автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Механика разрушения горных пород гидромониторными струями

.-Ч л

и ;11

Министерство науки, вмсаей нсолм и технической политики Российской Федерации

Санкт-Петербургский ордена Ленина, ордена Октябрьской Ревожции и ордена Трудового Красного Знамени горний институт тени Г .В.Плеханова

На правах рукописи

АСАТУР Константин Георгиевич

МЕХАНИКА РАЗРУВЕНИЯ ГОРНИ ПОРОД ГВДРОМОНЯТОРНЫМН СТРУЯМИ

Специальность 06.05.08 - . Порвне

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

Санкт-Петербург - 199 2

Работа выполнена в Санкт-Петербургском ордена Ленина, ордена Октябрьское Революции и ордена Трудового Красного Знамени горном институте имени Г.В.Плеханова.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

БЕЕШЖР Владимир Адексгвдрович

доктор технических наук, профессор

КУЗЬМИЧ Игорь Антонович

доктор технических наук, профессор

ЦЯШО Николае Федорович

Ведущее предприятие - "ЛЕНГОШЕТ" института

ГИПРОШКЕЯЬ

I ^Защита диссертации состоится 1992 г.

В 7 V"час. мин, на заседании специализированного Сове-

та Д 063.16.12 в Санкт-Петербургском горном институте по адр< су: 199026, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд.Я Л^Ц^

С диссертацией «южно-оанакомнтйся-В библиотеке институт

Доклад разослан " 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, д.т.н..профессор

И.П.ТИМОФЕЕВ

TU-;...-. •• jassc.fTzuai

БИБЛИОТЕКА ---

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Использование гидромониторных струй в до^'"" этной промышленности и в технологиях, связанных с разрушением :4атериалов известно давно. C I953 года началось и получило развитие а СССР применение гидравлическое отбойки каменных углей в-подземных условиях. К преимуществам гидравлической технология ■ относится возможность осуществления непрерывного транспорта горной массы от забоя до ствола, затем по поверхности и далее по трубопроводам, яа большие расстояния.

В.Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-85 гг. а на период до 1990 г. указано на необходимость "осуществлять дальнейшее развитие подземной добычи утля, особенно для коксования, добычи угля гидравлическим способом и транспортирования его по трубопроводам"..

За последние годи больное внимание разрушению гидравлическим способом естественных и искусственных материалов стало уделяться за рубежом. Помимо многочисленных публикаций авторов : в технических нурналах о внедрении в производство, и авторских заявок, через каждые два года проводятся мездунаредные симпозиумы по технологии резания (разрушения) струями (international symposium on jet cutting technology, SHU) , первый из KOTO- . рнх состоялся в 1972 году . .

Гидравлический способ разрушения привлекает овоей, э принципе неограниченной по крепости пород применимостью, даже тогда, когда при использовании механического инструмента, ввиду больших усилий на контакте с горшш массивом, в металле при его нагревании и истирании, возникают опасные касательные и растягивавдио напряжения. ' . ' • \

В струе они отсутствуют,, независимо от давления в гидромониторе; после истечения из сопла жидкость несет только кинетическую энергию, преебразуювдтизя яа контакте (s забое) в совершаемую давлением работу деформации и создание п функции от него любых критических напряжений в породе, разрушая массив, путем откола от него кусков. Поэтому струя способна разрабатывать саше прочные породы, причем с ростом давления производи-

тельность растет, а энергоемкость снижается и для каждого из материалов существует свое кумулятивное давление, прй котором в теории применяли уравнения гидродинамики (М.А.Лавренгьеа, 1357).

. Разрушение струей в случае крепких пород мояат комбинироваться с механическим воздействием, Б иеханогадравлическом (называемом также гидроиехаакчоскш, ИГД им.А.А.Скочинского) методе гадрободочн, при эхом, основное (оперезавдее) аоэдейст вне при разрушении массива производится той ка высокоаалорцой струей, а резцагщ удал/дался ослабленные целики мезду розработ иьш ею бороздами. Другой гидромеханический метод позволяет н основе использования свриШшх. отечественных насосов, т.е. с п иощыз струи до 80 Ша, разрушать механически« инструментом гс раздо более крепкие, чем обычны« резанием, порода. Струя при атом направляется в зону, нарушенную резцом, удаляя мелкие 15 дуктыето разрушения и тем сймым сникая силу резания,- за счйч уменьшения силы трения при ревучем. движении механического ин-. отрушата. ■ .

. Накопленный исследовательский и промышленный опыт пока: вает, "ч?о гвдроионкторцая струя высокопроизводительна и несм< ва значитольнуи энергоемкость процесса способна интенсивно, 1 в определвшш горко-геодогяческих условиях экономически эфф тйвно, с техжыхогкчесмт и экологическши преигуществагли ра' рушать крепкие какенаыв угли и горные породы.

• . Однако предлокещдае у нас и за рубехом теоретические к ли механизма гидравлического разрушения, построенные на трад онных статических методах исследогйжи, не позволяют физичес шт ерпрэтирозать процесс и обоснованно подходить к выбору и _ делению основных параметров гидравлического разрушения, а те находить, пути: дальнейшего совершенствования производственно}: нологки. В требовании решения этих вопроссв и заключается а! альность разработки специальной мохашяш гадравл$гчоскох,о ра: ния для горного производства, использующей новно достижения ки, адекватно ояясьазавдей механизм явления, с выводом форму-' инженерных расчетов гвдрооборудовопт. Актуальность проблем здания специальной механики разрушения гидромониторными стр;

связана также и с ее перспективность» в области развития общей* теория прочности.твердых тел.

Цель пабот. Установление зависимостей,' определяющих па-" раметри гидродобычного гидрооборудовакия, для повышения эффективности его работы, основанных иа использовании при разработке/ теории гидроотбойки, динамической (ненвазистатической) упругой задачи и кинетической (на предельной) концепции прочности.

Кдая работы. Рассмотрение при анализе процесса- гядро-разрушения выемочной производительности гидромонитора в качестве отправной величины, функционально связанной с давлен;:«,; а стволе, оценивал ее по времени (длительности) акта единичного откола порода от массива, в зависимости от ее крепости, на основе кинетопрочностноЙ теории.

Методы доследования. Проведены опыты на специальном лабораторном стенде и сдолап анализ И обобщена результаты»путем обработки и покощь» математической статистики и с использованием дашда., получешшх в лабораторных, а такко в промышленных условиях (Кузбасс, Донбасс). •'

Теоретическая часть основана на регсении с помощью ЗВ.М динамических уравнений теории упругости и уравнения пограничного .слоя в гидромеханике, для специачы'нх граничных условий, а тгш-яо на разшрностном анализе, с помощью уравнений регрессии в форме характерной для кинетической теории прочности (разрушения) .

Основные яау-пгне положения, выноск?.аге на зачнгу

1. Модель Шханизма гидроразрушошя, основанная на системе урашешШ динамического (не квазкстатгичоского) развития иалряз;ений в упругом полупространство (массиве), с прж/ононием кинетической (не предельной) теории прочности породи, п с доведением расчетов, до определения и выбора параметров гидродобычного оборудования.

2. Вариационный метод решения динаг-ячеслой упругой задачи.

3. Дкффере}щиальные уравнеьия ниогофазного (для струи -- двухфазного, газо.кидксстяого) яотока, при последовательное осреднении по пространству и времени.

4. Теоретический метод сопоставления гидромониторных •сопел, путем оценки их динамических качеств, на основе определения толщины пограничного слоя внутреннего течения.

• Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации подтверждается тем, что теоретические ее разделы выполнены с применением аналитического аппарата классической механики сплошной среда и новейшей научной, кинетической теории прочности, с проведением большого объема расчетов на ЭВМ, а в практической и опытной части использованы современные метода эксперимента и обработки результатов; отклонение теоретических данных, от экопериментал: них и промышленных, не превышает 5%.

