Добірка наукової літератури з теми "Руйнування гірських порід"

Мета дослідження – визначити сучасний стан та тенденції в гірничій галузі України; екологічні умови Кривбасу та технологічні можливості зменшення сейсмічних наслідків масових вибухів у кар’єрах. Методи дослідження полягають в техніко-економічному аналізі гірничовидобувної промисловості України, і в теоретичному обґрунтуванні технологічних рішень, що зменшують негативний вплив відкритих розробок на навколишнє середовище.Досліджено стан та еволюційні тенденції гірничовидобувної промисловості України за останні десять років, а також вплив гірничовидобувних підприємств на довкілля Кривбасу. Визначено, що найбільш екологічно агресивним фактором серед технологічних процесів є вибухове руйнування гірських порід. Аналіз розробки кар’єрів № 3 «АрселорМіттал Кривий Ріг» та «ПівдГЗК» свідчить про їх просторове сполучення у найближчі роки. Безпосередня ліквідація скельного ціліка між кар’єрами ускладнюється, як просторово, так і технологічно, особливо через сейсмічні обмеження, але розроблені авторами рішення та заходи максимально спрощують й убезпечують цю стадію.Висновки. Адаптація авторського аналітичного обґрунтування технології руйнування гірських порід до специфічних умов ліквідації гірського масиву, який розділяє сусідні кар’єри, є реально перспективною.Наукова новизна дослідження полягає у розгляді суміжнихкар’єрів як єдиної складної динамічної системи. Крім того, – в адаптації авторського аналітичного обґрунтування технології вибухового руйнування порід до конкретних умов ліквідації масиву, що розділяє сусідні кар’єри.Практичне значення полягає в тому, що результати досліджень визначаються високим рівнем придатності для їх використання при проектуванні гірничих робіт кар’єрів «АрселорМіттал Кривий Ріг» і «ПівдГЗК».

Розроблено математичну модель руйнування кубічних зразків гірських порід при наявності контактного тертя. Розроблено метод, алгоритм і програму ро-зрахунку граничного вертикального напруження у вершині тріщини, яка розви-вається та межі міцності кубічних зразків шихтової сировини з використанням трьох показників властивостей (межа опору матеріалу зсуву, кут внутрішнього тертя, коефіцієнт контактного тертя), які простими способами можуть бути встановлені експериментально в умовах гірничорудних підприємств, де резуль-тати розрахунку можуть бути оперативно використані для управління процеса-ми дезінтеграції.

Наведено дослідження міцності гірських порід при різних видах стиснення з урахуванням контактного тертя. Розглянуто задачу по розробці математичних моде-лей локального контактного впливу характеристик тертя на опірність стисненню і моделі впливу характеристик тертя на опірність одноосьовому ковзному стиску. Ро-зроблено алгоритм розрахунку міцності гірських порід при стисканні за математич-ними моделями впливу характеристик тертя. Такий вид розподілу напружень в породі характерний при руйнуванні міцних матеріалів в зоні контакту з бронеплитами в що-кових дробарках зі складним рухом щоки і з конусами в конусних дробарках. Показана можливість керування режимами навантаження, а саме створення в зоні контакту так званого ковзного стиснення для зниження енерговитрат процесу дроблення.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 – гірничі машини. Державний вищий навчальний заклад «Національний гірничий університет» МОНМС України, Дніпропетровськ, 2011.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 – горные машины. Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет» МОНМС Украины, Днепропетровск, 2011.
Thesis for competition on candidate of engineering sciences degree on specialty 05.05.06 – mining machines. State Нigher Educational Institution «National Mining Universitet», Dnipropetrovsk, 2011.
