Закономірності руйнування гранітних блоків спрямованим механічним впливом

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню ефективності (вдосконаленню) технологічних процесів виробництва колотого каменю за рахунок інтенсифікації процесів руйнування гірських порід шляхом впровадження нового способу розколювання – спрямованим механічним впливом. В роботі запропонований і науково обґрунтований новий спосіб розколювання гірських порід – спрямованим механічним впливом, який полягає в нерівномірному розподілі зовнішнього зусилля по довжині заготовки. На відміну від традиційної схеми, коли зовнішнє навантаження рівномірно розподіляється по всій довжині заготовки, а механізм руйнування складається з утворення системи тріщин і їх злиття, при запропонованому способі початкова тріщина створюється лише одна – там, де діють граничні (максимальні) напруження. Подальший спрямований розвиток початкової тріщини призводить до руйнування гірської породи, причому на цей процес витрачається мінімум енергії.

Диссертация посвящена повышению эффективности (усовершенствованию) технологических процессов производства колотого камня за счет интенсификации процессов разрушения горных пород путем внедрения нового способа раскалывания – направленным механическим воздействием. В работе предложен и научно обоснован новый способ раскалывания горных пород – направленным механическим воздействием, который состоит в неравномерном распределении внешней нагрузки по длине заготовки. В отличие от традиционной схемы, когда внешняя нагрузка равномерно распределяется по длине раскалываемой заготовки, а механизм разрушения состоит в образовании системы трещин и их слиянии, при предложенном способе начальная трещина создается только одна – там, где действуют предельные (максимальные) напряжения. Дальнейшее направленное распространение начальной трещины приводит к разрушению горной породы, причем на этот процесс расходуется минимум энергии. Разработаны и проанализированы математические модели клиновых рабочих органов, в которых неравномерное распределение внешнего усилия по длине раскалываемой заготовки обеспечивается за счет соединения клиньев рабочего органа с нагружающей машиной при помощи упругих элементов различной жесткости. Сформулированы требования к параметрам таких рабочих органов, позволяющие получать колотые камни с минимальной энергоемкостью процесса раскалывания и заданным качеством поверхности раскола. Показано, что несмотря на введение в конструкцию дополнительного упругого элемента, надежность предлагаемых технических решений не уменьшается в сравнении с базовым вариантом за счет снижения вероятности появления в системе пиковых нагрузок. Экспериментально установлены закономерности разрушения горных пород направленным механическим воздействием, а именно влияние неравномерности внешнего усилия по длине раскалываемой заготовки на параметры технологического процесса – усилие, время, производительность и энергоемкость. На основе проведенных исследований разработаны рекомендации по внедрению нового способа разрушения горных пород в конструкциях клиновых рабочих органов камнекольных станков и подобного оборудования. Внедрение разработанных рекомендаций позволит снизить на 30...40% усилие, на 10...20% время цикла, на 5...10% вес техники и на 20...40% – энергоемкость процесса разрушения. Перечисленные разработки положены в основу эффективной энергосберегающей технологии производства колотого камня, которая обеспечивает повышение производительности труда и позволяет экономить энергоресурсы. Годовой экономический эффект от внедрения нового способа раскалывания только для одной технологической линии по производству брусчатого камня составляет 25,95 тыс. грн.

The dissertation is devoted to increase of efficiency of technological processes of manufacturing chipped stone by intensifying the processes of rock destruction with a help of a new way of splitting – a directed mechanical action. There is offered and scientifically substantiated a new way of splitting rocks, – destruction by a directed mechanical action, – which means a non-uniform distribution of external loading by a sample. Unlike the traditional scheme when external loading is uniformly distributed by the sample, and the destruction mechanism is a formation of set of cracks and their mergence, at the offered way there is created only one initial crack where a limiting pressure operates. The further directed growth of the initial crack leads to the material destruction, the minimum energy being spent for this process.