Устройство для электротермомеханического разрушения горных пород

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублии р>989066 (61) Дополнительиое к авт. свид-вуу 569709 (22) Заявлено 20.07.81 (21) 3323188/22-03 (54 f М. Кл.з с присоединением заявки М

Е 21 С 37/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

f33) УДК 622.243.94 (088. 8) Опубликовано 15.0183. Ьюллетеиь Йо 2

Дата опубяикования описания 15.01.83 (72) Авторы изобретения

Ю.М. Мисник, О.Б.. Ионин и В.A. фмийсйий-1

Ленинградский ордена Ленина, ордена= Октябрьской

Революции и ордена Трудового Крфного Зйвйенй горный институт им. Г.В. Плеханова, - (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО

РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение касается устройств для комбинированного электротермомеханического разрушения горных пород одновременным воздействием электромагнитных волн СВЧ и механического инструмента.

По основному авт. св. 9 569709 известно устройство для электротермо.механического разрушения горных пород одновременным воздействием элект-. ромагнитных волн и режущего инструмента, в корпусе которого расположены выходящий на его рабочую поверхность волновод для прохождения электромагнитных волн от генератора к раз- 15 рушаемой породе.и звено для согласования режима работы генератора с нагрузкой, при этом согласующее звено выполнено в виде сквозного канала, соединенного одним, концом с волноводом и выходящего другим концом на рабочую поверхность корпуса устройства (1).

Излучатель известного устройства представляет собой два излучающих 25 канала (волновода и согласующего зве- на), объединенных экранирующей поверхностью, которой в данном случае служит рабочая поверхность инструмента. Для такого излучателя харак- 30

/ тер распределения тепловых источников, созданных в породе поглащением. энергии поля, в значительной степени зависит от расстояния между раскрывами излучающих каналов (фиг. lа).

Если данное расстояние достаточно велико порядка (1-2)AO, где Ло - длина волны в воздухе, то связь между излучающими раскрывами волновода и согласующего звена оказывается весьма слабой и указанное излучающее апертуры можно рассматривать как два независимых источника. В этом случае при включении генератора под каналами волновода образуются две области разупрочненной породы при одинаковой конфигурации, симметрично расположенные относительно осей упомянутых каналов (фиг. lа) . Подобная картина воздействия поля на породу наблюдается и в случае близкого расположения раскрывов волновода и согласующего звена (при расстоянии

L (1-2 длины волн в среде). Однако это будет иметь место только в том случае, если фаза электромагнитных волн, излучаемых из упомянутых раскрывов будет одинакова. Если же фаза электромагнитной волны в одном из каналов смещена относительно фазы волны

989066 в другом канале, то симметричная картина разупрочнения породы под инструментом нарушается вследствие проявления эффекта взаимодействия электромагнитных полей, излучаемых из каналов волновода и согласующего звена.

Сложение полей, создаваемых отдельными излучающими раскрывами, в за висимости от фаз этих полей, бпреде-. ляемых длиной расстояния и разностьн>

Фаз электромагнитных волн в каналах 1О волновода и соглусующего звена, может привести к различному распределе нию поглащаемой энергии под рабочей поверхностью инструмента. В частности, при принятом в прототипе сдвиге фаз в каналах, равном л/2, эффект взаимодействия близкорасположенных излучателей обуславливает возникновение области наиболее интенсивного воздействия поля на породу, смещен" ной в ту или иную сторону относительно оси симметрии инструмента (фиг.1б) .

Направление этого смещения зависит от того в каком из каналов наблюда- ется опережение по фазе. В результате этого интенсивность изменения свойств породы под рабочей поверх ностью инструмента становится неодинаковой, а условия ввода энергии в массив каналами волновода и согласующего звена — отличными друг от другазО

Очевидно, в этом случае полная компенсация мощности отраженной от забоя, становится невозможной и КПД использования энергии в устройстве снижается. Кроме того, эффективность 35 работы устройства в данном случае уменьшается в результате неравномерного разупрочнения породы перед механическим породоразрушающим инструментом. 4О

Цель изобретения — снижение энергоемкости процесса путем более равномерного воздействия на забой.

Поставленная цель достигается за счет того„ что в устройстве волновод разделен посредством металлической перегородки на два продольных канала, один из которых связан с каналом согласующего звена, а другой сообщен с рабочей поверхностью инструмента посредством дополнительного сквозного канала, который расположен симметрично относительно канала согласующего звена и имеет равную ему электрическую длину.

Благодаря подобному выполнению устройства представляется возможным, использовав эффект взаимодействия электромагнитных полей излучаемых дополнительным сквозным каналом и питающим волноводом„ в значительной 60 степени скомпенсировать неравномерность поглощения энергии, обусловленную взаимодействием электромагнитных полей питающего волновода и согласующего звена, и за счет этого оп- 65. тимизировать процесс ввода энергии в породу и облегчить работу механического инструмента.

