автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров и разработка средств формирования водяных струй для систем высоконапорного орошения горных машин

004619341

На правах рукописи

Байдииов Виктор Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДЯНЫХ СТРУЙ ДЛЯ СИСТЕМ ВЫСОКОНАПОРНОГО ОРОШЕНИЯ ГОРНЫХ МАШИН

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 4 опт 2ою

Москва 2010

004610341

Работа выполнена в Национальном научном центре горного производства -Институте горного дела им. A.A. Скочинского (ННЦ ГП- ИГД им. A.A. Скочинского)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Мерзляков Виктор Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Красников Юрий Дмитриевич

кандидат технических наук Зонтов Юрий Владимирович

Ведущее предприятие Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет

Защита диссертации состоится "28" октября 2010 г. в 13 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.137.03 при Московском государственном открытом университете по адресу: 129805, г. Москва, ул. Павла Корчагина, 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого университета.

Автореферат разослан "27" сентября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

H.A. Артемьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Общеизвестно, что в настоящее время в России около 70% угольных шахт относятся к опасным по газу (метану) и около 55% -к сверхкатегорным и выбросоопасным. При этом, угольные пласты, опасные по взрывам пыли, составляют порядка 90% от общего числа.

Как показывает статистика, одним из основных источников взрывов газа и пыли при подземной добыче угля является воспламенение пылегазовоз-душной смеси в результате фрикционного контакта режущего инструмента с абразивными породами и их включениями в угольном массиве. Особую опасность представляют использование проходческих комбайнов по крепким (а> бОМПа) горным породам в забоях с выделением метана 2,7% и более. В этих условиях вероятность взрыва приближается к 1.

Решение этой проблемы при работе наиболее конкурентоспособных зарубежных комбайнов ЕТ120 "Айкгофф", Е301 "Паурат", SM130 - фирма "IBS" (Германия), RH22 "Андерсен" (Англия), и АМ65 - фирма "Фест-Альпине" (Австрия) и др. достигается применением систем внутреннего высоконапорного орошения. Например, в проходческом комбайне АМ65, выпускаемом фирмой "Фест-Альпине" (Австрия), используется система "Set-Jet" с давлением воды 15-20 МПа.

Комплексные исследования, проведенные в 1980-2000 гг. в пылевых лабораториях ИГД им. A.A. Скочинского, ВостНИИ и ПНИУИ, также показали, что наибольший эффект пылеподавления наблюдается при применении оросительных систем с подачей жидкости под повышенным давлением на резцы, контактирующие с угольным массивом.

Однако практика использования подобных систем орошения показала, что требуемые органами Санэпиднадзора России уровни запыленности на рабочих местах при их применении достижимы только на пластах 1-IV групп пылыюсти. При этом не решается в полной мере задача обеспечения взрыво-защиты, а запыленность шахтной атмосферы остается высокой.

Поэтому тема исследований настоящей работы, направленных на обоснование параметров и разработку для систем высоконапорного орошения горных машин средств формирования плоских и осесимметричных водяных струй высокого давления, выполненных на основе изучения их реальных динамических и структурных характеристик, представляется актуальной.

Цель работы. Обоснование параметров и разработка средств формирования водяных струй для систем высоконапорного орошения, обеспечивающих эффективное пылеподавление и взрывозащиту при работе исполнительных органов горных машин.

Идея работы заключается в выборе рациональных параметров новых типов струеформирующих устройств и насадок, позволяющих управлять шириной факела струи позади режущего инструмента в зоне его контакта с горным массивом, и обеспечивающих за счет этого более эффективную взрывозащиту и пылеподавление при работе исполнительных органов горных машин.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

математическая модель содержащая зависимости влияния геометрических параметров двухступенчатых насадок с эллиптическим выходным отверстием на изменение динамических и структурных характеристик плоских водяных струй высокого давления по их длине, позволяющая определять рациональные геометрические и гидравлические параметры насадок применительно к системам пылевзрывозащитного орошения горных машин;

- зависимости длины начального участка тонких струй высокого давления в переходном и автомодельном турбулентных режимах истечения от геометрических и гидравлических параметров МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды, позволяющие с высокой надежностью управлять интенсивностью изменения осевого динамического давления и диаметра тонких струй высокого давления по их длине;

- математическая модель содержащая зависимости влияния геометрических и гидравлических параметров малогабаритных струеформирующих

устройств (МСУ) с тангенциальным и радиальным подводом воды на изменение динамических и структурных характеристик осесимметричных водяных струй высокого давления по их длине, позволяющая определять рациональные геометрические и гидравлические параметры новых типов МСУ применительно к системам пылевзрывозащитного орошения горных машин.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректностью поставленных задач; представительным объемом экспериментальных данных, полученных в стендовых условиях с применением современных методов исследований и средств измерения; корректным применением методов теории вероятности и математической статистики, а также методов теории подобия и размерностей при обработке и анализе экспериментальных данных; устойчивостью корреляционных связей установленных зависимостей (значения индексов корреляции находятся в пределах 0,85 -ь 0,99).

Методы исследования включают в себя: анализ и обобщение опыта создания и использования средств орошения для проходческих и очистных комбайнов, а также результатов ранее выполненных работ по экспериментальному изучению структуры и динамики водяных струй высокого давления; аналитическое и экспериментальное моделирование процессов формирования гидравлических струй в насадках и малогабаритных струеформи-рующих устройствах (МСУ); экспериментальные исследования с применением методов теории вероятности и математической статистики.

Научное значение работы заключается:

- в разработке математической модели и физической интерпретации процессов формирования плоских водяных струй высокого давления в насадках с круговой формой входного отверстия и эллиптической формой выходного отверстия, позволяющих повысить качество формирования плоских водяных струй за счет снижения уровня нестационарной турбулентности водяного потока в проточном канале насадки;

- в установлении аналитических зависимостей, отражающих влияние геометрических параметров проточной части насадок с двухступенчатым профилем и эллиптическим выходным отверстием на динамические и структурные характеристики плоских водяных струй высокого давления;

- в разработке физической интерпретации и математической модели процессов формирования осесимметричных водяных струй высокого давления в МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды и коэффициентом поджатия потока в насадке в пределах Кп = 4 -10;

- в установлении расчетных зависимостей для определения основных динамических и структурных характеристик водяных струй высокого давления на различных расстояниях от насадки в зависимости от исходных гидравлических параметров, геометрических параметров МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды и параметров проточной части струефор-мирующих насадок с учетом качества их изготовления.

Практическое значение работы:

- разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров двухступенчатых насадок с эллиптическим выходным отверстием при их использовании в составе систем пылевзрывозащитного орошения горных машин. Разработана конструкция двухступенчатых насадок с эллиптическим выходным отверстием, обеспечивающая формирование плоских струй высокого давления с однородной структурой, и за счет изменения угла конусности второй ступени насадки в диапазоне |3= 20° - 45°, позволяющая эффективно изменять ширину факела на расстояниях до 400 мм от насадки;

- разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров проточной части МСУ с радиальным щелевым подводом воды для систем пылевзрывозащитного орошения горных машин. Разработана конструкция малогабаритного устройства с радиальным щелевым подводом воды, обеспечивающая за счет изменения геометрических параметров струеформирующих элементов возможность эффективного управления динамическими и структурными характеристиками струй воды высокого давления;

4

- разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров проточной части МСУ с тангенциальным подводом воды для систем пылевзры-возащитного орошения с коэффициентом поджатия потока в насадке в пределах Кп = 4-10 и безразмерной длиной успокоителей в пределах от 2,5 до 7,5 диаметров его проточного канала.

Реализация работы. Результаты исследований были использованы ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского, фирмой НИТЕП и ОАО ЦНИИпод-земмаш при проектировании системы пылевзрывозащитного орошения СПВО для проходческого комбайна КПА-150 и ООО "Скуратовский машиностроительный завод" при проектировании и изготовлении экспериментальных и опытных образцов систем высоконапорного орошения горных машин.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались: на международном научно-техническом симпозиуме "Неделя горняка -2010" в МГГУ, на 3-й Международной конференции "Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства" (г. Тула, ТГТУ, 8-10 июня, 2010), на VIII Международной научно-технической конференции "Чтения памяти В.Р. Кубачека" (Екатеринбург, 14-16 апреля, 2010), а также на научных семинарах ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского (2007-2010 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 научных статей, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 159 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков, 34 таблицы, список использованной литературы из 76 наименований и 6 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Как показывает статистика, одним из основных источников взрывов газа и пыли при подземной добыче угля является воспламенение пылегазовоз-душной смеси в результате фрикционного контакта режущего инструмента

(резцов) с абразивными породами и их включениями в угольном массиве.

5

Выполненные исследования (главным образом в МакНИИ и ВостНИИ), показали, что процесс воспламенения метана зависит от физико-химических свойств горных массивов, скорости и усилий резания, твердости пород и состояния самого резца. Установлено, что начальное возгорание метановоз-душной смеси возникает в 10+20 мм от вершины резцов от искр при взаимодействии пород с раскаленным металлом. Инструментальными измерениями определена температура разогрева резца и его следа, составляющая 750^1200°С, которая является достаточной для воспламенения метана.

