Результаты проведенных в нашей стране и за рубежом исследований показывает, что проблема обеспечения влажности отбитого угля в пределах 10-15 % не может быть решена с помощью стационарных струй. В связи с этим в ряде разработок предусматривается совмещение водяных струй с механическими инструментами. Такие комбинированные (гидромеханические) способы позволяет улучшить многие эксплуатационные показатели в сравнении с механическим разрушением. Вынос же электропривода из забоя и значительное снижение массы и размеров выемочных машин не достигаются. Возможность более полного использования достоинств гидравлического разрушения дают импульсные струи ( ИС ) среднего диаметра со скважностью порядка 10. Их разрушающая способность выше, чем стационарных, и удельный расход воды может быть снижен до требуемой величины. Созданные ранее генераторы ИС - водометы и гидроимпульоаторы, - имеют ряд существенных недостатков, связанных с подводом и преобразованием энергии, и затрудняющих их эксплуатацию. Эти недостатки могут быть преодолены с помощью гидроимпульсаторов - некопителей (ГН). Основанные на периодическом накоплении потенциальной энергии они используют в качестве энергоносителя поток воды высокого давления и малого расхода. Исследованию гидравлического разрушения горных пород и других материалов посвящены многочисленные теоретические и экспериментальные работы, которыми установлены характер и качественные особенности этого процесса. Большой вклад в изучение внесли советские ученые: В.С. Мучник, Н.Ф. Цяпко, Г.П. Никонов, И.А. Кузьмич, В.Г. Гейер, В.М. Лятхер, С.С. Шавловский, А.Ф. Кичигин.
Институтам ВНИИГидроуголь, Карагандинский политехнический, Донгипроуглемаш, ИГТМ АН УССР и другими исследовалось разрушение угля и горных пород водометными ИС давлением свыше 100 МПа. В ДПИ во время шахтных испытаний органа разрушения на безе гидроимпульсатора проводились исследования разрушения угля ИС давлением 15-25 МПа. Но результатов этих работ недостаточно для рационального выбора параметров разрушения в проектируемых гидроимпульсных исполнительных органах.
В свете изложенного в работе ставятся следующие основные задачи: - установление основных закономерностей разрушения угля ИС, позволяющих обоснованно выбрать параметры разрушения; - выполнение анализа рабочего процесса ГЦ и установление принципов построения их конструктивных схем; - разработка схем ГН и выбор рациональной; - исследование влияния параметров конструкций ГЦ на его рабочий процесс; - разработка гидроимпульсного исполнительного органа и на его базе - выемочной машины;
На основе анализа работ по нестационарным струям установлены две группы
факторов, определяющих эффективность разрушения ИС. К первой относятся величины,
характеризующие разрушающую способность одного импульса: давление 
и длительность 
импульса, диаметр насадка 
,
начальное расстояние до забоя угол встречи струи 
с массивом
, физико - механические свойства материала,которые достаточно
полно учитываются коэффициентом крепости 
. Вторая группа величин характеризует
распределение импульсов струи во времени и пространстве: частота следования 
,
шаг отбойки 
шаг обрушения Q, число проходов струи или ударов
по воронке N.
. Получены зависимости глубины, диаметра воронки и энергоемкости
процесса от длительности импульса, давления, диаметра наседка. Установлено,
что при 
мс наблюдается трещинообразование и неустойчивое разрушение,
при порядка 15 мс рост глубины воронки замедляется.
Преобразование, являющееся наиболее важным элементарным процессом, исследовалось
на углецементном блоке и двух угольных пластах, крепостью 1,4 и 1,8.
Выяснены основные особенности механизма взаимодействия перемещающейся ИС большой
скважности с массивом при разрушении. При оптимальном шаге отбойки процесс
разрушения начинается с образования струей отдельной воронки. По достижению
ею достаточных размеров, под действием усилия, сообщаемого струей, в перемычке
между забоем воронки и второй обнаженной поверхностью образуется система
трещин. В дальнейшем пол действием усилия от струи и сил гидравлического клина
происходит отделение от массива крупных частиц. Такой процесс дискпотными
микрояктлми продолжается до окончания действия импульса.
Так как разрушение осуществляется крупными частицами, и поэтому с меньшей
энергоемкостью, глубина образуемой шели превкает примерно в 1,5 раза глубину
отдельной воронки, когда у рушение производится только мелкими частицами.
Оптимальный юлг отбойки примерно равен наружному диаметру отдельной воронки
для данных материала и параметров струи. В области параметров исследуемых
струй он может быть определен по установленным зависимостям, и в среднем
составляет ( 5+6 ) .
Если шаг отбойки отличен от оптимального, глубина нарезаемой щели уменьшается. При меньшем - по причине преждевременного разворота струи и снижения усилия воздействия ее на массив, а также вследствие разрушения более мелкими частицами. При большем шаге это происходит из-за увеличения стадии отдельной воронки. Сравнивая с механизмом взаимодействия стационарной струи можно выделить основные преимущества разрушения ИС:
- более эффективней передача энергии струей массиву за счет большого угла разворота отраженных потоков;
- отделение крупных частиц в результате дискретного приложения к массиву нагрузок.
Благодаря этому ИС среднего диаметра имеют удельную энергию щелеобразоваяия примерно такой же величины, что и стационарные тонкие струи, хотя последние образуют щели значительно меньшей ширины.
Приращение боковой поверхности щели одним импульсом
возрастает почти пропорционально длительности импульса на всем интервале от
4 до 27 мс. Скорость же приращения боковой поверхности щели 
при постоянном среднем расходе струи имеет максимум в области 
.
