Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород

 

Союз Советскин

Социапистическин

Республик

<и>901 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22)Заявлено 30.04. 80 (21) 2921114/22-03 с присоедннениеее заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30. 01 ° 82 Бюллетень М 4

Дата опубликования описания 30.01.82 (5l)M. Кд.

Е 21 С 37/18

Гасударственный квинтет

G 01 И 19/00 (ЬЗ) УДК 622 .243.

° 94(088.8) ео делан изобретений н открытий

А.Н. Москалев, О. В. Явтушенко, В. К Коробакс4 .:.: . ; - . (72) Авторы изобретения и В.И.Лодк

АН ййййМ64 ССР

Институт геотехнической механики (71) Заявитель (54), СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ

ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится -к стендам .для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород под воздействием ударных нагрузок и энергии электромагнитного поJlH Свч.

Известен стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород комбинированным воздействием режущего инструтО мента и энергии электромагнитного поля СВЧ, включающий опорную раму, приводы для вращения и подачи полого бурового става с электротермомеханическим породоразрушающим оргат5 ном, смонтированные на этой раме, а также генератор С ВЧ-энергии, волновод и радиоизмерительную аппаратуру (13 .

Этот стенд из-за своих. конструктивных особенностей не приспособлен для исследования ударных нагрузок на горную породу, ослабленную электромагнитным полем СВЧ.

Более близким к предлагаемому является стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму с копром в виде стойки и направляющей трубы, внутри которой размещены свободно падающий ударник и средство для его подъема и удержания, источник СВЧ-энергии с излучателем и подключенной к ним радиоиз" мерительной аппаратурой, и радиогерметичный экран с помещенным внутри него образцом горной породы.

С помощью этого стенда возможно определить такие параметры процесса электротермоударного разрушения rop" ных пород, как энергия удара, плотность потока СВЧ-мощности, коэффициент передачи энергии, производительность и энергоемкость процесса разрушения и т.д. 12).

Однако стенд не дает возможности исследовать влияние нарушений (образование термоупругих напряжений, 901523

3 микротрещин, трещин, каверн и др. ), возникающих в породе в процессе ее облучения, на параметры электротер" моударного разрушения. Это в свою о ередь влияет на получение достаточно точных данных по рациональному значению удельного потока СВЧ-мощности, энергоемкости разрушения и др.

Кроме того, известный стенд не позволяет изучить влияние на параметры >g разрушения направления векторов электрической и магнитной составляющйх

СВЧ-поля, соответственно.

Цель изобретения - повышение точности проведения исследований, а также увеличение объема получаемой информации.

Поставленная цель достигается тем, что стенд снабжен генераторами ультразвуковых колебаний и двумя парами электрически связанных с ними ультразвуковых преобразователей, установленных на боковых гранях образца горной породы и размещенных попарно по осям, совпадающим с направлением векторов основных составляющих компонент электромагнитного поля и проходящим через центр зоны облучения.

На чертеже показана принципиальная схема стенда.

Стенд имеет опорную раму 1 и смонтированную на ней стойку 2, к которой прикреплена с возможностью вращения направляющая труба 3. В трубе 3 размещен электромагнит 4, служащий для поъема и удержания свободно падающего ударника 5. Для устранения излучения СВЧ-энергии в открытое пространство стенд снабжен радиогерметичным экраном б, в который помещают исследуемый образец 7 горной породы. Под нижним концом направляющей трубы 3 размещен излучатель 8

СВЧ-энергии, который выполнен с отверстием в верхней стенке (не показано) для нанесения удара по породе ударником 5, Излучатель 8 через комплект радиоизмерительной аппаратуры 9, включающей в себя, например, регулируемый ослабитель СВЧ-мощности, рефлектометр, измерители уровня мощности, волномер и др., подключен к источнику 10 СВЧ-энергии.

На образце 7 горной породы установлены ультразвуковые преобразовате- 5> ли 11,. которые подключены к генераторам 12 ультразвуковых колебаний и регистрирующей аппаратуре 13, 4

Принцип работы стенда заключается в следующем.