В работы по совершенствованию исполнительных органов и систем пылевзрывозащитного орошения для очистных и проходческих комбайнов большой вклад внесли: A.M. Морев, И.Г. Ищук, Г.А. Поздняков, В.Г. Мерзляков, Г.С. Забурдяев, В.А. Беломойцев, A.B. Трубицын, В.Т. Медведев, Н.В. Трубицына, К.К. Буймов; В.П. Голуб, С.Д. Меркулов, В.Д. Потапов, М.Д. Брагинский, Б.К. Мышляев, В.А. Бреннер, А.Б. Жабин, С.Н. Подобра-жин, В.П. Журавлев, Г.П. Никонов, И.А. Кузьмич, В.Е. Бафталовский, С.А. Брунс, Ю.А. Гольдин и другие ученые.

Несмотря на попытки совершенствования различных технологий и способов пылевзрывозащиты исполнительных органов горных машин, наибольшие перспективы успешного применения имеет способ внутреннего высоконапорного орошения с давлением воды до 30 МПа. Исследования, выполненные как в РФ, так и за рубежом, показали, что более надежная пылев-зрывозащита достигается при подаче струи не на переднюю грань резца, а позади резца непосредственно на раскаленный след в горной породе. При подаче на след резца наиболее эффективны компактные водяные струи. При этом струи воды должны обладать такими динамическими и структурными характеристиками (плотность, ширина факела в месте контакта с породой), которые бы позволили не только снизить температуру следа, но и эффективно эжектировать метан из зоны резания, обеспечивая таким образом надежную взрывозащиту исполнительного органа.

Однако, несмотря на результаты выполненных НИОКР и опыт зарубежных стран, в настоящее время все отечественные комбайны оснащаются системами орошения с давлением воды не более 4 МПа. При этом повышение давления воды более 4 МПа вызывает переизмельчение водяных капель, и их резкое торможение до скоростей, при которых эффективность пылепо-давления снижается.

Анализ основных причин такого положения, выполненный в первой главе диссертации, позволил установить следующее:

- разработанные ранее конструкции форсунок малоэффективны для формирования плоских и осесимметричных струй воды при использовании давлений воды более 4 МПа и подаче струи позади резца;

- известные полноразмерные и малогабаритные конструкции струе-формирующих устройств обеспечивают получение максимальной компактности струи, а для эффективной пылевзрывозащиты исполнительных органов горных машин на первый план выходят требования к управлению шириной факела струи и обеспечению равномерной плотности распределения в нем жидкости при постоянном, заранее заданном ее расходе.

- исследования физических процессов и разработанные математические модели формирования струй высокого давления для гидромеханических исполнительных органах, выполнены, как правило, в автомодельном режиме, а особенности физических процессов формирования водяных струй в малогабаритных струеформирующих устройствах в переходном режиме, характерном для средств высоконапорного орошения, исследованы недостаточно.

-до настоящего времени отсутствуют инженерные методы выбора рациональных параметров струеформирующих устройств и насадок для формирования плоских и осесимметричных струй высокого давления, динамические и структурные характеристики которых способны обеспечить максимальную эффективность систем пылевзрывозащитного орошения.

На основании вышеизложенного, а также в соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи исследований:

1

- установление влияния параметров проточной части двухступенчатых насадок с эллиптическим выходным отверстием на динамические и структурные характеристики плоских струй воды высокого давления;

- установление влияния параметров проточной части струеформирую-щих устройств с тангенциальным и радиальным подводами воды на длину начального участка и интенсивность изменения диаметра тонких осесиммет-ричных водяных струй высокого давления по их длине;

- разработка математической модели определения рациональных параметров струеформирующих насадок с эллиптическим выходным отверстием на основе интерпретации физической сущности процессов формирования плоских водяных струй в двухступенчатом профиле их проточной части;

- разработка математической модели определения рациональных параметров струеформирующих устройств с тангенциальным и радиальным подводом воды для систем пылевзрывозащитного орошения горных машин на основе анализа физической сущности процессов взаимодействия водяной струи с их струеформирующими элементами;

- экспериментальное подтверждение основных расчетных зависимостей и математических моделей по определению рациональных параметров средств, обеспечивающих формирование плоских и осесимметричных струй высокого давления для использования в составе систем пылевзрывозащитного орошения горных машин;

-разработка инженерных методов расчета рациональных параметров средств формирования плоских и осесимметричных струй воды высокого давления для пылевзрывозащитных систем орошения горных машин.

Процессы формирования водяных струй в струеформирующих устройствах определяют три группы факторов.

В первую группу входят исходные гидравлические параметры, к которым относятся диаметр выходного отверстия насадки с1о и давление воды перед насадкой р0. Эти параметры определяют принадлежность водяной струи

к определенному струйному классу по признаку общности закономерностей их формирования и распада при движении в воздушной среде.

Вторая группа факторов включает геометрические параметры струе-формирующих устройств и насадок, а также качество их изготовления, от которых зависят режимы течения жидкости в их проточных каналах, качество струеформирования, оцениваемое длиной начального участка водяных струй, а также интенсивностью изменения осевых динамических давлений и диаметров водяных струй на различных расстояниях от насадки.

К третьей группе относятся конструктивные особенности струеформи-рующих устройств и насадок, инициирующие, как, например в случае тангенциального и радиального подвода воды к струеформирующим устройствам, нестационарную турбулентность в основном потоке жидкости. Эта турбулентность не может быть количественно оценена каким либо общепринятым количественным критерием, например критерием Рейнольдса, но существенно влияет на режимы течения жидкости в проточных каналах, и, следовательно, на структурные и динамические характеристики формируемых водяных струй.

Для изучения закономерностей формирования плоских и осесиммет-ричных струй высокого давления с использованием шести малогабаритных струеформирующих устройств были проведены комплексные экспериментальные и аналитические исследования включающие в себя:

- аналитическую разработку математической модели поверхности проточной части насадки с круговой формой входного отверстия и эллиптической формой выходного отверстия;

- экспериментальное изучение влияния геометрических и гидравлических параметров струеформирующих средств на структурные и динамические характеристики плоских и осесимметричных струй высокого давления;

- установление рациональных соотношений геометрических параметров струеформирующих средств, обеспечивающих эффективное влияние на структуру и интенсивность расширения водяных струй высокого давления.

Решению задач аналитического и экспериментального изучения закономерностей формирования плоских струй высокого посвящена вторая гла-

ва диссертации. Для аналитического построения внутренней поверхности канала насадки представим каноническое уравнение эллипса в виде

где а и b соответственно большая и малая полуоси эллипса.

Принимаем, например, гиперболический закон изменения площади S по длине насадки: s(z)=AB~' (где А, В- const.) и после математических преобразований зависимость для определения координаты у имеет в окончательном виде следующий вид:

где х,у иг- текущие координаты, Л- радиус исходного сечения, 1- длина насадки, щ и Ь/ соответственно большая и малая полуоси эллиптического сечения при г= /, с- константа.

Использование приведенной выше математической модели при изготовлении поверхности проточной части насадки с эллиптической формой выходного отверстия позволит повысить качество формирования плоских водяных струй за счет снижения уровня турбулизации водяного потока в проточном канале насадки.

Экспериментальные исследования были выполнены на стендовой установке (рис. 1), оснащенной трубкой Пито, координатным устройством для ее перемещения в ручном и автоматическом режимах, тензометрическим и индукционным (МЭД) датчиками и регистрирующей аппаратурой. Давление воды генерировалось плунжерным насосом УН 200/320 и регулировалось дросселем.

Изучение характера изменения структурных характеристик плоских струй на расстояниях от насадки 50 -ъ 400 мм было выполнено с использованием устройства для получения контактных отпечатков в плоскости, перпендикулярной продольной оси насадки. Такая технология исследований позволяет не только установить конфигурацию внешних границ струи, определить

(2)

у =

ширину и толщину ее факела, но также дает представление о структуре плоских струй и равномерности распределения жидкости внутри ее факела при высоком совпадении полученных результатов с традиционным методом получения аналогичной информации путем записи эпюр динамических давле-

1 - трубка Пито; 2 - тензодатчик; 3 - координатное устройство; 4 - редуктор; 5 - электродвигатель; 6 - лебедка; 7 - пульт управления электродвигателем; 8 - дроссель; 9 - насос высокого давления; 10 - задвижка; 11 - бак; 12 - водовод; 13 - струеформирующее устройство; 14 и 15 - штурвал вертикального и горизонтального перемещения трубки Пито

Рис. 1. Схема стенда для изучения динамических и структурных

характеристик струй высокого давления Для изучения закономерностей формирования плоских водяных струй

использовались двухступенчатые насадки с эллиптическим выходным отверстием (рис. 2).

Было установлено, что на расстоянии 100 мм от насадки снижение ртах при р0 = 5 МПа составило 10% от исходного, при р0 = 10 МПа - 13%, а при повышении давления воды до р0= 20-28 МПа снижение давления воды от его исходного значения составило уже 53-65 %. На расстояниях от насадки 10 > 250 мм, независимо от исходного давления воды, были зафиксированы одинаковые значения ртах, соответствующие нижнему пределу чувствительности регистрирующей аппаратуры.

Рис. 2. - Двухступенчатый профиль насадки с эллиптической формой выходного отверстия для формирования плоских струй воды

Замеры максимальных значений осевого динамического давления в сечениях плоских струй ршах были выполнены на расстояниях 1о= 15- 500 мм от насадки, при изменении давления воды в пределах р0= (5 30) МПа.

Интенсивность снижения динамических давлений во многом определяется сопротивлением воздушной среды и отражает характер изменения структуры плоской струи в процессе вырождения сплошного потока жидкости в капельный поток. Поскольку в плоских струях отсутствует потенциальное ядро постоянных скоростей (начальный участок), сравнение качества формирования плоских струй можно оценивать интенсивностью снижения ртак по длине струи.

