Способ разрушения горных пород Советский патент 1981 года по МПК E21C37/18 

(54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

I

Изобретение относится к способам разрушения горных пород, включакяцим электротермическое воздействие на :массив СВЧ электромагнитного поля и может быть использовано при созДании новых породоразрушающих рабочих органов горных .и землеройных мапшн, устройств для оттайки мерзлых горных пород и т.д.

Известен спосЬб разрушения горных пород,;реализованный в устройстве для электротермомеханического разрушения породы, В данном способе, с целью снижения энергоемкости разрушения, электротермическое воздействие СВЧ поля на породу локализуют на некоторой глубине от поверхности массива, для чего осуществляют фокусировку электромагнитного поля, например посредством линзовых антенн D1.

Недостатком способа является то, что его цел есообразно применять только в тех случаях, когда область активного воздействия механического инструмента на породу находится на некоторой глубине от свободной поверхности массива, например при доразрушении ocлaбJ eннoй СВЧ полем породы инструмАтом режуй;его типа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ разрушения горных пород,, включающий нагрев зоны / разрушения СВЧ электромагнитным полем,

10 вводимым в массив перпендикулярно его свободной поверхности, и полем пове||хностной электромагнитной вoлны| 2j. Подобное воздействие йозволяет уменьшить глубину области разупрочнения

15 породы СВЧ полем за счет опережа1ощего изменения электрических свойств породы в поверхностном слое под воздействием поля поверхностной волны и, тем самым, сконцентрировать СВЧ энер20гию перед механическим породоразрушающим инструментом рабочего органа, а следовательно, повысить производительность разрушения.

Недостаток данного устройства залючается в том, что распространение лектромагнитной волны в массиве горой породы сопровождается поглощением ВЧ энергии. Ввиду этого интенсива ость нагрева породы по мере удаления от свободной поверхности уменьается. В этих условиях снижение прочности породы на заданную величину на некоторой конечной глубине от поверхности массива непременно сопровождается излишним нагревом породы в более поверхностных слоях. Естественно, при этом увеличиваются затраты энергии на разрушение. Особенно резко эти затраты возрастают при нагреве пород, электрические свойства которых изменяются с увеличением температуры. В этом случае рост диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь приводит к перераспределению поглощаемой СВЧ энергии между поверхностными и более глубокими слоями (доля СВЧ мощности, поглощаемой в поверхностных слоях, увеличивается, а в более глубоких уменьшается). В результате нагрев поверхностных слоев будет еще более интенсивным.

Целью изобретения является снижение энергоемкости разрушения путем уменьшения неравномерности поглащения породой СВЧ энергии.

Указанная цель достигается тем, что воздействием электромагнитным полем осуществляют в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом воздействие в каждом из направлений осуществляют с интенсивностью, возрастающей по экспоненциальному закону по мере удаления от поверхности, через которую осуществляют перпендикулярное электромагнитное воздействие.

Подобный характер электромагнитного воздействия позволяет обеспечить более равномерное разупрочнение породы в зоне эффективного ее нагрева СВЧ полем и снизить за счет этого энергоемкость разрушения.

На чертеже показан вариант осуществления способа на примере про- ходки,выработок большего диаметра в мерзлых породах.

Для проходки вьфаботки согласно спбсобу в массиве проходят вспомогательную выработку 1, образующую дополнительную свободную Поверхность 2, перпендикулярную поверхности забоя 3.,

Проходку выработки производят путем поочередной оттайки отдельных блоков породы и их отделения от забоя обычными средствами. Оттайку отдельных блоков породы осуществляют путем воздействия на массив двух источников СВЧ энергии 4 и 5, создающих потоки электромагнитной энергии, направленные перпендикулярно поверхностям забоя 2 и 3. Интенсивность воздействия на породу каждого из этих потоков возрастает по мере удаления от поверхности массива, через которую осуществляется второе воздействие, по экспоненциальному закону. Так, интенсивность воздействия на породу излучателя 4 возрастает по мере удаления от поверхности 2, через которую осуществляет ввод СВЧ энергии в породу излучатель 5. Соответственно, интенсивность воздействия на породу излучателя 5 возрастает по экспоненциальному закону по мере удаления от свободной поверхности массива 3, череэ которую Эказывает воздействие на породу излучатель 4.. Длину волны одного из источников, в f aKHOM случае источника 4, выбирают таким образом, чтобы глубина проникновения в массив, рассчитанная по усредненным (в диапазоне температур нагрева) значениям электрических свойств породы равнялась толщине снимаемого слоя Ь. В свою очередь, длину волны другого источника (в рассматриваемом случае - источника 5} выбирают таким образом, чтобы глубина проникновения этой волны в массив, также рассчитанная по усредненным значениям свойств породы равнялась бы второму характерному размеру зоны разрушения, - размеру а . При подобном комбинированном воздействии интенсивность нагрева породы каждым излучателем по мере удаления от поверхности массива также, как и известном способе, экспоненциально уменьшается, однако при этом затухание электромагнитного поля в массиве вдоль направления действия каждого из излучателей компенсируется соответствующим (экспоненциальным) ростом интенсивности . воздействия с перпендикулярного направления, так уменьшение интенсивности нагрева по любому, случайно выбранному направлению б-б воздействия излучателя 4 на породу, сопровождается ростом интенсивности нагрева по данному направлению за счет