Основные задачи. I) Создание лабораторного стенда и пр ведение экспериментов :щ, разрушении струями торных пород; 2) Разработка физической модели гидроразрушения; 3) Опредвле-ние напряженно-деформированных состояний массива и зон его раз рушения; 4) Выбор теории (концепции) прочности, описывающей процесс гидравлического разрушения; 5) Разработка аксплуатаци ояннх характеристик (диаграмм) разрушения горных пород водяные струями, и вывод формул для расчета основных параметров гидроой рудования при гидродобыче; 6) Изучение течения струй с давлен ем до 20 Ша с разными насадками с помощью киносъемки и других методов (включая теоретические) для.выбора условий, определяющих наибольший эффект гидроразрушения.

Научная новизна. Разработана динамическая теория гвдрш ^шческого разрушения, описывающая существо его макромвхаиизма на основе динамики развития напряжений в массиве и кинетики ' . прочности породы и включающая способы определения в зависимое от конструктивных и технологических факторов, основных показа телей гидродобычи (производительности, энергоемкости) /5,1962 15,1973; 16,1973; 17,1977; 22,1981/. Установлено, что времени теории прочности обобщают предельные,в их критических точках, являются адекватными при описании быстропротекавщнх процессов .разрушения / 32,1990 /, предложен подтаервденный опытом гидро механический метод оценки эффективности профиля гидромонитора го сопла, основанный на расчёте пограничного слоя течения в к фузорах / 7,1962; 31,1989 /.

Получены детерминированные дифференциальные уравнения эгофазного (для струи, двухфазного-газожидкостного) потока,е.. зледовательным осреднением по пространству н по времени, и с этом входяи1их в моменты корреляции отклонений мгновенных коя-1трациЛ от средних значений / 14,1971 /.

Разработан для динамической упругой задачи вариационный год решения, с приведением численного расчета / 12,1970; Д97&/.

Получены л применены динамические дифференциальные урав-нияЛаме оссиметричной задачи'теории упругости, с расщепле- '. ем компонентов смешений по осям цилиндрических координат 12,1970: 19,1973 /.

Практическое значение. Спроектирован и создан специаль-й лабораторный стенд для испытания образцов углей и горных под на прочность под давлением струи, явившийся прототипом для • следующих аналогичных установок / 2,1959; 3,1961; 15,16,1273 /.

Опыт» ил стенде проводились в координации о КузШУИ и ре-льтаты внедрялись на шахтах Кузбасса. Совместно о КузВДИ . ¡ШШгидроуголь) опытно и теоретически были обоснованы /3,1961; 8,2962; 27,1385 / главные технологические параметры оборудовал гидроотбойки (минимальное давление разрушится, оптимум :орости и скольжения струи по забои, зависимости от производи-шьностя и энергоемкости), разработан внедренный на первом эта-i гидродобычи на шахтах профиль конического насадка /2,1959/, «iee совершений, чем современные ему американские сопла bilosophlcal transactions of Roysl Society of tondon, Serie A, '66. Vol.260, H 1110). .

Получека формула устанавливающая связь мезду скоростью яенля струи а частотой киносъемки, обеспечивающая несмазанное юбраяенле структура и оценку кинематических параметров потока 1,1957; 2,1959 /, что обеспечивает для опытов с высоконапорны-i струями выбор необходимой кинокамеры. •

В экспериментах в коллективе СГИГИ применена уникальная 1Я своего времени отечественная кинокамера ФП-22, о частотой ьемки IOOOOC кадров з секунда, давшая возможность исследовать з только структуру, но и кинематику струи с давлением перед

соплом до 20 Ша, путем покадрового изучения течения и просмотра его в динамике визуально на экране / 1,1957 Л .

lis основе предложенной теории гвдроразрушения разработан принятая Гкдроникелем методика определения параметров гидрообо рудования при гидродобиче £I£Ô9 г.). ,

Совместно с соавтора;.«! сконструирован прибор для иэыер ния касательных напряжений в пограничном слое струи,растекааце ся по .кшпжруащеа поверхность массива преграде / 28,1990 /.

, Совместно с Гипронукелем / 34,1991 / исследованы и обос* валы параметры ыеханогидравлического способа разрушения комбш ругозе го резание с давлением струи, которое на порток ниже пр< дельной прочности на одноосное сжатие.

Научное значение. . Разработка и обоснование феноменолоз ческой, модели механазда гкдроразрушошш, в отличие от существ* вавших ракое незанижаадей расчетную энергоемкость на порядок ! лдчины, с доведением результатов теорий до илнешзрного расчет всех основных параметров гкдрооборудозадия для гидродобычи.

Апробация. Основные положения и результаты исследован начиная с 125? года, докладывались ча конференциях, Ученых со ветаг и семинарах в КуэНИУИ (ВШИгкдроуголь), ИГД км.А.АсСкоч , сяого, Ленинградском горном институте, Ленинградском политехи ческом институте, Московском энергетическом институте, ицетт те Гипроникель, УфШгпщроугодь.

Имеются отзывы ряда прошовгенных предприятий, а также < дельных специалистов: профессоров, докт.техн.наук В.С.Мучщш (В;ШГ;ГлдроуголъЛ.Н.Пйтрсипогга (Военно-морское уч-ще им.Ф.Э Лзоришского), З.И.Герсятьева (Ленинградский горный институт Л.А.Розгла, И.И.Лева (Ленинградский политехнический институт профессора, докт.флз.-мат.наук ¿.^.'¿уравского (Ленинградский горный институт), сг.научн.сотр!, кщщ.физ «-мат .наук К.И.Огу цова (Ленинградский госуниверситет) и др. Основные пубдикаци перепеЧатывались в йиблиографгческом указателе "Гидродобыча гидротранспорт" НПО "Ироковьевскутоль*.

СОДШШЕ PAE01U . ■ '

Глава I.' ОШШ ПО РАЗРЕШЕН!® ГОРШХ ПОРОД ■ . БОДКЩ.М СТРУП";!!!

/I,2,3,5,8,9,II,15,18,22,24,26,20/

■

D задачу исследований входило опытное изучение структуры и кинематики гидромониторной струи, механики ее воздействия на образцы породы, процесса гидравлического разрушения.

Опытный стеад включал трехплуккерный насос, с подачей О = IOO л/мкн и давлением до р = 20 1Т&, штатавкку1,?уля-тор,пслщзнув линию с регулированием расхода," горизонтальный гидромониторный ствол с перемепнши. насадками и камеру с прозрачкы-!,№ стенкаш для установки в ней разруиаемого образца, Камера могла перемещаться с фиксируемой скоростью, в плоскости перпендикулярной оси струи, а также на разные расстояния, от среза сопла; направленной струей, при диаметре сопла с/ = 3 ж, в кубике с характерной прочностью (бетон) £Г ;= 4i-6 Illa, вырабатывалась борозда. Давлоние р перед насадком повшалось до 20 ЫПа. По времени образования борозда fat я измеренному объекту полученной выемся \J . определялась производительность

П -V/t'' (I-I)

* »

а по расходу ¿оды Q через насадок и мощности струя

AZ-QP-^.f (tA"

( 1-2 )

энергоемкость разрушения '.

€ = /V П (1-3 )

где ^ - плотность вода (Ю3 кг/м3); ^ - коэффициент расхода насадка. . ;

Были испытаны насадки различного профиля. Кинокамера ФП-22 с частотой съемки У1С = 100000 кадров в секуилу была выбрана по расчету, на основе выведенной формулы / I ,1957 /.

где 1Г - скорость течения струи; с/ - ее диаметр; c/t - высота ее изображения на кадре; с*с - коэффициент эксног ции; показатель резкооти.

В опытах установлено было следующее.

1. В структуре высококапорисй нозагопленной тонкой ci уз» вблизи сопла набладаюгся воздушна полости, и нсиаяетв ш, ас удалением от среза, рост взаимояроникйовещя вода 1 иосферного воздуха. Это перевешивание отличается от процесс происходящего в затопленной струе, где взаимодействует ода вая ореда. На калильной поверхности водяной струи образую волны, амплитуда которых по море удаления от сопла растет, давая протуберанцу, загибающиеся назад, отрыв капель от ш; формирует распыляющийся факел.

