Научная статья на тему 'Выбор способа получения и определение рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления при резании ими горных пород'

Выбор способа получения и определение рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления при резании ими горных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
183
53
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СТРУЙ ВОДЫ / РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ / METHODS OFFORMING WATER IMPULSE JETS / RESULTS OF THEORETICAL RESEARCHING / CALCULATION FORMULAS FOR CALCULATING PARAMETERS OFJETS AND PARAMETERS OF DESTRUCTING ROCK

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Жабин А. Б., Поляков Ал В., Поляков Ан В., Лавит И. М.

Приведены результаты теоретических исследований процесса резания горных пород гидроимпульсными струями, получаемыми различными способами, обосновывается выбор способа получения таких струй. Приводятся расчетные зависимости для определения параметров импульсных струй воды высокого давления и для расчета параметров режима разрушения ими горных пород

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Жабин А. Б., Поляков Ал В., Поляков Ан В., Лавит И. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHOICE OF A WAY OF RECEPTION AND DEFINITION OF RATIONAL PARAMETERS OF PULSE HIGH PRESSURE WA TER JETS A T CUTTING BY THEM OF ROCKS

The results of theoretical researches of process of cutting of rocks by pulse jets of water received by various ways are given, the choice of a way of reception of such jets is proved. The settlement dependences for definition of parameters of pulse high pressure water jets and account ofparameters of a mode of destruction by them of rocks are resulted

Текст научной работы на тему «Выбор способа получения и определение рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления при резании ими горных пород»

8. Якобашвили О.П. Цифровая сейсмометрия массивов горных пород на карьерах// Актуальные проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья. М.: Изд-во МГГУ, 1993. С.71-91.

9. Meyer, F. Color image segmentation. Ihe collection of materials of the International Conference on Image Processing and its Applications. - Maastricht, Netherlands, 1992. P.303-306.

V.A. Dunayev, I.M. Ignatenko, A.N. Ovsyannikov, N.A. Godovnikov

TECHNIQUE AND THE AUTOMATED SYSTEM OF AN ESTIMATION OF EXPLOSIBILITY OF ROCKS ON OPEN-CAST MINES

The technique of an estimation of explosibility of rocks on the open-cast mines, providing a remote (photometric) way of reception of the initial data about block structure of rocks in ledges of an open-cast mine and lumpiness of the blasted mass of rocks, mathematical modeling and computer technologies of processing of the information is stated, the characteristic of the automated system in which these technologies are realized.

Key words: rock, open-cast, mathematical modeling.

Получено 24.11.11

УДК 622.236.5

А.Б. Жабин д-р техн. наук, проф., (4872)-33-31-55, 7ЬаЬт.Ма@тай .ш (Россия, Тула, ТулГУ),

Ал.В. Поляков., канд. техн. наук, доц., (4872)-33-31-55,

Ро1уак^^а1@тай.ш(Россия, Тула, ТулГУ),

Ан.В. Поляков., канд. техн. наук, доц., (4872)-33-31-55,

Ро1уак^^ап@тай.ш(Россия, Тула, ТулГУ),

И.М. Лавит, д-р техн. наук, проф. (Россия, Тула, ТулГУ)

ВЫБОР СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНЫХ СТРУЙ ВОДЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ ИМИ ГОРНЫХ ПОРОД

Приведены результаты теоретических исследований процесса резания горных пород гидроимпульсными струями, получаемыми различными способами, обосновывается выбор способа получения таких струй. Приводятся расчетные зависимости для определения параметров импульсных струй воды высокого давления и для расчета параметров режима разрушения ими горных пород.

Ключевые слова: способы получения импульсных струй воды, результаты теоретических исследований, расчетные зависимости для определения параметров струи и параметров режима разрушения ими горных пород.

