Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологических требований к гидромониторам для эффективного проведения подготовительных выработок

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологических требований к гидромониторам для эффективного проведения подготовительных выработок"

На правах рукописи

БАРТЫШЕВ Александр Васильевич

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ГИДРОМОНИТОРАМ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОВЕДЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

Специальность: 25.00.22 — Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово - 2006

Работа выполнена в Новокузнецком филиале-институте ГОУ ВПО «Кемеровского государственного университета»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Казаков Сергей Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Фрянов Виктор Николаевич

кандидат технических наук, доцент Леконцев Юрий Михайлович

Ведущая организация ГОУ ВПО «Кузбасский государст-

венный технический университет»

Защита диссертации состоится 5 декабря 2006 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 003.036.01 при Институте угля и углехимии СО РАН по адресу: 650610, г. Кемерово, ГСП, ул. Рукавишникова, 21

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Института угля и углехимии СО РАН.

Автореферат разослан -В. У/ 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, __——

доктор технических наук ___) В. Т. Преслер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Добыча угля гидравлическим способом является одной из перспективных технологий разработки полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях. Положительные результаты, полученные на гидрошахтах" «Красногорская» и «Тырганская», способствовали тому, что в последнее время построены гидроучастки и на шахтах «Коксовая», им. Ворошилова, им. Дзержинского, «Зиминка» ОАО «Прокопьевскуголь».

Достоинством гидротехнологии является высокая безопасность, "достигаемая за счет дистанционного управления процессом выемки угля, а недостатком - высокая энергоемкость добычи угля, которая связана с низкой производительностью гидромониторов. Наибольшие энергозатраты отмечаются при проведении подготовительных выработок в условиях, где доля энергии горного давления, затрачиваемая на разрушение массива,'проявляется незначительно, а решающее значение принадлежит энергии гидравлической струи, зависящей от конструкции гидромонитора и его элементов струеформирования.' Повышение эффективности формирования струи в гидромониторах за счет выбора успокоителей и насадков — один из путей уменьшения энергоемкости гидротехнологии. • ' ,. '

До настоящего времени при создании гидромониторов основное внимание уделялось повышению их надежности и минимизации гидравлического сопротивления проточной части, без модификации ' струсформирующих устройств. Для определения производительности использовались эмпирические зависимости, которые не оценивали в полной мере влияния качества гидромониторной струи на ее разрушающую способность. Это затрудняло обоснование технологических требований к гидромониторам по фактору эффективной отбойки угля. -

В связи с этим исследования, направленные на повышение эффективности использования подводимой к гидромонитору энергии для гидравлического разрушения, базирующиеся на изучении динамики струи и процессов ее формирования в стволе гидромонитора, являются весьма важными. Изучение взаимодействия гидромониторной струи с угольным массивом позволит обосновать технологические требования к созданию эффективных струеформирующих устройств гидромониторов, повысить их технико-экономические показатели за счет определения рациональных параметров отрабатываемых заходок и безопасность проведения подготовительных выработок." *

Таким образом, обоснование технологических требований к гидромониторам для эффективного разрушения угольного массива в подготовительных выработках является актуальной научной задачей. ' *

Соответствие диссертации планам НИР. Исследования проводились в рамках планов НИОКР института ВНИИгидроуголь в 1981 — 2000 годы по темам: «Провести комплекс поисковых исследований с целью разработки малоэнергоемкой технологии выемки угля на основе применения управляемого процесса гидравлического разрушения и улучшения динамических характеристик струй» (039400800-032) и «Разработать и внедрить методы повышения эффек-

тивности гидроотбойки угля путем управления динамическими характеристиками струй и состоянием массива» (030010300-032) и, а также инициативным работам НФИ КемГУ в 2001 — 2004 годы по направлению «Изыскание резервов снижения энергоемкости гидравлической технологии добычи угля».

Цель работы. Повышение эффективности применения гидромониторов при проведении подготовительных выработок за счет обеспечения требуемых технологических параметров гидравлического разрушения угольного массива.

Идея работы заключается в обосновании критериев качества гидромониторов, используя установленные зависимости динамического давления по длине гидромониторной струи от технических характеристик гидромонитора и прочностных свойств угля.

Задачи исследований:

- обосновать критерии качества формирования струи в подземном гидромониторе и установить зависимость распределения динамического давления в гидромониторной струе от расстояния до насадка;

- провести стендовые испытания успокоителей и насадков для определения их роли при формировании гидромониторной струи;

- определить зависимость динамических характеристик струи от предела прочности угля для оценки производительности гидромонитора в подготовительных выработках различных форм и размеров;

- обосновать рациональную длину заходки в подготовительном забое для обеспечения максимальной скорости ее проведения при минимальных энергозатратах;

- разработать методику оценки требуемых технических характеристик гидромонитора для определения рациональной области его применения.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использован комплекс методов, включающий анализ технологии и опыта гидравлической добычи угля, обобщение научно-технических разработок в области формирования струй и гидравлического разрушения; методы математического моделирования для описания динамических характеристик струи и взаимодействия струи с угольным массивом; численные методы для вычисления объемных интегралов; методы математической статистики для обработки результатов стендовых и шахтных испытаний; стендовые исследования динамики струи и процессов струеформирования в гидромониторах для корректировки теоретически х зависимостей; хронометражные наблюдения за процессами гидравлического разрушения угольного массива для проверки адекватности изменения производительности гидравлического разрушения по длине струи.

Научные положения, выносимые на защиту:

- характер распределения динамического давления в гидромониторной струе позволяет выделить эффективное ядро, определяющее рабочую длину струи в зависимости от предела прочности угля;

- совокупность требований к техническим характеристикам гидромониторов базируется на результатах обоснования параметров качества струи, обеспечивающих эффективность гидроотбойки угля; , .

- производительность гидромонитора в подготовительных выработках шахт является функцией, увязывающей технические его характеристики, коэффициент осевого динамического давления, площадь эффективного ядра разрушения и предел прочности угля; ; ,

- зависимость производительности гидравлического разрушения по длине; струи позволяет устанавливать рациональную длину заходки при проведении подготовительных выработок с учетом их геометрии и прочности угля при минимуме энергозатрат; .. .

- методика оценки требуемых технических характеристик гидромонитора по результатам стендовых испытаний обеспечивает выбор области рационального применения гидромониторов в широком диапазоне горно-геологических условий. . . , - , ., • . . .

Достоверность и обоснованность научных положений подтверждается

- корректностью уравнений автомодельных струйных течений, адаптированных к условиям движения гидромониторной струи, и удовлетворительной сходимостью полученных результатов с экспериментальными данными, с; погрешностью не более 10%;

- удовлетворительным соответствием характеристик струй различных струеформирующих устройств при стендовых исследованиях и выемке угля в промышленных условиях; , . ,

- отклонением расчетной производительности гидравлического разрушения от фактической, полученной в условиях гидрошахты «Юбилейная»; захронометрировано 500 м проведенных выработок, при этом расхождение не превысило 15%; - . . . ( ......

- положительными результатами шахтных испытаний опытного образца модернизированного гидромонитора ГДМС 12-10 с параметрами, установленными в стендовых условиях на шахтах «Тырганская» (добыто 23 ООО т угля) и «Красногорская» (добыто 14 ООО т угля).

Научная новизна работы заключается в;.

- установлении зависимости динамического давления по длине гидромониторной струи, эффективное ядро которой ограничивается минимальным давлением, необходимым для разрушения угля;

- обосновании критериев качества гидромонитора; «коэффициента дальнобойности», «коэффициента компактности» и «коэффициента осевого динамического давления»; . - ^

- разработке комплекса технологических требований к гидромониторам по. обеспечению эффективного разрушения угля в подготовительных выработках;

- установлении максимума производительности гидромонитора по разрушению, рациональной длины заходки и минимума затраченной энергии.

Личный вклад автора состоит: . .

- в разработке экспериментально-аналитической модели гидромониторной струи, где коэффициенты, характеризующие начальные условия истечения, определяются по результатам стендовых испытаний; .

