Анотація до роботи:

Геммерлінг О. А. Обґрунтування параметрів гідроімпульсної установки для проведення нарізних робіт на пластах крутого падіння. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 - гірничі машини. - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена обґрунтуванню параметрів гідроімпульсної установки для проведення нарізних робіт на крутих пластах. Проведення свердловини довжиною 120 - 150 м буде здійснюватися імпульсним струменем. У роботі вивчається вплив шару зруйнованого вугілля, що перебуває між вибоєм свердловини і гідроімпульсною установкою, на процес проходження свердловин та закономірності руйнування вугільного масиву гідроімпульсною установкою.

У дисертаційній роботі визначені зміни динамічного тиску імпульсного струменя в залежності від товщини вугільного шару перед генератором імпульсів та розраховані раціональні параметри гідроімпульсної установки: тиск, частота, крок руйнування вугілля та кут повороту насадок. Діаметри насадок установки, що рекомендуються для проведення нарізних робіт, становлять 10 і 12 мм. Рекомендований максимальний шар зруйнованого вугілля перед насадками бурової гідроімпульсної установки при проведенні нарізних робіт не повинен перевищувати 0,5 м. Встановлений характер руйнування вугілля імпульсним струменем та визначені параметри відколів: середня довжина, швидкість відколів у залежності від числа імпульсів струменя.

Основні результати роботи використовувалися при розробці технічного завдання на машину бурову гідроімпульсну (МБГІ-1).

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, у якій дано вирішення актуальної наукової задачі, що полягає в обґрунтуванні параметрів ГІУ для проведення нарізних робіт на пластах крутого падіння і у встановленні: залежності сили удару імпульсного струменя ГІУ, що змінюється за нелінійним законом (квадратичної параболи), залежно від товщини шару зруйнованого вугілля; зміни динамічного тиску імпульсного струменя ГІУ, що змінюється за нелінійним законом (квадратичної параболи), залежно від товщини шару зруйнованого вугілля; необхідного для руйнування вугілля тиску на виході ГІУ, що змінюється за нелінійним законом (квадратичної параболи), залежно від товщини шару зруйнованого вугілля; частоти проходження імпульсів ГІУ; кута повороту насадок ГІУ; кроку руйнування вугілля ГІУ; закономірностей руйнування вугільного масиву ГІУ, що дозволило підвищити ефективність ГІУ для проведення нарізних робіт на пластах крутого падіння до 40%, у порівнянні із бурозбіїчними машинами типу ЛБС, БШ-2М и БГА, що застосовуються в цей час.

Основні наукові і практичні результати полягають у наступному:

1. Теоретично отримано і експериментально підтверджено, що раціональними параметрами гідроімпульсної установки для проведення нарізних робіт на крутих пластах при опірності вугілля різанню від 50 до 150кН/м є:

тиск, необхідний для руйнування пласта, на виході гідроімпульсної установки становить: 10 - 19МПа для насадки діаметром 12 мм; 13 - 24МПа для насадки діаметром 10мм; 22 - 34МПа для насадки діаметром 8мм;

частота проходження імпульсів струменя змінюється від 5 до 20Гц;

крок руйнування вугілля становить 6 - 8 діаметрів насадки;

кут повороту насадок гідроімпульсної установки становить 23 - 31 для насадок діаметром 10мм і 28 - 37 для насадок діаметром 12 мм.

2. Втрати динамічного тиску імпульсного струменя при проходженні струменя через шар зруйнованого вугілля змінюються:

за лінійним законом при товщині шару до 0,6 м і становлять: 19,2МПа на 1 м шару зруйнованого вугілля для насадки діаметром 8мм; 9,1МПа на 1 м шару зруйнованого вугілля для насадок діаметром 10 і 12мм;

за нелінійним законом (близьким до параболічного) при товщині шару понад 0,6м і становлять у середньому: 21,2МПа на 1м шару зруйнованого вугілля для насадки діаметром 8мм; 24,2МПа на 1м шару зруйнованого вугілля для насадки діаметром 10мм; 18,2МПа на 1м шару зруйнованого вугілля для насадки діаметром 12мм.

