Способ разрушения горных пород электромагнитными волнами

 

O n И-4 -- -A Н и Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii> 724731

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявл«ио 17.10. 77(2! ) 2531267/22-03 (51) M. Кд.

2 с присоединением заявки М—

Е 21 С 37/18

Всударстваииый кемитет

СССР, оо делан изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 30.03.80. Бюллетень J% 12 (53) УДК 622.243. .94(088.8) Дата опубликования описания 02.04.80

А. H. Москалев, О. В. Явтушенко, В. И. Лойк, В. К. Коробской, A. П. Образдов и Л. М. Блинов (72) Авторы изобретения

Институт геотехнической механики AH Украинской CCP (7l) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИ

Изобретение относится к способу*ра . рушения горных пород электромагнитными волнами сверхвысокой частоты различной энергетической плотности и.может быть использовано, в частности, при добы--

5 че полезных ископаемых.

Известен способ разрушении горных пород облучением их электромагнитными волнами СВЧ-диапазона, который основан на том, что электромагнитные волны, ге о нерируемые несколькими источниками малой мощности (240 Вт) направляют вглубь породы, где волны от всех источников встречаются и производят внутрен« ний нагрев горной породы, в результате чего под воздействием теплового pacmapeния она разрушается (1).

Однако при осуществлении этого способа электромагнитные волны от каждого. генератора, встретившись в глубине лоро- 2о ды, продолжают распространяться в преж- . них направлениях, при этом только незначительная часть электромагнитной энергии превращается в тепловую в об2 ласти разрушаемой поводы. Основная часть электромагнитной энергии каждого источника уходит за пределы нагреваемого объема породы и рассеивается в массиве, не совершая полезной работы. Таким образом энергоемкость известного способа оказывается весьма значительной, а его экономичность — весьма низкой., Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ разрушения горных пород электромагнитными волнами сверхвысокой частоты различной энергетической плотности, согласно которому порс ду сначала облучают волнами меньшей энергетической плотности до,образования в глубине ее теплового следа, а затем— волнами большей энергетической плотности до возникттовения термических разрушаюпптх очагов в зоне теплового следа

12) .

При таком способе разрушения удается снизить его энергоемкость благодаря тому, что породу сначала облучают

724731

1О

30

45 элек ромагнитными волнами одной частоты до образования в глубине ее электромагнитного поля повышенной напряженности (около ЗЯ-200 кВ/см ), а затем я облучают волнами с частотой в один или несколько порядков выше.

Однако экономичность процесса раз1 " "рушения и " этом случае остается еще

/ до ст а точ но низкой.

11ель изобретения заключается в том, чтобы повысить экономичность процесса разрушения.

Бель достигается в результате того, что облучение породы волнами, большей энергетической плотности осуществляют в направлении перпендикулярном тепловому следу, а после появления в нем разрушающего очага облучение. поступвтельно перемещают вдоль него.

На ч ертеже пок азана схема р азруш ения горной породы предложенным способом.

Способ осуществляют следующим образом.

Первой электромагнитной волной с плотностью потока энер-ии 150-300 Вт/см поступающей в массив горной породы 1 от генератора 2 СВЧ-энергии через регулируемый понизитель Э мощности и излучаюшую антенну 4, вызывают лзбирательный нагрев массива вдоль направления 2 распространения электромагнитного излучения. Нагрев приводит к изменению диэлектрических свойств породы и, в час t ности, к росту диэлектрической "прони-" цаемости. В массиве породы 1 создается вытянутая вдоль оси Z зона 5 с повышенной диэлектрической проницаемостью— тейловой след первой электромагнитной волны.

После создания теплового следа генег ратор 2 отключают, и горную породу 1 облучают второй волной с плотностью потока энергии 300-5000 Вт/см, посR тупающей в массив от генератора 6 через регулируемый.понизитель 7 мощности и излучающую антенну 8. Вторую "" ""электромагнитную волну направляют в массив перпендикулярно направлению распространения первой для пересечения ее с тепловым следом 5.

При взаимодейсч вии с горной породой

1, находящейся в зоне 5 теплового следа, рвсходимость второй волныуменьшается за счет чего повышается интенсивность излучения в массиве и вторая волна самофокусируется на оси теплового следя 5. В режиме самофокусировки энергия второй волны расходуется на создание и развитие разрушающего внутреннего термического очага 9, по форме представляющего собой эллипсоид вращения.

В результате интенсивного нагрева составляющие горной породы в области очага 9 претерпевают фазовые превращения.

При этом увеличение объема твердой, жидкой и, особенно, газообразной фазы очага, а также значительные температурные напряжения, приводят к разрушению

Ъ горной породы.

После появления начального разрушающего очага 9 генератор 6 перемещают над поверхностью облучвемого массива вдоль теплового следа 5 первой волны.

При прерывистом перемещении на оси Z теплового следа 5 первой волны образуются обособленные очаги, каждый из которых разрушает отделяющий его от поверхности массива объем породы. При непр ерывном п еремещении генератора 6 внутренний очаг движется по оси Z теплового следа 5 и образует сплошной канал, который -вызывает разрушение породы.

Таким образом при осуществлении предлагаемого способа разрушения энер- гия обеих электромагнитных волн полностью расходуется на разрушение, так как вся энергия первой волны затрачивается на создание теплового следа в породе, который полностью используется при движении вдоль него второй волны, а эчергия второй волны поглощается фокусом в области теплового следа.

Предлагаемым способом разрушаются кристаллические сланцы, амфибролиты, габбро-диабазы, граниты, песчаники и другие горные породы-диэлектрики. Разрушение осуществляется в лабораторных условиях, при этом размеры образцов горньф пород изменяются от 10 10х10 см до 4ОХ40х40 см. Источниками излучения служат магнетронные генераторы, работающие на частоте 2375 мГц.

С учетом времени, затраченного на создание теплового следа, в секунду разрушается объем горной породы 180-250 см

Формула изобретения

Способ разрушения горных пород электромагнитными волнами сверхвысокой частоты различной энергетической плотности, согласно которому породу сначала облучают волнами меньшей энергетической.плотности до образования "и глубине ее теплового следа, а затем— волнами большей энергетической плотности до возникновения термическик разрушающих очагов в зоне теплового следа, отлич ающийся тем,что, с иелью повышения экономичности продесса, облучение породы волнами большей энергетической плотности осуществляют в направлении перпендикулярном тепловому следу, а после появления в нем разру-, 731 6 ш ающего очага облучение поступательно перемещают вдоль него.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ржевский В. В., Протасов K). И.

Электрическое разрушение горнык пород.

М., "Недра, 1972, с 117-119.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 581275, кл. E 21 С 37/18, 1976.

Составитель В. Макаева

Редактор Л. Мотыль Текред Й. Ковалева Корректор B. Синицкая

Заказ 807/9 Тираж 626 Подписное

Ш1ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4