В тоже время было установлено, что изменение исходного давления жидкости р0 в указанных выше пределах практически не влияет на интенсивность увеличения ширины факела плоских струй в плоскости большой оси эллипса выходного отверстия насадки.

Дальнейшие исследования были продолжены с использованием 14 насадок разделенных на 4 группы. Насадки первой группы имели угол конусности второй ступени р= 20°, вторую группу составили насадки с р=30°. Третья группа была представлена насадкой с р=45°. При этом конфигурация проточной части первой ступени была неизменной для всех насадок. Давление воды в этой серии экспериментов имело постоянное значение ро= 30

МПа. Полученные в результате исследований данные сопоставлялись с результатами исследований серийных одноступенчатых насадок фирмы \Voma для формирования плоских водяных струй. Вместо конуса головная часть этих насадок имела сферическую форму.

Установленная в результате анализа экспериментальных данных обобщенная безразмерная зависимость с Я2 = 0,9301для определения диаметра Бл струй первой группы с Р= 20°, имеет следующий вид:

= -0,0009^—1 +0,36—+ 2, (3)

а а0

где БЛ- ширина факела плоской струи, мм; А- длина большой оси эллиптического выходного отверстия насадки, мм; (1, - эквивалентный диаметр насадки, мм; 1о- расстояние от насадки, мм.

Длина большой оси эллипса выходного сечения насадки определяется по формуле:

а = с/ ,к?, (4)

где кэ - коэффициент эллипсности насадки. Для сохранения однородности и плотности факела струи рекомендуется выбирать кэ= 1,2-1,65.

Длина малой оси эллипса выходного сечения насадки определяется из соотношения:

в=т- <5>

Полученная в результате обработки опытных данных обобщенная безразмерная зависимость с Я2 = 0,9 для определения ширины факела Эд струй второй группы с р=30° (рис. 3), имеет вид:

£1 = _0,Оо/-^-1 +0,51—+ 3. (6)

Обобщенная безразмерная зависимость для определения диаметра Бд струй третьей группы плоских струй с р=45°имеет следующий вид:

—= -0,003вГ—! +0,9—+1,1. (7)

а ^ ¿о

Параболическая форма зависимостей (3) и (6) свидетельствует о наличии сил вязкости между частицами воды в факеле струи на всех расстояниях от насадки, и усилении проявления этих сил при снижении скорости струи.

Безразмерное расстояние от насадки 1оМэ

Рис. 3. - Зависимость безразмерной ширины струи Бд/Аот безразмерного расстояния до насадки для второй группы струй с р=30°

Выполненные эксперименты подтвердили возможность эффективного управления шириной факела плоских струй путем изменения угла конусности второй ступени струеформирующей насадки и параметров эллиптического выходного отверстия и позволили разработать математические модели изменения их структурных характеристик с учетом варьирования расстояния от насадки и ее геометрических параметров. Исследования динамических и структурных характеристик плоских струй из одноступенчатых насадок фирмы \Voma со сферической головной частью позволили получить обобщенную безразмерную зависимость, описывающую закономерность расширения плоских струй этой группы в следующем виде (рис.4):

—^ = 0,46— + 0,43. (8)

а

Строго линейный характер изменения границ струи на рис.4, подтвержденный высоким значением коэффициента корреляции Я2=0,99, характерен для затопленных газовых струй. Это свидетельствует о низкой плотности жидкости в факеле струи при слабом взаимодействии между частицами жидкости. Кроме того, управление шириной факела плоской струи только за счет

изменения параметров щели малоэффективно, поскольку нарушает оптимальное соотношение между осями эллипса выходного отверстия насадки.

™ 70

О. 60

1 <" 50

ё 2 40

г

& 30

2 20

(О

* 10

й о

О 50 100 150 200

Безразмерное расстояние от насадки 10/с1э

Рис. 4. - Зависимость безразмерной ширины струи Бд/Аот безразмерного расстояния до насадки для четвертой группы струй

Третья глава диссертации посвящена изучению закономерностей формирования осесимметричных водяных струй высокого давления в струе-формирующих устройствах с тангенциальным и радиальным подводом воды. Были исследованы 6 модификаций малогабаритных струеформирующих устройств (далее по тексту МСУ-1 и МСУ-2), отличающихся способом реализации подвода воды и параметрами струеформирующих элементов. Конструкции МСУ-1 а, МСУ=1б, МСУ-1 в и МСУ-1 г отличались только длиной успокоителя, которая составляла для указанных модификаций соответственно 12= 60; 44; 28 и 20 мм. Тангенциальный подвод воды к МСУ-1 осуществлялся шлангом, плавно изогнутым под прямым углом.

Струеформирующее устройство МСУ-2 было выполнено в двух модификациях. В МСУ-2а расстояние от успокоителя до насадки составляло 11= 20 мм, а в МСУ-26 оно было увеличено до 11= 80 мм. Радиально-кольцевая схема подвода воды, реализованная в конструкции МСУ-2 (рис. 5) позволила существенно уменьшить габариты МСУ, и путем изменения параметров струеформирующих элементов эффективно влиять на качество струеформи-рования.

• Четвертая группа

Я2 = 0,99

5 3 12

1 - корпус, 2- насадка, 3- успокоитель, 4, 6- уплотнения, 5- цапфа, 7- направляющий конус;

Рис. 5. - Экспериментальное струеформирующее устройство МСУ-2 с радиальным кольцевым подводом воды

Из шланга вода по радиальному каналу подавалась в кольцевую полость, из которой через 4 отверстия диаметром (11= 8 мм поступала в основной канал устройства. Основные конструктивные и гидравлические параметры экспериментальных типов МСУ представлены в табл.1.

Таблица 1 - Конструктивные и гидравлические характеристики МСУ

Тип МСУ Диаметр насадки do, мм к„ la/dk Давление воды рн, МПа Q, л/мин v0, м/ с vK, м/ с

2,5; 10 21,4 133,8 8,36

МСУ-1 3,5;

ц=0,8 5,5; 7,5; 40 42,7 265,6 16,56

МСУ-2 1,5 10 2,7 10 12 133,8 1,33

ц=0,8 40 24 265,6 2,66

где К„- коэффициент поджатия потока в насадке; Ь - длина успокоителя, мм, с!к - диаметр основного канала МСУ, мм; расход воды, л/мин.

Экспериментальные исследования указанных устройств были выполнены при двух значениях давления воды р0=Ю МПа и ро= 40 МПа по единой методике, предусматривающей запись осевых динамических давлений формируемых струй на расстояниях 10= 5; 50; 100; 150; 200; 300 и 400 мм от насадки. Результаты замеров с использованием трубки Пито фиксировались по двум каналам - на осциллографе Н-117 от тензодатчика и на приборе ЭПИД от манометра МЭД. Выполненные исследования позволили для семи модификаций МСУ установить закономерности изменения осевых динамических давлений водяных струй в зависимости от расстояния до насадки при переходном и автомодельном режимах истечения (рис.6).

а)

б)

а)- р0= 40 МПа; б)- р0= 10 МПа; МСУ-1а -12= 60 мм; МСУ-1г -12= 20 мм

Рис.6. - Изменение динамического давления струй, сформированных в МСУ-1 и МСУ-2 в зависимости от расстояния до насадки

Наиболее объективной характеристикой качества струеформирования, как известно, является безразмерная длина начального участка струи.

Увеличение безразмерной длины успокоителя в указанных выше модификациях МСУ-1 с — = 2,5 до — = 7,5 позволило увеличить безразмер-dt d,

ную длину начального участка с —=19,5 до —=24 при начальном давлении

¿o dо

воды р0= 10 МПа, и с —=12 до —=23,5 при давлении воды р0= 40 МПа. Pedo d0

зультаты анализа показали, что в переходном турбулентном режиме истечения увеличение длины успокоителя в МСУ-1 IJá^ 3,5 не эффективно.

В автомодельном режиме истечения эффект от использования успокоителя значительно выше и зависит от расстояния до насадки. Для расстояний 10= 50-300 мм можно выделить четыре зоны, характеризующие физические особенности влияния длины пластин успокоителей на компактность формируемых струй.

В первой зоне до 100 мм от насадки с увеличением расстояния интенсивность влияния длины успокоителей на компактность струи быстро возрастает. Во второй зоне, на расстояниях 100 -125 мм от насадки, интенсивность влияния всех успокоителей на компактность струи максимальна. Использование успокоителей с максимальной длиной пластин 12= 60 мм в этом случае было наиболее оправданным. В третьей зоне на расстояниях от насадки 125-200 мм интенсивность влияния длины успокоителей на компактность струи активно снижается. В четвертой зоне на расстояниях более 200 мм от насадки длина пластин успокоителей практически не влияет на компактность формируемых струй воды.

Из графиков па рис.6 видно, что и в автомодельном (р0=40 МПа) и в переходном (р0=Ю МПа) турбулентных режимах наиболее компактные струи воды были сформированы в МСУ-2. В частности, при р0= 10 МПа увеличение безразмерной длины расстояния между успокоителем и насадкой с li/dK= 1,5 в МСУ-2а до lj/dK = 5,3 в МСУ-26 позволило увеличить безразмерную длину начального участка с l„/d0 =37,3 до с ljd0 =65,3. Аналогичное сопоставление при давлении воды р0= 40 МПа позволило констатировать увеличение безразмерной длины начального участка с Wo = 34,6 до IM =76,7.

