Терентьєв Олег Маркович. Фізико-технічні основи видобутку корисних копалин з енергоощадним руйнуванням молекулярних зв'язків гірських порід

Краткое описание

Терентьєв Олег Маркович. Фізико-технічні основи видобутку корисних копалин з енергоощадним руйнуванням молекулярних зв'язків гірських порід : Дис... д-ра наук: 05.15.03 2008

Терентьєв О.М. Фізико-технічні основи видобутку корисних копалин з енергоощадним руйнуванням молекулярних зв’язків гірських порід. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.03 відкрита розробка родовищ корисних копалин. Національний Технічний Університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2008.
Наукова новина роботи полягає у: встановлені функціональних закономірностей критеріальних параметрів виробничих граничних умов функціонування гірничих систем при видобутку корисних копалин з урахуванням фізико-механічних властивостей породного масиву, параметрів робочого органу і привода гірничої системи.
В роботі запропоновано критеріальний метод створення гірничих систем класу "Породний масив робочий орган - привід" для руйнування корисних копалин при їх видобутку. Метод заснований на системному аналізі вихідних даних, параметричному й аксіоматичному синтезі виробничих граничних умов реального функціонування систем. Оригінальність математичних моделей полягає в поданні їх через єдиний параметр висоту ядра ущільнення. Особливістю математичного аналога об’єму елементарної стружки є використання рівняння Касіні, що дозволило урахувати будь - які просторові форми елементів руйнування масиву робочим органом гірничої машини.
Загальний фактичний економічний ефект від впровадження результатів роботи становить 1218396,5 руб. Росії та 1706053 грн.

У дисертації надано теоретичне узагальнення та нове рішення важливої наукової проблеми створення та впровадження фізико-технічних основ видобутку корисних копалин та високопродуктивної техніки з енергоощадним руйнуванням молекулярних зв'язків гірських порід, що досягнуто за рахунок використання сукупної дії зовнішніх енергетичних джерел і внутрішньої енергії середовища та концентрації її у місцях резонансної модуляції породного масиву без його енергетичного перенасичення.
Основні наукові і практичні результати, висновки і рекомендації, які отримані при виконанні досліджень і впровадження розробок:
1. Критичний аналіз сучасних теорій як статичного, так і динамічного руйнування гірських порід при видобутку і переробці корисних копалин показав, що на сьогодні відсутній єдиний інтегральний критерій, який надавав би можливість забезпечувати руйнування різних породних масивів з максимальною продуктивністю і ККД при мінімальних питомих енерговитратах і вартості руйнування. Узагальнення і систематизація існуючих знань для розробки нових фізико-технічних способів видобутку корисних копалин в єдиному комплексі відображає суть даної проблеми.
2. Розроблено фізико-технічні основи видобутку корисних копалин з використанням енергоощадного руйнування молекулярних зв'язків гірських порід шляхом трансформації та керованого узгодження частот коливань зовнішніх і внутрішніх джерел енергії.
3. Вперше встановлені функціональні закономірності руйнування породного масиву на класичному і молекулярно-хвильовому рівнях з урахуванням параметрів робочого органу і приводу гірничої машини, у обґрунтуванні режимів оптимального функціонування систем типу «Породний масив-робочий орган - привід».
4. Уперше розроблено критеріальний метод створення гірничих систем класу "Породний масив робочий орган - привід" для видобутку корисних копалин. Він відрізняється тим, що заснований на системному аналізі вихідних даних, параметричному й аксіоматичному синтезі виробничих граничних умов оптимального функціонування гірничих систем та формує їх фізико-технічні основи.
5. Вперше, за допомогою критеріального методу, виконано узагальнення наукових і практичних досягнень у основи теорії функціонування гірничих систем, перевірені прямим експериментом за складеним багатофакторним В-планом. Вони об'єднали в собі три складові частини пізнання сутності досліджуваних явищ: логіку функціонування гірничої системи за експериментальними фактами, висновками, доказами; побудову ідеалізованої гірничої системи і її теоретичної моделі; формалізацію функціонування системи на базі постулатів і аксіом.
6. Уперше отримані математичні моделі елементарної стружки і висоти ядра ущільнення породного масиву на підставі моделі навантаження пружно пластичного середовища, які на функціональному рівні враховують взаємний вплив фізико механічних властивостей породного масиву, параметрів робочого органа і приводу системи.
7. Розроблено нову методику розрахунку виробничих граничних умов функціонування гірничих систем через єдиний параметр висоту ядра ущільнення, яка передбачає класичний і молекулярно-хвильовий підходи при їхньому аналізі, це надало змогу керування найбільш енергоємним процесом формування ядра ущільнення при руйнуванні породного масиву по його молекулярно-хвильових характеристиках, питомій поверхневій енергії, постійній кристалічних ґрат і радіусу дії міжмолекулярних сил.
8. Проведено порівняння на класичному і молекулярно-хвильовому рівні ВГУ функціонування: колісного екскаватора ЕО-4321; роторного екскаватора СРС-2000-28/3.5; крокуючого екскаватора драглайна ЕШ-6,5/45У; шарошкового бурового верстата 2СБШ-200Н; колонкового свердла ЕБГП1; ручного електросвердла СЕР-19; штрипсового розпилювального верстата СМР-043; механізованого прохідницького щита ПЩМ-2.1Б комплексу КЩ-2.1 (розбіжність теоретичних і експериментальних результатів не перевищувала
15 %).
9. Встановлено, що висота ядра ущільнення на твердосплавних вставках шарошки мала значення (46) мм, не залежно від рядності розміщення твердосплавних вставок. Об’єм ядра ущільнення коливався від 3510-9до 4610-9м3, об’єм стружки від 1310-8до 2810-8м3. Продуктивність буріння змінювалася від 0,6 до 1,78 м3/год, що забезпечувало варіацію питомої енергоємності буріння від 4 до 11 кВтгод/м3, технічну швидкість буріння від 11 до 50 мм/хв. у виробничих умовах відкритого акціонерного товариства ”Кварцит” та ВАТ ”Прионежський кар’єр” (республіка Карелія, Росія) де проводилося буріння свердловин у гранітах з межею міцності на стискання - 200250 МПа, коефіцієнтом Пуассона 0,230,25, з показником буримості (1011).
10. Створено і випробувано в промислових умовах: антифазні гідроударники для активізації ковша екскаватора; імпульсно-хвильове долото для буріння свердловин; гідроімпульсний пристрій ГУБ-1 для забезпечення проходження гірської маси по трактах подачі гірських порід; імпульсно-хвильовий трансформатор підвищення продуктивності нафтових свердловин та очищення внутрішніх поверхонь насосоно компресорних і нафтогазопровідних труб; магнітно-ультразвукову систему (МУС) очищення води. Загальний фактичний економічний ефект від впровадження результатів роботи становить 1218396,5 руб. Росії та 1706053 грн.
11. Основні матеріали дисертації викладені у навчальному посібнику та використовуються в учбовому процесі НТУУ «КПІ» при вивчені студентами спеціальностей «Технологія відкритої розробки родовищ корисних копалин» та «Електромеханічне обладнання енергоємних виробництв» дисциплін «Техніка і технологія переробки гірських порід» та «Механічне обладнання гірничих виробництв».