Перспективные конструкции резцового породоразрушающего инструмента комбайновых комплексов калийных рудников

Для калийной промышленности актуальной является задача повышения эффективности процесса разрушения массивов калийно-магниевых солей посредством снижения удельных затрат энергии на отделение руды от забоя и уменьшения доли необогатимых классов руды в добываемой горной массе. Перспективным направлением исследований является совершенствование конструкции породоразрушающего инструмента, а именно – обоснование рациональных геометрических параметров головных частей резцов. С теоретической точки зрения, разрушение калийных руд резанием является случайным, многофакторным процессом, описываемым соответствующими статистическими характеристиками, количественная оценка которых возможна посредством использования экспериментального метода исследований, например, на лабораторных стендах. Авторами разработан стенд и описана методика для определения силовых параметров и энергетических показателей процесса разрушения горных пород одиночным резцом. Для снижения нагрузок на лабораторный стенд обосновано использование и выбран модельный материал, аналогичный по характеру разрушения калийной руде, представляющий собой строительные плиты из гипса. Приведены результаты стендовых испытаний процесса разрушения модельного материала одиночным резцом, которые позволили определить зависимости изменения средних сил резания на одиночном резце и удельных затрат энергии на разрушение от толщины стружки и шага резания при использовании последовательной и шахматной схем резания. Выявлены рациональные геометрические параметры резцов, при которых наблюдается снижение сил резания и уменьшение удельных затрат энергии процесса разрушения блоков модельного материала одиночным резцом.

Грибов Д. С., Ситников Д. А., Шишлянников Д. И. Перспективные конструкции резцового породоразрушающего инструмента комбайновых комплексов калийных рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 11. – С. 99–111. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_11_0_99.

Исследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № ФСНМ-2023-0005).

Грибов Дмитрий Сергеевич — начальник горного отдела, АО «ВНИИ Галургии», e-mail: dmitriy.gribov@mail.ru,
Ситников Дмитрий Александрович¹ — аспирант, e-mail: stdm2023@mail.ru,
Шишлянников Дмитрий Игоревич¹ — д-р техн. наук, доцент, профессор, e-mail: dish844@gmail.com,
¹ Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

Грибов Д.С., e-mail: dmitriy.gribov@mail.ru.

1. Старков Л. И., Земсков А. Н., Кондрашев П. И. Развитие механизированной разработки калийных руд. — Пермь: ПГТУ, 2007. — 522 с.

2. Кантович Л. И., Клементьева И. Н., Кузиев Д. А. Обзор конструкций и технологических возможностей современных очистных комбайнов // Техника и технология горного дела. — 2020. — № 2. — C. 26—41. DOI: 10.26730/2618-7434-2020-2-26-41.

3. Семенов В. В., Мальчер М. А., Петров В. П., Морозов С. П. Проходческо-очистные комбайны «Урал» для добычи калийной руды и каменной соли // Горное оборудование и электромеханика. — 2008. — № 8. — С. 17—21.

4. Крапивин М. Г., Раков И. Я., Сысоев Н. И. Горные инструменты. — М.: Недра, 1990. — 256 с.

5. Трифанов Г. Д., Куоза В. Д. Взаимодействие планетарно-дискового органа горного комбайна с массивом в режиме подрубки пласта // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2023. — № 6. — С. 50—59. DOI: 10.21440/0536-1028-2023-6-50-59.

6. Грибов Д. С., Просовский К. А., Шишлянников Д. И. Совершенствование породоразрушающего инструмента проходческо-очистных комбайнов калийных рудников / Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования: Материалы X Международной научно-практической конференции «Горная и нефтяная электромеханика–2024». — Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2024. — С. 57—64.

7. Botyan E. Y., Lavrenko S. A., Pushkarev A. E. Evaluation of complicated mining exploitation conditions influence on service life of open pit trucks suspensions with remote monitoring systems // International Journal of Engineering. 2024, vol. 37, no. 11, pp. 2268—2275. DOI: 10.5829/ije.2024. 37.11b.12.

