автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Разработка способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий

На правах рукописи

ПОЛЯКОВ Андрей Вячеславович

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ НА БАЗЕ ГИДРОСТРУЙНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

13 иКТ 2014

Тула-2014

005553829

005553829

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» (ТулГУ) на кафедре геотехнологий и строительства подземных сооружений.

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Жабин Александр Борисович

Сысоев Николай Иванович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И.Платова кафедра «Нефтегазопромысловые и горные машины и оборудование», заведующий кафедрой

Ушаков Леонид Семенович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» (г. Орел) кафедра «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины», профессор

Юнгмейстер Дмитрий Алексеевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» кафедра машиностроения, профессор

ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Защита диссертации состоится «11» декабря 2014 г. в «14» часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, пр. Ленина, 90, 6 уч. корпус, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета и на сайте http://www.tsu.tula.ru

Автореферат разослан « 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Андрей Борисович Копылов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Разработанная в настоящее время концепция развития проходческого оборудования предусматривает расширение области применения комбайновой проходки на породы повышенной прочности как наиболее эффективной. Одним из реальных путей решения этой проблемы является применение гидроструйных технологий при создании исполнительных органов проходческих машин. Такие исполнительные органы реализуют в частности щелевую схему гидромеханического разрушения, при которой производится нарезание опережающих щелей высокоскоростной струей воды с последующим скалыванием межщелевых целиков механическим инструментом. Для этой схемы существуют способы повышения ее эффективности, связанные с увеличением глубины нарезаемой щели. В этой связи возникает потребность в создании оборудования для проходческих комбайнов, способного повысить эффективность щелевого разрушения, заключающегося в увеличении производительности резания и расширении области применения на более крепкие породы. Это может быть достигнуто на основе создания и применения как непрерывных струй воды сверхвысокого давления более 200 МПа (СВСД), так и импульсных струй воды высокого давления (ИСВД). Однако сведения о механизме разрушения горных пород такими струями и устройствах для их получения противоречивы и не имеют достаточного обоснования. Отсутствуют научно-обоснованные рекомендации по конструктивному исполнению, параметрам и режимам работы гидроимпульсных инструментов и источников воды сверхвысокого давления, а также выбору рациональных параметров рассматриваемых струй воды и установлению обобщающих зависимостей для определения производительности процесса резания ими горных пород.

В то же время на шахтах РФ и за рубежом одной из основных причин взрывов породной и угольной пыли в забоях является фрикционное искрение. Увеличение мощности приводов горных машин еще более усугубляет эту проблему. Ее решение достигается созданием и применением систем внутреннего высоконапорного орошения (СВО). Однако, несмотря на результаты выполненных НИОКР и опыт зарубежных стран, в настоящее время все отечественные комбайны оснащаются внешними системами орошения с давлением воды не более 4 МПа. Причинами этого являются высокая сложность и недостаточная надежность существующих внутренних систем орошения и их элементов. Вместе с тем, высокопроизводительные проходческие комбайны не могут эффективно работать без внутренних систем орошения, обоснованию конструкции и параметров работы элементов и узлов которых еще не уделялось должного внимания.

Наличие таких результатов, полученных экспериментально и теоретически, позволило бы повысить эффективность производства горных работ, заключающуюся в увеличении производительности проходческих комбайнов, расширении области их применения на крепкие породы и снижении запыленности рудничной атмосферы до предельно допустимых концентраций.

Таким образом, все это вызывает необходимость проведения широких комплексных исследований, направленных на разработку способов и средств

повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов на базе гидроструйных технологий, и определяет актуальность работы.

Работа выполнялась в соответствии с ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (гос. контракт № П1120) и совместных работ с ОАО «Скуратовский экспериментальный завод» (г. Тула), ОАО «Копейский машиностроительный завод» (г. Копейск, Челябинская обл.) и ООО «Горная академия» (г. Тула) в рамках договора № 05/08.

Цель работы. Установление закономерностей разрушения горных пород струями воды сверхвысокого давления, импульсными струями воды и функционирования внутренней системы высоконапорного орошения для обоснования способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов, обеспечивающих увеличение их производительности, расширение области применения на крепкие породы и снижение запыленности рудничной атмосферы до предельно допустимых концентраций.

Идея работы. Эффективная работа гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов достигается за счет создания и применения в их конструкции непрерывных и импульсных струй воды высокого и сверхвысокого давления с учетом закономерностей их взаимодействия с породным массивом при рациональных параметрах и внутренней системы высоконапорного орошения.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Глубину прорезаемой щели струями воды сверхвысокого давления необходимо определять на основе установленных закономерностей процесса резания ими горных пород различной прочности с учетом гидравлических и режимных параметров струи и длины цилиндрического участка проточной части струеформирующей насадки.

2. Обоснование и выбор параметров гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления следует производить на основе метода расчета производительности резания горных пород струями воды сверхвысокого давления и математической модели работы бесконтактного щелевого уплотнения в виде гребешковой гильзы с запирающей жидкостью, учитывающей давление, вязкость и температуру жидкости, геометрию гильзы и гидромультипликатора.

3. Раскрытие и описание механизма разрушения горных пород импульсной струей воды высокого давления достигается применением математической модели, учитывающей физико-механические свойства горных пород и параметры струи и позволяющей определять глубину резания как при ударе отдельной струи, так и при многократном ударе отдельных струй.

4. Глубина прорезаемой щели импульсными струями воды высокого давления рассчитывается на основе установленных закономерностей процесса ще-леобразования с учетом их гидравлических и режимных параметров, а также прочности горных пород.

5. Наибольшая эффективность гидроимпульсного резания горных пород достигается установленным рациональным сочетанием гидравлических и режимных параметров импульсных струй воды высокого давления.

6. Определение и выбор параметров гидроимпульсного инструмента, реализующего внутреннее прерывание струи за счет наконечника, производится на основе математической модели процесса формирования струи в инструменте, учитывающей конструктивное исполнение наконечника и струеформирующей насадки и их взаимное сочетание, и метода расчета производительности резания горных пород импульсными струями воды высокого давления.

7. Конструктивное исполнение гидросъемника высокого давления с торцевым уплотнением определяется гидравлическими и режимными параметрами, реализуемыми системой высоконапорного орошения проходческого комбайна с учетом закономерностей его функционирования.

Научная новизна работы:

1. Получена расчетная зависимость в безразмерных параметрах производительности процесса резания горных пород струей воды сверхвысокого давления с учетом ее гидравлических и режимных параметров и длины цилиндрического участка проточной части струеформирующей насадки, а также прочности горных пород.

2. Для гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления с бесконтактным уплотнением установлены характерные закономерности падения давления по длине гребешковой гильзы и суммарного объема утечек рабочей жидкости в зависимости от рабочих зазоров в парах "гильза-плунжер" и "гильза-корпус", а также расстояния между гребешками гильзы и жесткости корпуса мультипликатора.

3. Определены инкубационное время и безразмерная скорость изменения глубины разрушения горных пород импульсной струей воды высокого давления, позволившие на основании результатов численных экспериментов, выполненных по математической модели, базирующейся на физически обоснованных гипотезах, получить расчетные зависимости в безразмерных параметрах глубины разрушения как при ударе отдельной струи, так и при многократных ударах отдельных струй и включающие, в том числе физико-механические свойства горных пород и параметры гидроимпульсной струи.

4. Установлена зависимость производительности процесса резания горных пород импульсной струей воды от принципа механического прерывания струи и схемы ее формирования, которые закладываются в конструкцию гидроимпульсного инструмента.

5. Установлен наиболее эффективный гидроимпульсный инструмент, обеспечивающий прорезание щели наибольшей глубины, реализующий принцип внутреннего прерывания непрерывной струи воды при помощи цилиндрического наконечника, и показано, что конструктивное исполнение привода наконечника не оказывает влияния на эффективность работы инструмента. Для такого инструмента определены рациональные параметры гидроимпульсной струи и получены расчетные зависимости для их вычисления.

6. Установлены закономерности изменения скорости импульсной струи воды в гидроимпульсном инструменте с учетом конструктивного исполнения наконечника и струеформирующей насадки и их взаимного сочетания и рассчитаны значения коэффициента формы.

7. Получена расчетная зависимость в безразмерных параметрах для определения производительности процесса резания горных пород импульсной струей воды высокого давления с учетом всех действующих факторов и условий формирования струи в гидроимпульсном инструменте.

8. Определено влияние гидравлических параметров и режимов работы высоконапорной внутренней системы орошения проходческого комбайна на показатели назначения, надежности и эффективности гидросъемника высокого давления с торцевым уплотнением.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректностью постановки задач исследований; корректным использованием методов механики разрушения и теории подобия и размерностей; достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований с применением современных средств измерений и методов теории вероятности и математической статистики; удовлетворительной сходимостью (в пределах 21 %) экспериментальных, теоретических и расчетных данных; опытом использования основных положений методик расчета и проектирования гидроструйных инструментов, преобразователей давления мультипликаторного типа и гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов в проектных и научных организациях.

Научное значение работы заключается в установлении основных закономерностей разрушения горного массива непрерывными и импульсными струями воды высокого и сверхвысокого давления и функционирования внутренней системы высоконапорного орошения; развитии теории гидроструйного разрушения горных пород и разработке и совершенствовании на этой основе методов расчета и проектирования гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов, позволяющих оптимизировать процессы разрушения горного массива и определять рациональные условия их применения.