- в обосновании критерия качества гидромонитора, позволяющего оценить эффективность струеформирования и определить его производительность разрушения угля; .•'.••-•■

- в установлении зависимости производительности гидромонитора по разрушению угольного массива от эффективного ядра струи на различных расстояниях от насадка;

- в проведении стендовых исследований насадков и успокоителей как основных струеформирующих устройств, определяющих качество гидромонитора, для определения их эффективных параметров;

- в промышленных испытаниях гидромониторов, технические параметры которых предварительно определялись стендовыми испытаниями; '

- в разработке методики оценки технических параметров гидромонитора по результатам стендовых испытаний для выбора области рационального их использования.'- ' ■ ■ •

^•Практическая ценность работы.'Результаты проведенных исследований позволяют >

- оценивать качество серийных и вновь разработанных гидромониторов и устройств струеформирования путем определения параметров качества струи;

' - определять производительность разрушения угля гидромонитором с учетом динамических характеристик его струи; -

- обосновывать на стадии проектирования гидроучастка рациональные параметры подготовительных выработок при гидравлическом разрушении угля;

повысить производительность гидравлического разрушения в подготовительных выработках на 20-30% за счет применения успокоителей, увеличивающих динамическое давление струи в 1,2 - 1,4 раза; :

- определять область применения гидромонитора по результатам его стендовых испытаний. • • ;

Реализация работы. Идеи и закономерности, полученные в ходе исследований, реализованы при разработке '

- норм оценки качества струи подземного гидромонитора как средства гидравлического разрушения (в технических условиях на гидромонитор ГДМС 1210 по теме «Разработать и внедрить методы повышения эффективности гидроотбойки угля путем управления динамическими характеристиками струй и состоянием массива»); - - - . • :■>: ■ «■

- рекомендаций для струеформирующих устройств модернизированного гидромонитора ГДМС 12-10 (в опытном образце по теме «Разработать и внедрить методы повышения эффективности Гидроотбойки угля путем управления динамическими характеристиками струй и состоянием массива»);

- натурного стенда, построенного во ВНИИгидроугле для исследования водяных струй, и типовой методики проведения1 испытаний серийных и экспериментальных гидромониторов; •" •

- паспортов проведения выемочных печей по пласту 25 в условиях ш.«Юбилейная» и подэтажных штреков по пласту «Двойной» ш.Тырганская.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции по вопросам гидродобычи (Кемеро-

во, 1985); на VI Всесоюзном научном совещании по теоретическим и прикладным аспектам турбулентных течений «Турбулентные течения и техника эксперимента» (Таллинн, 1989); на Всесоюзном научно-техническом совещании «Технология разработки угольных пластов гидравлическим и механическим способом при управлении кровлей с закладкой выработанного пространства» (Москва, 1990); на секциях Ученого совета института ВНИИгидроуголь (Новокузнецк, 1986-1991); на 6-й Всероссийской конференции «Краевые задачи и математическое моделирование» (Новокузнецк, 2004); на научном семинаре факультета информационных технологий НФИ КемГУ (Новокузнецк, 2005). ,

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 14 печатных работах, включая 5 авторских свидетельств. ; ; . ; • , Структура и объем работы. Диссертация состоит из,введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, содержащего 91 наименование. Общий объем работы—133 страница.; . ; , ; ' . . ■ .

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ,,

Впервые применение напорных водяных струй для разрушения угля было предложено B.C. Мучником. Изучение закономерностей движения гидромониторной струи основывалось на развитой теории турбулентных струй, изложенных в монографиях Г.Н. Абрамовича, Л.А. Вулис, В.П. Кашкарова, Бай Ши-и. Прикладные исследования гидромониторных струй связывались с разработкой новых струеформирующих устройств, насадков и успокоителей. В решение этих задач большой вклад внесли, ученые: К.Г. Асатур, В.И. Геронтьев, A.M. Журавский, И.С. Куклин, H.H. Гавырин, А.М. Чапка, Ю.И. Удалых, Б.М. Сте-фанюк. Большие трудности возникают при изучении взаимодействия струи с угольным массивом. Над этой проблемой работали A.B. Голланд, A.C. Кузьмич, Г.П. Никонов, Ю.А. Гольдин, М.Н. Маркус, Г.А. Нурок, Б.А. Теодорович, Ю.Б. Гефт. Наиболее полные теоретические и лабораторные. исследования струеформирования, динамики струй и разрушения угля приведены в монографиях Н.Ф. Цяпко и С.С. Шавловского, а также . В.Г.Мерзлякова и В.Е.Бафталовского для струй высокого и сверхвысокого давления.

На этой научной основе базируются результат^ полученные в диссертационной работе. - ; , '

1. Характер распределения динамического давления в гидромониторной струе позволяет выделить параметры эффективного ядра, определяющие рабочую длину струи в зависимости от предела прочности угля.

' Гидромониторная струя является связующим звеном между гидромонитором и его производительностью по разрушению угольного массива. Параметры струи зависят от свойств струеформирующих'устройств гидромонитора и определяют эффективность гидравлического разрушения массива. Основной энергонесущей характеристикой струй является динамическое давление, которое прямо пропорционально плотности и квадрату скорости водо-воздушного потока. Недостатком существующих описаний параметров гидромониторной струи является отсутствие универсальных закономерностей изменения динами-

ческого давления. Приводимые закономерности справедливы только для конкретных струеформирующих устройств, исследованных в лабораторных условиях! •

В настоящей работе предлагается модель гидромониторной струи, позволяющая определять распределение динамического давления для широкого диапазона гидромониторов. Установлено, что параметры струи зависят от конструктивных особенностей струеформирующего устройства, насадка или успокоителя и качества их изготовления. Эти особенности гидромонитора возможно выявить только по результатам стендовых испытаний.

Отличительной особенностью предлагаемой модели является ее прикладной характер. Описывается только рабочая часть струи, граница которой определяется условием: динамическое давление не ниже некоторого порогового значения Ртт, зависящего от свойств разрушаемого угля. Таким образом, длина рабочего участка 1р является функцией характеристики крепости угля.

Рабочий участок струи гидромонитора разделен на два: начальный, длиной /„, и основной, длиной 1а (рис.1).

• г.м> \ .

ч к "ч ——

Рисунок 1. Схема гидромониторной струи: 1ф - расстояние от фокуса струи до среза насадка; г - радиальная координата струи

На начальном участке осевое динамическое давление в струе рт постоянно и равно величине давления при выходе из насадка гидромонитора Р0 (ядро постоянных давлений). Основной участок расположен после начального и заканчивается вместе с рабочим. В рамках модели предполагается, что на начальном участке производительность разрушения постоянна, а на основном убывает до нуля на расстоянии 1Р. Поэтому распределение динамического давления на основном участке струи является главным параметром, оценивающим её разрушающую способность при существующей дистанционности.

Динамическое давление на основном участке распределяется по закону, соответствующему решению уравнений пограничного слоя, используемых при рассмотрении движения турбулентной осесимметричной струи-источника несжимаемой жидкости, допускающих автомодельное решение:

Р ~

Рт

. (1 + (-Г-;)3)2 е-1

(1)

гдее — эмпирическая константа, определяемая из опыта.

Изменение осевого динамического давления рт на основном участке определяется формулой ' * - - _ * '

.....Г^Я®

Коэффициент пропорциональности 5 определяется из опыта и характеризует струеформирующее устройство. Длина начального участка 1„ струи определяется из (2) при условииРт-Ро- Сопоставление теоретической кривой с данными, полученными на стенде, приведено на рис.2.

2.5

1.5

as

Рисунок 2. Изменение осевого динамического давления по длине струи * - ■

Формула (1) определяет скалярное поле динамического давления p~f(r,l) на основном участке гидромониторной струй. Эмпирические константы <5. и £ выражают связь между условиями истечения и динамическими параметрами струи. ■ V " *. " " '• :;

Гидравлическое разрушение обеспечивается эффективным ядром струи (рис.3), которое обладает энергией, достаточной для разрушения массива, й зависит от Pmin (значение которого будет определено ниже), связанного с крепо-, стью угля. Радиус и площадь эффективного ядра на основном участке опреде-; ляются параметрами угольного массива и убывают с увеличением /. На начальном участке радиус ядра постоянен. < • .

Рисунок 3. Поперечное сечение струи:

.....1 - эффективное ядро; 2 - граница ядра; 3 - нерабочая часть струи

2. Совокупность требований к техническим характеристикам гидромониторов базируется на результатах обоснования параметров качества струи, обеспечивающих эффективность гидроотбойки угля.

Для определения опытных констант, заложенных в динамическую модель гидромониторной струи, необходима экспериментальная установка, позволяющая измерить динамическое давление на различных расстояниях от насадка, а также в сечениях основного участка струи. ,

Во ВНИИгидроугле с участием автора был разработан и построен стенд (рис.4) для испытания гидромониторов, техническое оснащение которого позволяло проводить эксперименты при давлениях до 10 МПа и расходах до 250 куб. м/ч, что соответствует условиям реальных гидроучастков. Конструкцией стенда предусмотрена возможность испытания любого гидромонитора или струеформирующего элемента. Координатное устройство, предназначенное для закрепления датчиков, дает возможность измерять параметры струи в любой точке на расстоянии до Юм. Управление процессом измерения параметров

1 - пульт управления; 2 - давление в струе; 3 - подводимое давление

Постоянные . из формул, описывающих распределение динамического давления, имеют физический смысл и служат критериями качества гидромониторной струи. Константа е из (1) определяет угол расширения струи и названа «коэффициентом компактности»: струи с меньшим е более «компактны». Постоянная ö из (2) прямо пропорциональна рабочей длине струи, где сохраняется ее разрушающая способность, и названа «коэффициентом дальнобойности». Для каждого гидромонитора <5 и е уникальны и оценивают качество его струе-формирующего устройства.

Для количественной оценки результатов стендовых испытаний гидромониторов автором введен «коэффициент осевого динамического давления» (КОДД), вычисляемый по формуле . : .