Дисертацію присвячено обґрунтуванню параметрів двобойкового відбійного гідромолотка, визначенню основних вібраційних та енергетичних характеристик гідравлічного відбійного молотка з керованою робочою камерою з використанням двобойкової ударної системи. Виконано аналіз гідравлічних ручних молотків різної конструкції, і порівняно їх з відбійними молотками, які мають приводи іншої природи: електричний, пневматичний та бензиновий. Встановлено, що саме молотки з гідравлічним приводом найбільше відповідають вимогам використання їх в умовах шахтних виробок, а також мають потенційні можливості щодо їх удосконалення. Вдосконалено математичну модель для дослідження динамічних параметрів ручного відбійного молотка, що враховує взаємодію рухомих елементів гідроударного механізму, виконано аналітичні дослідження режимів роботи молотка за різних умов: зміни параметрів гідроприводу та параметрів гідроударного механізму. Для підтвердження адекватності створеної моделі гідравлічний молоток досліджено на стенді з реєстрацію та аналізом його основних динамічних параметрів. Обґрунтовано параметри двобойкової ударної системи, особливість якої полягає у використанні другого бойка у вигляді інерційної маси. Визначено, що введення другого бойка в ударну систему гідромолотка дозволяє зменшити рівень вібрації корпусу на 14,7 % та збільшити ступінь передачі ударного навантаження в породу на 15% через використання першого бойка як елемента, що притискує інструмент до породи, а другого – як ударний.
Диссертация посвящена обоснованию параметров двохбойкового отбойного гидромолотка, определению основных вибрационных и энергетических характеристик гидравлического ручного отбойного молотка с управляемой рабочей камерой с использованием двохбойковой ударной системы. Проведен анализ гидравлических ручных молотков разных конструкций и проведено их сравнение с отбойными молотками, которые имеют привод другой природы: электрический, пневматический и бензиновый. Установлено, что молотки с гидравлическим приводом наиболее полно соответствуют требованиям для использования в условиях шахтных выработок, а также имеют потенциальные возможности по их усовершенствованию с точки зрения модернизации их в двохбойковые. Усовершенствована математическая модель для исследования динамических параметров ручного отбойного молотка, которая учитывает взаимодействие движущихся элементов ударного механизма, выполнены аналитические исследования режимов работы молотка при разных условиях: изменении параметров гидропривода и параметров ударного механизма. Для подтверждения адекватности созданной модели гидравлический молоток исследован на стенде с регистрацией его основных динамических параметров – частоты ударов, энергии единичного удара, ударной мощности, скорости соударения. Определены основные энергетические и вибрационные характеристики гидромолотка с использованием однобойковой и двобойковой ударных систем, сформулированы условия рациональной работы двобойковой ударной системы. Обосновано создание двохбойковой ударной системы, особенность которой в использовании второго бойка в роли инерционной ударной массы. Использование двух бойков позволяет уменьшить отдачу при взводе бойков за счет разделенных ударных масс и увеличить коэффициент передачи энергии удара в породу при использовании первого бойка в качестве элемента, который прижимает инструмент к породе, а второго – как ударный. Определено, что введение второго бойка в ударный механизм гидромолотка позволяет уменьшить уровень вибрации корпуса на 14,7% и увеличить степень передачи ударной нагрузки в породу на 15%. На основании результатов проведенных исследований была разработана методика инженерного расчета двохбойковой ударной системы отбойного молотка, которая учитывает предварительную ударную нагрузку горной породы внешним бойком в процессе удара внутреннего бойка и влияние этой системы на вибрационные и энергетические показатели молотка. Методика внедрена в лаборатории «Механики разрушения горных пород и создания новых породоразрушающих инструментов» Института сверхтвердых материалов им. В.М. Бакуля НАН Украины при проектировании устройств импульсного разрушения горных пород.
The dissertation is dedicated to the study of characteristics and parameter s of the hand-operated hydrohammer with controlled work chamber using double-faced percussion mechanism. The analysis of the hand-operated hydrohammers of various designs as well as their comparison with air-hammers with another type of drive – electric, pneumatic and, and petrolic – has been performed. It has been found out that these are hydraulically operated hammers that fully meet the application requirements for mine works and have potential for improvement. A mathematical model for analysis of hand-operated air-hammer dynamic parameters that considers interaction of hydropercussion mechanism moving parts has been created; the analytical study of hammer operating mode under various conditions (change of hydraulic drive parameters and parameters of hydropercussion mechanism) has been carried out. To prove the validity of the created model the hydrohammer has been tested on the test board which included registration of its critical dynamic parameters. The creation of double-faced percussion mechanism is justified. The main feature of the mechanism is an application of the hammer second face in a form of inertial mass. The double-faced mechanism allows recoil decrease for joint faces on account of separated striking mass as well as to increase the energy transfer coefficient of the percussion into stone using the first face as an element that presses the tool against rock and the second one as a percussion mechanism.