Практическое значение работы:

- экспериментально подтверждена эффективность разработанного преобразователя сверхвысокого давления, гидромультипликатор которого оснащен бесконтактным уплотнением с запирающей жидкостью, а также гидроимпульсного инструмента, реализующего принцип внутреннего прерывания непрерывной струи воды при помощи цилиндрического наконечника;

- разработаны и изготовлены экспериментальные стендовые установки, оснащенные современной измерительной аппаратурой и обеспечивающие, во-первых, исследование процессов разрушения горных пород непрерывными и импульсными струями воды высокого и сверхвысокого давления в широком диапазоне изменения режимных и гидравлических параметров, а также процесса работы бесконтактного щелевого уплотнения с запирающей жидкостью, и во-вторых, испытание и исследование процесса работы гидросъемника высокого давления и системы высоконапорного орошения проходческих комбайнов;

- спроектированы и изготовлены гидросъемник и породоразрушающая коронка с разветвленным стальным трубопроводом высокого давления и резцедержателями со струеформирующими насадками для системы высоконапорно-

го орошения, обеспечивающие эффективное пылеподавление и способствующие повышению технического уровня проходческих комбайнов;

- определен диапазон рациональных значений положений струеформиру-ющей насадки относительно горной породы при их резании струями воды сверхвысокого давления и получены расчетные зависимости для определения рациональной скорости перемещения струи воды сверхвысокого давления, рациональных параметров гидроимпульсной струи и глубины щели, прорезаемой в горных породах импульсной и непрерывной струями воды высокого и сверхвысокого давления;

- разработаны, усовершенствованы и реализованы на персональном компьютере: методики расчета основных параметров и показателей процесса резания горных пород гидроимпульсным инструментом, расчета показателей работы бесконтактного уплотнения с запирающей жидкостью и основных параметров гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления; прикладная расчетная программа по математическому моделированию процесса разрушения горных пород гидроимпульсными струями.

Реализация работы. Результаты исследований, пакеты расчетных программ по математическому моделированию, методики расчета, конструктивные решения и рекомендации в полном объеме используются ОАО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» (г. Тула), ОАО «Копейский машиностроительный завод» (г. Копейск, Челябинская обл.) и ТРО МОО «Академия горных наук» при разработке и создании машин для гидроструйных технологий применительно к горным породам.

Кроме того, результаты исследований в виде учебного пособия «Гидроструйные технологии в горном деле: Практикум» (с грифом УМО ВУЗов РФ по образованию в области горного дела) внедрены в учебные курсы для студентов, обучающихся по специальности 21.05.04 Горное дело. Пакеты расчетных программ используются при курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 2003-2012 гг.); научном симпозиуме «Неделя горняка» в МГГУ (г. Москва, 2006 -2014 гг.); 2-ой международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2005 г.); 7-ой научно-технической конференции ученых, аспирантов и студентов (РХТУ им. Д.И. Менделеева, г. Новомосковск, 2005 г.); 15-ой научной конференции профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева (г. Новомосковск, 2006 г.), 2-ом международном семинаре «Гидроструйные технологии - оборудование и опыт применения» (г. Москва, НИКИМТ-Атомстрой, 2009 г.), 4-ой, 6-ой и 7-ой научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2007, 2008, 2009 гг.), 2-ой и 3-ей международной конференции «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (Тула, 2005, 2010 гг.), 5-ой международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (Тула, 2010 г.), технических со-

ветах ОАО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод», ОАО «Ко-пейский машиностроительный завод» и ТРО МОО «Академия горных наук» (2009-2013 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 47 работ, в том числе одна монография и одно учебное пособие.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов и заключения, изложенных на 299 страницах машинописного текста, содержит 102 рисунка, 26 таблиц, список использованной литературы из 190 наименований и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Значительный вклад в изучение механических способов и средств разрушения горных пород для исполнительных органов проходческих комбайнов внесли Л.И. Барон, А.И. Берон, В.А. Бреннер, Л.Б. Глатман, В.Н. Гетопанов, Ю.А. Дмитрак, С.Л. Загорский, Л.И. Кантович, Н.Г. Картавый, Ю.Н. Козлов, А.Н. Коршунов, Ю.Д. Красников, В.И. Крутилин, И.А. Леванковский, С.И. Мультанов, Н.И. Сысоев, Л.С. Ушаков, Д.А. Юнгмейстер и другие ученые.

Вопросы гидроструйных технологий в области разрушения горных пород наиболее полно изучены и представлены в работах В.А. Бреннера, А.Б. Жабина, К.А. Головина, И.А. Кузьмича, И.М. Лавита, В.Г. Мерзлякова, Г.П. Никонова, А.Е. Пушкарева, С.С. Шавловского, М.М. Щеголевского, а также В.В. Антипо-ва, Ю.В. Антипова, H.A. Артемьева, В.Е. Бафталовского, Ю.А. Гольдина, И.И. Дорошенко, И.В. Иванушкина, М.М. Миллера, B.C. Фролова и других ученых.

Гидроструйные технологии применительно к созданию исполнительных органов основаны, как правило, на совместном использовании в их конструкциях высокоскоростных струй воды и резцов (или шарошек). Это обеспечивает расширение области применения проходческих комбайнов на более крепкие и абразивные породы, повышение производительности по отбойке, а также пыле-подавление и взрывозащиту выработанного пространства от искр трения механического инструмента о породный массив.

Созданию таких исполнительных органов, получивших название «гидромеханические», за рубежом в последние годы уделялось большое внимание (фирмы «Андерсон Страткалайд», «Паурат», «Доско», «Робине», «Вирт» и др.). Результаты эксплуатации подтвердили их эффективность при ведении горных работ по крепким породам. Однако здесь существуют пути совершенствования таких исполнительных органов.

Анализ результатов зарубежных и отечественных исследований гидромеханического способа разрушения породного массива позволил установить, что по способу реализации энергии высокоскоростной струи воды наряду с бесщелевым способом, который хорошо изучен, существует и щелевой. При щелевом способе породный массив разрушается резцом или шарошкой и струей воды. Гидравлические параметры струи обеспечивают при заданной скорости резания образование опережающей щели необходимой глубины, определенным образом ориентированной относительно механического инструмента. Известно, что щелевая схема разрушения характеризуется высокой энергоемкостью, а глубина щели, нарезаемая в крепких горных породах струями воды давлением до

200 МПа, оказывается недостаточной для эффективного ослабления массива и, как следствие, снижения нагруженности механического инструмента. Тем не менее, как показывает анализ, существуют резервы повышения эффективности процесса щелеобразования, а следовательно, и гидромеханического способа разрушения горных пород в целом, связанные, прежде всего, с увеличением глубины щели (производительности). Добиться этого можно созданием и применением СВСД и ИСВД. В последнем случае глубина щели, как показали результаты предварительных экспериментальных исследований, возрастает в 1,5 - 2,0 раза без увеличения мощности гидравлического оборудования и при снижении энергоемкости процесса. Большой вклад в изучение СВСД и ИСВД и разрушение ими различных материалов и горных пород внесли Тихомиров, Айджен, Артингстал, Бенхао, Бликведел, Брайтон, Куили, Конн, Джонсон, Ко-вакевич, Муиди, Небекер, Овейнахом, Рочистер, Хашиш, Хаукин, Виджай, Хъенг и другие ученые.

В настоящее время разработаны и изготовлены экспериментальные и опытные образцы гидроимпульсных инструментов, реализующих различные способы получения ИСВД, исследования которых подтвердили их эффективность. Однако, несмотря на это, практика использования ИСВД, как и СВСД при разрушении горных пород не дает достаточных знаний, позволяющих производить выбор наилучшего способа получения струй и средств для их реализации. Представления о механизме гидроимпульсного разрушения горных пород противоречивы и не имеют достаточного обоснования. Установленные закономерности гидроимпульсного резания и разрушения горных пород СВСД носят фрагментарный характер. Отсутствуют практические рекомендации по выбору и обоснованию рациональных параметров и режимов работы таких струй. Вместе с тем, совместное влияние большого числа разнородных факторов на показатели процесса щелеобразования имеет сложный взаимозависимый характер с труднопрогнозируемым результатом. Все это вызывает необходимость разработки методов расчета эффективности процессов нарезания щелей в горных породах ИСВД и СВСД, которые должны связывать основные показатели и параметры процессов резания единой функциональной зависимостью, позволять целенаправленно управлять ими и обоснованно прогнозировать их количественные результаты. Методы расчета должны являться основой для разработки инженерных методик расчета глубины щели и параметров рабочих инструментов для гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов.

Кроме того, для создания СВСД требуются преобразователи (повысите-ли) давления мультипликаторного типа, как наиболее приемлемые с точки зрения агрегатирования их с исполнительными органами комбайнов. Наиболее приемлемым вариантом являются преобразователи с двухступенчатым сжатием воды. В этом случае гидромультипликатор второй ступени сжатия может быть встроен в режущую коронку, а первой ступени - размещен автономно на раме комбайна или в горной выработке. В то же время при использовании этой схемы практически нет конструктивных ограничений для повышения давления до 500 МПа и более. Одним из элементов преобразователей, во многом определя-

ющим их КПД, являются уплотнения. При этом в них наиболее широкое распространение нашли бесконтактные уплотнения, повышение эффективности работы которых достигается введением в них вязкой запирающей жидкости. Однако отсутствие практических рекомендаций по конструктивному исполнению и параметрам бесконтактного уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью сдерживает широкое практическое использование преобразователей давления и требует проведения исследований и в этом направлении.

