Ударное разрушение хрупких сред при образовании в них отверстий без поворота инструмента

• Автор: Губанов, Евгений Федорович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 174 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ УДАРНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
1.1 Закономерности взаимодействия инструмента с горной породой при ударном бурении лезвийным инструментом
1.2 Формы инденторов бурового инструмента, анализ направления безлезвийности при создании ударного инструмента
1.3 Идея бесповоротного бурения крепких горных пород, анализ накопленных результатов
1.4 Постановка задач исследования
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА БЕСПОВОРОТНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ В МАССИВАХ ХРУПКИХ СРЕД
2.1 Напряжения и деформации упругого полупространства при решении пространственных контактных задач
2.2 Основные соотношения между осевым воздействием, нормальным давлением и смещением для штампов простейших форм
2.3 Влияние силы, действующей вне штампа на нормальное давление под ним и его смещение
2.4 Генерирование упругих волн деформаций в волноводах, оценка их параметров для целей разрушения хрупких сред
2.5 Исследование напряженного состояния массива вблизи отверстий в зависимости от их формы и количества
2.6 Выводы
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ТЕОРИИ СИМУЛЬТАННОГО РАЗРУШЕНИЯ ХРУПКИХ СРЕД

3.1 Экспериментальные стенды и методика проведения лабораторных исследований
3.2 Закономерности внедрения в хрупкую среду при статическом нагружении
инструментов с различным числом и расположением инденторов
3.3 Закономерности внедрения в хрупкую среду при динамическом нагружении бурового инструмента
3.4 Выводы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА СРЕДСТВ БУРЕНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ НОВЫХ РЕШЕНИЙ В ПРАКТИКЕ ГОРНОГО ДЕЛА
4.1 Обоснование схем и конструкций нового бурового инструмента
4.2 Обоснование новой бурильной машины, способной производить шпуры без вращения инструмента
4.3 Обоснование нового способа отделения горных пород от массивов при добыче полезных ископаемых
4.4 Разработка нового бурового агрегата для строчного бурения шпуров
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Все применяемые в настоящее время шпуровые бурильные машины создаются по одной из трех кинематических схем, обеспечивающих: вращательно-поступательное движение инструмента (вращательное бурение), вращательно-поступательное движение инструмента с одновременным нанесением по нему ударов (вращательно-ударное бурение), дискретные повороты инструмента с нанесением по нему ударов (ударно-поворотное бурение). Для всех названных способов бурения и применяемых машин характерным является поворот инструмента вокруг его собственной оси, неизбежно приводящий к абразивному износу лезвий. За всю историю существования техники бурения шпуров, техники сверления разнообразных сред вращение или дискретный поворот инструмента вокруг его оси считались абсолютно необходимыми. В технике неизвестны устройства, изобретения, которые бы обеспечивали создание глубоких отверстий выбуриванием среды без вращения инструмента. Исключение составляют продавливающие машины, уплотняющие среду, и сложные механические системы со специальным приводом, располагающиеся внутри проводимых выработок.
В середине XX века получил применение буровой инструмент, оснащенный инденторами, имеющими форму тел вращения с гладкими поверхностями, который получил название безлезвийный. Экспериментальные исследования, проведенные с безлезвийным инструментом показали, что такой важный параметр, как угол поворота между ударами, не оказывает какого-либо серьезного влияния на производительность бурения. Оказалось возможным создание такого геометрического расположения инденторов на торце инструмента, когда разрушение всего забоя может быть произведено за один удар. Удаление разрушенного материала и нанесение следующего удара способно продвинуть инструмент вдоль его оси без поворота вокруг нее. Возможность такого способа разрушения забоя и проникание инструмента внутрь массива подтвердились специально поставленными экспериментами, проведенными в 1983-1988гг.'по инициативе профессора Л.Т.Дворникова во

Известно [26, 58, 81], что все компоненты напряжений и перемещений в полупространстве, на которое воздействует штамп, определяются следующей системой уравнений:
1 "гд<р , г д<р
и = - —с/г +-------------—,
2 * дх 2(~у)дх

2 ду 2(1 - V) ду ’

2 • 9” ч = —ср +
2(1 - у) дг’ уЕ д<р (1-2 у)Е}д2<р
”я2~ , Ег дг<р <1г + -

1-й2 дг 2(1-у2) ^дх2 2(1 - и2) дх2’ Ег д2<р

Туг 2(1 -у2)дудг’
уЕ д(р (1-2 у)Е°гд2<р
(0<^сіг + ^ 2 ^2 ^ °'’~~Т^1к~(-у2)~дуГ 2 + 2(1 -и2) ду2 ’

2(1-и2) дгдх' (-2у)Е г д2<р
СІ.2 + -
Ег д2(р
Хху " 2(1 - у2) {дхду~‘ ' 2(1 -у2)дхду"
^ (1 + у)Е д<р + £ - г Э2^
2(1 - у) дг 2(1 — V ) дг
В системе уравнений (12) приняты обозначения:
и, V, V/ - проекции смещения точки и (см. рисунок 21) на неподвижные координаты осей х, у,
Ох, сту, ст-/ - составляющие тензора напряжений в прямоугольных координатах (нормальные);
тху, Ту?, Тгх - составляющие тензора напряжений в прямоугольных координатах (касательные);
V - коэффициент Пуассона;
Е - модуль продольной упругости;