3. Діаметри насадок установки, що рекомендуються для проведення нарізних робіт, з урахуванням отриманих експериментальних даних зміни динамічного тиску імпульсного струменя в шарі зруйнованого вугілля, становлять 10 і 12 мм.

4. Для ефективного руйнування вугільного масиву необхідно забезпечити обертання стволів із насадками гідроімпульсної установки зі ступневим поворотом на кут 23 - 31 для насадок діаметром 10мм і на кут 28 - 37 для насадок діаметром 12мм щосекунди. Дана схема дозволить забезпечити 2 - 3 імпульси струменя в кожну точку вугільного вибою при частоті імпульсів від 2 до 4.

5. Розроблено математичне описання процесу взаємодії гідроімпульсної установки з масивом вугілля, що руйнується, яке представляє собою двомірний випадковий процес, випадковий характер якого обумовлений випадковим характером руйнування вугілля з розподілом імовірності, що не суперечить закону Гауса і випадковим характером довжини відколу вугілля з розподілом імовірності, що не суперечить закону Вейбула.

6. Рекомендований максимальний шар зруйнованого вугілля перед насадками бурової гідроімпульсної установки при проведенні нарізних робіт не повинен перевищувати 0,5м. Товщина шару зруйнованого вугілля може бути змінена шляхом варіювання швидкості подачі бурової установки.

7. При проходженні струменя через шар зруйнованого вугілля товщиною до 0,6м швидкість імпульсного струменя зменшується за законом близьким до лінійного і становить 56 - 58% від швидкості струменя на виході генератора імпульсів для насадок діаметром 8, 10, 12мм.

8. Для ефективного руйнування вугільного масиву установка для проведення нарізних робіт повинна забезпечувати 2 - 3 імпульси струменя в одну точку вибою. Глибина воронки збільшується за законом, близьким до лінійного, при числі імпульсів струменя до трьох. Установку для проведення нарізних робіт необхідно розміщувати на відстані не менше ніж 0,3м від вибою свердловини.

9. Руйнування масиву вугілля імпульсним струменем відбувається відколами, імовірність розподілу яких не суперечить закону Вейбула (критерій згоди Пірсона 0,9). Отримані параметри відколів при руйнуванні масиву вугілля імпульсним струменем: середня довжина, швидкість відколів залежно від кількості імпульсів струменя. Кількість відколів при дії одного імпульсу струменя залежить від глибини воронки і змінюється від 8 до 15 при зміні глибини воронки від 78 до 340мм. При кількості імпульсів струменя відносно окремої воронки понад три середня довжина відколу зменшується більш ніж в 2 рази.

10. Результати дисертаційної роботи використані при розробці методики розрахунку параметрів ГІУ, складанні технічного завдання і розробці робочих креслень на машину бурову гідроімпульсну типу МБГІ-1, експлуатації і модернізації ГІУ, що працюють на шахті імені А. І. Гайового м. Горлівки Донецької області, і у навчальному процесі у Донецькому національному технічному університеті.

11. Достовірність висновків і наукових положень дисертаційної роботи підтверджується тим, що при проведенні експериментальних досліджень використовувалась методика планування експерименту, перевірка і таріровка вимірювальної і реєструючої апаратури, при розробці математичного описання використовувався сучасний математичний апарат. Розбіжність між результатами аналітичних і експериментальних досліджень щодо визначення необхідного для руйнування вугілля тиску не перевищує 10%.

12. Очікуваний економічний ефект від застосування ГІУ замість існуючої техніки буріння свердловин складе близько 220тис.грн. на одну установку за рік.

Основні положення дисертаційної роботи відображені в таких публікаціях:

1. Бойко Н. Г., Геммерлинг О. А. Обоснование параметров гидроимпульсной струи генератора установки для проведения скважин //Наукові праці Донецького державного технічного університету. Випуск 42. Серія: гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДонНТУ. - 2002. - С. 54 - 57.

2. Бойко Н. Г., Геммерлинг О. А. Потери энергии гидроимпульсной струи и ее КПД //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Випуск 51. Серія: гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДонНТУ. - 2002. - С. 37 - 41.

