Повышение энергоэффективности гидромолотов, применяемых при разрушении негабаритов горных пород, на основе эффекта влияния геометрии элементов ударного узла

А.М. Азимов , И.А. Жуков
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Горная Промышленность №3 / 2025 стр.71-79

Резюме: В статье представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на практическую реализацию возможности учета эффекта влияния геометрии ударного узла при выборе рациональных конструктивных параметров гидромолотов. Исследования проведены на экспериментальном стенде, который основан на принципе действия вертикального копра. Стенд изготовлен на кафедре машиностроения Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II. Показано, что бойки, выполненные в виде тел вращения экспоненциальной кривой, трактрисы и гиперболы позволяют сократить величину энергии удара более чем на 50%. Представлен и обоснован способ встраивания в корпуса гидромолотов бойков с криволинейной образующей боковой поверхности при условии сохранения параметров ударного импульса, согласованного со свойствами разрушаемой породы. Результаты проведенных исследований позволили обосновать новое техническое решение бойка, которое способствует повышению энергоэффективности гидромолотов, применяемых при разрушении горных пород высокой крепости.

Ключевые слова: горная порода, дробление негабаритов, гидромолот, ударный узел, боек, пика, ударный импульс, геометрия бойка

Для цитирования: 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):71–79. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-3-71-79

Информация о статье

Поступила в редакцию: 17.02.2025

Поступила после рецензирования: 10.04.2025

Принята к публикации: 21.04.2025

Информация об авторах

Азимов Амирхон Махмудалиевич – аспирант кафедры машиностроения, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-4062-0584; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Жуков Иван Алексеевич – доктор технических наук, заведующий кафедры машиностроения, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. СанктПетербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0001-9068-3201; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Вклад авторов

Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

1. Литвиненко В.С., Петров Е.И., Василевская Д.В., Яковенко А.В., Наумов И.А., Ратников М.А. Оценка роли государства в управлении минеральными ресурсами. Записки Горного института. 2023;259:95–111. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.100 Litvinenko V.S., Petrov E.I., Vasilevskaya D.V., Yakovenko A.V., Naumov I.A., Ratnikov M.A. Assessment of the role of the state in the management of mineral resources. Journal of Mining Institute. 2023;259:95–111. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.100

2. Зубов В.П., Трофимов А.В., Колганов А.В. Влияние особенностей управления состоянием массива горных пород на рудниках Талнахского рудного узла на показатели разубоживания. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024;(12-1):87–106. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2024/12/12-1_2024_87-106.pdf (дата обращения: 15.01.2025). Zubov V.P., Trofimov A.V., Kolganov A.V. Influence of ground control features on indicators of dilution in mines of the Talanakh ore province. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2024;(12-1):87–106. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/Data/2024/12/12-1_2024_87-106.pdf (accessed: 15.01.2025).

3. Гаращенко Ж.М., Теремецкая В.А., Габов В.В. Отработка угольных целиков унифицированными выемочными модулями локальными забоями. Горная промышленность. 2024;(5S):151–157. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-151-157 Garashchenko Zh.M., Teremetskaya V.A., Gabov V.V. Mining of coal pillars using unified excavation modules with local faces. Russian Mining Industry. 2024;(5S):151–157. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-151-157

4. Mikhailov A.V., Bouguebrine C., Shibanov D.A., Bessonov A.E. Impact evaluation of excavator positioning on open pit slope stability. International Journal of Engineering. 2025;38(1):99–107. https://doi.org/10.5829/ije.2025.38.01a.10

5. Юнгмейстер Д.А., Смоленский М.П., Сержан С.Л., Уразбахтин Р.Ю. Параметры шагающего устройства для добычи полезных ископаемых, рассредоточенных по морскому дну. Устойчивое развитие горных территорий. 2024;16(2):487– 502. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2024-16-2-487-502 Yungmeister D.A., Smolenskii M.P., Serzhan S.L., Urazbakhtin R.Y. Parameters of a stepping device for mining of scattered minerals on the sea bed. Sustainable Development of Mountain Territories. 2024;16(2):487–502. (In Russ.) https://doi.org/10.21177/1998-4502-2024-16-2-487-502