Путем многократных замеров с помощью микроскопа 1ЯР-; ña основании использования элементов струи на кинокадрах п< чено, что на расстоянии до 200ol (el - диаметр струи) < среза сопла скорости в ней по сечению, практически равноме] если не считать отставания концов загибающихся языков. Прироста давления перед соплом до 20 МПа, на сопротивления да: нею струи незначительно, и не превышает 1% от теоротическо: рости. В опытах обнаружена также пульсация поверхности стр. частотой OT Í000 до 7000 Гц и перемещающаяся через 3,3 млс венная смена ее структуры с'плотной, па расслоенную при пе дичности работы насоса 17 Гц.

2. Гидравлическое разрушение процесс высокой энергое

сти.

3. Существует оптимальная для каждой цррода - обеспе Ващая максимум производительности скорость .сколькония (пе щения центра давления струи) по поверхности забоя, величии которой для углей, в технологических условиях была установ на гидрошахтах Кузбасса.

4. Действие струи на массив отличается высокой производительностью разрушения, которая с увеличением гидромонитор' ного давления быстро возрастает. С приближением же к малым давлениям, по величине порядка 50# от характерной прочности на сжатие, происходит резкое падение производительности и разрушение становится нестабильным и неэффективным.

5. Среди испытанных насадков предпочтение было отдано конусным.

Эти результаты (кроме п.5) подтверждены и обобщены не только обработкой опытов СП6П1 / 15,16,1973 /, но и более широко поставленных экспериментов Института горного дела им.А.А.Ско-чинского / 26,1985 /, а также промышленных испытаний для углей Донбасса и Кузбасса / 26,1985 /, см.таблицу I данных для разных крепостей угля, диаметров сопел и скоростей скольаеная струи.

Проведены также совместно с Гипроникелем опыты по механо-гидравлическому разруиешш / 34,1991 / и совместно с СвердНКИ-хяымашем, по разрушению твердых осадков в трубах / 18,1977 /.

Глава П. МЕХАНИКА НЕЗАТОШШНПОЦ ГЩЮРОТТОРНСЙ СТРУИ / 1,2,4,6,7,8,10,11,13,19,27,30,31 /

Исследование течения струй, применяющихся при гидроотбойке преследовано цель решогал двух практических задач:

а) изучение условий наибольшей дшшшшости потохса при истечении; ''

б) получения явно внраяекной аналитической функции для расчета распределенной нагрузки от струи на поверхности разрушаемого массива.

, Незатопленныэ струи, хотя и вытянуты вдоль движения и име-

ют малые поперечные размеры, но в отличие от канализируемых течений как я потоки, 'обтекающие тела обладают, существенно влияющими на динамзвсу потенциальными (безвихревыми) областями - перед выходом из насадка, и на програде. В / 8,1962; 31,1989 / на основе теории пограничного слоя доказано, что эта особен- ..' ность связана с местным возрастанием скорости úo течению, вы. зывающим увеличение объема потенциальной области в потоке " (уменьшение толцины пограничного слоя).

Отсюда в качестве критерия динамичности профиля насадка, получено определяющееся толщиной внутреннего пограничного слоя в нем / 11,1967 / число Рейнольда

^ 'ТГ'

где(л1__- расход потенциального (теоретического) потока; О -- расход струи - реального (опытного) потока; У? - смоченный дериметр насадка на срезе; ~ кинематический коэффициент вязкости жидкости.

Дакшй критерий физически связан с коэффициентом скорост при истечении / II, 1567 / и имеет аналог в теории обтекания те В / 30Д£67; '31,1283 / дано решение уравнения пбграничне '.слоя, использованное дшя определения его.толщины в осесишетрз ном коцф/Еорэ и для выбора в зависимости от нее профиля гидромониторного насадка. Динамичность профиля насадка зависит от откокенкя диаметров: выходного его отверстия <Ы и гидромониторного ствола 0 . При малых значениях с! 0 предпочтительнее кекуеикл насадок, при сбычних большое, сопло Никонова • '.Павловского,. что подтверждено опнтагдп Королевского института 'наук в Лондоне.

Полученный в / 1,1157 1 оттн ый результат - слабого вли ник уцрзтосгл дидкостк яр:* высоких давлениях, на скорость ист чекия струи - был подтвержден в / 2,1859 / теоретически; при давлениях до 40 Ша поправка на учет упругости для скорости и течения дает увеличение яз болев, чем на 1%.

Б / 7,15о2; 30Д2В7 / показано, что возг.г/ще.чия стимулст щие распад стр¡ук в том или то:.! масштабе, неизбежны и'переносятся в нее из насадка. При лзэбш его прожиге, пря истечении грашще с твердой стенкой в потоке имеется касателыше напряг; ния. Хотя по выходе из сопла гота,:озяцез действие стенки прещ цается л пограничный слой обрывается, но циркуляция скорости потоке исчезает не сразу. Иядухшгруемне соплом вихри ло мере удаления от среза декодируют внутрь струи, а нарукная ее п< верхность превращается в вихревой неустойчивый слой хищности, ..при больших скоростях захзатшзаадкй воздух, что быстро насьшк ет струю газовой компонентой, резко увеличивая сопротивление . ¿дакенка потока. . .. . '

В / 14,1957 / выведены дяф^впцяашага уравнения многокомпонентного потока (в частности, для струя двухкокпононтно-го) по методу сглакиваияя (йятсй, з влдс дегермивяровашшх * соотношений, с учетом пульсаций концентраций фаз.

Полученный при это:.;: в сгстег.га уравнений. дополнительный тензор истолковывается как гвелякео на поток пространственной ' разрывности и недис|фереяцяр5Г®х>«пг ^шпщЗ, йз-за' мгновенного хаотического распределения 3 пространстве.

Система уравнений хгезажлути, как я уравнения Рейнольдса для однородного потока.

В / 4,ISSI; 2,1882. / даз растет- распределения давления осесшгетричной струг, яа я&ргашго-й се ося пязскоЗ преграде, путем яспользовашя шнясхзякаЗ ажосксЗ. задечн; приязясяке при этом уравнения сохрансяяя язаджБсог дагкг т^рггетрлческуэ- савя-csmocts. для давления р. па здзгрого» созводякз» оцкпггь кг рассжоягаи. t от ост' струг, хфгявдз ойяасуз сс-средстатенет. дзэленшг: на преграда. Гаг, пр::. %tcl~{ £5, р 2ту зазгегшетз икзЕО шяроксетг^овззг» с яешярда удобяоге дяз расчетов? састастпеетя

Р

- - £ 2~Т )

¡Здесь ли !р -эши.г, йгшзете. ic 0>5-е{ г и р „ sssSspassss в эзыдажветж от асабезаоетеЗ. в расчете ггзж гшрогои-issssse,- с зюэдаием. что сила давленая етрук на преграду setesas от срета ©шета зпетршанитора

п

_ о

где ^ - плотность еидкости.

Если учитывать перемещение (упругую податливость) поверхности массива со скоростью "Ы , то сила давяеняя-сяаа гидромониторной струи

В / 19,1978; 27,1986 / дана теоретическая оценка, слабого влияния на разрушение касательных напряжений от трения в1 по- !■

• граничном слое на преграде; создал / 28,1986 / прибор для та измерения.

Глава Ш. НАПРШЖО ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ . . • МАССИВА ПРИ ИЦЦРООТБОЙКЕ / 5,12,14,20,21,26,28 /

• . Для определения напряженно деформированного состояния массива в /12,1979; 14,1973; 21,1965 / решена бсесимметричная краевая задача теории упругости, с граничными условиями, соответствующая! Нагрузке (2-1) на поверхности полупространства, от гидромониторной струи.

Решение дадо дая статического ( р ) и скачкообразного (да нашчоского) приложения нагрузки

где п ["С) ~ Функция Хевисадда. В пределе, динамические напряжения стремятся к статическим.

Приближенное решение дано предложенным вариационным мето дом / 14,1973; 28,1989 / строгое, методом интегральных преобра зований / 21,1985 /. Результаты получаются близкими.

