CC BY
22
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ
© М.В. Павленко, А.Л. Колосов,
2001
УДК 622.8
М.В. Павленко, А.Л. Колосов
САМОБАЛАНСНЫЙ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ КАК ИСТОЧНИК ЭФФЕКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЕ НА УГОЛЬНЫЙ МАССИВ
Способ вибрационного воздействия на низкопроницаемые угольные пласты предназначен для увеличения их газовой проницаемости и газоотдачи из массива как через подземные скважины так и через скважины с поверхности.
Скважина гидровоздействия, заполненная практически не сжимаемой жидкостью, может быть представлена в виде упругого стержня, нижний конец которого связан с жёстким основанием (уголь-ным пластом) пружиной, а к верхнему концу приложена периодическая сила Регю‘, однако представляет особый интерес действительная часть этого выражения, а именно РсоъШ, где Р и ю постоянные.
Составная часть, и важнейшая часть, скважинного вибровозбудителя, выполнена в виде системы, состоящей из двух электродвигателей с дебалансами, смонтированных на подвижной платформе единой динамической системы.
Вибрационная установка характеризуется динамической системой, отображающей относительную подвижность совокупности тел вдоль той оси, вдоль которой происходят вынужденные ко-
Рис. 1. Самобалансный вибровозбудитель колебаний: F - вынужденная сила; е - эксцентриситет массы дебаланса; т -масса дебаланса; щ - частота вращения дебаланса
лебания рабочего органа (поршня закрепленного на штанге и помещенного в скважину).
Предложенная, динамическая система вибрационной установки в виде подвижной платформы с закрепленными на ней вибровозбудителями, системой пружин, передающим элементом вибрационного воздействия - штанга-поршень и неподвижная платформа, закрепленная непосредственно на устье скважины.
Для нашего случая выбрана схема так называемая "соос-ная", в которой центр массы, расположен на каждой оси двух дебаланс-ных вибровозбудителей, при этом направление виброколебаний сов-
падает с направлением действия вынуждающей силы.
Колебания вибрационных систем при инерционном способе возбуждения создаются вследствие вращения неуравновешенных масс -дебалансов. Вибровозбудитель (рис. 1) создает вынуждающую силу, представляющую собой вектор постоянного модуля ¥, вращающийся с постоянной угловой скоростью ю эксцентрик массой т.
Разрушение угольного массива при вибрационном воздействии может происходить при напряжениях более низких, чем напряжения, вызванные действием статических нагрузок через скважину гидровоздействия. Если угольный массив подвергнуть действию повторно-переменных (цикли-ческих) нагрузок, то произойдет усталостное разрушение пласта угля. Под действием циклических нагрузок происходит развитие усталостных трещин. Как известно, природа усталостного разрушения обусловлена особенностями молекулярного и кристаллического состояния угольного вещества, и во многом определяется неоднородностью строения угля. Существенное значение для возникновения и развития трещин усталости имеют внутренние
первоначальные трещины, что является характерным для угольного пласта.
С целью создания и развития усталостных трещин, угольный массив, подвергался действию циклически изменяющегося давления в скважине №4447 на поле шахты «Комсомольская» ОАО Воркутауголь. Вибрационное воздействие создавалось вибровозбудителем с одним электродвигателем. Переменное давление, воздействовав-
сматривать как сумму двух составляющих: постоянное давление, определяемое давлением столба воды в скважине на глубине 1200 м составляет порядка Р 120 ат и периодически изменяющегося давления (виб-рационное воздействие), которое искусственно создается на поверхности. Проведенное воздействие и полученные результаты послужили основой для создание более совершенной конструкции в которой отсутствовали бы выявлен-
Рис. 2. Вибрационная установка в монтаже на скважине: 1- электродвигатель; 2- редуктор; 3- дебаланс; 4- подвижная платформа; 5- неподвижная платформа; 6- телескопическая штанга; 7- поршень
Рис. 3. Давление вибровоздействия на угольгный массив через скважину: р - давление, Мпа;А- амплитуда колебания давления, см; с - статическое давление жидкости в скважине на угольный массив, Мпа; і - общее время воздействия, с.
ные конструктивные недостатки. Поэтому для создания эффективного переменного давления на скважине гидровоздействия была предложена конструкции установки, которая изображена на рис. 2. При движении поршня вниз (рабочий ход) давление под поршнем определяется выражением:
F
Р = — (1)
5
где 5 - площадь поршня, м2; F -усилие передаваемое на поршень от инерционного вибратора.
F = 2т0ва 2 єш(ю і) (2)
где т0 - масса каждого из дебалансов вибратора; е - эксцентриситет; Ф - угловая частота вращения вала вибратора.
Рабочим ходом поршня является лишь его движение вниз, обратный ход поршня является холостым. Общее давление воздействующее на угольный массив в процессе вибровоздействия изображено рис. 3.
Как показали исследования, ранее проведенные в лабораторных и шахтных условиях, наименьшие частоты вынуждающей силы такой системы существенно превышают частоту свободных упругих колебаний, и в свою очередь увеличивают амплитуду колебаний.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вайсберг Л.А. Проектирование и расчет вибрацион- 2. Блехман И.И., Вайнсберг Л.А. Использование самосин-
ных грохотов. -М., Недра, 1986, -144 с. хронизирующихся вибровозбудителей в горных вибрацион-
ных машинах. Горный журнал, № 11-12, 2000, -С. 81-82.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
-Оі
Павленко Михаил Васильевич - доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.
Колосов Александр Леонидович - доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.