6. Lagunova Yu., Makarova V., Pobegailo P. Experimental mechanics in relation to mining excavators. In: Radionov A.A., Gasiyarov V.R. (eds) Proceedings of the 10th International Conference on Industrial Engineering. Springer, Cham; 2024, pp. 440–450. https://doi.org/10.1007/978-3-031-65870-9_40

7. Гендлер С.Г., Степанцова А.Ю., Попов М.М. Обоснование безопасной эксплуатации закрытого угольного склада по газовому фактору. Записки Горного института. 2024:1–11. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16519 (дата обращения: 12.01.2025). Gendler S.G., Stepantsova A.Y., Popov M.M. Justification on the safe exploitation of closed coal warehouse by gas factor. Journal of Mining Institute. 2024:1–11. Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16519 (accessed: 12.01.2025).

8. Большунов А.В., Васильев Д.А., Дмитриев А.Н., Игнатьев С.А., Кадочников В.Г., Крикун Н.С. и др. Результаты комплексных экспериментальных исследований на станции Восток в Антарктиде. Записки Горного института. 2023;263:724– 741. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16308 (дата обращения: 02.03.2025). Bolshunov A.V., Vasilev D.A., Dmitriev A.N., Ignatev S.A., Kadochnikov V.G., Krikun N.S. et al. Results of complex experimental studies at Vostok station in Antarctica. Journal of Mining Institute. 2023;263:724–741. Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16308 (accessed: 02.03.2025).

9. Двойников М.В., Минаев Я.Д., Минибаев В.В., Камбулов Е.Ю., Ламосов М.Е. Технология глушения газовых скважин на регулируемом давлении. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2024;335(1):7–18. https://doi.org/10.18799/24131830/2024/1/4315 Dvoynikov M.V., Minaev Ya.D., Minibaev V.V., Kambulov E.Yu., Lamosov M.E. Technology for killing gas wells at managed pressure. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2024;335(1):7–18. (In Russ.) https://doi.org/10.18799/24131830/2024/1/4315

10. Sinha A., Vasan S.G., Nandrekar J.S.J., Aditya U., Khandelwal M., Prasad N. et al. Development of architecture of autonomous hydraulic rock breaker for limestone mines. In: Verma A.K., et al. (eds) Proceedings of Geotechnical Challenges in Mining, Tunneling and Underground Infrastructures. Springer, Singapore; 2022, pp. 683–695. https://doi.org/10.1007/978-981-16-9770-8_46

11. Hu J.-P., Yuan Z., Li K.-J., Peng Y.-M. Research on electro-hydraulic control system of new pile hammer. Chinese Journal of Engineering Design. 2018;25(1):103–109. (In Chin.) https://doi.org/10.3785/j.issn.1006-754X.2018.01.014

12. Huang X., Hu G., Meng Q., Zheng X. Development status of hydraulic hammers and development trends of hydraulic hammers used in oil and gas well drilling. Electronic Journal of Geotechnical Engineering. 2016;21:5453–5464.

13. Чебан А.Ю., Хрунина Н.П. Использование горного оборудования для механического разрушения скальных и полускальных пород. Горная промышленность. 2014;(2):104–107. Cheban A.Yu., Khrunina N.P. Application of mining machinery and equipment for hardrock and half-rock mechanical breaking. Russian Mining Industry. 2014;(2):104–107. (In Russ.)

