Способ разрушения горных пород электромагнитными волнами

О П И- "-А Н й Ф ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 724731 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. оо делан изобретений и открытий.94 (088,8) Дата опубликования описания 02.04,80 А. Н. Москалев, О. В. Явтущенко, В. И. Лойк, В. К. Коробской, А. П. Образцов и Л. М. Блинов(72) Авторы изобретения Институт геотехнической механики АН Украинской ССР(54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ЗЛЕ КТРОМАГНИТ НЫМ И ВОЛНАМИ 1Изобретение относится к способура . рущения горных пород электромагнитными волнами сверхвысокой частоты различной энергетической плотности и.можетбыть использовано, в частности, при добы-5 че полезных ископаемых.Известен способ разрушении горных пород облучением их электромагнитными волнами СВЧ-диапазона, который основан на том, что электромагнитные волны, гео нерируемые несколькими источниками малой мощности (240 Вт) направляют вглубь породы, где волны от всех источников встречаются и производят внутрен ний нагрев горной породы, в результате чего под воздействием теплового расщирения она разрушается 1 .Однако при осуществлении этого способа электромагнитные волны от каждого. генератора, встретившись в глубине лоро о ды, продолжают распространяться в прежних направлениях, при этом только незначительная часть электромагнитной энергии превращается в тепловую в об 2ласти разрушаемой поооды. Основная часть электромагнитной энергии каждого источника уходит за пределы нагреваемого объема породы и рассеивается в массиве, не совершая полезной работы, Та-. ким образом энергоемкость известного способа оказывается весьма значительной, а его экономичность - весьма низкой.,Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ разрушения горных пород электромагнитными волнами сверхвысокой частоты различной энергетической плотности, согласно которому порс ду сначала облучают волнами меньшей энергетической плотности до,образования в глубине ее теплового следа, а затем - волнами большей энергетической плотности до вознихттовения термических разрушающих очагов в зоне теплового следа 12) .При таком способе разрушения удается снизить его энергоемкость благодаря тому, что породу сначала облучают5 1 О 15 20 25 30 40 45 электромагнитными волнами одной частоты до образованияв глубине ее электромагнитного поля повышенной напряженности 1 около 39-200 кВ/см ), а затемяоблучают волнами с частотой в одинили несколько порядков выше,Однако экономичность процесса раз 1" "рущения и в этом случае остается ещедостаточно низкой.11 ель изобретения заключается в том,чтобы повысить экономичность процессаразрушения.Бель достигается в результате того,что облучение породы волнами, большейэнергетической плотности осуществляютв направлении перпендикулярном тепловому следу, а после появления в нем разрушающего очага облучение. поступательно перемещают вдоль него.На ч ертеже пок азана схема р азруш ениягорной породы предложенным способом.Способ осуществляют следующим образом,Первой электромагнитной волной сплотностью потока энер-ии 150-300 Вт/смпоступающей в массив горной породы 1от генератора 2 СВЧ-энергии через регулируемый понизитель 3 мощности и излучаюшую антенну 4, вызывают лзбирательный нагрев массива вдоль направления 2 "распространения электромагнитногоизлучения. Нагрев приводит к изменениюдиэлектрических свойств породы и, в частности, к росту диэлектрической"ЩЯтни-"цаемости. В массиве породы 1 создается вытянутая вдоль оси У зона 5 с повышенной диэлектрической проницаемостью -тейловой след первой электромагнитнойволныаПосле создания теплового следа генератор 2 отключают, и горную породу 1облучают второй волной с плотностьюпотока энергии 300-5000 Вт/см, пося.тупающей в массив от генератора 6 через регулируемый.понизитель 7 мощности и излучающую антенну 8. Вторуюэлектромагнитную волну направляют вмассив перпендикулярно направлениюраспространения первой для пересеченияее с тепловым следом 5.При взаимодействии с горной породой1, находящейся в зоне 5 теплового следа, расходимость второй волныуменьшает"ся за счет чего повышается интенсивность излучения в массиве и вторая волна самофокусируется на оси У тепловогоследа 5. В режиме самофокусировки энергия второй волны расходуется насоздание и развитие разрушающего внутреннего термического очага 9, по форме представляющего собой эллипсоид вращения,В результате интенсивного нагрева сос,тавляющие горной породы в области очага 9 претерпевают фазовые превращения.При этом увеличение объема твердой,жидкой и, особенно, газообразной фазыочага, а также значительные температурные напряжения, приводят к разрушениюгорной породы.После появления начального разрушающего очага 9 генератор 6 перемещаютнад поверхностью облучаемого массивавдоль теплового следа 5 первой волны,При прерывистом перемещении на оси Етеплового следа 5 первой волны образуются обособленные очаги, каждый из которых разрушает отделяющий его от поверхности массива объем породы, Принепр ерывном п еремещении генератора 6внутренний очаг движется по оси 2 теплового следа 5 и образует сплошной канал, который вызывает разрушение породы,Таким образом при осуществлениипредлагаемого способа разрушения энер-гия обеих электромагнитных волн полностью расходуется на разрушение, так как вся энергия первой волны затрачивается на создание теплового следа впороде, который полностью используетсяпри движении вдоль него второй волны,а эчергия второй волны поглощается фокусом в области теплового следа,Предлагаемым способом разрушаются кристаллические сланцы, амфибролиты, габбро-диабазы, граниты, песчаники и другие горные породы-диэлектрики, Газрушение осуществляется в лабораторных условиях, при этом размеры образцовгорньф пород изменяются от 10 Х 10 х 10 смдо 40 М 40 х 40 см. Источниками излучения служат магнетронные генераторы, работающие на частоте 2375 мГц.С учетом времени, затраченного на создание теплового следа, в секунду разрушается объем горной породы 180-250 см формула изобретения Способ разрушения горных пород электромагнитными волнами сверхвысокой частоты различной энергетической плотности, согласно которому породу сначала облучают волнами меньшей энер- гетической,плотности до образования "иСоставитель В. МакаеваМотыль Текред Й. Ковалева Корр В. Синицка Редакт 807/9 Тираж 626 ПодписнШ 1 ИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб,Филиал ППП Зак Патент", г." Ужгород, ул. Проектная, 4 глубине ее теплового следа, а затем -волнами большей энергетической плотности до возникновения термическик разрушающих очагов в зоне теплового следа,отлич ающийся тем,что, сцелью повышения экономичности процесса,облучение породы волнами большей энергетической плотности осуществляют внаправлении перпендикулярном тепловомуследу, а после появления в нем разру-,731 6ш ающего очага облучение поступательноперемещают вдоль него.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе51. Ржевский В. В., Протасов Ю. И,Электрическое разрушение горнык пород.М., "Недра, 1972, с 117-119.2. Авторское свидетельство СССР