Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород

Союз СоветскнкСоцналнстнческнлРеснублнк К АВТОРСКОМУ ДЕТЕ ЛЬС 61) Дополнительное к авт. сви(22) Заявлено 01.04.80 (21) с присоединением заявки- (23) Приоритет -03168/22-03 21 С 37/18Е 21 В 7/15С 01 М 19/00 Геауддрственеыл кемитет СССР до делам езееретение к еткрмтий(71) Заявитель 1нститут геотехнической механики АН Украинской ССР(54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕС СА ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОДким решением из зобретению явля 3Изобретение касается усовершенствования конструкции стенда для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород при одновременном воздействии механических нагрузок и СВЧ- энергии.Известен стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, содержащий генератор электромагнитных колебаний СВЧ, передающий волноводный тракт, излучатели СВЧ-энергии, механический породоразрушающий орган, измерительную аппаратуру, имитирующие скважину блоки замороженной породы и холодильник для,ее замораживания 11.Этот стенд из-за своих конструктивных особенностей имеет узкую область применения в отношении проводимых исследований только на предварительно замороженных породах, а также они не приспособлены для исследования процесса механического разрушения (бурения) при одновременном воздействии на забой СВЧ-энергии в условиях скважины.Более близким техничесизвестных к настоящему и ется стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму, приводы для вращения и подачи полого бурового става с электротермомеханическим породоразрушающим органом, смонтирован ные на этой раме, источник сжатого воздуха, генератор СВЧ-энергии, подводящий волновод и радиоизмерительную аппаратуру 12,С помощью этого стенда возможно проводить исследование процесса электротермомеханического бурения и определять такие параметры, как производительность и энергоемкость процесса, эффективность электромагнитного воздействия на забой скважины, коэффициент передачи СВЧ-энергии. в горные породы, удельную плотность потока СВЧ-энергии и т. д.Наряду с этим известный стенд не обеспечивает достаточных данных, так как его конструкция не позволяет изучить влияние запыленности в зоне излучения СВЧ-энер гии на забой в процессе бурения скважины.Кроме того, на нем не достигается устране,ние СВЧ-разрядов (плазмообразование) в рабочей зоне между забоем скважины и тор891919 3цовой частью электр отермомеханического породоразрушающего органа, что резко снижает эффективность и точность проведения исследований.Цель изобретения - повышение точности проведения исследований и устранение плазмообразования в рабочей зоне электротермомеханического породоразрушающего органа.Эта цель достигается благодаря тому, что стенд снабжен соединяющим излучатель породоразрушающего органа с генератором 1 ф СВЧ-энергии фидерным трактом в виде телескопического сочленения, гофрированного волновода и вращающегося сочленения, соединенных последовательно между собой и с подводящим волноводом, который размещен в полости бурового става с кольцевым зазором, а источник сжатого воздуха подключен к подводящему волноводу и к зазору между ним и буровым ставом.На фиг. 1 показан стенд, общий,вид; на фиг. 2 - узел подвода сжатого воздуха; з на фиг. 3 - электротермомеханический породоразрушающий орган.Стенд имеет опорную раму 1, смонтированный на ней привод 2 вращения, привод 3 подачи и буровой став 4, к которому прикреплен электротермомеханический породоразрушающий орган 5. Для исследования процесса электротермомеханического разрушения стенд снабжен генератором 6 СВЧ- энергии, комплектом радиоизмерительной аппаратуры 7 и фидерным трактом 8, которыи состоит из телескопического сочленензо ния 9, гофрированного волновода 10, вращающегося сочленения 11, последовательно соединенных между собой и с подводящим волноводом 12. Через канал 13, подводящий волновод 12 сообщает полость из- зз лучателя 14 породоразрушающего органа 5 с источником сжатого воздуха (не показан), В верхней части бурового става 4 закреплено устройство 15 с каналом 16, позволяющим вводить сжатый воздух в зазор 17 между подводящим волноводом 12 и буровым ставом 4 при одновременном его вращении. Через зазор 17 канал 6 сообщает отверстия 18 в электротермомеханическом породоразрушающем органе 5 с источником сжатого воздуха. Исследования проводят ц на блоке горной породы 19.