B радиогерметичный экран 6 помещают образец 7 горной породы, и на его боковых гранях закрепляют ультразвуковые преобразователи 11. При этом, одна пара преобразователей 11 (излучающий и приемный) устанавливается соосно и в направлении, совпадающем с вектором электрической составляющей

СВЧ-поля, а вторая " с вектором магнитной составляющей, т.е, по осям

0Х и ОУ, как показано на чертеже, которые проходят через центр зоны облучения.

Далее через образец 7 горной породы от генераторов l2 ультразвука пропускаются ультразвуковые колебания, и по их параметрам (интенсивности, затухания, скорости распространения), определяемым посредством регистрирующей аппаратуры 13, судят о состоянии горной породы в направлении осей ОХ и ОУ без нагрузки, т.е. без электромагнитного и.механического воздей ст вия.

После этого производится запуск источника 10 С ВЧ-энергии и,облучение образца 7 горной породы, Ударник 5 при этом поднят над породой и удержи вается электромагнитом 4. Одновременно с облучением СВЧ-энергией через горную породу непрерывно про пускаются ультразвуковые колебания.

В процессе облучения, в зависимости от параметоров электромагнитного воздействия, в горной породе образуются различные нарушения (термоупругие напряжения, трещинообразования и т.д.), которые приводят к ее разупрочнению. Степень и характер этих нарушений вызывает изменение параметров, проходящих через породу ультразвуковых колебаний,. что непрерывно регистрируется аппаратурой 13. Поскольку ультразвуковые преобразователи устанавливаются по осям, совпадающим с направлением векторов электрической и магнитной составляющих

СВЧ-поля и проходящим через центр зоны облучения, где наиболее интенсивно проявляются. нарушения в горной породе, то степень ее разупрочнения одновременно. регистрируется в плоскости электрической и магнитной составляющей поля с наибольшей точностью.

Далее отключается электромагнит 4 и ударник 5 сбрасывается, ударяя в

Формула изоберетения

Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму с копром в виде стойки и направляющей трубы, внутри которой размещены свободно падающий ударник и средство для его подъема и удержания, источник СВЧ-энергии с излучателем и подключенной к ним радиоизмерительной аппаратурой, и радиогерметичный экран с помещенным внутри него образцом горной породы, о т ли ч а ю - . шийся тем, что, с целью повышения точности проведения исследований и увеличения объема получаемой информации, стенд снабжен генераторами ультразвуковых колебаний и двумя пара-. ам электрически связанных с ними ультразвуковых преобразователей, установленных на боковых гранях образца горной породы и размещенных попарно по осям, совпадающим с направлением векторов основных составляющих компонент электромагнитного поля и проходящим через центр зоны облучения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Термомеханические методы разрушения горных пород, Ч. 5, Киев, "Наукова думка", 1972, с. 92-94.

2. Иоскалев А.Н. и др. Проблемы разрушения горных пород. Киев, "Наукова думка", 1979, с. 75-82(прототип).

5 9015 зону наиболее эффективного воздействия

С ВЧ-поля. Ири этом в момент, предшествующий удару по породе, ударник 5 размыкает контакт и источник 10

СВЧ-энергии отключается. Затем произ- s водится подъем ударника и замер объема разрушенной породы.

Использование предлагаемого стенда в исследованиях позволяет путем обработки характеристик ультразвуко- 10 вых колебаний получить зависимости упругих и прочностных показателей горных пород от параметров электромагнитного воздействия, определить

КПД преобразования СВЧ-энергии, 15 энергоемкость разрушения, область рациональных значений удельной плотности потока мощности, размеры и расположение зоны эффективновного разупрочнения породы, влияние элект- 20 рической и магнитной составляющих

СВЧ-поля на параметры электротермоударного разрушения, изучить влияние параметров нагружения породы (интенсивности и длительности облучения 2s

СВЧ-энергией, энергии удара, скорости приложения ударных нагрузок, формы породоразрушающего элемента и его ориентации относительно направления

< векторов, составляющих СВЧ-поля и др.)ЗО на эффективность процесса электротермоударного разрушения, путем анализа полученных результатов определить рациональные параметры электротермоУдарного Разрушения, пути совершенст- 3s вования рабочих органов и режимов их работы, обеспечивающих повышение про23 6 и з води тел ь ности и снижение энер гоемкости разрушения.

901523

Составитель О. Серегина

Техред А, Савка Корректор 0. Билак

Редактор А.Фролова

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

Заказ 12325/35 Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130 35, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5