Определение рациональных режимов гидроабразивного резания горных пороп

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ “НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-97” МОСКВА, МГГУ, 3.02.97-7.02.97 СЕМИНАР 4 "ГОРНАЯ ТЕХНИКА: ПРОБЛЕМЫ И ТЕНЦЕДНЦИИ РАЗВИТИЯ"

А.Е. Пушкарев К.А. Головин

Тульский государственный университет

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ГИПРОАБРАЗИВНОГО РЕЗАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОП

__а два последних десятилетия достигнуты

^значительные успехи в технологии высоконапорной водяной струи. Водяные струи нашли множество отраслей применения. Так одним из перспективных направлений в горнопроходческой технике является нарезание щелей в забое с целью ослабления массива при помощи гидроабразивных струй. В статье М.М.Ууау "Свойства и параметры водяных струй", представленной на международной конференции "ГЕОМЕХАНИКА'91" (Острава, ЧССР) рассматриваются гидроабразивные струи как режущий инструмент, который может найти широкое применение в проходческом забое, и формулируется ряд специфических проблем, сдерживающих его внедрение. В первую очередь это вопросы, связанные с оптимизацией конструктивных параметров инструмента и режимов резания.

В связи с перспективностью применения гидроабразивного способа для разрушения горных пород на кафедре ГМ и ТГУ проведены исследования, целью которых явилось установление эффективных режимов разрушения горных пород и уяснения влияния конструктивных параметров источника воды высокого давления и гидроабразивного инструмента на процесс резания.

Гак, одним из важнейших показателей процесса разрушения горных пород является энергоемкость. Установление влияния режимов резания горных пород и конструктивных параметров инструмента на показатель энергоемкости и являлось одной из целей выполненной работы.

Совместно с фирмой "НИТЕП" была создана экспериментальная установка, состоящая из следующих основных агрегатов и узлов:

1. Приводной насосный блок.

2. Источник воды высокого давления

мультипликаторного типа (далее но тексту ИВД). '

3. Гидроабразивный инструмент с возможностью варьирования конструктивных параметров.

4. Система подачи абразива.

5. Система перемещения образца горной породы относительно гидроабразивного инструмента.

Работа экспериментальной установки осуществляется следующим образом.

Приводной насосный блок, предназначенный для питания ИВД и представляющий собой маслостанцию с приводным двигателем мощностью 160 кВт, подает масло в ИВД, где происходит преобразование низкого давления масла (на входе) в высокое давление воды (на выходе). Далее высоконапорная воды поступает к гидроабразивному инструменту.

Гидроабразивный инструмент (см. рис. 1) состоит из несущего корпуса 1, в который вмонтированы трубопроводы подачи воды и абразива. На конце трубопровода подачи воды в расточке, при помощи гайки 2, закреплена струеформирующая насадка 3. В камере смешения 4 происходит насыщение водяной струи абразивными частицами. Далее, гидроабразивная струя, проходя через коллиматор

5, попадает непосредственно на образец горной породы. В коллиматоре 5 происходит не только насыщение струи абразивными частицами, но и успокоение потока, устранение завихрений, возникших в камере смешения.

'Ops-ІОс/ порооь/

Рис. 1. Схема гидроабразивного инструмента.

Все детали гидроабразивного инструмента подвергаются сильному абразивному износу, поэтому, струеформирующая насадка, камера смешения и коллиматор выполнены сменными. Кроме того, для проведения экспериментов изготовлен типоразмерный ряд выше перечисленных деталей.

Система подачи абразива состоит из бункера, гибкого трубопровода, один конец которого присоединен к бункеру, а другой к дроссельному устройству гидроабразивного инструмента. Подача абразива регулируется изменением диаметра дроссельной шайбы, находящейся в корпусе дроссельного устройства.

Система перемещения образца горной породы относительно гидроабразивного инструмента представляет собой стол, снабженный винтовым податчиком для перемещения и специальным кронштейном для крепления образцов горных пород.

При экспериментальных работах по выявлению энергоемкости процесса разрушения задаваемые параметры варьировались в следующих пределах:

• давление воды 0...200;

• диаметр струеформирующей насадки 0,4; 0,6; 0,8 мм;

• скорость подачи образца 3,5 мм/сек;

В качестве разрушаемой горной породы был взят гранит.

Результаты экспериментов приведены в таблицах № 1, 2 и 3,

где Р — давление высоконапорной воды, МПа;

h — глубина прорезаемой щели, мм;

F0 = V-h-10'6, приращение площади боковой поверхности щели в единицу времени, м^/с;

V — скорость перемещения гидроабразивного инструмента относительно образца горной породы (все описываемые эксперименты проводились при V- 3,5 мм/с);

N — гидравлическая мощность струи воды, Вт;

Е0 - N / Fq, удельная энергоемкость процесса щелесобразования МДж/м-.

энергоемкости процесса гидроабразивного резания для данной горной породы (гак для гранита энергоемкость процесса минимальна при давлении струи воды около 150 МПа).

На наш взгляд, это связано с тем, что при давлени до 150 МПа происходит эффективный прирост глубины щели (площади боковой поверхности щели)с увеличением давления, тогда как при давлении свыше 150 МПа значительная часть энергии гидроабразивной струи расходуется на преодоление

сопротивления возникающего при проникновении струи в более глубокую щель, что снижает эффективность процесса щелеобразова-ния.

Таким образом, при разработке конкретной технологии разрушения горных пород, возможно рекомендовать оптимальные, с точки зрения энергоемкости, режимы работы инструмента заданной конструкции.

© А.Е. Пушкарев, К.А. Головин