Дисертаційна робота присвячена розробці нового енергоефективного вибухо-механічного способу руйнування гірських порід з використанням кумулятивного вибухового ядра. Розроблено математичну модель енергоємності руйнування гірських порід, що враховує параметри вибухо-механічного навантаження вибою і сукупність дії природної та внесеної технологічної тріщинуватостей. Створено повнорозмірний експериментальний пристрій для реалізації комбінованого вибухо-механічного руйнування гірських порід. Пристрій дозволив експериментально встановити зниження питомої енергоємності вибухо-механічного руйнування гірських порід від частоти навантажень кумулятивним вибуховим ядром (на 9…16 %) та температури вибуху (на 4…7 %). При цьому забезпечено зростання коефіцієнта корисної дії з 77 % до 80 % та продуктивності руйнування гірських порід на 9…14 %. Результати досліджень апробовано в технологічному процесі ПП «Давидівський гранкар’єр». Досягнуто зниження питомої енергоємності руйнування граніту з 201 до 188 кВт·год/м³ вибухо-механічним способом за рахунок доповнення природних тріщин внесеними технологічними кумулятивним вибуховим ядром.

Захищається 8 наукових праць, які містять теоретичні, експериментальні та промислові дослідження, направлені на покращенням процесу руйнування гірських порід на вибої свердловини трилопатевими долотами з вставками пульсаторів. Запропоновано нову конструкцію гідродинамічного пульсатора з введенням промивальної рідини по дотичному каналу для завихрення потоку рідини в циліндричній частині пульсаційної камери та в дифузорі, в яких виділяється розчинений газ (повітря) у вигляді бульбашок. На основі теоретичних і експериментальних досліджень встановлено виникнення пульсацій в потоці промивальної рідини при її проходженні через пульсатор як при відсутності тиску на виході з насадки пульсатора так і при наявності протитиску. Встановлено характер пульсації потоку, який полягає у зменшенні величин тиску на виході з насадки пульсатора з амплітудою від 1 до 3 МПа та частотою від 1 до 12 Гц, а також можливість передачі пульсаційних коливань тисків при виході потоку промивальної рідини з гідродинамічного пульсатора та гідромоніторну насадку. Одержані результати є науково новими і мають практичну цінність. Практичне значення одержаних результатів полягає у науковому обґрунтуванні амплітудно-частотних характеристик гідродинамічного пульсатора та їх використанні для покращення техніко-економічних показників буріння свердловин. Результати отриманих досліджень використані для удосконалення конструкції бурового трилопатевого долота. Основні результати дисертації впроваджені в практику буріння.
Защищается 8 научных работ, содержащих теоретические, экспериментальные и промысловые исследования, связанные с интенсификацией процессов разрушения горных пород за счет воздействия на них пульсационных потоков промывочной жидкости. Сущность нового способа возбуждения разнообразных по величине импульсов и колебаний давления с широким диапазоном частот и амплитуд состоит в том, что с помощью гидродинамического пульсатора на забое скважины последовательно создаются колебания импульсов давления различной амплитуды и широкого спектра гармоник. В гидросистеме, содержащей такое устройство, при определенных условиях течения промывочной жидкости проявляются разные гидродинамические явления. С целью получения наглядных результатов этих явлений разработана специальная экспериментальная установка. С механизма работы гидродинамического пульсатора следует, что можно использовать как специальный выбор состава и физико-химических параметров промывочной жидкости, так и конструктивные особенности пульсатора, способствующие турбулизации жидкости и формированию различных режимов пульсационных потоков жидкости вследствие захлопывания образовавшихся паровых или газовых пузырьков. При этом происходит пульсационное уменьшение давления с частотой от 1 до 12 Гц та с амплитудой от 1 до 3 МПа. Экспериментальными исследованиями установлена возможность возникновения и передача пульсационных колебаний при истечении промывочной жидкости сквозь пульсационно-кавитационную камеру та гидромониторное сопло. С характера пульсационных потоков установлено мгновенное уменьшение давления после пульсатора, которое способствует отделению выбуренной породы от забоя скважины. Пульсационные течения прекращаются как при малых значениях параметра пульсации, которым соответствует развитый режим пульсационного течения, так и при больших значениях параметра пульсации, которым соответствуют сравнительно небольшие размеры пульсационных потоков. Установлено, что с уменьшением параметра пульсации относительная длина полости (каверны) растет, а с увеличением угла раскрытия сопла пульсатора при других равных условиях