Введение к работе
Актуальность ряботн. В 1995 году на угольных тахтах России из общего объема (940 км) проходческими комбайнами пройдено 37G км,' или 40 % выработок. Дальнейший прирост будет -происходить в основном за счет проведения выработок по более крепким и абразивным породам. Известно, что применение проходческих комбайнов с резцовым инструментом в таких условиях невозможно. Не случайно поэтому в последнее время било разработано несколько опытнмх конструкций комбайнов, оснащенных ворошками и предназначенных для проведения ' выработок по породам средней и выше сродней крепости. Однако разрушение пород этими комбайнами характеризуется значительной удельной , онерге -^костью, большими напорными усилиями и повышенным шшеобразованием. . Для устранения этих недостатков необходимо интенсифицировать процесс разрушения пород. Одним из реальных путей решения этой задали может стать предварительное (опережающее) ослабление массива щелями. Некщелевыо целики предпочтительнее'разрушать дисковыми шарошками, а прорезать пели целесообразно гидрсабразншил! инструментом. Это устройство реализует гпдроабразнвикй способ разрушения пород, основанный на совместном воздействии на массив струй воды высокого давления и абразивных частиц, находящихся внутри этих струй, и имеющий значительные преимущества перед другими известными способами прорэза-ния целей (механическими, термическими, . лучевыми и др.). На исполнительном органе гидроабразивный инструмент может- быть агрега-тирован с дисковыми шарошками. Если вопрос о закономерностях разрушения ' пород дисковыми шзооЕками носит самостоятельный характер и достаточно хорошо изучен, то процесс нарезания щелей гпдроабра-знвныи инструментом почти не исследован и параметры для него не установлены.
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 топливно-энергетических ресурсов недр России" (ГНТПР "Недра России") совместно с ИГД им. А.Л.Скочинского и Фирмой "НИТЕЙ" (шифр темы 0143060000).
Даль работа. Установление закономерностей процесса разрушения горных пород гидроабразивным инструментом для выбора.и обоснования параметров процесса нарезания щелей, обеспечивающих расширение области эффективного применения проходческих комбайнов.
Идея- работы. Эффективное разрушение крепких горных пород достигается за счет использования в конструкциях исполнительных органов проходческих комбайнов для нарезания опережающих щелей гидроабразивного ...инструмента с учетом закономерностей взаимодействия его с массивом при рациональных параметрах процесса щелеоб--разования и с последующим скалыванием межщелевых целиков дисковыми шарошками.
Метод исследования -- комплексный, включающий анализ и обобщение опита использования технологии гидроабразивной резки в технике и результатов ранее выполненных работ по гидравлическому и гидроабразивному разрушению пород и различных материалов; экспериментальные исследования процесса разрушения пород гидроабразивным инструментом по щелевой схема в стендовых условиях; анализ и обработку экспериментальных данных с применением методов теории вероятности и математической статистики, методов подобия и размерностей; сопоставление экспериментальных и расчетных данных.
Научные положения, разработ<.:;:'ые лично соискателем, и их новизна:
. обоснован и выбран критс-ий оценки сопротивляемости горных пород разрушению гндроабразик'.'ыми струями, позволяющий правильно рассчитывать показатели процесса щелеобразовашш при конструировании исполнительных органов проходческих комбайнов для различных .горно-геологических условий и^ определять.рациональные области их использования;
установлены закономерности процесса щелеобразовашш с учетом геометрических, гидравлических и режимных параметров инструмента, кругшостл абразивных частиц- и прочности пород, обеспечивающие обоснование показателей работы гидроабразивных резаков исполнительных органов проходческих комбайнов;
на основании исследований взаимосвязи прочностных свойств пород, геометрических, гидравлических и режимных параметров инструмента с показателями процесса щелеобразовашш выявлены области минимальных удельных энергозатрат и максимальных скоростей приращения боковой поверхности щели, что позволило установить закономерности изменения рациональных давлений воды и скоростей перемещения для гидроабразивных резаков исполнительных органов .проходческих комбайнов. - - . - '
Достоверность, научных положений, выводов и. рекомендаций подтверждается корректностью постановки задач; представительным объемом экспериментальных данных, полученных в стендовых условиях с применением современных средств измерений и методов исследова-
ний; корректным применением методов теории вероятности и-матема
тической статистики, а также методов подобия и размерностей при
обработке и анализе экспериментальных данных; устойчивостью кор-'
реляционных связей установленных зависимостей (значения индексов
корреляции находятся в пределах,0,80 -- 0,99); удовлетворительной
сходимостью расчетных данных с результатами экспериментов (откло
нение не превышает 19 %). .
Паучков значение работы заключается в установлении закономерностей процесса щелеобразования с учетом крупности абразивных частиц, прочности пород, а также геометрических, гидравлических и рекимннх параметров инструмента, позволивших выявить их рацио--нальные сочетания и обосновать показатели работы гидроабразивных резаков для исполнительных органов, обеспечивающих расширение области эффективного применения проходческих комбайнов.
Практическое значение работы:
разработана конструкция экспериментального стенда, обеспечивающего исследование процесса разрушения пород гидроабразпвним инструментом в широком диапазоне изменения режимных и гидравпи-ческпх параметров;
разработан параметрический ряд источников вода высокого давления, являющихся составным-элементом технологии гидроабразнвной резки;
предложена конструкция гидроабразшзного инструмента, способствующего повышении технического уровня проходческих комбайнов;
получены расчетные зависимости для определения рациональных давлений ь'о'лы и скоростей перемещения гпдроабразивного инструмента, обеспечивающих минимум удельных энергозатрат и максимум скоростей приращения боковой поверхности щели;
установлено рациональное соотношение диаметров коллиматора и струеТормиругицей насадки гпдроабразивного инструмента, рациональное расстояние между срезом коллиматора и поверхностью разрушаемой породы, а такие определена крупность абразивных частиц, соответствующая максимальной глубине цели;
разработан метод расчета эффективности процесса щелеобразо пання, учитывающий влияние диаметра струе/рормирующей насадки, давления воды, прочности пород, а такке скоростей истечения висо-конапорной воды и перемещения инструмента;
разработана и-реализована на персональном компьютере "Методика расчета основных параметров гпдроабразивных резаков для исполнительных органов проходческих комбайнов, оснеженных дисковыми шарошками". ;
Реализация результатов работы. "Методика расчета основных параметров гндроабразивных резаков для исполнительных. органов проходческих комбайнов, оснащенных дисковыми шарошками", а также все конструктивные решения и рекомендации' в полном объеме используются Фирмой "НИТЕП" при создании гидроабразивных резаков и исполнительных органов проходческих комбайнов.
Апробация работы. Результаты исследований и основные матери
алы диссертационной работы докладывались на XXXI - XXXIII науч
но-технических конференциях профессорско-преподавательского сос
тава Тульского государственного университета (г. Тула, 1995-
1997 гг.), I Международной конференции "Проблемы создания эколо
гически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи .полезных
ископаемых и переработки отходов горного производства" (г. Тула,
1996 г.), научном симпозиуме "Неделя горняка - 97" в МГГУ (г.
Москва, 1997 г.). научных семинарах ТулГТУ (г. Тула, 1995-
1997гг.), технических советах фирмы "НИТЕП" (г. Тула, 1995-
1997 гг.) и Скуратовского экспериментального завода (г. Тула,
19S6, 1997 ГГ. ). '
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано .7 работ.
Структура и объем работы. "Диссертация состоит из введения.' пяти глав и заключения, изложенных на 118 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 23 таблиц, список попользованный литературы из 105 наименовании и 3 приложения.