Федеральная целевая программа

Федеральная целевая программа
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014—2020 годы»
Рациональное природопользование
Тема: Разработка экспериментальных конструкций комбинированного инструмента с применением
сверхтвердых композиционных материалов (СТКМ) для эффективного разрушения горных пород
Руководитель проекта: Никитенко Сергей Михайлович, в.н.с., д.э.н., Институт угля СО РАН
Соглашение № 14.607.21.0028
Получатель субсидии: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт угля
Сибирского отделения Российской академии наук
Цели и задачи проекта
Цель проекта: исследование и разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание экспериментальных конструкций
V
комбинированного инструмента с армирующими вставками из СТКМ для эффективной дезинтеграции горных пород в различных условиях эксплуатации.
Задачи проекта:
1. Разработка методических подходов к разработке новых видов комбинированного горного инструмента с армирующими вставками из СТКМ.
2. Изготовление экспериментальных образцов комбинированного инструмента с армирующими вставками из СТКМ.
3. Разработка комплекса стендового оборудования для исследования процессов бурения и энергоемкости разрушения горных пород, абразивного износа
породоразрушающего инструмента, технологий пайки армирующих вставок из СТКМ.
4. Разработка рекомендаций по использованию новых видов комбинированного инструмента с применением СТКМ на горнодобывающих предприятиях
в различных условиях эксплуатации.
0
Актуальность исследований подтверждается положениями Долгосрочной Программы развития угольной промышленности России на период до 2030 г.,
одна из подпрограмм которой «Обеспечение технологического развития отрасли и укрепление научно-технической базы компаний и научных центров»
предполагает решение задач модернизации и развития стендовой базы для испытания горношахтного и горнотранспортного оборудования; разработки
новых способов и средств разрушения пород и угля.
W
W
V
О бъ ем ное
разруш ен ие
И стирание
P0
P
Ожидаемые результаты проекта
1. Методические (теоретические) подходы к разработке новых видов комбинированного горного инструмента с армирующими вставками из СТКМ на
основе корреляции литологии и прочности пород с различными типами инструмента.
2. Экспериментальные образцы комбинированного инструмента с армирующими вставками из СТКМ для различных условий разрушения горных пород.
3. Технологические принципы проектирования стендового оборудования для исследования процессов бурения, энергоемкости разрушения горных пород,
абразивного (эрозионного) износа породоразрушающего инструмента, технологий пайки армирующих вставок из СТКМ.
4. Рекомендации по использованию новых видов комбинированного инструмента с применением СТКМ на горнодобывающих предприятиях на основе
новых более производительных и энергоэффективных режимов дезинтеграции пород.
Перспективы практического использования
1. Значительное снижения энергоемкости и себестоимости разрушения горных пород в горнодобывающей и перерабатывающей отраслях.
2. Реализация новых технологий безвзрывной, экологически щадящей подземной добычи алмазов, а также технологий подземной разработки
кимберлитовых руд повышенной крепости и абразивности.
3. Расширение области и пределов границ применения всех типов горного инструмента для буровых установок, для проходческих и добычных комбайнов.
4. Возможность разработки новых технологий добычи полезных ископаемых на основе эффективной дезинтеграции горных пород с применением новых видов безопасного горного
инструмента из сверхтвердых композиционных материалов.
Результаты исследовательской работы, полученные в 2015 г.
I. Теоретически обоснованы конструкции четырёх видов комбинированного инструмента на основе армирующих вставок из СТКМ:
а) Разработана конструкция бурового резца с армирующей вставкой в форме эллипсообразного овала Кассини (заявки на ИЗ
№2015125831 и №2015125832, приоритет 29.06.2015г.), позволяющая достигать между лезвиями и забоем полного контакта, по
которому осуществляется разрушение горной породы. Особенность конструкции резца способствует значительному уменьшению
затуплений лезвий в отличие от существующих резцов, у которых взаимодействие лезвий с забоем осуществляется по размещенным на них
концентраторам напряжений.
б) Разработана конструкция нового тангенциального поворотного резца с твердосплавной двухступенчатой вставкой в виде эллипсоида
вращения, включающая коническую ступень крепления и ступень резания, которая армирована инденторами из сверхтвердого
композиционного износостойкого материала, расположенными в плане по спирали Архимеда.
в) Разработана конструкция буровых коронок безлезвийных , которая является наиболее рациональной основой для создания буровых
коронок нового типа на основе комбинированных армирующих вставок из СТКМ.
г) Разработано устройство установки радиальных резцов в резцедержателях, позволяющее при необходимости изменять реальные углы
резания при геометрической переориентации радиальных резцов в различных условиях применения, обоснованы участки лезвий резцов,
требующие усиления за счет установки на них вставок из СТКМ.
II. Для оценки эффективности технических решений при создании новых конструкций горного инструмента разработан комплекс
стендового оборудования (патенты РФ на ПМ №157386, №157384, №157385), включающий в себя:
- установку для определения энергоемкости разрушения различных по крепости горных пород,
- установку для исследования процессов эрозионного (абразивного) износа породоразрушающего инструмента,
- установку для исследования процессов бурения горных пород (вращательное, вращательно-ударное),
- установку для исследования влияния режимов индукционного нагрева на качественные характеристики паяного соединения
армирующих вставок из СТКМ.
Партнеры проекта
Индустриальный партнёр: ООО «Кузбасский центр сварки и контроля» . Сфера деятельности: аттестация, сварочных материалов, оборудования и
технологий в соответствии с нормативными документами персонала Ростехнадзора и Системы сварочного производства (САСв). Задачи в проекте:
оснащение рабочих мест исследователей и разработчиков; изготовление оснастки и модернизация технологического оборудования для изготовления
экспериментальных образцов комбинированного инструмента.
Соисполнитель: ООО «Микробор Композит». Сфера деятельности: разработка и производство (полный цикл) нового поколения композиционных
материалов из Кубического Нитрида Бора (КНБ), нано-КНБ (НКНБ), ударостойких композитов, твёрдость которых превосходит синтетический алмаз, сохраняя
при этом высокую ударную и температурную стойкость. Задачи в проекте: разработка модифицирующих составов СТКМ для различных условий
эксплуатации горного инструмента, а также припоев для крепления армирующих вставок из СТКМ к корпусам ЭО инструмента.
Соисполнитель: ООО «Горный инструмент». Производитель более 200 видов серийного и эксклюзивного горно-режущего инструмента, обладает широкой
географией поставок, включающей в себя все горнодобывающие регионы России, а также стран СНГ и дальнего зарубежья. Задачи в проекте: исследование
взаимодействия горной породы и новых видов комбинированного инструмента с применением армирующих вставок из СТКМ; изготовление
экспериментальных образцов комбинированного инструмента.