Пути повышения качества рабочего процесса машин типа КСМ-2000Р

Р.М.Штейнцайг, д.т.н., ФПК «ИнвестТЭК-Г.Я.Воронков, д.т.н., фирма <•Геотехпрогресс» А.В.Берман, к.т.н.. фирма «СОНИК» И.АЛеванковский,к.т.н. фирма «,Пигма» А.Г.Кузнецов, горн.инж., разрез «Талдинский» А.РЛнТвннов, горн.инж., ИГД ИМ.А.А.Скочинского

Статья подготовлена по материалам журналов: Mining Magazine, Mining Journal, World Coal.

В планируемой перспективе угольная составляющая в топливно-энергетическом балансе страны по-прежнему будет занимать ключевые позиции. Сложности переходного периода последнего десятилетия постепенно преодолеваются, что в наибольшей степени ощутимо в открытой угледобыче и тяжелом горном машиностроении. В практике производства осваиваются или намечаются к внедрению в ближайшее время новые решения в технике и технологии открытых горных разработок.

При этом приоритетное значение придается решению проблем ресурсосбережения, полноты и качества выемки полезного ископаемого, росту производительности труда и исключению из технологического цикла производства горных работ процессов, оказывающих негативное влияние на состояние окружающей среды.

Руководствуясь этой концепцией, вновь разрабатываемые и осваиваемые технико-технологические решения должны быть максимально освобождены от задалживания дорогостоящих энергоресурсов, быть независимыми по отдельным процессам цикла производства работ, обеспечивать эффективное управление параметрами технологических схем в изменяющейся горно-технической обстановке и в наибольшей степени обеспечивать непрерывность производства.

Сформулированным требованиям в полной мере соответствуют послойно-полосовые безвзрывные технологии отработки породно-угольных массивов с конвейеризацией транспорта вскрышных пород и селективно извлекаемого полезного ископаемого [1 ;2].

Техническое обеспечение таких технологий представляется возможным за счет использования машин типа «Surface Miner» (SM).

Последние десятилетия характеризуются активным поиском оптимальных конструктивно-компоновочных решений при создании различными машиностроительными фирмами экска-вационной техники класса SM.

Накопленный к настоящему времени опыт создания и применения машин этого типа позволяет классифицировать их по концептуальным принципам примененных компоновочных решений и определить наиболее совершенные и распространенные в практике виды машин типа SM. Такого рода классификация выглядит следующим образом.

По технической концепции можно выделить: машины с вынесенным на стрелу исполнительным органом (характерный пример - комбайны VASM производства фирмы «VOEST ALPINE»); машины послойного фрезерования с центральным расположением рабочего органа шнекового типа (WSM, фирма «WIRTGEN»); экскаваторы непрерывного действия с фронтально расположенным рабочим органом, оснащенным ковшами (KSM. фирма «KRUPP FERDERTECHNIK»).

Рабочий процесс первых двух типов машин послойного фрезерования предопределяет образование мелких фракций экскавируемого материала.

Это хорошо с точки зрения эффективности транспортировки горной массы, но далеко не всегда оправдано, если принять во внимание повышенное энергопоглощение [3] в процессе экскавации материала и соответствующий значительный износ дорогостоящего породоразрушающего инструмента, что влечет за собой дополнительные эксплуатационные издержки, связанные с трудоемкостью его замены и снижением степени использования выемо-чно-погрузочной техники во времени.

Помимо изложенного, машины тонкослоевой выемки обладают технологическими недостатками, в числе которых: лимитированные энергосиловые возможности по крепости отрабатываемых пород и ухудшающаяся опережающими темпами динамика рабочего процесса, регистрируемая по мере повышения прочности экска-вируемого массива (VASM); невозможность формирования грузопотоков с нагрузкой, обеспечивающей эффективность эксплуатации сопряженно работающего транспорта, необходимость обустройства дополнительных горных выработок для маневрирования выемочно-погрузочной техники со срединным расположением рабочего органа (WSM).

