Стенд для исследования процессов лазерного разрушения горных пород

(19) (11) АНИЕ ИЗ ЕТЕНИЯ ЬСТВУ ическои механиЕ.И. Ляов,Мащенко нко,9221,блик. 1па 1 ой КБсепсез1976, 13 е У(54) СТЕНД ДСОВ ЛАЗЕРНОГРОД(57) Изобдостовернза счет рвоэможносвенных уиспользов ляет повыси ретение поз ость получе асширения ф тей моделир словий залеганин методо ультато льныхных нкцио в ания стестод приификаци я п нте ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСМОМУ СВИ(71) Институт геотехнки АН УССР(56) Патент США У 353кл. Е 21 С 37/16, опуХпЕегпадопа 1 ЛоцгМесЬапсз апй М 1 п 1 пяшесйапдсз АЬзТгассз.с. 207-219. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕСАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПО 37/18 С 01 М 25/00лазерного воздействия. Стенд содержит лазер 1, блок (Б) 2 ввода лазерного луча, испытательный стол (С) 3с породным образцом, систему газового поддува и приборный С 6. Приэтом С 6 снабжен опорной платформой(П) 20, выполненной в виде модульныхБ с полостями, заполненных демпфирующим материалом и юстировочными плитами для размещения П 7 для оптических элементов. На П 7 закреплены Бвизуализации 8, разделения 9 и сканирования 1 О лазерного луча с приводомвозвратно-поступательного перемещения. На С 3 размещены рама 30 с удар-дникол 31 и испытательный Б. Лазерныйлуч вводят через Б 2. Проходя черезБ 9, он разделяется на 2 полулуча ипри помощи Б 10 фокусируется на по- Сверхности образца, образуя при этомпараллельные резы. Для разрушения Бмежрезного целика используют ударник 31. Для моделирования напряженного состояния применяется испытательный Б 29 в виде цилиндрического стака1 на с крышкой, в котором размещен эластичный стакан .с образцом, а в крышке выполнено отверстие, Для исследования методов интенсификации процесса лазерного разрушения применяют испытательный Б в виде гермети 266985ческой камеры с иллюминатором и рамой с направляющими, на которых установлен с возможностью перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях предметный столик. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.Изобретение относится к устройст вам для исследования процессов лазерного разрушения горных пород и может быть использовано для экспериментального решения различных задач, связанных с исследованием процессов взаимодействия лазерного луча с различными веществами, а также при разработке различных устройств на базе лазерной техники, применяемой в горнодобывающей промышленности, машиностроении, строительстве и других отраслях народного хозяйства,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей моделирования естественных условий залегания пород при использовании методов интенсификации лазерного воздействия.На фиг. 1 показан стенд, общий вид; на фиг. 2 - схема стенда, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, вид сверху; на фиг. 4 - приборный стол, общий вид; на фиг. 5 - модульный блок приборного стола;на фиг. 6 - испытательный стол; на фиг. 7 - испытательный блок. Стенд для исследования процессов лазерного разрушения горных пород включает основной лазер 1, блок 2 ввода лазерного луча, испытательный стол 3 с держателями породного образца 4, систему газового поддува 5 и приборный стол 6 с платформами 7 для оптических элементов с закрепленными на них блоком 8 визуализации, оптическая ось которого перпендикулярна оси основного лазерного луча, блоками разделения 9 и сканирования 1) лазерного луча по облуча-, емой поверхности породного образца.Блок 2 ввода лазерного луча включает систему отражающих пластин 11, установленных на стойке 12 и имеющих воэможность перемещаться в трех взаимно перпендикулярных направлениях.Блок 8 визуализации, служащий дляуказания места непосредственноговоздействия основного лазерного лучана облучаемую поверхность породногообразца и приведения размеров вспомогательного визуализирующего лазерного луча к размерам основного лазер О ного луча, содержит малогабаритный,например гелий-неоновый, лазер 13,оптическая ось которого перпендикулярна оси основного лазерного луча,отражающую пластину 1 Й, фокусирующую 15 линзу 15 и каллиматор 16, представляющий собой систему линз, ось которых совпадает с оптической осью основного лазерного луча.Блок 9 разделения лазерного луча, 20 предназначенный для получения параллельных лучей и одновременных параллельных резов, включает систему отражающих пластин 17.Блок 10 сканирования лазерного 25;луча по облучаемой поверхности пред 1 назначен для образования реэов на по.1родном образце путем многократногоперемещения лазерного луча в одномнаправлении по облучаемой поверх. ности породы. Система газового поддува 5 предназначена для уменьшения отрицательного влияния лазерного факела на эффективность процесса разрушения и реализуется с помощью газового поддува трех видов: осевого (действует соосно с лазерным лучом), сдувающего (действует параллельно облучаемой 4 О поверхности в лазерных факелах) ивьщувающего (действует под углом к облучаембй поверхности в зону воздействия лазерного луча). Такая же система газового поддува установлена в55 испытательном блоке 18 кольцевой обечайки 19.Приборный стол 6 снабжен опорной платформой 20, выполненной в виде модульных блоков 2 1 с полостями 22, 5 заполненных демпфирующим материалом, например песком, каждый блок содержит верхнюю юстировочную плиту 23 с монтажными гнездами 24 с закрепленными в них платформами 7 для оптических элементов.