Направленный разрыв природного камня ударным воздействием через пластичное вещество в шпуре

• Автор: Тамбовцев, Павел Николаевич
• Шифр специальности: 05.05.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 103 с. : ил.

ГЛАВА 1. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ, СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1Л. Способы разрушения строительных горных пород, обоснование эффективности разрушения пластичным веществом
1.2. Анализ конструкций пневмоударных машин
1.3. Цели и задачи исследований
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРЫВА СТЕНОК ШПУРА ПЛАСТИЧНЫМ ВЕЩЕСТВОМ
2.1 Поведение пластичного вещества в шпуре при ударных нагрузках
2.2 Экспериментальная оценка соотношения между энергией удара, максимальным давлением в столбе пластичного вещества и его размерами
2.3 Расчетная оценка энергии удара, необходимой для образования начальной трещины
2.4 Факторы, влияющие на направленность разрыва и энергию удара, необходимую для образования трещины в породе
Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПНЕВМОУДАРНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ РАЗРЫВА СТРОИТЕЛЬНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД ПЛАСТИЧНЫМ ВЕЩЕСТВОМ
3.1. Обоснование выбора типа машины, конструкция, стратегия расчета
3.2. Расчет мембранного узла
3.3. Предварительная оценка значений основных конструктивных параметров мембранного пневмомолота
3.4. Математическая модель динамики пневмомолота
3.5. Инженерный расчет Выводы
ГЛАВА 4. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ
4.1. Экспериментальные исследования узлов мембранной пневмоударной машины в лабораторных условиях

4.2. Полевые исследования процесса разрушения гранита
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Актуальность темы. В последние годы в России интенсивно развивается промышленность природного камня, что связано с возрастающей потребностью использования его в строительстве и архитектуре. Основные затраты в камнепроизводстве ложатся на добычные работы. В настоящее время природный камень добывают в основном буровзрывным, камнерезным и буроклиновым способами. Этим технологиям в разной степени свойственны известные недостатки - значительные потери и повреждения камня, высокая себестоимость продукции, большая трудоемкость работ. В последние годы в практику внедряется, разработанный коллективом ученых ИГД СО РАН под руководством д.т.н. Чернова О.И. - метод добычи блоков с использованием ориентированного гидроразрыва, однако его применение затруднительно в трещиноватых породах. Попадая в случайные трещины, жидкость легко меняет направление разрыва, образуя неровные поверхности. В этом отношении перспективным является создание магистральных трещин в породе путем ударного внедрения инструмента в шпур, заполненный пластичным веществом. Благодаря высокой вязкости пластичное вещество игнорирует случайные трещины и распространяется по магистральной, обеспечивая качественный разрыв камня.
Первые предложения по разрушению твердых пород ударным воздействием через пластичное вещество в шпуре сделаны в ИГД СО РАН д.т.н. Кю Н.Г. Различные варианты этого способа защищены патентами, однако, широкого практического признания данное направление пока не получило. В известной мере это обусловлено недостаточной изученностью особенностей ударного воздействия на породу через столб пластичного вещества, а также отсутствием специализированных устройств для промышленного использования метода. Поэтому задача его развития и совершенствования весьма актуальна.
Цель диссертационной работы состоит в обосновании и разработке технических средств, обеспечивающих применение метода направленного разрыва природного камня ударным воздействием через пластичное вещество в шпуре.
Основная идея работы заключается в осуществлении направленного разрыва породы ударным воздействием через пластичное вещество клиновидным инструВторой путь используется в машинах, предназначенных для погружения в грунт стержней, труб и т. п. (“Тайфуны”, “Пумы” и др.). Здесь машину “привязывают” к погружаемому элементу и силы отдачи уравновешиваются силами трения забиваемого элемента о грунт. При этом важно, что длительность неустойчивого процесса, когда погружаемый элемент затравливается в грунт, существенно не влияет на общую производительность работы, т. к. в десятки раз меньше продолжительности процесса основного погружения элемента на всю длину (10-40л<).
Устранение отдачи возможно в двух случаях: когда разгон ударника на рабочий ход осуществляется реактивной силой, или за счет гравитации. Естественно, в нашем случае реален второй вариант.
Анализ существующих пневмоударных устройств показал, что известные конструкции не удовлетворяют требованию отсутствия отдачи. В качестве решения поставленной задачи предлагается конструкция мембранного пневмомолота, показанная на рисунке 3.1. Она включает ударник 1, направляющий цилиндр 2 для движения ударника 1, боек 6, корпус 7 узла подъема ударника, рабочую камеру 13, образованную мембранами 12 и ободом 15, распределительную полость 9 и золотник 11. Боек 6 установлен с возможностью осевого смещения относительно корпуса 7, направляющей 8 и концевой 5 втулок. Такая компоновка конструкции обеспечивает центральный жесткий удар по торцу забиваемого инструмента, при минимальных потерях ударного импульса в корпусе машины. Распределительное устройство выполнено в виде кольцевого золотника 11, взаимодействующего с ударником 1 через отверстие в корпусе 7. Концевая втулка 5 позволяет устанавливать машину неподвижно на торце инструмента.
Перед работой машину устанавливают на верхнем торце инструмента 4, при этом ударник 1 и золотник 11 находятся в нижнем положении, а боек 6 - в верхнем положении, относительно корпуса 7. При включении сжатый воздух поступает в рабочую камеру 13 через полость 9 и отверстие в корпусе 7.
Из нижнего положения под давлением воздуха ударник 1 начинает движение вверх, накапливая кинетическую энергию до момента отрыва его от мембраны 12. В этот момент происходит разгерметизация камеры 13 и выхлоп сжатого воздуха в