Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород

(22) Заявлено 30. 04. 80 (21) 2921114/22- с присоедннениеее заявки М Е 21 С 37/1 6 01 И 19(0 Гасударственный квинтет СССР до делан изобретений и открытий(71) Заявител нститут геотехническои механики ЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССАЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯГОРНЫХ ПОРОД иссл Изобретение относится к стендам .для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород под воздействием ударных нагрузок и энергии электромагнитного поля СВЧ.Известен стенд для исследования процесса электротермомеханицеского разрушения горных пород комбинированным воздействием режущего инструмента и энергии электромагнитного поля СВЧ, включающий опорную раму, приводы для вращения и подачи полого бурового става с электротермомеханическим породоразрушающим органом, смонтированные на этой раме, а также генератор С ВЧ-энергии, волновод и радиоизмерительную аппаратуру 1) .Этот стенд из-за своих конструктивных особенностей не приспособлен для исследования ударных нагрузок на горную породу, ослабленную электромагнитным полем СВЧ. Более близким к предлагаемому явля ет ся ст енд для и с следования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму с копром в виде стойки и направляющей трубы, внутри которой размещены свободно падающий ударник и средство для его подъема и удержания, источник СВЧ-энергии с излучателем и подключенной к ним радиоиз" мерительной аппаратурой, и радиогерметицный экран с помещенным внутри него образцом горной породы.С помощью этого стенда возможно определить такие параметры процесса электротермоударного разрушения горных пород, как энергия удара, плотность потока СВЧ-мощности, коэффициент передачи энергии, производительность и энергоемкость процесса разрушения и т.д, 121.Однако стенд не дает возможностиедовать влияние нарушений (образование термоупругих напряжений,901523 3микротрещин, трещин, каверн и др. ), возникающих в породе в процессе ее облучения, на параметры электротер" моударного разрушения. Это в свою очередь влияет на получение достаточно точных данных по рациональному значению удельного потока СВЧ-мощности, энергоемкости разрушения и др. Кроме того, известный стенд не позволяет изучить влияние на параметры 10 разрушения направления векторов электрической и магнитной составляющйх СВЧ-поля, соответственно.Цель изобретения - повышение тоцности проведения исследований, а также увеличение объема получаемой информации. Поставленная цель достигается тем,что стенд снабжен генераторами ультразвуковых колебаний и двумя парамиэлектрически связанных с ними ультразвуковых преобразователей, установленных на боковых гранях образца горной породы и размещенных попарно поосям, совпадающим с направлением векторов основных составляющих компонентэлектромагнитного поля и проходящимчерез центр зоны облучения.На чертеже показана принципиальнаясхема стенда.Стенд имеет опорную раму 1 и сионтированную на ней стойку 2, к которой прикреплена с возможностью вращения направляющая труба 3. 8 трубе 3размещен электромагнит 4, служащийдля поъема и удержания свободно падающего ударника 5, Для устраненияизлучения СВЧ-энергии в открытоепространство стенд снабжен радиогерметичным экраном б, в который помещают исследуемый образец 7 горнойпороды, Под нижним концом направляющей трубы 3 размещен излучатель 8СВЧ-энергии, который выполнен с отверстием в верхней стенке (не показано) для нанесения удара по породеударником 5, Излучатель 8 через комплект радиоизмерительной аппаратуры 9,включающей в себя, например, регулируемый ослабитель СВЧ-мощности, рефлектометр, измерители уровня мощности, волномер и др., подключен к источнику 10 СВЧ-энергии.На образце 7 горной породы установлены ультразвуковые преобразователи 11,. которые подклюцены к генераторам 12 ультразвуковых колебанийи регистрирующей аппаратуре 13,аПринцип работы стенда заключаетсяв следующем.В радиогерметичный экран 6 помещают образец 7 горной породы, и на егобоковых гранях закрепляют ультразвуковые преобразователи 11. При этом,одна пара преобразователей 11 (излуцающий и приемный) устанавливаетсясоосно и в направлении, совпадающемс вектором электрической составляющейСВЧ-поля, а вторая " с вектором магнитной составляющей, т.