Доцент Кухарь В.Ю.

кафедра горных машин и инжиниринга, ГВУЗ "НГУ"

Курс Оборудование горного производства

Лекция 1 ОСНОВЫ РАЗРУШЕНИЯ УГЛЕЙ. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ПОДЗЕМНЫХ ВЫЕМОЧНЫХ МАШИН

Физические свойства горных пород

объемный и удельный вес, плотность, пористость, влажность, трещиноватость, кливаж и др.

Механические свойства горных пород

Прочность

свойство горных пород в определенных условиях не разрушаться, воспринимать воздействия механических нагрузок.

Твердость

свойство горных пород оказывать сопротивление внедрению в них других тел при сосредоточенном контактном силовом воздействии.

Хрупкость

способность горных пород к разрушению без заметных пластических деформаций (не более 5 % от величины деформации разрушения).

Механические свойства горных пород

Вязкость

способность горных пород необратимо поглощать энергию в процессе их деформирования. Вязкость обусловлена пластической деформацией и неупругостью горных пород.

Абразивность

способность горных пород изнашивать контактирующие с ними твердые тела (детали горных машин, инструменты и т. п.). Обусловлена в основном прочностью, размерами и формой минеральных зерен, слагающих породу.

Механические свойства горных пород

Сопротивляемость резанию

способность горных пород (в основном углей) противостоять механическим воздействиям при резании их рабочим инструментам.

Крепость

совокупность механических свойств горных пород, проявляющихся в различных технологических процессах при добыче и переработке полезных ископаемых.

Механические свойства горных пород

Коэффициент крепости горных пород, предложенный профессором М.М. Протодьяконовым характеризует относительную сопротивляемость разрушению горной породы при ее добывании

f

 

сж

10 За единицу коэффициента крепости принимается предел прочности породы при одноосном сжатии, равный σ сж = 10 МПа.

Механические свойства горных пород

На базе коэффициента крепости

f

разработана классификация горных пород, по которой они все разделены на 10 категорий с коэффициентом

f

от 0,3 до 20. Значение

f

можно определить по величине работы, затрачиваемой на дробление породы, сопротивляемости бурению (или скорости бурения), расходу взрывчатых веществ на отбойку и др.ископаемых.

Механические свойства горных пород

Средняя сопротивляемость резанию угля и породы

A

(кН/см) определяет усилие, необходимое для снятия среза (стружки толщиной 1 см) резцом ДСК-2 в блокированных условиях.

Показатель сопротивляемости коэффициентом крепости

f A

достаточно хорошо коррелирует с , имея зависимость

A

 150 

f

Основное назначение рабочего инструмента горных машин

– эффективно разрушать массив угля или породы.

Горный инструмент находится в постоянном контакте с углем или породой и определяет характер взаимодействия машины с забоем.

Способы разрушения углей и пород

Режущий инструмент

отделяет стружку от забоя горной породы в результате непрерывного статического воздействия и перемещения инструмента. К режущему инструменту относятся резцы выемочных, проходческих и буровых машин, алмазные пилы и коронки.

Способы разрушения углей и пород

Дробящий инструмент

внедряется (вдавливается) в породу под действием ударной нагрузки. При этом под лезвиями инструмента порода дробится в пыль и образуется лунка. После каждого удара инструмент перемещается в новое положение. В промежутках между лунками порода скалывается. К дробящему инструменту относят коронки перфораторов и долота станков ударного бурения.

Способы разрушения углей и пород

Раздавливающий инструмент

по принципу воздействия на горную породу отличается от дробящего статическим приложением нагрузки. К раздавливающему инструменту относят шарошки всех видов и дробовые коронки. Дробовые коронки используют только при разведочном бурении нисходящих скважин.

Способы разрушения углей и пород

Комбинированный инструмент

предназначен для бурения шпуров и скважин способом, объединяющим основные свойства ударного и вращательного воздействия.

Способы разрушения углей и пород

Отбойный инструмент

наклоняют.

представлен изготовленными из стали с последующей термообработкой пиками отбойных молотков, которые забиваются в массив горной породы с помощью ударного механизма отбойного молотка. Для отламывания кусков породы пику

По способу разрушения углей и пород различают:

резцовый инструмент, разрушающий массив резанием; шарошечный инструмент, разрушающий массив раздавливанием или подрезанием и раздавливанием.

Процесс резания угля

Резание угля носит цикличный, скачкообразный характер и состоит из двух стадий — дробления и скалывания. При резании угля взаимодействуют не два тела (резец и уголь), а три: резец, уплотненное ядро из мелко раздробленного угля и неразрушенный массив угля процесс образования ядра процесс перемещения резца

Процесс резания породы

Резцовый инструмент

Предназначен для разрушения углей и пород путем отделения стружки от массива в результате постоянного статического воздействия на него.

Различают радиальные и тангенциальные резцы.

Резцовый инструмент

Радиальные резцы 1 размещаются в резцодержателях 2 по радиусу R перпендикулярно вектору скорости

V

резания резания

V p

При этом ось державки резца перпендикулярна линии

p

Радиальные резцы

Резцовый инструмент

Тангенциальные резцы 1 размещаются в резцедержателях 2, устанавливаются под острым углом к радиусу R корпуса исполнительного органа 3, и к вектору скорости резания

V p V p

Тангенциальные резцы

Радиальные резцы

Радиальный резец состоит из державки 1 и головки 2, снабженной твердосплавной пластинкой 3. Основные геометрические параметры: конструктивный вылет ℓ

к

радиальный вылет ℓ р , угол заострения

γ,

задний угол

α

, угол резания

δ,

передний угол

β

, боковой задний угол ε

,

ширина режущей части b

к .

Радиальные резцы

Конструкции радиальных резцов

Тангенциальные резцы

Тангенциальный резец состоит из державки 1, головки 2, твердосплавной вставки 3 (керна). Державка 1 размещается в термически обработанной втулке 5, которая вставляется в резцедержатель 4. Резец фиксируется стопорным кольцом 6.

Тангенциальные резцы

Предназначены для крупного скола и применяются на очистных комбайнах при углях не выше средней крепости, так как при крепких углях вследствие возникающих больших динамических усилий комбайн теряет свою устойчивость.

Конструкции тангенциальных резцов

Виды резания породного массива

А – блокированный, б - Полублокированный , в - Вид резания с выровненной поверхности, г - Полублокированный повторный срез , д - Шахматный (сотовый) срез , е - Тангенциальный (подрезной) сред

Шарошечный инструмент

Шарошечный инструмент обеспечивает непрерывность процесса разрушения при низких затратах энергии на трение.

Это позволяет применять его в проходческих комбайнах, предназначенных для проведения выработок по породам средней и выше средней крепости (f > 6) и абразивностью до 45 мг.

Шарошки могут быть дисковыми и с вооружением в виде штырей или зубьев