Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород Советский патент 1981 года по МПК E21C37/18 E21B7/15 G01M19/00 

(54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ Изобретение касается усовершенствования конструкции стенда для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород при одновременном воздействии механических нагрузок и СВЧэнергии. Известен стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, содержаший генератор электромагнитных колебаний СВЧ, передаюш,ий волноводный , излyчa.teли СВЧ-энергии, механический породоразру.шающий орган, измерительную аппаратуру, имитирующие скважину блоки замороженной породы и холодильник для ,ее замораживания 1.Этот стенд из-за своих конструктивных особенностей имеет узкую область применения в отношении проводимых исследований только на предварительно замороженных породах, а также они не приспособлены для исследования процесса механического разрушения (бурения) при одновременном воздействии на забой СВЧ-энергии в уелоВИЯХ скважины. Более б 1изким техническим решением из известных к настоящему изобретению являГОРНЫХ ПОРОД ется стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму, приводы для вращения и подачи полого бурового става с электротермомеханическим породоразрушающим органом, смонтированные на этой раме, источник сжатого воздуха, генератор СВЧ-энергии, подводящий волновод и радиоизмерительную аппаратуРУ 2. С помощью этого стенда возможно проводить исследование процесса электротермомеханического бурения и определять такие параметры, как производительность и энергоемкость процесса, эффективность электромагнитного воздействия на забой скважины, коэффициент передачи СВЧ-энергии в горные породы, удельную плотность потока СВЧ-энергии и т. д. Наряду с этим известный стенд не обеспечивает достаточных данных, так как его конструкция не позволяет изучить влияние запыленности в зоне излучения СВЧ-энергии на забой в -процессе бурения скважины. Кроме того, на нем не достигается устраиейие СВЧ-разрядов (плазмообразование) в рабочей зоне между забоем скважины и торцовой частью электротермрмеханического породоразрушающего органа, что резко снижает эффективность и точность проведения исследований. Цель изобретения - повышение точности проведения исследований и устранение плазмообразования в рабочей зоне электротермомеханического породоразрушающего органа. Эта цель достигается благодаря тому, что стенд снабжен соединяющим излучатель породоразрушающего органа с генератором СВЧ-энергии фидерным трактом в виде телескопического сочленения, гофрированного волновода и вращающегося сочленения, соединенных последовательно между собой и с подводящим волноводом, который размещен в полости бурового става с кольцевым зазором, а источник сжатого воздуха подключен к подводящему волноводу и к зазору между ним и буровым ставом. На фиг. I показан стенд, общий, вид; на фиг. 2 - узел подвода сжатого воздуха; на фиг. 3 - электротермомеханический породоразрущающий орган. Стенд имеет опорную раму 1, смонтированный на ней привод 2 вращения, привод 3 подачи и буровой став 4, к которому прикреплен электротермомеханический породоразрушающий орган 5. Для исследования процесса электротермомеханического разрушения стенд снабжел генератором 6 СВЧэнергии, комплектом радиоизмерительной аппаратуры 7 и фидерным трактом 8, который состоит из телескопического сочленения 9, гофрированного волновода 10, вращающегося сочленения 11, последовательно соединенных между собой и с подводящим волноводом 12. Через канал 13, подводящий волновод 12 сообщает полость излучателя 14 породоразрущающего органа 5 с источником сжатого воздуха (не показан). В верхней части бурового става 4 закреплено устройство 15 с каналом 16, позволяющим вводить сжатый воздух в зазор 17 между подводящим волноводом 12 и буровым ставом 4 при одновременном его вращении. Через зазор 17 канал 16 сообщает отверстия 18 в электротермомеханическом породоразрущающем органе 5 с источником сжатого воздуха. Исследования проводят на блоке горной породы 19. Принцип работы стенда заключается в следующем. В радиогерметичный кожух 20 стенда устанавливают образец 19 горной породы. Производят запуск пръгвода 2 вращения и привода 3 подачи бурового става 4 и выводят их на рабочий режим. Одновременно с этим через каналы 13 и 16 осуществляют подачу сжатого воздуха на забой (показано стрелками). Производят чисто механическое разрушение (бурение) горной породы. Далее, не прекращая механическое разрушение, включают генератор 6 СВЧ-энергии и через фидерный тракт 8 СВЧ-энергию подают на забой скважины, производят электротермомеханическое разрушение. В процессе разрушения горной породы происходит перемещение в вертикальной плоскости бурового става 4 и вместе с ним гофрированного волновода 10, вращающегося сочленения 11, подводящего волновода 12. При этом подачу СВЧ-энергии на забой скважины осуществляют непрерывно, благодаря телескопическому сочленению 9. Гофрированный волновод 10 служит для устранения отрицательного влияния на СВЧгенератор биений и вибраций бурового става 4. Вращающееся сочленение 11 позволяет осуществить передачу СВЧ-энергии на забой скважины одновременно с вращением бурового става 4. Передачу СВЧ-энергии горной породы осуществляют по подводящему волноводу 12 и излучателю 14. Фидерный тракт-8, включающий в себя вышеуказанные элементы, позволяет значительно повысить точность измерения параметров электромагнитного излучения в процессе электротермомеханического разрушения, что осуществляют радиоизмерительной аппаратурой 7. В процессе электротермомеханического разрушения эффективность ввода СВЧ-энергии в горные породы зависит от степени запыленности рабочей зоны. При определенной степени запыленности в рабочей зоне возникает СВЧ-разряд, который в последуюшем переходит в факел. Это приводит к экранированию забоя от СВЧ-излучателя, в результате чего резко снижается точность проведения исследований, производительность процесса разрушения, и создается аварийная ситуация в фидерном тракте и СВЧ-генераторе. Устранение этого явления достигают путем подбора соотношения расхода сжатого воздуха, поступающего на забой через излучатель 14 и отверстия 18. Это осуществляют выбором давления сжатого воздуха в каналах 13 и 16. Использование предлагаемого стенда в исследованиях позволяет решить научные и практические задачи, в частности путем обработки результатов исследований параметров падающей и отраженной волны в фидерном тракте, получить зависимости коэффициентов и отражения СВЧ-энергии, удельную плотность потока, мощности, пробивную напряженность СВЧ-поля и ряд других параметров при различных режимах работы стенда, изучить влияние параметров нагружения породы (скорость вращения бурового става, осевого усилия подачи, давление и расход сжатого воздуха в каналах, интенсивность и длительность воздействия СВЧ-излучения и т. д.) на эффективность процесса электротермомеханического разрушения широкой разновидности горных пород. Анализом полученных результатов можно

