CC BY
60
УДК 622.257.15.026:622.232.522.24
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЯ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД ГСЦ ИМПУЛЬСНЫМИ СТРУЯМИ
И.В. Афонский, К. А. Головин, Н.В. Кашковский, Р.А. Ковалев, А.Е. Пушкарев
В настоящей статье рассмотрены вопросы определения критерия сопротивляемости массива неустойчивых горных пород воздействию ГСЦ импульсными струями.
Ключевые слова: импульсное воздействие, гидроструйная цементация, критерий сопротивляемости струйному воздействию.
При рассмотрении процесса ГСЦ на основании того, что изначально в качестве аналога процесса взаимодействия струйного инструмента с породным массивом при ГСЦ был принят процесс размыва горных пород гидромониторными струями, а также на основании исследований процесса ГСЦ горных пород непрерывными струями жидкости [1 - 3] основной характеристикой сопротивления породного массива струйному воздействию при ГСЦ принимался коэффициент сцепления горных породС (МПа).
Однако, в работах, посвященных исследованию процесса разрушения горных пород импульсными жидкостными струями, в качестве критерия сопротивления породного массива импульсному струйному воздействию обосновано использование <сж (МПа) - предела прочности породы на одноосное сжатие.
Применение нескольких характеристик физико-механических свойств горных пород несколько неудобно и существенно увеличивает объем предварительных лабораторных исследований при потенциальном внедрении результатов диссертационных исследований. Поэтому для установления адекватности применения различных характеристик горных пород в качестве показателя процесса ГСЦ неустойчивых горных пород импульсными струями установками ГНБ был выполнен отдельный блок экспериментальных исследований. Цель выполненных исследований: выявление тесноты корреляционной связи предела прочности породы на одноосное сжатие <7сж и коэффициента сцепления горных породС с показателем процесса ГСЦ неустойчивых горных пород импульсными струями - диаметром закрепляемого массива D.
Данные лабораторных исследований по определению фактических значений принятых к рассмотрению характеристик горных пород представлены в табл. 1.
В качестве критерия устойчивости связи был принят индекс корреляции R.
Таблица 1
Влияние характеристик горных пород на диаметр закрепляемого
массива
Горная порода Коэффициент сцепления С, МПа Предел прочности породы на одноосное сжатие асж, МПа Диаметр закрепленного массива Б , м
Глина 0,064 10,4 0,98
Суглинок 0,045 8,2 1,16
Супесь 0,032 5,5 1,26
Гравий 0,023 4,3 1,38
Песок 0,006 3,2 1,70
Закрепление массива осуществлялось при диаметре отверстия струеформирующей насадки й0 = 0,0025 м, частоте пульсации струи /= 200 с-1, частоте вращения бурового става п = 0,33 с-1, давлении водоце-ментной суспензии Р = 50 МПа и скорости перемещения бурового става V = 0,005 м/с.
Результаты экспериментов приведены в табл. 1 и на рис. 1.
Результаты аппроксимации экспериментальных данных зависимостью вида у = Ах + В представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты аппроксимации экспериментальных графиков
Характеристика горных пород Значение коэффициента А Значение коэффициента В Квадрат индекса корреляции Я2 Индекс корреляции Я
С -3,44 1,77 0,921 0,960
&сж -0,09 1,83 0,863 0,930
Анализ результатов экспериментальных исследований, представленных в табл. 1, 2 и на рис. 1 показывает, что диаметр закрепляемого массива имеет наиболее тесную корреляционную связь с коэффициентом сцепления горной породы (Я = 0,96). Однако и корреляционная связь диаметра закрепляемого массива с пределом прочности породы при одноосном сжатии тоже достаточно тесная (Я=0,93). Диаметр закрепляемого массива возрастает с уменьшением каждого из показателей прочности горных пород.
о,
м
А,
м
1,8
1,6
1,4
1,2
0,8
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
р^о ^ С, МПа
= 0,920
а
10 12
эсж, МПа
б
Рис. 1. График зависимости диаметра 2) (м) закрепляемого массива: а-от коэффициента сцепления С, МПа и б -от предела прочности породы на одноосное сжатие асжу МПа
Таким образом, возможно использование обеих характеристик горных пород в качестве критерия сопротивляемости горных пород процессу ГСЦ импульсными струями.
По своей физической сущности коэффициент сцепления характеризует сопротивление сдвигу одного фрагмента горной породы относительно другого при отсутствии внешней нагрузки,тогда как физическая сущность предела прочности породы при одноосном сжатии - сопротивление породы при фронтальном воздействии импульса струи на участок массива.
Учитывая специфику импульсного воздействия на забой, где повышение эффективности разрушения горной породы при ГСЦ по отношению к непрерывным струям таких же гидравлических параметров достигается именно чередованием напряжений сжатия - растяжения в обрабатываемом массиве при приложении - снятии нагрузки от водоцементной струи, можно утверждать, что именно показатель предела прочности породы при одноосном сжатии наиболее полно отражает характер взаимодействия струи и массива.
Поэтому в качестве показателя физико-технических свойств пород, определяющего процесс ГСЦ импульсными струями, рекомендуется использование предела прочности горной породы на одноосное сжатие.
Список литературы
1. Разработка оборудования для закрепления массивов неустойчивых горных пород методом гидроструйной цементации: монография / В.А. Бреннер, К.А. Головин, А.Е. Пушкарев. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 206 с.
2. Оборудование для гидроструйной цементации грунтов / К. А. Головин // Горные машины и автоматика. 2007. № 5. С. 15-18.
3. Перспективы развития гидроструйных технологий в горнодобывающей промышленности и подземном строительстве / К.А. Головин, В. А. Бреннер, А.Б. Жабин, А.Е. Пушкарев, Ю.Н. Наумов, М.М. Щеголев-ский // Горные машины и автоматика. 2002. № 5. С. 2 - 10.
Афонский Игорь Владимирович, ведущий инженер, er-igor89@mail.ru, Россия, Тула, ООО ««Газпром межрегионгаз Тула»,
Головин Константин Александрович ,д-р техн. наук, проф., заместитель директора Института горного дела, kagolovin@inbox.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кашковский Николай Владимирович, асп., dep-142@mail.т, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ковалев Роман Анатольевич, д-р техн. наук,проф., директор Института горного дела, kovalevdekan@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пушкарев Александр Евгениевич, д-р техн. наук, проф., pushkare v-agn a mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESISTANCE TO CERTAIN CRITERIA ROCKS GSO PULSED JET
I. V. Afonskij, K.A. Golovin, N. V. Kashkovskij, R.A. Kovalev, A.E. Pushkarev
This article describes how to determine the resistance criterion array of unstable rocks exposed GSO pulse jet.
Key words: impulsive action hydrotsemntation, resistance creteria to the effects of
the jet.
Afonskij Igor Vladimirovich, lead engineer, er-igor89a mail. ru, Russia, Tula, Gazprom Mezhregiongaz Tula LLC,
Golovin Konstantin Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, Deputy Director of the Institute of Mining, kagolovinainhox. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kashkovskij Nikolaj Vladimirovich, postgraduete,dep-l42@mail.ru,Russia, Tula, Tula State University,
Kovalev Roman Anatolievich, doctor of technical sciences, professor,Director of the Institute ofMining,kovalevdekana mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pushkarev Aleksandr Evgenievich, doctor of technical sciences, profes-sor,pushkarev-agn@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