относительная длина пульсационной полости в границах сопла устройства уменьшается. Исследовано, что для пульсационных устройств колебаний угол расширения струи жидкости имеет большее значение, чем угол расширения струи жидкости после насадки гидромонитора. Установлено, что для всех режимов но давлению на входе в гидродинамическое устройство с уменьшением параметра пульсации амплитуда пульсационных колебаний увеличивается и достигает максимального значения при К≈0,3, а затем уменьшается. Пульсационные автоколебания наблюдаются при К = 0,1÷0,6. Методика гидродинамических явлений может использоваться при проектировании и эксплуатации буровых долот, в состав которых входит гидродинамический пульсатор. Разработана новая конструкция бурового трехлопастного долота, эффективность работы которого достигается увеличением его проходки и механической скорости бурения за счет гидродинамических устройств-пульсаторов, вмонтированных в промывочные узлы долота под разными углами уклона относительно оси долота. Предварительные эксплуатационные испытания бурового трехлопастного долота показали его работоспособность и эффективность. Использование долота в промышленных условиях обеспечивает увеличение механической скорости бурения в 1,5 - 2 раза за счет интенсивности разрушения пород, подтверждая тем самым своеобразность использования пульсаторов в решении проблем эффективного разрушения горных пород при бурении скважин.
There have been 8 scientific works presented for defence, which contain theoretical, experimental and industrial investigations, directed towards improving the process of rock destruction at the borehole bottom by means of three-blade drilling bits with pulsator inserts. There has been suggested new construction of hydrodynamic pulsator with input of drilling fluid along the channel for back washing of the fluid flow in the cylinder part of the pulsating chamber and in the diffuser in which the dissolved air is released in the form of bulles. On the basis of theoretical and experimental research it was determinacy that pulsations occur in the drilling fluid flow when it goes through pulsator when there is no pressure at all as well as when antipressure is available. The character of the pulsating flow has been determined, which is in the decrease of pressure at the outlet of pulsator head with the amplitude of 1 to 3 MGP and frequency of 1 to 12 Herts. Transmission of pulse pressure range to hydromonit head when the drilling fluid flow leaves the hydrodynamic pulsator has also been determined. The results obtained are new and have practical value. Practical significance of the results is in the scientific substantiation of amplitude frequency characteristics of hydrodynamic pulsator which are to be used to improve technical and economic indices of borehole (well) drilling. The results obtained were used to improve the design of three-blade drilling bit. The main results of the dissertation have been implemented into drilling practice.

Дисертація присвячена питанням підвищення роботоздатності алмазних бурових коронок з комбінованою матрицею при бурінні геологорозвідувальних свердловин у твердих породах за допомогою нового надтвердого матеріалу - гібридайт. Проведений аналіз літературних джерел показав, що найбільш ефективним інструментом для буріння твердих гірських порід на даний час є інструмент з комбінованою матрицею, оснащеною як синтетичними монокристалами алмазу так і полікристалічними матеріалами водночас. Охарактеризовано існуючі надтверді матеріали, які використовуються при оснащенні бурових коронок з комбінованою матрицею. Уперше створена математична модель процесу еволюції робочого профілю та з використанням розрахунку контактного тиску на поверхні алмазної коронки з комбінованою матрицею в процесі буріння геологорозвідувальних свердловин. Проведено в лабораторних умовах, за допомогою розроблених та удосконалених методик, порівняльні дослідження з взаємодії породоруйнівних вставок з гірською породою, та їх вплив на характер руйнування твердих гірських порід, а також досліджено вплив схеми оснащення робочого торця бурової коронки поро-доруйнівними вставками з гібридайту на роботоздатність алмазної бурової коронки з комбінованою матрицею. Вперше встановлено, що при руйнуванні твердих гірських порід вставками з гібридайту очевидний характер руйнування породи, притаманний сколюванню. Розроблені та передані до впровадження підприємству ДП «Центрукргеологія» для буріння геологорозвідувальних свердловин у твердих породах, комбіновані бурові коронки типу БТ-22, які оснащені синтетичними алмазами та породоруй-нівними вставками з гібридайту й мають високу механічну швидкість буріння і підвищену проходку в порівнянні із серійними коронками.