Одним из перспективных направлений развития техники и технологий разрушения горных пород является создание и применение гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов, реализую-

щих как бесщелевой, так и щелевой способы разрушения и предполагающих одновременное воздействие на породный массив непрерывных высокоскоростных струй воды и механического инструмента. Бесщелевой способ разрушения горных пород к настоящему времени достаточно хорошо изучен. Что же касается щелевого способа разрушения, то здесь существуют резервы повышения его эффективности. Как показывают проводимые в последнее время в России и за рубежом научные исследования [1], направленные на изыскание способов и средств повышения режущей способности высокоскоростных струй воды без увеличения гидравлической мощности оборудования, повышение эффективности щелевого разрушения (повышение производительности резания и снижение энергозатрат или расширение области применения на более крепкие породы) может быть достигнуто на основе создания и применения импульсных струй воды высокого давления [1]. Необходимо отметить, что изучение процесса разрушения породного массива как непрерывной, так и импульсной высокоскоростной струей воды, реализующей щелевой способ, носит самостоятельный характер.

Практика использования импульсных струй воды высокого давления при разрушении различных материалов и горных пород не дает достаточных знаний, позволяющих производить выбор наилучшего способа получения струи и средства для его реализации, то есть рабочего инструмента. Установленные закономерности гидроимпульсного резания носят фрагментарный характер. Отсутствуют практические рекомендации по выбору и обоснованию рациональных параметров и режимов работы гидроимпульсного инструмента. Вместе с тем, совместное влияние большого числа разнородных факторов на показатели процесса щелеобразова-ния имеет сложный взаимозависимый характер с труднопрогнозируемым результатом. Все это вызывает необходимость проведения комплексных исследований, направленных на изучение закономерностей процесса резания горных пород импульсными струями воды высокого давления.

На основании анализа существующих способов получения и средств формирования импульсных струй воды высокого давления (рис. 1) [1, 2] для проведения исследований были выбраны искусственные гидроимпульсные струи (как наиболее эффективные), получаемые механическим способом с внешним прерыванием непрерывной струи воды при помощи вращающегося диска с прорезями (рис. 2, а) и внутренним прерыванием струи за счет наконечника, установленного в корпусе гидроимпульсного инструмента (рис. 2, б). Выбор этих способов обусловлен в основном тем, что, во-первых, механическое прерывание представляет собой наиболее перспективный способ получения гидроимпульсных струй, а во-вторых, в этом случае получение и контролирование заданной частоты пульсации скорости струи, как основного ее параметра, возможно без проведения дополнительных исследований. Выбор продиктован также и тем,

что при реализации этих способов получения импульсных струй воды высокого давления возможно применение струеформирующих насадок, нашедших широкое применение при гидравлическом резании горных пород непрерывными струями воды.

Процесс нарезания щелей в породном массиве импульсной струей воды высокого давления с учетом присущих ему особенностей (см. рис. 2) определяется следующими основными факторами: гидравлическими параметрами импульсной струи воды высокого давления, включающими давление воды перед струеформирующей насадкой Р0 (скорость истечения струи воды из струеформирующей насадки г?0), диаметр отверстия струеформирующей насадки й0 и коэффициент расхода насадки 1; режимными параметрами гидроимпульсной струи, куда входят частота пульсации скорости струи , расстояние между срезом гидроимпульсного инструмента и поверхностью породы 10 и скорость перемещения импульсной струи воды над поверхностью породы дп, а также прочностными свойствами горных пород.

Импульсныс струи воды

искусственные (принудительно полученные)

Рис. 1. Способы получения и средства формирования импульсных струй воды

Поскольку импульсные струи воды высокого давления являются прерывистыми, параметры, управляющие их свойствами, намного сложнее, чем параметры непрерывных струй воды. В качестве основного параметра импульсной струи воды, характеризующего эффективность ее удар-

ного воздействия на горную породу, наряду с частотой пульсации скорости струи ^ был принят и безразмерный параметр Sd [1, 3], характеризующий струю как некую систему, имеющую неустановившийся характер движения, и рассчитываемый по выражению

Sd =

d0

А

(1)

В качестве основных критериев оценки эффективности процесса нарезания щелей в горных породах импульсной струей воды были приняты глубина прорезаемой щели h и скорость приращения боковой поверхности щели Fo = h .