Обобщение результатов исследований позволило получить уточненную зависимость для определения безразмерной величины начального участка:

!Jdo= КаКч 'gK„(/i -5-Re), (9)

где Ка- коэффициент учитывающий угол конусности насадки,

Кц- коэффициент учитывающий длину цилиндрической части насадки, Re- число Рейнольдса для начального сечения струи, А- коэффициент характеризующий качество изготовления насадки; Для низкого среднего и высокого качества изготовления насадки рекомендуется принимать соответственно А= 84; А= 96; и А= 112, В - коэффициент, характеризующий конструктивные особенности СФУ. Для традиционных струе-формирующих устройств В= 65-10"6.

(11)

где; 1ц - длина цилиндрической части насадки, мм; с10 - диаметр выходного отверстия насадки, мм; п = — < 4.

¿о

Обработка экспериментальных данных при р0= 10 МПа, позволила получить для МСУ-1 выражение для определения коэффициента В в переходном турбулентном режиме истечения водяных струй, характерном для систем высоконапорного орошения:

Для определения коэффициента В при использовании устройства МСУ-2 было получено выражение:

Разброс коэффициентов вариации опытных и расчетных данных при использовании зависимостей (9) - (13) составил от 2,9% до 13,3% при среднем значении Квар= 5,9%, что позволяет рекомендовать их для использования в инженерных методах расчета.

В ранее выполненных исследованиях для определения безразмерной длины начального участка струи в автомодельном режиме истечения для диаметров насадок (10== 1+150 мм получена обобщенная зависимость:

(12)

(13)

(14)

где [ — I - безразмерная длина начального участка водяной струи; с1о- диа-

где

метр струеформирующей насадки, мм; К = — коэффициент поджатия потока

в струеформирующей насадке (при —>10 принимается КП= 10); Rza - шеро-

do

ховатость внутренней поверхности струеформирующей насадки, мм по ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 2.309-73; Kt - коэффициент, учитывающий конструктивные особенности струеформирующих устройств. Для традиционного типа СФУ значение Ki= 25.

Для автомодельного режима истечения водяных струй, характерного гидромеханических органов очистных и проходческих комбайнов, для определения значений коэффициента К); учитывающего длины успокоителей МСУ-1 была получена зависимость:

К, =2-j-+5. (15)

С учетом длины канала МСУ-2 между успокоителем и насадкой, зависимость для определения коэффициента Ki в формуле (14) имеет вид:

к, =5—+ 9,3. (16)

dk

Разброс коэффициентов вариации опытных и расчетных данных при использовании зависимостей (14) - (16) составил в среднем Квар= 5,6%, что позволяет использовать их для определения начальных участков струй воды высокого давления в инженерных методах расчета.

Для определения осевых динамических давлений водяных струй на различных расстояниях от насадки в ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского получена обобщенная безразмерная зависимость следующего вид:

7-М''

где рт -осевое динамическое давление воды, МПа; 1 - текущее значение расстояния от насадки, мм.

Показатель степени к в уравнении (17) отражает интенсивность снижения осевых динамических давлений по длине струи с учетом качества ее формирования. Для тонких струй высокого давления, сформированных в традиционных типах СФУ, зависимость для определения к имеет вид:

*=e+6(f)' (18)

где a= 0,27 и b= 0,0075 коэффициенты, экспериментально установленные для тонких водяных струй высокого давления с 0,4 мм < do < 4 мм.

С использованием зависимостей (9), (12) - (18) были рассчитаны значения — для всего диапазона изменения исходных параметров эксперименте

тальных исследований струеформирующих устройств МСУ-1 и МСУ-2. При выполнении расчетов принимались значения коэффициентов а= 0,27 и Ь= 0,0075 в уравнении (18), характерные для тонких водяных струй.

Сопоставление массивов экспериментальных и расчетных данных подтвердило правомерность использования зависимостей (17) и (18) для расчета динамических давлений водяных струй, сформированных в МСУ-1 и МСУ-2 при переходном и автомодельном турбулентных режимах истечения. Средние значения коэффициентов вариации Кмр для всех модификаций МСУ-1 и МСУ-2 колебались от 2,14% до 12,34% при варьировании давлении воды р0 от 10 МПа до 40 МПа.

Высокая сходимость экспериментальных и расчетных данных свидетельствует о корректности описания процессов формирования осесиммет-ричных струй воды высокого давления в МСУ-1 и МСУ-2 предложенной математической моделью изменения динамических и структурных характеристик. Это позволяет рекомендовать зависимости (9)-(18) для использования в инженерных методах расчета рациональных параметров проточной части малогабаритных струеформирующих устройств с тангенциальным и радиальным подводом воды применительно к системам высоконапорного орошения горных машин.

Анализ и обобщение экспериментальных данных, полученных нами и ранее в ННЦ ГП- ИГД им. A.A. Скочинского при исследовании динамических и структурных характеристик тонких струй высокого давления, позво-

лили с достаточно высокой надежностью (Я = 0,94) получить обобщенную безразмерную зависимость (рис. 7), для определения диаметра струй:

— = 2| —

где ]„ - длина начального участка струи, мм.

(19)

4 3,5 3 2,5 2 1,5 1

А к

а

1 к р 2 = 0,93 В9-

✓ /

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8

1/!н

Рис. 7. - Обобщенная зависимость безразмерной величины диаметра тонких струй высокого давления от безразмерного расстояния до насадки

При оценке точности вычислений с использованием зависимости (19), наблюдалось колебание средних значений коэффициентов вариации для конкретных насадок от Квар= 6,9 до Квар= 13, 0, при среднем значении коэффициента вариации 7,6%. Особенности формирования струй высокого давления в различных типах струеформирующих устройств могут быть учтены частными зависимостями для расчета 1н, что позволяет использовать обобщенную зависимость (19) в методах расчета динамических и структурных характеристик тонких струй высокого давления практически для любых типов струеформирующих устройств.

В четвертой главе диссертационной работы решались задачи разработки математических моделей и основанных на них инженерных методов расчета рациональных параметров средств формирования плоских и осесим-метричных струй воды высокого давления для пылевзрывозащитных систем орошения горных машин.

Инженерный метод расчета рациональных параметров насадок с двухступенчатым профилем проточной части и эллиптическим выходным отверстием для пылевзрывозащитных систем орошения горных машин разработан с использованием математической модели формирования плоских струй.

Исходные данные для расчета включают: удельный расход воды на орошение одного резца СЬ, л/мин; давление воды перед насадкой р0, выбираемое в соответствии с решаемыми технологическими задачами в диапазоне 15 МПа > р0 ^ 4 МПа; расстояние от струеформирующей насадки до массива 10, мм, а также количество одновременно работающих водяных струй п и коэффициент полезного действия насоса г| 01=0,6+0,8).

В результате расчета определяются: технологически обоснованный эквивалентный диаметр с!} и рациональные параметры проточной части и эллиптического выходного отверстия насадки. Для технологически и конструктивно обоснованного расстояния от насадки ^.определяются рациональные значения ширины и толщины факела плоской струи обеспечивающие эффективную пылевзрывозащиту. Далее с учетом количества одновременно задействованных насадок определяются установленная мощность насосного агрегата и расход воды системы пылевзрывозащитного орошения.

Инженерный метод расчета рациональных параметров средств формирования и гидравлических струй высокого давления для пылевзрывозащитных систем орошения горных машин разработан с использованием математической модели формирования осесимметричных струй высокого давления в струеформирующих устройствах МСУ-1 и МСУ-2.

Исходные данные для расчета включают выбор типа малогабаритного струеформирующего устройства (МСУ) с учетом конструктивных особенностей и специальных технологических требований к горной машине, на которой устанавливается система пылевзрывозащитного орошения. Также задаются: удельный расход воды на орошение одного резца С2о (правилами безопасности в угольных шахтах предписывается в системах пылевзрывозащитного орошения горных комбайнов использовать <30> 2 л/мин при давлении

23

жидкости не менее 4 МПа), давление воды перед насадкой р0, МПа, выбираемое для систем пылевзрывозащитного орошения в диапазоне 15 МПа > ро > 4 МПа, технологически и конструктивно обоснованное расстояние от струеформирующей насадки до массива 10, мм, а также количество одновременно работающих водяных струй п и коэффициент полезного действия насоса т] 01=0,6+0,8).

В результате расчета определяются: рациональные конструктивные параметры выбранного типа МСУ. Для конкретного режима истечения водяной струи определяется длина ее начального участка и для технологически и конструктивно обоснованного расстояния от насадки 10 определяются значения динамического давления воды и диаметр струи, обеспечивающий эффективную пылевзрывозащиту, которые уточняются путем корректировки параметров профиля проточной части струеформирующей насадки. Далее с учетом количества одновременно задействованных насадок определяются установленная мощность насосного агрегата и расход воды в системе пылевзрывозащитного орошения.

Длину успокоителя МСУ-1 для систем орошения рекомендуется выбирать из соотношения:

где 12 - длина успокоителя, мм.

Длину успокоителя МСУ-2 для систем орошения рекомендуется выбирать из соотношения:

Для определения эквивалентного диаметра отверстий радиального входа в МСУ-2 была получена зависимость:

где с!э - диаметр отверстий радиального входа в МСУ-2, мм; кр - коэффициент снижения радиальной скорости; п- число отверстий. Для систем пылевзрывозащитного орошения рекомендуется принимать кр=1-1,5; п > 4.

При щелевом радиальном входе МСУ-2 параметры щелей определяются из выражения

/2=(2,5 + 3,5К,

(20)

/2=(2,5 + 2,7&-

(21)

(22)

1,27а

где Ь -длина щели, мм; а - ширина щели, мм. Принимается из технологических или конструктивных соображений.