Концептуальное решение проблемы создания высокопроизводительных экскаваторов, лишенных этих недостатков и позволяющих без предварительной буровзрывной подготовки отрабатывать сложноструктурные пород-но-угольные массивы повышенной крепости, в том числе, имеющих прослойки пород значимой мощности (до 0,8-1,2 м) с пределом прочности на сжатие до 120 МПа, в мировой практике горного машиностроения повлекло за собой создание машины типа KSM.

В конце 80-х годов фирмой «KRUPP FERDERTECHNIK» был создан добычной экскаватор KSM-4000. Накопленный при этом опыт позволил консолидированными усилиями российских угольщиков и упомянутой фирмы создать и в июне 1996 года ввести в опытно-промышленную эксплуатацию на угольном разрезе «Талдинский» в Кузбассе первую в мировой практике вскрышную машину КСМ-2000Р (так называемый, «Русский проект», что отражено в аббревиатуре названия этой машины), обеспечивающую, в том числе, селективную выемку пластов полезного ископаемого практически любой гипсометрии.

Рис.1. Возможные режимы воздействия породоразрушающего инструмента на массив крепких горных пород при мелком сколе (а), при работе машин типа КСМ (б) и при эксплуатации одноковшовых гидравлических экскаваторов (в)

Комплексные инструментально-технологические и эксплуатационные испытания КСМ-2000Р в полной мере подтвердили прогрессивность концепции КСМ и ориентации на широкое освоение технологий, базирующихся на их использовании в практике производства открытых горных разработок.

Машины версии КСМ объединяют в себя некоторые качества машин VASM и WSM (возможность отработки достаточно мощных слоев пород с хорошими динамическими характеристиками (VASM) и отработки пород, представленных литологическими разностями повышенной крепости (WSM)), тем самым позволяют формировать непрерывные грузопотоки горной массы с нагрузкой до 2500 м3/час.

С использованием машин типа КСМ представляется возможным эффективно решать вопросы управления параметрами систем открытых разработок в изменяющейся горно-техничес-кой обстановке, поскольку в схемах послойно-полосовой отработки с применением этих машин разорвана жесткая связь между линейными характеристиками выемочно-погрузоч-ных машин и параметрами отрабатываемых уступов.

Вместе с тем, перспективы успешного массового применения машин типа КСМ обуславливают: необходимость детализации закономерностей, характеризующих их рабочий процесс, что позволит в конкретных условиях выбрать предпочтительный технологический регламент производства горных работ; установление взаимосвязей между структурными и прочностными свойствами литотипов, представляющих отрабатываемые массивы, и интенсивностью износа породоразрушающего инструмента, что позволит обоснованно принимать рациональный режим горных работ и планировать текущие материальные затраты; определение эргономических показателей работы выемочно-по-грузочных машин нового типа и поиск путей их улучшения с целью гарантированного создания комфортных и безопасных условий труда обслуживающего персонала.

В первую очередь эти аспекты подлежат изучению в условиях экскавации трещиноватых пород повышенной крепости и сложноструктурных горных массивов.

Деформирование и разрушение режущим инструментом трещиноватого горного массива происходит в следующей последовательности [4]: сжатие небольшого объема породы в направлении движения резца; расширение некоторого объема породы в перпендикулярном направлении оси поступательного движения резца; сдвиг (в упругой стадии) и отрыв блоков, ослабленных возникающими растягивающими напряжениями, при одновременном повороте более прочных отдель-ностей горного массива, оконтуренных формируемой сетью микротрещин.

Таким образом, энергетический поток, подводимый к разрушаемому горному массиву, распределяется на две составляющие, обеспечивающие сжатие некоторого объема породы и непосредственно отрыв экскавируемого материала.

Энергетический баланс процесса механического разрушения горного массива описывается уравнением:

где А кг см - работа, совершаемая при механическом разрушении горных пород;

Р - относительное расширение рабочего тела;

Р, кг/см2 - внешняя нагрузка на рабочее тело;

Vo, см3 - первоначальный объем рабочего тела;

Е. кг/см2 - модуль Юнга для разрушаемой породы.

С учетом изложенного, очевидно, что эффективность механического разрушения, обуславливаемого нарушением ковалентных связей, тем выше, чем меньше энергопотребление на этапе формирования упругого ядра напряжений.