определить рациональные параметры электротермомеханиче.ского разрушения, надежность и устойчивость работы элементов и узлов фидерного тракта, электрическую прочность, пути совершенствования электротермомеханических рабочих органов и режимов их работы, обеспечиваюших наибольшую производительность разрушения при минимальной энергоемкости.

Формула изобретения

Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму, приводы для вращения и подачи полого бурового става с эл&ктротермомеханическим породоразрушающим органом, смонтированные на этой раме, источник сжатого воздуха, генератор СВЧ-энергии, подводящий волновод и радиоизмерительную аппаратуру.

J

oтлuчaюu uйcя тем, что, с целью повыщения точности проведения исследований и устранения, в рабочей зоне породоразрушающего органа плазмообразования, он снабжен соединяющим излучатель породоразрущающего органа с генератором СВЧ-энергии фидерным трактом в виде телескопического сочленения, гофрированного волновода и вращающегося сочленения, соединенных последовательно между собой и с подводящим вол новодом, который размещен в полости бурового става с кольцевым зазором, а источник сжатого воздуха подключен к подводящему волноводу и к зазору между ним и буровым ставом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 4211772, кл. Е 21 С 37/18, 1972.

2.Термомеханические методы разрушения горных пород, ч. V, Киев, «Наукова думка, 1972, с. 92-94.

р1/г./

16

(pi/г. 2

8 .З