Сборник научных трудов ДонГТУ

Статья

Наименование Основы теории резания и разрушения горных пород
Авторы Литвинский Г. Г., д.т.н., проф.
Раздел Науки о земле
Год 2017 Выпуск 51 Страницы 5 - 15
УДК 622.243.2
Аннотация Технологии добычи сырьевых ресурсов и освоения подземного пространства основаны на механическом разрушении горных пород режуще-скалывающим инструментом. Однако определение параметров разрушения до сих пор производят с помощью эмпирических соотношений, поскольку нет замкнутой и полноценной теории резания и разрушения (ТРР) горных пород. В данной работе предложены основы такой теории, которая базируется на описании погружения клина в массив с учетом законов его взаимодействия с породой и соотношений аналитической теории прочности. В результате получены теоретически обоснованные базовые параметры разрушения пород клиновым инструментом: требуемое усилие, глубина погружения клина, углы и объем воронки скола в зависимости от прочностных свойств пород и геометрии клина. Дан анализ полученных теоретических формул, сформулированы задачи дальнейших исследований.
Реферат Цель исследования – разработка научных основ теории резания и разрушения естественных и искусственных хрупких материалов (горных пород) режуще-скалывающим инструментом для определения параметров процессов бурения и резания. Объекты исследования – закономерности взаимодействия режуще-скалывающего инструмента с горной породой. Методика и основная идея выполненных исследований состоят в описании погружения клина в породный массив с учетом законов его взаимодействия с породой на основании использования соотношений аналитической теории прочности.
Результаты. Выполнен краткий ретроспективный анализ развития теоретических методов расчета параметров, характеризующих геометрию и силовые факторы резания горных пород режуще-скалывающим инструментом. Показано, что в существующих решениях не учитываются реальные прочностные показатели и неоднородность пород, отсутствует теоретическое описание формирования воронки скола (выкола) при внедрении режущего инструмента в породу. Предложена новая математическая модель и расчетная схема силового взаимодействия клинового режущего инструмента в породу, что позволяет с использованием новой методики расчета установить закономерности, связывающие параметры и зависимости между приложенными внешними силами, геометрией резца и последствиями его воздействия на породу в виде воронки выкола.
Научная новизна. Разработаны научные основы теории резания и разрушения пород, которые базируется на описании погружения клина в массив с учетом законов его взаимодействия с породой и соотношений аналитической теории прочности. Впервые даны аналитические зависимости, определяющие параметры разрушения породы клиновым режуще-скалывающим инструментом под действием приложенных внешних сил.
Практическая значимость. Научные основы теории резания и разрушения пород могут послужить базой для создания аналитически обоснованных расчётов наиболее важных параметров взаимодействия с породой режуще-скалывающего инструмента с целью оптимизации его геометрии при учете особенностей взаимодействия с породным массивом.
Ключевые слова теория резания, горные породы, расчетная схема, математическая модель, геометрия клина, баланс сил, разрушение сколом, поверхность сдвига, критерий разрушения, воронка скола, глубина внедрения.
Полный текст