Для системы пылевзрывозащитного орошения СПВО комбайна КПА-150 были выполнены расчеты рациональных параметров струеформи-ругощих устройств и структурных характеристик плоских струй при постоянном значении расхода воды под резец (2о= 2 л/мин и расстоянии 10= 100 мм от насадки (табл.2).

Таблица 2 - Расчетные значения рациональных параметров насадки и факела плоских струй воды

Давление воды Ро, МПа (1„ мм А, мм В, мм Ширина струи 0А, мм, а=20° Ширина струи 0А, мм, а=30°

4 0,89 1,1 0,73 33,9 51,9

5 0,84 1,03 0,69 33,0 51,0

6 0,8 0,98 0,66 32,3 50,2

7 0,77 0,95 0,63 31,7 49,5

8 0,75 0,92 0,61 31,2 48,8

9 0,73 0,89 0,59 30,7 48,3

10 0,7 0,87 0,58 30,2 47,7

11 0,69 0,85 0,56 29,8 47,3

12 0,68 0,83 0,55 29,4 46,8

13 0,66 0,81 0,54 29,1 46,4

14 0,65 0,80 0,53 28,7 46,0

15 0,64 0,78 0,52 28,4 45,6

где А- длина большой оси эллипса, мм; В - длина малой оси эллипса, мм.

При этом обеспечение взрывозащиты достигается за счет равномерной плотности и высокой скорости формируемой плоской струи, воздействующей на высокотемпературный след в горной породе позади резца, высокой эффективности удаления метана из зоны резания и ширины факела, позволяющей надежно изолировать очаг пылевыделения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе, на основании выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований, дано новое решение актуальной научной задачи, связанной с обоснованием рациональных параметров средств формирования плоских и осесимметричных струй воды для повышения эффективности систем пылевзрывозащитного орошения горных машин.

Основные выводы, научные и практические результаты работы сводятся к следующему.

1. Разработана математическая модель поверхности проточной части насадки с круговой формой входного отверстия и эллиптической формой

25

выходного отверстия, позволяющая повысить качество формирования плоских водяных струй за счет снижения турбулентности водяного потока в проточном канале насадки.

2. Установлено, что интенсивность расширения факела плоской струи, сформированной в двухступенчатых насадках с эллиптическим выходным отверстием, практически не зависит от давления воды, а определяется углом конусности второй ступени насадки, отношением большой и малой осей выходного отверстия и качеством изготовления насадки.

3. Для двух и одноступенчатых насадок с углами конусности второй ступени р= 20°; 30° и 45° и эллиптической формой выходного отверстия с коэффициентом эллипсности кэ = 1,2-1,65 получены обобщенные зависимости безразмерной ширины и толщины факела плоских струй от безразмерного расстояния до насадки, позволяющие за счет выбора угла конусности второй ступени и параметров выходного отверстия управлять шириной и толщиной факела струи на заданном расстоянии от насадки.

4. Выполнена физическая интерпретация и разработаны математические модели процессов формирования осесимметричных водяных струй высокого давления в МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды и коэффициентами поджатая потока в насадке в пределах Кп = 4 - 10, позволяющие определять рациональные геометрические параметры их струефор-мирующих элементов и насадок при использовании в составе систем пылев-зрывозащитного орошения.

5. Установлено, что полученная ранее для полноразмерных струефор-мирующих устройств обобщенная безразмерная зависимость изменения безразмерной величины осевого динамического давления тонких струй высокого давления, от безразмерного расстояния до насадки —, может быть с высокой надежностью использована в случае применения МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды. При этом длина начального участка определяется с использованием установленных расчетных зависимостей, учитывающих конструктивные особенности и геометрические параметры струеформи-рующих элементов МСУ в переходном и автомодельном турбулентных режимах истечения водяной струи.

6. Разработаны рекомендации и инженерные методы расчета рациональных параметров проточной части МСУ с тангенциальным подводом воды, коэффициентом поджатия потока в насадке в пределах Кп = 4-10 и безразмерной длиной успокоителей в пределах (2,5-7,5)dK, а также основных динамических и структурных характеристик формируемых в них водяных струй высокого давления на различных расстояниях от насадки.

7. Разработаны рекомендации и инженерный метод расчета рациональных параметров малогабаритных струеформирующих устройств с радиальным щелевым подводом воды, а также основных динамических и структурных характеристик формируемых в них водяных струй высокого давления на различных расстояниях от насадки.

8. Для системы высоконапорного пылевзрывозащитного орошения СПВО комбайна КПА-150 при расходе воды под резец Qo=2 л/мин, давлении воды в пределах 15 МПа > ро ^ 4 МПа и технологически обоснованного расстояния 1о= 100 мм, выполнены расчеты рациональных параметров двухступенчатой насадки с эллиптическим выходным отверстием и МСУ нового технического уровня с радиальным щелевым подводом воды и определены основные структурные характеристики формируемых в них водяных струй.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мерзляков В.Г., Бафталовский В.Е., Байдинов В.Н Опыт применения гидравлических струй высокого давления при создании эффективных средств разрушения горных пород // Маркшейдерский вестник. № 1, Январь-Февраль /М., 2010.-С. 33-39.

2. Мерзляков В.Г., Бафталовский В.Е., Байдинов В.Н. Механизация горных работ с использованием гидротехнологий // Горное оборудование и электромеханика. № 6. / М., 2010. - С. 2-6.

3. Мерзляков В.Г., Бафталовский В.Е., Байдинов В.Н. Установление рациональных параметров струеформирующих устройств систем взрывоза-щитного орошения для проходческих комбайнов нового технического уровня // Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства: Тр. 3-й Международной конф.: Тез. Докл. - Тула: ТГТУ, 8-10 июня, 2010.-С. 41-47.

4. Бафталовский В.Е., Байдинов В.Н. Обоснование параметров и разработка средств высоконапорного орошения для исполнительных органов горных машин // Тр. VIII Международной научно-технической конференции "Чтения памяти В.Р. Кубачека" / Екатеринбург, 14-16 апреля, 2010. -С. 17-20.

27

5. Мерзляков В.Г., Бафталовский В.Е., Байдинов В.Н. К вопросу формирования плоских струй для систем пылевзрывозащитного орошения горных машин // Известия ТулГУ. Естественные науки. Вып. 1. / Изд-во ТулГУ. 2010.-С. 273 -282.

Подписано в печать 20.09.2010. Формат 60x90 1/16. Бумага Performer. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,75. Тираж 100 экз. Заказ № 5825.

Отпечатано с готового оригинал-макета в ФГУП "Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ", 140010, г. Люберцы Московской обл., Октябрьский пр-т, 403.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Опыт создания оросительных систем горных машин.

1.2. Оценка влияния параметров орошения на эффективность предотвращения воспламенения метана от искр трения и пылеподавления.

1.3 Анализ конструктивных особенностей и параметров существующих средств формирования гидравлических струй, используемых в системах пылевзрывозащитного орошения горных машин.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАСАДОК ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛОСКИХ ВОДЯНЫХ СТРУЙ ДЛЯ СИСТЕМ ПЫЛЕВЗРЫВОЗАЩИТНОГО ОРОШЕНИЯ ГОРНЫХ МАШИН.

2.1. Аналитические исследования построения профиля насадок для формирования плоских гидравлических струй.

2.2. Стендовая база и методика проведения экспериментальных исследований средств формирования плоских водяных струй.

2.3. Результаты исследований динамических и структурных характеристик плоских струй высокого давления.

Выводы по главе.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СРЕДСТВ ФОРМИРОВАНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СТРУЙ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ ПЫЛЕВЗРЫВОЗАЩИТНОГО ОРОШЕНИЯ ГОРНЫХ МАШИН.

3.1. Методика выполнения исследований.

3.2. Исследование влияния конструктивных параметров малогабаритных струеформирующих устройств на динамические характеристики осесимметричных струй высокого давления.

3.3. Исследование влияния конструктивных параметров малогабаритных струеформирующих устройств на длину начального участка осесимметричных струй высокого давления.

3.4. Анализ направлений совершенствования струеформирующих устройств нового технического уровня с радиальным подводом воды и разработка рекомендаций по выбору их рациональных параметров.

Выводы по главе.

4. УСТАНОВЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СРЕДСТВ ФОРМИРОВАНИЯ И СТРУЙ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПЫЛЕВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ СИСТЕМ ОРОШЕНИЯ ГОРНЫХ МАШИН.

4.1. Установление зависимостей для расчета структурных характеристик плоских гидравлических струй'высокого давления.

4.2. Установление зависимостей для расчета динамических и структурных характеристик осесимметричных гидравлических струй высокого давления, формируемых в МСУ-1 и МСУ-2.

4.2.1. Установление влияния конструктивных параметров струеформирующих устройств на динамические характеристики струй воды высокого давления.

4.2.2. Установление влияния конструктивных параметров струеформирующих устройств на структурные характеристики струй воды высокого давления.

4.3. Инженерный метод расчета рациональных параметров струеформирующих насадок и плоских гидравлических струй высокого давления для пылевзрывозащитных систем орошения горных машин.

4.4. Инженерный метод расчета рациональных параметров средств формирования и осесимметричных водяных струй высокого давления для систем высоконапорного орошения горных машин.

4.5. Определение рациональных параметров средств формирования осесимметричных струй воды для системы пылевзрывозащитного орошения СПЕЮ проходческого комбайна КПА-150.

Выводы по главе.