3. Бойко Н. Г., Геммерлинг О. А. Стенд для исследования процесса взаимодействия гидроимпульсной струи с разрушаемым массивом угля //Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю. - 2002. - № 3. - С. 70 - 71.

4. Геммерлинг О. А. Установление закономерностей разрушения угольного массива импульсной струей жидкости //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Випуск 83. Серія: гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДонНТУ. - 2004. - С. 64 - 70.

5. Бойко Н.Г., Геммерлинг О.А. Определение рациональной частоты импульсной струи жидкости при разрушении угольного массива //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Випуск 101. Серія: гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДонНТУ. - 2005. - С. 3 - 6.

6. Бойко Н.Г., Геммерлинг О.А. Математическая модель процесса взаимодействия гидроимпульсной струи с разрушаемым массивом угля при проведении скважин //Вісник Донбаської державної машинобудівної академії № 1 - 2005. Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. - 2005. - С. 143 - 148.

7. Бойко Н.Г., Геммерлинг О.А. Изменение кинетической энергии гидроимпульсной струи при проведении скважин на крутых и крутонаклонных пластах //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Випуск 104. Серія: гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДонНТУ. - 2006. - С. 10 - 16.

8. Бойко Н.Г., Геммерлинг О.А. Закон распределения вероятностей усилия для разрушения угля гидроимпульсной струей //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Випуск 12 (113). Серія: гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДонНТУ. - 2006. - С. 9 - 16.

9. Бойко Н.Г., Геммерлинг О.А. Определение скорости гидроимпульсной струи при прохождении ее через слой разрушенного твердого материала при проведении скважин //Технологія і техніка друкарства. Збірник наукових праць. Випуск 4 (14). - Київ: ВПІ НТУУ “КПІ”. - 2006. - С. 88 - 91.

10. Геммерлинг О. А. Обоснование параметров гидроимпульсной струи жидкости с учетом потерь энергии //Материалы первой международной научно-технической конференции “Механика жидкости и газа”. - Донецьк: ДонНТУ. - 2002. - С. 9 - 10.

11. Бойко Н. Г., Геммерлинг О. А. Исследование процесса взаимодействия импульсной струи жидкости с разрушаемым массивом угля //Труды международной научно-технической конференции “Горная энергомеханика и автоматика”. - Донецк: ДонНТУ. - 2003. - Т. 2. - С. 32 - 37.

12. Геммерлинг О.А. Определение потерь давления импульсной струей жидкости при прохождении ее через слой разрушенного угля //Научные труды международной научно-технической конференции «Горное оборудование - 2005». - Донецк: ДонНТУ. - 2005. - С. 43 - 45.

13. Геммерлинг О.А. Проведение скважин на крутых и крутонаклонных угольных пластах с помощью импульсной струи жидкости //VII международная молодежная конференция «Севергеоэкотех-2006»: материалы конференции (22-24 марта 2006 г., Ухта): в 3 ч.; ч. 1. - Ухта: УГТУ. - 2006. - С. 315 - 318.

14. Бойко Н.Г., Геммерлинг О.А. Исследование изменения кинетической энергии импульсной струи жидкости при проведении скважин //Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць VI Міжнародної науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 24-27 квітня 2006 р. - Донецьк: ДонНТУ. - 2006. - С. 15 - 17.

У публікаціях, написаних у співавторстві, автору належить: [1] – виконане обґрунтування параметрів гідроімпульсного струменя установки для проведення нарізних робіт; [2, 5, 6, 7, 9, 11] – експериментально досліджено: втрати енергії, частоту, зміну тиску, зміну кінетичної енергії, швидкість гідроімпульсного струменя установки, процес руйнування вугільного блоку імпульсним струменем установки; [3] – розробка стенда для дослідження процесу взаємодії гідроімпульсного струменя установки з масивом вугілля, що руйнується; [8] – розробка розрахункових формул і визначення зусилля для руйнування вугілля імпульсним струменем установки; [14] - визначення енергії імпульсного струменя установки для проведення свердловин залежно від товщини вугільного шару.