При резании горных пород в режиме мелкого скола количество разрывов ковалентных связей растет опережающими темпами, что косвенным образом подтверждается увеличением долевого участия (до 26%) пылевидных фракций (от 0,001 до 3 мм), образуемых в рабочем процессе. При разрушении крупным сколом (относительно невысокие скорости резания при увеличенной толщине стружки) содержание упомянутых пылевидных фракций, как правило сокращается в 2,5 раза, а в отдельных случаях - не превышает 4%.

Это подтверждается стендовыми исследованиями процесса механического разрушения крепких образцов лито-типов горных пород, проведенными фирмой «Пигма-Кеннаметалл», позволившими, с учетом ранее накопленной информации [4], установить характерную качественную картину, описывающую режим взаимодействия породоразрушающего инструмента с единичным объемом экскавируемого материала (рис.1).

Результаты этих исследований показывают, что по мере уменьшения периода приложения внешней нагрузки Р абсолютные энергозатраты на отрыв контрольного единичного объема материала сокращаются (рис. 1; а). Последующее увеличение периода приложения внешней нагрузки сопровождается снижением энергозатрат (рис.1; б), но только до определенного предела; затем с увеличением f энергоположение в рабочем процессе (рис. 1; в) вновь приближается к значениям, характерным для краткоимпульсного воздействия.

При этом, по мере увеличения продолжительности периода приложения внешней нагрузки, вне зависимости от абсолютных максимумов значений Р ку-сковатость формируемых отдельностей разрушенного материала возрастает

Таким образом, подтверждается правомерность утверждений о предпочтительности режимов резания, обеспечиваемых машинами типа КСМ, и, одновременно формируется задача поиска частного решения оптимизационной задачи, когда в конкретных условиях, обобщаемых прочностными свойствами экскавируемого материала, необходимо управлять параметрами режима разрушения горного массива, позволяющего, с одной стороны, минимизировать энергозатраты в рабочем процессе, а, с другой стороны - исключить образование крупнокускового материала, что недопустимо с точки зрения эффективности эксплуатации сопряженно работающего конвейерного транспортного оборудования.

Инструментальные исследования рабочего процесса КСМ-2000Р [8] подтвердили повышенную вероятность образования крупнокускового материала при отработке трещиноватых крепких горных пород. Поскольку при задаваемой производительности выемочно-погрузочной машины меры, предотвращающие образование такого материала, сопряженные с изменением режима резания, весьма лимитированы, более перспективным является путь реализации проблемы за счет опережающего физико-химического разупрочнения отрабатываемого массива [6; 7].

Рис.2. Иллюстрация изменения по отношению к исходным значениям коэффициента хрупкости (а), прочностей на сжатие (б) и сдвиг (в) характеристик различных литотипов после их обработки водными растворами поверхностно-активных веществ

С увеличением деформируемой области горного массива, в нее вовлекается все большее число структурных дефектов и площадок с более слабой связностью. В этой связи эффективность процесса разрушения разупроч-ненных горных пород в значительной мере обуславливается не только снижением предела их прочности на сжатие, но и уменьшением предела прочности при сдвиге. Этот вывод убедительно иллюстрируется результатами вычислительного эксперимента, представленными на рис. 2. С учетом функциональных связей, описываемых приведенным выше уравнением, изданных рис. 2 следует, что при опережающей физико-химической обработке горного массива степень энергопоглощения в рабочем процессе машин типа КСМ может быть сокращена на 30-55%.

Одновременно в процессе отработки предварительно разупрочненного горного массива за счет увеличения площадей ослабленных контактов и разрушения отдельных блоков пород по фазовым и коагуляционным поверхностям происходит заметное уменьшение размеров кусков экскавируемого материала (рис.3).

Работа, совершаемая при разрушении некоторого объема деформируемого горного массива, состоит из энергозатрат, трансформируемых в свободную поверхностную энергию отрыва a AS (где а удельная свободная поверхностная энергия и AS образующаяся поверхность отрыва), и работы q = к АV затрачиваемой на упругие и пластические деформации объема материала ДУ. До момента отрыва эта часть q аккумулируется в виде потенциальной энергии. После одномоментной разгрузки деформируемого объема вследствие отрыва его части, эта энергия q рассеивается в окружающей среде в виде тепла.

