Виброактивное разрушение.
Одной из проблем дальнейшего развития проходческой техники для горной промышленности является создание комбайнов, обеспечивающих проведение подготовительных выработок по крепким породам. В настоящее время на горных предприятиях работают преимущественно проходческие комбайны избирательного действия, имеющие стреловидный исполнительный орган, оснащенный резцовой коронкой или барабанным рабочим органом.
Конструктивные особенности этих машин наиболее отвечают технологии проведения выработок по углю и смешанным забоям и преимущественно используются на породах крепостью усж = 60 МПа. Попытки их применения для разрушения для разрушения более крепких пород за счет увеличения мощности привода и усовершенствования режущего инструмента не позволило создать эффективную конструкцию комбайна.
Параллельно создавались проходческие комбайны непрерывного действия, позволяющие заметно увеличить мощность привода на разрушение пород, использовать эффективно использовать шарошечный инструмент. Однако ограниченная область горно-технических условий их применения для проведения выработок не позволяет считать данное направления перспективным.
Одним из определяющих направлений создания комбайнов для крепких пород признан комбинированный способ, предусматривающий соединение традиционного механического резания с дополнительными динамическим, гидравлическим, вибрационным и другими воздействиями на разрушаемый массив. Такая комбинация силовых факторов позволила создать серию исполнительных органов к проходческим комбайнам избирательного действия, ориентированных на разрушение пород повышенной крепости.
Начиная с 1983 года на кафедре горных машин и комплексов ТулГУ совместно с институтом «ЦНИИПодземмаш» ведутся работы по созданию исполнительных органов стрелкового типа, сочетающих механическое разрушение с вибрационным воздействием на массив - виброактивных исполнительных органов. Назначение исполнительных органов данного типа состоит в обеспечении проведения выработок в смешанных забоях по углю и породным прослойкам крепостью усж ? 80 МПа.
Одним из путей решения проблемы разработки крепких пород является создание машины, привод которой позволяет получать кратковременные импульсы силы большой величины. Разрушение крепкой породы может быть достигнуто также путем воздействия кратковременными импульсами сравнительно небольшой величины, повторяющимися большое число раз, т.е. по сути дела, путем воздействия вибрационной силы.
Зона, породы подверженная воздействию вибрации, мала, но вследствие высокой частоты вибрации, проникновение рабочего органа в породу может происходить довольно быстро. Энергия, необходимая для разработки породы, зависит от размера зоны разрушения и степени разрушения материала.
С целью расширения технологических возможностей проходческих комбайнов избирательного действия кафедрой горных машин и комплексов ТулГУ совместно с институтом «ЦНИИПодземмаш» был предложен совершенно иной принцип активизации рабочего органа. В качестве генератора кратковременных импульсов было предложено использовать в приводах горных машин дифференциальные вибраторы крутильных колебаний.
Вибратор способен создавать на рабочем органе момент, изменяющийся по периодическому закону. В этом случае на рабочем органе машины возможно получение усилий, в отдельные промежутки времени значительно превышающих усилия от привода традиционного исполнения, что, в свою очередь, может повысить эффективность работы комбайна в крепких породах и увеличить производительность в более слабых породах.
На основании изложенного можно сделать вывод, что оснащение комбайнов виброактивными исполнительными органами является перспективным направлением совершенствования их конструкции, позволяющим повысить производительность до крепости пород усж=70...80 МПа.
3. Струйная технология и техника
Технология струйной цементации грунтов (далее по тексту СЦГ), которая отображает тему моей диссертационной работы, появилась практически одновременно в Японии, Италии, Англии. На сегодняшний день, машины, реализующие СЦГ, интенсивно эксплуатируются по всему миру, позволяя эффективно решать традиционные и новые технологические задачи в промышленном и гражданском строительстве, а также строительстве подземных сооружений.
Техническая идея СЦГ заключается в использовании энергии высокоскоростной струи водоцементного раствора для разрушения массива грунта и одновременного перемешивания получаемой массы. После твердения массы образуется новый материал - грунтобетон, обладающий достаточно высокими физико-механическими характеристиками.
В общем случае комплект технологического оборудования, необходимого для реализации технологии СЦГ состоит из следующих элементов:
- буровая установка;
- станция приготовления водоцементного раствора;
- водоцементный насос высокого давления.
Причем, особого внимания заслуживает именно буровая установка, к которой предъявляются специфические технологические требования. В то же время, остальные части комплекса оборудования, а именно, станция приготовления водоцементного раствора и водоцементный насос высокого давления выпускаются серийно как за рубежом, так и на отечественных предприятиях. Так в России, для нужд нефтяной промышленности, уже несколько десятилетий выпускаются станции приготовления водоцементного раствора и насосы высокого давления, обеспечивающие подачу водоцементного раствора к потребителю с давлением до 65 МПа.
Буровой самоходный станк СБГ-3320, который изготовлялся на Скуратовском экспериментальном заводе состоит базовой тележки с рамой 1, движителей хода 2, объемного гидропривода с насосами и моторами привода движителей правого и левого борта, вспомогательного насоса подпитки замкнутых гидросистем, стояночными тормозами с механизмом управления ими, а также установленной на раме ходовой тележки посредством механизма подвески 3, рамы податчика 4 с механизмами вращения 5 и подачи 6 бурового става вдоль оси скважины с гидравлическими моторами приводов этих механизмов 7 и 8, причем гидравлические моторы приводов вращения бурового става 7 и механизма его подачи 8 при бурении подключены к насосам правого и левого борта вместо гидромоторов приводов движителей, посредством двухпозиционных золотников, управление которыми объединено с механизмом управления стояночными тормозами.