В общем виде строгое решеше динамической задачи (Лемба) впервые было дано В.И.Смирновым и С.Л.Соболевым /1932/ и независимо от них Каньяром / Франция, 1931 / методом интегральных преобразований. Задача далее была развита Г.И.Иетрашонем, Г.И. Ыарчуком и да., а для ососнмметричной нагрузки типа давления г струи - К.И.Огурцовым. Решение получено а ьдда интегралов на комплексной плоскости, поэте»,у вывода требуют для частных услс виЙ дополнительных выкладок и доведения задачи до численных ре зультатов с помощью ЭШ.

Для компонентов тензора напряжений и скоростей смещения при мгновенном нагружении упругого полупространства, указанны! .выше интегралы могут быть представлены / 21,1981 / слагаемыми имеющими вид функций <х>

р Г Г пЛ и » Кф

.здесь 2 ,г - цилиндрические коовдинаты; Ь - контур на комплексной плоскости переменной ^ ; он после интегрирования по К. дополняется в правой полуплоокости бесконечно большой окружностью; К - аргумент преобразования Ханкеля; О - модуль сдвига порода; Ц>/*}л, С\, £> - некоторые функции аргумента ^ ; I - мнимая единица; - имеет постоянное зна- • чение , уп. = -I или 0, = 0,1,2,...; д = 0 или I; Р -- равнодействуэдая нагрузка от гидромониторной струи, определяемая распределением давления р , в виде (3-1), т.е. равного . п - ■

После интегрирования, функция <р представляется в виде двух слагаемых, независимых от 2 и 1, : одно на фронте продольной, другое - поперечной волны смещения. Это значит, что компоненты смещения и их производных переносятся фронтами волны с сохранением их величин и распределения, в функции от аргумента X •

Таким образом, напряжения и скорости деформации в плоскостях , вплоть до 2 - оо , на фронтах волн одинаковы, а после их прохождения изменяясь во времени, при - оо стремятся-к своим статически« значениям, зависящим только от

и г .

В конкретном примере динамического воздействия, получились. следувдие численные результаты.

Расчёты при значении коэффициента Пуассона ч) = 0,"3 показывают, что опасных растягиваицих напряжений в зоне их концентрации не возникает и разрушение происходит от касательных напряжений 17 , наибольшее из которых находится в точке на оси нагрузки в массиве,на глубине ? =2&= 0,203 с\ ,от поверхности.

В строчках 9 таблиц 2 и 3 для точек Т = 0, 2 - , даны#значения 1Г = 0,263 с/ , соответствующие моментам време- . нп~1 Я . где 1;* - "С- С Т^1 , когда согласно оценкам сделанным на основании опытов / 15,16,1973 /, см.гл.1, происходит разрушение, причем напряжения достигают развитого статического состояния ( - плотность порода, Сл = \/(1 ?<,

3 / 12,1970; 20,1225 / подсчитана такхе работа,совершаемая нагрузкой от давления струп на г-ассгдз, к моменту времени X,

/ 12,1270; 25,1286 / ^

где ^ - смоцешю поверхности полупространства по оси ¿Е .

Относительные значения А .¿А ^ в функции от параметра . ^ '* = £ С'г.с^ * полученные после интегрирования, приведены в работа / 26,1565 /, где Л сь~ представляет собой работу А^ при 1; г оо . Она / 12,1970 / в два раза больше совершаемой от той г:е нагрузки, приложенной статически, и полном?,» переходящей в потенциальную анергию упругой деформации полупространства. Остальная,часть работы расходуется на кинетическую энергию волнового колебательного процесса, распространяющегося в полупространстве, теоретически^до X =. Оо. При этом, при t * » 8-10 отношение А1 А"^ • приближается к I, т.е. работа деформации по сути полностью совершается и в дальнейшем практически равна нулю ( "Ь = Х- , табл. 3,4, строка 5). Напряжения в слое отлокений на стенке см. / 33,1991 /.

Глава 17. ШШШ ТШШШШШ РАЗРУШИЛ / 5,14,16,17,20,21,22,23,26,31,32 /

Гидравлическое разрушение применительно к эксплуатационным задачам опытно исследовалось Г.П.Никоновым, II. А. Кузьмич ем, З.И.Геронтьевк.:, Н.ф.Цяпко и др., а теоретически А.М.Еуравскиы /1959/, А.!,1 .Чалка /1960/, Дк.Пауэллом и С.Симлооном Л559/ и др., предооложадшк кьйзиотатпчссккй процесс деформирования массива.

3 / 3,1961 / при интерпретации опытов по гидроразрутненнк был применен динамический подход. В / 5,1962 / получена велкчи на начальной скорости поверхности упругото массива, мгновенно возникающая при воздействии -нагрузки от струи.

В / 15,1973; 16,1973; '17,1977; 22,1981; 21,1985 / показано, что при действии стационарной струя разрушение (имеется ввиду хрупкое, не'куму.^ггашое)'в отличие от обычного рассматриваемого механического, квазистатического, сопровождается сз ■цесгвегшо динамические процессом распространения упрутихволн напряжений и деформаций в массиве. .

Механизм гздроразрувения осуществляется следующим образом.

Сила давления струя на ьабсйнута поверхность /см.(2-2)/

^ С -VT— ТИ) . ,( 4-1 )

где Кс< I - ксэфхицпент,'зависящий от потерь до длине струи и других технологических условий. При этом, величиной' 1Л по сравнению с V", при гедроотбойкс могло пренебречь.

Toit, наибольшее значение отношения

vtiv)"^ £ Sf**)"*

на поверхности получается в начальный момент времени дефорглщзо-вашш массива, когда И s U х ; остальные обозначения з этом соотношения: С. - скорость продольной волна; f3 - плотность породJ.

В / 26,1985 / подсчитаны значения величины ц V .которая с ростом давления увеличивается и при 100 Ш!а достигает лишь 3,1%, т.е. условие 1Л <3ç: V в формуле (4-1 > ввдорглвается •достаточно хорошо.

Поскольку в (4-1), "VI V , а \<с меняется слабо, практически р ^ Ctnit," •0 • приложенная к массиву струл, оказывает на его поверхность постоянное давление, откладывал куски, образуя на ней вдоль направления перемещения контакта (ввиду качания ствола) выемочную борозду. При отколе куска образование лунки в кавдом акте происходит в наиболее напряженной части массива вблизи центра давления струи на контакте. Под находящейся под давлением гидромониторной струл, облачившейся после откола площадью формируется новая область концентрации напряжений в массиве и таким образом, разрушении продолжается. 3 случае,если при этом откол задергивается или до происходит вообще, массив по расчета.м стремится к равновесному состоянию, реализующемуся за стотысячные доли секунда, а энергия растекавшейся струп расходуется на трение по поверхности.

• Затрата времени за кавдый акт откола на основном этапе идет на развитие напряжений в массиве и образование в области içc концентрации, зародышей оиас^ш. трещин, на втором ке этапе

откола, происходит распространение трещин с отделением кусков, сопровождающимся нагру.ением обнажившейся при этом новой поверх ностл, давлением струи. Второй этап является переходом массива (теоретически, упругого полупространства) последовательно к следующему основному этапу - развитию напря&ешю-дефоршрованного состояния, определяя его начало. Обычно при гидравлическом раз рушении внешняя нагрузка бывает достаточной по величине и импульсивности для предельно быстрого развития трещин, со скоростью распространения упругих воля Релвя в массиве. Огсвда, кратковременность второго этапа по сравнению с основным, что позволяет считать-переход к нему практически мгновенным, с вое никновеанец распространяющихся боли напряжений. Зто определяет краевую задачу Лемба, причем в J 19,1978; 25,1982 / показано, что при гидроотбойке нагрузку можно считать нормальной к пове] . ности полупространства. Решение задачи показывает, поскольку (сы.гл.Ш) разрушение происходит от развивающихся в массиве itai тельных'напряжений, оно начинается в виде "точечной" трещины, вблизи максимума их главных значений на оси нагрузки в глубин на расстояний от кагруаенной поверхности, ? =-Нс •

.От этой глубинной точки на большой скорости происходит вигие выходящей на поверхность массива магистральной трещины, формирующей очертания откольной лунки - обнажающейся поверхно сти массива. •

Время, требующееся дая второго этапа одноактного отколе оценивается формулой:

г Т „у

где Са- скорость волн Релея.

