Способ разрушения горных пород

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиихСоциалистическихРеспублик и 872755(51)М. Кл. Е 21 С 37/18 3 Ьоуааротеанный комитет СССР оо делаи изобретений и открытийДата опубликования описания 17.10,81(72) Авторы изобретения койнсти Ленинградский ордена Ленина, орди ордена Трудового Красного Знамим. Г, В, Плеханова и 1) Заявител ИЯ ГОРНЫХ ПОРОД 54 СПОСОБ РАЗ Изобретение относится к способам разрушения горных пород, включающим электротермическое воздействие на массив СВЧ электромагнитного поля и может быть использовано при соз 4 ании новых породоразрушающих рабочих органов горных,и землеройных машин, устройств для оттайки мерзлых горныхпород и т.д.Известен способ разрушения горных пород, реализованный в устройстве для электротермомеханического разрушения породы, В данном способе, с целью снижения энергоемкости разрушения, электротермическое воздействие СВЧ поля на породу локализуют на некоторой глубине от поверхности массива, для чего осуществляют фокусировку электромагнитного поля, например посредством линзовых антенн 11.Недостатком способа является то, что его целесообразно применять. только в тех случаях, когда область активного воздействия механического инстФ онаходится на нек бодной поверхнос п и аз енин румента на породу от рой глубине от сво тимассива, например р дор руш ослаб.енной СВЧ полем породы инструмАтом режущего типа.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ разрушеии горных пород,. включающий нагрев зоныразрушения СВЧ электромагнитным полем вводимым в массив перпендикулярно его свободной поверхности, и полем поверхностной электромагнитной волны 2, Подобное воздействие позволяет уменьшить глубину области разупрочнения породы СВЧ полем за счет опережа 1 ощего изменения электрических свойств по роды в поверхностном слое под воздействием поля поверхностной волны и, тем самым, сконцентрировать СВЧ энергию перед механическим породоразрушающим инструментом рабочего органа, а следовательно, повысить производительность разрушения. Ю.М.Мисник, В.А. Хоминский, Л. Э, Рике глази,С И,.Бр3 87Недостаток данного устройства заключается в том, что распространениеэлектромагнитной волны в массиве горной породы сопровождается поглощениемСВЧ энергии. Ввиду этого интенсив".ность нагрева породы по мере удгчения от свободной пов рхности уменьшается. В этих условиях снижение прочности породы на заданную величину нанекоторой конечной глубине от поверхности массива непременно сопровождается излишним нагревом породыв более поверхностных слоях. Естественно, при этом увеличиваются затраты энергии на разрушение. Особеннорезко эти затраты возрастают при нагреве пород, электрические свойствакоторых изменяются с увеличением температуры. В этом случае рост диэлектрической проницаемости и тангенсаугла диэлектрических потерь приводитк перераспределению поглощаемой СВЧэнергии между поверхностными и болееглубокими слоями (доля СВЧ мощности,поглощаемой в поверхностных слоях,увеличивается, а в более глубоких -уменьшается)В результате нагрев поверхностных слоев будет еще более интенсивным.Целью изобретения является снижение энергоемкости разрушения путемуменьшения неравномерности поглащения породой СВЧ энергии.Указанная цель достигается тем,что воздействием электромагнитнымполем осуществляют в двух взаимноперпендикулярных направлениях, приэтом воздействие в каждом из направлений осуществляют с интенсивностью,возрастающей по экспоненциальному. закону по мере удаления от поверхности, через которую осуществляютперпендикулярное электромагнитноея воздействие.Подобный характер электромагнитного воздействия позволяет обеспечитьболее равномерное разупрочнение породы в зоне эффективного ее нагреваСВЧ полем и снизить за счет этогоэнергоемкость разрушения,На чертеже показан вариант осуществления способа на примере проходки, выработок большегодиаметрав мерзлых породах.Для проходки выработки согласноспособу в массиве проходят вспомогательную выработку 1, образующую дополнительную свободную поверхность 2перпендикулярную поверхности забоя 32755 Проходку выработки производят путемпоочередной оттайки отдельных блоков породы и их отделения от забояобычными средствами. Оттайку отдельных блоков породы осуществляют путемвоздействия на массив двух источников СВЧ энергии 4 и 5, создающих потоки электромагнитной энергии, направленные перпендикулярно поверхностям забоя 2 и 3, Интенсивность воздействия на породу каждого из этих 1 О потоков возрастает по мере удаленияот поверхности массива, через которую осуществляется второе воздействие, по экспоненциальному закону. Так,интенсивность воздействия на породуизлучателя 4 возрастает по мере удаления от поверхности 2, через которую осуществляет ввод СВЧ энергии впороду излучатель 5, Соответственно,интенсивность воздействия на породуизлучателя 5 возрастает по экспоненциальному закону по мере удаления отсвободной поверхности массива 3, через которую зказывает воздействие 25на породу излучатель 4, Длину волныодного из источников, в санном случае источника 4, выбирают таким образом, чтобы глубина проникновенияв массив, рассчитанная по усредненным (в диапазоне температур нагрева)значениям электрических свойств породы равнялась толщине снимаемогослоя Ь . В свою очередь, длину волныдругого источника (в рассматривае мом случае - источиика 5) выбираюттаким образом, чтобы глубина проникновения этой волны в массив, такжерассчитанная по усредненным значениям свойств городы равнялась бы второ" 4 О му характерному размеру зоны разрушения, - размеру а . При подобномкомбинированном воздействии интенсивность нагрева породы каждым излучателем по мере удаления от поверхнос ти массива также, как и известномспособе, экспоненциально уменьшается,однако при этом затухание электромагнитного поля в массиве вдоль направления действия каждого из излучателей компенсируется соответствующим(экспоненциальным) ростом интенсивности воздействия с перпендикулярного направления, так уменьшение интенсивности нагрева по любому, случайно выбранному направлению 6-5 воздействия излучателя 4 на породу, сопровождается ростом интенсивности нагрева по данному направлению за счет5 8 увеличения плотности потока энергии в раскрыве излучения 5, С другой стороны, аналогичное уменьшение интенсивности нагрева по любой из линий 6 -Ь воздействия излучателя 5 на породу сопровождается соответствующим увеличением темпа нагрева по этому направлению за счет увеличения плотности потока мощности в раскрыве излучателя 4, В совокупности подобная компенсация обеспечивает практически равномерное снижение прочности в объеме обрабатываемого материала и уменьшение (по сравнению с известным способом энергоемкости разрушения.Формула изобретенияСпособ разрушения горных пород,включающий нагрев зоны разрушенияСВЧ электромагнитным полем, о т л и -72755 6ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюснижения энергоемкости разрушения пуфтем уменьшения неравномерности поглощения породой СВЧ энергии, воздействие электромагнитным полем осуществляют в двух взаимно перпендикулярныхнаправлениях, при этом воздействие вкаждом из. направлений осуществляютс интенсивностью, возрастающей по экспоненциальному закону по мере удаления от поверхности, через которуюосуществляют перпендикулярное электромагнитное воздействие. 15 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2571082, кл. Е 21 С 37/18,1978.2. Авторское свидетельство, СССРпо заявке В 2554736, кл. Е 21 С 37/18,1977,Составитель О, СТехред М. Голинка гин ктор М, Погори 973/51ВНИИПИ Тираж 630 Государственного комите по делам изобретений и откр 035 Москва ЖРаушская н ППП П У