Гидроимпульсная техника

Гидравлическая добыча полезного ископаемого стационарной струей воды в мировой практике нашла применение давно, как более безопасная в сравнении с механическим способом, и зачастую не уступающая по эффективности последнему.

Исследования, проведенные в середине прошлого века, рядом ведущих институтов Советского Союза по преобразованию стационарной струи в пульсирующую, позволили установить ее большую эффективность, выраженную в повышении разрушающей способности в 1,5 и более раз.

В 60-х годах прошлого столетия профессором, д.т.н. Г.М. Тимошенко была создана группа научных сотрудников при НИС университета по разработке и внедрению устройств, создающих пульсирующие струи с давлением в импульсе перед рабочим насадком как равным подводимому к устройству, так и превышающим его в 1,5 – 2,5 раза.

Группа гидроимпульсной техники кафедры «Энергомеханические системы» ФГБОУ ВО «ДонНТУ» осуществляет разработку средств разрушения угля и горных пород (слабых и средней крепости), а также других материалов с аналогичными структурой и механическими свойствами. Возможно использование устройств такого класса для очистки от шлаков теплопередающих поверхностей энергетического оборудования в энергетике и металлургии, отливок от формовочной смеси и окалины в машиностроении, бункеров или подвижного состава от налипшей массы и тому подобное. Разрушение производится воздействием на разрушаемый массив импульсной струей воды высокого давления и большого мгновенного расхода. При наличии в разрушаемом массиве местных включений повышенной прочности возможно применение энергии механического удара и (или) комбинированного воздействия на массив.

Энергоносителем для всех устройств является техническая вода.

В качестве источника энергии может быть использован насос или водовод, обеспечивающий давление 5…36 МПа при подаче в пределах 3…500 м³/ч в зависимости от класса и требуемых выходных параметров устройства. Подвод энергоносителя возможен как по металлическому трубопроводу, так и по гибким высоконапорным рукавам.

Разработки защищены авторскими свидетельствами и патентами.

Результатом работы этой группы стало:

1. создание гидромонитора ГИ-4 и выпуск установочной серии в 1980 г. Названный гидромонитор за счет генерирования пульсирующей струи (вместо традиционной стационарной) позволил увеличить эффективность гидроотбойки угля в 2 раза – разработчик к.т.н. Голдынский Г.Г.

2. разработка и создание в 1982 году опытного образца гидроимпульсной установки ОРГ-4 (для ведения подготовительных работ), генерирующей не только импульсную струю, но и обеспечивающую повышение давления перед насадком почти в 2 раза – основной разработчик и куратор этих работ с.н.с., к.т.н. Коломиец В.С.;

3. создание в 1985 г. и промышленные испытания опытного образца гидромонитора с импульсным повышением давления ГИПД - автором и разработчиком был к.т.н. Тимошенко В.Г.

4. разработка и создание гидроимпульсного органа нишевыемочной машины; названная разработка 1988 года позволила заменить тяжелый ручной труд и буровзрывные работы при подготовке ниш в очистных угольных забоях механизированных лав – разработчик к.т.н. Бугрик В.А.

5. создание экспериментального образца гидромонитора ГИ-5 с ударным трубопроводом в 1989 году позволило увеличить эффективную дальность пульсирующей струи, что снизило объем подготовительных работ для ведения очистной выемки на шахтах с гидравлической добычей угля – разработчик доц. к.т.н. Адамов В.Г.

Гидроимпульсные установки, в основе принципа работы которых лежит использование гидроудара, нашли применение не только на очистных работах на пологих и наклонных пластах гидрошахт и шахт обычной технологии, но и для ведения нарезных работ (цикл исследований проводил Зима П.Ф.).

Гидроимпульсные установки, в основе принципа работы которых лежит использование гидроудара, нашли применение не только на очистных работах на пологих и наклонных пластах гидрошахт и шахт обычной технологии, но и для ведения нарезных работ (цикл исследований проводил доц., к.т.н. Зима П.Ф.)

Следует отметить, что перечисленные разработки нашли применение не только в угольной промышленности, но и в энергетике, где эффективно использовались для очистки регенеративных воздухоподогревателей теплоэлектростанций.

Дальнейшее развитие идея разрушения угольного массива импульсной струей воды без повышения давления в импульсе получила в создании и исследовании установок, обеспечивающих выемку угля на маломощных крутопадающих пластах. Созданные образцы установок предназначены для ведения нарезных  (МБГИ-1 и с эрлифтным подъёмом угля) и очистных (ГИУВм) работ даже в условиях выбросоопасных пластов. В работах по данному направлению принимали участие с.н.с., к.т.н. Коломиец В.С., доц., к.т.н. Зима П.Ф., доц., к.т.н. Моргунов В.М., ст. преп. Гулин В.В.

