Метод расчета ударного разрушения горных пород

Для создания ударных инструментов с рациональными параметрами необходим метод расчета показателей разрушения, основанный на исследовании динамики рабочего процесса с использованием математических моделей, учитывающих взаимодействие бойка с инструментом и изменение напряженного состояния горного массива во времени. Такой метод представлен в настоящей работе. Показано его практическое применение, заключающееся в расчете показателей процесса ударного разрушения в зависимости от различных факторов. Установлена нагрузка ударного инструмента в зависимости от его упругих свойств, геометрических параметров и скорости удара. Найдены зависимости нагрузки от времени. Показано, что эти зависимости имеют ступенчатый характер, обусловленный распространением упругих волн вдоль стержней. Приведен пример расчета параметров разрушения горного массива ударным инструментом, при этом объем разрушенного материала определялся на основе прочностного критерия Морозова–Петрова. Установлены зависимости объема разрушения массива ударным инструментом от прочности пород на сжатие, высоты и ширины скола и угла приложения нагрузки. Таким образом, разработанный метод ударного разрушения горных пород позволяет рассчитывать кинетику процессов динамического нагружения и разрушения горного массива и определять при этом величины, необходимые для оценки эффективности.

Жабин А. Б., Лавит И. М., Поляков Ан. В., Поляков Ал. В. Метод расчета ударного разрушения горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 7. – С. 5–19. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_7_0_5.

Жабин Александр Борисович¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: zhabin.tula@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-5305-4908,
Лавит Игорь Михайлович¹ — д-р физ.-мат. наук, профессор, e-mail: IgorLavit@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-8683-5943,
Поляков Андрей Вячеславович² — д-р техн. наук, доцент, эксперт, e-mail: polyakoff-an@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-0067-6954,
Поляков Алексей Вячеславович² — канд. техн. наук, эксперт, e-mail: polyakoff-al@mail.ru, ORCID ID: 0009-0006-6076-6958,
¹ Тульский государственный университет, 
² ООО «Единый консалтинговый холдинг».

Жабин А.Б., e-mail: zhabin.tula@mail.ru.

1. Щербаков И. П., Веттегрень В. И., Мамалимов Р. И. Механизм разрушения горных пород под действием ударных волн // Физика Земли. — 2020. — № 5. — С. 23—35. DOI: 10.31857/S0002333720050099.

2. Ушаков Л. С., Котылев Ю. Е., Кравченко В. А. Гидравлические машины ударного действия. — М.: Машиностроение, 2000. — 416 c.

3. Каманин Ю. Н., Ределин Р. А., Кравченко В. А. Моделирование разрушения скальных пород гидравлическим устройством ударного действия // Горное оборудование и электромеханика. — 2017. — № 2 (129). — С. 30—34.

4. Жорник А. И., Киричек В. А. Динамическая задача о полубесконечной трещине, движущейся в упругом пространстве // Прикладная механика и техническая физика. — 2018. — № 2. — С. 209—217. DOI: 10.15372/PMTF20180221.

5. Атагелдиев К. Т., Бахтыбаев Н. Б., Абиль О. А. Динамическое разрушение горных пород: экспериментальные и численные методы // Горный журнал Казахстана. — 2025. — № 1. — С. 12—16. DOI: 10.48498/minmag.2025.237.1.008.

6. Жуков И. А., Тимофеев Е. Г. Математическое и компьютерное моделирование ударных процессов в стержневой системе машин ударного действия // Современные наукоемкие технологии. — 2020. — № 12 (1). — С. 43—49. DOI: 10.17513/snt.38409.

7. Ляпцев С. А., Степанова Н. Р. Параметры многомассового ударного механизма для разрушения горных пород // Фундаментальные исследования. — 2014. — № 12 (8). — С. 1649—1651.

8. Klishin V. I., Opruk G. Y., Pavlova L. D. Active prefracture methods in top coal caving technologies for thick and gently dipping seams // Journal of Mining Science. 2020, vol. 56, pp. 395—403. DOI: 10.1134/S1062739120036689.

9. Li T., Marigo J. J., Guilbaud D. Numerical investigation of dynamic brittle fracture via gradient damage models // Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences. 2016, vol. 3, article 26. DOI: 10.1186/s40323-016-0080-x.

