Способ разрушения горных пород электромагнитными волнами Советский патент 1980 года по МПК E21C37/18 

... .. , :;, 1 .. .: Изобретение относится к спбсобураэрушения горных пород электромагнитньгми волнами сверхвысокой частоты различной энергетической плотности и .может быть использовано, в частности, при добыче полезных ископаемых., Известен способ разрушения гюрных пород облучением их электромагнитными волнами СВЧ-диапазона, который основан на том, что электромагнитные волнь, генерируемые несколькими источниками ма пой мощности (240 Вт) направляют вглубь породы, где волны от всех ксточников встречаются и производят внутренний нагрев горной породы, в результате чего под воздействием теплового расшире ния она разрушается (l Однако при осуществлении этого способа электромагнитные волны от каждого генератора, встретившись в глубине породьт, продолжают распространяться в прежних направлениях, при этом только незначительная часть электромагнитной энергии превращается в тепловую в области разрушаемой породы. Основная часть электромагнитной энергии каждого источника УХОДИТ за пределы нагреваемого объема породы и рассеивается в массиве, не совершая полезной работы. Таким образом энергоемкость извастнотх способа оказывается весьма значительной, а его экономичность - весьма низкой. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ разрушения горных пород электромагнитными волнами сверхвысокой частоты различной энергетической плотности, согласно которому породу сначала облзгчают волнами меньшей энергетической плотности до .образования в глубине ее теплового следа, а затем волнами, большей энергетической плотности до вознйкровения термических разрушаю1цих очагов в зоне теплового следа При таком способе разрушения удает ся снизить его энергоемкость благодаря тому, что породу сначала облучают

i-.lvrrr-- ,.„.-. элек ромагнитными волнами одной частоты до образования в глубине ее эпект ромагнитного поля повышенной напряженности (около 3Q-200 кВ/см, а затем облучают волнами с частотой в один или нгескслько порядков выше. Однако экономичность процесса разрушенйя и в этом случае остается еще достаточно низкой. Цель изобретения заключается в том, чтобы повысить экономичность процесса разрушения. / Цель достигается в результате того, что облучение породы волнами, большей энергетической плотности осущест-гляют в направлении перпендикулярном тепловому следу, а после появления в нем ра(Эрутиающего очага облучение, поступ тельно перемещают вдоль него. На чертеже показана схема разрушен горной породы предложенным способом. Способ осуществляют следующим образом. . , Первой электромагнитной волной с плотностью потокаэнер ки 150-ЗООВт/см

поступающей в массив горной породы 1 от генератора 2 СВ Ч-энергии через регулируемый понизитель 3 мощности и излучающую антенну 4, вызывают избирательный нагрев массива вдоль направления г аспро странения электромагнитного излучения. Нагрев приводит к изменению диэлектрическик свойств породы и, в час -ности, к росту диэлектрической йронйцаемости. В массиве поро.аы 1 создается вытянутая вдоль оси Z зона 5 с повышенной диэлектрической проницаемостью тепловой след первой электромагнитной волны.

Пос;1е создания теплового следа генератор 2 отключают, и горную породу 1 второй волной с плотностью потока энергии ЗОО 5000Вт/см, поступающей в мйссив от генератора 6 через регулируемый .понизитель 7 мощности и излучающую антенну 8. Вторую

элёктрдмагнитяую вШну направляют в isiaccHB перпендикулярно направлению распространения первой для пересечения ее. с тепловым следом 5.

При взаимодействии с горной породой 1, находящейся в зоне 5 теплового следа, расходимость второй волны уменьшает

ся за счет чего пснбышается интенсивность излучения в массиве и вторая волна самофокусируется на оси 2 тепяового следа 5. В режиме самофокусировки энергия второй волнй расходуется насозда724731

Таким образом при осуществлении предлагаемого способа разрушения энергия обеих электромагнитных волн полностью расходуется на разрушение, так как вся энергия первой волны затрачивается на создание теплового следа в породе, который полностью используется при движении вдоль него второй волны, а эчергия второй волны поглощается фокусом в области теплового следа.

Предлагаемым способом разрушаются кристаллические сланцы, амфибролйты, габбро-диабазы, граниты, песчаники и другие горные породы-диэлектрики. Г- азрушение осуществляется в лабораторных условиях, при этом размеры образцов горнцЧ пород изменяются от 10 10X10 см до 40X40x40 см. Источниками излучения служат магнетронные генераторы, работающие на частоте 2375 мГц.

С учетом времени, затраченного на созцаниё теплового следа, в секунду разрушается объем.горной породы 18О-250 CKi:

Формула изобретения

,

Способ разрушения горных пород электромагнитными волнами сверхвысокой частоты различной энергетической плотности, согласно которому породу сначала облучают волнами меньшей энергетической.плотности до образованияЪ ние и развитие разрушающего внутреннего термического о.чага 9, по форме представляющего собой эллипсоид вращения. В результате интенсивного нагрева составляющие горной породы в областиочага У претерпевают фазовые превращения. При этом увеличение объема твердой, жидкой и, особенно, газообразной фазы очага, а также значительные температурные напряжения, приводят к разрушению горной породы.V После появления начального разрушающего очага 9 генератор 6 перемещают над поверхностью облучаемого массива вдоль теплового следа 5 первой волны. При прерывистом перемещении на оси Z теплового следа 5 первой волны образуются обособленные очаги, каждый из которых разрушает отделяющий его от поверхности массива объем породы. При непрерывном перемещении генератора 6 внутренний очаг движется по оси Т. теплового следа 5 и.образует сплошной катнал, который -вызывает разрушение породы.

глубине ее теплового следа, а затем волнами большей энергетической плотности до возникновения термических разрушающих очагов в зоне теппо аого следа, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности процесса, облучение породы волнами большей энергетической плотности осуществляют в направлении перпендикулярном тепловому следу, а после появления в нем радру-||-ir r- г

.JkA.JL.

Ss/

сц:з хЧ

Т1-ir r-ir

.6

шающего очага облучение поступательно перемещают вдоль него.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 581275, кл. Е 21 С 37/18, 1976.