Объем лунки ^

W-frol , ( з

где fo - коэффициент объема.

Полное время, затраченное на одноактный откол,

Т - bs П(4г-<

где - производительность разрушения,найденная из опыте

Отоода время развития напряжений

Т- Т - Тс С 4Г-5 )

есть длительность основного этапа откола.

Значения Т , "]" и Ть а таблицах 2 и 3, по данным таблицы I, для образцов угля марка А11 (крепость по М.М.Прото- " дьяконову f » 1,9) и для кузбасских углей вычислены по формулам (4-2), (4-4) и (4-5).

На основании теоретических соображений /А.М.Цуравский, 1959 / по отруям и анализа результатов опытов по ударному разрушению /Н.К.Шзлова, Л.А.ЩройкерД954 / величина fi для расчета X в таблицах принята в двух вариантах, равной 0,34 и 0,85 (постоянной); "]" и "Т* Сом;ниже) даны только для . ji • 0,34. w ц

Эти колебания значения ft меньше одного порядка, в то время как от ное зависит время разрушения "Т - величина,нилсе, входящая в загисимооти под знаком логарифма (ал.гл.У).

, В таблг-цах 2 и 3 полученная в опытах долговечность (время одаого откола). Т" по порядку величины превышает время образования "J"c ма£иотральной трещина*, п о увеличением диаметра струи этот порядок возрастает. Такое соотношение "Т

подтверждает кратковременность второго этапа образования лунки, т.е. то, что время , расходуемо на откол, в основном идет на развитие напряжений .

При этом яри расчете напряжэний надо учитывать, что разрушение начинается в точке 2-2с > = 0/ 26,1905./,

Такие расположенные в глубине маосива точки отличаются от лездщих на поверхности тем, что возникающие в ¡на то жо окачком яапряжешя.появляются только после прихода продольной волны. Поэтов для подочеха Т^ чистого времени развития напряжения з таблицах 2 я 3 из ~"Пл вычитается время пробега продольной золною со скоростью С пути ОТ поверхности до этой точки

% в 0,109 d с"1 . Время напряженного состояния мало отли-тется от долговечности почти для всех рассчаташа значений, ITO есть результат большой скорости распространения волн напряжений. При этом, сами долговечности яырашотся в микросекундах, ?.е. процесс гадроразрушения протекает очень бысгро.

Приведенные в таблицах 2 и 3 в качестве примера величины касательных напряжений не совпадают с отмечаемыми при испытании каменных углий характерными прочности. Для углей марки АЛ предельное окалыващее напряжение - 4,5 Ш1а, а в таблице имеется вдвое большее значение; для кузбасских углей Т = 2 1,Ша, а в таблице имеются и меныше значения (при большем времени разрушения в промышленных условиях). Эти данные подтверждают зависимость разрушающих напряжений от времен По этим же подсчетам растягивающие напряжения в массива при давлениях 40 и 10 МПа равны соответственно 0,212 и 0,053 МПа, тогда как пределы прочности на растяжение приблизительно равны 1,5 и 0,5 Ш1а; это указывает на слабое влияние растягивающих напряжений на гвдроразрушекие.

Глава У. " иШШВСКИВ ХАРАКТЕРИСТИКИ 1ЗДР0РАИУШШЯ / 5,15,16,17,22,24,26,31 /

Поскольку критические напряжет:л при гидроразрушении существенно зависят от времени процеооа (долговечности породы), его механические характеристики долгсны отличаться от диаграмм предельной теории и соответствовать кинетической (временной) теории прочности, определяя выбор (расчет) параметров оборудования гкдроотбойки. Тогда общий вид развития напряжений представляется при осевой симметрии соотношением

Так как магистральная тредаа независимо от давления струи бе] начало в глубине массива, в "малой" окрестности некоторой в среднем близкой к ? =2С , 1=0 точке 2 с/"' . напряжение при разрушении начинается при \ = Т . в (5-1); согласно же кинетической теории прочности это напряжение зависит только от Т , что мокно представить в виде общего выра-

ГТ ! -у

_ с/ V.*, * ,

•-П - Ь. Г, , п с | ' " Г ^ I ' ' ~ ^ > - j

( 5-1

жения

6"= $ (с Ус!'1;

( 5-2

. Исключив из выражений (5-1) и (5-2) напряжение <5' , получил связь между ~р и . Будем искать ее в виде

е^Ггй-Рр, < 5-3)

•V '—' ,

где И и N - эмпирические коас]$яцкенты в уравнении регрессии. ~

Получешше для р = 0,85 значения коэффициентов М и (V при разрушении струей, а также сопоставление значена"! долговечности, опытных Те и вычисленных по уравнению (5-3)*]" приведены в таблице 4.

Эти результаты позволяют выяснить влияние диаметра струи-сопла гидромонитора на процесс разрушения.

На основе анализа данных таблиц I и 4, в уразнешш (5-3) член, учитывающий влияние диаметра струи выделяется в'виде ад-• дативной составляющей, к уравнение (5-3) монно представить как

е9 Т + - Nр, <■ >

поскольку из опытов получается (см.строки 2,5 и 7 табл.1), что П с1' г / (■ ' а отсюда при р = сои Филеем 7"е с|

^ Обработка опытных данных дает для коэффициентов в (5^4) значения: для образцов угля марки АЛ - М* = 1,34, |у'*= N = в 0,025; для угля из вахты в Кузбассе - м* = 1,05, // = и 0,095, т.е. выдерживается условие

М*= (5-5)

Постоянство значений и [\/* при в опытах,

указывает на согласованное изменение величин 1М и. с1 . Иначе говоря,, диаметр с\ влияет только на константу (V) , но не на ^ * . Увеличение параметра ~]~гс1~3 с уменьшением давления происходит монотонно. Лишь при переходе от малых диаметров к большим (табл.5 и 6) отмечается резкое падение значе-.ния данного параметра ог С,9 до 1,4. Это монет быть объяснено . не только пониженной примерно в два раза крепостью, но и мае-'

итабнвм фактором, а также особенностями залегания пластов, ; когда применение размерностного анализа в данном виде являет- .. ся недостаточным.

Соотношение (5-3) в описываемой модели разрушения ха-' рактеризует акт гидрооткола ча время в среднем, поскольку физический процесс нестационарен. В опасной зоне за небольшую часть времени деформации напряжение меняется и эффект его интегрального воздействия учитывается опытным осреднявдим множителем ^ , при параметре р .В данной постановка задачи вопрос о том, в какой точке строго, начинается и как развивается процесс откола ло-существу, из рассмотрения исключается.

Соотношение (5-3) наводит на мысль о возможности представления процесса гидроразрушения, с поправкой на геометрические условия на контакте, формулой С.Н.Буркова;

, т= У*- ,м>

где (Ж^ , ¡Г и и - соответственно линейный, объемный и энергетический параметры .разрушения; Т"о - период тепловых флуктуацкй; @ - температура; ^ « 300 {у' Я ( е)"' , ^ - газовая постоянная.

Параметры , Ц и при X = 2 связаны зависимо-

сть» '■•■.■'

поэтому свободным является только, один из них; независимо от того, какие значения М и с\ подставляется в (5-7), величина определяется, если задано с\ и .

Существенным отличием результатов таблг.цы 4 от данных, обычно приводимых в кинетической теории прочности, явшэтся отрицательные значения коэффициентов И , поскольку их аналоги в'ней только положительны. • .

