Устройство для электротермомеханического разрушения горных пород

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублии р 11989066(22) Заявлено 20.07,81 (21) 3323188/22-03 151 М.Кл З с присоединением заявки Мо Е 21 С 37/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088. 8) Опубликовано 15,0183, бюллетень Йо 2 Дата опубяикования описания 15.01.83(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД Изобретение касается устройств для комбинированного электротермомеханического разрушения горных пород одновременным воздействием электромагнитных волн СВЧ и механического инструмента.По основному авт. св. 9 569709 известно устройство для электротермо.механического разрушения горных пород одновременным воздействием электромагнитных волн и режущего инструмента, в корпусе которого расположены выходящий на его рабочую поверхность волновод для прохождения элект" ромагнитных волн от генератора к раз рушаемой породе.и звено для согласования режима работы генератора с нагрузкой, при этом согласующее звено выполнено в виде сквозного канала, соединенного одним, концом с волново- ф дом и выходящего другим концом на рабочую поверхность корпуса устройства (1)Излучатель известного устройства представляет собой два излучающих 25 канала (волновода и согласующего зве- на), объединенных экранирующей поверхностью, которой в данном случае служит рабочая поверхность инструмента. Для такого излучателя харак/ тер распределения тепловых источников, созданных в породе поглащением. энергии поля, в значительной степени зависит от расстояния между раскрывами излучающих каналов (фиг. 1 а). Если данное расстояние достаточно велико порядка (1"2)йо, где Ло - длина волны в воздухе, то связь между излучающими раскрывами волновода и согласующего звена оказывается весьма слабой и указанное излучающее апертуры можно рассматривать как два независимых источника. В этом случае при включении генератора под каналами волновода образуются две области разупрочненной породы при одинаковой конфигурации, симметрично расположенные относительно осей упомянутых каналов (фиг. 1 а) . Подобная картинавоздействия поля на породу наблюдается и в случае близкого расположения раскрывов волновода и согласующего звена (при расстоянии 1,1-2 длины волн в среде). Однако это будет иметь место только в том случае, если фаза электромагнитных волн, излучаемых из упомянутых раскрывов будет одинакова. Если же фаза электромагнитной волны в одном из каналов смещена относительно фазы волные.в другом канале, то симметричная картина разупрочнения породы подинструментом нарушается вследствие прояв"ления эффекта взаимодействия электромагнитных полей, излучаемых из каналов волновода и согласующего звена. 5Сложение полей, создаваемых отдельными излучающими раскрывами, в зависимости от фаз этих полей, бпреде-.ляемых длиной расстояния и разностью Фаз электромагнитных волн в каналах 1 Оволновода и соглусующего звена, может привести к различному распределению поглащаемой энергии под рабочей поверхностью инструмента. В частности, при принятом в прототипе сдвигефаз в каналах, равном л/2, эфФект взаимодействия близкорасположенных излучателей обуславливает возникновение области наиболее интенсивноговоздействия поля на породу, смещен" ной в ту или иную сторону относительно оси симметрии инструмента (фиг.1 б). Направление этого смещения зависит от того в каком из каналов наблюда- ется опережение по фазе. В результате этого интенсивность изменения свойств породы под рабочей поверхностью инструмента становится неодинаковой, а условия ввода энергии в массив каналами волновода и согласующего звена - отличными друг от другазО Очевидно, в этом случае полная компенсация мощности отраженной от забоя, становится невозможной и КПД использования энергии в устройстве снижается. Крометого, эффективность 35 работы устройства в данном случае уменьшается в результате неравномерного разупрочнения породы перед механическим породоразрушающим инструментом. 4 ОЦель изобретения - снижение энергоемкости процесса путем более рав" номерного воздействия на забой.Поставленная цель достигается за счет того что в устройстве волновод разделен посредством металлической перегородки на два продольных канала, один из которых связан с каналом согласующего звена, а другой сообщен с рабочей поверхностью инструмента посредством дополнительного сквозного канала, который расположен симметрично относительно канала согласующего звена и имеет равную ему электрическую длину.Благодаря подобному выполнению устройства представляется возможным, использовав эффект взаимодействия электромагнитных полей излучаемых дополнительным сквозным каналом и питающим волноводом в значительной 60 степени скомпенсировать неравномерность поглощения энергии, обусловленную взаимодействием электромагнитных полей питающего волновода и согласующего звена, и за счет этого оп.тимизировать процесс ввода энергии в породу и облегчить работу механического инструмента.