В том случае, если величина ДУпро-порциональна образующейся при разрушении поверхности AS работа, затрачиваемая на деформацию экскавируемого объема горного массива, может быть представлена в виде: ности разрушения S = (Л - V)/a, что обусловлено более эффективным проникновением жидкой среды (водный раствор разупрочнителя) в микротрещины и созданием благоприятных условий для разрушения породного массива по интенсивной сети вновь образуемых поверхностей ослабления.

Из этого уравнения следует, что снижение поверхностной энергии, сопровождающее лиофилизацию при физико-химической обработке горного массива, влечет за собой увеличение поверхности.

Это является решающим фактором при многократном сокращении доли крупнокусковых фракций в общем объеме экскавируемого материала, что и было зарегистрировано в ходе натурных исследований рабочего процесса машины КСМ-2000Р (рис.3;4).

Аналогичная результативность эффекта предварительного физико-химического ослабления экскавируемого горного массива была также зарегистрирована в условиях отработки Экибастузского угольного месторождения при использовании роторных комплексов (рис.5).

При этом установлено, что эффект образования новых поверхностей ослабления тем больше, чем продолжительнее период нахождения разупрочняющих растворов в массиве [б].

Повышение эффективности процесса разрушения за счет сокращения доли энергозатрат на деформацию массива и образование дополнительных поверхностей ослабления (как это было описано выше), имеющее место при физико-химической обработке горного массива, можно определить выражением:

где η - коэффициент Пуассона.

Численные значения 1] для различных исходных горно-геологических условий изменяются в пределе до 10% фактической величины энергопоглощения в рабочем процессе выемочно-погрузочных машин непрерывного действия. Это позволяет судить о прогрессивности методов физико-химического управления состоянием горного массива, тем более, что при этом значительно сокращается выход крупнокускового материала и создаются предпосылки для повышения надежности и эффективности работы горнотранспортных комплексов в целом.

Характер процессов разрушения горных пород (рис.1) определяет не только степень энергопоглощения, но и частотные параметры режимов взаимодействия исполнительного органа выемочно-погрузочной машины с отрабатываемым массивом.

Например, для мелкозернистых песчаников, углы внутреннего трения для которых составляют от 32 до 36 град., а пределы прочности на сжатие изменяются от 70-80 до 100-120 МПа, в режимах резания, близких по характеру к графику зависимости, представленному на рис 1 ;а, сдвиговые напряжения, инициирующие разрыв кова-лентных связей, происходят на частотах от 2345 до 2235 Гц, что, в основном, предопределяется габаритами абразивных зерен и фазовой тепловой скоростью образования отдельностей при разрушении плоско деформируемой массы (от 1,514 до 1,543 м/с).

Рис.3. Иллюстрация изменения фракционного состава материала, экскавируемого машиной КСМ-2000Р при обработке крепких горных пород до (1) и после(2) обработки массива водными растворами поверхностно-активных веществ

Рис. 5. Фракционный состав горной массы при обработке блоков пород, характерных для разрезов «Богатырь» (а) и «Восточный» (б), до (1) и после (2) обработки этих блоков водными растворами поверхностно-активных веществ

При разрушении пород в режимах, близких по характеру к графической зависимости, представленной на рис:1; б, в рабочем процессе выемочно-погру-зочных машин типа КСМ инициируется возникновение низкочастотных колебаний: при размере отдельностей, близком к 0,03 м, диапазон изменения этих частот, как показывает вычислительный эксперимент, составляет от 25,5 до 29,5 Гц; по мере увеличения отдельностей до 0,172-0,178 м эти частоты уменьшаются до 4,34-4,61 Гц.

При воздействии породоразрушающего инструмента на горный массив в режиме, соответствующем графику зависимости, представленному на рис. 1; в, и при том же размере отдельностей, что принят выше (в среднем 0,175 м), частота колебательного процесса составляет примерно 4,37 Гц.

