Способ термомеханического разрушения горных пород

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 1164984 О Союз Советских Социалистических Реслублик(45) Дата опубликования описания 28,02.79 1) 111. Кл.2Е 21 С 21/00 Е 21 С 37/18 Е 21 С 3/00 Государственный комитет СССР53) У 22.243.94088,8) по делам изобретений и открытий) Заявитель 54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕН ГОРНЫХ ПОРОДспосоо термоме рных пород, при оздают нагретые а породу ударИзобретение относится к способу термомеханического разрушения горных пород и может оыть использовано для отоойки породы от массива путем комбинированного воздействия на него электрическим током или электромагнитным излучением и ударными нагрузками,Известен способ термического разрушения горных пород электромагнитным излучением, которые генерируют от источника и направляют в глубину породы, при этом для уменьшения энергоемкости разрушения породу сначала оолучают электромагнитными волнами одной частоты до образования в глубине ее электромагнитного поля напряженностью около 30 - 200 кВ/см", а затем облучают электромагнитными волнами с частотой в один или несколько порядков выше частоты первоначального облучения 11.Благодаря такому попеременному воздействию на породу электромагнитных излучений различной частоты удается создать в массиве нагретые участки и добиться их сравнительно быстрого разрушения.Однако энергоемкость процесса разрушения при этом остается сравнительно высокой, а эффективность отбойки незначительной.Наиболее близким техническим решением нз известных являетсяханического разрушения гокотором в глу бине породы сучастки и воздействуют н5 ными нагрузками 2,11 ри этом спосоое нагретые участки создают с помощью нагревателей и сообщаютпороде ударные нагрузки с частотой ударов от 1 до 10 - 25 в секунду. Но при этомО не удается совместить возникающие в массиве породы механические и термическиенапряжения из-за малой частоты ударов.Создаваемые упругие волны успевают затухнуть за время между ударами и каждый5 удар производит независимое от другихвоздействие на породу. В результате ударное и тепловое воздействие на массив породы производится раздельно, причем значительная часть энергии упругой деформаО ции породы рассеивается по массиву, чтообуславливает сравнительно высокую энергоемкость разрушения и невысокую производительность отбойки,Цель изобретения заключается в том,5 чтобы уменьшить энергоемкость процессаразрушения.Это достигается благодаря тому, что впроцессе разрушения определяют частотуколебаний на поверхности породы от удар 30 ных нагрузок и частоту их воздействия ус10= (0,7 - 1,0) - ,3танавливают равной частоте колебаний поверхности породы для образования в неи стоячих упругих волн, а затем совмещают узлы стоячих волн с центром нагретых участков породы.1 астоту ударного воздействия выбирают в пределах, определяемых соотношением(0,7 - 1,0),где С - скорость звука в породе, км/с;1 - расстояние между нагретым участком и поверхностью породы, м.При таком выполнении способа происходит совмещение в породе максимума механических напряжений, создаваемых упругой волной, с максимумом термических напряжений, так как здесь бегущая упругая волна отражается от нагретого участка и наносит как бы удар по нему. Периодическое повторение этих ударов в случае, если их частота равна частоте колебаний поверхности массива и удовлетворяет указанной выше формуле, приводит к тому, что в породе совмещаются термические и упругие напряжения и нагретый участок входит в резонанс. Это обуславливает снижение энергоемкости разрушения, так как рассеяние волн при этом незначительно.На чертеже показана принципиальная схема осуществления предлагаемого способа.Для реализации способа используют устройство, включающее высоковольтный трансформатор 1, подключенные к нему электроды 2, которые устанавливаются на поверхности массива породы 3 или заглубляются в него, и ударный механизм 4. В качестве ударного механизма может быть использован перфоратор известной конструкции, электро- или гидроударник, Ударный механизм 4 снабжен частотомером 5.В непосредственной близости от ударного механизма 4 устанавливают датчик б, регистрирующий колебания поверхности породы 3.Способ разрушения горной породы осуществляется в следующем порядке,В начале путем подачи тока на электроды 2 от трансформатора 1 в массиве породы 3 создают канал 7 пробоя на расстоянии 1 от его поверхности, в который затем вводят энергию от трансформатора 1. Энергия электрического тока, выделяясь в канале 7, отводится от него в окружающую породу за счет ее теплопроводности и в ней таким образом создается нагретый участок 8. Так как в нагретом участке 8 температура повышена, то в ием появляются термонапряжения и микротрещины.После образования нагретого участка 8 породу подвергают воздействию ударных нагрузок с помощью механизма 4. При этом вначале рассчитывают частоту 1 ударного воздействия по формуле 15 е 0 25 30 35 40 45 50 60 где С - скорость звука в породе, км/с;1 - расстояние от центра нагретогоучастка (канала пробоя) до поверхности породы, м.11 апрЛмер, для гранитов С=4,58 км/с при= - О,5 м имеемЗатем устанавливают ио частотомеру 5 рабочую частоту ударов механизму 4 в рассчитанных пределах и воздействуют им на породу. 11 ри этом производят изменение частоты работы ударного механизма 4 до тех пор, пока она не совпадет с частотой колебания поверхности массива 3, регистрируемой датчиком 6. От каждого удара ооразуется продольная упругая волна, которая доходит до нагретого участка 8. Часть энергии волны отражается от нагретого участка 8, а часть передается ему., что увеличивает суммарную величину напряжений в нем, Отраженная волна встречается с волной, созданной последующим ударом и накладывается на нее, так как частота выбрана таким образом, чтобы происходило наложение волн. Участок породы от поверхности массива до нагретого участка 8 как бы входит в резонанс и при равенстве введенной энергии разрушения откалывается.Максимум механических напряжений создастся в узлах точках крепления) резонирующего участка, т. е. в точках, где максимальны термонапряжения и происходит их сложение, Вследствие этого происходят достижение условия разрушения и снижение энергетических потерь на рассеяние энергии волны по массиву и общей энергоемкости разрушения, которые, как показывают эксперименты, достигают 30%,сйормула изо бретения1, Способ термомеханического разрушения горных пород, при котором в глубине породы создают нагретые участки и воздействуют на породу ударными нагрузками, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости разрушения, определяют частоту колебаний на поверхности породы от ударных нагрузок и частоту их воздействия устанавливают равной частоте колебаний поверхности породы для образования в ней стоячих упругих волн, а затем совмещают узлы стоячих волн с центром нагретых участков породы.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту ) ударного воздействия выбирают в пределах, определяемых соотно- шением649840 Составитель В. Макаевадиктор 3. Ходакова Тскред Н. Строганова Корректор О. Тюрина каз 80/13 Изд. Ме 189 1-1 ПО Государственного комитета ССС 113035, Москва, ЖТираж 657по делам изобретений ушскаи иаб., д. 4 5 Подписноекрытий ипографип, пр. Сапунова,5 где С - скорость звука в породе, км/с; 1 - расстояние между нагретым участком и поверхностью породы, м. Источники информации; принятые во внимание при экспертизе