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			EDN	YPWFEL
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.
Финансирование
Благодарности
Список источников	1. Крапивин, М. Г. Горные инструменты [Текст] / М. Г. Крапивин, И. Я. Раков, Н. И. Сысоев. — М.: Недар, 1990. — 256 с. 2. Абатуров, В. Г. Физико-механические свойства горных пород и породоразрушающий буровой инструмент [Текст] / В. Г. Абатуров. — Тюмень: Нефтегазовый университет, 2007. — 269 с. 3. Волков, A. C. Буровой инструмент [Текст] / A. C. Волков. — М.: Недра, 1980. — 285 с. 4. Wojnar, К. Wiertnistwo [Text] / К. Wojnar, W. Wladislawlew. — Warshawa, 1976. — 350 s. 5. Lundberg. Efficiency of percussive drilling with extension rods [Text] // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Issue 4, August 1987. — Volume 24. — Pages 213–222. 6. Hartman, H. L. The effectiveness of indexing in percussion and rotary drilling [Text] / H. L. Hartman // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Issue 4, November 1966. — Volume 3. — Pages 265–278. 7. Крюков, Г. М. Физика разрушения горных пород при бурении и взрывании Т.1. [Текст] / Г. М. Крюков. — М.: Горная книга, 2006. — 330 с. 8. Нескоромных, В. В. Разрушение горных пород при бурении скважин [Текст] / В. В. Нескоромных. — Красноярск: Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа, 2014. — 335 с. 9. Литвинский, Г. Г. Аналитическая теория прочности горных пород и массивов [Текст] / Г. Г. Литвинский. — Донецк: Норд-Пресс, 2008. — 207 с. 10. Тимошенко, С. П. Теория упругости [Текст] / С. П. Тимошенко, Дж. Гудьер. — М.: Наука, 1975. — 576 с. 11. Латышев, О. Г. Разрушение горных пород [Текст] / О. Г. Латышев. — М.: Теплотехник, 2007. — 672 с. 12. Литвинский, Г. Г. Основы горной геомеханики Т.1. [Текст] / Г. Г. Литвинский // Механические свойства горных пород и массивов. — Алчевск: ДонГТУ, 2012. — 312 с.
Полный текст