Общеизвестно, что в настоящее время в России около 70% угольных шахт относятся к опасным по газу (метану) и около 55% -к сверхкатегорным и выбросоопасным. При этом, угольные пласты, опасные по взрывам пыли, составляют порядка 90% от общего числа [1].

Как показывает статистика, одним из основных источников взрывов газа и пыли при подземной добыче угля является воспламенение пылегазовоздушной смеси в результате фрикционного контакта режущего инструмента с абразивными породами и их включениями в угольном массиве [2, 3]. Особую опасность представляют использовании проходческих комбайнов по крепким (ст> бОМПа) горным породам в забоях с выделением метана 2,7% и более. В этих условиях вероятность взрыва приближается к 1 [7].

Решение этой проблемы в конструкциях исполнительных органов наиболее конкурентоспособных зарубежных комбайнов ЕТ120 "Айкгофф", Е301 "Паурат", SM130 - фирма "IBS" (Германия),- RH22 "Андерсен" (Англия), и АМ65 - фирма "Фест-Альпине" (Австрия) и др. достигается применением систем внутреннего высоконапорного орошения. Например, в проходческом комбайне АМ65, выпускаемом фирмой "Фест-Альпине" (Австрия), используется система "Set-Jet" с давлением воды 15-20 МПа.

Комплексные исследования, проведенные в 1980-2000 гг. в пылевых лабораториях ИГД им. А.А. Скочинского, ВостНИИ и ПНИУИ, также показали, что наибольший эффект пы л епо давления наблюдается при применении оросительных систем с подачей жидкости на резцы, контактирующие с угольным массивом, под повышенным давлением [4-6, 8, 9,13].

Однако практика использования подобных систем показала, что требуемые органами Санэпиднадзора России уровни запыленности на рабочих местах при применении этих средств достижимы только на пластах 1-IV групп пыльности [36]. При этом, как показывает практика, не решается в полной мере задача обеспечения взрывозащиты исполнительных органов горных машин, а в забое остается значительная запыленность в составе которой преобладает мелкодисперсная фракция - до 10 мкм., которая не только создает угрозу здоровью шахтеров, но также отрицательно влияет на эффективность управления комбайном и способствует снижению его производительности.

Причина такого положения, на наш взгляд, носит системный характер. Разработчики систем высоконапорного пылевзрывозащитного орошения, как правило, используют два методических подхода. Первый из них заключается в попытке максимального использования опыта создания оросительных средств и критериев оценки эффективности работы систем низконапорного орошения, подавая воду на след резца в горной породе при повышенном давлении воды. Результатом такого подхода является избыточное распыление струи и вывод о нежелательности повышения давления воды свыше 4 МПа.

При другом подходе, в системах высоконапорного орошения используются струеформирующие средства, разработанные для гидромеханических исполнительных органов, и опыт их эксплуатации в безщелевых режимах разрушения. Недостатками этого подхода являются высокие энергозатраты, сложность конструктивных решений и недостаточная эффективность пылеподавления при подаче компактной водяной струи в зону позади резца.

Все это свидетельствует о необходимости проведения специальных дополнительных исследований, направленных на изучение физических процессов формирования плоских и осесимметричных водяных струй высокого давления с учетом специфики их использования в системах высоконапорного орошения горных машин, и разработку методов расчета их рациональных параметров на основе изучения реальных динамических и структурных характеристик струй воды высокого давления. При этом должны быть учтены специальные требования, связанные с необходимостью достижения одновременно надежной взрывозащиты горных машин и эффективного пылеподавления при рациональном использовании гидравлической энергии.

Цель работы. Обоснование параметров и разработка средств формирования водяных струй для систем высоконапорного орошения, обеспечивающих эффективное пылеподавление и взрывозащиту при работе исполнительных органов горных машин.

Идея работы заключается в выборе рациональных параметров новых типов струеформирующих устройств и насадок, позволяющих управлять шириной факела струи позади режущего инструмента в зоне его контакта с горным массивом и обеспечивающих за счет этого более эффективную взрывозащиту и пылеподавление при работе исполнительных органов горных машин.

Методы исследования включают в себя: анализ и обобщение опыта создания и использования средств орошения для проходческих и очистных комбайнов, а также результатов ранее выполненных работ по экспериментальному изучению структуры и динамики водяных струй высокого давления; аналитическое и экспериментальное моделирование процессов формирования гидравлических струй в насадках и малогабаритных струеформирующих устройствах (МСУ); экспериментальные исследования с применением методов теории вероятности и математической статистики.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

- интенсивность расширения факела плоской струи, сформированной в двухступенчатых насадках с эллиптическим выходным отверстием, практически не зависит от давления воды, а определяется углом конусности второй ступени насадки, отношением большой и малой осей выходного отверстия и качеством изготовления. рациональные геометрические параметры струеформирующих элементов и насадок МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды определяются в зависимости от структурных и динамических характеристик водяных струй высокого давления с использованием разработанной математической модели процессов формирования осесимметричных водяных струй высокого давления, учитывающей расход воды под резец, давление воды, коэффициент поджатая потока в насадке, изменение диаметра струи по ее длине и длину начального участка, характеризующую качество струеформирования;

- длина начального участка тонких струй высокого давления, сформированных в новых типах МСУ, может быть определена с использованием обобщенной зависимости, установленной ранее для тонких струй высокого давления сформированных в полноразмерных струеформирующих устройствах, с учетом установленных зависимостей, отражающих влияние конструктивных особенностей МСУ в переходном и автомодельном турбулентных режимах истечения;

- при использовании МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды для определения осевого динамического давления может быть с высокой надежностью использована обобщенная закономерность изменения величины осевого динамического давления от расстояния до насадки, установленная для тонких струй высокого давления, сформированных в полноразмерных струеформирующих устройствах.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректностью поставленных задач; представительным объемом экспериментальных данных, полученных в стендовых условиях с применением современных методов исследований и средств измерения; корректным применением методов теории вероятности и математической статистики, а также методов теории подобия и размерностей при обработке и анализе экспериментальных данных; устойчивостью корреляционных связей установленных зависимостей (значения индексов корреляции находятся в пределах 0,85 -н 0,99).

Научное значение работы заключается:

- в разработке математической модели и физической интерпретации процессов формирования плоских водяных струй высокого давления в насадках

Я ! с круговой формой входного отверстия и эллиптической формой выходного отверстия, позволяющих повысить качество формирования плоских водяных струй за счет снижения уровня нестационарной турбулентности водяного потока в проточном канале насадки;

- в установлен™ аналитических зависимостей, отражающих влияние геометрических параметров проточной части насадок с двухступенчатым профилем и эллиптическим выходным отверстием на динамические и структурные характеристики плоских водяных струй высокого давления;

- в разработке физической интерпретации и математической модели процессов формирования осесимметричных водяных струй высокого давления в МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды и коэффициентом поджатия потока в насадке в пределах Кп= 4-10;

- в установлении расчетных зависимостей для определения основных динамических и структурных характеристик водяных струй высокого давления на различных расстояниях от насадки в зависимости от исходных гидравлических параметров, геометрических параметров МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды и параметров проточной части струеформирующих насадок с учетом качества их изготовления.

Практическое значение работы:

- разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров двухступенчатых насадок с эллиптическим выходным отверстием при их использовании в составе систем пылевзрывозащитного орошения горных машин. Разработана конструкция двухступенчатых насадок с эллиптическим выходным отверстием, обеспечивающая формирование плоских струй высокого давления с однородной структурой, и за счет изменения угла конусности второй ступени насадки в диапазоне (3= 20° - 45°, позволяющая эффективно изменять ширину факела на расстояниях до 400 мм от насадки;

- разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров проточной части МСУ с радиальным щелевым подводом воды для систем пылевзрывозащитного орошения горных машин. Разработана конструкция малогабаритного устройства с радиальным щелевым подводом воды, обеспечивающая за счет изменения геометрических параметров струеформирующих элементов возможность эффективного управления динамическими и структурными характеристиками струй воды высокого давления;

- разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров проточной части МСУ с тангенциальным подводом воды для систем пылевзрывозащитного орошения с коэффициентом поджатая потока в насадке в пределах Кп= 4-10 и безразмерной длиной успокоителей в пределах от 2,5 до 7,5 диаметров его проточного канала.

Реализация работы. Результаты исследований были использованы ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского, фирмой НИТЕП и ОАО ЦНИИподземмаш при проектировании системы пылевзрывозащитного орошения СПЕЮ для проходческого комбайна КПА-150 и ООО "Скуратовский машиностроительный завод" при проектировании и изготовлении экспериментальных и опытных образцов систем высоконапорного орошения горных машин.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались:

- на международном научно-техническом симпозиуме "Неделя горняка -2010" вМГГУ;

- на 3-й Международной конференции «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (г. Тула, ТГТУ, 8-10 июня, 2010); I

- на VIII Международной научно-технической конференции "Чтения памяти В.Р. Кубачека" (Екатеринбург, 14-16 апреля, 2010), а также на научных семинарах ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского (2007-2010 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 научных статей, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 159 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков, 34 таблицы, список использованной литературы из 76 наименований и 6 приложений.

Выводы по главе

1. Установлены безразмерные расчетные зависимости изменения ширины и толщины факела плоских струй по их длине в зависимости от угла конусности второй ступени насадки в диапазоне Р= 20°-45°и параметров эллипса выходного отверстия насадки. Рекомендуемое значение коэффициента эллипсности насадки составляет кэ= = 1,2-1,65.

