Механічний спосіб руйнування

Механічний спосіб руйнування полягає в руйнуванні зв'язків між частинами породи без перетворення їх в інший агрегатний стан, наприклад, газоподібний.

Механічний спосіб руйнування реалізується частіше через взаємодію виконавчих органів гірничих машин (барабанів, коронок, шарошок, долот і т.і.) з гірським масивом.

Розглянемо основні механічні способи руйнування.

Статико-динамічний спосіб руйнування - пов'язаний з генерацією постійного зусилля подачі різця на виконавчому робочому органі і наступної генерації динамічної сили різання, наприклад, обертанням корончатого виконавчого органа комбайна.

Спосіб вібраційного руйнування -частіше впроваджується в практику буріння свердловин. Його суть полягає в тому, що крім звичайного обертального буріння руйнуючий інструмент здійснює коливання невеликої амплітуди, але значної частоти (100…250 Гц), яка створюється спеціальним механічним вібратором.

Спосіб ультразвукового руйнування - це також вібраційний спосіб, але з великою частотою (10 000…20 000 Гц). Коливання створюються спеціальним генератором ультразвукових коливань.

В основу принципу дії такого генератора покладений зворотний п'єзоелектричний ефект, який полягає в деформації п'єзокристалів під дією зовнішнього електричного поля,

або прямий магнітострикційний ефект який полягає в деформації тіла при його намагнічуванні.

Магнітострикційний перетворювач - електроакустичний перетворювач в якому енергія змінного магнітного поля перетворюється в енергію ультразвукових коливань. Застосовується як випромінювач ультразвуку. За магнітострикційні матеріали застосовуються нікель ряд феритів (CoFe2O4, NiFe2O4 та інші).

П'єзоелектричні матеріали - кристалічні речовини (діелектрики) з добре вираженим п'єзоефектом. Вони розподіляються на монокристали (кварц, сегнетова сіль) та полікристалічні сегнетоелектричні тверді розчини, які спочатку синтезуються а потім поляризуються в електричному полі - п'єзокераміка (наприклад, титанат барію).

Сегнетоелектрики - кристалічні матеріали, які мають особливі властивості в певному діапазоні температур, що визначається точкою Кюрі.

Точка Кюрі (фр. вчений П'єр Кюрі (Марія Складовська- Кюрі) 1859-1906)- в якій при певній температурі сегнетоелектрики втрачають свої властивості.

Підривний спосіб - має широке застосування і сьогодні, хоч і не є екологічно доцільним, проте він економічно раціональний.

Спосіб гідравлічного руйнування реалізується струменем води високого тиску (10 МПа) на відкритих роботах та гідрошахтах за допомогою гідромоніторів. Сьогодні розроблені установки по використання струменю надвисокого тиску (100..4000 МПа), які можуть руйнувати породу будь-якої міцності.

Спосіб електрогідравлічного руйнування гірських порід полягає в генерації електричного розряду (стовбура плазми) в воді (ефект Юткіна).

Імпульсно-хвильовий спосіб руйнування.

Імпульсно-хвильове руйнування гірських порід основано на прикладенні виконавчими органами періодичних силових імпульсів до породи з утворення в ній хвильових полів значної потужності, з виникненням в гірській породі руйнуючих напружень стиснення та розтягнення.

В світовій практиці виконавчі органи імпульсно-хвильового руйнування – гідромолоти навісні на прохідницькі маніпулятори побудовані на основі теорії статико-динамічного руйнування гірських порід, в якій характеристики вибою мають статистичний характер, а елементи конструкції та їх функції в більшості - детермінований. Процес розподілу енергії в ударних механізмах та механізмах пов'язаний з можливістю досягнення максимальних значень енергії удару та імпульсу, без врахування можливості врахування зміни статистичних характеристик вибою в реальному масштабі часу і забезпечення необхідного рівня екології. Тому існуючі машини і механізми не мають керованих в автоматичному режимі структури та параметрів з адаптацією до змінних статистичних характеристик вибою. Основні центри досліджень імпульсно-хвильового руйнування та створення ударних робочих органів - фірм “Krupp” (Німеччина), “Caterpillar” (США), “Furukawa” та “Komatsu” (Японія), “Rammer” та “Roxon” (Фінляндія) та інших на прохідницьких щитових комплексах типу “Wirth” (Німеччина), екскаваторах “Libher” (Німеччина), “Volvo” (Швеція), “Hitachi” (Японія). За даними патентної та науково-технічної інформації ці фірми активно вели і ведуть пошук в області створення ефективних ударних робочих органів та оптимальних систем керування, зокрема за допомогою бортових комп’ютерів, на основі існуючих теорій руйнування, які не враховують принципи і закономірності адаптації, необхідної для забезпечення оптимальності процесу раціонального руйнування гірських порід.

Кафедрою електромеханічного обладнання енергоємних виробництв НТУУ “КПІ” розроблені елементи теорії імпульсно-хвильового руйнування, яка включає проведення досліджень детермінованих і статистичних процесів ударної взаємодії. Це дозволяє розробити системи інтелектуального керування процесом імпульсно-хвильового руйнування гірських порід маніпулятором прохідницького комплексу і дозволяє розв’язати проблему взаємодії в системі “людина –прохідницький комплекс - вибій”, з виведенням людини за межі вибою та автоматизованим керуванням комплексом з мінімізацією енерговитрат та максимальною дією на гірські породи при проходці.

Дата добавления: 2014-01-04