Диссертация посвящена вопросам повышения работоспособности алмазных буровых коронок с комбинированной матрицей при бурении геологоразведочных скважин в твердых породах с помощью нового сверхтвердого материала - гибридайт. Проведенный анализ литературных источников показал, что наиболее эффективным инструментом для бурения твердых горных пород в настоящее время является инструмент с комбинированной матрицей, оснащенной как синтетическими монокристаллами алмаза, так и поликристаллическими материалами одновременно. Обзор существующих сверхтвердых материалов, которые используются при оснащении буровых коронок с комбинированной матрицей, показал, что наиболее перспективным поликристаллическим сверхтвердым материалом является гибридайт. Разработана методика испытаний породоразрушающих вставок на износостойкость при разрушении различных горных пород, и усовершенствована методика изучения шероховатости поверхности забоя, сформированного при алмазном бурении, с помощью аналого-цифрового преобразователя и специально разработанной программы расчета параметров микропрофиля поверхности. Предложен новый подход к оценке распределения контактного давления по рабочей поверхности буровой коронки, основанный на численном анализе модельной контактной краевой задачи механики деформируемого твердого тела и учитывающий не только кинематику процесса бурения, но и специфику контактного взаимодействия инструмента с породой. С помощью численного моделирования рассчитаны значения интенсивности износа рабочей поверхности буровой коронки, достаточно близкие к наблюдаемым на практике результатам, что является убедительным аргументом в пользу адекватности предложенной математической модели и надежности представленных числовых данных. Проведена оценка износостойкости буровой коронки с армирующими породоразрушающего вставками, исследовано влияние их расположения на рабочий поверхности коронки. Получено уравнение для определения эффективного коэффициента износа рабочей поверхности коронки в зависимости от способа его армирования породоразрушающими вставками. Впервые предложена математическая модель эволюции рабочего профиля буровой коронки, которую можно использовать для оптимизации конструкции комбинированной матрицы, включая выбор профиля, оснащенность и применение породоразрушающих вставок с разной износостойкостью. Проведены в лабораторных условиях сравнительные исследования по взаимодействию породоразрушающих вставок с горными породами, и их влияние на характер разрушения твердых горных пород, а также исследовано влияние схемы оснащения рабочего торца буровой коронки породоразрушающими вставками из гибридайта на износостойкость и механическую скорость бурения. Впервые установлено, что использование породоразрушающих вставок из гибридайта в комбинированной матрице буровой коронки приводит к повышению износостойкости инструмента и увеличению механической скорости в процессе бурения твердых горных пород. Также было установлено, что в процессе работы вставок из гибридайта наблюдается эффект «самозатачивания», вследствие чего при бурении геологоразведочных скважин такой вставкой очевиден характер разрушения породы, присущий скалыванию, а именно с отделением от массива более крупных частиц шлама. Приведены результаты исследования влияния схемы оснащения рабочего торца вставками гибридайта на эффективность бурения твердых горных пород импрегни-рованными коронками. Установлено, что оснащение калибрующей части импрегни-рованной коронки вставками гибридайта способствует устранению ее аномального износа, а также приводит к повышению эффективности и механической скорости бурения крепких горных пород. Разработаны и переданы к внедрению на предприятии ГП «Центрукргеология» для бурения геологоразведочных скважин в твердых породах комбинированные буровые коронки типа БТ-22, которые оснащены синтетическими алмазами и породоразрушающими вставками из гибридайта и имеют повышенную работоспособность в сравнении с серийными коронками типа БС-06.
