Стенд для исследования процессов лазерного разрушения горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21C37/18 G01N25/00 

на с крышкой, в котором размещен эластичный стакан .с образцом, а в крьшке выполнено отверстие. Для исследования методов интенсификации процесса лазерного разрушения применяют испытательный Б в виде герметической 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 промьшленности, машиностроении, строительстве и других отраслях народного хозяйства Цель изобретения - р асширение 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 - испытатель ный 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 закреп ленными на них блоком 8 визуализации, оптическая ось которого перпен дикулярна оси основного лазерного луча, блоками разделения 9 и сканирования 10 лазерного луча по облуча емой поверхности породного образца. Блок 2 ввода лазерного луча вклю чает систему отражающих пластин 11, установленных на стойке 12 и имеющи возможность перемещаться в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Блок В визуализации, служащий для указания места непосредственного воздействия основного лазерного луча на облучаемую поверхность породного образца и приведения размеров вспомогательного визуализирующего лазерного луча к размерам основного лазерного луча, содержит малогабаритный, например гелий-неоновый, лазер 13, оптическая ось которого перпендикулярна оси основного лазерного луча, отражающую пластину 14, фокусирующую линзу 15 и каллиматор 16, представляющий собой систему линз, ось которых совпадает с оптической осью основного лазерного луча. Блок 9 разделения лазерного луча, предназначенный для получения параллельных лучей и одновременных параллельных резов, включает систему отражающих пластин 17. Блок 10 сканирования лазерного :луча по облучаемой.поверхности пред1назначен для образования резов на породном образце путем многократного перемещения лазерного луча в одном направлении по облучаемой поверхности порода. 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 поверхности в лазерных факелах) и вьщувающего (действует под углом к облучаемой поверхности в зону воздействия лазерного луча). Такая же система газового поддува установлена в 3 испытательном блоке 18 кольцевой обечайки 19. Приборный стол 6 снабжен опорной платформой 20, выполненной в виде модульных блоков 21с полостями 22, заполненных демпфирующим материалом например песком, каждый блок содержит верхнюю юстировочную плиту 23 с монтажными гнездами 24 с закрепле ными в них платформами 7 для оптиче ких элементов. Расстояние между гнездами 24 и порядок их расположения на юстирово ных плитах 23 выбраны из условия возможности размещения оптических элементов практически в любой точке юстировочных плит 23 с учетом перем щений платформ 7. Для юстировки пли 23 стол снабжен узлами 25 регулиров ки. Платформа 26 с установленным на ней блоком 10 сканирования снабжена каретками 2/ с размещенными в них отражающими пластинами и фокусирующи ми линзами с приводом 28 возвратнопоступательного движения, который обеспечивает перемещение лазерного луча относительно поверхности породного образца с заданной скоростью. Испытательный стол 3 снабжен испытательным блоком 29 или испытатель 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. Испытательньй блок 29 для обеспечения сложнонапряженного состояния породного образца выполнен в виде ци линдрического корпуса 33 с концентрично расположенным эластичным стаканом 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 лазерного луча к поверхности породного образца. Для возможности исследования влия ния 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 возвратно-поступательного перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях предметный столик 43 с породным об854разцом, при этом приводы 44 и 45 для перемещения 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 визуализацию оптической оси основного лазерного луча. Затем черезблок 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 углом 45-90 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 инимальной трудоемкости перейти, например, от прямоугольной формы стоа к П-образной. Кроме того, выполнеие модульных отсеков с полостями.

заполненными демпфирующим материалом, позволяет обеспечить демпфирование колебаний, что особенно важно при проведении экспериментов с применением оптических элементов.

Формула изобретения

фиг. 2

11 15 IS ЛL

(put. J

опорной платформой, вьшолненной в виде модульных блоков с полостями, заполненными демпфирующим материаом и юстировочными плитами для размещения платформ для оптических элементов, при этом блок сканирования лазерного луча выполнен с приводом возвратно-поступательного перемещения, а испытательный блок и рама с

ударником размещены на испытательном столе.

блок вьшолнен в виде герметичной камеры с иллюминатором и рамой с направляняцими, на которых установлен с возможностью перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях предметный столик. I

27 20 Ъ 23 21 / / / /

23

(flU9. 5

фиг, 4

2ti 25 ./