Для пород, предварительно ослабленных физико-химическими методами, величина отдельностей возрастает до 0,237 м, а формируемые инфрачас-тоты близки к 3,2 Гц.

Установленные количественные характеристики различных режимов механического разрушения массивов горных пород представляется необходимым сопоставить с резонансными частотами инфразвука от 2 до 27 Гц, вызывающими мутации ДНК жизненно важных органов человека. Ориентируясь на указанный диапазон резонансных частот человеческих органов при совпадении опорной скорости внедрения породоразрушающего инструмента с фазовой тепловой скоростью, определяющей габариты образующихся отдельностей горной массы, следует считать: разрушение массивов крепких горных пород резанием желательно производить в том случае, если углы внешнего трения не превышают 32 град, (для массивов, предварительно ослабленных физико-химическими методами) и при условии, что величина этих углов не более 54 град, (для пород в естественном состоянии). Напротив, при разрушении массива в режиме крупного скола, условно описываемом графиком зависимости, представленным на рис. 1; б, отработка предварительно ослабленного массива допустима при условии, что углы трения превышают 54 град., а для естественных монолитов -при значениях этих углов до 32 град.

Рис. 4. Характерное состояние массива крепких горных пород при работе КСМ-2000Р в забоях, не обработанных водными растворами поверхностно-активных веществ (а), и после (б) их предварительной обработки

Недопустимыми во всем диапазоне изменения углов внешнего трения отрабатываемых пород являются режимы воздействия на горный массив, характеризуемые графиками зависимостей, близкими к рис. 1; в, когда происходит подпитка энергией инфраколе-баний; последнее справедливо вне зависимости от факта предварительного ослабления массива горных пород.

К изложенному следует добавить, что при рассогласовании не менее чем на 5% тепловой и опорной скоростей, определяющих возникновение инфра и звуковых частот в различных режимах воздействия режущего инструмента на горный массив, их реализация может осуществляться без последствий для здоровья обслуживающего персонала. Более того, строго дозированные по времени воздействия частоты в диапазоне от 7 до 10 Гц оказывают позитивное профилактическое воздействие на организм человека.

С учетом изложенного, на основании данных опережающего геоконтроля параметров массива горных пород, представляется возможным определить экономически оправданные и эргономически допустимые эксплуатационные режимы машин типа КСМ не опасаясь того, что погрешность в определении прочностных и структурных свойств массива окажет негативное влияние на состояние организмов обслуживающего персонала.

Важным эргономическим показателем процесса взаимодействия по-родоразгружающего инструмента и горного массива является уровень звукового давления, генерируемого при образовании поверхностей сдвига и отрыва отдельностей крепких лито-логических разностей.

Известно, что уже при звуковом давлении в 40 Па с шумовым уровнем 130 дБ человеческий организм испытывает дискомфортное состояние, поскольку при этом происходит разрушение внутриклеточных структур за счет ультразвуковой кавитации, что, в свою очередь, вызывает мутагенные нарушения не только в хромосомном аппарате, но и в молекулах ДНК.

Поверхностная плотность теплового потока, определяющего интенсивность генерируемой звуковой энергии, резко возрастает, а поглощение этой энергии прослойками воздуха, находящегося в порах и трещинах, становится неэффективным, когда модулируются колебания с опорной скоростью, близкой к скорости внедрения режущего инструмента в экскавируе-мый горный массив. Это обуславливается характером процесса волнообразного переноса тепла при инфра и звуковых частотах от 2 до 27 Гц в твердом теле в направлении поляризации, разделяющем плоско-деформируемую разрушаемую горную массу.

Как показывают исследования, звуковая энергия вибрационных инфра-колебаний (с напряжением выше предела усталости породы), как правило, в естественных моноблоках крепких горных пород не поглощается на пограничных переходах среды «порода-воздух» до допустимого уровня 80 дБ. Поэтому синхронизация этих вибрационных инфраколебаний, сопровождающая совпадение опорной скорости внедрения режущего инструмента с фазовой тепловой скоростью и провоцирующая процесс самовозбуждения, представляется недопустимой.

