СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 2000 года по МПК E21C39/00 G01N33/24 

Предлагаемое изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для экспериментально-исследовательских работ, связанных с изучением разных процессов разрушения горных пород механогидравлическим и механическим способами. Оно может быть использовано для исследования непрерывных водяных струй среднего и высокого давления.

Известен стенд гидромониторный для определения силы удара струи, состоящий из насадка гидромонитора, щита с датчиками давления в виде гидравлических трубок, гидравлического поршня, первичных приборов МЭД, вторичных приборов Эпидов (а.с. СССР N 1694905 кл. E 21 C, 45/00, "Бюллетень изобретений" N 44, 1991 г.).

Недостатком стенда является невозможность исследования совместного воздействия на горный массив механического режущего инструмента и струи.

Известен стенд для исследования разрушения горных пород, состоящий из рамы с направляющими, закрепленного на раме портала для установки режущего инструмента с тензодинамометром и зажимного приспособления, стола, установленного с возможностью перемещения в направляющих рамы, металлических форм для размещения породных блоков, установленных на столе, привода перемещения стола, рукояти с гидромультипликатором для питания рабочего органа водой. Стенд может работать в трех основных режимах: режим резание (строгание) породы единичным, групповым инструментом или рабочим органом в виде рыхлителей или гребенки; режим вдавливания инструмента в породу; режим резания породы с одновременной вертикальной подачей инструмента. Работа стенда в этих режимах может происходить как "всухую", так и с подачей воды (а.с. СССР N 1484942 кл. E 21 C, 27/32, "Бюллетень изобретений" N 21, 1989) - прототип.

Недостатком этого стенда является невозможность изменения направления струи в нужную точку забоя, а также отсутствие возможности фиксирования количества разрушаемой породы за цикл и определения гранулометрического состава частиц разрушенной породы.

Задача предлагаемого изобретения - создание стенда, позволяющего определять изменения усилия резания при различном положении резца и струи относительно друг друга, а также позволяющего фиксировать гранулометрический состав и количество разрушаемой породы при одновременном воздействии струи и резца на горный массив.

Задача решается тем, что стенд для исследования разрушения горных пород, содержащий раму с направляющими, режущий инструмент с тензодинамометром в зажимном приспособлении, стол, с возможностью перемещения в направляющих рамы, металлические формы для размещения породных блоков на столе, гидроцилиндры подачи, опорные и распорные ролики, отличающийся тем, что стенд снабжен струеформирующим устройством, установленном на зажимном приспособлении, поддоном, расположенным под столом, фильтром на сливе поддона, гидроцилиндрами возврата, подвижным коробом, в котором размещен стол, поперечной балкой, с возможностью вертикального перемещения по винтовым стойкам, при этом струеформирующее устройство выполнено в виде ствола, снабженного сменным насадком и закрепленных на передвижных стойках через державку и сегменты, которые, через фиксирующие винты и отверстия по окружности сегмента, установлены с возможностью радиальных поворотов относительно стоек, причем соотношение между внутренним диаметром ствола и диаметром отверстия в насадке составляет более 10, а длина цилиндрического тела с успокоителем внутри - не менее 2-х внутренних диаметров ствола.

Устройство поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображен стенд, вид сверху;
- на фиг. 2 изображен стенд, вид сбоку в разрезе по А-А;
- на фиг. 3 изображен стенд, вид сбоку в разрезе по Б-Б;
- на фиг. 4 изображено струеформирующее устройство;
- на фиг. 5 изображен поперечный разрез по C-C струеформирующего устройства.

Устройство содержит:
1 - раму с направляющими; 2 - винтовые стойки; 3 - поперечную балку; 4 - зажимное приспособление; 5 - режущий инструмент; 6 - струеформирующее устройство; 7 - ствол с успокоителем; 8 - сменный насадок; 9 - державка; 10 - передвижные стойки крепления; 11 - зажимные болты; 12 - фиксирующие винты; 13 - подвижные сегменты; 14 - подвижной короб; 15 - гидроцилиндры подачи; 16 - гидроцилиндры возврата; 17 - опорные ролики; 18 - распорные ролики; 19 - стол; 20 - породный блок; 21 - металлические профили крепления породного блока; 22 - направляющие металлических профилей; 23 - сборный поддон; 24 - платформа струеформирующего устройства; 25 - съемный фильтр тонкой очистки.

Стенд для исследования разрушения горных пород состоит из неподвижной рамы 1 с направляющими, двух винтовых стоек 2, по которым возможно вертикальное перемещение поперечной балки 3. На балке закреплено зажимное приспособление 4, связанное с тензодинамометром, с рабочим инструментом 5 и со струеформирующим устройством 6.

Струеформирующее устройство 6 (см. фиг. 4 и 5) содержит ствол 7 с крестообразным успокоителем для гашения турбулентности потока и сменный насадок 8 типа "тонкостенное отверстие", причем соотношение между внутренним диаметром ствола и диаметром отверстия в насадке составляет более 10, а длина цилиндрического тела с успокоителем внутри - не менее 2-х внутренних диаметров ствола, державку 9, в основе конструкции которой лежит спираль Архимеда, позволяющая удерживать стволы различного диаметра, а также изменять расстояние от насадка до поверхности породного блока, передвижные стойки крепления 10 с зажимными болтами 11 и фиксирующие винты 12. Конструкция струеформирующего устройства 6 позволяет изменять угол наклона струи на заданный шаг относительно разрушаемого массива. Это происходит за счет поворота ствола 7 со сменным насадком 8 вместе с державкой 9, закрепленной на поворотных сегментах 13, относительно стоек крепления 10. Фиксация угла наклона происходит с помощью винтов 12.