Как показывает статистика, одним из основных источников взрывов при подземной добыче угля является воспламенение породной и угольной пыли в результате фрикционного контакта режущего инструмента с абразивными породами. Особую опасность представляют проходческие комбайны, работающие по крепким (асж > 60 МПа) породам в забоях с выделением метана 2,7% и более. В этих условиях вероятность взрыва приближается к 1. Избежать этого возможно созданием и применением СВО. Эффективность таких систем подтверждена результатами выполненных НИОКР и опытом зарубежных стран. Однако в настоящее время все отечественные комбайны оснащаются внешними системами орошения с давлением воды не более 4 МПа. Это во многом обусловлено высокой сложностью и недостаточной надежностью существующих СВО и их элементов, обоснованию конструкции и параметров которых еще не уделялось должного внимания.

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

1. Проведение теоретических исследований, включающих:

- разработку математической модели и установление закономерностей процесса работы бесконтактного щелевого уплотнения с запирающей жидкостью для гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления;

- разработку математических моделей и установление закономерностей формирования ИСВД в гидроимпульсном инструменте и процесса резания этой струей горных пород;

- обоснование компоновочной схемы СВО, конструкции и параметров ее элементов и узлов.

2. Разработка методических основ и создание универсальной экспериментальной базы для проведения исследований способов и средств разрушения горных пород СВСД и ИСВД, формируемых различными способами.

3. Разработка методических основ и создание экспериментальной базы для проведения исследований СВО для проходческих комбайнов и ее отдельных элементов и узлов.

4. Проведение экспериментальных исследований процесса резания горных пород:

- СВСД по установлению влияния геометрических, гидравлических и режимных параметров струеформирующего инструмента, а также прочности горных пород на показатели процесса разрушения;

- ИСВД, получаемых различными способами, по определению влияния ее гидравлических и режимных параметров и прочностных свойств пород на пока-

затели процесса щелеобразования, а также наиболее эффективного способа получения и средства формирования струй.

5. Разработка методов расчета показателей эффективности процессов и средств резания горных пород СВСД и ИСВД, а также их рациональных параметров для гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов.

6. Проведение экспериментальных исследований по определению параметров, режимов работы и оценке работоспособности бесконтактного щелевого уплотнения с запирающей жидкостью для преобразователя сверхвысокого давления.

7. Проведение экспериментальных исследований СВО для проходческих комбайнов по установлению ее параметров и режимов работы, а также оценке работоспособности системы в целом, ее элементов и узлов в отдельности.

8. Разработка и совершенствование инженерных методик расчета и проектирования преобразователей сверхвысокого давления и гидроимпульсного инструмента для гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов.

В соответствии с основными задачами в диссертации приводятся методические основы исследований процессов разрушения горных пород СВСД, ИСВД и создания СВО для проходческого комбайна, включающие в себя обоснование и выбор гидроструйных инструментов; основные допущения и расчетные схемы математических моделей; разработку стендовых установок, а также программы и методики экспериментальных и теоретических исследований.

В настоящее время на шахтах Российской Федерации при комбайновой проходке выработок в большинстве случаев используются проходческие комбайны с исполнительными органами избирательного действия. В связи с этим настоящие исследования были направлены на повышение эффективности работы исполнительных органов стреловидного типа, оснащенных режущими коронками с поворотными резцами.

Основными критериями оценки эффективности разрушения горных пород СВСД и ИСВД являются: производительность резания, характеризующаяся глубиной прорезаемой щели И, и скорость приращения ее боковой поверхности /«о. Подсчитывалась также и удельная энергоемкость процесса щелеобразования.

Показатели эффективности щелевого способа резания горных пород определяются следующими группами факторов:

- гидравлическими: давлением воды перед струеформирующей насадкой Р0 (скоростью истечения струи из насадки у0 ) и диаметром ее отверстия с/0;

- режимными: скоростью перемещения струи воды относительно горной породы у„, расстоянием между срезом насадки и поверхностью породы 10, частотой пульсации скорости струи/и и количеством проходов струи и;

- параметром струеформирующей насадки - длиной цилиндрического участка ее проточной части 1Ц;

- физико-механическими свойствами горных пород.

Одним из важнейших влияющих факторов является также способ прерывания импульсной струи воды.

При выполнении работы в качестве основного был принят экспериментально-статистический метод, предложенный проф. Л.И. Бароном и позволяющий получить достоверные данные, достаточные для инженерных расчетов. Экспериментальные исследования проводились с применением классического метода планирования однофакторного эксперимента с последующим графоаналитическим анализом полученных результатов с помощью методов теории вероятности и математической статистики. Теоретические исследования процесса резания горных пород ИСВД основывались на методах механики разрушения и конечных элементов. Также при экспериментальных и теоретических исследованиях использовались методы подобия и размерностей и численные методы.

В диссертации разработана и представлена программа, предусматривающая поэтапное проведение экспериментальных исследований разрушения горных пород СВСД и ИСВД в широком диапазоне варьирования влияющих факторов с постепенным их развитием до научного обобщения полученных результатов. Все исследования проводились на специальных стендах, разработанных при непосредственном участии автора. Для проведения опытно-промышленных испытаний СВО был разработан и изготовлен экспериментальный образец рабочего органа для проходческого комбайна КП-21.

Исследования по установлению закономерностей разрушения горных пород СВСД проводились при разрушении горных пород с пределом прочности на сжатие асж = 11,5 - 159,1 МПа при давлении воды Р0- = 200 - 500 МПа.

Установлено, что показатель асж может быть принят за критерий оценки сопротивляемости горных пород разрушению СВСД. Наиболее эффективно нарезание щели происходит при /0= (4 - 6)Т0"3 м. Давление воды и диаметр отверстия струеформирующей насадки оказывают существенное влияние на производительность процесса. С увеличением этих параметров глубина щели возрастает в 5,6 - 29,5 и 10,6 - 29 раз соответственно. Выявлено, что при увеличении количества проходов струи по щели прирост ее глубины вначале происходит пропорционально ему, а затем при неизменном расположении насадки относительно горной породы уменьшается, причем более интенсивно для струи меньшего диаметра. Получено, что при резании горных пород различной прочности с увеличением скорости перемещения струи у„ глубина щели интенсивно уменьшается, а скорость приращения боковой поверхности щели сначала возрастает, достигая максимума, а затем снижается.

В результате обработки и анализа экспериментальных данных была получена расчетная зависимость рациональной скорости перемещения СВСД относительно горной породы, соответствующей максимальной скорости приращения боковой поверхности щели,

*»рац =10"3 * Ро • '10"2 "°'9)"-0,84)+ 0,57Р0 -50,98 (1)

и обобщенная зависимость, позволяющая определять глубину щели с учетом длины цилиндрического участка проточной части струеформирующей насадки,

гидравлических и режимных параметров струи, количества проходов и прочности горных пород,

\0.97 (, -\-0.44 / 0 75

- = 0,0041-

го

к

Л У

0,3

(2)

В качестве основных показателей процесса работы бесконтактного уплотнения с запирающей жидкостью (рис. 1) были приняты перепад давления по длине гильзы и объем утечек через нее. При этом предполагалось следующее. Кольцевые зазоры в соединении «гильза - плунжер» и «гильза - корпус» являются концентричными. Радиальная деформация стенок гильзы, корпуса мультипликатора и плунжера равномерна в поперечном сечении; радиальные каналы в корпусе гильзы позволяют равномерно распределять давление жидкости по всему кольцевому зазору в данном сечении; величина гидравлического сопротивления является обратной величиной от гидравлической проводимости (по аналогии с электрическим сопротивлением).

Для определения объема утечек уплотнение разбивается на участки по числу гребешков гильзы, представляющих собой последовательно - параллельный ряд конических кольцевых зазоров. При этом было установлено, что режим течения жидкости в зазорах является ламинарным.

Учитывая, что при дросселировании рабочей жидкости через радиальные зазоры будет изменяться ее вязкость вследствие изменения температуры и давления, а объем утечек зависит от текущих значений зазоров, определяемых из эпюры давления, данная задача решается только с применением численных методов. Поэтому для ее решения был использован метод последовательных приближений, изложенный в диссертации.

Анализ результатов расчета показывает, что графики падения давления по длине гильзы в зависимости от зазора в паре «гильза - плунжер» <5 (рис. 2) и натяга в паре «гильза - корпус» Д (рис. 3) носят криволинейный характер. Пунктирной прямой на рис. 2 и 3 обозначен оптимальный режим работы уплотнения, характеризующийся равномерным падением давления по длине гильзы. Более резкое падение давления наблюдается на начальных участках гильзы, а на конечных - более плавное. Объем утечек с увеличением 8 и Д воз-

Рис. 1. Бесконтактное уплотнение с запирающей жидкостью: 1 - корпус мультипликатора; 2 - плунжер; 3 - гребешковая гильза 4 - камеры противодавления (участки уплотнения); 5 - гребешки; 6 - механизм подачи запирающей жидкости; Ьг - длина гильзы

растает. При этом рекомендуется значения зазора 8 выбирать в пределах от О до 25 мкм, а значения натяга Д - исходя из условия обеспечения наиболее равномерного падения давления по длине гильзы.