10. Nhon Nguyen-Thanh, Hung Nguyen-Xuan, Weidong Li Phase-field modeling of anisotropic brittle fracture in rock-like materials and polycrystalline materials // Computers & Structures. 2024, vol. 296, article 107325. DOI: 10.1016/j.compstruc.2024.107325.

11. Гаранин В. Н., Юницкий А. Э., Артюшевский С. В., Овсянко В. А., Пронкевич С. А. Разработка компьютерной модели разрушения неоднородного материала // Труды БГТУ. Сер. 3. Физико-математические науки и информатика. — 2022. — № 1 (254). — С. 28—37.

12. Ming Zhou, Lan Qiao, Qingwen Li, Shuang Yang and Zhenping Huang Research on the conversion relationship between dynamic point load strength and dynamic compressive strength based on energy system // Shock and Vibration. 2022, vol. 2, p. 10.

13. Kozyrev A., Kasparyan E., Fedotova Iu., Kuznetcov N. The specificities of deformations and failures of highly stressed hard rock massifs // E3S Web of Conference. 2019, vol. 129, article 01010. DOI: 10.1051/e3sconf/201912901010.

14. Laura De Lorenzis, Alexander Düster Modeling in engineering using innovative numerical methods for solids and fluids // CISM International Centre for Mechanical Sciences. Courses and Lectures. 2020, vol. 599, 220 р. DOI: 10.1007/978-3-030-37518-8.

15. Gerasimov T., Römer U., Vondřejc J., Matthies H. G., De Lorenzis L. Stochastic phase-field modeling of brittle fracture: Computing multiple crack patterns and their probabilities // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2020, vol. 372, article 113353. DOI: 10.1016/j.cma.2020.113353.

16. Shi H., Chen W., Zhang H., Song L., Li M., Wang M., Lu P. Dynamic strength characteristics of fractured rock mass // Engineering Fracture Mechanics. 2023, vol. 292, no. 15, article 109678. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2023.109678.

17. Zhang L., Wang E., Liu Y., Yue W., Chen D. Experimental research into the dynamic damage characteristics and failure behavior of rock subjected to incremental repeated impact loads // Engineering Geology. 2024, vol. 331, article 107435. DOI: 10.2495/SUSI140311.

18. Жабин А. Б., Лавит И. М., Поляков А. В., Керимов З. Э. Математическая модель взаимодействия бойка и инструмента при ударном разрушении горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 7. — С. 94—103. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-7-0-94-103.

19. Жабин А. Б., Лавит И. М., Поляков А. В., Керимов З. Э. Математическая модель разрушения горных пород ударным инструментом // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 11. — С. 140—150. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-11-0-140-150.

20. Mohammadnejad M., Liu H., Chan A., Dehkhoda S., Fukuda D. An overview on advances in computational fracture mechanics of rock // Geosystem Engineering. 2021, vol. 24, pp. 206—229. DOI: 10.1080/12269328.2018.1448006.

21. Геллер Ю. А. Факторы, влияющие на процесс разрушения грунтового и горного массива // Вестник Забайкальского государственного университета. — 2021. — Т. 27. — № 5. — С. 17—25. DOI: 10.21209/2227-9245-2021-27-5-17-25.

22. Азимов А. М., Жуков И. А. Повышение энергоэффективности гидромолотов, применяемых при разрушении негабаритов горных пород, на основе эффекта влияния геометрии элементов ударного узла // Горная промышленность. — 2025. — № 3. — С. 71—79. DOI: 10.30686/1609-9192-2025-3-71- 79.

23. Линник Ю. Н., Линник В. Ю. Анализ способов оценки сопротивляемости горных пород разрушению при динамическом приложении нагрузки // Горное оборудование и электромеханика. — 2025. — № 1 (177). — С. 39—46. DOI: 10.26730/181-4528-2025-1-39-46.

24. Крамаренко Н. В. Методы подобия в механике. Анализ размерностей. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2020. — 212 с.

25. Морозов Н. Ф., Петров Ю. В. Проблемы динамики разрушения твердых тел. — СПб.: СПбГУ, 1997. — 132 с.