Гидроструйная резка горных пород: принципы и перспективы технологии

Разрушение горных пород с помощью струй воды под сверхвысоким давлением (до 500 МПа) основано на принципах, схожих с механическим резанием резцом. В процессе обработки струя перемещается по поверхности породы с заданной скоростью, а разрушение материала происходит в результате накопления и последующего высвобождения потенциальной энергии в так называемом ядре уплотнения.

Особенности формирования зоны разрушения

Ключевое отличие гидроструйного метода от механического заключается в механизме формирования зоны разрушения. При воздействии струи жидкость не просто ударяет о поверхность, а активно растекается по ней, эффективно размывая и унося частицы разрушенного материала из зоны ядра уплотнения. В результате такого воздействия в массиве породы формируется узкая щель заданной глубины.

Факторы, ограничивающие эффективность

Важным технологическим ограничением является потеря энергии струи по мере увеличения расстояния от сопла до забоя. Энергия рассеивается из-за увеличения поперечного сечения струи, развития турбулентности, а также её распада на отдельные капли. Для минимизации этих потерь и поддержания высокой разрушающей способности необходимо максимально приближать сопло генератора струи к обрабатываемой поверхности породы [5].

Технологические схемы и область применения

На практике разрушение породного массива может осуществляться по двум основным схемам. Первая предполагает последовательную отбойку элементарных объёмов породы. Вторая, известная как схема «шелль-целик», является более эффективной для создания выемок: сначала прорезается серия параллельных щелей, а затем оставшиеся между ними целики скалываются под действием собственного веса или дополнительных усилий. Гидроструйная технология считается особенно перспективной для разработки пород средней и низкой крепости с коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова в диапазоне ƒ = 1...10.