Для установления закономерностей процесса разрушения горных пород импульсными струями воды высокого давления были проведены экспериментальные исследования. Для этого была разработана стендовая установка, в которой в качестве источника воды высокого давления использовался гидромультипликатор двухстороннего действия, обеспечивающий максимальное давление воды 120 МПа и ее расход 25 л/мин. Породные блоки с различными прочностными свойствами крепились на поворотном столе установки.

а

б

Рис. 2. Схема резания горных пород импульсной струей воды высокого давления с механическим внешним при помощи вращающегося диска

(а) и внутренним при помощи наконечника (б) прерыванием: 1 - гидроимпульсный инструмент; 2 - горная порода; 3 - наконечник

Для реализации способа механического прерывания непрерывной струи воды были разработаны различные гидроимпульсные инструменты, условно обозначенные как «инструмент 1», «инструмент 2» и «инструмент 3» (далее кавычки опускаются), схемы которых представлены на рис. 3.

В конструкции гидроимпульсного инструмента 1 (см. рис. 3, а) реализован принцип внешнего прерывания непрерывной струи воды за счет диска с прорезями. При вращении диска, установленного у среза струе-формирующего устройства (см. рис. 2, а), от электродвигателя с тиристор-ным регулятором скорости непрерывная высокоскоростная струя воды прерывалась и таким образом формировалась импульсная струя. Изготовленные три диска с прорезями позволяли получать частоту пульсации скорости струи от 12 до 9750 Гц.

Принцип внутреннего прерывания непрерывной струи воды был реализован в двух инструментах (см. рис. 3, б и в), отличающихся формой наконечника и типом его привода. Гидроимпульсный инструмент 2 (см. рис. 3, б) имел конический наконечник и кулачковый привод, а инструмент 3 (см. рис. 3, в) - цилиндрический наконечник и пневмоэлектрический привод. Конструкция гидроимпульсного инструмента 2 позволяла получать частоту пульсации скорости струи воды от 12 до 4500 Гц, а инструмента 3 - от 10 до 3000 Гц.

Прерывание потока воды при помощи инструментов 2 и 3 (см. рис. 3, б и в) осуществлялось за счет возвратно-поступательного движения наконечника, обеспечивающего попеременное открытие и закрытие канала подачи воды высокого давления к струеформирующей насадке 14. При этом для инструмента 2 (см. рис. 3, б) движение наконечника вверх обеспечивалось за счет кулачка 7, получающего момент вращения от электродвигателя 3, а движение вниз - за счет возвратной пружины 8. Для инструмента 3 (см. рис. 3, в) движение наконечника вверх производилось за счет подачи воды высокого давления к струеформирующей головке 5, а движение вниз - за счет периодической подачи сжатого воздуха в гидроусилитель 13 по-средствам пневмораспределителя 10, пневмосистемы 12 и генератора электрических сигналов 11.

а

б

Рис. 3. Схемы гидроимпульсных инструментов: а - инструмент 1; б - инструмент 2; в - инструмент 3;

1 - струеформирующее устройство; 2 - сварная рама; 3 - электродвигатель с тиристорным регулятором скорости;

4 - диск; 5 - струеформирующая головка; 6 - наконечник; 7 - кулачек; 8 - возвратная пружина; 9 - винт; 10 - пневмораспределитель с электроуправлением; 11 - генератор электрических сигналов;

12 - пневмосистема; 13 - гидроусилитель;

14 - струеформирующая насадка

Анализ результатов экспериментальных исследований по определению влияния прочностных свойств горных пород на показатели процесса разрушения их различными высокоскоростными тонкими струями воды, выполненных другими авторами, показывает, что для оценки сопротивляемости горных пород разрушению в этом случае может использоваться предел прочности на одноосное сжатие (сж, обеспечивающий наиболее

тесную корреляционную связь с глубиной прорезаемой щели. Поэтому в качестве прочностного показателя при резании горных пород гидроимпульсной струей был выбран предел прочности на одноосное сжатие.

