ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ ГАЗОВЫХ СТРУЙ ПРИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Аннотация

В статье рассмотрены особенности видов теплообмена при использовании сверхзвуковых газовых струй при термическом разрушения горных пород. Также, приведены основные термодинамические параметры высокоинтенсивного газового теплоносителя при торможении его о поверхность разрушаемой горной породы - коэффициент теплоотдачи от струи к породе, эффективная температура теплоносителя в непосредственной близости у поверхности породы и удельный тепловой ноток. Для математического описания процесса хрупкого термического, разрушения горных пород, что имеет место при огневом бурении шпуров и скважин, расширении скважин, резании и обработке блоков горных пород, необходимо правильно выбрать геометрическую и тепловую модели. Представлена модель и расчет параметров газовой струй с породой. В качестве модели процесса принято упругое полупространство со свойствами горной породы и внешняя высокотемпературная среда с некоторым законом распределения температуры на поверхности нагрева. Теплообмен внешней высокотемпературной среды с упругим полупространством происходит по закону конвекции. Так как интенсивность теплообмена зависит от массовой скорости теплоносителя, то максимальные теплопередающие параметры от струи к породе будут в окрестности центральной точки пятна растекания струи при ее торможении о поверхность породы. По мере удаления от центра толщина пограничного слоя увеличивается, что является дополнительным сопротивлением, препятствующим теплообмену теплоносителя с породой. В связи с этим теплопередающие параметры теплоносителя будут умень¬шаться. Критерием для выбора оптимального угла встречи струи с породой при ее резании и обработке является общее количество тепла, поступа¬ющего в единицу времени в нагреваемую поверхность. Для определения оптимального угла необходимо изучены характер распре¬деления теплопередающих параметров струи по пятну ее растекания при условии, что расстояние среза сопла до обрабатываемой поверхности по превышает длины начального участка струи (при резании и обработке горных пород на практике это условие выполняется). Распределение эффективной температуры струи и удельного теплового потока зависит от расстояния среза сопла до нагреваемой поверхности и по ра¬диусу пятна растекания при ортогональной встрече довольно. Параметры теплообмена высокотемпературной газовой струи зависят от угла ее встречи с породой. При ортогональной встрече в центральной части пятна растекания параметры теплообмена максимальны и резко понижаются по мере удаления от центра. Описано напряженно-деформированное состояние породы под действием теплового потока газовой струй.