; - (3)

'о

где ртк - осевое динамическое давление струи на расстоянии lk=200d0, d0 — диаметр выходного отверстия насадка. , _ \

Диаметр насадка у промышленных подземных гидромониторов изменяется в диапазоне от 18 до 32 мм, поэтому для определения КОДД по формуле (3) необходимо иметь возможность измерять осевое динамическое давление струи в пределах 3 — 7 м от насадка. ' „

В исследованиях динамики струи эксперимент имеет решающее значение. В рамках разработанной модели гидромониторной струи достаточно измерить осевое (максимальное) динамическое давление ртк на расстоянии 4 в пределах основного участка, чтобы из соотношений (1) — (3) и закона сохранения импульса вычислить основные параметры качества струи через КОДД и основные технические параметры гидромонитора: подводимое давление и диаметр насадка, например, s = (400-Jk^)~', S = Kd(200d0)2Р0(1 + )•

Эти выражения «коэффициента компактности» и «коэффициента дальнобойности» позволяют вычислить параметры струи, определяющие эффективность разрушения: рабочую длину струи 1Р и радиус эффективного ядра R3

•--■ff-- • «>

К пин | V. « ИИ» У '.>'."■'. - ^

Таким образом, КОДД является наиболее простым и удобным средством, позволяющим проводить сравнительные испытания для определения рациональных параметров струеформирующего элемента гидромонитора (успокоителя или насадка). , '

Формирование струи происходит в стволе гидромонитора, где средняя скорость потока 5 — 10 м/с (в зависимости от давления, подводимого к гидромонитору), что соответствует числу Рейнольдса порядка 10б. Известно, что успокоитель разрушает крупные вихри и уменьшает поперечные турбулентные пульсации, подготавливая ускорение в насадке. Конфигурация поперечного сечения успокоителя (Кс — отношение площади поперечного сечения внутренних элементов успокоителя к его площади,, определяющее гидравлическое сопротивление) существенно влияет на параметры струи (табл.!).

,покоитель (№6), КОДД которого в 1,4 раза больше, чем у серийного варианта (№3).

В насадке на участке 10-30, см, поток разгоняется до скорости 150 м/сек. Компактность струи, оцениваемая «коэффициентом компактности», определяется геометрией проточной части насадка и чистотой обработки внутренней поверхности. ,

Для исследования влияния угла конусности насадка, который определяет ускорение потока, на качество струи были изготовлены шесть насадков с одинаковыми входным и выходным отверстиями. Угол конусности изменялся от 10 до 90 градусов. Лучший результат (Ка=0,31) показал насадок с углом 40 градусов. . ' _ ' ; ^ \ . 1 . '. *. '. . * ' ',

Серия насадков, изготовленных для исследования влияния цилиндрического участка на выходе, имела длину цилиндрической части от ¿и до 5Л0. Стендовые испытания этой серии позволяют сделать вывод, что цилиндрическая часть на выходе не оказывает существенного влияния на динамические параметры струи. Если цилиндр больше 4с1о, то увеличивается сопротивление при истечении, что негативно влияет на компактность струи. •

Полученные результаты легли в основу разработки многоступенчатого ствола для гидромонитора ГДМС 12-10, КОДД которого в 1,5 раза, выше, чем у серийного гидромонитора 12ГД-2.

> . 3. Производительность гидромонитора в подготовительных выработках шахт является функцией, увязывающей технические параметры гидромонитора, коэффициент осевого динамического давления, площадь эффективного ядра разрушения и предел прочности угля.

■ Воздействие струи на массив угля.в забое является ключевым в оценке гидромонитора, а производительность струйного разрушения служит критерием его эффективности. Для установления связи струи и массива необходимо определить параметр крепости угля, который будет характеризовать его разру-шаемость. • .. ; ; " - . ' / . ." - •■;•..'"■■;.

. ■ Анализ критериев гидравлической разрушаемости массива для струй диаметром 18 — 32 мм показал, что наиболее удачный критерий был предложен Н.Ф. Цяпко (условный предел прочности Яу). Он известен для основных пластов шахт Кузбасса и коррелируется с экспериментальными результатами

шахтных исследований, проведенных при изучении процесса гидравлической выемки угля. Условный предел прочности связан с коэффициентом крепости угля по шкале М.М. Протодъяконова / = 0,6ЯУ и коэффициентом гидравлической разрушаемости, предложенным ДонУГИ Г = 360Яу.

В подготовительных выработках разрушение угля происходит только в том случае, если динамическое давление в струе превышает предел прочности угля в массиве, откуда следует равенство между минимальным динамическим давлением в струе и условным пределом прочности Ртт = Яу. Минимальная величина динамического давления струи Ртт в точке её контакта с массивом позволяет связать параметры струи и массива: выделить из динамически движущегося потока воды по всей его длине разрушающую часть струи.

Переход от точечного разрушения угольного массива по длине струи к разрушению некоторого объема заданной конфигурации (для подготовительных работ это параллелепипед) основывается на механизме взаимодействия струи и угольного массива. Производительность гидравлического разрушения прямо пропорциональна осевому динамическому давлению струи гидромонитора рт(1) и площади эффективного ядра 83(1) ... .

- Пр(1) = С'рт(1)-Бз(1).. . ; . (5)

Постоянная С адаптирует формулу под конкретные условия, которые трудно учесть (например, квалификация гидромониторщика, степень трещино-ватости угля и т. п.). • ; ■

Правая часть этой формулы полностью определяется значением КОДД при условиях (1) — (2) и тем самым связывает параметры гидромонитора и подводимое давление с его производительностью гидравлического разрушения угля, что и является его основным технологическим параметром. . ..

Расчетное время Г выемки объема угля V вычисляется с помощью интеграла по размерам отрабатываемой заходки (£?)'

Для определения константы С достаточно знать размеры выработки и реальное время разрушения угля, что на гидрошахтах фиксируется в рабочих журналах. - : \

Учитывая, что производительность.постоянна на равных расстояниях / от насадка, процесс гидравлического разрушения при прохождении подготовительной выработки можно моделировать как снятие тонкой сферической «стружки» толщиной (11 с поверхности угольного массива. Если уменьшение площади сферической границы заходки описьшается функцией 5 = 5"(/), при /е[/;,/г], то можно. вычислить интеграл и определить время, затраченное на разрушение угля в заходке (рис.5.) . ,

Сечение выработки

И0~ высота гидромонитора; 1С — длина ствола.

Рисунок 5. Модель забоя с продольными сферическими границами Проверка применимости предложенной формулы производительности в реальных условиях осуществлялась при проведении шахтных испытаний модернизированных струеформирующих устройств в сравнении с серийным гидромонитором. Испытания проводились на базе гидромониторов ГДМС 12-5 и ГДМС 12-10, которые являлись модернизацией гидромониторов ГМДЦ-3 и 12ГД-2 за счет установки усовершенствованных стволов. Предварительно на стенде были проведены сравнительные испытания и определены КОДД гидромониторов. •

Па шахте «Юбилейная» проводились подготовительные работы на пласте 25 мощностью 1,6 — 1,7м. Крепость угля Ку=2,ЗМПа. В период опытной проверки проведено 500м выработок (200м - ГМДЦ-3, 300м — ГДМС 12-5).

. По результатам хронометражей построены графики производительности гидромониторов (теоретическая и фактическая), которые приведены на рис. 6. пр,

т/ч

14 12 10 8

---- --—- Г ~~~ ? .

Ч\ \ \ V 1 -

V Ьч \ х \ ч

\ \ \\ \ \

ч •

,0 1 2 3 4 5 6 7 /,м

Рисунок 6. Графики производительности разрушения

(------ -теоретическая, -:- -фактическая):

1-серийный гидромонитор (ГМДЦ — 3), 2-модернизированный (ГДМС 12-5)

Таким образом, в условиях подготовительных выработок дальность действия струи улучшенного гидромонитора возрастает почти в 1,5 раза.

4. Зависимость производительности гидравлического разрушения по длине струи позволяет устанавливать рациональную длину заходки при

проведении подготовительных выработок с учетом их геометрии и характеристик прочности угля при минимуме энергозатрат.

Полученная производительность (5) дает возможность прогнозировать подготовительные работы при прохождении штрека и рассчитывать рациональные параметры заходки.

На расстояниях, близких к рабочей длине струи, производительность гидравлического разрушения очень низкая, поэтому важно определить момент времени, после которого вести дальнейшую отбойку станет нецелесообразно. Этот момент зависит еще и от технологических параметров, таких, как шаг крепления кровли или длина звена подводящей трубы. Решение этой задачи крайне важно для сбережения энергетических ресурсов.

Формула (6) позволяет рассчитать время выемки угля ((I) при проходке заходки длиной /. В условиях, изложенных выше, это одномерный интеграл, который вычисляется явно.

Решить поставленную задачу можно, лишь учитывая цикличность при проведении проходческих работ по всей длине штрека ¿„„ Будем учитывать время, затрачиваемое на перестановку гидромонитора Т„, крепление выработки Тк и другие подготовительные работы Тр. Найдем рациональную длину заходки, при которой время проходки штрека будет минимальным. Для этого выразим среднюю производительность по выемке заходки

У(1)

ПРс(!) =

(7)

1(1) + Г„+ТК+Т

Так как сечение выработки постоянно, то объем заходки У(1) =57. Значение 1Р, при котором достигается максимум функции (7), и будет искомым. В реальных условиях это значение необходимо скорректировать с шагом крепи. Зная длину заходки и формулу производительности, с помощью (6) можно вычислить время ее прохождения, то есть время подачи в забой высокого давления, и тем самым сэкономить энергию, не позволяя гидромонитору работать с недопустимо малой производительностью.

Обработка результатов хронометражей, проведенных на шахте «Тырган-ская», подтверждают этот факт (рис*^.