е, по осямОХ и ОУ, как показано на чертеже,которые проходят через центр зоныоблучения,Далее через образец 7 горной породы от генераторов 12 ультразвукапропускаются ультразвуковые колебания, и по их параметрам (интенсивности, затухания, скорости распространения), определяемым посредством регистрирующей аппаратуры 13, судят о состоянии горной породы в направленииосей ОХ и ОУ без нагрузки, т,е. безэлектромагнитного и.механическоговоздействия.После этого производится запускисточника 10 СВЧ-энергии и,облучениеобразца 7 горной породы, Ударник 5при этом поднят над породой и удерживается электромагнитом 4. Одновременно с облучением СВЧ-энергией через горную породу непрерывно пропускаются ультразвуковые колебания,В процессе облучения, в зависимостиот параметоров электромагнитноговоздействия, в горной породе образуются различные нарушения (термоупругие напряжения, трещинообразованияи т.д.), которые приводят к ее разупрочнению. Степень и характер этихнарушений вызывает изменение параметров, проходящих через породу ультразвуковых колебаний что непрерывнорегистрируется аппаратурой 13. Поскольку ультразвуковые преобразователи устанавливаются по осям, совпадающим с направлением векторов электрической и магнитной составляющихСВЧ-поля и проходящим через центрзоны облучения, где наиболее интенсивно проявляются нарушения в горнойпороде, то степень ее разупрочненияодновременно. регистрируется в плоскости электрической и магнитной составляющей поля с наибольшей точностью,Далее отключается электромагнити ударник 5 сбрасывается, ударяя вФормула изоберетения Стенд для исследования процессаэлектротермомеханического разрушениягорных пород, включающий опорную раму с копром в виде стойки и направляющей трубы, внутри которой размещены свободно падающий ударник и средство для его подъема иудержания,источник СВЧ-энергии с излучателеми подключенной к ним радиоизмерительной аппаратурой, и радиогерметичныйэкран с помещенным внутри него образцом горной породы, о т ли ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности проведения исследованийи увеличения объема получаемой информации, стенд снабжен генераторамиультразвуковых колебаний и двумя пара-.ьв электрически связанных с нимиультразвуковых преобразователей, установленных на боковых гранях образцагорной породы и размещенных попарнопо осям, совпадаоцим с направлениемвекторов основных составляющих компонент электромагнитного поля и проходящим через центр зоны облучения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеТермомеханические методы разрушения горных пород, Ц. 5, Киев, "Наукова думка", 1972, с. 92-9 М.2. Иоскалев А.Н, и др, Проблемыразрушения горных пород. Киев, нНаукова думка", 1979, с. 75-82(прототип),5 9015 зону наиболее эффективного воздействия СВЧ-поля. 11 ри этом в момент, предшествующий удару по породе, ударник 5 размыкает контакт и источник 10 СВЧ-энергии отключается. Затем произ водится подъем ударника и замер объема разрушенной породы.Использование предлагаемого стенда в исследованиях позволяет путем обработки характеристик ультразвуко вых колебаний получить зависимости упругих и прочностных показателей горных пород от параметров электромагнитного воздействия, определить КПД преобразования СВЧ-энергии, 15 энергоемкость разрушения, область рациональных значений удельной плотности потока мощности, размеры и расположение зоны эффективновного разупрочнения породы, влияние элект рической и магнитной составляющих СВЧ-поля на параметры электротермоударного разрушения, изучить влияние параметров нагружения породы (интенсивности и длительности облучения 25 СВЧ-энергией, энергии удара, скорости приложения ударных нагрузок, формы породоразрушающего элемента и его ориентации относительно направления векторов, составляющих СВЧ-поля и др.)30 на эффективность процесса электротермоударного разрушения; путем анализа полученных результатов определить рациональные параметры электротермоударного разрушения, пути совершенст- З 5 вования рабочих органов и режимов их работы, обеспечивающих повышение про 23 6изводительности и снижение энергоемкости разрушения.егинаКорректор О.Б ное ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,аказ 12325/35 ВНИИ П по 1130 3Тираж 623Государственноголам изобретений иг 1 осква, Ж, Рау Подлмитета СССт крытийская наб