Способ разрушения горных пород

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсими

Социалистических

Республик (ii)872755 (61) Дополнительное к авт. с вид-ву (22) Заявлено 18. 12. 79 (21) 2855016/22-03 с присоединением заявки 1тк (23) Приоритет (51)М. Кл.

Е 21 С 37/18

3Ьаударотеанный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликоваио )5,10.81. Бюллетень J% 38 (53) УДК 622,243.. 94 (088. 8) Дата опубликования описания 17. 10. 81

Ю.M.Мисник, В.А.Хоминский, Л.Э.Рике глаз и, С И,,Бр (72) Авторы изобретения кой нсти

Ленинградский ордена Ленина, орде и ордена Трудового Красного Знаме им. Г. В. Плеханова ии (71) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к способам

I разрушения горных пород, включающим

:электротермическое воздействие на массив СВЧ электромагнитного поля и может быть использовано при созДа-. нии новых породоразрушающих рабочих органов горных,и землеройных машин, устройств для оттайки мерзлых горных пород и т.д.

Известен способ разрушения горных пород, реализованный в устройст- 1О ве для электротермомеханического разрушения породы, В данном способе, с целью снижения энергоемкости разрушения, электротермическое воздейстФ 15 вие СВЧ поля на породу локализуют на некоторой глубине от поверхности массива, для чего осуществляют фокусировку электромагнитного поля, например посредством линзовых антенн f13.

Недостатком способа является то, что его целесообразно применять только в тех случаях, когда область активного воздействия механического инстФ румента на породу находится на некоторой глубине от свободной поверхности массива, например при доразрушении ослаб .енной СВЧ полем породы инструмАтом режущего типа.

Наиболее близким по технической сущности и дости. аемому результату к изобретению является способ разрушения горных пород,. включающий нагрев зоны разрушения СВЧ электромагнитным полем, вводимым в массив перпендикулярно его свободной поверхности, и полем поверхностной электромагнитной волныД.

Подобное воздействие позволяет уменьшить глубину области разупрочнения породы СВЧ полем за счет опережа1ощего изменения электрических свойств породы в поверхностном слое под воздействием поля поверхностной волны и, тем самым, сконцентрировать СВЧ энергию перед механическим породоразрушающим инструментом рабочего органа, а следовательно, повысить производительность разрушения.

3 87

Недостаток данного устройства заключается в том, что распространение электромагнитной волны в массиве горной породы сопровождается поглощением

СВЧ энергии. Ввиду этого интенсив". ность нагрева породы по мере удвчения от свободной пов рхности уменьшается. В этих условиях снижение прочности породы на заданную величину на некоторой конечной глубине от поверхности массива непременно сопровождается излишним нагревом породы в более поверхностных слоях. Естественно, при этом увеличиваются затраты энергии на разрушение. Особенно резко эти затраты возрастают при нагреве пород, электрические свойства которых изменяются с увеличением температуры. В этом случае рост диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь приводит к перераспределению поглощаемой СВЧ энергии между поверхностными и более глубокими слоями (доля СВЧ мощности, поглощаемой в поверхностных слоях> увеличивается, а в более глубоких— уменьшается) ° В результате нагрев поверхностных слоев будет еще более интенсивным.

Целью изобретения является снижение энергоемкости разрушения путем уменьшения неравномерности поглащения породой СВЧ энергии.

Указанная цель достигается тем, что воздействием электромагнитным полем осуществляют в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом воздействие в каждом из направлений осуществляют с интенсивностью, возрастающей по экспоненциальному . закону по мере удаления от поверхности, через которую осуществляют перпендикулярное электромагнитное я воздействие.

Подобный характер электромагнитного воздействия позволяет обеспечить более равномерное разупрочнение породы в зоне эффективного ее нагрева

СВЧ полем и снизить за счет этого энергоемкость разрушения, На чертеже показан вариант осуществления способа на примере проходки, выработок большего диаметра в мерзлых породах.

Для проходки выработки согласно способу в массиве проходят вспомогательную выработку 1, образующую дополнительную свободную поверхность 2 перпендикулярную поверхности забоя 3

2755

Проходку выработки производят путем поочередной оттайки отдельных блоков породы и их отделения от забоя обычными средствами. Оттайку отдельных блоков породы осуществляют путем воздействия на массив двух источников СВЧ энергии 4 и 5, создающих потоки электромагнитной энергии, направленные перпендикулярно поверхностям забоя 2 и 3. Интенсивность воздействия на породу каждого из этих

10 потоков возрастает по мере удаления от поверхности массива, через которую осуществляется второе воздействие, по экспоненциальному закону. Так, интенсивность воздействия на породу излучателя 4 возрастает по мере удаления от поверхности 2, через которую осуществляет ввод СВЧ энергии в породу излучатель 5. Соответственно, интенсивность воздействия на породу излучателя 5 возрастает по экспоненциальному закону по мере удаления от свободной поверхности массива 3, через которую зказывает воздействие

25 на породу излучатель 4, Длину волны одного из источников, в данном случае источника 4, выбирают таким образом, чтобы глубина проникновения в массив, рассчитанная по усредненным (в диапазоне температур нагрева) значениям электрических свойств породы равнялась толщине снимаемого слоя b . .В свою очередь, длину волны другого источника (в рассматривае35 мом случае — источиика 5) выбирают таким образом, чтобы глубина проникновения этой волны в массив, также рассчитанная по усредненным значениям свойств городы равнялась бы второ40 му характерному размеру зоны разрушения, — размеру a . При подобном комбинированном воздействии интенсивность нагрева породы каждым излучателем по мере удаления от поверхнос45 ти массива также, как и известном способе, экспоненциально уменьшается, однако при этом затухание электромагнитного поля в массиве вдоль направления действия каждого из излучателей компенсируется соответствующим (экспоненциальным) ростом интенсивности воздействия с перпендикулярного направления, так уменьшение интенсивности нагрева по любому, слу55 чайно выбранному направлению Ь-$ воздействия излучателя 4 на породу, сопровождается ростом интенсивности нагрева по данному направлению за счет

5 8 увеличения плотности потока энергии в раскрыве излучения 5, С другой стороны, аналогичное уменьшение интенсивности нагрева по любой из линий

5 -5 воздействия излучателя 5 на породу сопровождается соответствующим увеличением темпа нагрева по этому наПравлению за счет увеличения плотности потока мощности в раскрыве излучателя 4. В совокупности подобная компенсация обеспечивает практически равномерное снижение прочности в объеме обрабатываемого материала и уменьшение (по сравнению с известным способом) энергоемкости разрушения.

Формула изобретения

Способ разрушения горных пород, включающий нагрев зоны разрушения

СВЧ электромагнитным полем, о т л и—

72 755 6 ч а ю шийся тем, что, с целью снижения энергоемкости разрушения пу тем уменьшения неравномерности погло щения породой СВЧ энергии, воздейст5 вие электромагнитным полем осуществляют в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом воздействие в каждом из. направлений осуществляют с интенсивностью, возрастающей по экспоненциальному закону lIo мере удаления от поверхности, через которую осуществляют перпендикулярное электромагнитное воздействие.

15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2571082; кл. Е 21 С 37/18, 1978.

2. Авторское свидетельство. СССР по заявке 9 2554736, кл. Е 21 С 37/18, 1977.

Составитель О. Серегина .

Редактор M. Погориляк ТехредМ.Голинка Корректор Г. Огар

Заказ 8973/51 . Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб.> g. 4/5

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