Устройство для электротермомеханического разрушения горных пород Советский патент 1980 года по МПК E21C37/18 E21C21/00 

I

Изобретение относится к устройству для термомеханического разрушения горных пород, осуществляющего разрушение комбинированным воздействием элеК тромагнитных волн и механического инструмента.

Известно устройство для термомехани- ческого разрушения горных пород с таким комбинированным принципом воздействия, которое содержит установленный на приводном валу ротсчэ, несущий механические породоразрушающие инструменты и спиралеобразный излучатель, подключенный к генератору электромагнитных волн с помощью волновода. При этом излучатель вьшолнен в виде спирального паза на рабочей поверхности ротора и заполнен диэлектриком IJ.

Такое конструктивное решение устройства обеспечивает повышение эффективности процесса разрушения.

Сйнако при использовании этого устройства глубина эффективного воздействия

электромагнитного поля на породу существенно превышает реальную глубину резания породы механическими инструментами. В результате некоторая часть введеной в породу энергии, которая поглощается на глубине, превышаюи1.ей глубину резания, не испол1лэуется в процессе разрушения породы. Поэтому известное устройство не обеспечивает радиального использования электромагнитной энергии.

10

Более близким к изобретению техническим решением является устройство для электротермомеханического разрушения горных пород, содержащее имею15ш;ий возможность поступательного перемещения относительно поверхности породы корпус, несущий породоразрушающие механические инструменты, и расположенный . впереди них по ходу перемещения рупор20ный- излучатель, подключегпплй к генератору электромагнитных волн и направленный своим отверстием в сторону породы 2,,

Этому устройству npjicyuui те же неflocTaTK{5j что и описанному выше .

Цель изобретения заключается, в том, чтобы устранить указанные недостатки и овысить производительность разрушения путем концентрации энергии в зоне воздействия на породу механшшских инструментов.

Предлагаемое устройство снабжено злучателем поверхностной волны, энер- ю гетически соединенным с рупорным излучателем н расположенным впереди него в аправлении перемещения корпуса в одной плоскости с отверстием излучателя.

Излучатель поверхностной волны мо- и жет быть выполнен в виде образован™ ного в корпусе паза, запо;п1енного маериалом, диэлектрическая проншда- емость которого выше диэлектрической проницаемости породы.20

На фиг. 1 схематически показано Предлагаемое устройство для термомеханического разрушения горных пород; а фиг. 2 - зона эффективного воздействия электромагнитного поля на породу25 помощью предложенного устройства; на фиг. 3 - зона воздействия электромагнитного поля на породу с помощью известного устройства.

Устройство для термомеханическогозо

азрушения горных пород имеет корпус 1, установленный с возмож ностью поступательного перемещения относительно поверхности разрушаемой породы 2. Корпус снабжен породоразрущающим ме- 35 ханическим инструментом 3, например режуще-транспортируюишм шнеком, и подключенным к генератору (не показан) электромагнитных волн рупорным излучателем 4, напраБленшз1М своим излучаюшим 4о отверстием в сторону поверхности разрушаемой породы. Отверстие излучателя 4 зшсрыто диэлектрическим вкладышем 5, выполненным из радиопрозрачного материала, например тефлона, и имеющим 45 размер в направлении излучения, равный четверти длины волны в используемом диэлектрике,

В плоскости излучающего отверстия рупорного излучателя 4 впереди него50

в направлении движения корпуса 1 размещен излучатель 6 поверхностной волны, энергетически сообщенный посредством лшии 7 связи, например, волновода, с полостью рупорного излучателя 4.55

Излучатель 6 поверхностной волны выполнен в вкще образованного в корпусе 1 паза 8 и установленной в нем пластины

9 из материала, диэлектрическая проницаемость которого диэлектрической проницаемости породы. Соотношение между диэлектрическими проницаемостями породы 2 и материала вкладыша 5 рупорного излучателя 4 не оказывает влияния на работу излучателя 4 последовательно с излучателем 6 по верхностной волны. Взаимообусловленность работы рупорного излучателя 4 и излучателя 6 поверхностной волны достигается лишь линией 7 связи, обеспечивающей ответвление части электромагнитной энергии из полости излучателя 4 в излy aтeль 6.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

При включении генератора часть электромагнитной энергии ответвляется из полости рупорного излучателя 4 через линию 7 связи к излучателю 6 поверностной волны. Возбужденные на входе излучателя 6 электромагнитные волны рапространяются вдоль и внутри диэлектрической пластины 9, при этом основна часть энергии, переносимой волной, концентрируется вблизи поверхности излучателя 6 в слое породы в пределах глубины h резания ее инструментом 3, как показано на фиг. 2, При этом не происходит нежелательного заглубления электромагнитной энергии в породу, как это имеет место при работе известных устройств и показано на фиг, 3.

Гхгубина h эффективного воздействия на породу излучателя 6 зависит от соотношения диэлектрических проницаемостей материала пластины 9 и породы. Материал пластины 9 подбирают таким образом, чтобь обеспечить равенство параметра h излучателя 6 толщине слоя породы, разрабатываемой инструментом 3.

В процессе перемещения устройства относительно поверхности породы 2 излучатель 6 и излучатель 4 последователь воздействуют на нее. Предварительный нагрев породы полем изл5чателя 6 приводит к увеличению электрофизических параметров в слое породь1, подвергаемом воздействию инструмента 3. В связи с этим поле излучателя 4 воздействует на породу , обладающую более высокой поглщающей способностью , что приводит к стягиванию поля от излучателя 4 к поверхности породы и концентрации электромагнитной энергии в зоне резания.

В результате становится возможным снизить энергоемкость разрушения и