14. Zhang Y., Yan Z., Ashok P., Chen D., Eric V.O. Drilling hard abrasive rock formations with differential hydraulic hammers: dynamic modeling of drillstring vibrations for ROP optimization. In: IADC/SPE International Drilling Conference and Exhibition, Galveston, Texas, USA, March 8–10, 2022. SPE-208670-MS. https://doi.org/10.2118/208670-MS

15. Городилов Л.В., Коровин А.Н., Кудрявцев В.Г., Першин А.И. Выбор конструктивной схемы и параметров гидроударного устройства для активного исполнительного органа горной машины. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2023;(1):92–102. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20230109 Gorodilov L.V., Korovin A.N., Kudryavtsev V.G., Pershin A.I. Structural layout and parameters of hydroimpactors for end effectors of mining machines. Fiziko-Texhnicheskiye Problemy Razrabbotki Poleznykh Iskopaemykh. 2023;(1):92–102. (In Russ.) https://doi.org/10.15372/FTPRPI20230109

16. Михайлов А.В., Казаков Ю.А., Соловьев И.В. Анализ элементов блочной технологии поверхностной выемки органогенного сырья. Горная промышленность. 2025;(1):129–136. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-129-136 Mikhailov A.V., Kazakov Y.A., Soloviev I.V. V Analysis of block technology elements for surface excavation of organogenic material. Russian Mining Industry. 2025;(1):129–136. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-129-136

17. Ge D., Suo Z., Peng J., Bo K., Cheng J., Zhang P. Dynamic responses of a fluidic hammer with hydraulic-damping-device. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021;200:108243. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.108243

18. Andersson H., Simonsson K., Hilding D., Schill M., Sigfridsson E., Leidermark D. Validation of a co-simulation approach for hydraulic percussion units applied to a hydraulic hammer. Advances in Engineering Software. 2019;131:102–115. https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2018.12.001

19. Afebu K.O., Liu Y., Papatheou E. Feature-based intelligent models for optimisation of percussive drilling. Neural Networks. 2022;148:266–284. https://doi.org/10.1016/j.neunet.2022.01.021

20. Aldannawy H., Rouabhi A., Gerbaud L. Percussive drilling: Experimental and numerical investigations. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2022;55(3):1555–1570. https://doi.org/10.1007/s00603-021-02707-5

21. He J.-F., Yin Q.-L., Yin K. Study on the abrasion property of the anvil inside a hydraulic DTH hammer fitted with horizontal oriented sliders. Fracture and Structural Integrity. 2017;11(42):263–271. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.42.28

22. Городилов Л.В., Кудрявцев В.Г. Экспериментальное исследование динамики золотникового распределителя с дроссельным управлением. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2023;(4):79–89. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20230409 Gorodilov L.V., Kudryavtsev V.G. Experimental analysis of slide throttle valve dynamics. Fiziko-Texhnicheskiye Problemy Razrabbotki Poleznykh Iskopaemykh. 2023;(4):79–89. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20230409

23. Корогодин А.С., Иванов С.Л. Оценка технического состояния опорных подшипников скольжения барабанной мельницы при эксплуатации в составе арктического комплекса горного оборудования. Горная промышленность. 2024;(6):144– 151. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-6-144-151 Korogodin A.S., Ivanov S.L. Assessment of the technical condition of drum mill supporting sliding bearings during operation as part of an arctic mining equipment complex. Russian Mining Industry. 2024;(6):144–151. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-6-144-151

24. Максаров В.В., Минин А.О., Захарова В.П. Технологическое обеспечение качества расточных поверхностей изделий из алюминиевого сплава АМЦ на основе высокочастотного волнового воздействия. Цветные металлы. 2023;(4):90– 95. https://doi.org/10.17580/tsm.2023.04.12 Maksarov V.V., Minin A.O., Zakharova V.P. Ensuring surface quality in AlMn alloy items during high-frequency wave impact boring. Tsvetnye Metally. 2023;(4):90–95. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/tsm.2023.04.12

25. Григорьев Б.С., Елисеев А.А., Погарская Т.А., Торопов Е.Е. Математическое моделирование дробления грунта и многофазного течения бурового раствора при бурении скважин. Записки Горного института. 2019;235:16–23. https://doi.org/10.31897/PMI.2019.1.16 Grigoriev B.S., Eliseev A.A., Pogarskaya T.A., Toropov E.E. Mathematical modeling of rock crushing and multiphase flow of drilling fluid in well drilling. Journal of Mining Institute. 2019;235:16–23. https://doi.org/10.31897/PMI.2019.1.16