2,0

1,0

Рисунок^-Производительность гидромонитора по добыче угля в подготови-. тельном забое за технологический цикл

,, Если длина заходки (горизонтальная ось -13) оптимальная, то достигается, минимум энергоемкости по разрушению угольного массива (рис^).

з, ' '

кВт ч

ТОО ; ;

'«О

60

"" О 2 4 6 8. Ю „12

Рисунок Энергоемкость добычи угля в подготовительном забое за техноло-; .'¡г,:/,'-. ; гический цикл п ; • ■

5. Методика оценки технических параметров гидромонитора по результатам стендовых испытаний обеспечивает выбор области рационального применения гидромониторов в широком диапазоне горно-геологических условий. 5 ,

Многочисленные эксперименты, проведенные на стенде, показали, что гидродинамические параметры струй могут отличаться весьма существенно (КОДД может отличаться более, чем в два раза). Причем это зависит не только от геометрических различий между успокоителями и насадками, но и от качества изготовления узлов гидромонитора и их сопряжения.

• Сравнительные испытания двух новых гидромониторов ГМДЦ — ЗМ, изготовленных по одним чертеясам и выпущенных ОТК завода, показали, что КОДД одного из них почти в 2 раза больше другого (0,36 против 0,21). Таким обргиом, без измерения параметров струи невозможно определить качество стру сформирующего устройства. .... 1;: Ц: • : . 1 ~; - •:.;.

Гидромонитор с низкими параметрами будет крайне неэффективно разрушать угольный массив и способствовать повышению энергоемкости гидротехнологии в целом. Для повышения качества было предложено определять коэффициент осевого динамического давления струи (3) каждого серийно изготовленного гидромонитора, проводя измерения на гидродинамическом стенде. В техническую документацию гидромонитора введено минимальное значение КОДД, при котором "Гидромонитор принимается ОТК, а для завода разработан упрощенный стенд, на котором допускались гидродинамические испытания при давлении ЗМПа;что более, чем в три раза меньше рабочего.

В процессе эксплуатации происходит смена насадка, а иногда и успокоителя, что изменяет характеристики гидромонитора, которые влияют на разрушающую способность струи.

Описание струи и гидравлического разрушения, предложенные автором, позволяют по результатам стендовых испытаний и в зависимости от крепости

угля определить рабочую длину струи. Количественную оценку отличия одного гидромонитора можно получить, вычислив производительность по формуле (5).

Гидромонитор с более высоким КОДД будет иметь большую рабочую длину и более высокую производительность при одинаковой крепости угля и прочих идентичных условиях, поэтому для него заходки могут планироваться большей длины. Если в условиях шахты отрабатываются пласты с различной крепостью угля, то для более крепких углей целесообразно использовать гидромониторы с высоким КОДД.

Изложенная методика была апробирована в условиях гидрошахт при испытании модернизированных гидромониторов с более высоким КОДД.

При подготовке гидромониторов (серийного 12ГД-2 и улучшенного ГДМС 12-10) к шахте на основном участке струи, в поперечном сечении на расстоянии 200с1о, с шагом через один сантиметр были проведены измерения динамического давления для гидромониторов с различными струеформирую-щими устройствами: серийным и усовершенствованным. Результаты измерений вместе с теоретическими кривыми, полученными из (1), приведены на рису.

1 — серийный гидромонитор, 2 — улучшенный гидромонитор На шахте «Тырганская» испытания проводились в условиях пласта «Двойного». Мощность'пласта 1,6-1,7 м, 11у=2,2МПа. Добыто 23000т угля (8000т- 12ГД-2, 15000т-ГДМС 12-10).

На шахте «Красногорская» испытания проводились в условиях пласта «11-го Внутреннего». Мощность пласта 4 м, Ку=1,22МПа. Добыто 14000т угля (700т при подготовительных работах, 13300т в очистных выработках).

Результаты испытаний на шахте «Юбилейная» приведены на рисунке & Изменение средней производительности гидравлического разрушения приведено в табл.2.

Таблица 2 — Результаты шахтных испытаний

Шахта 1 Пласт Яу,МПа Производительность гидромониторов, т/час

• серийного -! улучшенного

Юбилейная пласт 25 ¿2,30 ; . 7,4 13,6

Тырганская . Двойной 2,20 20,5 ; 36,7.

Красногорская II Внутренний 1,22 8,1 : 14,2 '

Таким образом, увеличение КОДЦ влечет возрастание рабочей длины струи с соответствующим повышением средней производительности гидравлического разрушения в условиях шахты!

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании выполненных исследований приведены научно-обоснованные технические решения, позволяющие предъявить технологические требования к гидромониторам для проведения подготовительных выработок, имеющие существенное значение для эффективной и безопасной выемки угля подземными гидромониторами и позволяющие совершенствовать управление этим процессом при ведении горных работ.

Основные теоретически и практически значимые результаты заключаются в следующем. '

I. Установлено, что динамическое давление на оси струи обратно пропорционально квадрату расстояния до насадка, а в поперечном сечении закон распределения близкий к нормальному. Для серийных гидромониторов (типа ГМДЦ - 3) осевое динамическое давление на расстоянии 2-3 м от насадка уменьшается в 1,8 - 2,7 раза. Полное описание пространственно - динамических характеристик струи обеспечивается предложенным коэффициентом осевого динамического давления, который позволяет рассчитывать размеры эффективного ядра струи, непосредственно участвующего в разрушении массива и определяющего рабочую длину струи.

• 2. Экспериментально показано, что для оценки качества гидромонитора и его струеформирующих устройств может быть использован коэффициент осевого динамического давления. Найдены выражения для «коэффициента компактности», определяющего угол расширения струи, и «коэффициента дальнобойности». Сравнительные испытания успокоителей показали, что лучшим является радиально — цилиндрический, для которого коэффициент осевого динамического давления равен 0,4 (в 1,4 раза больше, чем у серийного). Испытаниями насадков установлены лучшие их параметры: угол конусности - 40°,

длина цилиндрического участка на выходе — (3-4) диаметра. Комплексное использование предложенного успокоителя и-насадка увеличивает дальнобойность струи на 35 — 40% по сравнению с серийными гидромониторами.

3. Производительность гидравлического разрушения гидромонитора в точке контакта его струи с угольным массивом пропорциональна осевому динамическому давлению й площади эффективного ядра. Корректировка формулы осуществляется эмпирической постоянной, определяемой эксперментально — аналитическим методом по измерениям проведенной части выработки. Предложенная зависимость производительности по длине струи позволяет вычислять время выемки угля из заходки с известными геометрическими параметрами. ' ■

4. Технико-технологические требования к гидромониторам, используемым при проведении подготовительных выработок по углям с условным пределом прочности 1-3 МПа, заключаются в следующем: подводимое давление не менее 10 МПа, диаметр насадка 20 - 26 мм (соответствует расходу 250 —350 м3/час.). Помимо этого, гидромонитор оснащен радиально цилиндрическим успокоителем с 3-мя внутренними цилиндрами, разрезанными крестообразными пластинами, насадок имеет угол конусности 40° и цилиндрический, участок не более 3 — 4 с1о, а "коэффициент осевого динамического давления" должен быть более 0,5. с ,

5. Предварительные испытания гидромониторов на стенде, разработанном и построенном для измерения параметров струи по предложенной модели (проведение экспериментов возможно при давлениях до 10 МПа и расходах до 250 м3/ч, что соответствует условиям промышленной Эксплуатации), позволяют определить область их рационального использования в зависимости от горногеологических условий. Коэффициент осевого динамического давления, установленный по результатам стендовых испытаний, позволяет в зависимости от крепости угля определять рабочую длину струи и планировать горные работы.

6. Полученная зависимость-производительности гидромонитора от расстояния до насадка позволяет устанавливать рациональную длину заходки при прохождении подготовительной выработки, учитывая качество струи, крепость угля и шаг крепи, по минимуму энергетических затрат на гидравлическое разрушение и регулировать время подачи высоконапорной воды в забой. /

7. Практическая значимость результатов подтверждается сравнительными испытаниями гидромонитора с усовершенствованным струеформирующим устройством - ГДМС 12-5 и серийного - ГМДЦ-3 при проходке подготовительных выработок на пласте 25 шахты «Юбилейная» (500м выработок). Повышенный коэффициент осевого динамического давления нового гидромонитора (в 1,42 раза больше, чем у серийного) способствовал увеличению производительности разрушения угля почти в 1,5 раза. Испытания опытного образца гидромонитора ГДМС 12-10 в условиях шахт «Тырганская» (очистные работы, добыто 23000т угля) и «Красногорская» (добыто 700т при подготовительных работах) зафиксировали повышение производительности гидравлического разрушения более чем в 1,6 и 1,7 раз, соответственно, по сравнению с серийным гиромонитором 12ГД-2.

; 8„ Каждый гидромонитор, изготовленный на заводе, должен подвергаться стендовым испытаниям для определения качества его изготовления: коэффициент осевого динамического давления не должен быть меньше критической величины, определенной для конкретного типа. гидромонитора (например, для гидромонитора ГДМС 12-10 это значение равно 0,5). Это позволит определять его область рационального применения при планировании горных работ.

