Способ разрушения горных пород иустройство для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (>829931

К АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51)М. Кл.з (22) Заявлено 130779 (21) 2797621/22-03

Е 21 С 37/18 с присоединением заявки Нов

Государственный. комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

«)публиковано15р581 Бюллетень Н9 18 (53) УДК Ы2.243. .94(088.8) Дата опубликования описания 150581 (72) Авторы изобретения. Н. И. Андриенко, В. Н. Захаров, Н. В. Нестеров, В.Ф. Ннстратов, A.Ô. Рябов и Ю.И.Протасов

Московский ордена Трудового Красного Зн институт (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И У

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам и устройствам комбинированного разрушения горных пород, и может быть использовано при отбойке горных пород от массива и проходке горных выработок.

Известен способ разрушения горных пород электрическим током, подводиMbIM с помощью электродов, вводи>ых в контакт с породой и расположенным один от другого на расстоянии, достаточном для образования электропроводящего канала в межзлектродном промежутке. При реализации этого способа электроды размещают на,поверхности 15 разрушаемой породы на расстоянии, при котором отсутствует перекрытие разряда по поверхности породы и происходит заглубление канала пробоя 1 .

Недостатками данного способа яв- 20 ляется низкая эффективность разрушения горных пород, при больших межэлектрадных промежутках (порядка адного метра) и повьыенном напряжении (порядка 300 кв)„ вследствие чева происходит перекрытие разрядом или электрической дугой (переменное напряжение) этого проме>кутка по поверхности породы. Особенно ухудшаются условия заглублення канала 30 пробоя, если на поверхности породы имеются электропроводящие включения или эта поверхность сложена из диэлектрических включений массивной

° текстуры. В этом случае исключить. перекрытие разряда по поверхности практически невозможно. Если произошло перекрытие межэлектродного промежутка, То электропроводность поверхности возрастает в несколько раз и дальнейшие разряды проходят через след первого разряда, увеличивая его проводимость.

Указанные выше недостатки способа в полной мере относятся к устройству для его осуществления, выполненному в виде двух электродов, размещенных на поверхности разрушаемой породы. Кроме того, при увеличении расстояния между электродами до величины напряженности поля E(E > где Е - напряженность поля между электродами; Е„- напряженность поля., при которой происходит перекрытие мвжэлектродного промежутка llo воздуху, перекрытие разрядом или электрической дугой мвжэлектродного промежутка не происходит, но и отсутствует пробой породы, что ттриводит к отсутствию отбойки горной по8299 31 роды, снижению производительности и росту энергоемкости разрушения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ разрушения горных пород путем электродинамического воздействия на породу, который осуществляют устройством для разрушения горных пород, включающим раму с электродами, которые установлены с возможностью продольного и поперечного перемещения j2$ °

Однако эффективность разрушения горных пород остается низкой, так как часто между электродами находятся породы приблизительно одинакового электрического сопротивления и тогда, при подаче импульса электрической энергии, она выделяется на нескольких парах электродов, что приводит к ее длительному выделению (растеканию) без электродинамического разрушения горной породы.

Эффективность разрушения резко снижается, возрастает энергоемкость и себестоимость разрушения.

Цель изобретения — повышение эффективности разрушения за счет предварительного ослабления породы.

Укаэанная цель достигается тем, что на горную породу воздействуют инфракрасным излучением, определяют месторасположение и величину трещин, а электродинамическое воздействие осуществляют в места наибольшей трещиноватости. Устройство для разрушения горных пород снабжено нагре-. вателями инфракрасного излучения и акустическими датчиками контроля трещиноватости, при этом нагреватели установлены на раме, а между электродами и нагревателями смонтирован экран.

На..-фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху, на фиг. 3 - разрез

A-A на фиг. 2.

Устройство для осуществления способа разрушения горных пород имеет несущую раму 1 и расположенные на ней нагреватели инфракрасного излучения 2. (см.фиг. 1-3), экран 3 размещен между последним рядом. нагревателей 2 и электродами 4, которые установлены с возможностью продольного и поперечного перемещения относительно раааа 1. Через проходной изолятор 5 подводится кабель для питания электродов 4, на которых установлены датчики б акустического контроля, весь этот узел подвешен к диэлектрическому ползуну 7 с поперечными относительно раьы 1 вырезами, который,в свою очередь, размещен на диэлектрических направляющих 8 с продольными вырезами, укрепленными на опорных изоляторах:9., В передней части устройства мелку нагревателями 2 размещены колеса 10, удерживающие раму 1 с нагревателями 2 на заданном расстоянии от поверхности горной породы. Разрушенная горная порода сразу подбирается съемным ковшом 11, который закреплен на раме 1.