Исследования, выполненные с целью установления влияния частоты пульсации скорости струи воды на глубину прорезаемой щели, проводились на образцах горных пород с пределом прочности на сжатие (7сж=12,75; 27,3 и 68,8 МПа при давлении воды перед насадкой Р0 = 80

МПа, диаметре отверстия струеформирующей насадки й0 = 0,4 • 10 м, скорости перемещения гидроимпульсной струи относительно образца горной породы = 1 • 10-3 м/с и расстоянии от среза гидроимпульсного инструмента до образца горной породы 10 = 30 • 10-3 м. Результаты исследований показали (рис. 4), что для инструментов 1, 2 и 3 (см. рис. 3) диапазон значений частоты пульсации скорости струи, равный соответственно 1300... 1800, 240...600 и 270...450 Гц, является рациональным с точки зрения нарезания щели максимальной глубины. Установлено, что в диапазоне рациональных значений частот пульсации скорости струи для каждого

гидроимпульсного инструмента режущая способность импульсной струи воды оказывается выше, чем для непрерывной.

Показано, что глубина щели, нарезаемая при помощи инструментов 1 (см. рис. 3, а), 2 (см. рис. 3, б) и 3 (см. рис. 3, в), примерно на 10...22; 60...110 и 62.112 % выше, чем глубина щели, нарезаемая непрерывной струей воды, соответственно. При этом энергоемкость процесса резания импульсной струей воды по сравнению с непрерывной снижается пропорционально увеличению глубины прорезаемой щели. Дальнейшие исследования процесса нарезания щелей в горных породах импульсными струями воды проводились при рациональной частоте пульсации скорости струи из установленного выше диапазона для каждого инструмента.

Для определения влияния давления воды и диаметра отверстия струеформирующей насадки на глубину прорезаемой щели проведены исследования на породных образцах с &сж = 33,5 МПа. Давление воды принималось равным 10, 20, 40, 60, 80, 100 и 120 МПа, диаметр отверстия струеформирующей насадки - (0,2; 0,3; 0,4; 0,6; и 0,8)-10-3 м, частота пульсации скорости струи - 1300, 600 и 350 Гц для инструментов 1 (см. рис. 3, а), 2 (см. рис. 3, б) и 3 (см. рис. 3, в) соответственно, расстояние от среза

_3

гидроимпульсных инструментов до образца горной породы - 10 = 25 10

м и скорость перемещения гидроимпульсной струи относительно образца

_3

горной породы $п = 1 -10 м/с. Установлено, что при увеличении давления воды от 10 до 120 МПа и диаметра отверстия струеформирующей насадки от 0,2 до 0,8 -10 м глубина прорезаемой щели увеличивается примерно в 9.16 раз и не зависит от конструкции гидроимпульсного инструмента. Показано, что эффективность нарезания щелей гидроимпульсной струей, получаемой тем или иным способом, при равных гидравлических параметрах инструментов в основном определяется рациональной частотой пульсации скорости струи для каждого конкретного инструмента.

Влияние расстояния от среза гидроимпульсного инструмента до образца горной породы /0 на глубину прорезаемой щели Н изучалось на образцах горных пород с асж = 33,5 МПа при давлении воды перед насадкой Р0 = 60 оМПа, диаметре отверстия струеформирующей насадки

й 0 = (0,2; 0,3; 0,4; 0,6; и 0,8)-10 _3 м, скорости перемещения гидроимпульс_3

ной струи относительно образца горной породы $п = 1 -10 м/с, частоте пульсации скорости струи /и = 1300, 600 и 350 Гц для инструмента 1 (см. рис. 3, а), 2 (см. рис. 3, б) и 3 (см. рис. 3, в) соответственно. Расстояние от среза гидроимпульсных инструментов до образца породы 10 изменялось от

10 до 200 -10_3 м. Анализ зависимости к = / (/0) показал, что с увеличением расстояния 10 глубина нарезаемой щели к изменяется по параболиче-

ской зависимости с наличием максимума. Получено, что наиболее эффективно нарезание щели происходит при значениях /0 в пределах

(30 _ 40)-10 _3 м при использовании гидроимпульсного инструмента 1 (см.