■ Основные научные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бартышев А. В. Некоторые вопросы гидравлического струйного разрушения. / О. Н. Плетнев, В. М. Хазов, Ю. Б. Гефт, А. В. Бартышев, Ф. И. Литвинов.// Сб. научных трудов ВНИИгидроугля / Совершенствование технологии отработки угольных пластов и оборудование при гидродобыче. — Новокузнецк, 1984.-С. 28-35. . . ,

2. Бартышев А. В. Совершенствование струеформирования в гидромониторах / О. Н. Плетнев, А. В. Бартышев // Сб. научных трудов ВНИИгидроугля./ Совершенствование способов и средств гидравлической добычи угля. — Новокузнецк, 1989.- С. 68-78. . ; , , .

3. Бартышев А. В. Исследование гидромониторной струи с помощью трубки Пито. // Сб. научных трудов ВНИИгидроугля./ Совершенствование способов и средств гидравлической добычи угля. — Новокузнецк. 1989. — С. 48-53. •

• 4., Бартышев А. В. О критериях качества струи. // Сб. научных трудов ВНИИгидроугля./ Совершенствование технологии и оборудования при гидравлической добыче угля,—Новокузнецк. 1990.—С. 86-93. .

5. Бартышев А. В. Феноменологическая модель формирования высокот скоростных турбулентных водяных струй в системе последовательно включенных конфузоров по схеме многократного ускорения-успокоения потока. / О. Н. Плетнев, Б. М. Стефанюк,. А. В. Бартышев. // Тезисы докладов VI Всесоюзного научного совещания по теоретическим и прикладным аспектам турбулентных течений. / Турбулентные течения и техника эксперимента. — Таллинн. 1989. — С. 94-100. .. - .... • \:>.~ . ," . - ,

6. A.c. 1442724 (СССР) Способ формирования струи. / Бартышев А. В. Плетнев О. Н., Стефанюк Б-М. и Хазов В. М. Заявл. 09.12.85. -

7. A.c. 1580011 (СССР) Устройство формирования струй жидкости. / Бартышев А. В. Плетнев О. Н., Стефанюк Б. М. Стрельников А. Н. и Хазов В. М. Заявл. 09.12.85. * ,

8. A.c. 1637429 (СССР) Устройство для формирования струй жидкости. / Плетнев О. Н., Стефанюк Б. М. Бартышев А. В. Заявл..12.10.88.

,9. A.c. 1590713 (СССР) Способ формирования струй. / Плетнев О. Н., Стефанюк Б. М. Бартышев А. В. Заявл. 09.11.88.

10. A.c. 1652571 (СССР) Устройство для формирования струй жидкости. / Плетнев О. Н., Стефанюк Б. М. Бартышев А. В. Заявл. 07.04.89.

Л1. Бартышев А. В. Полуэмпирическая модель гидромониторной струи. // Сб. «Информационные технологии в экономике, промышленности и образовании».-М. 2003.-С. 35-38.

12. Бартышев А. В. Экспериментальные исследования насадков для подземных гидромониторов. // Сб. «Труды 6-й Всероссийской конференции «Краевые задачи и математическое моделирование». - Новокузнецк. 2004. - С. 111113.

13. Бартышев А. В. Эмпирическая модель разрушения угольного массива струей гидромонитора. // Сб. «Труды 6-й Всероссийской конференции «Краевые задачи и математическое моделирование». — Новокузнецк. 2004. — С. 113115.

14. Бартышев А. В. Распределение динамического давления в гидромониторной струе. // Вестник КузГТУ. - Кемерово. - 2006. - № 6. - С. 24-25.

Бартышев Александр Васильевич

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ГИДРОМОИИТОРАМ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОВЕДЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 02.11.06. Формат бумаги 60 х 90 1/16. Бумага писчая. Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 100 экз.

Новокузнецкий филиал-институт Кемеровского государственного университета 654041, г. Новокузнецк, ул. Кутузова, 56, тел. 71-46-96 РИО НФИ КемГУ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Бартышев, Александр Васильевич

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГИДРОМОНИТОРА

В ПОДГОТОВИТЕЛЬНОМ ЗАБОЕ.

1.1. Проблемы гидромониторного забоя в гидравлической технологии добычи угля.

1.2. Анализ факторов, влияющих на эффективность прохождения подготовительных выработок.

1.2.1 Анализ моделей струи, связывающих гидромонитор и гидравлическое разрушение угля.

1.2.2. Конструктивные особенности и критерии качества подземных гидромониторов.

1.2.3. Анализ исследований взаимодействия гидромониторной струи и угольного массива.

1.3. Цель и задачи исследований.

2. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУИ КАК СРЕДСТВО ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЭЛЕМЕНТОВ СТРУЕФОРМИРОВАНИЯ

В ГИДРОМОНИТОРЕ.

2.1. Гидравлическая разрушаемость угольного массива.

2.2. Инженерная модель гидромониторной струи.

2.3. Методы определения критериев компактности и дальнобойности струи.

2.4. Определение параметров струи.

2.4.1 Длина начального участка гидромониторной струи.

2.4.2 Эффективная длина струи.

2.4.3 Граница струи на основном участке.

2.4.4 Сила удара струи.

2.5. Определение критерия качества струи и струеформирующих устройств.

2.6 Стенд для исследования гидромониторных струй и методика измерения параметров.

2.7. Результаты стендовых исследований струи и струеформирующих устройств.

2.7.1 Сравнительные испытания успокоителей.

2.7.2 Исследование параметров насадков гидромониторов.

Выводы к главе 2.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ УГЛЯ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ.

3.1. Модель гидравлического разрушения угольного массива.

3.2. Определение производительности гидравлического разрушения по длине струи.

3.3. Производительность гидравлического разрушения по пространственному объему угольного массива.

3.3.1 Общий случай решения задачи.

3.3.2 Заходка прямоугольной конфигурации.

3.3.3 Заходка со сферическими границами.

3.4. Обоснование рациональной длины заходки в подготовительном забое.

Выводы к главе 3.

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ НА ШАХТАХ КУЗБАССА.

4.1. Методика оценки технических характеристик гидромонитора по результатам стендовых испытаний.

4.2. Определение динамических параметров струй гидромониторов ГМДЦ-3, ГДМС 12-5,12ГД-2, ГДМС 12-10.

4.3. Экспериментальные исследования по проведению подготовительных выработок гидромонитором на шахтах.

Выводы к главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование технологических требований к гидромониторам для эффективного проведения подготовительных выработок"

Актуальность работы. Добыча угля гидравлическим способом является одной из перспективных технологий разработки полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях. Положительные результаты, полученные на гидрошахтах «Красногорская» и «Тырганская», способствовали тому, что в последнее время построены гидроучастки и на шахтах «Коксовая», им. Ворошилова, им. Дзержинского, «Зиминка» ОАО «Прокопьевскуголь».

Достоинством гидротехнологии является высокая безопасность, достигаемая за счет дистанционного управления процессом выемки угля, а недостатком - высокая энергоемкость добычи угля, которая связана с низкой производительностью гидромониторов. Наибольшие энергозатраты отмечаются при проведении подготовительных выработок в условиях, где доля энергии горного давления, затрачиваемая на разрушение массива, проявляется незначительно, а решающее значение принадлежит энергии гидравлической струи, зависящей от конструкции гидромонитора и его элементов струеформирования. Повышение эффективности формирования струи в гидромониторах за счет выбора успокоителей и насадков - один из путей уменьшения энергоемкости гидротехнологии.

До настоящего времени при создании гидромониторов основное внимание уделялось повышению их надежности и минимизации гидравлического сопротивления проточной части, без модификации струеформирующих устройств. Для определения производительности использовались эмпирические зависимости, которые не оценивали в полной мере влияния качества гидромониторной струи на ее разрушающую способность. Это затрудняло обоснование технологических требований к гидромониторам по фактору эффективной отбойки угля.

В связи с этим исследования, направленные на повышение эффективности использования подводимой к гидромонитору энергии для гидравлического разрушения, базирующиеся на изучении динамики струи и процессов ее формирования в стволе гидромонитора, являются весьма важными. Изучение взаимодействия гидромониторной струи с угольным массивом позволит обосновать технологические требования к созданию эффективных струеформирующих устройств гидромониторов, повысить их технико-экономические показатели за счет определения рациональных параметров отрабатываемых заходок и безопасность проведения подготовительных выработок.

Таким образом, обоснование технологических требований к гидромониторам для эффективного разрушения угольного массива в подготовительных выработках является актуальной научной задачей.

Соответствие диссертации планам НИР. Исследования проводились в рамках планов НИОКР института ВНИИгидроуголь в 1981 - 2000 годы по темам: «Провести комплекс поисковых исследований с целью разработки малоэнергоемкой технологии выемки угля на основе применения управляемого процесса гидравлического разрушения и улучшения динамических характеристик струй» (039400800-032) и «Разработать и внедрить методы повышения эффективности гидроотбойки угля путем управления динамическими характеристиками струй и состоянием массива» (030010300-032) и, а также инициативным работам НФИ КемГУ в 2001 - 2004 годы по направлению «Изыскание резервов снижения энергоемкости гидравлической технологии добычи угля».

Цель работы. Повышение эффективности применения гидромониторов при проведении подготовительных выработок за счет обеспечения требуемых технологических параметров гидравлического разрушения угольного массива.

Идея- работы заключается в обосновании критериев качества гидромониторов, с использованием установленных зависимостей динамического давления по длине гидромониторной струи от технических характеристик гидромонитора и прочностных свойств угля.

