Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород

 

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Реслублнк

1 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.04.80 (21) 2903168/22-03 (51) М. Кл.

Е 21 С 37/18

Е21 В7/15

С 01 М 19/00 с присоединением заявки №вЂ”

Геауддрственемв кемитет (23) Приоритет—

СССР

Опубликовано 23.12.81. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 28.12.81 (53) УДК 622.243. .94 (088.8) ее делам каееретекие к еткрмткй (72) Авторы изобретения

А. Н. Москалев, В. К. Коробской и О. В. Явтушенко!

Институт геотехнической механики АН Украинской ССР

1 (71) Заявитель (54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕС СА

ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ

ГОРНЫХ ПОРОД

- 1

Изобретение касается усовершенствования конструкции стенда для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород при одновременном воздействии механических нагрузок и СВЧэнергии.

Известен стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, содержащий генератор электромагнитных колебаний СВЧ, передающий волноводный тракт, излучатели

СВЧ-энергии, механический породоразрушающий орган, измерительную аппаратуру, имитирующие скважину блоки замороженной породы и холодильник для ее замораживания (1) .

Этот стенд из-за своих конструктивных особенностей имеет узкую область применения в отношении проводимых исследований только на предварительно замороженных породах, а также они не приспособлены для исследования процесса механического разрушения (бурения) при одновременном воздействии на забой СВЧ-энергии в условиях скважины.

Более близким техническим решением из известных к настоящему изобретению явля2 ется стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму, приводы для вращения и подачи полого бурового става с электротермомеханическим породоразрушающим органом, смонтированЗ ные на этой раме, источник сжатого воздуха, генератор СВЧ-энергии, подводящий волновод и радиоизмерительную аппаратуру (2) .

С помощью этого стенда возможно проводить исследование процесса электротермомеханического бурения и определять такие параметры, как производительность и энергоемкость процесса, эффективность электромагнитного воздействия на забой скважины, коэффициент передачи СВЧ-энергии в горные породы, удельную плотность потока СВЧ-энергии и т. д.

Наряду с этим известный стенд не обеспечивает достаточных данных, так как его конструкция не позволяет изучить влияние запыленности в зоне излучения СВЧ-энер20 гии на забой в .процессе бурения скважины.

Кроме того, на нем не достигается устране,ние СВЧ-разрядов (плазмообразование) в рабочей зоне между забоем скважины и тор891919 з цовой частью электр отермомеханического породоразрушающего органа, что резко снижает эффективность и точность проведения исследований.

Цель изобретения — повышение точности проведения исследований и устранение плазмообразования в рабочей зоне электротермомеханического породоразрушающего органа.

Эта цель достигается благодаря тому, что стенд снабжен соединяющим излучатель породоразрушающего органа с генератором 1ф

СВЧ-энергии фидерным трактом в виде телескопического сочленения, гофрированного волновода и вращающегося сочленения, соединенных последовательно между собой и с подводящим волноводом, который размещен в полости бурового става с кольцевым зазором, а источник сжатого воздуха подключен к подводящему волноводу и к зазору между ним и буровым ставом.

На фиг. 1 показан стенд, общий,вид; на фиг. 2 — узел подвода сжатого воздуха; з на фиг. 3 — электротермомеханический породоразрушающий орган.

Стенд имеет опорную раму 1, смонтированный на ней привод 2 вращения, привод

3 подачи и буровой став 4, к которому прикреплен электротермомеханический породоразрушающий орган 5. Для исследования процесса электротермомеханического разрушения стенд снабжен генератором 6 СВЧэнергии, комплектом радиоизмерительной аппаратуры 7 и фидерным трактом 8, которыи состоит из телескопического сочленезе ния 9, гофрированного волновода 10, вращающегося сочленения 11, последовательно соединенных между собой и с подводящим волноводом 12. Через канал 13, подводящий волновод 12 сообщает полость из- зз лучателя 14 породоразрушающего органа

5 с источником сжатого воздуха (не показан) . В верхней части бурового става 4 закреплено устройство 15 с каналом 16, позволяющим вводить сжатый воздух в зазор 17 между подводящим волноводом 12 и буровым ставом 4 при одновременном его вращении. Через зазор 17 канал 6 сообщает отверстия 18 в электротермомеханическом породоразрушающем органе 5 с источником сжатого воздуха. Исследования проводят ц на блоке горной породы 19.