Принцип работы стенда заключается в следующем. В радиогерметичный кожух 20 стенда устанавливают образец 19 горной породы. зф Производят запуск привода 2 вращения и привода 3 подачи бурового става 4 и выводят их на рабочий режим. Одновременно с этим через каналы 13 и 16 осуществляют подачу сжатого воздуха на забой (показано55 стрелками). Производят чисто механическое разрушение (бурение) горной породы. Далее; не прекращая механическое разрушение, включают генератор 6 СВЧ-энергии и через фидерный тракт 8 СВЧ-энергию подают на забой скважины, производят электротермомеханическое разрушение,В процессе разрушения горной породы происходит перемещение в вертикальной плоскости бурового става 4 и вместе с ним гофрированного волновода 10, вращающегося сочленения 1, подводящего волновода 12, При этом подачу СВЧ-энергии на забой скважины осуществляют непрерывно, благодаря телескопическому сочленению 9. Гофрированный волновод 10 служит для устранения отрицательного влияния на СВЧ- генератор биений и вибраций бурового става 4, Вращающееся сочленение 11 позволяет осуществить передачу СВЧ-энергии на забой скважины одновременно с вращением бурового става 4, Передачу СВЧ-энергии горной породы осуществляют по подводящему волноводу 12 и излучателю 14. Фидерный тракт 8, включающий в себя вышеуказанные элементы, позволяет значительно повысить точность измерения параметров электромагнитного излучения в процессе электротермомеханического разрушения, что осуществляют радиоизмерительной аппаратурой 7.В процессе электротермомеханического разрушения эффективность ввода СВЧ-энергии в горные породы зависит от степени запыленности рабочей зоны. При определенной степени запыленности в рабочей зоне возникает СВЧ-разряд, который в последующем переходит в факел. Это приводит к экранированию забоя от СВЧ-излучателя, в результате чего резко снижается точность проведения исследований, производительность процесса разрушения, и создается аварийная ситуация в фидерном тракте и СВЧ-генераторе, Устранение этого явления достигают путем подбора соотношения расхода сжатого воздуха, поступающего на забой через излучатель 14 и отверстия 18. Это осуществляют выбором давления сжатого воздуха в.каналах 13 и 16.Использование предлагаемого стенда в исследованиях позволяет решить научные и практические задачи, в частности путем обработки результатов исследований параметров падающей и отраженной волны в фидерном тракте, получить зависимости коэффициентов и отражения СВЧ-энергии, удельную плотность потока, мощности, пробивную напряженность СВЧ-поля и ряд других параметров при различных режимах работы стенда, изучить влияние параметров нагружения породы (скорость вращения бурового става, осевого усилия подачи, давление и расход сжатого воздуха в каналах, интенсивность и длительность воздействия СВЧ-излучения и т. д.) на эффективность процесса электротермомеханического разрушения широкой разновидности горных пород. Анализом полученных результатов можноопределить рациональные параметры электротерМомеханического разрушения, надежность и устойчивость работы элементов и узлов фидерного тракта, электрическую прочность, пути совершенствования электротермомеханических рабочих органов и режимов их работы, обеспечивающих наибольшую производительность разрушения при минимальной энергоемкости.Формула изобретения10Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму, приводы для вращения и подачи полого бурового става с электротермомеханическим породоразрушающим органом, смонтированные на этой раме, источник сжатого воздуха, генератор СВЧ-энергии, подводящий волновод и радиоизмерительную аппаратуру,отличающийся тем, что, с целью повышения точности проведения исследований и устранения в рабочей зоне породоразрушающего органа плазмообразования, он снабжен соединяющим излучатель породоразрушающего органа с генератором СВЧ-энергии фидерным трактом в виде телескопического сочленения, гофрированного волновода и вращающегося сочленения, соединенных последовательно между собой и с подводящим волноводом, который размещен в полости бурового става с кольцевым зазором, а источник сжатого воздуха подключен к подводящему волноводу и к зазору между ним и буровым ставом,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР421172, кл. Е 21 С 37/18, 1972.2. Термомеханические методы разрушения горных пород, ч. У, Киев, Наукова думка, 1972, с. 92 - 94.Редактор А. Козориз Заказ 11173/46 ВНИИПИ Гос по делам 113035, Москва,филиал ППП ПатеСоставитель О. СерегинаТехред А. Бойкас Корректор С. ЩомакТираж 630 Подписноеударственного комитета СССРизобретений и открытийЖ - 35, Раушская наб., д. 4/5нт, г Ужгород, ул. Проектная, 4