Короб 14 представляет собой подвижную сварную металлическую конструкцию. Короб, при помощи гидроцилиндров подачи 15 и возврата 16, может перемещаться внутри рамы на опорных 17 и распорных 18 роликах. Внутри короба закреплен стол 19 для размещения на нем разрушаемого породного блока 20. Крепление породного блока на столе осуществляется с помощью металлических форм крепления 21, передвигающихся по направляющим 22, что позволяет использовать породные блоки различного размера, а также производить поперечное перемещение породного блока по опорному столу.

На дне подвижного короба расположен сборный поддон 23, служащий для сбора продуктов разрушения и использованной воды, которые попадают на него через отверстия в столе 19, изготовленном для этого из перфорированного железа. По наклонному сборному поддону вода с продуктами разрушения попадают в устройство слива, где продукты разрушения задерживаются съемным фильтром 25 для дальнейших исследований, а вода уходит на слив.

В режиме резания породы необходимая толщина стружки для соответствующего типа резца устанавливается перемещением поперечной балки в вертикальной плоскости по винтовым стойкам, закрепленным на неподвижной раме. Струя воды задается струеформирующим устройством, а угол ее наклона - за счет поворота ствола со сменным насадком вместе с державкой, закрепленной на поворотных сегментах, относительно стоек крепления. Фиксация угла наклона происходит с помощью фиксирующих винтов на стойках крепления. Изменение расстояния между точкой воздействия на массив режущего инструмента и струи достигается путем перемещения струеформирующего устройства по платформе на зажимном приспособлении, а также изменением величины вылета ствола из державки.

Движение короба с заданной скоростью по направляющим неподвижной рамы на опорных роликах осуществляется за счет гидроцилиндров подачи, а возврат в исходное положение за счет гидроцилиндров возврата. От боковых смещений короб предохраняют распорные ролики. При движении короба на породный блок, закрепленный на опорном столе при помощи металлических профилей, происходит воздействие резца и струи из струеформирующего устройства. Продукты разрушения, при воздействии на породный блок режущего инструмента и струи, через отверстия в опорном столе вместе с водой попадают на наклонный сборный поддон и далее в сливное устройство. Задержанные фильтром продукты разрушения в дальнейшем подвергаются сушке и разделению на фракции.

Измерительная аппаратура и аппаратура управления позволяют измерять, записывать и изменять механические и гидравлические параметры разрушения горных пород (составляющие усилия скорости, усилия, давление, расход воды и др.). Режущий инструмент закреплен в специальных тензодинамометрических стойках, что позволяет регистрировать составляющие усилия резания по трем плоскостям X, Y, Z. Силы, регистрируемые тензоэлементами, для дальнейшего анализа записываются на плату осциллографа, установленную в системном блоке персонального компьютера.

При необходимости стенд может работать в следующих режимах: резание породы только механическим режущим инструментом; резание породы струею воды высокого давления; механогидравлическое резание породы, где вода служит для создания зон напряжения в разрушаемой области; механогидравлическое резание породы, где вода служит для выноса продуктов разрушения из зоны контакта резца с породой; вдавливание инструмента в породу с подачей воды или без нее; резание породы с подачей воды или без нее с одновременным вертикальным вдавливанием режущего инструмента, что позволяет получать стружку практически любых форм.

В результате использования предлагаемого изобретения "Стенд для исследования разрушения горных пород " достигается технический эффект - создается стенд, позволяющий исследовать эффективность воздействия на массив режущего инструмента и струи.

Стенд для исследования разрушения горных пород относится к горному делу и может быть использован для экспериментально-исследовательских работ, связанных с изучением процессов разрушения горных пород механическим и механогидравлическим способами. Стенд содержит раму с направляющими и зажимное приспособление с тензодинамометром для установки режущего инструмента, стол с металлическими формами для размещения породных блоков, гидроцилиндры подачи, опорные и распорные ролики. На зажимном приспособлении дополнительно установлено струеформирующее устройство, выполненное в виде ствола, снабженного сменным насадком. Ствол установлен с возможностью радиального поворота и фиксирования в выбранном положении относительно стоек. Соотношение между внутренним диаметром ствола и диаметром отверстия в насадке составляет более 10, а длина цилиндрического тела ствола с расположенным внутри успокоителем составляет не менее 2 внутренних диаметров ствола. Конструкция стенда позволяет проводить исследования эффективности совместного воздействия на породный массив режущего инструмента и гидравлической струи. 5 ил.

Стенд для исследования разрушения горных пород, содержащий раму с направляющими, режущий инструмент с тензодинамометром в зажимном приспособлении, стол с возможностью перемещения в направляющих рамы, металлические формы для размещения породных блоков на столе, гидроцилиндры подачи, опорные и распорные ролики, отличающийся тем, что стенд снабжен струеформирующим устройством, установленным на зажимном приспособлении, поддоном, расположенным под столом, фильтром на сливе поддона, гидроцилиндрами возврата, подвижным коробом, в котором размещен стол, поперечной балкой с возможностью вертикального перемещения по винтовым стойкам, при этом струеформирующее устройство выполнено в виде ствола, снабженного сменным насадком и закрепленного на передвижных стойках через державку и сегменты, которые через фиксирующие винты и отверстия по окружности сегмента установлены с возможностью радиальных поворотов относительно стоек, причем соотношение между внутренним диаметром ствола и диаметром отверстия в насадке составляет больше 10, а длина цилиндрического тела с успокоителем внутри - не менее 2 внутренних диаметров ствола.