Рк, МПа /'„,.МПа

О 10 20 30 40 Л,, мм 0 10 20 30 40 4, мм

Рис. 2. Зависимость падения давления рабо- Рис. 3. Зависимость падения давления рабочей жидкости по длине гильзы от конструк- чей жидкости по длине гильзы от конструктивного зазора в паре «гильза - плунжер»: тивного натяга в паре «гильза - корпус»: 1 - при 3 = 10 мкм; 2 - при 3 = 15мкм; / - при Д= - 15 мкм; 2 - при Д=0 мкм; 3 - при 3 - при 3= 20 мкм Д= + 10 мкм

Установлено, что при более частом расположении гребешков гильзы со стороны высокого давления кривая перепада давления имеет плавный характер, а длина уплотнения задействована более полно и имеет самый низкий объем утечек. Показано, что увеличение наружного диаметра корпуса гидромультипликатора влечет за собой более равномерное падение давления по длине гильзы из-за снижения деформаций (рабочих зазоров). Кроме того, увеличение наружного диаметра корпуса гидромультипликатора приводит к снижению объема утечек рабочей жидкости. Поэтому при проектировании гидромультипликаторов необходимо варьировать параметры «габарит - прочность материала» для достижения наиболее линейного падения давления по длине уплотнения. Результаты экспериментальных исследований подтвердили адекватность математической модели реальным условиям работы уплотнения.

Для понимания более сложных физических закономерностей процесса резания горных пород ИСВД были проведены теоретические исследования, направленные в первую очередь на выявление механизма разрушения. Для этого разработана математическая модель. Принято, что глубина щели И определяется суммированием глубин разрушения при отдельных ударах И0. Таким образом, задача определения параметров процесса резания распадается на две: задачу определения глубины разрушения /г0 при ударе отдельной струи и задачу суммирования этих глубин по времени.

Расчетная схема процесса взаимодействия отдельной струи и породного массива в начальный момент времени показана на рис. 4, а. Здесь струя воды 1 представляет собой однородный цилиндр (столбик жидкости) диаметром й? и

длиной /, ударяющей о неподвижное полупространство (горный массив) 2 со >

скоростью 9, направленной перпендикулярно граничной плоскости полупространства.

Математическая формулировка задачи получена на основе следующих допущений.

1. Материал струи - вода, которая рассматривается как идеальная несжимаемая жидкость. Горный массив предполагается однородным и изотропным, подчиняющимся закону Гука вплоть до разрушения.

2. Основные закономерности процесса можно установить, решив задачу в плоской постановке. Такое допущение широко применяется и оказывается допустимым в многочисленных и разнообразных задачах механики.

3. Анализ прочности и моделирование условий разрушения горного массива проводиться на основании критерия прочности Кулона - Мора

ст. сг,

— —-<1, (3)

7777777777777^77^7^7777^- 777777

!!!!!!!!!!!!

Ф)

1/

Р(0

где а\ > 0-3 - главные напряжения; <тр и асж

- экспериментально определяемые материальные константы - пределы прочности на растяжение и сжатие соответственно.

4. Разрушение в рассматриваемой задаче - динамическое, в течение очень короткого времени действует большая нагрузка. Экспериментально установлено, что для разрушения недостаточно нарушения условия прочности (3). Необходимо, чтобы это нарушение продолжалось в течение времени не меньшего, чем так называемое инкубационное время ?*, являющейся

материальной константой горной породы и определяющейся экспериментально.

Установлено, что упрощенное критериальное уравнение в безразмерных параметрах, отражающее взаимосвязь основных параметров процесса, имеет следующий вид:

Рис. 4. Расчетные схемы математической модели: а - удар отдельной струи воды о горный массив; б - деформирование и разрушение массива; в - нагрузка от струи на массив

С' р1 ' ' Е

(4)

где а - поперечный размер струи; С =--скорость звука (в горном масси-

I Рг

ве); рх и р2 - плотность жидкости и горной породы соответственно; V - коэффициента Пуассона; Е - модуль Юнга.

Массив рассматривается как упругое полупространство, к которому прилагается равномерно распределенная вдоль отрезка а нагрузка P(t) (см. рис. 4, б). Здесь Р - модуль нагрузки.

На основании теоремы о балансе импульса, учитывая, что длина струи e{t) (см. рис. 4, в) уменьшается со скоростью 5 и полагая, что ее скорость в поперечном направлении равна нулю, а в продольном - одинакова для всех точек струи, получено выражение для расчета нагрузки на массив P(t)

Р = РХ-Э2. (5)

I

Время, в течение которого действует эта нагрузка, равно tf = — .

17

Тензор деформаций определяется формулой Коши

£ы =^i8kum +дтик), (6)

где дк = —— оператор частного дифференцирования; ик - векторное поле пе-

дхк

ремещений.

Напряжения связаны с деформациями законом Гука

Skm + 2G(£km - s5km )» (7)

где <ykm - тензор напряжений; К - объемный модуль упругости; G - модуль сдвига; 8кт - символ Кронекера.

Средняя деформация е определяется формулой

где учтено, что массив находится в состоянии плоской деформации. Уравнения движения массива имеют вид

Sm<rkm= р2д,д,ик, (9)

где д, = — - оператор частного дифференцирования.

dt

В начальный момент времени t = 0 массив покоится, следовательно, / = 0; ик =0; д,ик =0. (10)

Граничные условия сформулированы следующим образом. Это, во-первых, условия на бесконечности, где материал покоится:

lim ик= 0; lim дтик= 0 (11)

Jxf+xj^-co ^

Во-вторых, это условия на границе массива х2 = 0 :

хе| _оо;--1и[^-;оо |: ст12 =0; <т22=0;

Хе(~2'2 ):ст12=0;<722=-Р, (12)

где Р - безразмерная нагрузка Р = —.

Е

Для численного решение рассматриваемой задачи выполнено интегрирование выражения (9) по времени с использованием неявной конечноразностной схемы Кранка - Николсона и далее по пространственным координатам с учетом формулы Коши и симметрии тензора напряжений. В итоге получено следующее уравнение:

4 " +

■Укт

. — ■"к -¥к А Г

■М

' ' Укт ~ ~

м

■¥к

(13)

номер шага интегрирования по - площадь области, £ - гранич-новая

где Д/ - величина шага по времени, п = 1,2,... времени; ц/ к - некоторая пробная функция; 5

ный контур области; пк - единичная нормаль к контуру; у/к = 8,ик функция; Рк = птакт - распределенная поверхностная нагрузка.

Моделирование процесса разрушения основано на применении метода конечных элементов и использовании конечных элементов в виде квадратов. Для автоматизации выполнения расчетов и моделирования процесса разрушения массива под действием одной струи посредством вышеописанной модели разработана прикладная расчетная программа.

Эрозионное разрушение под действием повторных (многократных) ударов аналогично разрушению под действием одиночного удара струи по поверхности горной породы. Опираясь на результаты исследований кавитационной эрозии и эрозии при ударе твердых частиц, а также водных капель и цилиндрических струй жидкости применительно к разрушению хрупких материалов, и сохраняя общую основу и последовательность существующих методов расчета суммарной эрозии при многократных ударах, подробно представленных в диссертации, предположим следующее. Суммарная глубина разрушения от действия многократных ударов ИСВД имеет линейный характер и может быть аппроксимирована зависимостью

Ъ* =а ■К*, (14)

где И =— - безразмерная глубина разрушения; а* - безразмерная скорость

изменения глубины разрушения; N - безразмерное число ударов, приходящихся на единицу площади.

Величина .¿V* рассчитывается по выражению

./„■а

N =-

V«

где /и - частота следования отдельных струй; V, пульсной струи относительно горной породы.

(15)

- скорость перемещения им-

С учетом этого зависимость (14) примет вид

К V» V,,

Величины /и, а, V,, и А0 считаются известными, а параметр а опреде-

ляется экспериментально.

Выражения (16) представляют собой решение поставленной задачи -определение зависимости глубины разрушения горных пород от их физико-механических свойств и параметров ИСВД и вместе с зависимостью (4) позволят модели приобрести практическое значение.

При экспериментальном установлении влияния основных факторов на эффективность процесса нарезания щелей в горных породах использовались искусственные ИСВД (как наиболее эффективные), полученные двумя способами, а именно: механическим - с внешним прерыванием при помощи вращающегося диска и внутренним прерыванием за счет наконечника, установленного в корпусе гидроимпульсного инструмента.

В качестве основного параметра ИСВД, характеризующего эффективность ее ударного воздействия на горную породу, наряду с частотой пульсации скорости струи /н, был принят и безразмерный параметр (критерий гомо-хронности), характеризующий струю как некую систему, имеющую неустановившийся характер движения, и рассчитываемый по выражению

5 (17)

Для проведения экспериментальных исследований процесса резания горных пород было изготовлено три модуля гидроимпульсных инструментов, условно обозначенных как «инструмент 1», «инструмент 2» и «инструмент 3» (далее кавычки опускаются). Эти модули реализуют различные принципы и схемы выбранных способов получения ИСВД и представлены на рис. 5.

2иЗ

_/_

Рис. 5. Гидроимпульсные инструменты: 1 - инструмент 1; 2 — инструменты 2; 3 - инструмент 3

Гидроимпульсный инструмент 1 реализует принцип внешнего прерывания непрерывной струи воды за счет диска с прорезями 4 (см. рис. 5). При вращении диска, установленного у среза струеформирующего устройства 5, от электродвигателя с тиристорным регулятором скорости непрерывная высоко-

скоростная струя воды прерывалась, и таким образом формировалась ИСВД. Частота ее пульсации составляла 12 - 9750 Гц.

Принцип внутреннего прерывания непрерывной струи воды был реализован в двух инструментах (см. рис. 5), отличающихся формой наконечника и типом его привода. Инструмент 2 имел конический наконечник и кулачковый привод, а инструмент 3 - цилиндрический наконечник и пневмоэлектрический привод. Конструкция инструмента 2 позволяла получать частоту пульсации скорости струи воды от 12 до 4500 Гц, а инструмента 3 - от 10 до 3000 Гц.