2. Установлена правомерность использования установленных расчетных зависимостей, учитывающих конструктивные особенности и геометрические параметры струеформирующих элементов* МСУ 1 и МСУ-2 в переходном и автомодельном турбулентных режимах истечения водяной струи, в полученной ранее для полноразмерных струеформирующих устройств обобщенной безразмерной зависимости изменения безразмерной величины осевого динамического давления тонких струй высокого давления, от безразмерного расстояния до насадки —. Диапазон колебаний средних значений коэффициентов вариации расчетных данных относительно экспериментальных для МСУ-1 составил при давлении воды 10 МПа Квар= (2,14-6,9)%, а при давлении воды 40 МПа - Квар= (2,86-12,34)%. Для МСУ-2 диапазон колебаний средних значений коэффициентов вариации при давлении воды 10 МПа составил Квар= (3,68-6,9)%, а при давлении воды 40 МПа колебания средних значений коэффициентов вариации находились в диапазоне Квар= (3,87-8,68)%.

3. Получена обобщенная зависимость безразмерной величины диаметра тонких струй высокого давления от безразмерного расстояния до насадки, в структуру которой входит длина начального участка, определяемая с использованием установленных для МСУ-1 и МСУ-2 расчетных зависимостей, учитывающих конструктивные особенности и геометрические параметры их струеформирующих элементов в переходном и автомодельном турбулентных режимах истечения, что позволяет эффективно управлять диаметром струи по ее длине.

4. Для насадок с конусно-циллиндрическим профилем проточной части установлены расчетные зависимости, позволяющие за счет изменения угла конусности насадки в пределах а= 13°-К22°и длины ее цилиндрической части 1ц в пределах 1Ц= (1 - 4)do, управлять диаметром струи по ее длине в переходном и автомодельном турбулентных режимах истечения.

5. Для пылевзрывозащитных систем орошения горных машин разработан инженерный метод расчета рациональных параметров двухступенчатых насадок с эллиптическим выходным отверстием и формируемых в них плоских гидравлических струй высокого давления

6. Разработан инженерный метод расчета рациональных параметров формирования осесимметричных водяных струй высокого давления в МСУ-1 и МСУ-2, рекомендуемых для использования в составе пылевзрывозащитных систем орошения горных машин.

7. Для системы высоконапорного пылевзрывозащитного орошения СПВО комбайна КПА-150, для технологически обоснованного расстояния 10= 100 мм и расходе воды под резец Qo=2 л/мин, выполнен расчет рациональных параметров струеформирующих насадок с двухступенчатым профилем проточной части и эллиптическим выходным отверстием. Установлено, что при изменении давления воды от р0= 4 МПа до ро= 15 МПа эквивалентный диаметр струи изменяется от d3= 0,89 мм до d3= 0,64 мм. При этом ширина факела плоской струи изменяется от Da= 33,9 мм до DA= 28,4 при угле конусности второй ступени насадки а=20° и от Da= 51,9 мм до DA= 45,6 мм при а=30°.

8. Для системы высоконапорного пылевзрывозащитного орошения СПВО комбайна КПА-150 при расходе воды под резец Qo=2 л/мин, давлении воды в пределах 15 МПа > ро ^ 4 МПа и технологически обоснованного расстояния lo= 100 мм, выполнены расчеты рациональных параметров МСУ нового технического уровня с радиальным щелевым подводом воды и определены основные структурные характеристики формируемых в них водяных струй.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана математическая модель поверхности проточной части насадки с круговой формой входного отверстия и эллиптической формой выходного отверстия, позволяющая повысить качество формирования плоских водяных струй за счет снижения турбулентности водяного потока в проточном канале насадки.

2. Установлено, что интенсивность расширения факела плоской струи, сформированной в двухступенчатых насадках с эллиптическим выходным отверстием, практически не зависит от давления воды, а определяется углом конусности второй ступени- насадки, отношением большой- и малой осей выходного отверстия и качеством изготовления насадки.

3. Для двух и одноступенчатых насадок с углами конусности второй ступени р= 20°; 30° и 45° и эллиптической формой выходного отверстия с коэффициентом эллипсности кэ = 1,2-1,65 получены обобщенные зависимости безразмерной ширины и толщины факела плоских струй от безразмерного расстояния до насадки, позволяющие за счет выбора угла конусности второй ступени и параметров выходного отверстия управлять шириной и толщиной факела струи на заданном расстоянии от насадки.

4. Выполнена физическая интерпретация и разработаны математические модели процессов формирования осесимметричных водяных струй высокого давления в МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды и коэффициентами поджатия потока в насадке в пределах Кп = 4 - 10, позволяющие определять рациональные геометрические параметры их струеформирующих элементов и насадок при использовании в составе систем пылевзрывозащитного орошения.

5. Установлено, что полученная ранее для полноразмерных струеформирующих устройств обобщенная безразмерная зависимость изменения безразмерной величины осевого динамического давления тонких струй высокого давления, от безразмерного расстояния до насадки —, может t быть с высокой надежностью использована в случае применения МСУ с тангенциальным и радиальным подводом воды. При этом длина начального участка определяется с использованием установленных расчетных зависимостей, учитывающих конструктивные особенности и геометрические параметры струеформирующих элементов МСУ в переходном и автомодельном турбулентных режимах истечения водяной струи.

6. Разработаны рекомендации и инженерные методы расчета рациональных параметров проточной части МСУ с тангенциальным подводом воды, коэффициентом поджатая потока в насадке в пределах Кп = 4-10 и безразмерной длиной' успокоителей в пределах (2,5-7,5)dK, а также основных динамических и структурных характеристик формируемых в них водяных струй высокого давления на различных расстояниях от насадки.

7. Разработаны рекомендации и инженерный метод расчета рациональных параметров малогабаритных струеформирующих устройств с радиальным щелевым подводом воды, а также основных динамических и структурных характеристик формируемых в них водяных струй высокого давления на различных расстояниях от насадки.

8. Для системы высоконапорного пылевзрывозащитного орошения СПВО комбайна КПА-150 при расходе воды под резец Qo~2 л/мин, давлении воды в пределах 15 МПа > р0 > 4 МПа и технологически обоснованного расстояния 1о= 100 мм, выполнены расчеты рациональных параметров двухступенчатой насадки с эллиптическим выходным отверстием и МСУ нового технического уровня с радиальным щелевым подводом воды и определены основные структурные характеристики формируемых в них водяных струй.

1. Борьба со взрывами угольной пыли в шахт. /М.И. Нецепляев, А.И. Любимова, П.М. Петрухин и др. М.: Недра, 1992. - с. 298.

2. В.Г. Мерзляков, И.А Кузьмич ., В.Е. Бафталовский, И.В. Иванушкин, Ю.А. Гольдин Гидроструйные технологии на очистных, подготовительных и вспомогательных работах. Издательство "Берг Инфо", "Глюкауф на русском языке", № 1, 2000.

3. Ищук И.Г., Беломойцев Е.А. Системы пылевзрывозащитного орошения на угольных шахтах зарубежных стран: Экспресс-информ. / ЦНИЭИуголь. М.: 1989. - с. 30.

4. Леман X. Орошение борозд резания резцовых коронок комбайнов избирательного действия. Глюкауф, 1987, № 12. - С. 3-11.

5. Ищук И.Г., Поздняков Г.А. Перспективы увеличения эффективности средств борьбы с пылью при работе добычных комбайнов // Научн. сообщ. / ИГД им. А.А. Скочинского. Вып. 127. -М.: 1975. - С. 183-192.

6. Фролов М.А., Зырянов Е. Подавление пыли в шахтах высоконапорным орошением. -М.: ЦНИЭИуголь, 1976. с. 44.

7. Усовершенствование водоструйных систем. Design guidelines improved water spray systems, Mukherjee S.K., Singh V.V., Iayaramap N.I. (University of Utah, Salt Lake City (USA) Min. Eng/ (Littleton, Colo). Nov. 1986, 38(11). p. 1054-1059.

8. Мерзляков В.Г. Бафталовский B.E. Системы высоконапорного пылевзрывозащитного орошения для проходческих комбайнов избирательного действия // Науч. сообщ. / ННЦ ГП- ИГД им. А.А. Скочинского. -Вып. 330. / М., 2005. С. 268-276.

9. Кочерга Н.Г. Предотвращение вспышек метана при работе исполнительных органов горных машин с помощью водяного орошения. -Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. 1971, Вып. 3, С. 24-29.

10. Поздняков Г.А. Научные основы, методы и технические средства нормализации атмосферы подготовительных забоев угольных шахт по пылевому фактору: Автореф. дис. на оиск. учен. степ. докт. техн. наук / ИГД им. А.А. Скочинского. М., 1997, 36 с.

11. Незасоряющиеся оросители для резцовых коронок проходческих комбайнов. Глюкауф, 1988 г. № 17.

12. Мерзляков В.Г., Бафталовский В.Е. Физико-технические основы гидроструйных технологий в горном производстве. М.: ФГУП ННЦ ГП -ИГД им. А.А. Скочинского, 2004, 645 с.

13. Толченкин Ю.А., Балычев Ю.В., Мерзляков В.Г. Гигиеническая оценка пылевого фактора при работе узкозахватного комбайна КШ-ЗГ с гидромеханическим шнековым исполнительным органом // Гигиена труда и профессиональные заболевания. № 2. 1981.-С. 16-18.

14. Заявка ФРГ № 053711069 Е 21 С 35/22, 1984 г. "Устройство управления подачей воды к соплам режущих барабанов горного комбайна". Опубл. вБИ№5, 1989 г.