Принцип работы стенда заключается в следующем.

В радиогерметичный кожух 20 стенда устанавливают образец 19 горной породы.

Производят запуск привода 2 вращения и привода 3 подачи бурового става 4 и выводят их на рабочий режим. Одновременно с этим через каналы 13 и 16 осуществляют подачу сжатого воздуха на забой (показано

И стрелками). Производят чисто механическое разрушение (бурение) горной породы. Далее; не прекращая механическое разрушение, включают генератор 6 СВЧ-энергии и через фидерный тракт 8 СВЧ-энергию подают на забой скважины, производят электротермомеханическое разрушение.

В процессе разрушения горной породы происходит перемещение в вертикальной плоскости бурового става 4 и вместе с ним гофрированного волновода 10, вращающегося сочленения !1, подводящего волновода 12. При этом подачу СВЧ-энергии на забой скважины осуществляют непрерывно, благодаря телескопическому сочленению 9.

Гофрированный волновод 10 служит для устранения отрицательного влияния на СВЧгенератор биений и вибраций бурового става 4. Вращающееся сочленение 11 позволяет осуществить передачу СВЧ-энергии на забой скважины одновременно с вращением бурового става 4. Передачу СВЧ-энергии горной породы осуществляют по подводящему волноводу 12 и излучателю 14. Фидерный тракт 8, включающий в себя вышеуказанные- элементы, позволяет значительно повысить точность измерения параметров электромагнитного излучения в процессе электротермомеханического разрушения, что осуществляют радиоизмерительной аппаратурой 7.

В процессе электротермомеханического разрушения эффективность ввода СВЧ-энергии в горные породы зависит от степени запыленности рабочей зоны. При определенной степени запыленности в рабочей зоне возникает СВЧ-разряд, который в последующем переходит в факел. Это приводит к экранированию забоя от СВЧ-излучателя, в результате чего резко снижается точность проведения исследований, производительность процесса разрушения, и создается аварийная ситуация в фидерном тракте и

СВЧ-генераторе. Устранение этого явления достигают путем подбора соотношения расхода сжатого воздуха, поступающего на забой через излучатель 14 и отверстия 18.

Это осуществляют выбором давления сжатого воздуха в. каналах 13 и 16.

Использование предлагаемого стенда в исследованиях позволяет решить научные и практические задачи, в частности путем обработки результатов исследований параметров падающей и отраженной волны в фидерном тракте, получить зависимости коэффициентов и отражения СВЧ-энергии, удельную плотность потока, мощности, пробивную напряженность СВЧ-поля и ряд других параметров при различных режимах работы стенда, изучить влияние параметров нагружения породы (скорость вращения бурового става, осевого усилия подачи, давление и расход сжатого воздуха в каналах, интенсивность и длительность воздействия

СВЧ-излучения и т. д.) на эффективность процесса электротермомеханического разрушения широкой разновидности горных пород.

Анализом полученных результатов можно

891919 определить рациональные параметры электротерМомеханического разрушения, надежность и устойчивость работы элементов и узлов фидерного тракта, электрическую прочность, пути совершенствования электротермомеханических рабочих органов и режимов их работы, обеспечивающих наибольшую производительность разрушения при минимальной энергоемкости.

Формула изобретения

Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму, приводы для вращения и подачи полого бурового става с электротермомеханическим породоразрушающим органом, смонтированные на этой раме, источник сжатого воздуха, генератор СВЧ-энергии, подводящий волновод и радиоизмерительную аппаратуру, отличающийся тем, что, с целью повышения точности проведения исследований и устранения в рабочей зоне породоразрушающего органа плазмообразования, он снабжен соединяющим излучатель породоразрушающего органа с генератором СВЧ-энергии фидерным трактом в виде телескопического сочленения, гофрированного волновода и вращающегося сочленения, соединенных последовательно между собой и с подводящим волноводом, который размещен в полости бурового става с кольцевым зазором, а источник сжатого воздуха подключен к подводящему волноводу и к зазору между ним и буровым ставом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 4211772, кл. Е 21 С 37/18, 1972.

2. Термомеханические методы разрушения горных пород, ч. V, Киев, «Наукова думка», 1972, с. 92 — 94.

891919

Составитель О. Серегина

Редактор А. Козориз Техред А. Бойкас Корректор С. Щомак

Заказ 11173/46 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент>, г Ужгород, ул. Проектная, 4