Прерывание потока воды при помощи инструментов 2 и 3 осуществлялось за счет возвратно-поступательного движения наконечника, обеспечивающего попеременное открытие и закрытие канала подачи воды высокого давления к струеформирующей насадке 7 (см. рис. 5). При этом для инструмента 2 движение наконечника 6 вверх обеспечивалось за счет кулачка 8, получающего вращения от электродвигателя, а движение вниз - за счет возвратной пружины 9. Для инструмента 3 движение наконечника 6 вверх производилось за счет подачи воды высокого давления к струеформирующей головке, а движение вниз -за счет периодической подачи сжатого воздуха в пневмоцилиндр с гидроусилителем 10.

Экспериментальные исследования по резанию горных пород с показателем <усж = 11,5 - 115,5 МПа, который обоснованно был взят за критерий оценки их сопротивляемости, проводились при давлении воды 10 - 120 МПа. Установлено, что для всех трех инструментов существует свой диапазон рациональных значений частоты пульсации скорости струи с точки зрения нарезания щели максимальной глубины. В этих диапазонах режущая способность ИСВД оказывается выше, чем непрерывной. Глубина щели в этом случае увеличивается на 10-112% в зависимости от типа инструмента. При этом энергоемкость процесса резания ИСВД по сравнению с непрерывной снижается пропорционально увеличению глубины прорезаемой щели.

С повышением гидравлических параметров струи Р0 и с1п глубина щели возрастает в 9 - 16 раз и не зависит от конструкции инструмента. При равных гидравлических параметрах эффективность нарезания щелей ИСВД, получаемой тем или иным способом, в основном определяется рациональной частотой пульсации скорости струи для каждого конкретного инструмента. Получены значения расстояний от среза всех импульсных инструментов до горной породы, при которых глубина щели максимальна.

На основании анализа результатов экспериментальных исследований показано, что использование внутреннего прерывания непрерывной струи воды, реализованного в инструментах 2 и 3, более эффективно, чем внешнее прерывание в инструменте 1 (см. рис.5). Кроме того, при использовании инструмента 3 глубина щели оказывается выше по сравнению с инструментом 2 и при оценке в целом результатов проведенных экспериментов установлено, что наиболее эффективным инструментом, с точки зрения обеспечения прорезания щели наибольшей глубины, является инструмент 3. При этом конструктивное исполнение привода наконечника не оказывает влияние на эффективность его работы. Поэтому дальнейшие экспериментальные исследования по установлению

влияния скорости перемещения ИСВД, а также определению ее рациональных параметров при резании горных пород и разработке метода расчета эффективности процесса щелеобразования проводились при использовании инструмента 3. Установлено, что с увеличением скорости перемещения ИСВД у„ глубина нарезаемой щели А уменьшается по криволинейной зависимости, близкой к степенной функции гиперболического типа. Скорость приращения боковой поверхности щели с увеличением скорости перемещения струи воды сначала возрастает, а затем снижается.

Вместе с тем результаты теоретических исследований по разработанной математической модели [см. формулы (4) - (16)] на базе проведенных численных экспериментов с использованием инструмента 3 (см. рис. 5) как наиболее эффективного, позволили получить расчетную зависимость (теоретическую) для определения глубины резания [см. формулу (16)], которая имеет вид

И

и с

= 2,12-10"

/

104

1.065

1,29

Рг

-3,12

10,11

/и

(18)

С использованием результатов натурных экспериментов получены формулы для определения параметра а*

а =0,362ехр(-0,248 ар) (19)

и инкубационного времени

и =0,027 -ар2+ 0,12- сгр+ 2,5. (20)

Анализ сопоставления результатов теоретических и экспериментальных исследований (коэффициент вариации составил 13,4 %) свидетельствует о том, что разработанная математическая модель [см. формулы (4) — (16)] адекватно описывает процесс и раскрывает механизм разрушения горных пород ИСВД, а формулы (18) - (20) могут быть использованы для практических расчетов.

Для изучения закономерностей процесса формирования ИСВД за основу приняты инструменты 2 и 3. Инструмент (рис. 6) оборудован специальным устройством (модулятором), состоящим из корпуса /, струеформи-рующей насадки 2 и наконечника 3, совершающего возвратно-поступательное движение с амплитудой А и частотой fu и обеспечивающего тем самым изменение зазора между насадкой и наконечником и как следствие изменение характера течения жидкости в модуляторе и создание таким образом ИСВД. Кон- г, ,

, Рис. 6. Схема гидроимпульсного

такт между корпусом насадки 2 и наконечни- инструмента: , _ корпус; 2 - струе-

ком 3 отсутствует (выдерживается зазор а). формирующая насадка; 3 - нако-Простейшая полуэмпирическая матема- нечник; 4 - уплотнение; 5 - гайка

тическая модель процесса формирования ИСВД в модуляторе основывается на энергетическом принципе и строится посредством установления соотношения между энергией жидкости, подводимой к модулятору, и скоростью истечения струи из него. При этом предполагалось, что скорость по сечению струеформи-рующей насадки одинакова; наконечник совершает равномерное возвратно-поступательное движение; шероховатость деталей модулятора не оказывает влияние на процесс формирования ИСВД; деформация деталей модулятора под воздействием давления Рп отсутствует. При построении математической модели считалось, что переменный кольцевой зазор между наконечником и насадкой можно представить в виде криволинейной поверхности. Кроме того, не учитывался внутренний механизм турбулентных пульсаций и параметров состояния (температура и касательные напряжения) в модуляторе.

Воспользовавшись законом сохранения импульса и проведя несложные преобразования, получим

T{t„ ) ос V(tn ) ■ {3{tn )- )) + 9{tn )• (V(t„ ) - V(tn_x )), (21)

где V(t„) и V(t„_,); <9(?„) и - соответственно значения объема и скоро-

сти жидкости в рабочих зонах модулятора на границах временного интервала.

Из зависимости (21) следует, что для определения скорости течения жидкости в рабочих зазорах модулятора достаточно определить изменение объема кольцевого зазора между наконечником и струеформи-рующей насадкой и тем самым установить закономерность изменения скорости ИСВД при ее формировании в модуляторе.

При исследованиях использовались различные сочетания форм внутреннего профиля струеформи-рующей насадки (ступенчатая цилиндрическая, коническая и экспоненциальная) и наружных наконечника (коническая и экспоненциальная), а их размеры определены опытным путем и представлены в диссертации. В качестве основного критерия оценки процесса формирования ИСВД, получаемой внутренним прерыванием за счет модулятора, был принят синусоидальный закон изменения скорости струи в нем как наиболее эффективный.

Для определения влияния внутреннего профиля струеформирующей насадки и наружной формы наконечника выполнены теоретические исследования, некоторые результаты которых представлены на рис. 7. Здесь штриховой

Рис. 7. Зависимости скорости течения жидкости в рабочих зонах модулятора: а - по варианту (I); б - по варианту (4); в - по варианту (6) (см табл. I)

линией показана идеальная (синусоидальная) форма импульса скорости струи воды. Площадь поверхности, ограниченная кривыми изменения скорости струи представляет собой ничто иное, как энергию струи (рассматривается энергетический импульс). При этом степень тесноты связи между идеальной кривой (синусоидой) изменения скорости ИСВД и полученной в ходе исследований характеризует эффективность передачи энергии струе в инструменте и может быть оценена коэффициентом формы Кф (табл. 1).

Детальный анализ и математическая обработка результатов исследований позволили получить зависимости для определения рациональной частоты пульсации скорости струи и безразмерной рациональной скорости ее перемещения в следующем виде:

/г, \

+ 0,2

Уы.р

1,8 ■ 10~9сгс

1,6 ■ 10~12ег

- 0,0006

(22)

Таблица Результаты расчета коэффициента формы Кф

Конструктивное исполнение и номер варианта

-*- = Кф ■ 1480,3

-0.038

-0,071

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Значения

Кф

0,22

1,0

0,54

0,26

0,75

1,47

(23)

где Ь = — - длина волны импульсной струи воды.

fu

При этом безразмерная величина вычисляется по выражению 5а =Кф -55,7- ехр(-108,0 •/„). (24)

Установленный характер зависимости = /(1а) согласуется с физикой процесса формирования струи и результатами исследований М.М. Виджая. При приближении инструмента к поверхности породы для выбранных гидравлических параметров струи требуется увеличение частоты пульсации скорости струи. Другими словами, при /«—>0 ИСВД становиться непрерывной, и, наоборот, при /«—>оо частота пульсации скорости струи должна уменьшаться.

Расчетная формула (экспериментальная) для определения безразмерной глубины щели, прорезаемой ИСВД, с учетом конструктивного исполнения наконечника и струеформирующей насадки имеет следующий вид:

ч 0,041 /■ „ >0,81 ✓ N0,32

-у- = 0,188 • Кф ■ )

-0,14

(25)

Зависимости (18) и (25) являются обобщенными и могут использоваться при выполнении инженерных расчетов.

Разработанная СВО является дополнительным оборудованием и предназначена для проходческого комбайна КП-21 (рис. 8). Система обеспечивает по-

дачу воды на один резец с расходом 2,0 л/мин при давлении воды 35 МПа. Отметим, что разработанная СВО позволяет сохранить первоначальное конструктивное исполнение рабочего органа в целом для обеспечения взаимозаменяемости соединений и их технической применимости.