Расстояние между гнездами 24 и порядок их расположения на юстировочных плитах 23 выбраны из условия возможности размещения оптических 5 элементов практически в любой точке юстировочных плит 23 с учетом перемещений платформ 7. Для юстировки плит 23 стол снабжен узлами 25 регулировки. Платформа 26 с установленным на 20 ней блоком 10 сканирования снабжена каретками 27 с размещенными в них отражающими пластинами и фокусирующими линзами с приводом 28 возвратно- поступательного движения, который 25 обеспечивает перемещение лазерного луча относительно поверхности породного образца с заданной скоростью,Испытательный стол 3 снабжен испытательным блоком 29 или испытатель-ЗО ным блоком 18 (фиг. 6) и опорной рамой 30 с закрепленным на ней ударником 31 с механизмом 32 поворота и фиксирования его под заданным углом к породному образцу.Испытательный блок 29 для обеспечения сложнонапряженного состояния породного образца выполнен в виде цилиндрического корпуса 33 с концентрично расположенным эластичным ста О каном 34 и крышкой 35 с отверстием 36. Эластичный стакан 34 имеет фланец 37, В эластичном стакане 34 размещен породный образец. Отверстие 36 служит для проникновения лазерно го луча к поверхности породного образца.Для возможности исследования влияния атмосферы на процесс разрушения лазерным лучом горных .пород испытательный блок 18 выполнен в виде герметичной камеры 38, снабженной иллюминатором 39 и рамой 40 с направляющими 41 и 42 на которой установлен с возможностью воэвратно-поступательного перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях предметный столик 43 с породным образцом, при этом приводы 44 и 45 дляперемещения столика оперативно связаны между собой. В герметичной камере 38 установлены зонды 46 для возможности автономного контроля за процессом разрушения, система газового поддува 5, смотровые окна 47, штуцера 48 подвода и откачки газа, а также разъем 49 подвода энергопитания.Стенд работает следующим образом.При помощи блока 8 визуализации производят виэуализацию оптической оси основного лазерного луча. Затем через блок 2 ввода вводят в стенд основной лазерный луч, который, проходя через блок 9 разделения, разделяется на два полулуча и при помощи блока 10 сканирования фокусируется на поверхности породного образца 50 или породных образцов 51 и 52, образуя при этом параллельные резы. Для разрушения межрезного целика в стенде используются ударные волны, генерируемые лазером с импульсным излучением, или ударник 31, позволяющий обеспечить импульсные механические нагрузки с энергией удара 10-100 Дж. Ударник 31 с механизмом 32 поворота и фиксирования позволяет производить механическое воздействие под угломо45-90 к облучаемой поверхности.Для моделирования напряженного состояния, в котором находится порода в естественных условиях залегания, применяется испытательный блок 29. При подаче рабочей жидкости в полость, образованную корпусом 33 и концентрично расположенным эластичным стаканом 34, породный образец 52 обжимается, при этом в нем создаются заданные необходимые внутренние напряжения.Для исследования методов интенсификации процесса лазерного разрушения горной породы применяется испытательный блок 18.При необходимости размещения оптических элементов по определенной тра - ектории в различных точках пространства (к примеру по П-образной траектории) предложенное конструктивное выполнение приборного стола позволяет без дополнительных доработок при минимальной трудьемкости перейти, например, от прямоугольной формы стола к П-образной. Кроме того, выполнение модульных отсеков с полостями,ских элементов.изобретения Формула 1, Стенд для исследования процес- . сов лазерного разрушения горных пород, включающий лазер, блок ввода 1 О лазерного луча, испытательный стол, систему газового поддували приборный стол с платформами для оптических элементов, на которых закреплены блок визуализации, блок разделения 15 лазерного луча, блок сканирования лазерного луча, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности полученных результатов за счет расширения функциональных воз О можностей моделировация естественных условий залегания пород при использовании методов интенсификации лазерного воздействия, он снабжен рамой с ударником, испытательным блоком и 25 12669 заполненными демпфирующим материалом, позволяет обеспечить демпфирование колебаний, что особенно важно при проведении экспериментов с применением оптиче 85 бопорной платформой, выполненной ввиде модульных блоков с полостями,заполненными демпфирующим материалом и юстировочными плитами для размещения платформ для оптических элементов, при этом блок сканированиялазерного луча выполнен с приводомвозвратно-поступательного перемещения, а испытательный блок и рама сударником размещены на испытательномстоле.2. Стенд по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что испытательныйблок выполнен в виде цилиндрического стакана с крьппкой, в котором размещен эластичный стакан, при этомв крышке выполнено отверстие,3. Стенд по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что испытательныйблок выполнен в виде герметичнойкамеры с иллюминатором и рамой снаправляющими, на которых установленс возможностью перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях предметный столик.127266985 ие Ю . Х Столбцовдюкова Составитель Техред Л.Сер Шекма Коррект Дыпын дакто Заказ 573 одписно 11 роиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ТиражВНИИПИ Государспо делам изоб13035, Москва, Ж 70венноетени35, Р комитета СССРи открытий шская наб., д, 4/5