Были изготовлены установочные серии машин ГИУВм и МБГИ-1, которые работали в различных горно-геологических условиях шахт ГП «Артемуголь», ГП «Дзержинскуголь», ГП «Орджоникидзеуголь» под авторским надзором сотрудника кафедры с.н.с., к.т.н. Коломийца В.С.

Установка ГИУВм позволяет отрабатывать пласты мощностью более 0,45 метра с крепостью угля по шкале проф. М.М. Протодъяконова до 1,6 единиц. Габариты выемочной машины: длина - 1800 мм, ширина - 400 мм, высота - 280 мм, вес не превышает 390 кг.

Перемещение выемочной установки возможно при помощи лебедки, обеспечивающей скорость не менее 6 м/мин при соответствующей величине тягового усилия.

Разрушение угольного массива при использовании этих установок осуществляется импульсной струей воды давлением около 18-25 МПа (180-250 кгс/см²).

Питание буровых и выемочной установок обеспечивается высоконапорными насосами, создающими давление воды не менее 30 МПа при подаче 3÷6 л/мин. Наиболее соответствуют этим требованиям насосные установки УНГ (завод им. Г.И. Петровского, г. Новгородское, ДНР) и УНШ (завод им. С.М. Кирова, г. Горловка, ДНР), применяемые на шахтах для гидроразрыва и нагнетания воды в угольные пласты при проведении противовыбросных мероприятий. Подвод воды от насоса к установкам выполняется по ставу подачи (нарезные установки) или гибкому высоконапорному рукаву с проходным диаметром не менее 20 мм (ГИУВм).

Совместное их использование позволит осуществлять безлюдную выемку угля на крутопадающих пластах мощностью от 0,45 м. При этом подготовительные работы можно выполнять буровыми установками путем проведения восстающих (МБГИ-1) и ниспадающих скважин (с эрлифтным подъемом отбитого угля) диаметром 420-450 мм. При ведении очистных работ (ГИУВм) влажность отбитого угля не превышает 10%, что отвечает транспортной цепочке шахт обычной технологии.

На фото представлены общие виды буровых и выемочной (с демонтированным защитным кожухом) установок. На заднем плане видны две насосные установки типа УНГ.

Вышеназванные конструкции гидромониторов и гидроимпульсных установок защищены около 40 авторскими свидетельствами.

Параллельно с гидроимпульсными устройствами получила свое развитие идея комбинированного разрушения угля. Совмещение в одном агрегате гидроимпульсатора и ударного механизма позволило объединить положительные качества струйного и ударного разрушения угольного массива и пород. Исследовательские работы в этом направлении были проведены доц., к.т.н. Зимой П.Ф., доц., к.т.н. Исадченко В.С. и доц., к.т.н. Селиврой С.А. Были выполнены аналитические расчеты, моделирование рабочих процессов комбинированной установки, конструкторские проработки и экспериментальные исследования.

Как отдельное направление на базе группы гидроимпульсной техники на кафедре сформировалось исследовательское направление (доц., к.т.н. Селивра С.А., доц., к.т.н. Яценко А.Ф., доц., к.т.н. Устименко Т.А., ст. преп. Гулин В.В.), по разработке и исследованию гидроударных механизмов, работающих на технической воде.

Ряд работ по созданию гидромолотков, гидроперфораторов, мощных гидроударных механизмов (гидромолотов) подтвердил эффективность устройств такого типа. Был создан типоразмерный ряд гидромолотков, которые работали в системах гидроэнергетических станций. Стендовые и промышленные испытания по разрушению угля и пород на шахтах Донбасса, шлака в котлах электростанций подтвердили работоспособность и эффективность их использования благодаря высоким энергочастотным показателям.

Работы, связанные с созданием гидромолотков ОГ1Г, ГМ-9 и ГМ-7, работающих на технической воде, не раз были отмечены дипломами и медалями ВДНХ СССР, УССР, конструкции молотков защищены более чем 20 авторскими свидетельствами.

Группа гидроимпульсной техники кафедры «Энергомеханические системы» ФГБОУ ВО «ДонНТУ» предлагает:

• выбор и привязку наших устройств к технологической цепи заказчика;
• определение оптимальных параметров;
• разработку рабочих чертежей;
• авторский надзор за изготовлением;
• помощь в монтаже и налаживании устройств;
• обучение обслуживающего персонала.