Пинч-эффект при разрушении породы клиновым горным инструментом

Abstract

Освоение подземного пространства и добыча сырьевых ресурсов предполагают применение разнообразных технологий, горных машин и инструментов для разрушения пород. Это сдерживается отсутствием теоретических основ геомеханики разрушения. Данная работа нацелена на создание теории разрушения пород клиновым горным инструментом. Основная идея работы состоит в использовании феномена пинч-эффекта при сжатии горной породы для определения параметров трещин раскола. Рассмотрена задача теории упругости Фламана о сжатии плоского клина погонной нагрузкой, приложенной к его вершине. Изучены особенности напряжённо-деформированного состояния (НДС) в породном клине. Впервые теоретически обоснован феномен пинч-эффекта при разных типах НДС. Получены расчётные формулы проявлений пинч-эффекта (глубина и наклон трещин отрыва) под лезвием клинового инструмента при плоском и угловом породном обнажении. Результаты исследований развивают теоретические основы геомеханики разрушения пород горным инструментом.

Освоєння підземного простору і видобуток сировинних ресурсів вимагають застосування різноманітних технологій, гірських машин і інструментів для руйнування порід. Це стримується відсутністю теоретичних основ геомеханіки руйнування. Дана робота націлена на створення теорії руйнування порід клиновим гірським інструментом. Основна ідея роботи полягає у використанні феномена пінч-ефекту для визначення параметрів тріщин розколу при стисненні гірської породи. Розглянуто задачу теорії пружності Фламана про стиснення плоского клина погонним навантаженням, що прикладається до його вершини. Вивчено особливості напружено-деформованого стану (НДС) в породному клині. Вперше теоретично обґрунтовано феномен пінч-ефекту при різних типах НДС. Отримано розрахункові формули проявів пінч-ефекту (глибина і нахил тріщин відриву) під лезом клинового інструмента при плоскому та кутовому породному оголенні. Результати досліджень розвивають теоретичні основи геомеханіки руйнування порід гірським інструментом.

Development of underground space and extraction of mineral resource involve using a variety of technologies, mining machines and tools for rock breaking and cutting. This is constrained by absence theoretical foundations for breaking geomechanics. This work is aimed at the creation of the theory of rock breaking by wedge cutting tool. The main idea of the work is based on using the phenomenon of pinch-effect for compressing rocks to determine the parameters of cracks split. The Flamant’s problem of the elasticity theory on compressing the rock wedge by load applied to its vertex is considered. The features of the stress-strain state in the rock wedge have been studied. For the first time it has been theoretically justified the phenomenon of pinch-effect for different types of stress state. The calculated formulas for pinch-effect manifestations (the depth and slope of the cracks in the detachment) under the blade of the wedge tool for flat and angular rock outcrops are obtained. The results of the research develop the theoretical foundations of geomechanics of rock breaking by cutting tools.