CC BY
77
т./К.Н. Трубецкой, Г.Л. Краснянский, В.В. Хронин. - 2-е изд., перераб. И доп. М. Изд-во Академии горных наук, 2001.
3. Чирков А.С. Добыча и переработка строительных горных пород: Учебник для вузов/А.С. Чирков. М.: Изд-во МГГУ, 2001.
A.A. Sidorkov
ALGORITHM OF CERTIFICATION OF DOZING AND RIPPING UNIT IN ARRAY LOOSENING KRBONA TNOGO
In order to expand the use of dozing and ripping out cutting units are offered to make deposits of carbonate rocks of natural features of the structure of the array and tinctures loosening depth layers on contact with the relatively low strength.
Key words: solid carbonate rocks, fractures, bedding, jointing, the parameters of mechanical loosening, cutting work, horizon, operational performance, certification.
Получено 24.08.12
УДК 622.23-032.35.023.43.026
П.Н. Чеботарев, асп., 89207598205, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
УСТАНОВЛЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ УГОЛЬНОГО МАССИВА С ПОКАЗАТЕЛЯМИ ЕГО ПРОЧНОСТИ
Установлены корреляционные зависимости вязкости разрушения (трещино-стойкости) угольного массива от предела прочности угля на сжатие, сопротивляемости его резанию или показателя разрушаемости.
Ключевые слова: вязкость разрушения, горные породы, уголь, разрушаемость.
Современные представления о разрушении материалов базируются на положениях механики разрушения, которая является одним из разделов механики деформируемого твердого тела [1, 2]. Согласно этим представлениям, процесс разрушения - это распространение трещины, рост которой определяется некоторыми характеристиками напряженного состояния в окрестности ее вершины. В линейной механике разрушения этими характеристиками являются коэффициенты интенсивности напряжений KI, К11, Кщ, в нелинейной (учитывающей пластическое деформирование материала) - это ./-интеграл (интеграл Эшелби-Черепанова-Райса). Методы механики разрушения были впервые применены к процессу механического разрушения горных пород Г. П. Черепановым [3]. Дальнейшее развитие этот
88
подход получил в работе [4] при построении математической модели разрушения горных пород гидромеханическими резцами. Однако угли в этом отношении все еще малоисследованны, поэтому создание адекватной математической модели, описывающей разрушение угольного массива с позиции механики разрушения, остается актуальной задачей.
Вязкость разрушения К1С является прочностной характеристикой материала и определяется, как правило, экспериментально. Для металлов методы определения вязкости разрушения, как в России, так и за рубежом существуют достаточно давно и утверждены в виде стандартов [5, 6], широко апробированы и имеют объективные критерии оценки достоверности полученных результатов. Применительно к горным породам и углям, к сожалению, этого пока сказать нельзя. Такое положение объясняется не только особенностями их строения, специфичностью применяемого оборудования, трудоемкостью самого процесса определения К1С, большим числом факторов, влияющих на достоверность полученных результатов, но и в значительной степени недостаточным использованием методов механики разрушения для описания разрушения углей и горных пород. Успешные попытки определения корреляционных зависимостей между вязкостью разрушения и широко используемым для горных пород прочностным показателем - контактной прочностью, имели место [4], но для углей были неприменимы, поскольку данный показатель не является критерием прочностных свойств углей. Кроме того, в ИГД им. А.А. Скочинского была разработана методика определения вязкости разрушения горных пород [7]. Было выявлено, что для хрупких горных пород этот параметр принимает значения в пределах (0,6-3,5)-106 Н/м [8]. Взаимосвязь вязкости разрушения горных пород К1С и предела прочности их на сжатие асж, полученная в лабораториях ИГД им. А.А. Скочинского, представлена в табл.1 [8], на основе которой был построен график, изображенный на рис. 1.
Рис. 1. Взаимосвязь вязкости разрушения горных пород К1С и предела прочности их на сжатие всж
Таблица 1
Взаимосвязь вязкости разрушения горных пород и предела прочности их на сжатие
Порода Осж, МПа Кс, 106 Н/м3/2
Песчаник 85,2 0,86
Известняк (Бадракское месторождение) 24,3 0,35
Гранит (Вуснелинское месторождение) 144,1 2,49
Мрамор (Пуштулинское месторождение) 63,2 0,67
Диорит 193,6 2,39
Скарн (месторождение «Восток-2», проба № 153) 164,3 1,99
Песчаник (шахта «Юнком») 66,1 0,82
Песчаник (шахта «Горская») 100,6 1,32
Скарны (месторождение «Восток-2», проба № 89) 170,3 2,11
Руда шеелитсульфитная № 1 (месторождение «Восток-2», проба № 92) 180,4 2,89
В результате статистической обработки данных, представленных в табл. 1, была получена зависимость
К1С = 0,013асж, 106 Н/м3/2. (1)
Коэффициент корреляции и вариации при этом составили R = 0,89 и Квар = 17,9 %, что свидетельствует коэффициентов об адекватности зависимости (1) экспериментальным данным.
В связи со сложностью определения вязкости разрушения из-за большого качественного разнообразия образцов или по иной причине угли так и остались неисследованными. Поэтому для определения вязкости разрушения углей К1С можно рекомендовать в первом приближении формулу (1).
Однако предел прочности на сжатие асж не способен непосредственно охарактеризовать способность к разрушению угольного массива, имеющего в своем составе различные породные прослойки, поэтому необходимо в качестве исходной характеристики использовать разрушаемость массива Ryг [9], включающую в себя сопротивляемость угольного пласта резанию Ар в неотжатой зоне очистного забоя (с учетом прослойков, включений и присечек) и степень хрупкости Е.
