Ударное разрушение крепких горных пород

Рассмотрены вопросы по определению рациональных форм и размеров зубьев и корпуса рабочего инструмента для ударного разрушения крепких горных пород на основании математических моделей прохождения ударных волн через корпус и зубья инструмента с образованием ядра напряжений и лунки выкола или скола, позволяющих определить объём лунки выкола, получить максимальную производительность и минимальную энергоëмкость ударного разрушения. Предложен новый, высокопроизводительный способ ударного распиливания крепких пород и станки для его осуществления различных моделей.

Для инженерно-технических и научных работников, занимающихся проектированием, производством и эксплуатацией оборудования для ударных видов бурения и разрушения крепких горных пород, распиливания камня и бетона, а также для аспирантов и студентов вузов, обучающихся по направлению «Горное дело».

Введение

Глава 1. Состояние вопроса научных исследований в области создания инструмента для ударного разрушения крепких горных пород

1.1. Анализ опыта применения инструмента для разрушения крепких горных пород

1.1.1. Общие сведения об инструменте, исследуемом в работе

1.1.2. Анализ технических характеристик инструмента и оборудования для разрушения крепких горных пород

1.2. Теоретические основы создания инструмента для ударного разрушения крепких горных пород, опыт его эксплуатации

1.2.1. Формирование ядра напряжений и лунки выкола в крепкой горной породе при действии на неё нагрузки со стороны рабочего инструмента

1.2.2. Обзор исследований по определению параметра работа (энергия) ядра напряжения И работа разрушения крепкой горной породы

1.2.3. Анализ термина «ударная волна»

1.2.4. Исследования в области ударного бурения крепких горных пород

1.2.5. Исследования рациональных геометрических форм и размеров зубьев и корпуса

рабочего инструмента для ударного разрушения крепких горных пород

1.2.6. Особенности применяемых методов исследования процесса прохождения ударной волны

через ударную систему в породу с.образованием ядра напряжения и лунки выкола

1.3. Перспективы применения оборудования для отделения гранитных и мраморных монолитов и блоков от массива с помощью ударного воздействия инструмента на породу

Глава 2. Рациональные геометрические формы и параметры зубьев рабочего инструмента для ударного разрушения крепких горных пород

2.1. Прохождение ударных волн в􀁢зубе рабочего инструмента для определения его рациональных параметров

2.1.1. Влияние параметров зубьев рабочего инструмента на эффективность ударного разрушения

крепких горных пород

2.1.2. Схемы прохождения ударных волн в зубе рабочего инструмента

2.2. Эффективность прохождения ударной волны из зуба трапецеидального профиля ударного инструмента

В крепкую горную породу

2.3. Эффективность прохождения ударной волны из зубьев кругового профиля ударного инструмента

в􀁢крепкую горную породу

2.4. Результаты анализа эффективности прохождения ударных волн через зубья ударного инструмента

различного профиля

2.4.1. Максимальный угол прохождения ударной волны из зубьев в породу

2.4.2. Сравнительный анализ рациональных параметров зубьев ударного инструмента различного профиля

2.5. Эффективность прохождения ударных волн в зубьях ударного инструмента различных пространственных форм

2.5.1. Рациональные формы пространственных зубьев ударного инструмента

2.5.2. Графический анализ распространения ударных волн в зубьях различных форм с трапецеидальным профилем сечения

2.5.3. Графический анализ распространения ударных волн в зубьях различных форм с круговым профилем сечения

2.5.4. Модернизация применяемых буровых коронок при бурении крепких горных пород

2.5.5. Результаты анализа эффективности прохождения ударных волн через зубья ударного инструмента

различных пространственных форм

Глава 3. Математическая модель формирования ядра напряжения, лунки выкола и скола в крепкой горной породе при ударном воздействии инструмента

3.1. Исследование процесса формирования ядра напряжений в крепкой горной породе под действием на неё нагрузки со стороны рабочего инструмента

3.1.1. Анализ понятия ｫядро напряжения и􀁢ｫлунка выкола в породе

3.1.2. Эпюры ядер напряжений, вызванных вследствие воздействия силы со стороны рабочего инструмента

горной машины

3.1.3. Математическая модель ядра напряжения в крепкой горной породе при воздействии на неё рабочего инструмента горной машины

3.1.4. Подбор моделей контуров ядер напряжений на основании полученных эпюр напряжений в породе, вызванных вследствие воздействия силы со стороны рабочего инструмента горной машины

3.1.5. Обработка результатов измерений основных параметров ядер напряжений и выкола (или скола)

3.1.6. Математическая модель ядра напряжения для различных параметров напряжения в крепкой горной породе

3.2. Определение зависимостей изменения параметров изолинии эллипса ядра напряжений от параметров

напряжений в􀁢породе, нагрузки, угла её приложения и диаметра зоны контакта инструмента с породой

3.2.1. Влияние изменения величины напряжений в породе на геометрические параметры изолинии

эллипса ядра напряжений

3.2.2. Определение зависимостей изменения параметров изолинии эллипса ядра напряжений сжатия

от величины нагрузки со стороны зуба на породу и от угла её приложения.