Thesis is devoted to improve efficiency of diamond drilling bits with a combined matrix while drilling exploration wells in hard rock with the help of the new superhard material - gibridayt. The analysis of the literature has shown that the most effective tool for drilling hard rock is now a tool with a combined matrix, equipped with both a synthetic diamond single crystal and polycrystalline materials at the same time. We characterize the existing superhard materials, which are used for equipping the drill bits with a combined matrix. For the first time a mathematical model of the process of evolution of the working surface of the combined drilling bit with using the calculation of contact pressure on the surface of the combined drilling bit has been created, which is based on the numerical analysis of the model of contact boundary value problem of solid and provides account for not only the kinematics of the drilling process, but also particularities of the contact interaction tool with rock. The comparative studies, having been conducted in lab environment, on the interaction of rock-breaking inserts with subsurface rocks, and their influence on the character of destruction of solid rocks, and also the influence of the circuit equipping the working end of the drilling bit of rock-breaking inserts gibridayt on resistance to abrasion and ROP has been explored. It has also been found out that the inserts from gibridayt an effect of «self-sharpening» is being observed during the operation, as a result of drilling exploration wells by using such insert the character of rock destruction is obvious, in particular the separation of larger solid particles of the slurry. Combined drilling bits such as BT-22 which are equipped with synthetic diamonds and rock-breaking inserts from gibridayt and have increasing efficiency comparing with serial bits has been developed and transferred for implementation at the enterprise «Centrukrgeologiya».

Дисертацію присвячено підвищенню ефективності поглиблення свердловин за результатами експериментальних досліджень впливу жорсткості та демпфування бурильного інструменту на руйнування гірської породи. На основі статистичної обробки результатів стендових досліджень одержано емпіричні залежності механічної буріння та енергоємності процесу руйнування гірської породи від характеристик бурильного інструменту за різних значень режимних параметрів буріння свердловин шарошковими долотами. Запропоновано багатофакторні емпіричні моделі механічної швидкості та енергоємності буріння свердловин на основі результатів планованого експерименту. Розроблено методики адаптації результатів експериментальних досліджень до промислових умов поглиблення свердловин шарошковими долотами.
Диссертация посвящена повышению эффективности бурения скважин на основании результатов экспериментальных исследований влияния жесткости и демпфирования бурильного инструмента на разрушение горной породы. В первом разделе приведен анализ исследований влияния характеристик бурильного инструмента на основные технико-экономические показатели бурения скважин и энергоемкость процесса разрушения горных пород. Во втором разделе предложено методику обработки аналоговых записей проходки на долото, состоящей из трех этапов: - выделение однородных по буримости интервалов разреза скважин; - определение статистических характеристик выборок значений механической скорости бурения на выделенных однородных участках и проверка соответствия этих выборок нормальному закону распределения; - выделение выборок значений механической скорости бурения, принадлежащих одной генеральной совокупности, с использованием статистической проверки параметрических гипотез. Предложена методика определения энергоемкости процесса разрушения горной породы по записям проходки и вращательного момента на долоте. Результаты стендовых исследований позволяют уточнить с учетом жесткости и демпфирования бурильного инструмента целевой критерий выбора оптимальных режимов бурения - максимум механической скорости проходки и предложить новый критерий - минимум энергоемкости процесса разрушения горной породы. В пятом разделе по результатам планируемого эксперимента предложены многофакторные эмпирические модели механической скорости и энергоемкости бурения скважин шарошечными долотами, которые учитывают режимные параметры, жесткость и демпфирование бурильного инструмента и имеют одинаковый качественный характер с моделями, полученными на основе анализа размерностей с использованием критериев подобия. Разработаны методики адаптации результатов стендовых экспериментальных исследований к условиям бурения нефтяных, газовых и дегазационных скважин.
The thesis is devoted to increase of efficiency of deepening of mining holes as a result of experimental researches of influencing of inflexibility and dampfenation of boring instruments on destruction of mountain breed. On the basis of statistical treatment of results of stand researches empiric dependences of mechanical are got boring drilling and energy capacity of process of destruction of mountain breed from descriptions of boring instrument at different values of regime parameters of the boring drilling of mining holes by roller cone bits. The multifactor empirical models of mechanical speed and energy capacity of the boring drilling of mining holes are offered on the basis of results of the planned experiment. The methods of adaptation of results of experimental researches to the industrial terms of deepening of mining holes are developed by roller cone bits.