Этот вывод корреспондируется с граничными условиями приемлемости показателей рабочего процесса машин типа КСМ, сформулированными выше, исходя из анализа качественной картины частотных колебаний, возникающих при разрушении массива горных пород.

С учетом ранее приведенных количественных оценок, есть основания полагать, что предварительное физико-химическое ослабление массива крепких горных пород способствует ликвидации предпосылок к образованию крупнокускового материала, а эргономические показатели рабочего процесса машин типа КСМ позволяют удерживать в допустимых диапазонах варьирования фактических значений.

В практике применения машин типа КСМ значительное влияние на результирующие технико-экономические показатели оказывает требуемая частость замены породоразрушающего инструмента, обуславливаемая его абразивным износом.

Это предопределяется не только прямыми эксплуатационными издержками, связанными с необходимостью приобретения расходного количества запасных резцов, но и с тем, что по мере износа твердосплавной вставки (оконечности резца) энергозатраты, обусловленные процессом механического разрушения пород, растут опережающим образом.

Так, например, изменение упомянутого угла от 60 до 100 град, влечет за собой необходимость повышения усилий, формирующих ядро напряжений в направлении, соосном вектору их приложения, более чем в 2 раза [4], что сопровождается соответствующим ростом энергоемкости рабочего процесса.

Проведенные исследования позволяют с достаточной степенью точности установить взаимосвязь между величиной износа режущего инструмента и прочностными характеристиками как конструкционного материала, так и отрабатываемого массива горных пород:

где (σраст - прочность экскавируемого материала на растяжение, МПа;

[σ] конструкционная прочность материала резца МПа;

h -толшина отрабатываемой стружки, см;

α,f, kт, b - коэффициенты: пропорциональности, трения, долевого участия энергозатрат на образование ядра напряжений,влияния формы резца;

v, t скорость резания (см/сек) и период контактирования породоразрушающего инструмента с горным массивом (сек);

В - ширина резца, мм;

Е - модуль Юнга, кг/см2;

μ - коэффициент Пуассона. Очевидно, что при задаваемой производительности (следовательно, при фиксированных значениях толщины отрабатываемой стружки) для выемо-чно-погрузочных машин, имеющих конкретные энергосиловые возможности, интенсивность абразивного износа режущего инструмента тем меньше, чем ниже прочностные характеристики пород и обеспечиваемый коэффициент трения.

При использовании методов физико-химического ослабления горного массива последние два параметра являются управляемыми.

Так, в частности, для представительных объемов горных пород в натурных условиях эксплуатации разреза «Таллинский» установлена возможность снижения (Траст наиболее прочных ли-тотипов в среднем на 40% (табл. 1).

При физико-химической обработке горного массива водными растворами поверхностно-активных веществ (удельный расход растворов в среднем составляет от 2-3 до 6-7 л/м3) регистрируется не только понижение прочностных характеристик отрабатываемого материала, но и уменьшение коэффициента трения. Причём, для различных литотипов пород влияние присутствия водных растворов в горном массиве на величие/ оценивается его снижением, например, на 10-35% для песчаников с различными цементирующими подосновами и на 4-40% для известняков и сланцев, содержащих глинистые частицы и цементы (в большей степени снижение σраст происходит по мере долевого увеличения этих глинистых частиц, склонных к налипанию на рабочие поверхности режущего инструмента).

Табл. 1. Результаты промышленной проверки эффективности процесса физико-химического разупрочнения горных пород

Наименование литотипа

Прочностные характерстики, МПа

Исходные

После разупрочнения

σсж

σраст

σсж

σраст

Минерализированный сидерит

96

7,9

70

5,0

Мелкозернистый песчаник на карбонатном иементе

92

8,7

60

5,3

Характерно, что чем выше концентрация водного раствора поверхностно-активных веществ, тем интенсивнее снижается коэффициент трения инструмента по породе.

Для «рабочих концентраций» растворов, используемых в практике горного производства, снижение величины/ по отношению к значениям, регистрируемым при пропитке массива обычной водой, оценивается, примерно, в 1,24 раза (для горных массивов, представленных характерными для угольных месторождений вмещающими крепкими вскрышными породами: песчаниками, алевролитами, аргиллитами).

