Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка экспериментальных конструкций комбинированного инструмента с применением сверхтвердых композиционных материалов для эффективного разрушения горных пород

Докладчик: Никитенко Сергей Михайлович

Должность: ведущий научный сотрудник, ведущий научный сотрудник

Цель проекта:
Основной целью исследований является использование известных теорий разрушения материалов и создание на их основе высокоэффективного породоразрушающего инструмента, и, одновременно, для максимально возможного ослабления буримых пород. Основой исследования являются современные аналитические представления о механизмах действия как разрушающих факторов, так и факторов повышения эффективности работы самих породоразрушающих инструментов. Таким образом, предлагается проект по разработке научных основ и созданию новых конструкций инструментов для разрушения горных пород, обеспечивающих снижение энергоемкости, повышение износостойкости, взрывобезопасности, производительности оборудования и расширение области их применения на основе совмещения функций активного воздействия и активного контроля (комплексного диагностирования). Для достижения указанной цели предполагается: Разработать и обосновать научные принципы выбора рациональных конструкций инструментов применительно к конкретным условиям их эксплуатации, в том числе: 1.⴬Разработать экспериментальные конструкции резцов на основе комбинированной режущей кромки пластин и армирующих вставок из сверхтвердых композиционных материалов. 2.Разработать новые конфигурации пластин и армирующих вставок бурового инструмента на основе сверхтвердых композиционных материалов для различных условий эксплуатации. 3.Разработать новые конструкции резцов и коронок для армирования их сверхтвердыми композиционными материалами. 4.Разработать оптимальные составы сверхтвердых композиционных материалов для изготовления комбинированного инструмента, работающего в различных горно-геологических условиях. Разработать экспериментальные технологии бурения новыми видами инструмента и требования к составляющим технологического процесса бурения. Технические возможности разрушения горных пород определяют возможности всего горного производства и далее возможности всей промышленности, использующей результаты работы горнодобывающих предприятий. Энергия, необходимая для бурения породы, определяется режущим действием. Из всех основных механизмов разрушения породы резание является наиболее эффективным методом, потому что прочность на растяжение пород обычно меньше прочности на сжатие. Поэтому механический способ разрушения получил наибольшее распространение при ведении основных производственных процессов в горнодобывающей промышленности на подземных и открытых работах, при строительстве подземных сооружений и тоннелей. В то же время, механический способ разрушения ведёт к интенсивному износу инструмента. Именно поэтому проблема разрушения горного массива с минимальными удельными энергозатратами была и остается одной из важнейших научно-прикладных задач в горном производстве. Разрушение горных пород осуществляется разнообразными инструментами, качество которых прямо и опосредованно оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели работы машин и возможную область их применения. Аномальный износ (остаточное, локальное изменение формы породоразрушающей поверхности инструмента) горного инструмента является одной из основных причин преждевременного снятия его с работы при неиспользованном полностью ресурсе. Актуальность реализации предлагаемых исследований подтверждается положениями Долгосрочной Программы развития угольной промышленности России на период до 2030 года, разработанной в соответствии с Протоколом совещания у Председателя Правительства Российской Федерации В.В. Путина от 24июня 2010 года № ВП-П9-35 пр (г. Новокузнецк, Кемеровская область). Одна из Подпрограмм «Обеспечение технологического развития отрасли и укрепление научно-технической базы компаний и научных центров» предполагает решение следующих основных задач: а) модернизация и развитие стендовой базы для испытания горно-шахтного и горно-транспортного оборудования; б) разработка новых способов и средств разрушения пород и угля.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Методические подходы по разработке новых видов комбинированного горного инструмента с армирующими вставками из сверхтвердых композиционных материалов.
2. Экспериментальные образцы комбинированного инструмента с армирующими вставками из сверхтвердых композиционных материалов.
3. Технологические принципы проектирования стендового оборудования для исследования процессов энергоемкости разрушения горных пород и эрозионного (абразивного) износа породоразрушающего инструмента.
4. Рекомендации по использованию новых видов комбинированного инструмента с применением сверхтвердых композиционных материалов на горнодобывающих предприятиях в различных условиях эксплуатации.

Распространение научно-технических результатов проекта предполагается:
- через участие в профильных российских и зарубежных выставках («Уголь России и майнинг» г.
Новокузнецк, «ВТТВ-Омск», Международные выставки оборудования и технологий горнодобывающей промышленности в рамках Всемирных горных конгрессов и др.)
- посредством участия исполнителей НИР в национальных и международных научно-практических
конференциях (Индонезия, Германия, Украина);
- через публикацию результатов НИР в российских рецензируемых научных журналах, входящих в
перечень ВАК РФ, а также в зарубежных;
- размещение специализированного листинга на сайте НО «Ассоциация машиностроителей Кузбасса»;
- через электронные торговые площадки, входящие в Ассоциацию электронных торговых площадок, Группа площадок В2В;
- через существующие сети крупных машиностроительных и горнодобывающих компаний России;
- через Российскую сеть трансфера технологий и Союз инновационно-технологических центров России; - через региональные представительства в России европейской информационно-деловой сети Enterprise Europe Network (EEN) консорциума Gate2RuBIN.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Полученные в результате выполнения проекта научные и научно-технические результаты открывают перспективу разработки новых технологий разрушения крепких пород, в основе которых лежат эффекты вдавливания, поворота и сдвига взаимодействующих тел.
На основе обработанной статистики износа различных видов инструмента будут разработаны
методические подходы к проектированию энергоэффективной конфигурации армирующих вставок из сверхтвердых композиционных материалов с равноизнашиваемой породоразрушающей поверхностью, что будет коренным образом отличать новые виды инструмента от традиционных.
Конечным научно-техническим результатом работы является создание опытных образцов широкой номенклатуры высокоэффективных инструментов для разрушения горных пород, в том числе:
1. Техническая документация и изготовленные опытные образцы новых видов инструмента режущего действия.
3. Отчёты об эксплуатационных испытаниях и обоснованных режимах бурения в различных условиях.
4. Согласованная техническая документация на технологию бурения новыми видами инструмента режуще-скалывающего действия.
5. Разработанные рекомендации по использованию технологий бурения на горнодобывающих
предприятиях.


Текущие результаты проекта:
Аналитический обзор российских и зарубежных информационных источников.
Проведение патентных исследований в соответствии ГОСТ Р 15.011-96.
Исследования и статистический анализ видов износа и ресурса инструментов, армированных традиционными вставками из вольфрамо-кобальтовых сплавов.
Сравнительная оценка вариантов возможных решений по созданию новых видов комбинированного инструмента для дезинтеграции пород на основе известных теорий разрушения материалов.
Выбор и обоснование направления исследований по созданию новых видов комбинированного инструмента для дезинтеграции пород.
Теоретическое обоснование конфигураций армирующих вставок из сверхтвердых композиционных материалов для новых видов инструмента.