Стенд для разрушения горных пород резанием и результаты исследования на нем блоков калийной руды

Приведены основные сведения о разрушении горных пород резцами добычных машин. Указано, что данный процесс стоит рассматривать как случайный, описываемый соответствующими характеристиками, количественная оценка которых возможна посредством использования экспериментального метода исследований, например, на лабораторных стендах. Таким образом, задача разработки и создания лабораторных стендов, с помощью которых можно экспериментально исследовать процесс разрушения горных пород резанием, является актуальной научной задачей и представляет практический интерес. Описаны методика и стенд для определения силовых и энергетических параметров процесса разрушения горных пород одиночным резцом. Показано, что основным параметром, влияющим на процесс резания, является отношение шага резания к толщине стружки. Приведены результаты стендовых испытаний процесса разрушения блоков калийной руды одиночным резцом, которые позволили определить зависимости изменения средних сил резания на одиночном резце, удельных затрат энергии и массовой доли классов крупностью «–0,25 мм» в продуктах разрушения от толщины стружки. Выявлен оптимальный диапазон отношения шага резания к толщине стружки, при котором наблюдается минимум удельных затрат энергии при разрушении блоков калийной руды одиночным резцом.

Шишлянников Д. И., Грибов Д. С., Просовский К. А., Тюбеев И. Х., Ситников Д. А. Стенд для разрушения горных пород резанием и результаты исследования на нем блоков калийной руды // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 10. – С. 78–91. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_10_0_78.

Исследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № ФСНМ-2023-0005).

Шишлянников Дмитрий Игоревич¹ — д-р техн. наук, доцент, профессор, e-mail: dish844@gmail.com,
Грибов Дмитрий Сергеевич² — начальник горного отдела, e-mail: dmitriy.gribov@mail.ru,
Просовский Константин Александрович² — ведущий инженер, e-mail: prosovskij86@mail.ru,
Тюбеев Ибрагим Хизирович¹ — учебный мастер, e-mail: tyubeev2001@mail.ru,
Ситников Дмитрий Александрович¹ — лаборант, e-mail: stdm2023@mail.ru,
¹ Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
² АО «ВНИИ Галургии».

Грибов Д.С., e-mail: dmitriy.gribov@mail.ru.

1. Шишлянников Д. И. Совершенствование оборудования и режимов работы проходческоочистных комбайнов калийных рудников как энергоэффективных объектов функционирования. Автореф. дис. … докт. техн. наук. — СПб., 2021. — 273 с.

2. Казаченко Г. В., Басалай Г. А., Гридюшко Д. В. О разрушении горных пород механическим резанием // Горная механика и машиностроение. — 2022. — № 1. — С. 86—91.

3. Трушкин О. Б., Акчурин Х. И. Давление резцов pdc на пластично-хрупкую горную породу в процессе ее разрушения // Записки Горного института. — 2020. — Т. 244. — С. 448—453. DOI: 10.31897/PMI.2020.4.7.

4. Максимов А. Б. Повышение количества обогатимых классов в калийной руде, добываемой проходческо-очистными комбайнами «Урал-20Р» // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. — 2018. — Т. 1. — С. 116—122.

5. Максимов А. Б. Обоснование параметров породоразрушающих исполнительных органов и погрузочного оборудования проходческо-очистных комбайнов «Урал 20Р». Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2019. — 18 с.

6. Жабин А. Б., Аверин Е. А., Поляков А. В. Показатель эквивалентной прочности горных пород // Горная промышленность. — 2018. — № 5. — С. 112—115. DOI: 10.30686/1609-91922018-5-141-112-115.

7. Shishlyannikov D. I., Suhanov A. E. Improvement of rock-breaking tools of heading-and-winning machine of potash mines // E3S Web of Conferences. 2020, vol. 177, article 03018. DOI: 10.1051/ e3sconf/202017703018.

8. Прушак В. Я., Высоцкая Н. А., Казаченко Г. В. Методика расчета мощностного баланса проходческого комбайна с соосными роторами и комбинированными исполнительными органами // Актуальные вопросы машиноведения. — 2017. — № 7. — С. 273—276.