Этот эффект подтверждается результатами ранее проведенных исследований и практикой эксплуатации месторождений нефти и газа, когда при проходке глубоких скважин в промывочную жидкость добавляется некоторое количество поверхностно-активных веществ. Регистрируемое при этом снижение коэффициента трения не только уменьшает абразивный износ породоразрушающего инструмента (на 35-40%), но и при неизменных энергозатратах позволяет повысить скорость проходки скважин (на 20-40%).

На рис. 6 и 7 представлены осред-ненные зависимости (коэффициент вариации менее 30%) величины относительного абразивного износа углеродистой стали от интенсивности силового воздействия на породоразру-шающий инструмент при условии, что характерные литотипы вскрышных пород подвергались предварительной физико-химической обработке водой или водными растворами поверхностно-активных веществ.

Зарегистрированное существенное сокращение абразивного износа конструкционного материала породоразрушающего инструмента, очевидно, предопределяется тем, что, как отмечалось выше, опережающая физико-химическая обработка горного массива сопровождается активным образованием ослабленных поверхностей и сети микротрещин, вследствие чего продолжительность периода воздействия режущего инструмента на горный массив и долевое участие энергопоглощения при образовании упругого ядра напряжений сокращаются. Поскольку именно этот процесс определяет абразивный износ инструмента, то, естественно, происходит не только снижение износа, но и сокращаются эксплуатационные издержки, сопряженные с физической заменой инструмента, трудоемкость этой операции, непроизводительные затраты времени и прочее.


Рис.6. Графики зависимости изменения степени износа углеродистой стали (а) и твердосплавной вставки (б) резцов типа РКС при разрушении минерализованных сидеритов, обработанных водой (1) и водным раствором поверхностно-активных веществ (2)

Рис.7. Графики зависимости изменения степени износа углеродистой стали (а) и твердосплавной вставки (б) при разрушении песчаников, обработанных водой (1) и водным раствором поверхностно-активных веществ (2)

Экстраполируя полученные результаты, обобщая изложенное выше и прогнозируя ожидаемую эффективность последствий воздействия водных растворов поверхностно-активных веществ на отрабатываемые массивы в натурных условиях горного производства, есть основания полагать, что при этом возможно практически двукратное уменьшение абразивного износа режущего инструмента, снижение энергопоглощения в рабочем процессе, реализуемом машинами типа КСМ не менее чем на 60% при экскавации вязко-пластичных горных пород и более чем в 2 раза при отработке литотипов повышенной хрупкости (этот показатель характеризуется величиной отношения пределов прочности пород при сжатии и растяжении: чем выше это отношение, тем литотип пород является более хрупким).

Помимо прочего, проведенными исследованиями создана доказательная основа для выбора рациональных режимов взаимодействия рабочего органа машин типа КСМ с массивом крепких горных пород, когда, с одной стороны, исключаются предпосылки образования крупнокускового материала, а, с другой - создаются комфортные и безопасные условия труда обслуживающего персонала.

Список литературы

1. Основы выбора техники и технологии послойного фрезерования горных пород на разрезах: под ред. Ю.Н.Малышева. М„ Изд. ИГД, 1997.

2. Б.Г.Алешин и др. Конструктивно-тех-нологические особенности и перспективы применения машин типа КСМ на разрезах России. -Горный вестник», 1996, №-t.

3. Ю.И.Анистратов и др. Перспективы расширения сферы применения безвзрывных технологий в открытой угледобыче. «Горная промышленность», 1998, №2.

4. Ю.И.Протасов. Теоретические основы механического разрушения горных пород. М., -Недра-, 1985-

5. Р.М.Штейнцайг и др. Применение методов физико-химического разупрочнения массивов крепких горных пород при работе машин типа КСМ. •Горная промышленность», 1997. №-i.

6. К.Е.Виницкий и др. Технологические основы разупрочнения горных массивов на открытых разработках угольных месторождений. М., Изд. ИГД, 1995.

7. Способ отработки уступов горных пород. Патент РФ №2079657.

Журнал "Горная Промышленность" №4 1998