Основным элементом СВО является гидросъемник высокого давления, конструкция которого (рис. 9) разработана при участии автора. Для оценки всех характеристик гидросъемника, подтверждении его готовности к проведению испытаний в условиях эксплуатации, а также с целью контроля качества создания гидросъемника и возможности продолжения его изготовления по разработанной конструкторской и технологической документации выполнены стендовые испытания гидросъемника.

1011

Рис. 8. Компоновочная схема и основные элементы СВО проходческого комбайна КП-21: 1 — гидромеханическая породоразрушающая коронка; 2 - гидросъемник; 3 - трубопроводы высокого давления; 4 - реле давления; 5 - фильтр; б - источник воды УНС63; 7 - водяной бак; 8 - полый вал стрелы исполнительного органа; 9 - трубопровод подвода воды к «пауку»; 10 - «паук»; 11- резцедержатель; 12 - резец; 13 - струеформирующее устройство

Основным методом экспериментальных исследований и ресурсных испытаний гидросъемника приняты стендовые ускоренные ресурсные испытания по плану [Ыиг] ГОСТ Р 50703-2002 «Комбайны проходческие со стреловидным исполнительным органом. Общие технические требования и методы испытаний».

При проведении испытаний определялись и контролировались следующие показатели и характеристики гидросъемника: 1. Показатели назначения -давление, частота вращения, расход; 2. Конструктивные показатели и эффективность - внешняя утечка, габаритные размеры, вибрация; 3. Показатели надежности - средняя наработка до отказа и ресурс.

«Обкаточные» испытания показали, что все узлы гидросъемника оказались работоспособны. Полученные результаты по контролируемым параметрам соответствуют его технической характеристике. Так, после 18 часов испытаний максимальная утечка через уплотнения не превышала 2,5%, или . 1,5 л/мин.

Кроме того, установлено, что с увеличением времени работы гидросъемника утечка неуклонно снижается. Результаты измерения виброакустических параметров гидросъемника показали, что вибрация подшипникового узла на всем протяжении испытаний не превышала допустимой величины 4,5 мм/с и варьировалось от 1,2 до 1,5 мм/с при проведении как вертикальных, так и горизонтальных измерений в каждой режимной точке.

При контроле частоты вращения

Рис. 9. Конструктивная схема гидросъемника вала гидросъемника в каждой режим- , ,

„ „ высокого давления: 1 - вал; 2 и 5 - промежу-

нои точке проводилось по 3 измере- точный и основной корпусы; 3 _ ОСНовной

ния. Погрешность изменения частоты корпус; 4 и 5 - центрирующая и шестигран-

вращения, наблюдаемой в каждой ная втулки; 6 и 7 - торцевые уплотнения;

точке испытаний, не превышает допу- 8 ~ шарикоподшипник

стимой величины 1,0% и соответствует 2 классу испытаний.

Температура подшипникового узла измерялась каждые 30 мин. Установлено, что при непрерывном вращении гидросъемника в течение 6 - 7 часов максимальный нагрев подшипникового узла составлял не более 16° С (рис. 10) и не превышал допустимой величины 65° С. Также были выполнены испытания с замером нагрева подшипниковых узлов при вращении гидросъемника без подачи воды высокого давления («на сухую»). После 6 часов испытаний в таком режиме температура подшипникового узла составляла не более 19° С (рис. 11) и также не превышала допустимой величины. При этом величина вибрации подшипникового узла оказалась соизмеримой с вибрацией для условий подачи воды высокого давления.

Рис. 10. Результаты замера температуры подшипникового узла гидросъемника при подаче воды: а - перед испытаниями; б - после 120 мин испытаний; в - после 360 мин испытаний

За период проведения ресурсных испытаний гидросъемника на стенде сделано более 50 опытов при варьировании давления и расхода воды. В результате установлено, что при нагружении гидросъемника в течение 125 ч износ

трущихся поверхностей оказывается незначительным (по результатам контрольной разборки), контролируемые показатели и характеристики гидросъемника находятся в регламентированных пределах. Так, к моменту наработки 150 ч изменение выходных параметров гидросъемника не превышало 1,5% по сравнению с результатами, полученными на «обкаточном» этапе испытаний.

Результаты выполненных испытаний подтвердили работоспособность гидросъемника, достаточно высокую надежность его основных конструктивных элементов и узлов. Кроме того, достигнута стабильная работа гидросъемника.

Испытания СВО проводились по разработанной автором программе и методике испытаний. СВО в сборе была опрессована статическим давлением 55,0 МПа и ее наработка перед началом испытаний составляла около 100 часов.

Эффективность работы СВО определялась при одном и том же режиме разрушения породоцементного блока прочностью 34,5 МПа. Скорости резания и подачи - 2,0 и 2,15 м/с соответственно. Режим проветривания с постоянной скоростью движения воздуха у исполнительного органа 2,0 м/с. Давление и расходе воды - 35 МПа и 60 л/мин. Запыленность воздуха определялась на исходящей струе в 10 - 15 м от комбайна и на высоте 1,5 м от уровня пола.

Эффективность пылеподавления оценивалась по снижению запыленности воздуха (в %), которая определялась по формуле

Э = (26)

где Ср- запыленность воздуха при работе комбайна без применения СВО, мг/м3; С0 - запыленность воздуха при работе комбайна с применением орошения, мг/м3.

Эффективность пылеподавления для принятых условий эксперимента составляет 97,3 %, а концентрация пыли, равная 3,5 мг/м3, не превышает ПДК (в соответствии с гигиеническими нормами ГН 2.2.5.1313-03) 6 мг/м3. Общий ресурс работы гидросъемника за время испытаний составил более 300 ч.

В диссертации представлены методики и результаты расчета и проектирования гидроимпульсного инструмента и гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления.

Первая методика позволяет проводить расчет:

- производительности резания горных пород различной прочности ИСВД и геометрии гидроимпульсного инструмента для заданных параметров гидравлической мощности источника воды высокого давления;

Рис. 11. Результаты замера температуры подшипникового узла гидросъемника без подачи воды: а - перед испытаниями; 6 - после 420 мин испытаний

- гидравлической мощности, а также выбор источника воды высокого давления для заданной конструкции гидроимпульсного инструмента и производительности резания.

В частности показано, что глубина щели при использовании импульсного инструмента в 2,4 раза превышает ее по сравнению с непрерывной струей воды, а производительность, например, комбайна 1ГПКС, исполнительный орган которого оснащен ИСВД, больше в 1,4 раза по сравнению с непрерывными струями воды при прочих равных условиях.

С другой стороны, результаты расчетов показывают, что, сохраняя производительность комбайна, использование ИСВД позволяет снизить давление воды или при том же самом давлении разрушать более прочные породы.

Вторая методика позволяет проводить расчет:

- гидравлической мощности (давления и расхода воды) гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления, необходимой для резания горных пород заданной прочности СВСД, и для заданных геометрических и режимных параметров струеформирующего устройства и производительности резания;

- основных геометрических параметров гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления, а также выбор источника воды высокого давления.

Преобразователь сверхвысокого давления представляет собой агрегат, состоящий из гидромультипликаторов, каждый из которых оснащен бесконтактным щелевым уплотнением с запирающей жидкостью и снабжает водой сверхвысокого давления одну группу струеформирующих устройств.

На основании разработанной методики выполнен пример расчета гидравлических и основных геометрических параметров гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления для проходческого комбайна КП-21. Показано, что применение в исполнительном органе СВСД позволяет повысить производительность гидромеханического разрушения в 1,57 раза по сравнению с непрерывными струями воды при прочих равных условиях или расширить область применения комбайна на более прочные породы при заданной производительности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований содержится новое решение актуальной научной проблемы, заключающееся в установлении закономерностей разрушения горных пород струями воды сверхвысокого давления, импульсными струями воды и функционирования внутренней системы высоконапорного орошения для обоснования способов и средств повышения эффективности работы исполнительных органов проходческих комбайнов.

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

1. Установлены закономерности процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления. Показано, что глубина щели возрастает с увеличением гидравлических параметров струи воды. Определены рациональные значения скорости перемещения струи и расстояния между срезом струефор-мирующей насадки и поверхностью породы, при которых достигаются максимальные скорость приращения боковой поверхности щели и ее глубина. Получена расчетная зависимость в безразмерных параметрах производительности процесса резания пород струей воды сверхвысокого давления с учетом ее гидравлических и режимных параметров и длины цилиндрического участка проточной части насадки, количества проходов, а также прочности горных пород.

2. Предложена конструкция и разработана математическая модель работы бесконтактного щелевого уплотнения сверхвысокого давления в виде гребеш-ковой гильзы с запирающей жидкостью. Модель позволяет на основе выявленных закономерностей изменения давления, вязкости и температуры жидкости по длине уплотнения с учетом деформаций гильзы и элементов гидромультипликатора определять их параметры для различных условий работы при минимальном объеме утечек рабочей жидкости.

Установлено, что значения зазора в паре «плунжер-гильза» выбираются в пределах от 0 до 25 мкм, а значения зазора (натяга) в паре «корпус-гильза», -исходя из условия обеспечения наиболее равномерного падения давления по длине уплотнения. При этом пояски, разделяющие камеры противодавления, следует располагать со стороны высокого давления более часто, чем со стороны низкого давления. Габаритные размеры корпуса гидромультипликатора выбираются из условия обеспечения его прочности и наиболее равномерного падения давления по длине уплотнения, а минимальная длина гильзы, - исходя из допустимого объема утечек жидкости.