На фиг. 1 изображен характер воздействия на породу электродинамической системы устройства-прототипа в случае синфазного (а) и несинфазного (б) возбуждения питающего волновода и согласующего звена; на фиг. 2 принципиальная схема рабочего органа; На фиг. 3 - разрез А-А на Фиг. 2 по излучающей системе устройства; на Фиг. 4 - распределение полглащаемой в породе электромагнитной мощности при работе предлагаемого устройства.Устройство содержит корпус 1(фиг.2), снабженный механическим исполнительным инструментом 2 и электродинами ческой системой 3, обеспечивающей .снижение прочности породы перед инструментом воздействия СВЧ электромагнитных волн. Электродинамическая система устройства включает питающий волновод 4 (фиг. 3), энергетически связанный с СВЧ генератором (не показан), В питающем волноводе установлена металлическая перегородка 5,разделяющая полость волновода на две части б и 7. С каналом 7 питающеговолновода связано согласующее звено8, выполненное в виде отходящего отпитающего волновода канала, выходящего на рабочую поверхность инструмента 9. Электрическая длина согласующего канала от точки 10 пересечения осей его и канала 7 волноводадо поверхности 9 выбрана таким образом, что сдвиг фаз электромагнитных волн на срезе этого канала и питающего волновода был равен У/2. Подобное условие может быть обеспечено, например, размещением в согласующем. канале диэлектрической пластины (фазовращателя) 11. В отличие отэлектродинамической системы прототипа предлагаемое устройство снабженодополнительным сквозным каналом 12,связанным с каналом б питающего волнОвода и также выходящим на рабочуюповерхность инструмента. Указанныйканал расположен в корпусе инструмента симметрично каналу согласующего звена. При этом электрическаядлина дополнительного канала от точки 13 пересечения его оси с осью канала б питающего волновода до рабочей поверхности инструмента равнааналогичной электрической длине канала согласующего звена.Устройство. работает следующим обра зом,При включении генератора сложениеэлектромагнитных полей, излучаемыхканалами 7 и 8 волновода и согласующего звена, создает под рабочей поверхностью инструмента результирующее электромагнитное поле с интенсивностью воздействия на породу, воз,растающей в плоскости забоя в направлении канала 7 в сторону канала согласующего звена 8 (указанное распределение показано на Фиг. 4 пунктир" ной линией). Со своей стороны взаимодействие электромагнитных каналов 12 и 6 создает под рабочей поверхностью инструмента свое результирующее поле; мощность этого поля аналогична мощ- . ности поля, излучаемого каналами 7 и 8, а распределение интенсивности 1 О его вдоль рабочей поверхности инструмента обратно по отношению к распределению, создаваемому каналами 7 и 8, вследствие зеркальной картины Фазовых распределений в каналах 7 и 8, 12 и 35 6. При подобном характере работы электродинамической системы несимметричность нагрева породы одной из пар каналов (,8 или 12,б) устраняется дополнительным воздействием вто р рой пары каналов. Последнее позволяет обеспечить более равномерное поглощение энергии в забое и за счет этого улучшить условия работы породоразрушающего инструмента и в значи тельной степени уменьшить рассогласование в питающем волноводе, возникающее вследствие неравномерного поглощения СВЧ энергии в забое.Предлагаемое устройство обеспечивает достаточно хорошее согласование генератора с нагрузкой в условиях изменения свойств породы (последнее, как уяе указывалось, возникает в результате поглощения породой энергии поля), а также при изменении зазора между рабочей поверхностью инструмен та и забоем. Достигается последнее за счет того, что сдвиг Фаэ электромагнитного поля, отраженного от поверхности забоя, как во вновь введенных элементах - дополнительном канале 12 и канале 6 питающего волновода, так и каналах 7 и 8 составляет величину П (180 а), которая обеспечивает компенсацию отраженных электро" магнитных волн в точках ра,эветвления . каналов,формула изобретенияУстройство для электротермойеханического разрушения горных пород по"авт. св. 9 569709, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью сниженияэнергоемкости процесса путем болееравномерного воздействия на забой,волновод разделен посредством металлической перегородки на два продольных канала, один иэ которых связан сканалом согласующего звена, а другойсообщен с рабочей поверхностью инстумента посредством дополнительногосквозного канала, который расположенсимметрично относительно канала сог-ласующего звена и имеет равную емуэлектрическую длину.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 569709, кл. Е 21 С 37/18 19769890 бб 1. 1+2 Ы(1+ Фие е. 12 10 Составитель О, СерегинаРедактор Т, Парфенова Техред Е.Харитончик Корректо Заказ 11044/44ВНИИПИ 1130 Филиал ППП фПатент, г. Ужгород, Ул. Проектная,Тираж 601 Государс твенногделам изобретенийосква, Ж".35, Рауш Подпи си оекомитета СССРи открытийкая наб., д, 4/5