На фиг. 1 изображен характер воздействия на породу электродинамической системы устройства-прототипа в случае синфазного (а) и несинфазного (б) возбуждения питающего волновода и согласующего звена; на фиг. 2 принципиальная схема рабочего органа;

На фиг. 3 — разрез A-A на фиг. 2 по излучающей системе устройства; на фиг. 4 — распределение полглащаемой в породе электромагнитной мощности при работе предлагаемого устройства. (Устройство содержит корпус 1(фиг. 2), снабженный механическим исполнительным инструментом 2 и электродинами. ческой системой 3, обеспечивающей

-снижение прочности породы перед инструментом воздействия СВЧ электромагнитных волн. Электродинамическая система устройства включает питающий волновод 4 (фиг. 3), энергетически связанный с СВЧ генератором (не показан). В питающем волноводе установлена металлическая перегородка 5, разделяющая полость волновода на две части 6 и 7. С каналом 7 питающего волновода связано согласующее звено

8, выполненное в виде отходящего от питающего волновода канала, выходящего на рабочую поверхность инструмента 9. Электрическая длина согласующего канала от точки 10 пересечения осей его и канала 7 волновода до поверхности 9 выбрана таким образом, что сдвиг фаз электромагнитных волн на срезе этого канала и питающего волновода был равен У/2. Подобное условие может быть обеспечено, например, размещением в согласующем. канале диэлектрической пластины (фазовращателя) 11. В отличие от электродинамической системы прототипа предлагаемое устройство снабжено дополнительным сквозным каналом 12, связанным с каналом 6 питающего волнОвода и также выходящим на рабочую поверхность инструмента. Указанный канал расположен в корпусе инструмента симметрично каналу согласующего звена. При этом электрическая длина дополнительного канала от точки 13 пересечения его оси с осью канала 6 питающего волновода до рабочей поверхности инструмента равна аналогичной электрической длине канала согласующего звена.

Устройство. работает следующим обра зом.

При включении генератора сложение электромагнитных полей, излучаемых каналами 7 и 8 волновода и согласующего звена, создает под рабочей поверхностью инструмента результирующее электромагнитное поле с интенсивностью воздействия на породу, воз 989066,растающей в плоскости забоя в нап. равлении канала 7 в сторону канала .согласующего звена 8 (указанное распределение показано на фиг. 4 пунктир" ной линией). Со своей стороны взаимодействие электромагнитных каналов 12 и 6 создает под рабочей поверхностью инструмента свое результирующее поле; мощность этого поля аналогична мощ- . ности поля, излучаемого каналами 7 и 8, а распределение интенсивности его вдоль рабочей поверхности инструмента обратно по отношению к распределению, создаваемому каналами 7 и 8, вследствие зеркальной картины фазовых распределений в каналах 7 и 8, 12 и 15

6. При подобном характере работы электродинамической системы несимметричность нагрева породы одной из пар каналов (?,8 или 12,6) устраняется дополнительным воздействием вто- 20 рой пары каналов. Последнее позволяет обеспечить более равномерное поглощение энергии в забое и за счет этого улучшить условия работы породоразрушающего инструмента и в значи- 75 тельной степени уменьшить рассогласование в питающем волноводе, возникающее вследствие неравномерного поглощения СВЧ энергии в забое. Предлагаемое устройство обеспечивает достаточно хорошее согласование генератора с нагрузкой в условиях изменения свойств породы (последнее, как уже указывалось, возникает в результате поглощения породой энергии поля), а также при изменении зазора между рабочей поверхностью инструмен та и забоем. Достигается последнее за счет того, что сдвиг фаэ электромагнитного поля, отраженного от поверхности забоя, как во вновь введенных элементах — дополнительном канале 12 и канале 6 питающего волновода, так и каналах 7 и 8 составляет величину П (1804), которая обеспечивает компенсацию отраженных электромагнитных волн в точках ра,эветвления . каналов.

Формула изобретения

Устройство для электротермомеханического разрушения горных пород по" авт. св. 9 569709, о т л и ч а ю щ ее с я. тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса путем более равномерного воздействия на забой, волновод разделен посредством металлической перегородки на два продольных канала, один иэ которых связан с каналом согласующего звена, а другой сообщен с рабочей поверхностью инстумента посредством дополнительного сквозного канала, который расположен симметрично относительно канала сог- ласующего звена и имеет равную ему электрическую длину.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 9 569709, кл. Е 21 С 37/18t 1976 (прототип) .

9890бб

L> 1+2

<(1+2)Ло

Фие. 2

12 б 7

Тираж 601 Подпи си ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 11044/44

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

Составитель О. Серегина

Редактор Т. Парфенова Техред E.Õàðèòîí÷èê Корректор Л. Бокшан