СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 2015 года по МПК B02C19/18 B02C23/06 

Изобретение относится к дроблению и измельчению горных пород электрическими импульсными разрядами, в том числе содержащих ограночное сырье.

Известен способ дробления горных пород и руд (Усов А.Ф., Семкин Б.В., Зиновьев Н.Т. Переходные процессы в установках электроимпульсной технологии. - Л.: Наука, 1987, с. 6-16), согласно которому импульс напряжения подается на электроды, между которыми в жидкости находится разрушаемый материал. Разрушение достигается путем электроимпульсного пробоя материала.

Недостатком указанного процесса являются высокие энергозатраты на разрушение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, реализуемый в устройстве для дробления материалов электрическими разрядами по SU 1761279, 1992 г. Разрушение материала включает размещение материала в корпусе с водой между электродами, на которые подаются импульсы высокого напряжения, электрический пробой толщи материала и классификацию разрушаемого материала.

Недостатком этого изобретения является то, что не учитывается возможность увеличения электропроводности воды за счет солей, содержащихся в некоторых горных породах, что приводит к существенному снижению вероятности пробоя материала и, соответственно, эффективности его разрушения.

Задача - уменьшение энергозатрат при разрушении горных пород.

В способе разрушения горных пород, включающем размещение горной породы в жидкости, заполняющей корпус с электродами, на высоковольтный электрод подают импульсы высокого напряжения и осуществляют разрушение кусков горной породы путем электрического пробоя толщи кусков горной породы и ее классификацию, в процессе разрушения подают воду со скоростью 3-6 л/с в межэлектродный промежуток по каналу, образованному между высоковольтным электродом и изолятором, образуя непрерывный поток воды, а энергию разряда выбирают из соотношения

W - энергия разряда, Дж,

ρ - плотность материала, кг/м³,

l - межэлектродное расстояние, м,

σ - предел прочности разрушаемого материала на растяжение, н/м².

На фиг. 1 представлена схема установки для реализации способа. Устройство содержит повысительно-выпрямительное устройство 1, генератор импульсных напряжений 2, рабочую камеру 3, высоковольтный электрод 4 положительной полярности, установленный во втулке 5, вкрученный в изолятор 6, низковольтный отрицательной полярности электрод сферической формы 7 с отверстиями диаметром 20 мм, контейнер 8 для сбора разрушенного материала, систему подачи воды 9 через штуцер 10 в межэлектродный промежуток, загрузочный бункер 11 с дозирующим устройством 12, штуцер 13 для перелива воды из рабочей камеры 3 в бак-отстойник для воды 14.

Экспериментальную проверку способа осуществляют в два этапа. На первом этапе осуществляют непрерывную подачу воды в межэлектродный промежуток в процессе разрушения горной породы электрическими импульсными разрядами. Предварительно готовят семь проб кимберлитовой руды по 30 кг каждая, состоящей из кусков крупностью 35-60 мм. Затем с помощью системы подачи воды 9 через штуцер 10 заполняют рабочую камеру 3 водой. Проведены серии экспериментов при постоянной энергии импульса W=565 Дж, рассчитанной по соотношению (1) и длине рабочего промежутка l=35 мм. В первой серии (№ опытов 1-3) дробление проб происходило в одной и той же воде, а во второй (№ опытов 4-7) - осуществляют подачу воды в межэлектродный промежуток между высоковольтным электродом 4 и изолятором 6. Результаты экспериментов представлены в табл.1.

Как видно из результатов, представленных в таблице, при разрушении проб (опыт 1) в технической воде вероятность пробоя кусков кимберлитовой руды по мере подачи электрических импульсов неуклонно снижалась (средняя вероятность 37%) и после 4000 импульсов пробой рабочего промежутка прекращался. При разрушении второй и третьей проб без добавления воды в рабочую камеру вероятность пробоя еще более снижалась (10% и 5%). Снижение вероятности пробоя кимберлитовой руды от опыта к опыту объясняется тем, что с ростом числа проб, измельченных в одной и той же воде, растет количество растворенных в ней веществ. Это ведет к увеличению удельной электропроводности жидкой фазы и росту потерь энергии на стадии формирования канала разряда, что значительно ухудшает процесс разрушения и даже полностью его останавливает. Из таблицы 1 видно, что при минимальном расходе воды 2 л/с (опыт 4) обеспечивается 70% вероятность пробоя твердой фазы. Практически 100% вероятность пробоя кусков кимберлита достигается при расходе воды 6 л/с (опыт №6).

При непрерывном поступлении свежей воды в рабочую камеру снижается концентрация примесей в воде и следовательно, восстанавливаются ее электроизоляционные свойства. Кроме того, струя свежей воды, вытекающая из канала, образованного между высоковольтным электродом и изолятором, имеет турбулентный характер и поэтому сопровождается образованием пузырьков газа в межэлектродном промежутке, обеспечивая высокую вероятность пробоя межэлектродного промежутка (твердого тела) и соответственно эффективное разрушение.

На втором этапе оценивают энергозатраты на разрушение кусков кимберлита в потоке воды (3-6) л/с электрическими импульсными разрядами с энергией, выбранной из соотношения (1). Результаты расчета представлены в табл. 2

На фиг. 2 представлена зависимость энергоемкости разрушения кусков кимберлита в потоке воды электрическими импульсными разрядами от соотношения (1), из которой видно, что при использовании разрядов с энергией (395-637) Дж, выбранной из этого соотношения, величина удельной энергоемкости стабильна и не превышает 24,33 кВт·час/т. В том случае, если величина энергии разряда выбрана с нарушением этого условия, - удельная энергоемкость растет.

При разрушении кусков кимберлита по прототипу энергоемкость составляет 32,50 кВт·час/т, т.е. выше на 25,2%, чем по заявляемому способу.

Способ предназначен для дробления и измельчения электрическими импульсными разрядами горных пород, в том числе содержащих ограночное сырье. Горную породу размещают в жидкости. Жидкость заполняет корпус (3) с электродами (4, 7). На высоковольтный электрод (4) подают импульс высокого напряжения. Горную породу разрушают путем электрического пробоя толщи кусков и классифицируют ее. В процессе разрушения вода циркулирует как непрерывный поток со скоростью 3-6 л/с в межэлектродном промежутке по каналу. Канал образован между высоковольтным электродом и изолятором (6). Энергию разряда выбирают из соотношения , где W - энергия разряда, Дж, ρ - плотность материала, кг/м³, l - межэлектродное расстояние, м, σ - предел прочности разрушаемого материала, н/м². 2 табл., 2 ил.

Способ разрушения горных пород, включающий размещение горной породы в жидкости, заполняющей корпус с электродами, на высоковольтный электрод подают импульс высокого напряжения и осуществляют разрушение горной породы путем электрического пробоя толщи кусков горной породы и ее классификацию, отличающийся тем, что в процессе разрушения осуществляют циркуляцию воды со скоростью 3-6 л/с, подающейся в межэлектродный промежуток по каналу, образованному между высоковольтным электродом и изолятором, образуя непрерывный поток воды, а энергию разряда выбирают из соотношения: , где W - энергия разряда, Дж, ρ - плотность материала, кг/м³, l - межэлектродное расстояние, м, σ - предел прочности разрушаемого материала, н/м².