ГОРНЫЕ МАШИНЫ

УДК 622.23.054:51-74(51-37) © А.Б. Жабин, А.В. Поляков, Е.А. Аверин, Ю.Н. Линник, В.Ю. Линник, 2019

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 9-2019 /1122/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-9-24-28

Название

Пути развития теории разрушения углей и горных пород резцовым инструментом

Авторы

Жабин А.Б., доктор техн. наук, действительный член Академии горных наук (АГН), президент Тульского регионального отделения межрегиональной общественной организации Академия горных наук (ТРО МОО АГН), профессор Тульского государственного университета, 300012, г. Тула, Россия, e-mail: zhabin.tula@mail.ru

Поляков А.В., доктор техн. наук, академический советник АГН, ТРО МОО АГН, профессор Тульского государственного университета, 300012, г. Тула, Россия, e-mail: polyakoff-an@mail.ru

Аверин Е.А., канд. техн. наук, инженер-конструктор ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод», 300911, г. Тула, Россия, e-mail: evgeniy.averin.90@mail.ru

Линник Ю.Н., доктор техн. наук, профессор Государственного университета управления, 109542, г. Москва, Россия, e-mail: vy_linnik@guu.ru

Линник В.Ю., доктор экон. наук, доцент Государственного университета управления, 109542, г. Москва, Россия, e-mail: vy_linnik@guu.ru

Аннотация

Угольная промышленность России в настоящее время нуждается в техническом и технологическом перевооружении, опирающемся на новейшие достижения науки. Одной из важнейших проблем является совершенствование технических средств разрушения углей и вмещающих горных пород, которые представлены очистными и проходческими комбайнами, оснащенными тангенциальными резцами в качестве породоразрушающего инструмента. Для ее успешного решения необходимо иметь достаточно точные и надежные расчетные методы для определения усилий, возникающих на резцах в процессе их взаимодействия с горным массивом. Использование в расчетах нагруженности механического инструмента классических прочностных критериев, таких как пределы прочности горных пород на сжатие, растяжение, контактная прочность и другое, не всегда отражает реальные процессы разрушения. Современные представления о разрушении материалов базируются на положениях механики разрушения, рассматривающей разрушение как процесс роста трещины с учетом напряженного состояния в ее вершине. Распространение расчетных методов, основанных на данных представлениях, сдерживается недостаточным пониманием большинством специалистов, какими методами и как следует пользоваться при расчетах нагруженности резцового инструмента и определении необходимых для расчета значений параметров. Представленная статья направлена на устранение указанного пробела.

Иллюстрации:

Рис. 1. Методы определения вязкости разрушения при растяжении

Рис. 2. Геометрические размеры цилиндрического образца: D – диаметр образца; W – длина образца; θ - центральный угол шеврона; a₀ – расстояние от торца до вершины шеврона; W – a₀ – длина шеврона; t – толщина паза (щели); а – длина трещины; а₁ – максимальная глубина стороны шеврона

Рис. 3. Диаграмма для определения поправочного коэффициента: F – нагрузка, действующая на образце в процессе испытания; CMOD (crack mouth opening displacement) – величина раскрытия трещины; А, B, C и D – характерные точки, соответствующие циклам нагружения образца

Ключевые слова

Разрушение, горные породы, уголь, вязкость разрушения, трещиностойкость, резец, механика разрушения, метод расчета, развитие теории.

Список литературы

1. Афанасьев В.Я., Линник Ю.Н., Линник В.Ю. Показатели работы угольной промышленности России в области механизации очистных работ // Уголь. 2011. № 6. С. 44-46. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/062011.pdf (дата обращения: 15.08.2019).

2. Analysis of operation of powered longwall systems in mines of SUEK-Kuzbass / A.V. Stebnev, S.G. Mukhortikov, D.A. Zadkov, V.V. Gabov // Eurasian Mining. 2017. N 2. P. 28-32.

3. Жабин А.Б., Поляков А.В., Аверин Е.А. Краткий анализ проблем и путей решения при обеспечении горнодобывающего предприятия современными техническими средствами ведения горных работ // Уголь. 2018. № 1. С. 13-16. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-1-13-16. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/012018.pdf (дата обращения: 15.08.2019).

4. Состояние научных исследований в области разрушения горных пород резцовым инструментом на рубеже веков / А.Б. Жабин, А.В. Поляков, Е.А. Аверин, В.И. Сарычев // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2018. № 1. С. 230-247.

5. Evans I. A theory of the basic mechanics of coal ploughing // Proceedings of the international symposium on mining research. 1962. Vol. 2. P. 761-768.

6. Жабин А.Б., Аверин Е.А., Поляков А.В. Интегральная оценка сложности проекта проходки горных выработок // Уголь. 2017. № 11. С. 60-63. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-11-60-63. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/112017.pdf (дата обращения: 15.08.2019).

7. Kuidong G., Du Changlong J.H., Songyong L. A theoretical model for predicting the Peak Cutting Force of conical picks // Frattura ed Integrità Strutturale: Annals 2014. 2014. Vol. 8. P. 43-52. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.27.06.

8. Evans I. A theory of the cutting force for point-attack picks // International Journal of Mining Engineering. 1984. Vol. 2. N 1. P. 63-71. DOI: 10.1007/BF00880858.

9. Dominant rock properties affecting the performance of conical picks and the comparison of some experimental and theoretical results / N. Bilgin, M.A. Demircin, H. Copur et al. // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2006. Vol. 43. N 1. P. 139-156. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2005.04.009.

10. Применение методов механики разрушения для расчета нагрузок, действующих на резцы горных машин для добычи угля / А.Б. Жабин, И.М. Лавит, П.Н. Чеботарев, А.В. Поляков // Горное оборудование и электромеханика. 2017. № 3. С. 28-34.

11. Позин Е.З., Меламед В.З., Тон В.В. Разрушение углей выемочными машинами. М.: Недра, 1984. 288 с.

12. Chong K.P., Kuruppu M.D. New specimen for fracture toughness determination for rock and other materials // International Journal of Fracture. 1984. Vol. 26. N 2. P. 59-62. DOI: 10.1007/BF01157555.

13. Kuruppu M.D. Fracture toughness measurement using chevron notched semi-circular bend specimen // International journal of fracture. 1997. Vol. 86. N 4. P. L33-L38.

14. Guo H., Aziz N.I., Schmidt L.C. Rock fracture-toughness determination by the Brazilian test // Engineering Geology. 1993. Vol. 33. N 3. P. 177-188. DOI: 10.1016/0013-7952(93)90056-I.

15. Shiryaev A., Kotkis A.M. Methods for determining fracture toughness of brittle porous materials // Industrial Laboratory. 1982. N 48. P. 917-918.

16. Ulusay R. (ed.). The ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring: 2007-2014. Springer, 2014. 293 p. DOI: 10.1007/978-3-319-07713-0.