После подстановки в формулу (1) соотношений [10, 11]
А, = 150/; / = 0,1осж,
где f — коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова, получим
К1С = 0,0274Ар , Н/мм3/2, (2)
где Лр - сопротивляемость угольного пласта резанию в неотжатой зоне очистного забоя, Н/мм.
Разрушаемость пласта Яуг, кВтчсм/м3, определяется по следующей формуле [9]:
0,38 Лр
Куг . (3)
у E +1
На основании типизации, разработанной ИГД им. А.А. Скочинского [12] с использованием выражения (3) были получены соотношения между величинами Яуг, Лр и E, представленные в табл. 2.
Таблица 2
Соотношения между показателями разрушаемости, сопротивляемости и степени хрупкости пласта
Показатель Вязкие Хрупкие
Сопротивляемость резанию Ар, Н/мм 120 180 240 300 60 120 180 240 300
Разрушаемость Яуг, кВтчсм/м3 16 25 36 49 4 9 16 25 36
Степень хрупкости Е 1,83 1,73 1,53 1,33 4,7 4,07 3,28 2,65 2,17
В результате статистической обработки данных, приведенных в табл. 2, была установлена взаимозависимость между сопротивляемостью угольного пласта резанию и его разрушаемостью, показанная на рис. 2.
z1^ *
/
50 100 150 200 250 300 Л^Н/мгл
Рис. 2. Зависимость разрушаемости угольного пласта от его сопротивляемости резанию: 1 - для вязких углей; 2 - для хрупких углей
91
Математически полученные результаты можно представить в следующем виде:
вязкие угли
ЯуГ = 0,183Ар - 7; (4)
хрупкие угли
Яуг = 0,133Ар - 6. (5)
С учетом выражений (2), (4) и (5) была получена зависимость вязкости разрушения угольного массива от его разрушаемости
К1С = 0,206Яуг +1,24, Н/мм3/2. (6)
Таким образом, получены зависимости вязкости разрушения угля от его основных прочностных характеристик, что делает возможным применение в отношении него методов механики разрушения.
Список литературы
1. Нотт Д.Ф. Основы механики разрушения. М.: Металлургия, 1978.
2. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974.
640 с.
3. Черепанов Г.П. К теории резания горных пород //Проблемы прочности. 1986. №8. С. 94-102.
4. Бреннер В.А., Жабин А.Б., Пушкарев А.Е., Щеголевский М.М. Гидроструйные технологии в промышленности. Гидромеханическое разрушение горных пород. М.: Изд-во Академии горных наук, 2000. 343 с.
5. ГОСТ 25.506-85. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.
6. ASTM Book of Standarts. 1972. E 399 - 72. P. 955.
7. Методика определения вязкости разрушения (трещиностойкости) горных пород. ИГД им. А.А. Скочинского, 1990. 15 с.
8. Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород: учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГГУ, 2004. 222 с.
9. КД12.10.040-99. Изделия угольного машиностроения. Комбайны очистные. Методика выбора параметров и расчета сил резания и подачи на исполнительных органах (взамен ОСТ 12.44.258-84). Введен с 01.01.2000. Донецк: Минуглепром Украины, 1999. 75 с.
10. Плотников В.П. Вывод формулы для расчета производительности очистных комбайнов со шнековым, барабанным или корончатым исполнительным органом // Уголь. 2009. № 9. С. 6-7.
11. Распределение и корреляция показателей физических свойств горных пород /М.М. Протодьяконов и др. М., Недра, 1981. 192 с.
12. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов. / В.И. Бондаренко и др. Днеп-
ропетровск, 2002. 730 с.
P.N. Chebotarev
DETERMINATION OF CORRELATIVE RELATIONSHIP OF COAL MASSIF DESTRUCTION VISCOSITY WITH ITS STRENGTH INDICES
Correlation dependences have been established of coal massif destruction viscosity (crack resistance) on the coal compression strength, its cutting resistance or destructibility index.
Key words: destruction viscosity, rocks, coal, cutting resistance, destructibility
Получено 24.08.12
УДК 622.35:622
А.А. Сидорков, асп., (4872) 35-20-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ВЫБОР РЫХЛИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ТРАКТОРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДОБЫЧНЫХ РАБОТ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КАРБОНАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕИЙ
Предлагается выбирать бульдозерно-рыхлительный агрегат для рыхления массива карбонатных пород исходя из структуры, прочности и трещиноватости породного массива.
Ключевые слова: мощность трактора, бульдозер, зуб рыхлителя, заглубление зуба, отвал скальные породы.
Для подготовки скальных и в особенности полускальных пород возможно применение тракторных рыхлителей с тяговым усилием до 100 кН давлением на зуб рыхлителя 30...40 т. При рыхлении трещиноватые породы разрушаются по естественным трещинам. Глубина рыхления в зависимости от вида породы может достигать 0,3...0,7 м. Разрыхленная порода бульдозером сдвигается в навалы. Эффективность работы рыхлителей зависит от структуры, прочности и трещиноватости породного массива. Применение рыхлителя позволяет снизить стоимость добычных работ на 15...20%. Особенно эффективна работа трактора рыхлителя на маломощных пластах. Механическое рыхление в 2... 5 раз дешевле рыхления взрывом.
Рыхлительное оборудование, на базе трактора и появилось в 30-е годы прошлого столетия на фирме «Le Tourneau». Оно используется для рыхления мерзлых грунтов и скальных пород, для разрушения старых бетонных и асфальтобетонных покрытий. Использование бульдозеров с рыхлителями представляет собой альтернативу буровзрывным способам рых-
93