3. На основании физически обоснованных гипотез разработана математическая модель процесса разрушения горных пород под действием гидроимпульсной струи, соотношения которой содержат одну экспериментально определяемую константу. Получены в безразмерных параметрах расчетные зависимости для определения глубины разрушения как при ударе отдельной струи, так и при многократном ударе отдельных струй в зависимости от физико-механических свойств горных пород и параметров гидроимпульсной струи.

4. Обоснованы способы получения и разработаны средства формирования импульсных струй воды высокого давления. Максимальная глубина щели, нарезаемая импульсной струей воды высокого давления в горных породах, зависит от принципа механического прерывания струи и схемы ее формирования, которые закладываются в конструкцию гидроимпульсного инструмента. Для инструмента, реализующего принцип внешнего прерывания непрерывной струи воды за счет диска, и инструментов, реализующих принцип ее внутреннего прерывания при помощи конического и цилиндрического наконечников, одним из основных факторов, определяющим эффективность процесса резания, является частота пульсации скорости струи воды. Показано, что при рациональных значениях частоты пульсации скорости струи воды, обеспечивающих образование щели наибольшей глубины, существенное влияние на процесс резания ока-

зывают давление воды, диаметр отверстия струеформирующей насадки и расстояние от ее среза до поверхности породного массива, а конструктивное исполнение привода наконечника не оказывает влияние на эффективность его работы. При этом глубина прорезаемой щели с увеличением давления воды и ее расхода не зависит от конструкции гидроимпульсного инструмента.

5. Установлено, что при разрушении горных пород импульсная струя воды высокого давления наиболее эффективна по сравнению с непрерывной струей. Показано, что в диапазоне рациональных значений частоты пульсации скорости струи глубина щели, нарезаемая импульсной струей воды, в зависимости от принципа получения струи и схемы ее формирования выше, чем при использовании непрерывной струи воды на 10 - 112% при равных гидравлических и режимных параметрах.

Наиболее эффективным гидроимпульсным инструментом, обеспечивающим прорезание щели наибольшей глубины, является инструмент, реализующий принцип внутреннего прерывания непрерывной струи воды при помощи цилиндрического наконечника. Для такого инструмента, получены расчетные формулы по определению, во-первых, рациональных значений частоты пульсации скорости струи воды, во-вторых, безразмерного параметра струи ,

■9о

характеризующего ее динамику и структуру, и, в-третьих, рациональных значений скорости перемещения импульсной струи воды.

6. Разработана математическая модель процесса формирования (течения) гидроимпульсной струи в гидроимпульсном инструменте. Показано, что при использовании одинакового профиля, наружного для наконечника и внутреннего для насадки, достигается наиболее тесная связь идеального (синусоидального) и реального характеров изменения скорости гидроимпульсной струи. При использовании экспоненциального профиля насадки и наконечника характер изменения скорости струи наиболее близок к идеальному по сравнению с другими формами насадки и наконечника. Рассчитаны коэффициенты формы, учитывающие конструктивное исполнение наконечника и струеформирующей насадки и их взаимное сочетание.

7. Получена расчетная зависимость в безразмерных параметрах для определения производительности процесса резания горных пород импульсной струей воды высокого давления с учетом всех действующих факторов и условий формирования струи в гидроимпульсном инструменте.

8. Обоснована компоновочная схема системы орошения, конструкция и параметры резцедержателей, гидросъемника высокого давления и модернизированной породоразрушающей коронки, оснащенной трубопроводом высокого давления. Изготовлены и прошли стендовые испытания породоразрушающая коронка, гидросъемник и система высоконапорного орошения комбайна КП-21 в целом. Результаты испытаний подтвердили правильность и эффективность принятых конструктивных решений, работоспособность как отдельных элементов и узлов, так и всей системы в целом. Достигнута наработка гидросъемника 300 ч, эффективность пылеподавления при этом составила 97,3 %.

9. Разработаны и реализованы на персональном компьютере методики расчета основных параметров и показателей процесса резания горных пород гидроимпульсным инструментом, расчета показателей работы бесконтактного уплотнения с запирающей жидкостью и основных параметров гидромультипликатора преобразователя сверхвысокого давления.

10. Результаты исследований, пакеты расчетных программ по математическому моделированию, методики расчета, конструктивные решения и рекомендации в полном объеме используются ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» (г. Тула), ОАО «Копейский машиностроительный завод» (г. Копейск, Челябинская обл.) и ТРО МОО «Академия горных наук» при разработке и создании машин для гидроструйных технологий применительно к горным породам.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Монография:

1. Совершенствование гидроструйных технологий в горном производстве [Текст] : A.B. Поляков, В. А. Бреннер, А. Б. Жабин [и др.] . - М.: Изд-во Горная книга: Изд-во МГГУ, 2010. -337 с.

Учебное пособие с грифом УМО ВУЗов РФ по образованию в области горного дела:

2. Гидроструйные технологии в горном деле: Практикум [Текст] . Под ред. А.Б. Жабина, A.B. Полякова и М.М. Щеголевского- М.: Изд-во Горная книга: Изд-во МГГУ, 2014. - 399 с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:

3. Состав комплекта оборудования для реализации технологии водоледяного разрушения горных пород [Текст] : К.А. Головин, Ан.В. Поляков, Ал.В. Поляков [и др] // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2005. № 3. С. 294-297.

4. Поляков, Ан.В. Разрушение горных пород импульсными высокоскоростными струями воды [Текст] : Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, К.А. Головин // Горное оборудование и электромеханика. - 2006. - № 4. - С. 43 - 46.

5. Поляков, Ан.В. Результаты исследований процесса разрушения горных пород струями воды сверхвысокого давления [Текст] : Ан.В. Поляков, В.А. Бреннер, А.Б. Жабин // Горное оборудование и электромеханика. — 2006. - № 6. - С. 29 - 32.

6. Совершенствование технологии гидромеханического разрушения горных пород проходческими комбайнами [Текст] : В.А. Бреннер, А.Б. Жабин, Ан.В. Поляков [и др.] // Горное оборудование и электромеханика. - 2007. - № 11. - С. 27-32.

7. Гидромеханические исполнительные органы проходческих комбайнов [Текст] : А.Б. Жабин, Ан.В. Поляков, В.В. Антипов [и др.] // Горное оборудование и электромеханика. - 2008. -№4. - С. 12- 16.

8. Поляков, Ан.В. Методика расчета основных параметров и показателей процесса резания горных пород гидроимпульсным инструментом [Текст]: Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин // Горное оборудование и электромеханика. — 2008. - №4. - С. 21 - 27.

9. Поляков, Ан.В. Исследование процесса формирования импульсной струи воды в гидроимпульсном инструменте [Текст] : Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков // Горное оборудование и электромеханика. - 2010. - №. 4 - С.32-37.

10. Поляков, Ан.В. Разработка, создание и испытания системы высоконапорного орошения для проходческого комбайна КП21 [Текст] : Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков [и др.]// Горное оборудование и электромеханика. - 2012. - №. 2 — С.7-11.

11. Поляков, Ан.В. Теоретические исследования процесса формирования импульсной струи воды в модуляторе гидроимпульсного инструмента [Текст]: Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки». Изд-во Тульского гос. ун-та. Вып. 12, 4.2, 2013. - С. 316 - 325.

12. Поляков, Ан.В. Методика расчета параметров источников воды сверхвысокого давления для исполнительных органов проходческих комбайнов [Текст]: Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин,

Ал.В. Поляков // // Известия Тульского государственного университета. Технические науки». Изд-во Тульского гос. ун-та. Вып. 12, 4.2, 2013. - С. 326 - 336.

13. Поляков, Ан.В. Обоснование конструкции и испытание гидросъемника высокого давления для гидросистемы высоконапорного орошения проходческого комбайна КП21 [Текст]: Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки». Изд-во Тульского гос. ун-та. Вып. 5, 2014. - С. 181 - 193.

Научные статьи:

14. Поляков, Ан.В. Стендовая база для изучения гидроструйной очистки//Известия Тульского государственного университета [Текст]: Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков [и др.] // Рациональное природопользование. М.-Тула, ИПП «Гриф и Ко», 2001. - выпуск 1.-е. 260-261.

15. Поляков, Ан.В. Определение гидромеханического КПД мультипликатора [Текст] : Ан.В. Поляков, В.В. Антипов, М.М. Щеголевский, // Георесурсы и геотехнолгии: сб. тр. всероссийской. конф. студентов и молодых ученых. - Тула, Изд-во ТулГУ, 2002. - С. 48 - 51.

16. Некоторые результаты исследования водоледяной технологии разрушения материалов [Текст] : Ан.В. Поляков, К.А.Головин, Ал.В. Поляков, [и др] // Проблемы и перспективы развития горнодобывающей промышленности Подмосковного бассейна, сб. науч. трудов. 3-ей научно-практич. конф. - Тула.: Изд-во ТулГУ, 2002, - с. 168 - 171.

17. Поляков, Ан.В. Водяная и гидроабразивная струя - состояние вопроса и перспективы развития [Текст] : Поляков Ан.В. //Проблемы и перспективы развития горнодобывающей промышленности Подмосковного бассейна: труды 3-й междунар. науч.-практич. конф. - Тула, 2002. -С. 192- 199.

18. Проблемы создания комбайновых проходческих комплексов [Текст]: Ан.В Поляков, В.А. Бреннер, И.Г. Шмакин, [и др.] // Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства: сб. тр. 2-й междунар. конф. - Тула. - 2002. - С. 412 - 417.

19. Встраиваемость преобразователя давления в режущую коронку гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов [Текст] : Ан.В Поляков, В.А. Бреннер, А.Б. Жабин, [и др.] // Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства: материалы 2-й междунар. конф. -Тула, 2002. - С. 363 - 366.