Устройство работает следукщим образом.

Устройство устанавливают на поверхность породы, включают в сеть нагреватели 2, выводят их на заданный температурный режим и после двухминутного прогрева (в среднем) поверхности породы начинают двигать его в направлении разрушения со скоростью, позволяющей облучать новые участки поро15 ды не менее двух минут. Электроды 4 с акустическими датчиками 6 имеют возможность продольного перемещения относительно рамы 1, что позволяет установить наибольшую трещиноватость пороЩ ды .на облученной поверхности. Электроды 4 останавливают и на них подают импульс электрического тока с пробивной напряженностью, достаточной для поляризации механических дефектов и пробоя канала на некоторой глубине.

Выделяющаяся в канале пробоя импульсная электрическая энергия осуществляет динамическое отделение разрушенной породы от массива, которая и грузится в ковш 11. Установленный между нагревателями 2 и электродами 4 экран 3 предохраняет нагреватели от механических ударов горной породы, разрушенной электрическими импульсами. Скорость перемещения устройства выбирается в соответствии с заданной производительностью отбойки, причем учитывается необходимость нагрева породы в течение определенного времени, чтобы создать некоторую толщину

40 прогретого слоя. Таким образом, способ разрушения горных пород включает следующие операции, производимые в указанной последовательности: 1— предварительное воздействие на поро45 ду инфракрасным излучением 2 определение месторасположения и величины трения, образованных в результате 1-й операции, 3 - электродинамическое воздействие на породу для щ ее отделения От массива причем это воздействие осуществляют в местах наибольшей трещиноватости.

При этом имеет место следующая физическая сущность разрушения.

В результате местного нагрева по площади и на некоторую глубину, зависящую от теплопроводности породы, возникают сжимающие термические напряжения с максимумом по периметру площади нагрева и растягиваю60 щие на контакте прогретой породы на некоторой глубине с нагретой, причем вектор растягивающих напряжений направлен перпендикулярно нагретой поверхности горной породы. Возникаю55 щие термические напряжения достигают

8299 31 соответствующего предела прочности горной породы, возникают трещины различной ширины, в том числе и направленные вглубь породы и образукщие заколы, образуются каверны из-за испарения и плавления низкотемпературных включений. Все эти нарушения приводят к потере прочности горной породой, но отделения разрушенной породы от массива не происходит из-за трения возникающих отдельностей по границам трещин ° !

О

Наибольшее скопление трещин обнаруживают при продольном перемещении электродов с датчиками по наименьшей величине скорости продольных акустических волн. 15

При наложении импульсного электрического поля на электроды и создании некоторой напряженности поля борта трещин и других механических дефектов поляризуются и возникающие gp заряды накапливаются во время импульсного электрического разряда на указанных дефектах и создают собственный потенциал, величина которого может составлять 80-90%, от величины наложенного поля.

Пробой дефектов происходит не по поверхности породы, где ширина тре— щин наибольшая, а на некоторой глубине, которая. может достигать до

Ь/3, где  — расстояние между электродами. Скопившиеся заряды создают поле, достаточное для пробоя сузившейся трещины. Пробой трещин и других дефектов на,глубине приводит к снижению электрического сопротивления или потере электрической прочности объема горной породы, которая становится меньше, чем сопротивление поверхности. Это создает благоприятные условия для развития канала 40 пробоя на укаэанной глубине с выделением в нем импульсной электрической энергии и динамического отделения ранее ослабленной инфракрасным излучением горной породы от массива, Поскольку процесс нагрева и определения месторасположения и величины трещин осуществляется на большой площади непрерывно, а импульсы электрического тока накладываются с частотой до 1Гц, то процесс разрушения практически непрерывен, что создает объективные условия для применения его при поточной технологии.

Формула изобретения

1. Способ разрушения горных пород путем электродинамического воздействия на породу, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыаения эффективности разрушения за счеТ предварительного ослабления породы, на горную породу воздействуют инфра-. красным излучением, определяют месторасположение и величину трещин, а, электродинамическое воздействие осуществляют в места наиббльшей трещиноватости.

2. Устройство для осуществления . способа по п.1, включакщее раму с электродами, которые установлены с возможностью продольного и поперечного перемещения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что оно снабжено нагревателями инфракрасного излучения и акустическиьы датчиками контроля трещиноватости, при этом нагреватели установлены на раме, а между электродами и нагревателями смонтирован экран.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 341944, кл. Е 21 С 37/18 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

E 21 С 37/18, 1973.

8299 31

Составитель О. Серегина

Техред Ж.Кастелевич Корректор С.Цомак

Редактор Н.Ромжа

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

3акаэ 2727/18 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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