А удельная энергия преобразования имеет минимум при . В
интервале от 11 до 30 МПа ((5+16) ) прирриение боковой поверхности
щели F1 увеличивается почти пропорционально давлению, однако несколько менее
интенсивно при < 10 и с наибольшей интенсивностью
на участке (10+15) . Удельная энергия щелообряаования снижается
с ростом давления до величины порядке 15 , после чего значимого
ее уменьшения не происходит. Исследованная область диаметров насадка 8+12 мм
в целом является оптимальной. При постоянном объеме воды в импульсе лучшие
показатели - при =10 мм. При постоянной длительности
импульса наблюдается снижение энергоемкости и рост производительности с
увеличенном . По этим дяппнм определена область оптимальных и рациональных
параметров ИС.
На основе анализа зависимостей 
с учетом технологических
факторов принимается требуемая глубина отбойки и находятся: 
необходимое число проходов струи для нарезания одной щели . Определяется общее
число проходов струи:
,
где 
- количество подрезных щелей;
- число дополнительных проходов струи.
Но этим величинам можно рассчитать производительность отбойки;
Зависимости средних показателей от общей глубины щели
В процессе образования подрезных щелей оконтуренные ыежщелевые целики
испытывают совместное действие нескольких нагрузок: усилия воздействия струи,
которое многократно повторяясь с частотой следо-вания импульсов, может вызывать
усталостные явления в угле; сил гид-равлического клина от проникающей в
трещины воды; собственного веса консоли целика. В результате происходит
интенсивное трещинообразова-ние и обрушение межщелевых целиков вместе с их
разламынанием на куо ки ( третий элементарный процесс ). Шаг обрушения на
исследованных пластах составлял 0,3+1,0 м или ( 0,7+2,5) 
.
Сопоставление элементарных процессов показывает, что при переходе от отдельного воронкообразования к нарезанию щели распределен-ной вдоль забоя последовательностью импульсов энергоемкость процесса разрушения снижается более, чем в 3 раза. А для гидроимпульсной отбойки в целом, включающей также и обрушение межиелевых целиков, этот показатель еще ниже в 5+10 раа и составляет С,15+0,55 кВт.ч/т, что примерно равно энергоемкости процесса разрушения исполнительны-ми органами режущего действия.
Для реализации этого способа разрушения разработаны устройство, эффективно создающее такие НС - гидроимпульсаторы - накопители ( рис. 2).
Структурная схема и графики рабочего процесса ГН.
Принципиально рабочий процесс ГН состоит из двух периодов: зарядки и рабочего иыпульса. В период зарядки, длительностью ty более 90 % длительности цикла Т, распределитель (1) закрыт. Ствол (2) отсоединен от систеыы - подводимая энергия принимается гидро-яккумулятором (3). После накопления требуемого ее количества, рас-пределитель открывается, аккумулятор соединяется со стволом и фор-мирует в нем импульс давления рц . Создаваемая ИС диаметром 8*12мм имеет мгновенную мощность в импульсе Мц до 500*750 кВт, что более, в 10 раз превышает ------ Таким образом, здесь осуществляется преобразование потока, не требующее трансформации одного вида энергии в другой. Это дает возможность достижения хороших технических и эксплуатационных показателей.
Установленные в зависимости производительности отбойки и дополнительной влажности угля от начального расстояния приведены на рис. 3. Среднее давление струи в импульсе здесь 20*24 МПа, диаметр насадка 10 мм, глубина зеходок (подрезных щелей) 0,4*0,6 м. Из полученных данных следует, что на углях средней кре-пости производительность отбойки может достигать IOU т/ч. При рлостоянии до 1,5 м дополнительная влажность отбитого угля находится в пределах 10 %, в производительность отбойки порядке 50 т/ч и бо-лее. Энергоемкость отбойки при втом около I кРт.ч/т. Эффективное лей ствие ИС диаметром В мм сохраняется до 2*2.5 м.
Результаты испытаний показывают, что постпвленная в работе задача по разработке удобных в эксплуатации гидроимпульсных исполнительных органов, облегчающих приемлемую для шахт обычной технологии влажность отбитого угля, решена.Так, в области рациональных давлений струи влажность угля находится в пределах 5-10 %, в энергоемкость разрушения (0,5*1,5 кВт.ч/т ) достигла уровня энергоемкости исполнительных органов режущего действия.
Зависимости основных показателей гидроимпульсной отбойки от начального расстояния до забоя
Подвод энергоносителя не вызывает значительных эксплуатационных отличий от электропривода: гидроэнергия к выемочной машине подводится рукпвом примерно такого ее диаметра, что и кабель, питающий электродвигатель одинаковой мощности; питание водой осуществляется из противопожарно - оросительного трубопровода; используемые высоконапорные насосные установки уже применяются на шахтах.
Разработанные машины удовлетворяют основным требованиям к нишевыемочвым редствам. Наиболее эффективная их работа на пологих пластах будет в комплексе со средствами транспорта отбитого угля из ниши. Расчет народнохозяйственного эффекта свидетельствует об экономической целесообразности применения их в настоящее время даже беэ механизированной погрузки отбитого угля.
В данной магистерской работе дано новое решение актуальной научной задачи, состоящее в установлении закономерностей разрушения угля ИС высокого давления и работы ГН, формирующих тякие струи. Разработаны гидроимпульсные исполнительные органы для нарезных работ на шахтах обычной технологии.