В этой связи формулы типа (5-6) или (5-3), мокно'рассматривать как линеаризацию фактической характеристики прочно--с'..'я, на отдельных интервалах долговечности. Тогда общий вид

• зависимости I i ' приближенно представл.четсл

- как график составленный из- JuuieapjooDaainix отрезков некоторой теоретической функции, с разными зкачендя-и хоо@кцис«тоя ipt

и N. •

Соотношение (5-6) для диаметров струи от 1,12 г,о 3,5 wг, ■ и для образцов каменного угля ыарди Ail при ~f0 = lú"-1 с, fc. = 8,3 Д^оль-К), jy^ s 1,34 CCg е) - 2.3'» © - 3Cl- к> X = 2, приводится к виду:

\J *5?30{%хч~г1б-тЪ, ( 5-Ю)

где за d и мсето принять раз:.;ер структурной ячейки породы. Соотношение (5-10) (поскольку ¡М1*-е. о л ) от с/ Ко завн- -сиг и для углей марки АЛ не меняется. /¡ля другие: пород (других * ) оно изменится.

Ввиду пояулогарифягческого зада соотношения (5-10) величина U слабо зависит как от (а значит j: от yj 5, так и от el я. крема того, от параметра ¿j

Подсчеты показывают, что при гидрсразруиеацц■при = = С-,1+0,2 км и cí ~ 1-20 V дая угля ?.:аркп ;Ш около 4,25'Ю4 fó/шль, для углей Кузбасса - около -МС4 Да/моль, для цементных кубккоэ - U ~ 5 ,o5*IC'i Дг/мояь, Для ^сизка имеем, сопоставляя о литературными данными, что у» 1,5-10° ад/моль; это значение относится к опыта:/ на растяаендй. Яря сдвиге начальная энергия ахтизацвд может бить моньзо ьз-за соотношения модулей упругости £ it G* .

Исходя из формул (4-3), (4-4) л (5—1), для выемочной производительности (разрушения) тага см / 22",1232 /:

П елр (о<-р;, (5-п )

где

№

ex. - 2,3 ¡V - эмпирические козсТхуяцнеитн,

Энергоемкость определяется из зависимости (1-3), з которой затрачиваемая гидромонитором мощность ¡s/ находится из формулы (1-2).

Суть коренного, различия между процессами гидравлического и механического разрушения заключается в том, что затраченная струею энергия может как угодна отличаться от совершаемой нагрузкой работы деформация тела на контакте. Это различие не связано с диссипацией в объеме разрушения, т.к. энергия струи гасится трением при ее растекания за пределами откольной лунки Отсода, сравнительно низкий КЩ гдцроотбойки.

Другая особенность механизма гидравлического воздействия состоит в том, что на объем разрушния, а, следовательно, и на его производительность л энергоемкость огромное влияние оказывает скорость скольжения струи - перемещения ее центра давления по разрабатываемой поверхности \/п , определяющая скорость качания ствола гидромонитора.

Скорость скольжения струи, отвечающая минимуму энергоемкости, для которой должны строится эксплуатационные диаграм-ш Т=/( р) » является.оптимальной. Эта характеристика породы, являясь энергетической, не имеет аналога по своим физическим особенностям в обычных прочностных задачах, и связана с образованием жидкостного буфера в лунках откола.

Скорость сколькения находится экспериментально, по точке минимума кривой энергоемкости (максимума производительности разбиения). С ростом прочности породы экстремум смещается в сторону меньших скоростей скольжения. Это связано с тем, что выемка под струею в-более прочной среде углубляется медленнее. Такое же смещение минимума происходит при уменьшении диаметра струи.

Для гидроотбойки, применявшиеся при исследованиях традиционные прочноетно характеристические зависимости, в координатах напряжение-деформация, обладают тем недостатком, что они статические и -определяют условия разрушения лишь в одной отдельной (предельной) точке диаграммы. Для напряжений в прочих ее точках, тело предполагается абсолютно прочным и поэтому при надлежащем выборе запаса прочности - при калых напряжениях теоретически неразрушимым, В / 32,1990 / показано, что кинетопроч-ностные соотношения типа (5-6) являются обобщающими для критяче-• ских точек предельнопрочностых диаграмм; при гвдроразруиенш характеристики, включающие'фактор времени (долговечность),типа

(5-4), в каждой точке.описывают состояние тела в момент времени, при котором сопротивлений внутренних связей окончательно •исчерпано и разрушение неизбежно. Существенно также, что кинето-фочностнне характеристики не зависят от модуля упругости материалов £ ' , который при динамических воздействиях непостоя- . , нен. При гидроразрушении для определения "Т можно применять соотношения (4-3) и (4-4), воспользовавшись для расчетов опытныг ми зависимостями f~~}= F (с/, Р) я тем» что параметр [~] cf , а, следовательно, и "Р^9- эаваоят только от jo /27,1985/.

Некоторую неопределенность в вычисление долговечности Т, вносит отсутствие точной оценки величины коэффициента fi . Но он в (5-4) входит под знаком логарифма и, учитывая, что характеристики используются для сравнительных расчетов, на общие . оценки это значительного влияния не оказывает.

В приведенных раочетах при получении зависимости (5-4), Ji = 0,85; для упрощения расчетов можно принимать Jb - Г.

Кроме того, вопрос о значении, коэффициента /Ь можно исключить из рассмотрения вовсе, если характеристики представлять прямо /с'м.(5-П)/ в форме - f(c\ р)> ч<г0 и 821 практике мо&ет быть удобнее.

Графическое построение кинетопррчностной, определяемой зависимостью типа (5-4), характеристики по данным лопытаний.образцов можно разбить на два этапа: I) определение -при разных значениях диаметра . d коэффициентов ]v\ и ft? , в уравнении регрессии (5-3);" 2) построение зависимости (5-5), для определения М* CN*=IV). •

Пример построения характеристики (5-4) приведен в / 26,1985 /.' Физическая адекватность кшгетопрочностных диаграмм при гидроотбойке связала с быстротой' протекания процесса единичного откола * / 32,1990 /. Но удобнее, сопоставлять различные породы по их прочности, пользуясь предельным напряжением.на одноосное сжатие

или близким к нему коэффициентом крепости по М.М.Протодьяконову { '

Кипетопрочносгная диаграмма но характеризует, подобно этим параметрам, кдадую породу одним числом; но, лрй опытах по разрушению струями отмечается шшшЗ предел дазлений (точка), при котором оно становится неустойчивым, резко завлсягда.от не- 25 -

однородности: породи, неэффективным.

Экспор;сашта локазюкшт, что это минимальное разрушающее • ■ давление. р, составляет около 50-70$ от предела прочности на одаооспоо схатио • подтверждается такяе опытами по

очистке стенок труб от отложзваихся на них осадков / 18,1577; 24Д2П /'.

Пои статическом давления струи на поверхности полупространство., в максимуме небольших касательных напряжений, см. (3-2), наяр^.шр, при 4 =0,3 имеем 'С = 0,263 р ; 5ро:.'.онибо сопротивление большинства хрупких материалов состав-лл'-т 'С. =.(0,11-0,15) 6"с ; отсюда при отколе физически ос>ос;ю:з:гзается указанное вы^е состнопение р =(0,5+0,7) ^ .

. Следовательно, давление р |?с могязт служить при сравнение а качестве параметра, характерпзущего породу одним численням аначсЕЕГЛ (точечанй параметр). .

При определении разрузакцего усилия на забой, на некотором раезтеязиз от среза сспла, необходимо учитывать уменьшение даглондя на преграду по сравнена с гидромониторным р ,по смязйЗкяк.': форцугаш, средиозваяни. разЕПЧШШК авторши, см. тшаз козйфкциект « в $орг$уде (4-1).

Основные ^выводы

1. Но:: г:1дроргзр;»*искпи, скорости струи я деформация забоя отечны по тардд^у; пестому воздействующее на массив гадроусплиа по величине почти не меняется и к обнаказодейся после откола куска плоцздке прикладывается практически мгновенно Зри это«, дзмоаерхэ напрякекно-десТхгалировашюго состояния массива представляет собой динамический процесс, неподдавдийся описанию трагдцзсЕшали кзазистатическамк методами, применящтднея пр:: ударних нагрузка;;.