Задачи исследований: обосновать критерии качества формирования струи в подземном гидромониторе и установить зависимость распределения динамического давления в гидромониторной струе от расстояния до насадка; провести стендовые испытания успокоителей и насадков для определения их роли при формировании гидромониторной струи; определить зависимость динамических характеристик струи от предела прочности угля для оценки производительности гидромонитора в подготовительных выработках различных форм и размеров; обосновать рациональную длину заходки в подготовительном забое для обеспечения максимальной скорости ее проведения при минимальных энергозатратах; разработать методику оценки требуемых технических характеристик гидромонитора для определения рациональной области его применения.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использован комплекс методов, включающий анализ технологии и опыта гидравлической добычи угля, обобщение научно-технических разработок в области формирования струй и гидравлического разрушения; методы математического моделирования для описания динамических характеристик струи и взаимодействия струи с угольным массивом; численные методы для вычисления объемных интегралов; методы математической статистики для обработки результатов стендовых и шахтных испытаний; стендовые исследования динамики струи и процессов струеформирования в гидромониторах для корректировки теоретических зависимостей; хронометражные наблюдения за процессами гидравлического разрушения угольного массива для проверки адекватности изменения производительности гидравлического разрушения по длине струи.

Научные положения, выносимые на защиту: характер распределения динамического давления в гидромониторной струе позволяет выделить эффективное ядро, определяющее рабочую длину струи в зависимости от предела прочности угля; совокупность требований к техническим характеристикам гидромониторов базируется на результатах обоснования параметров качества струи, обеспечивающих эффективность гидроотбойки угля; производительность гидромонитора в подготовительных выработках шахт является функцией, увязывающей технические его характеристики, коэффициент осевого динамического давления, площадь эффективного ядра разрушения и предел прочности угля; зависимость производительности гидравлического разрушения по длине струи позволяет устанавливать рациональную длину заходки при проведении подготовительных выработок с учетом их геометрии и прочности угля при минимуме энергозатрат; методика оценки требуемых технических характеристик гидромонитора по результатам стендовых испытаний обеспечивает выбор области рационального применения гидромониторов в широком диапазоне горногеологических условий.

Достоверность и обоснованность научных положений подтверждается корректностью уравнений автомодельных струйных течений, адаптированных к условиям движения гидромониторной струи, и удовлетворительной сходимостью полученных результатов с экспериментальными данными с погрешностью не более 10%; удовлетворительным соответствием характеристик струй различных струеформирующих устройств при стендовых исследованиях и выемке угля в промышленных условиях; отклонением расчетной производительности гидравлического разрушения от фактической, полученной в условиях гидрошахты «Юбилейная»: захронометрировано 500 м проведенных выработок, при этом расхождение не превысило 15%; положительными результатами шахтных испытаний опытного образца модернизированного гидромонитора ГДМС 12-10 с параметрами, установленными в стендовых условиях на шахтах «Тырганская» (добыто 23 ООО т угля) и «Красногорская» (добыто 14 ООО т угля).

Научная новизна работы заключается в: установлении зависимости динамического давления по длине гидромониторной струи, эффективное ядро которой ограничивается минимальным давлением, необходимым для разрушения угля; обосновании критериев качества гидромонитора: «коэффициента дальнобойности», «коэффициента компактности» и «коэффициента осевого динамического давления»; разработке комплекса технологических требований к гидромониторам по обеспечению эффективного разрушения угля в подготовительных выработках; установлении максимума производительности гидромонитора по разрушению, рациональной длины заходки и минимума затраченной энергии.

Личный вклад автора состоит: в разработке экспериментально-аналитической модели гидромониторной струи, где коэффициенты, характеризующие начальные условия истечения, определяются по результатам стендовых испытаний; в обосновании критерия качества гидромонитора, позволяющего оценить эффективность струеформирования и определить его производительность разрушения угля; в установлении зависимости производительности гидромонитора по разрушению угольного массива от эффективного ядра струи на различных расстояниях от насадка; в проведении стендовых исследований насадков и успокоителей как основных струеформирующих устройств, определяющих качество гидромонитора, для определения их эффективных параметров; в промышленных испытаниях гидромониторов, технические параметры которых предварительно определялись стендовыми испытаниями; в разработке методики оценки технических параметров гидромонитора по результатам стендовых испытаний для выбора области рационального их использования.

Практическая ценность работы. Результаты проведенных исследований позволяют оценивать качество серийных и вновь разработанных гидромониторов и устройств струеформирования путем определения параметров качества струи; определять производительность разрушения угля гидромонитором с учетом динамических характеристик его струи; обосновывать на стадии проектирования гидроучастка рациональные параметры подготовительных выработок при гидравлическом разрушении угля; повысить производительность гидравлического разрушения в подготовительных выработках на 20-30% за счет применения успокоителей, увеличивающих динамическое давление струи в 1,2 -1,4 раза; определять область применения гидромонитора по результатам его стендовых испытаний.

Реализация работы. Идеи и закономерности, полученные в ходе исследований, реализованы при разработке норм оценки качества струи подземного гидромонитора как средства гидравлического разрушения (в технических условиях на гидромонитор ГДМС 12-10 по теме «Разработать и внедрить методы повышения эффективности гидроотбойки угля путем управления динамическими характеристиками струй и состоянием массива»); рекомендаций для струеформирующих устройств модернизированного гидромонитора ГДМС 12-10 (в опытном образце по теме «Разработать и внедрить методы повышения эффективности гидроотбойки угля путем управления динамическими характеристиками струй и состоянием массива»); натурного стенда, построенного во ВНИИгидроугле для исследования водяных струй, и типовой методики проведения испытаний серийных и экспериментальных гидромониторов; паспортов проведения выемочных печей по пласту 25 в условиях ш.«Юбилейная» и подэтажных штреков по пласту «Двойной» ш.Тырганская.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции по вопросам гидродобычи (Кемерово, 1985); на VI Всесоюзном научном совещании по теоретическим и прикладным аспектам турбулентных течений «Турбулентные течения и техника эксперимента» (Таллинн, 1989); на Всесоюзном научно-техническом совещании «Технология разработки угольных пластов гидравлическим и механическим способом при управлении кровлей с закладкой выработанного пространства» (Москва, 1990); на секциях Ученого совета института ВНИИгидроуголь (Новокузнецк, 1986-1991); на 6-й Всероссийской конференции «Краевые задачи и математическое моделирование» (Новокузнецк, 2004); на научном семинаре факультета информационных технологий НФИ КемГУ (Новокузнецк, 2005).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 14 печатных работах, включая 5 авторских свидетельств.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, содержащего 91 наименование. Общий объем работы - 133 страница.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Бартышев, Александр Васильевич

Выводы к главе 4

1. Результаты проведенных исследований позволили разработать методику оценки технических характеристик гидромонитора по результатам стендовых испытаний, которая позволяет сравнивать гидромониторы различных конструкций и прогнозировать их эффективность без непосредственного сравнения в условиях гидрошахты.

2. Исследования влияния элементов проточной части на динамические параметры струи позволили усовершенствовать серийные гидромониторы ГМДЦ-3 (усовершенствованный ГДМС 12-5) и 12ГД-2 (усовершенствованный ГДМС 12-10). Проверка по предложенной методике показала превосходство усовершенствованных над серийными в 1,3-1,4 раза.

3. Сравнительные испытания этих гидромониторов, проведенные в условиях гидрошахт «Юбилейная», «Красногорская» и «Тырганская» подтвердили теоретические результаты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании выполненных исследований приведены научно-обоснованные технические решения, позволяющие предъявить технологические требования к гидромониторам для проведения подготовительных выработок, имеющие существенное значение для эффективной и безопасной выемки угля подземными гидромониторами и позволяющие совершенствовать управление этим процессом при ведении горных работ.

Основные теоретически и практически значимые результаты заключаются в следующем.

1. Установлено, что динамическое давление на оси струи обратно пропорционально квадрату расстояния до насадка, а в поперечном сечении закон распределения, близкий к нормальному. Для серийных гидромониторов (типа ГМДЦ - 3) осевое динамическое давление на расстоянии 2 - 3 м от насадка уменьшается в 1,8 - 2,7 раза. Полное описание пространственно - динамических характеристик струи обеспечивается предложенным коэффициентом осевого динамического давления, который позволяет рассчитывать размеры эффективного ядра струи, непосредственно участвующего в разрушении массива и определяющего рабочую длину струи.

2. Экспериментально показано, что для оценки качества гидромонитора и его струеформирующих устройств может быть использован коэффициент осевого динамического давления. Найдены выражения для «коэффициента компактности», определяющего угол расширения струи, и «коэффициента дальнобойности». Сравнительные испытания успокоителей показали, что лучшим является радиально - цилиндрический, для которого коэффициент осевого динамического давления равен 0,4 (в 1,4 раза больше, чем у серийного). Испытаниями насадков установлены лучшие их параметры: угол конусности - 40°, длина цилиндрического участка на выходе - (3-4) диаметра. Комплексное использование предложенного успокоителя и насадка увеличивает дальнобойность струи на 35 - 40% по сравнению с серийными гидромониторами.

3. Производительность гидравлического разрушения гидромонитора в точке контакта его струи с угольным массивом пропорциональна осевому динамическому давлению и площади эффективного ядра. Корректировка формулы осуществляется эмпирической постоянной, определяемой эксперментально - аналитическим методом по измерениям проведенной части выработки. Предложенная зависимость производительности по длине струи позволяет вычислять время выемки угля из заходки с известными геометрическими параметрами.