Рис. 4. Общий вид буровой установки.
При выполнении стояночных тормозов с тормозными гидравлическими цилиндрами и золотником управления ими, двухпозиционные золотники выполняются с гидравлическим управлением, а входы в камеры управления золотниками соединяются магистралями с входом в рабочие гидроцилиндры стояночных тормозов.
Вспомогательный насос системы перемещения стрелы 9 навесного оборудования машины, сама эта система остаются без изменений и используются для выполнения вспомогательных операций.
Такое схемное и компоновочное решение позволяет в максимальной степени использовать энергетические возможности базовой машины и обеспечить безопасность при эксплуатации буровой установки.
На верхнем конце проходного шпинделя вращателя устанавливается гидросъемник 10 для подачи высоконапорной водоцементной суспензии.
Процесс бурения пилотной скважины и формирования закрепленного массива контролируется при помощи АСУ СЦГ.
Применение же серийно выпускаемых буровых установок для использования в составе комплекта оборудования СЦГ невозможно по ряду причин, основными из которых являются следующие:
- податчик буровой установки должен быть оснащен дополнительным устройством автоматизированного подъема буровой колонны с заданной скоростью, что является основным требованием для гарантированного качества работ в однородных грунтах - устройства колонн без разрывов, постоянным диаметром и необходимым содержанием цемента в единице объема грунта;
- водоцементный раствор к струеформирующим устройствам должен нагнетаться под высоким давлением по буровому ставу; обычная конструкция бурового става не обладает достаточной прочностью, а его соединения - герметичностью;
- необходимо наличие гидросъемника высокого давления - узла, через который водоцементный раствор, поступает из неподвижной высоконапорной магистрали во внутрь вращающейся буровой колонны.
Заключение
Современные экономические условия диктуют необходимость для каждого, отдельно взятого, горного предприятия обеспечения конкурентоспособности продукции и рентабельности, что возможно лишь в случае резкого повышения производительности основных работ, в том числе и бурения. Главным сдерживающим фактором, на пути повышения производительности является, недостаточная техническая скорость бурения.
Из анализа информационных источников посвященных технической стороне проблематики, возможно, сделать вывод, что дальнейшее увеличение производительности бурения традиционным путем, а именно, за счет увеличения энерговооруженности буровых машин не дает желаемого результата.
По существу породоразрушающий инструмент является проводником энергии разрушения между приводом буровой машины и забоем, от качества инструмента зависит эффективность ее передачи. Рост энерговооруженности оборудования увеличит загруженность инструмента, а, следовательно, еще более уменьшит его стойкость и надежность.
Для инструмента, одной из основных характеристик, во многом определяющей его срок службы, является прочность. Способ повышение прочности за счет применения высокопрочных материалов и сталей, с помощью которого, до недавнего времени и достигался значительный эффект исчерпал себя. Инструменты из материалов с теоретически необходимыми свойствами имеют неоправданную себестоимостью.
Как вывод можно отметить, что принципы совершенствования бурового инструмента, включающие как технические, так и технологические новации в целом, за последнее время практически исчерпаны.
Решение задачи реализации бурения с необходимыми параметрами связано, прежде всего, с созданием буровых машин нового технического уровня. Буровые машины нового поколения, это, прежде всего, новая концепция разрушения горных пород, новый вид взаимодействия инструмента с забоем, новый принцип подвода энергии разрушения к забою. Поиски возможных способов бурения ведутся постоянно, но теоретические исследования редко доходят до практического воплощения. Как правило, это связано с тем, что концептуально иные машины невозможно довести до серийного производства обычно в виду проблем финансирования работ по доводке экспериментальных установок для промышленного применения. С экономической точки зрения эффект от применения новейших технических разработок отступает перед традиционно-монопольными способами бурения. На сегодняшний день данная монополия сохраняется в виду инертности производственного потенциала и огромного морально-устаревшего парка применяемого оборудования механического бурения. Однако научо-технический потенциал уже может предложить новые технологии и технические решения кардинально способные изменить сложившуюся ситуацию «застоя» производительности бурения.
Подобное теоретическое сравнение дает возможность говорить о потенциале создания на данном этапе научно-технического развития горной техники, бурового оборудования способного значительно повысить скорости бурения, а также в несколько раз сократить массу машины в целом.
Список литературы:
1. Г.И. Грицко «О роли в экономике и о направлениях совершенствования угольных технологий». Журнал «Уголь», 1998, 9(с. 29-30).
2. Ковальчук А.Б. «Перспективы производства современной техники». Ж-л «Уголь», 2003, 4(38-39).
3. В.А. Бреннер, А.Б. Жабин, А.Е. Пушкарев «Гидроабразивное резание горных пород». М, 2003.
4. Статья «Совершенствование технологии и средств гидроабразивного резания крепких пород» В.Е. Бафталовский,2001.
5. В.А. Бреннер, И.П.Кавыршин «Виброактивное разрушение горных пород проходческими комбайнами». Тула, 2000.
6. Статья «К вопросу о проведении горных выработок в условиях неустойчивых горных пород» К.А. Головин. Тул. гос. ун-т, 2006.
Страницы: 1, 2