15. Заявки Японии № 60-41197 Е 21 С 35/22. "Способ и устройство для подачи воды к режущему рабочему органу горного комбайна". Опубл. БИ № 8, 1985 г.

16. Заявка США № 4733914 Е 21 25/12. 1989 г. "Устройство для подачи под высоким давлением жидкости из сопла на резцы барабана врубовой машины".

17. Заявка США № 4573744 Е 21 С 7/08 "Зубок горной машины снабженной втулкой, входящей в гнездо и сообщающейся с источником жидкости". Опубл. в БИ № 4, 1985 г.

18. Заявка Великобритании № 2189531 Е 21 С 35/22, 198. "Клапан для поэтапной подачи воды". Опубл. в БЧ № 10, 1989.

19. Заявка Великобритании № 2190194 Е 21 С 35/22, 198. "Врубовая головка с фазированной подачей жидкости". Опубл. № 11, 1989.

20. Патент США № 4537448, кл. Е 21 С 35/22, 1987.

21. Видаленк Ж.П. Пылеподавление в забое и опасность воспламенения от искры на шахтах Франции. Publications techniques des Charbonnagge's de France. 1988.

22. Barham D.K., Buhanan D.D., A. Review of Water Jet assisted cutting Technics for rock and Coal cutting machines. "Mining Engineer. Great Britain, 1987, 147, №310, p. 14.

23. Haul D.A. Airdrome dast "Colliery Guardian", 1955, p 7-82.

24. Комбайн "Андертон". Зарубежная техника. Серия механизация и автоматизация производственных процессов. Углетехиздат, 1957, 40 с.

25. Фельзен-Цервек Р. Пути совершенствования пожаро- и взрывозащиты горных выработок в каменноугольных шахтах. Ж. Глюкауф. № 3, 1988. С. 22-33.

26. Ищук И.Г. Защита высокопроизводительных очистных забоев от фрикционного воспламенения пылеметановых смесей // Науч. сообщ. / НЦ ГП- ИГД им. А,А. Скочинского. -Вып. 333. / М., 2007. С. 239-252.

27. Мерзляков В.Г. Бафталовский В.Е. Эффективность пылеподавления при гидромеханическом разрушении угольного массива // Науч. сообщ. / НЦ ГП- ИГД им. А.А. Скочинского. -Вып. 321. / М., 2002. С. 128-139.

28. Медведев В.Т., Удотов С.В., Авраменко С.М. Результаты шахтных испытаний гидромеханического исполнительного органа очистного комбайна. В кн.: ВостНИИ. Труды. - Способы и средства предупреждения самовозгорания угля в шахтах. Кемерово, 1988. - С. 59-62.

29. В.Г. Мерзляков, В.Е Бафталовский, И.В. Ивану шкин. Использование гидроструйных технологий для обеспечения эффективного пылеподавления и пылевзрывозащиты при очистных, подготовительных и вспомогательных работах. Уголь, № 10, 2002.

30. Саранчук В.И., Качан В.Н., Рекун и др. Физико-технические основы гидрообеспыливания и предупреждения взрывов угольной пыли. / Киев: Наук, думка, 1984. — с. 216.

31. Исследование гидравлического разрушения угля. Коллективная монография.- М.: Наука, 1968. 184 с.

32. Никонов Г.П., Кузьмич И.А., И.Г. Ищук, Гольдин Ю.А Научные основы гидравлического разрушения угля /.- М.: Наука, 1973.

33. Исследование гидравлического разрушения угля. Коллективная монография.- М.: Наука, 1972

34. Шавловский С.С., Бафталовский В.Е. Влияние угла конусности и длины цилиндрического участка насадки на компактность струи. // В сб. "Технология добычи угля подземным способом", № 12. М., ЦНИЭИуголь, 1971.

35. Шавловский С.С. Основы динамики струй при разрушении горного массива -М.: Наука, 1979. 174'с.

36. Мерзляков В.Г. Разрушение угля'высокоскоростной струей воды и дисковой шарошкой.- М.: Недра, 1997. 215 с.

37. Бафталовский В.Е. Выбор рациональных параметров малогабаритных струеформирующих устройств. В сб: Разрушение углей и горных пород: Науч. сообщ. /Ин-т горн, дела М., 1989. - С. 55-63.

38. Kauscek R.D., Taylor C.D., Handewith Н. and Thimons E.D. Longwall shearer perfomance using water jet - assis - ted cuffing. - Rept.: Invest. Bur. Mines", US Dep. Inter., 1987, № 9046.

39. Taylor C.D., Kauscek R.D., Thimons E.D. Dust Conteol on Longwall shearens Using water. jet - Assisted Cuffing. - "Inf. Cirk. Bur. Mines US Der. Inter. -1986. -№9077.

40. Рудничная вентиляция: Справочник / Н.Ф. Гращенков, А.Э.Петросян, М.А.Фролов и др.: Под ред. К.З.Ушакова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1988. - 440 с.

41. Мерзляков В.Г., Присташ В.В. Гидромеханическое разрушение угля и горных пород -экологически чистая и безопасная технология XXI века// Окружающая среда — человек, ресурсосбережение: Сб. научн. тр. Вып. 2. — Т. 1. — Алчевск: ДГМИ, 1999.-С. 145-158.

42. Мерзляков В.Г., Бафталовский В.Е., Байдинов В.Н Опыт применения гидравлических струй высокого давления при создании эффективных средств разрушения горных пород // Маркшейдерский вестник. № 1, Январь-Февраль / М., 2010. С. 33 - 39.

43. Мерзляков В.Г., Бафталовский В.Е., Байдинов В.Н. Механизация горных работ с использованием гидротехнологий // Горное оборудование и электромеханика. № 6. / М., 2010. С. 2-6.

44. Мерзляков В.Г., Бафталовский В.Е., Байдинов В.Н. К вопросу формирования плоских струй для систем пылевзрывозащитного орошения горных машин // Известия ТулГУ. Естественные науки. Вып. 1. / Изд-во ТулГУ. 2010. С. 273 -282.

45. Патент 2059896 РФ. Преобразователь давления Антипов/ В.В., Антипов Ю.В., Мерзляков В.Г. и др. №93056692/06, Заявлено 21.12.93. Опубл. 10.05. 96, БИ № 13.

46. А.С. № 1636072 Насадка для гидродинамической очистки поверхностей от отложений / В.Е. Бафталовский, И.А. Кузьмич, А.А. Вышеславцев. Заявлено 23.12.85. Опубликовано 23.03.91. Бюл. №11.

47. Шлихтинг Г. Возникновение турбулентности. М.: Изд-во иностр. лит., 1962.

48. Каталог фирмы "Вома". Насосы высокого давления.

49. Никонов Г.П., Шавловский С.С., Хныкин В.Ф. Исследование динамики и структуры тонких струй воды давлением до 500 ат. М: ИГД им. А.А. Скочинского, 1969. - 38 с.

50. Абрамович Г.И. Турбулентные свободные струи жидкостей и газа. -М.: Госэнергоиздат, 1948.- 288 с.

51. Абрамович Г.И. Теория турбулентных струий. М., Госфизматиздат, М., I960.- 715 с.

52. Бафталовский В.Е. Исследование гидродинамических характеристик струй давлением 200-500 кгс/см2 и путей повышения их эффективности как разрушающего органа гидравлических машин. Автореф. кандид. дисс. М., ИГД им. А.А. Скочинского, 1972.

53. Бафталовский В.Е. О пороговых значениях скорости истечения водяных струй в автомодельном режиме Науч. тр. / ИГД им. А.А. Скочинского, 1982. Вып. 207. - С. 84-92.

54. Румшиский JT.3. Математическая обработка результатов эксперимента: Справочное пособие. -М.: Наука, 1971. 192 с.

55. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1968. -720 с.

56. Бафталовский В.Е. Влияние качества обработки насадки на компактность водяных струй в автомодельоном режиме истечения- Науч. тр./ ИГД им. А.А. Скочинского, 1977, Вып. 150. С. 97-105.

57. Бафталовский В.Е. Вопросы повышения компактности водяных струй. В сб.: "Совершенствование добычи угля гидравлическим способом" Научные сообщения, вып. 134.- М., ИГД им. А.А. Скочинского, 1975,с. 46-53.

58. Мхитарян A.M. Гидравлика и гидромеханика. Киев, 1958. - 364 с.

59. Мостков И. А. Гидравлика. М.: Трансжелдориздат, 1958.

60. Алферьев М.Я. Гидромеханика. М.: Речной транспорт, 1961.

61. Гмурман В.Е. Теория вероятности. Математическая статистика. -М.: Высшая школа, 1972. — 368 с.

62. Седов Л.И. Методы подобия и размерностей в* механике. М.: Наука, 1977.-440 с.

63. Гухман А.А. Введение в теорию подобия. -М.: Изд-во Высшая школа, 1973. -296 с.

64. Щупов Л.П. Прикладные математические методы в обогащении полезных ископаемых. М.: Недра, 1972. - 169 с.

65. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. - 340 с.

66. Правила безопасности в угольных шахтах. Книга 3. Инструкция по борьбе с пылью и пылевзрывозащите. Липецк. Липецкое издательство. 1999 - 109 с.

67. Правила безопасности в угольных шахтах // Книга 3: Инструкция по борьбе с пылью и взрывозащите к Правилам безопасности в угольных шахтах.- М.: Недра, 1999.

68. Динамические и структурные характеристики плоских водяных струй, сформированных в насадках с эллиптическим выходным отверстиемпервая серия экспериментов)