рис. 3, а) и (75 _ 100) -10_3 м - инструментов 2 (см. рис. 3, б) и 3 (см. рис. 3, в) для всех значений диаметра отверстия струеформирующей насадки.

На основании анализа результатов выполненных экспериментальных исследований процесса нарезания щелей импульсными струями воды высокого давления, получаемых при помощи инструментов 1, 2 и 3, и оценки их эффективности показано, что использование внутреннего прерывания непрерывной струи воды, реализованного в инструментах 2 и 3, более эффективно, чем внешнее прерывание, реализованное в инструменте 1. Кроме того, при использовании инструмента 3 (см. рис. 3, в) глубина прорезаемой щели оказывается выше по сравнению с инструментом 2 и при оценке в целом результатов проведенных экспериментов, установлено, что наиболее эффективным инструментом, с точки зрения обеспечения прорезания щели наибольшей глубины, является гидроимпульсный инструмент 3. Поэтому все дальнейшие экспериментальные исследования по установлению влияния прочностных свойств горных пород, скорости перемещения гидроимпульсной струи, а также определению ее рациональных параметров при резании горных пород и разработке метода расчета эффективности процесса щелеобразования проводились при использовании гидроимпульсного инструмента 3.

Для установления влияния предела прочности горных пород на сжатие на глубину прорезаемой щели были проведены экспериментальные исследования по разрушению образцов горных пород с &сж = 11,5 - 115,5

МПа при давлении воды перед насадкой Р0 = 80 МПа, диаметре отверстия

_3

струеформирующей насадки й0 = 0,4 -10 мм, скорости перемещения гид-

_3

роимпульсной струи относительно образца горной породы $п = 1 -10 м/с, расстоянии от среза гидроимпульсного инструмента до образца горной породы /0 = 30 -10_3 м и частоте пульсации скорости струи /и = 350 Гц. Из анализа зависимости к = / (&сж) следует, что глубина прорезаемой щели и предел прочности горных пород на сжатие связаны между собой тесной степенной зависимостью с индексом корреляции 0,91. Это свидетельствует о том, что предел прочности на одноосное сжатие может быть принят в качестве критерия оценки сопротивляемости горных пород разрушению импульсными струями воды высокого давления.

Для определения рациональных параметров импульсной струи воды высокого давления, к которым как отмечалось выше, относятся, частота пульсации скорости струи воды и безразмерный параметр , использовались результаты выполненных исследований по установлению влияние

гидравлических и режимных параметров импульсной струи воды высокого давления на глубину прорезаемой щели.

Анализ результатов экспериментальных исследований (см. рис. 4, в) дает основание предположить, что зависимость между глубиной щели и частотой пульсации скорости струи для пород с различными прочностными свойствами является экспоненциальной и имеет максимум в точке, соответствующей рациональному значению /и.

/г10 , м 45

а

б

1 1 ч 1

Г^ V

3 —•—♦—

, о

/г-10 ,м 60 50 40 30 20 10,

/.Гц

2000 4000 6000 8000 10000

» 1

-

. 2

3 -•

Л, Гц

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Рис. 4. Зависимости глубины прорезаемой щели к от частоты пульсации скорости струи /и:

а - гидроимпульсный инструмент 1; б - гидроимпульсный инструмент 2; в - гидроимпульсный инструмент 3; 1 - при (сж = 12,75МПа;

2 - при осж = 27,3МПа; 3 - при асж = 68,8МПа

Исследование полученной зависимости И = /(/и) на экстремум и статистическая обработка результатов экспериментов позволили получить уравнение, отражающее связь между рациональной частотой пульсации скорости струи воды и прочностью горных пород:

в

/ 1 о

/ =

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

^ и р

1,8 -10 о + 0,2

(2)

1,6 -10_12 о + 0,0006

V ' сж ' ,

Индекс корреляции для зависимости (2) составил 0,92, а коэффициент вариации опытных данных относительно расчетных - 7,8 %. Значения коэффициентов в уравнении (2) выдерживают проверку на значимость по критерию Стьюдента.