9. Averin E. A., Zhabin A. B., Polyakov A. V., Linnik Y. N., Linnik V. Y. Preliminary assessment of roadheaders efficiency based on empirical methods and index of equivalent rock strength // Mining of Mineral Deposits. 2019, vol. 13, no. 3, pp. 113—118. DOI: 10.33271/mining13.03.113.

10. Попова М. С., Харитонов А. Ю. Автоматизация процесса исследования механизма разрушения горной породы резцом // Справочник. Инженерный журнал. — 2023. — № 8 (317). — С. 23—27. DOI: 10.14489/hb.2023.08.pp.023-027.

11. Андреева Л. И., Красникова Т. И., Ушаков Ю. Ю. Методология формирования эффективной системы обеспечения работоспособности горной техники // Известия вузов. Горный журнал. — 2019. — № 5. — С. 92—106. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-5-92-106.

12. Нескоромных В. В., Пушмин П. С., Попова М. С. Влияние поверхностно-активных веществ на искривление скважин при бурении в анизотропных горных породах // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2020. — Т. 331. — № 9. — С. 146—158. DOI: 10.18799/24131830/2020/9/2819.

13. Жабин А. Б., Поляков А. В., Аверин А. Е., Линник Ю. Н., Линник В. Ю. Об учете неоптимальных режимов резания горных пород тангенциальными резцами // Уголь. — 2019. — № 7. — С. 20—24. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-7-20-24.

14. Арсентьев Ю. А., Соловьев Н. В., Назаров А. П. Обоснование основных параметров механизма разрушения горных пород и конструктивных элементов лопастных долот // Инженернефтяник. — 2019. — № 2. — С. 13—20.

15. Евстратов В. А., Воронова Э. Ю., Апачанов А. С., Григорьев В. И., Сухарникова В. А., Бреславцева И. В. Повышение эффективности шнековых модулей горных машин // Горное оборудование и электромеханика. — 2021. — № 2 (154). — С. 42—47. DOI: 10.26730/1816-4528-2021-242-47.

16. Шишлянников Д. И., Трифанов М. Г., Трифанов Г. Д. Оценка нагруженности приводов комбайнов «Урал-20Р» при двухстадийной разработке забоя // Записки Горного института. — 2020. — Т. 242. — С. 508—512. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.508.

17. Давиденко А. М., Хоменко В. Л. Планетарные породоразрушающие конструкции и возможности их применения в алмазном бурении // Научный вестник Национального горного университета . — 2020. — № 4. — С. 75—78.

18. Tuncay E., Özcan N. T., Kalender A. An approach to predict the length-to-diameter ratio of a rock core specimen for uniaxial compression tests // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2019, vol. 78, no. 7, pp. 5467—5482. DOI: 10.1007/s10064-019-01482-6.

19. Gao M., Zhang K., Zhou Q., Zhou H., Liu B., Zheng G. Numerical investigations on the effect of ultra-high cutting speed on the cutting heat and rock-breaking performance of a single cutter // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2020, vol. 190, article 107120. DOI: 10.1016/j.petrol. 2020.107120.

20. Li H. S., Liu S. Y., Xu P. P. Numerical simulation on interaction stress analysis of rock with conical picks // Tunnelling and Underground Space Technology. 2019, vol. 85, pp. 231—242. DOI: 10.1016/j.tust.2018.12.014.

21. Габов В. В., Нгуен К. Л., Нгуен В. С., Ле Т. Б., Задков Д. А. Обоснование геометрических и режимных параметров шнековых исполнительных органов, обеспечивающих эффективность погрузки угля на забойный конвейер // Уголь. — 2018. — № 2. — С. 32—35. DOI: 10.18796/00415790-2018-2-32-35.

22. Chang C., Yang Y., Ren H., Cai C., Liu Y., Yang M. Investigation of the cross-cutting polycrystalline diamond compact bit drilling efficiency // Shock and Vibration. 2021, vol. 30, pp. 15—27. DOI: 10.1155/2021/8841255.