Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕ 1 (ИХРЕСПУБЛИК 37/18,Ь 01 М 19/ ЗЮ Е нко М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССЧО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Институт геотехнической механики АН УССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 891919, кл. Е 21 С 37/18, 1980.2. Авторское свидетельство СССР В 901523, кл. Е 21 С 37/18, 1980. (54)(57) 1. СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОТЕРМОИЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радио- герметичную камеру с ультразвуковыми преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия, о т л и - . ч а ю щ и й с я тем, что, с целью,801089257 д расширения измеряемого режимного диапазона электротермомеханического разрушения и повышения точности определения коэффициента передачи СВЧ-энергии в горную породу за счет вариацииплоскости поляризации электромагнитной волны относительно породы, приспособление ударного действия выполнено в виде пневмоударника, причемпоследний снабжен коаксиальным волноводом, который установлен внутри пневмоударника с воэможностью вращенияотносительно его продольной оси ик излучателю подключен через внутренний проводник коаксиального волновода посредством двух взаимно перпендикулярных стержней, при этом излучатель выполнен цилиндрическим, а поршень-ударник пневмоударника - в видепо крайней мере двух подвижных относительно друг друга коаксиальных цилиндров.1089257 2. Стенд по и. 1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, цилиндрический излучатель снабжен диэлектрической пластиной, которая размещена в радиальной плоскости цилиндрического излучателя.3, Стенд по п, 1, о т л и ч ающ и й с я тем, что коаксальные циЦель изобретения - расширение из меряемого режимного диапазона электротермомеханического разрушения и повышение точности определения коэффициента передачи СВЧ-энергии в горную породу за счет вариации плоскости 1 О поляризации электромагнитной волныотносительно породы. Указанная цель достигается тем,что в стендедля исследования про 15 цесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающем генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радио-.герметичную камеру с ультразвуковыми20 преобразователями, подключенными культразвуковому генератору и приспособление ударного действия, приспособление ударного действия выполнено ввиде пневмоударника, причем последний25 снабжен коаксиальным волноводом, который установлен внутри пневмоударника с возможностью вращения относительно его продольной оси и к излучателюподключен через внутренний проводникЗОкоаксиального волновода посредствомдвух взаимно перпендикулярных стержней, при этом излучатель выполнен цилиндрическим, а поршень-ударник пневмоударника - в виде по крайней мередвух подвижных относительно друг друЗ 5 га коаксиальнйх цилиндров,Кроме того, цилиндрический излучатель снабжен диэлектрической пластиной, которая размещена в радиальнойплоскости цилиндрического излучателя,Коаксиальные цилиндры поршня-ударника выполнены различной длины,1Изобретение относится к технике разрушения твердых сред электротермомеханическими органами, в частности к стендам для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород.Известен стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий в себя электротермомеханич-ский породораэрушающий орган режущео типа, СВЧ-генератор, фидерный тракт, излучатель, приводы для вращения и подачи бурового става и источник сжатоговоздуха 1.1Недостатком известного стенда является то, что его конструкция не позволяет изучить совместный процесс воздействия на породу СВЧ-излучения и ударных нагрузок. Наиболее близким к предлагаемому является стенд для исследования процесса электротермомеханического раз-. рушейия горных пород, включающий генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радиогерметичную камеру с ультразвуковыми преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия 2 1.Недостатком указанного стенда является то, что на нем затруднительно изучение влияния вариации (например, вращения) плоскости поляризации электромагнитного поля относительно породоразрушающего инструмента на эффективность ввода СВЧ-энергии в горную породу. Недостаточна точность процессов исследования взаимосвязи режимов разрушения и доли компонентов электротермического и ударного линдры поршня-ударника выполнены раз"личной длины. 4. Стенд по и. 1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем,. что длина стержней кратна нечетному числу четвертей длин волн в волново- де,2воздействия на общий процесс разрушения твердой среды.При этом длина стержней кратна не-/четному числу четвертей длин волн в волноводе.На фиг. 1 показана общая компонов. - ка стенда; на фиг. 2 - пневмоударник, 5 продольный разрСтенд включает генератор 1 СВЧ" энергии, передающий фидерный тракт 2 с подключенной к нему радиоизмерительной аппаратурой 3, радиогерметичную 10 камеру 4, в которой помещен объект 5 исследования (например, горная поро-. да). На блоке породы закреплены преобразователи 6, подключенные к ультразвуковым генераторам 7, К радиогер метичной камере 4 пссредством фланца 8 жестко закреплен электротермомеханический пневмоударник 9, внутри которого соосно размещен коаксиальный волновод 10, соединяющий передающий 20 , фидерный тракт 2 с цилиндрическим излучателем 11. Излучатель 11 подключен к коаксиальному волноводу 10 посредством взаимно перпендикулярных стержней 12. Внутри цилиндрического излучателя размещена диэлектрическая плас" тина 13. Коаксиальный волновод совместно с излучателем размещены в .