4. Технико-технологические требования к гидромониторам, используемым при проведении подготовительных выработок по углям с условным пределом прочности 1 - 3 МПа, заключаются в следующем: подводимое давление не менее 10 МПа, диаметр насадка 20 - 26 мм (соответствует расходу 250 - 350 л м /час.). Помимо этого, гидромонитор оснащен радиально цилиндрическим успокоителем с 3-мя внутренними цилиндрами, разрезанными крестообразными пластинами, насадок имеет угол конусности 40° и цилиндрический участок не более 3 - 4 do, а «коэффициент осевого динамического давления» должен быть более 0,5.

5. Предварительные испытания гидромониторов на стенде, разработанном и построенном для измерения параметров струи по предложенной модели (проведение экспериментов возможно при давлениях до 10 МПа и расходах до л

250 м /ч, что соответствует условиям промышленной эксплуатации), позволяют определить область их рационального использования в зависимости от горногеологических условий. Коэффициент осевого динамического давления, установленный по результатам стендовых испытаний, позволяет в зависимости от крепости угля определять рабочую длину струи и планировать горные работы.

6. Полученная зависимость производительности гидромонитора от расстояния до насадка позволяет устанавливать рациональную длину заходки при прохождении подготовительной выработки, учитывая качество струи, крепость угля и шаг крепи, по минимуму энергетических затрат на гидравлическое разрушение, и регулировать время подачи высоконапорной воды в забой.

7. Практическая значимость результатов подтверждается сравнительными испытаниями гидромонитора с усовершенствованным струеформирующим устройством - ГДМС 12-5 и серийного - ГМДЦ-3 при проходке подготовительных выработок на пласте 25 шахты «Юбилейная» (500м выработок). Повышенный коэффициент осевого динамического давления нового гидромонитора (в 1,42 раза больше, чем у серийного) способствовал увеличению производительности разрушения угля почти в 1,5 раза. Испытания опытного образца гидромонитора ГДМС 12-10 в условиях шахт «Тырганская» (очистные работы, добыто 23000т угля) и «Красногорская» (добыто 700т при подготовительных работах) зафиксировали повышение производительности гидравлического разрушения более чем в 1,6 и 1,7 раз, соответственно, по сравнению с серийным гиромонитором 12ГД-2.

8. Каждый гидромонитор, изготовленный на заводе, должен подвергаться стендовым испытаниям для определения качества его изготовления: коэффициент осевого динамического давления не должен быть меньше критической величины, определенной для конкретного типа гидромонитора (например, для гидромонитора ГДМС 12-10 это значение равно 0,5). Это позволит определять его область рационального применения при планировании горных работ.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Бартышев, Александр Васильевич, Новокузнецк

1. Мучник B.C. Опыт подземной добычи угля гидравлическим способом и пути его совершенствования. - М.: Углетехиздат, 1956. - 21 с.

2. Мучник B.C. Добыча угля гидроспособом. -М.: МУП СССР, 1959. 118 с.

3. Добыча угля гидравлическим способом. / Под ред. B.C. Мучника. -М. : Углетехиздат, 1959. -228 с.

4. Нурок Г.А. Гидромеханизация горных работ. М.: Госгортехиздат, 1959. -392 с.

5. Мучник B.C., Голланд А.В., Шень-Гуань-Хань. Основные технологические направления проектирования гидрошахт. Докл. на совещ. экспертов СЭВ. М., 1963.-79 с.

6. Временная инструкция по безопасности производства гидроотбойки угля струями высоких давлений для гидрошахт комбината Кузбассуголь. -Новокузнецк : ВНИИгидроуголь, 1963, 15с.

7. Кривченко А.А. Рекомендуемые методы проектирования и расчета гидроотбойки. Донецк: Доклад на совещании работников проектных организаций угольной промышленности, 1964.

8. Нурок Г.А. Технология и проектирование гидромеханизации. М.: Недра, 1965.-579 с.

9. Гефт Ю.Б., Плетнев О.Н., Хазов В.М., Цапко Н.Ф. К вопросу выявления резервов производительности гидромониторов и энергоемкости гидроотбойки // Вопросы гидравлической добычи угля: Сб.науч.тр. ВНИИгидроугля. Новокузнецк, 1966. - Вып. 13. - С. 42-50.

10. Мучник B.C., Голланд А.В., Маркус М.Н. Подземная гидравлическая добыча угля. М.: Недра, 1966. - 292 с.

11. Никонов Г.П., Хныкин В.Ф. Гидравлическое разрушение угля и пород. М. : Госгортехиздат, 1968. - 96 с.

12. Научные основы гидравлического разрушения углей / Г.П. Никонов, И.А. Кузьмич, И.Г. Ищук, Ю.А. Гольдин. М.: Наука, 1973. -147 с.

13. Экбер Б.Я., Маркус М.Н. Анализ техники и технологии гидравлической добычи угля. /.: ЦНИЭИуголь, 1974. - 57 с.

14. Ищук И.Г., Охрименко В.А. Подземная гидродобыча угля. -М. : Недра, 1974. -264с.

15. Экбер Б.Я., Маркус М.Н. Анализ развития и технико-экономической эффективности гидравлической добычи угля. / Обзор ЦНИЭИуголь, 1982. 116с.

16. Гонтов А.Е., Экбер Б.Я., Маркус М.Н. Анализ развития и технико-экономическая эффективность гидравлической добычи угля. /Обзор. М. : ЦНИЭИуголь, 1982.-98с.

17. Коставецкий С.П. Этапы научно-технического прогресса в развитии добычи гидравлическим способом. В кн. : Гидравлическая технология подземной угледобычи на шахтах Кузбасса. Новокузнецк. : ВНИИгидроуголь, 1983. -С.3-14.

18. Охрименко В.А., Куприн А.И. Подземная гидродобыча угля. М. : Недра, 1976.-278 с.

19. Сазонов А.Е. Совершенствование техники и технологии гидродобычи. //Уголь, 1983, № 8.-С.45-49.

20. Гонтов А.Е., Экбер Б.Я., Маркус М.Н. Технологический процесс в области гидравлической добычи угля / Обзор. М.: ЦНИЭИуголь, 1983. - 47 с.

21. Создание советской научной школы шахтной гидродобычи // Становление и развитие отечественных горных научных школ: Сб.науч.тр. / ИПКОН АН СССР, 1986.-59 с.

22. Кузьмич И.А., Кузнецов Г.И. Опыт гидравлической добычи угля за рубежом. // Разработка месторождений твердых полезных ископаемых. / Итоги науки и техники Т.ЗЗ.: ЦНИЭИуголь. М., 1986. - с.101-107.

23. Теодорович Б.А. Концепция направлений научно-технического развития технологии подземной гидравлической добычи угля. // Гидромеханизация горных работ. Межвузовский сборник науч.тр. Новокузнецк: СМИ, 1989 - Зс.

24. Оборудование и технологические схемы для подземной гидравлической добычи угля. Каталог. /Под. ред А.А. Атрушкевича. -М.: ЦНИЭИуголь, 1990. -71 с.

25. Развитие гидравлической технологии добычи угля // Обзорная информация / С.П.Казаков, А.А.Атрушкевич, Б.П.Одиноков и др. М.: ЦНИЭИуголь, 1992. -32 с.

26. Технологические процессы гидротранспортных систем / А.С.Бурчаков, О.В.Михеев, В.Н.Притьмов, В.В.Сенкус М.: МГИ, 1992. - 186 с.

27. Стефашок Б.М. Снижение энергозатрат гидравлической технологии дорбы-чи угля. Дисс. докт. техн. наук, Новокузнецк, ВНИИГидроуголь, 1998 352с.

28. ШтеренлихтД.В. Гидравлика, кн.1,-М.: Энергоатомиздат, 1991, 252с.

29. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям, Госэнерго-издат, М., 1954.

30. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй.- М.: Госгортехиздат, 1960.

31. Вулис JI.A., В.П. Кашкарова. Теория струй вязкой жидкости.- М.: Наука, 1965.

32. Бай Ши-и. Турбулентные струи.- М.: Мир, 1964.

33. Цяпко Н.Ф., Чапка A.M. Гидроотбойка угля на подземных работах.- М. Госгортехиздат, 1960.-263 с.

34. Шавловский С.С. Основы динамики струй при разрушении горного массива.-М.: Наука, 1979.

35. Гавырин Н.Н. Исследование гидромониторных струй (Известия отделения технических наук. N7 Москва, 1939. -С.25-44.).

36. Востржел Г.В. О расчетных зависимостях для свободной струи. Изв. ВНИИГ, 1954, т. 52, с. 5-10.

37. Роер Г.Н. Методика расчета экономичных параметров струи при гидромониторных работах. ОБТИ главзолото, вып.52, 1957.

38. Алексеев А.Д., Глухова В.И. Исследование гидромониторных струй с начальным диаметром от 51 до 102 мм (Труды ЦНИГРИ -вып. 49 Москва, 1962., с.58-81)

39. Куклин И.С., Штукатуров К.М. Новое в методах изучения структуры гидромониторных струй (Труды ИГД УФ СССР -вып. 3 Свердловск, 1962., с.53-61)

40. Удалых Ю.И. Динамометрические испытания некоторых типов гидромониторных насадков (Труды НИИ т. 1119 - 1962).