Для установления зависимости безразмерного параметра импульсной струи воды $>й от ее гидравлических и режимных параметров были использованы результаты экспериментальных исследований по определению влияния расстояния от среза гидроимпульсного инструмента /0 на

глубину прорезаемой щели. Обработка экспериментальных данных позволила получить зависимость рационального значения безразмерного параметра импульсной струи воды от рационального расстояния между срезом гидроимпульсного инструмента и поверхностью горной породы:

^ = 55,7 - ехр(_108,0 - /0^). (3)

Индекс корреляции для зависимости (3) составил 0,9, а коэффициент вариации опытных данных относительно расчетных - 5,3 %. Значения коэффициентов в уравнении (3) выдерживают проверку на значимость по критерию Стьюдента. Характер зависимости = /(/0рац) согласуется с

физикой процесса формирования струи, изученной другими авторами. В частности, при неизменных гидравлических параметрах струи воды и приближении инструмента к поверхности разрушаемой горной породы требуется увеличение частоты пульсации скорости струи. Другими словами, при

/0 ® 0 импульсная струя воды становиться непрерывной, и наоборот, при

/0 ® ¥ частота пульсации скорости струи должна уменьшаться.

Исследования по установлению влияния скорости перемещения гидроимпульсной струи относительно разрушаемой породы дп на глубину прорезаемой щели к и скорость приращения боковой поверхности щели проводились при резании образцов горных пород с пределом прочности на сжатие осж = 11,5; 33,5 и 68,8 МПа. Опыты выполнялись при диа-

_3

метре отверстия струеформирующей насадки 0,3; 0,6 и 0,8 -10 м, частоте пульсации скорости струи /и = 350 Гц, расстоянии от среза

_3

гидроимпульсного инструмента до образца горной породы /0 = 50 -10 3 м и давлении воды перед струеформирующей насадкой Р0 = 60 МПа. Скорость перемещения гидроимпульсной струи принималась равной 1; 6,5; 12,5; 15;

_3

27,5 и 110 -10 м/с. В результате исследований получено, что при разрушении горных пород с различной прочностью и для всех диаметров отверстия струеформирующей насадки с увеличением скорости перемещения

гидроимпульсной струи Ап глубина нарезаемой щели И интенсивно уменьшается по зависимости, близкой к степенной, а скорость приращения боковой поверхности щели сначала возрастает, достигая максимума, а затем снижается.

В результате анализа и обработки экспериментальных данных с применением методов теории подобия и анализа размерностей получена расчетная формула в безразмерных параметрах для определения рациональной скорости перемещения импульсной струи воды над поверхностью горной породы, соответствующей максимальной скорости приращения боковой поверхности щели

' 4-0,0/1 , ч _0 51

А ( Р Л //Л и,м

и0 /О 4-0,038 1 0

= 1480,3 • (^)

о

0

V Ь у

(4)

п р \ сж у

где Ь = А0 / /и - длина волны импульсной струи воды высокого давления.

Индекс корреляции для выражения (4) составил 0,87, коэффициент вариации опытных данных относительно расчетных - 3,73 %, а критерий Фишера ^ = 13,21. Критическое значение критерия Фишера при 5 % уровне значимости составило 2,4, что подтверждает адекватность полученной зависимости (4) экспериментальным данным. Значения коэффициентов в уравнении (4) выдерживают проверку на значимость по критерию Стью-дента.