8. Li H. S., Liu S. Y., Xu P. P. Numerical simulation on interaction stress analysis of rock with conical picks // Tunnelling and Underground Space Technology. 2019, vol. 85, pp. 231—242. DOI: 10.1016/j.tust.2018.12.014.

9. Казаченко Г. В., Басалай Г. А., Гридюшко Д. В. О разрушении горных пород механическим резанием // Горная механика и машиностроение. — 2022. — № 1. — С. 86—91.

10. Попова М. С., Харитонов А. Ю. Автоматизация процесса исследования механизма разрушения горной породы резцом // Справочник. Инженерный журнал. — 2023. — № 8 (317). — С. 23—27. DOI: 10.14489/hb.2023.08.pp.023-027.

11. Евстратов В. А., Воронова Э. Ю., Апачанов А. С., Григорьев В. И., Сухарникова В. А., Бреславцева И. В. Повышение эффективности шнековых модулей горных машин // Горное оборудование и электромеханика. — 2021. — № 2 (154). — С. 42—47. DOI: 10.26730/1816-45282021-2-42-47.

12. Бреннер В. А., Зильберт В. С., Зыков В. А., Любощинский Д. М. Режимы работы комбайнов для добычи калийных руд. — М.: Недра, 1978. — 216 с.

13. Kharlamova N. A., Konovalova M. A. Relationship between crack length, wedge-shaped cutter geometry, and salt rocks viscosity in a cross-cutting scheme // Известия вузов. Горный журнал. — 2020. — № 8. — С. 26—34. DOI: 10.21440/0536-1028-2020-8-26-34.

14. Шишлянников Д. И., Грибов Д. С., Просовский К. А., Тюбеев И. Х., Ситников Д. А. Стенд для разрушения горных пород резанием и результаты исследования на нем блоков калийной руды // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 10. — С. 78—91. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_10_0_78.

15. Gao M., Zhang K., Zhou Q., Zhou H., Liu B., Zheng G. Numerical investigations on the effect of ultra-high cutting speed on the cutting heat and rock-breaking performance of a single cutter // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2020. vol. 190, article 107120. DOI: 10.1016/j.petrol.2020.107120.

16. Шишлянников Д. И. Совершенствование оборудования и режимов работы проходческоочистных комбайнов калийных рудников как энергоэффективных объектов функционирования. Автореф. дис. … докт. техн. наук. — СПб., 2021. — 273 с.

17. Семенов В. В. Обоснование и выбор параметров исполнительных органов проходческоочистных комбайнов нового поколения для добычи калийных руд. Автореф. дис.  канд. техн. наук. — Тула, 2011. — 219 с.

18. Abramovich B. N., Kuznetsov P. A. Sychev Y. A. Protective controller against cascade outages with selective harmonic compensation function // Journal of Physics: Conference Series. 2018, vol. 1015, no. 2, article 022001. DOI: 10.1088/1742-6596/1015/2/022001.

19. Abramovich B. N., Sychev Y. A., Pelenev D. N. Invariant protection of high-voltage electric motors of technological complexes at industrial enterprises at partial single-phase ground faults // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018, vol. 327, no. 5, article 052027. DOI: 10.1088/1757-899X/327/5/052027.

20. Габов В. В., Нгуен К. Л., Нгуен В. С., Ле Т. Б., Задков Д. А. Обоснование геометрических и режимных параметров шнековых исполнительных органов, обеспечивающих эффективность погрузки угля на забойный конвейер // Уголь. — 2018. — № 2. — С. 32—35. DOI: 10.18796/00415790-2018-2-32-35.

21. Chang C., Yang Y., Ren H., Cai C., Liu Y., Yang M. Investigation of the cross-cutting polycrystalline diamond compact bit drilling efficiency // Shock and Vibration. 2021, vol. 30, pp. 15—27. DOI: 10.1155/2021/8841255.