пневмоударнике 10 с возможностью вращения относительно его продольной оси. ПорЗО шень-ударник пневмоударника 10 выполнен иэ двух или большего числа скользящих один в другом коаксиальных цилиндров 14 и 15. Последние приводят в движение пневмоэнергией подавае мой через распределительный клапан Й.Работа стенда осуществляется следующим образом.Электромагнитная волна ат генератора 1.СВЧ-энергии по передающему 40 фидерному тракту 2 поступает в коак- . сиальный волновод 10. В последнем распространяется плоская электромаг-, нитная волна типа ТЕМ. Для излучения СВЧ-энергии на забой волну такого 45 типа необходимо преобразовать в плоскополяризованную волну типа Н . Это достигается благодаря тому, что внут-,ренний проводник коаксиального волновода подключен к цилиндрическому из лучателю 11 двумя взаимно перпендикулярными стержнями 12. В цилиндрическом излучателе формируется плоско- поляризованная волна Ни, причемвектор поляризации СВЧ-поля (Е) находит"55 ся в плоскости стержней 12, СВЧ-энергия, переносимая волной Н, в поперечном сечении цилиндрического излучателя распределяется по синусоиде, Для более точного определения влияния направления плоскости поляризации на эффективность разрушения гор" ных пород, излучаемый на забой поток СВЧ-мощности должен быть как можно уже,. Это достигается благодаря тому, что в излучателе 11 на его выходе в плоскости электрической составляющей поля (Е) плоскость поляризации, диаметрально размещена диэлектрическая пластина (например из ситалла). Электромагнитное поле концентрируется диэлектриком и на забой излучает- ся поток СВЧ-мощности в виде узкого, растянутого в плоскости вектора Е пучка, Длина стержней 12, транс 4 юрмирующих колебания ТЕМ в тип Н выполнены длиной кратной нечетному числу волн. Этим достигается наиболее высокое значение коэффициента передачи СВЧ-энергии в породу.Для исследования влияния плоскос" ти поляризации электромагнитного поля на процесс разрушения горных пород коаксиальный волновод 10 и сов- местно с ним цилиндрический излучатель 11 ступенчато или непрерывно (в зависимости от исследуемого процесса) вращают относительно продольной осй (механизм вращения на чертеже не показан). Пневмоударник 9 при этом остается неподвижньм, В результате этого плоскость поляризацииэлектромагнитного поля ступенчато(линейная поляризация) или непрерывно (круговая поляризация) изменяетсякак относительно.породоразрушающего инструмента,так и относительно текстурно-структурного строения горнойпороды. Таким образом, достигается возможность исследования влияния изменения (ступенчато или непрерывно)плоскости поляризации электромагнитной волны на процесс электротермомеханического разрушения горных пород.3После облучения горкой породы (или одновременно) осуществляют механическое (ударное) нагружение. Для чего через распределительный клапан 16 в пневмоударник 9 подают сжатый воздух, вызывающий возвратно-поступательные движения цилиндров поршня-ударника 14 и 15. Изменяя режимы работы распределительного клапана 16 механическое нагружение горной породы осуществляют ввиде единичных или непрерывныхударных импульсов. За счет того, что1089257 Составитель В.ЗахаровРедактор Ю.Середа ТехредЖ.Кастелевич Корректор А фере О/29 Тираж 564 ВНИИПИ Государственног по делам изобрет Москва, Ж, РаушПодписноетета СССР открытийаб., д. 4/5 ак ко ий ая 113035 илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 поршень-ударник выполнен в виде двух (или нескольких), скользящих один относительно другого цилиндров 14 и 15 различной длины, при его рабочемходе в соударение с рабочим инстру ментом в начальный момент вступает первый, наиболее длинный цилиндр 14, а спустя некоторое время, необходимое для преодоления разницы в длине, в соударения вступает второй цию линдр 15 и т. д. При этом происходит наложение импульсов от отдельных цилиндров и формируется общий ударный импульс, форма и длительность которого зависят от разницы в их длине, Та ким образом, изменяя количество и длину составляющих элементов поршня- ударника регулируют время соударения, длительность и форму ударного импульса.Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит определить основные параметры (энер=гоемкость и производительность)электротермомеханического разрушениягорных пород в зависимости от ориен"тации и режимов изменения (ступенчатого, непрерывного) плоскости поляризации электромагнитного поля приуглах изменения ее от 0 до 360 , кроме того, определить эффективность.электротермомеханического разрушениягорных пород в зависимости от параметров ударного импульса (амплитуды,времени соударения, формы и длительности),3 При этом изобретение позволит определить в зависимости от ориентации плоскости поляризации величины коэффициентов передачи СВЧ-энергии в горные породы и удельный поток плотности потока СВЧ-мощности.