2." •Дгдагзгшость гндравлического воздействия в сравкскла с мга&'пкескш, определяет повнгеняую энергоемкость год;

'дсбычаай технологии. При этом, для каждой породи как при гкдрав-длчсскскл, тал и махсногндравлкческом способе, ищется оптпмальнг скорости скольжения струл. по поверхности забоя, обеспе-.чпзгхгцая гидроразруЕеязе без вредного влияния образующегося

— «.о —

жидкостного буфера в лунках откола, характеризующаяся мипиму-мом энергоемкости процесса. Скорость скольжения зависит от icpe-r. пости: для углей 1-2 м/с, для крепких пород 0,3-0,7 м/с.

3. Процесс гидрооткола интенсифицируется начиная с дав-

■ ления перед соплом, равного около 0,5-0,7 от лредель-' ного напряжения на одноосное сиатяе породы. С дальнейшей.! увеличением давления, разрушение растет при любых напряжениях в массиве, т.е. в отличпе от основной посылки предельных теорий прочности, разрушающее напряжение от действия струи, для ка-,;:- • дол данной породы, но постоя1шо. Яри ото;.;, в прямой завясшо-сти от давления с тру:: находятся выемочная производительность процесса разрупения в единицу времени, откуда следует зависимость времэни единичного акта откола от приложенной нагрузки, что характерно для временных tcodje'í прочности твердых тел; энергоемкость обратно пропорциональна давлению.

4. Скачкообразное прняохеняе натруски от действия струи определяет краевую задачу для упругого полупространства, дающую решение уравнений, описиваэддх поля смещений п лапрякешш в'массиве, при гндроотбойке.

5. Дазлеше струи сосредотачивается в пределах, порядка 1,5-2 от площади ее сечения, зоны на поверхности массива, создавая в глубине сто придонтантнута область концентрации напряжений. При этом опасных растягивающих напряжений в г,'лспиве не возникает, а в поле касательных напряжений тлеется точка максимума, дакца§ начало трещияе откола, на глубине 0,20-0,25 диаметра сопла.

6. Акт единичного гидрооткола порода зависну от диаметра струи и для шахтных условий длится 0,5*1,5 миллисекунды (на стенде меньше), т.е. гадроразрушенкс есть процесс бк-стропротекающий, что определяет его'высокую зкемочнуа производительность. Требующееся для единичного ггдрооткола породы время (или, в терминах временной теории прочности, долговечность породы, под нагрузкой) в основном затрачивается на развитее ■ напряжений в массиве, так как время идущее на отрыв кусков, формируемый трещинами, распространяющимися со скоростью волн Релея, мало по порядку величины. .

7. Давление струг ва шгершостя, напряжение, при кото-рш ВЕутра'ыааегва образуется откол, производитель-, ность разрушений а вреыа акта едкганного откола (долговечность функционально связаны др^г с другом. Процесс гцдроразрушения • описывается подученной ка. осиозе корреляционного анализа, для . оптимальной скорости етЕькшЕг сгруи по поверхности массива, линейной зависимссгъв лютарв|аиа вшмочиой. производительности, от давления струи либо о точностью до определения коэффициента объе.'.та откола, логарифма долговечности породы, от давленая струи. При этом влияние диаметра еоша учитывается в виде допс 1Штельного адцтлвного- уддоеЕНОгй жта^афщгаескаго члена. ■• С. В качестве ЕЖйзаз&гг Бфекоети, характер

зумщего "гидравдическув'" нзсчгссгь пародд одаы численным значением ври сравнениях» шл-а® з;а»адаааъся бопиошй давления струи, при которой щюгзвовлжгдавааягь шеини. резко вг дает и, разрушение становится. науотаФкша«..

9. . Течение в насадке Ери уаедтаяна скорости па длен® ' потока обладает щооаЕЕВШПБаой область С рос.тоы уп сходимости насадка, от 0 др. ЗШР» тсшдзаа награвлчгош- слоя а нем уменьшается и струя стакаазигащ уагейчшае. Б частности, ел механогидравлическом способа разрраащш» пра истечении из калг ' ры с линейными размерами на дарадзЕ йошшдаа, чел® взшщзшй да метр сошга, рекомендуется вышмшшь его в* еик© вдшшетезеот© < верстия (угол сходимости 90°К

10. На основе разработанной: сссгсггггг. Егсздакз 1

ределения параметров ГЕдрййс^шшаЕза. ояишяазздЕш» тем, что выемочная производительность в еой рассагкшваа'зсЕ ш> формуле (5-11), обоснованной с помощью, временной теории ндаз® сти твердых тел, а область обеспечивающих процесс разрушена^ давлений гидромонитора, и скорость качания его ствола находи? в зависимости от "точечного" показателя крепости породы.

Производительность разрушения водянши струями

Образцы бетона Р, МПа Г\<А;м-ч 2,75 3,75 1,1 2,1 5,С5 4,3 10,2 33,0 --------- ... '

Образцы■каменного' 20 30 4П

£гля марки АЛ, донбасс 3,5 2|5 1,12 3,5 2,5 1,12 3.5 2,5 1,12

ПсГ/^.ч" 412 424 435 840 815 805 1195 1200 1250

Уголь гидрошахты "Томъ-Усинзкая 1/2" Кузбасс Р/МП* 6 8 10 •

с!,М(Ч 17,1 21,4 17,1 21,4 17,1 21,4

Псгу.ч-' ¡380 940 1640 1840 2000 2400

Таблица 2

Время разрушения струов угля марки АП

пп

Диаметр струи, г.зл

3,5

2,5

1,12

С5 о

г.-

2.'

3.

4.

5.

6.

8.

о

•Время обтазова'П'я магистральной трещит! *Т" , мкс с

Давление струи 'О ,Мпа

Долговечность т , мкс ( £ = 0,34) • 1

Долговечность Т , икс ( Д, * 0,85)

Основное время передачи энергии , шс

Время развития напряже-

ний

ти

шс

0,94

30 40

0,67

30 40

0,30

•30 40

Воемя развития напряае-нйя в точке 17 Д|, -г* » мкс • с> ''

. Парзмегр Т^с^1

Относительное напряжение Т- р"'

Наибольшее касательное напряжение , 1\Ша

20 30 40 20 30 40 20

34,5 17,0 11,9 17,1 8,8 5,58 3,4 1,8' 1,16

86,5 42,5 29,7 42,7 22,3 15,1 8,5 4,5 2,9 '

7 7 7 5 5 < 5 2,25 2,25 2,25 .

33,66 16,06 10,96 16,43 8,13 5,31 3,1 1,5 0,86

33,47 15,85 10,77 16,29 7,99 5,17 3,04 1,44 0,80

38,4 18,3 12,5 26,6 13,2 6,1 11,1 5,35 3,08

0,263 0,263 0,263 0,263 0,263 0,263 0,263 0,263 0,263

5,26 7,9 10,52 5,26 7,9 10,52 5,26. 7,9 10,52'

. Время разрушения струев Кузбасского угля

да ЯП Ддзиетр струи, км "Я. 4 17Д

I. Зремя обоазования магистральной трещины у , икс 5,8 • 4,7

2. Давление струи р , МПа 6 8 10 6 . 6 10

3. Долговечность Т . ь»с ( ¡Ь = 0,34) 1 550 392 230 . 400 216 ' 178

4. Долговечность Т , ккс ( (3 = 0,85) .. 1380 730 575 1000 540 445

5. Основное время ■передачи энер-гда ., гдкс 42,8 42,8 42,8 34,2 34,2 34,2

6. . Время развития напряжений 544,2 386,2 224,2 355,3 211,3. 173,3

.7, Время развития напряжений в точке(2 0у ьяс ' 543,0 385,0 223,0 334,4 210,4 172,4

8. Параметр -^^у * с *£• 102,5 72,6 42,3 93,5 49,7 40,8

9. 10. Относительное напряжение Наибольшее каса?ельнос напря-хепкя -г- , Ша ^ с 0,263 1,58 0,263 2,1 0,263 2,63 . 0,263 . 1.05 •о ^ То ^ 8 0,263 2,63

Таблица 4 ;

Коэффициенты в уравнении регрессии (5-3) и сопоставление долговечностей породы о опы-адли

Материалы образца или породы Диаметр струн, ш Р, Ша Коэффициенты ур-ния (5-3) м* и, 'jTe.fi

20 -3,6 0,025 -4,08 . -4,1]

3,5 30; ' -3,6 0,025 -4,37

• 40 -3,6 0,025 -4,56 -4,6]

Каменный уголь . 20 -3,92 0,024 -4,37 -4,3(

( образец )i 2,5 30 • -3,92 0,024 -4,65 -4,6]

Донбасс 40 -3,92 0,024 -4,82 -4,8'

20 -4,6 0,0235 -5,07 -5,0'

• 1,12 30 -4,6 0,0235 -5,35 -5,3'

40 -4,6 0,0235 -5,54 -5,5!