26. Muminov R.O., Kuziev D.A., Zotov V.V., Sazankova E.S. Performability of electro-hydro-mechanical rotary head of drill rig in open pit mining: A case-study. Eurasian Mining. 2022;(1):76–80. https://doi.org/10.17580/em.2022.01.16

27. Shishlyannikov D., Zvonarev I., Rybin A., Zverev V., Ivanchenko A. Assessment of changes in the abrasiveness of solid particles in hydraulic mixtures pumped with ESPs. Applied Sciences. 2023;13(3):1885. https://doi.org/10.3390/app13031885

28. Кызыров К.Б., Митусов А.А., Решетникова О.С. Проектировочные исследования параметров гидромолота для горной и строительной промышленностей. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018;(9):220–226. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2018/9/220_226_9_2018.pdf (дата обращения: 09.03.2025). Kyzyrov K.B., Mitusov A.A., Reshetnikova O.S. Design research of parameters of hydraulic hammer for mining and construction. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2018;(9):220–226. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/Data/2018/9/220_226_9_2018.pdf (accessed: 09.03.2025).

29. Yang Y., Liao H., Niu J., Wang Z., Zhang C. Fluid structure interaction simulation of rotary percussion drilling tool. Shiyou Xuebao. 2019;40(6):734–739. (In Chin.)

30. Коронатов В.А. Элементарная теория проникания ударника в твердые грунтовые среды при однократном ударе, с учетом возникающих трещин. Системы. Методы. Технологии. 2021;(1):25–33. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2021-1-25-33 Koronatov V.A. An elementary theory of the penetration of a striker into solid soil media with a single impact, taking into account the emerging cracks. Systems. Methods. Technologies. 2021;(1):25–33. (In Russ.) https://doi.org/10.18324/2077-5415-2021-1-25-33

31. Каманин Ю.Н., Ределин Р.А., Кравченко В.А. Моделирование разрушения скальных пород гидравлическим устройством ударного действия. Горное оборудование и электромеханика. 2017;(2):30–34. Kamanin Yu.N., Redelin R.A., Kravchenko V.A. Simulation of fracture rock hydraulic equipment of percussion. Mining Equipment and Electromechanics. 2017;(2):30–34. (In Russ.)

32. Лазуткин С.Л., Лазуткина Н.А. Определение рациональных параметров исполнительных элементов ударной системы адаптивного ударного устройства. Современные наукоемкие технологии. 2019;(5):58–63. Режим доступа: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37520 (дата обращения: 09.03.2025). Lazutkin S.L., Lazutkina N.A. Determination of rational parameters actuators adaptive shock system shock device. Modern High Technologies. 2019;(5):58–63. (In Russ.) Available at: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37520 (accessed: 09.03.2025).

33. Жабин А.Б., Лавит И.М., Керимов З.Э. Результаты теоретических исследований силовой импульсной системы гидроударника. Горное оборудование и электромеханика. 2020;(5):9–15. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2020-5-9-15 Zhabin A.B., Lavit I.M., Kerimov Z.E. Results of theoretical studies of the power impulse system of a percussion instrument. Mining Equipment and Electromechanics. 2020;(5):9–15. (In Russ.) https://doi.org/10.26730/1816-4528-2020-5-9-15

34. Караманиц Ф.И., Громадский А.С., Кузьменко Д.И. Создание и исследование новых коронок для бурения компенсационных шпуров и скважин в скальных породах. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018;(2):175–184. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2018/2/175_184_2_2018.pdf (дата обращения: 09.03.2025). Karamanits F.I., Gromadskiy A.S., Kuzmenko D.I. Engineering and testing of new drill bits for compensatory drilling in hard rocks. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2018;(2):175–184. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/Data/2018/2/175_184_2_2018.pdf (accessed: 09.03.2025).

35. Жуков И.А., Дворников Л.Т. Новые конструктивные решения бойков горных машин ударного действия. Норт-Чарлстон: CreateSpace; 2015 130 с.