3.2.3. Определение коэффициентов изменения параметров изолинии эллипса ядра напряжений сжатия

от величины зоны контакта зуба с породой

3.2.4. Определение параметров эллипса ядра напряжения сжатия при различных параметрах площади контакта инструмента с􀁢породой, действующей на ней нагрузки и угла её приложения

3.2.5. Определение параметров ядра напряжений растяжения по параметрам ядра напряжений сжатия

с􀁢помощью коэффициентов отношений

3.2.6. Определение коэффициентов изменения параметров ядра напряжений растяжения от величины

зоны контакта зуба с породой

3.2.7. Определение параметров эллипса ядра напряжения растяжения при различных параметрах

площади контакта инструмента с породой, действующей на ней нагрузки и угла её приложения

3.3. Формулы для определения геометрических параметров ядра напряжения и лунки выкола и скола

3.3.1. Геометрические параметры эллипса ядра напряжений

3.3.2. Площадь продольного сечения в вертикальной плоскости ядра напряжений сжатия и растяжения

3.3.3. Объём ядра напряжений сжатия и растяжения

3.3.4. Закономерности образования трещин в крепкой горной породе при воздействии на неё рабочего инструмента горной машины

3.3.5. Площадь выкола в продольном сечении вертикальной плоскости

3.3.6. Объём выкола

3.4. Зависимости параметров ядра напряжений и лунки выкола от угла действия вектора нагрузки со стороны зуба относительно к􀁢поверхности крепкой горной породы

Глава 4. Математическая модель прохождения ударных волн через корпус, зубья инструмента с образованием ядра напряжения и лунки выкола в крепкой горной породе

4.1. Моделирование процесса прохождения ударных волн через корпус и зубья ударного инструмента

С образованием ядра напряжений и лунки выкола в крепкой горной породе

4.1.1. Предпосылки решения вопроса об эффективности работы машин ударного разрушения

4.1.2. Предпосылки создания математической модели прохождения ударных волн в корпусе инструмента

И зубьях с трапецеидальным и круговым профилем с образованием ядра напряжения и лунки выкола

4.1.3. Описание алгоритма программы прохождения ударных волн через корпус ударного инструмента

и зубья в породу

4.1.4. Исходные данные программы прохождения ударных волн через корпус ударного инструмента

и зубья в породу

4.1.5. Поиск точки пересечения отрезка модели распространения фронта ударной волны и граничного отрезка корпуса инструмента с трапецеидальным профилем зубьев

4.1.6. Поиск точки пересечения отрезка модели распространения фронта ударной волны и граничного отрезка корпуса инструмента с круговым профилем зубьев

4.1.7. Нахождение углов отражения отрезков модели распространения ударной волны от боковых стенок

корпуса и зуба

4.1.8. Описание процесса прохождения ударных волн из инструмента в породу в зоне контакта

4.1.9. Определение длины отрезка модели распространения ударной волны

4.1.10. Коэффициент ослабления ударного импульса от центра к􀁢периферии в􀁢контактной переходной зоне

бойка (волновода) в корпус

4.1.11. Определения коэффициента ослабление амплитуды напряжений фронта ударной сферической волны

в долоте

4.1.12. Определения коэффициента уменьшения амплитуды напряжений фронта ударной сферической волны

В ударной пиле

4.1.13. Построение ядра напряжения и лунки выкола в крепкой горной породе при воздействии на неё

рабочего инструмента

4.2. Анализ полученных математических моделей прохождения ударных волн через корпус, зубья инструмента с образованием ядра напряжений и.лунки выкола в.крепкой горной породе

4.2.1. Исходные данные

4.2.2. Модель прохождения ударных волн через корпус ударной пилы с трапецеидальным и круговым профилем зубьев

4.2.3. Модель прохождения ударных волн через корпус долота с зубьями трапецеидального профиля

С отскоком после удара (ударно-поворотный тип бурения)

4.2.4. Модель прохождения ударных волн через корпус долота с зубьями трапецеидального профиля

без отскока после удара (ударно-вращательный тип бурения)

4.2.5. Модели прохождения ударных волн через зуб долота (ударной пилы) с образованием ядра напряжений

И лунки выкола в крепкой горной породе

4.2.6. Эпюры напряжений в􀁢крепкой горной породе, вызванные действием сил со стороны зуба

4.2.7. Построение изолиний ядра напряжений в крепкой горной породе, вызванных действием сил со стороны зуба

4.2.8. Зависимости изменения геометрических параметров эллипса ядра напряжения и лунки выкола от угла наклона боковой поверхности зубьев трапецеидального профиля ударного инструмента

4.3. Теоретическая производительность, энергоёмкость бурения при использовании долот с предложенными рациональными параметрами зубьев с учётом рассчитанных в них напряжений, определённые на основании результатов полученной математической модели

4.3.1. Расчётная теоретическая производительность перфоратора и энергоёмкость бурения

4.3.2. Зависимость рабочих напряжений в зоне контакта буровой коронки (долота) с породой при прохождении

через неё ударных волн от угла наклона боковой поверхности зуба трапецеидального профиля

4.3.3. Предлагаемые рациональные конструкции долот (буровых коронок) и мероприятия по повышению их

ресурса

Глава 5. Предлагаемый метод ударного распиливания крепких горных пород и􀁢концепция ударных пил и станков для его осуществления

5.1. Принцип и􀁢область применения метода ударного распиливания крепких горных пород, концепция ударных пил и станков для его осуществления

5.1.1. Способы отделения каменных монолитов или блоков от массива и распиловки блоков

на плиты-заготовки

5.1.2. Принцип ударно- распиловочного метода и концепция ударных пил и станков для его осуществления

5.2. Экспериментальные исследования станка ударного распиливания СУР с применением ударных пил различной конструкции

5.3. Расчёт и􀁢анализ производительности метода ударного распиливания, направления по его совершенствованию и внедрению в производство

Заключение

Список литературы