6 -2,35 0,095 -2,96 > -2,9:

- 8 -2,35 0,095 -3,14 ' -зд;

Каменный уголь 10 -2,35 0,095 -3,24 -3,3(

£ из шахты •

Кузбасса) 6 -2,45 0,095 -3,00 -з,о:

• 8 -2,45 0,095 -3,27 -3,2:

10' -2,45 0,095 -3,35 -3,41

Параметр | для углей марки АЛ

■р.. МП* Ч ММ см"* (ТгсГ*), с- м -1

20 3,5 2,5 1,12 7,05 6,85 6,81 6,90 0,84 0,84

30 3,5 2,5 1,12 3,45 3,55 3,62 3,54 0,54 0,59

'40 3,5 2,5 1,12 2,43 2,42 2,35 2,40. 0,38 *0,34

Таблица 6

Параметр ¡^ для Кузбасского угля

Р, МП а А,. ММ Те а;* с.м"г с. м"а :

6 . 21,4 ' 17,1. 2,08 3,45 3,26 0,51 0,43

• 8 ' 21,4 17,1 1,64 1,87. 1,75 ' ' 0,24 ' 0,29

10 21,4 . 17,1 1,28 1,54 1,40 • 0,14 ■ 0.И '■ '■" ....... ■' ''•

СПИСОК ОСНОВШХ РАБОТ, ОПУБЕИШАНШХ ПО ТЕЛЕ'

X, • Об исследоваш незатоллешшх струй методом скоростной . киносъемки//йзв.АН СССР, гехя.отд.,1957, Гг 3, С.164-167 (соавтор В.К.Героятьев). 2. Исследование кинематики свободной незатошгенной струи. Записки Ленинградского горного института, т.41, 1959, выи Л., С.52-62,

- 3. Оценочный расчет эффективйосги разрушения образцов пород гидромониторными струями.- Из в. вузов, Горный ..яурнал ,1961, ' & 5, С.3-8..

4. Давление не затопленной стряи на плоскую стенку.- Изв.вузов, Горный курнал, 1961, 1г 7, С.14-22, .

5. Об эффективности гедроотбойки при разрушении больших горных массивов.- Изв.сузоз. Горный яурнал, 1962, # 5,

С.20-23. •

6. Некоторые особенности 'функции распределения давления неза-, топленной струи на преграду.- Изв .вузов, Горный

. 1962, В 8, С.30-33. • ■

. 7. Влдянчэ пограничного слоя в насадке на вихрзобразовакке в струе.- Изв.вузов, Горный журнал, 1962,Й 9, С.15-19.

8. К зопросу о профиле т'-щроттюраого насадка. - Гвдротехпи-ческое строительство, 1962, № 11, С.4&-49.

9. аксяеримэдтелыше данше в схемах расчета гидромониторной '•струи. - Заглски Лан.торноге ияститута, т.47, 1962,вып.I,

С.65-75. ' "

10. Гидравлический расчет гадроотбойкя горных пород,- Изв .вузов, Горный журнал, 1263, Я 7, С.23-28.

11. К вопросу об исследовании гидромониторных насадков.- Изв. вузов, Горный лурнал, 1967, Я II, 0.25-29.

12. Осес-мметричкая динамическая де«х>рг,:ац1ш упругого полупространства от внешнего давления.- Записки Лен.горного института, т.60, вып.1, С.167-176.

13. О дифференциальных уравнениях взвесепесущсго потока.-Изв. • . , АН СССР, Механика жидкости и газа,1571, й 2, С.125-130. .

14. • Напряженно-деформированное состояние упругого полупро-

странства, нагруженного внешним давлением струи.- Записки Лен.горного института, т.65, 1373, С.21-26.

15. . Опытные данные по энергоемкости процесса гидроотб(#ки

минеральных ископаемо:.- Иэв.вузов, Горный журнад,1973, й II, С.28-31 (Соавтор Л.П.Северин). •"••'' ".

16. Оценка энергоемкости процесса гидроотбойки на основе сопоставления опытных-и теоретических данных. 3 сб.: Пути рационализации и повышения экономичности -электромеханического оборудования на горных предприятиях Севёра.-Изд-во Лён.горного института, 1273, С.32-38 (Соавтора В.С.Берсенев, Л.Л,Северин).

17. Механические характеристики при ищроотбойке! - Изв.' вузов, Горный журнал, 1977, П 10, С.88-90.

18. Очистка загрязненных труб водяными стругали,- Вопросы атомной науки и техники, серия "Опреснение вод", Свердловск, 1977, вып. , С.2Г-25 (Соавторы Ю.Г.Чернышев, В.Г.Шацилло, С.С.Смородин). .

19. Влияние трения в пограничном слое у забойной поверхности на эффективность разрушения при гвдроотбойкё.- Изв.

. вузов, Горный журнал, 1378, .'5 2, С.17-21.

20. Сравнение приближенного и точного решений дине, яческого приложения от силы струи на границе упругого полупространства.- В сб.: Эксплуатация шахтных подъешых установок,- Пермский Политехнический институт, 1978, С.102--108. (Соавтор К.И.Огурцов).

21. Волновой процесс при нагруженяи упругого полупространства давлением струи.- Иэв.вузов, Горный ^¡грнал, 1981,

й I, С.8-13.

22. Характеристики хрупкого разрушения стационарными струями,- Пзв.вузов, Горный журнал, 1581, й 5, С.30-32.

23. Напряженное состояние массива при давлении струи.- Изв. вузов. Горный журнал, 1981, $ 6, С.22-25 (Соавторы А.Г.Абазов, А.Б.Незаметдинов).

241 Разрушение осадков при гидроочистке труб.- Изв.вузов, • Горный журнал, 1983, № 2, С.81-84' (Соавторы Ю.Г.Чернышев,

, . В.Г.Шацилло, С.С.Смородин).

25. Напряжения в массиве от трения s пограничном сдое гидромониторной С'л'руи.- Йзв.вузоа, Горный дурнал, 1983,

» 8, С.20-24 <Соавторы А.Г.Абазов, А.Б,Незаметдинов).

26. Мзханика разрушения горных пород высоконапорныш струя-ид.- Изд-во Леи.горного института, IS85, С.84.

2?. Течение вблизи оси гидромониторной струи на поверхности • массива.- Изз.вузов, Горный дурная, 1986, C.II-I3.

28. Устройство доя измерения параметров потока вязкой'среда Бюлл.изобр», & 44, I9S0, С.132. Совместно с И.И.Дорошен ко и др.

. 29. Вариационный метод решения .динамической задачи для упру того полупространства, Записки Ленторного института, т.117, 1988.

30. Влияние пограничного слоя в насадке на динамику струи -при очистке труб от бтложоний на стенках.- В сб.: Механизация горных работ на угольных вахтах.- Тульский поли технический институт, IS87, С.74-79 (Соавторы И.И.Дорошенко, Г.А.Колтон). •

31. Ламинарный пограничный слой в осесишэтричном конфузорс ; - Изв.АН УССР, сб."Гидромеханика", К 60, 1989 (Соавтор

Г.А.Колтон).

33. Сопротивление слоя отлошшй на стенке при разрушении

■ струей воды.-Записки Ленинградского горного института, т.126, 1991 (Соавторы И.И.Дорояешо, В.В.ИЖлов).

34. Расчёт на ЭВМ методом конечных ьлемснтсг! напряжений в массиве при резании. — Записки Ленинградского горного 'института, т.128, 1991 (Соавторы Б.С.Маховиков, И.И.Дорошенко, А.А.Готллф).