастью применения породоразрушающего инструмента. В связи с этим наиболее перспективным с точки зрения разрушения более крепких пород является использование в конструкциях их исполнительных органов гидромеханических резцов (ГМР), разрушающих забой по щелевой или бесщелевой :хемам.
Известно несколько схем компоновки ГМР. Все они по отношению к механическому разрушению обеспечивают значительные преимущества, зак-ідачающиеся в уменьшении нагрузок, охлаждении режущего инструмента, снижении его износа, уменьшении пылеобразованйя и т.д.
Особое место среди них занимают ГМР, разрушающие забой по бесше-ггевой схеме: ГМР-1, а которых подвод воды высокого давления осуществляется через резец непосредственно в зону его контакта с массивом и ГМР-2, в которых высоконапорная струя воды располагается впереди резца (например, типа РКС) в непосредственной близости от него.
Если щелевая схема гидромеханического способа разрушения и бесщелевая с использованием ГМР-1 достаточно хорошо изучены, то работ, посвященных разрушению горных пород ГМР-2, насчитывается единицы. Физическая сущность процесса разрушения пород ГМР-2 не ясна. Отсутствуют соответствующие корректные математические модели, что не дает возможности однозначно и достоверно трактовать данные экспериментальных исследований различных авторов. Установленные закономерности по определению нагруженности ГМР-2 при разрушении горных пород носят фрагментарный характер, не учитывающий влияние некоторых основных факторов, и не касаются усилия подачи. Отсутствует методика расчета исполнительных органов проходческих комбайнов, оснащенных таким инструментом.
Все это сдерживает широкое практическое использование гидромеханических исполнительных органов, требует дальнейшего развития исследований и определяет актуальность работы.
Работа выполнялась в рамках основного направления «Новые способы разрушения горных пород, технологии проведения горных выработок и бурения скважин» государственной научно-технической программы России «Прогрессивные технологии комплексного освоения топлннноонсргсгичсс-ких ресурсов недр России» (ГНТПР «Недра России») совместно с ПГД им. А.А.Скочинского и фирмой «НИТЕП» (шифр темы 0143060000).
Цель работы. Установление закономерностей формирования нагрузок на ГМР-2 и разработка на этой основе методики их расчета, направленной
На ПОВЫЩеНИе эффеКТИВНОСТН Применения Современных ПрОХОДЧеСКИХ KOI
банной избирательного действия.
Идея работы. Повышение эффективности разрушения горных поре достигается за счет использования в конструкциях исполнительных оргаш проходческих комбайнов ГМР-2 с учетом закономерностей их взаимодейс вия с массивом, выявленных путем математического моделирования прощ са гидромеханического резания.
Метод исследования - комплексный, включающий научный анализ обобщение опыта эксплуатации проходческих комбайнов с гидромеханичі кими исполнительными органами н результатов ранее выполненных раб по гидромеханическому разрушению горных пород; теоретические нсслед вания на базе моделирования процесса разрушения массива ГМР-2 с испо/ зованием методов теории упругости, вариационного исчисления и механи разрушения; обработку данных численного эксперимента с применение»! * тодов теории вероятности и математической статистики, а также метод подобия и размерностей; сопоставление экспериментальных, расчетных теоретических данных.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
разработан метод теоретического описания процесса динамическс иаіружения массива высоконапорной струей воды, вызывающего появлея ь нем волнового поля напряжений и увеличивающего его трещиноватость микроуровне, что позволяет рассчитать характеристики его напряжет деформированного состояния;
разработан метод оценки трещииоаатости массива, основанный критерии прочности Кулона-Мора и позволяющий рассчитать степень пі режденности материала высоконапорной струей воды;
разработана математическая модель процесса разрушения массі ГМР-2, основанная на решениях задачи динамической теории упругосп краевой задачи линейной механики разрушения и позволяющая раскрь механизм разрушения путем выявления закономерностей процесса развит трещины под действием резца в поврежденном высоконапорной струен во массиве;
установлены закономерности формирования нагрузок на ГМР-: учетом глубины резания, гидравлических (давления воды и диаметра отве тня струеформирующей насадки) и конструктивных (расстояний от среза садки до поверхности массива и от оси струи воды до вершины керна рез параметров инструмента, а также прочности пород, обеспечивающие оЄ нование силовых и энергетических показателей работы гидромеханичес: исполнительных органов.
Достоверность научных полокеїшіі, выводов и рекомендаций подтве дается корректностью постановки задач; корректным использованием і
- 5-атематическом моделировании процесса разрушения пассива ГМР-2 апро-іровашшх методов теории упругости, вариационного исчисления и меха-ика разрушения; представительным объемом теоретических данных; кор-зктным применением методов теории вероятности и математической ста-істики, а также методов подобия и размерностей при обработке и анализе юретических данных; удовлетворительной сходимостью расчетных данных результатам» экспериментов (отклонение не превышает 16 %) и теоретн-' еских и экспериментальных исследований (отклонение составляет 18 %).
Научное значение работы заключается в установлении физической кар-ины процесса разрушения горных пород ГМР-2 и разработке метода расче-а их нагруасенности.
Практическое значение работы:
разработан и реализован на персональном компьютере пакет расчет-ых программ по математическому моделированию процесса разрушения орных пород;
получены расчетные зависимости для определения усилий резания и .одачн, действующих на ГМР-2 при разрушении горных пород;
разработана и реалпзопапа па персональном компьютере методика іасчета исполшиельпых органон с ГМР-2 дня проходческих комбайнов избирательного дп'іспмт.
Реализации рі-іулі.іиіои работы. Пакт- расчетных программ по матема-нческочу моделированию процесса разрушения массива ГМР-2 и «Методи-:а расчет режимных и геометрических параметров режущей коронки с "МР-2; силовых и энергетических показателей работы гидромеханического [сполшпельного органа и производительности проходческого комбайна из-іпрательного действия» в полном обі.ег'е используются фирмой «НИТЕП» гри создании исполнительных органов с ГМР-2 и встроенным источником идравлической мощности для проходческих комбайнов.
Апробация работы. Результаты исследований и орлозныэ материалы шесертацнонной работы докладывались на ХХХІ-ХХХШ научно-технн-іесіаїх конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного уштерситгта (г. Туля, 1993 - 1597 гг.), 1 Международной <окфереицин «Проблемы создания экологически чистых и ресуреосберегаю-пих технологии добычи полезных ископаемы!; н переработки отходов гор-шго производства» в ТулГУ (г. Тула, 1395 г.), научных семинарах ТулП/ j. Тула, 1995-1997 гг.), технических советах фирмы "НИТЕП" (г. Тула, 13Э5 -1997 гг.).
Публикации. По результатам выполненных кссладоязннй спублпко-іан,о 6 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из яведгнна, четырех глав и заключения, изложенных нп 109 страницах машинописного текста, со-
держит 28 рисунков, 21 таблицу, список использаварной литературы из 19 наименований и 7 приложений.
Автор выражает благодарность научному консультанту канд-техт наук В.Г.Мерзлякову за оказание помощи при проведении теоретически исследований.