20. Поляков, Ан.В. Установление влияния крупности абразивных частиц на параметры гидроабразивной струи [Текст] : Ан.В. Поляков, Ал.В. Поляков // Проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: сб. тр. междунар. конф. - Тула, Изд-во ТулГУ, 2003. - с. 173

- 175.

21. Поляков, Ан.В. Установление основных закономерностей процесса водоледяного разрушения [Текст] : Ан.В. Поляков, Ал.В. Поляков // Проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: сб. тр. междунар. конф. - Тула, Изд-во ТулГУ, 2003.-е. 176-179.

22. Поляков, Ан.В. Исследование процесса разрушения горных пород и хрупких материалов водоледяными струями [Текст] : Ан.В. Поляков, Ал.В. Поляков // Георесурсы и геотехнолгии: сб. тр. 2-й всероссийской конф. студентов и молодых ученых. - Тула, Изд-во ТулГУ, 2004.

- С. 252-255.

23. Поляков, Ан.В. Динамические и структурные характеристики гидроимпульсных струй [Текст] : Ан.В. Поляков, К.А. Головин, А.Е. Пушкарев // Проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: сб. тр. 2-й междунар. конф. - Тула, Изд-воТулГУ, 2005. - С. 35 - 38.

24. Поляков, Ан.В. Результаты экспериментальных исследований по разрушению горных пород гидроимпульсными струями [Текст] : Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, К.А. Головин, // Пауков! пращ Донецького нацюнального техшчного ушверситету. Сер1я: "Прничо-електромехашчна". Випуск 99. - Донецьк: ДонНТУ, 2005. - С. 71-77.

25. Поляков, Ан.В. Гидроимпульсный инструмент с пневмоэлектрическим приводом прерывателя [Текст] : Ан.В. Поляков // Эврика-2005: Научно-техническое творчество студентов вузов: сб. тр. Всероссийского смотра — конкурса научно-технич. творчество студентов высших учебных заведений. - Новочеркасск.: ЮРГТУ (НПИ), 2005. - С. 152 - 156.

26. Поляков, Ан.В. Некоторые способы получения гидроимпульсных струй [Текст] : Ан.В. Поляков // Георесурсы и геотехнологии: сб. тр. 3-ей Всероссийской конф. студентов и молодых ученых. - Тула. 2005. - С. 78 - 84.

27. Оценка возможности создания гидроструйных систем сверхвысокого давления [Текст] : Ан.В. Поляков, А.Е. Пушкарев, В.Е. Бафталовский, [и др.] // Геомеханика Разрушение горных пород: научн. сообщ. ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского. - М, 2005. - №331. - с. 127 - 133.

28. Выбор критерия сопротивляемости горных пород разрушению импульсной струей [Текст]: Ан.В. Поляков, К. А. Головин, А.Е. Пушкарев [и др.] // Техника и технология открытой и подземной разработки месторождений: научн. сообщ./ ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского. -М.: 2005.-№329.-С. 164-168.

29. Предварительные результаты исследования влияния частоты импульсов на эффективность резания горных пород [Текст] : Ан.В. Поляков, JI.B. Лукиенко, К.А. Головин [и др.] VII научно-технич. конф. ученых, аспирантов и студентов: тез. докл.. - Новомосковск, изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева. - 2005. - С. 19.

30. Поляков, Ан.В. Определение рациональных параметров гидроимпульсных струй при разрушении горных пород [Текст] : Ан.В. Поляков // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: сб. тр. 4-ей межрегион, научно-практич. конф. - Воркута-Сыктывкар-Ухта, 2006.-С. 318-323.

31. Исследование влияния режимных параметров гидроимпульсного разрушения горных пород на его показатели [Текст] : Ан.В. Поляков, Л.В. Лукиенко, К.А. Головин [и др.] // XXV научная конференция профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева: тез докл. Часть I /. - Новомосковск, 2006. - Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт. — с. 91.

32. Polyakov, A.V. The results of research destruction hard rocks by extra high pressure water (статья на английском языке) / V.A. Brenner, A.B. Gabin, Polyakov, A.V. and other // Paper presented at the 18-th International Conference on Water Jetting organized and sponsored by BHR Group Limited. Held in Gdansk, Poland, on 13 - 15 September 2006.

33. Поляков, Ан.В. Повышение эффективности гидромеханического разрушение горных пород проходческими комбайнами [Текст] : Ан.В. Поляков. Ал.В. Поляков // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: сб. тр. 4-ой межрегион, научно - практич. конф. - Воркута, 2007. - С. 103 - 107.

34. Поляков, Ан.В. К расчету параметров гидромультипликатора второй ступени сжатия источника воды сверхвысокого давления для гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов [Текст] : Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: сб. тр. 4-ой межрегиональной научно - практич. конф. - Воркута, 2007. - С. 52 - 58.

35. Поляков, Ан.В. Расчет основных параметров и показателей процесса резания горных пород гидроимпульсным инструментом [Текст] : Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: сб. тр. 4-ой межрегион, научно -практич. конф. - Воркута, 2007. - С. 58 - 63.

36. Поляков, Ан.В. Проходческие комбайны с гидромеханическим исполнительным органом: состояние вопроса и перспективы развития [Текст] : Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: сб. тр. 6-ой межрегион, научно - практич. конф. - Воркута, 2008. С. 339-345.

37. Поляков, Ан.В. Математическая модель процесса работы бесконтактного щелевого уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью [Текст] : Ан.В. Поляков, К.А. Головин, Ал.В .Поляков [и др.] // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: сб. тр. 6-ой научно-практич. конф. - Воркута, 2008. - С. 299-307.

38. Повышение эффективности работы гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов [Текст] : Ан.В. Поляков В.А. Бреннер, А.Б. Жабин. [и др.] И Гидроструйные технологии - оборудование и опыт применения: Тез. докл. 2-ого междунар. семинара. -Москва. 2009.-С. 21-22.

39. Поляков, Ан.В. Математическое моделирование процесса формирования импульсной струи воды в гидроимпульсном инструменте [Текст]: Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков //Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики. 5-я междунар. конф. по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики: Сб. тр. конференции. - Тула, Изд-во ТулГУ. - С. 116-125.

40. Поляков, Ан.В. Расчет основных параметров гидроимпульсного инструмента [Текст]: Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков // Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства: сб. тр. 3-й Междунар. конф,- Тула, Гриф и К.-2010.- С. 83-90.

41. Поляков, Ан.В. Полуэмпирическая математическая модель эрозионного разрушения горных пород гидроабразивной струей [Текст] : Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков // Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства: сб. тр. 3-й междунар. конф. -Тула, Гриф и К. - 2010. - С. 76 - 82.

42. Разработка рабочего инструмента и исполнительных органов горнопроходческого оборудования на базе гидроструйных технологий, обеспечивающих санитарно-гигиенические условия труда и повышающих эффективность и безопасность производства горных работ [Текст]: Отчет о НИР по 1 этапу (промежуточ.): П1120/ Министерство образования и науки РФ; рук. Поляков Ан.В.; исп.: Жабин А.Б. [и др.]. Зарег. в ФГНУ «ЦИТиС». - per. № 01201279059. -Тула, 2010.-351 с.

43. Поляков, Ан.В. Выбор способа получения и определение рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления при резании ими горных пород [Текст] : Ан.В. Поляков, А.Б. Жабин, Ал.В. Поляков // Известия Тульского государственного университета Науки о Земле. Изд-во Тульского гос. ун-та. Вып. 2, 2011. - С. 172-185.

44. Разработка рабочего инструмента и исполнительных органов горнопроходческого оборудования на базе гидроструйных технологий, обеспечивающих санитарно-гигиенические условия труда и повышающих эффективность и безопасность производства горных работ [Текст]: Отчет о НИР по 4 этапу (промежуточ.): П1120/ Мин-во образования и науки РФ; рук. Поляков Ан.В.; исп.: Жабин А.Б. [и др.]. Зарег. в ФГНУ «ЦИТиС». - per. № 01201279058. - Тула.,

2011.-123 с.

45. Разработка параметрического ряда источников воды высокого давления для гидроструйных технологий в горном производстве [Текст] : К.А.Головин, А.Б. Жабин, Поляков Ан.В. [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. Изд-во Тульского гос. ун-та. Вып. 2, 2012. - С. 172 - 185.

46. Разработка рабочего инструмента и исполнительных органов горнопроходческого оборудования на базе гидроструйных технологий, обеспечивающих санитарно-гигиенические условия труда и повышающих эффективность и безопасность производства горных работ [Текст]: Отчет о НИР по 5 этапу (промежуточ.): П1120/ Мин-во образования и науки РФ; рук. Поляков Ан.В.; исп.: Жабин А.Б. [и др.]. Зарег. в ФГНУ «ЦИТиС». - per. № 01201279057. - Тула.,

2012.-83 с.

47. Разработка рабочего инструмента и исполнительных органов горнопроходческого оборудования на базе гидроструйных технологий, обеспечивающих санитарно-гигиенические условия труда и повышающих эффективность и безопасность производства горных работ [Текст]: Отчет о НИР по 6 этапу (заключит.): П1120/ Мин-во образования и науки РФ; рук. Поляков Ан.В.; исп.: Жабин А.Б. [и др.]. Зарег. в ФГНУ «ЦИТиС». - per. № 01201279056. - Тула., 2012.-170 с.

Изд. лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 05.09.14 Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,9 Уч. — изд. л. 1,6 Тираж 100 экз. Заказ 118 Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, просп. Ленина, 95