Таким образом, функциональная зависимость между глубиной прорезаемой щели и основными факторами может быть представлена в следующем виде:

И = да0,/,/,А0,А,Р0,о ). (5)

^ 1 V 0* о^ и ? 0* п? 0* сж ' V /

Анализ зависимости (5), приведенный с применением методов теории подобия и размерностей, позволил установить, что величины Р0 , d0 и и имеют независимые размерности. С учетом этого зависимость (5) примет следующий, более простой, вид:

/ Р А Л

(6)

—=/ d

d //п Р0 А0Л

^ и 0 ^ и 0 0 0

, А А о А

0 \ 0 0 сж п /

Здесь и функция, и аргументы - безразмерные величины, а именно: — - симплекс геометрического подобия; = Но_ = - критерий ^ А0

гомохронности, учитывающий неустановившийся характер движения в

//„ /0

подобных потоках; = — - критерий режима разрушения, показываю-

А0 Ь

щий количество отдельных струй (импульсов), укладывающихся на длине

Р А

/0; —— - симплекс силового подобия; — - симплекс скоростного подобия. о А

В результате обработки экспериментальных данных была получена расчетная зависимость, позволяющая определять глубину нарезаемой щели с учетом гидравлических и режимных параметров импульсной струи воды высокого давления, а также прочности горных пород

h

0,055 •( )-

i L

P

, 0,78

v S ,

\ сж у

Jo

V J J

, 0,38

(7)

Индекс корреляции для зависимости (7) составил 0,8, а критерий Фишера F = 90,14 . Критическое значение критерия Фишера при 5 % уровне значимости составило 2,4, что подтверждает адекватность полученной зависимости экспериментальным данным. Значения коэффициентов в уравнении (7) выдерживают проверку на значимость по критерию Стью-дента. Сопоставление экспериментальных данных с расчетными по формуле (7) показано на рис. 5. Коэффициент вариации опытных данных относительно расчетных 28,3 %, что соответствует III классу точности классификационной шкалы горно-технологических показателей и расчетов и указывает на достаточную сходимость расчетных и экспериментальных данных.

(h/d0)3Kcnep 2qq

150

100

50

0/расч

0 50 100 150 200

Рис. 5. Сопоставление экспериментальных данных с расчетными

по зависимости (7)

0,24

Интенсификация горного производства на основе применения новых способов разрушения является пока еще недостаточно востребованным резервом. Тем не менее, полученные экспериментальные данные позволяют утверждать о возможности повышения производительности гидромеханического способа разрушения горных пород при использовании гидроимпульсных струй, а установленный диапазон их рациональных значений производить расчет основных параметров гидроимпульсных инструментов.

Работа выполнена в соответствии с планом проведения экспериментальных и теоретических исследований поисковой научно - исследовательской работы «Разработка рабочего инструмента и исполнительных органов горнопроходческого оборудования на базе гидроструйных технологий, обеспечивающих санитарно-гигиенические условия труда и повышающих эффективность и безопасность производства горных работ» в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (гос. контракт П1120).

Список литературы

1. Разработка рабочего инструмента и исполнительных органов горнопроходческого оборудования на базе гидроструйных технологий, обеспечивающих санитарно-гигиенические условия труда и повышающих эффективность и безопасность производства горных работ: отчет о НИР (промежуточ.): П1120/ Министерство образования и науки РФ; рук. Поляков А.В.; исп.: Жабин А.Б. [и др.]. Тула, 2010. 351 с.

2. Vijay M.M. How does a pulsed waterjet work? / Материалы сайта www.chem.arizona.edu/smith/50.pdf.

3. Chahine G.L., Conn A.F., Johnson V.E. Cleaning and cutting with self-resonating pulsed waterjet // Pros. 2nd U.S. Water Jet Conference. St. Louis. USA. 1983. Р. 167 - 173.

A.B. Zhabin, Al. V. Polyakov, An. V. Polyakov, I.M. Lavit

CHOICE OF A WAY OF RECEPTION AND DEFINITION OF RATIONAL PARAMETERS OF PULSE HIGH PRESSURE WA TER JETS A T CUTTING BY THEM OF ROCKS

The results of theoretical researches of process of cutting of rocks by pulse jets of water received by various ways are given, the choice of a way of reception of such jets is proved. The settlement dependences for definition of parameters of pulse high pressure water jets and account ofparameters of a mode of destruction by them of rocks are resulted.

Key words: methods offorming water impulse jets, results of theoretical researching, calculation formulas for calculating parameters ofjets and parameters of destructing rock.

Получено 24.11.11

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.