41. Асатур К.Г. Механика рабочих струй гидромониторов для подземных работ. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, Ленинград, 1963,24с. (ЛГИ).

42. Бафталовский В.Е. Вопросы повышения компактности водяных струй. -Науч. тр. ИГД им, А.А. Скочинского, вып. 134. -М.,1975. -С. 46 53.

43. Бафталовский В.Е. Влияние качества обработки насадки на компактность водяных струй в автомодельном режиме истечения. -В кн. : Научные сообщения ИГД им, А.А. Скочинского, вып. 150. -М.,1977. -С. 97 105.

44. Бафталовский В.Е. Выбор рациональных конструктивных параметров успокоителей в струеформирующих устройствах. -В кн. : Научные сообщения ИГД им, А.А. Скочинского, вып. 138. -М.,1976. -С. 72-77.

45. Шавловский С.С., Бафталовский В.Е. Влияние угла конусности и длины цилиндрического участка насадки на компактность струи. // В сб. «Технология добычи угля подземным способом», №12. М., ЦНИЭИуголь, 1971.

46. Бартышев А.В. О критериях качества струи // Сб. научных трудов ВНИИ-гидроугля / Совершенствование технологии и оборудования при гидравлической добыче угля, Новокузнецк, 1990, - С. 86-93.

47. Плетнев О.Н., Бартышев А.В. Совершенствование струеформирования в гидромониторах // Сб. научных трудов ВНИИгидроугля / Соверш. способов и средств гидравлической добычи угля, Новокузнецк, 1989, - С. 68-78.

48. Бартышев А.В. Экспериментальные исследования насадков для подземных гидромониторов. // Сб. «Труды 6-й Всероссийской конференции «Краевые задачи и математическое моделирование», г.Новокузнецк. 2004г.

49. Бартышев А. В. Распределение динамического давления в гидромониторной струе. // Вестник КузГТУ. Кемерово. - 2006. - № 6. - С. 24-25.

50. А.с. 1442724 (СССР) Способ формирования струи / авт. Бартышев А.В. Плетнев О.Н., Стефанюк Б.М. и Хазов В.М., заявл. 09.12.85.

51. А.с. 1580011 (СССР) Устройство формирования струй жидкости / авт. Бартышев А.В. Плетнев О.Н., Стефанюк Б.М. Стрельников А.Н. и Хазов В.М., заявл. 09.12.85.

52. А.с. 1652571 (СССР) Устройство для формирования струй жидкости / авт Плетнев О.Н., Стефанюк Б.М. Бартышев А.В. заявл. 07.04.89.

53. А.с. 1590713 (СССР) Способ формирования струй / авт Плетнев О.Н., Стефанюк Б.М. Бартышев А.В. заявл. 09.11.88.

54. А.с. 1637429 (СССР) Устройство для формирования струй жидкости / авт Плетнев О.Н., Стефанюк Б.М. Бартышев А.В. заявл. 12.10.88.

55. Бартышев А.В. Полуэмпирическая модель гидромониторной струи // Сб. «Информационные технологии в экономике, промышленности и образовании», г.Москва. 2003г.

56. Джваршейшвили А.Г. Датчики давления для автоматизации установок гидромеханизации.-М.: Госгортехиздат, 1963. -68 с.

57. Бартышев А.В. Исследование гидромониторной струи с помощью трубки Пито // Сб. научных трудов ВНИИгидроугля / Совершенствование способов и средств гидравлической добычи угля, Новокузнецк, 1989, - С. 48-53.

58. Гидромонитор ГДМС 12-10. Техническое задание.

59. Евдокимов П.Д. К вопросу об установлении рациональной гипотезы размыва грунтов гидромониторной струей воды. (Известия Всесоюзного научно-исследовательского института гидромеханики. Т.40 Москва, 1949. -С.59-72.).

60. Роер Г.Н. Методика расчета экономичных параметров струи при гидромониторных работах. ОБТИ главзолото, вып.52, 1957.

61. Журавский A.M. Основные задачи теории разрушения угля струей воды (Записки ЛГИ им. Г.В.Плеханова-т.41-1959)

62. Геронтьев В.И., Северин Л.Т. Разрушение углей и горных пород струей воды (Записки ЛГИ им. Г.В.Плеханова-т.41-1959.)

63. Борецкий М. Струйное разрушение угольного массива. Изв. ВНИИГ, 1959, т. 63, с. 25-34.

64. Кривченко А.А. Рекомендуемые методы проектирования и расчета гидроотбойки. Донецк: Доклад на совещании работников проектных организаций угольной промышленности, 1964.

65. Нурок Г.А. Технология и проектирование гидромеханизации. М.: Недра, 1965.-579 с.

66. Гефт Ю.Б., Плетнев О.Н., Хазов В.М., Цапко Н.Ф. К вопросу выявления резервов производительности гидромониторов и энергоемкости гидроотбойки // Вопросы гидравлической добычи угля: Сб.науч.тр. ВНИИгидроугля. Новокузнецк, 1966. - Вып. 13. - С. 42-50.

67. Гефт Ю.Б. Определение влияния мощности пласта на производительность гидромонитора. // Гидравлическая добыча угля. Труды ВНИИгидроуголь 1968.

68. Гефт Ю.Б. Некоторые результаты исследований гидромониторной выемки на действующих гидрошахтах Кузбасса. //Вопросы гидравлической добычи угля. Тр. ВНИИгидроугля. -Вып.ХН. Новокузнецк, 1968. -С 87-90.

69. Цяпко Н.Ф., Гефт Ю.Б. Зависимость производительности струи гидромонитора от расстояния до насадка // Гидравлическая добыча угля, 1968. №1 -Новокузнецк: ВНИИгидроуголь. - с. 12-16.

70. Никонов Г.П., Хныкин В.Ф. Гидравлическое разрушение угля и пород. М. : Госгортехиздат, 1968. - 96 с.

71. Колмаков В.Е. Гидромониторная выемка угля на гидрошахте «Байдаевская -Северная № 1». // Вопросы гидравлической добычи угля. Труды ВНИИгидроугля. -Вып. XII. Новокузнецк, 1968. -С. 84-86.

72. Методика расчета гидравлической выемки угля. Новокузнецк: ВНИИгидроуголь, 1969.

73. Теодорович Б.А., Цяпко Н.Ф., Гефт В.Б. Методы расчета производительности гидромонитора по базовой производительности гидровыемки. //Вопросы гидравлической добычи угля. Сб. 16. Новокузнецк : ВНИИгидроуголь, 1969.

74. Гефт Ю.Б., Хазов В.М. Изменение производительности гидромонитора в блоке по мере развития горных пород. Новокузнецк :Труды ВНИИгидроуголь, 1970. Вып. 21.

75. Гоглашвили В.П. Исследования разрушения природного массива с применением эжекторных насадок гидромонитора в условиях открытых работ.: Автореф. дисс. канд. техн. наук / ИГД им, А.А. Скочинского. -М., 1970. -18 с.

76. Научные основы гидравлического разрушения углей / Г.П. Никонов, И.А. Кузьмич, И.Г. Ищук, Ю.А. Гольдин. М.: Наука, 1973. -147 с.

77. Шавловский С.С. Новый способ выемки угля воронками Науч. сообщ. ИГД им. А.А.Скочинского, вып. 118. М., 1974, с.79-84.

78. Временная инструкция расчета производительности гидромониторной выемки угля в очистных забоях для действующих и проектируемых гидрошахт и гидроучастков. Новокузнецк : ВНИИгидроуголь, 1983. - 32 с.

79. Асатур К.Г. Механика разрушения горных породг высоконапорными струями. -J1.: Недра, 1985. -243с.

80. Методика расчета параметров гидравлической выемки угля в коротких очистных забоях. -М.: МГИ, 1990. -67 с.

81. Плетнев О.Н. Расчет рабочей длины струи при выемке угля в коротких забоях. // Совершенствование технологических схем и оборудования гидравлической добычи угля: Сб. науч. тр. ВНИИгидроугля. Новокузнецк, 1990. -С. 74-86.

82. Фомичев С.Г. Иммитационное моделирование процессов гидравлической выемки угля для обоснования параметров технологии очистных работ. Дисс. канд. техн. наук, Новокузнецк, ВНИИГидроуголь, 1997 190с.

83. Иванушкин И.В. Установление влияния параметров струи воды и режимов резания на силовые показатели гидромеханического бесщелевого разрушения горных пород : Автореф. диссерт. канд. техн. наук. //ИГД им. А.А. Скочинского. -М, 1998. 16 с.

84. Мельник В.В. Современная концепцияи модели повышения эффективности разрушения угольного массива струями при скваженной добыче. М. // Горный информационно-аналитический бюллетень : МГГУ, 2001, № 12. - С. 101-106.

85. Бартышев А.В. Эмпирическая модель разрушения угольного массива струей гидромонитора. // Сб. «Труды 6-й Всероссийской конференции «Краевые задачи и математическое моделирование», г.Новокузнецк. 2004г.

86. Мерзляков В.Г., Бафталовский В.Е. Физико технические основы гидроструйных технологий в горном производстве. - М., ФГУП, 2004, 645 с.