×
10.12.2013
216.012.8987

СПОСОБ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к горнодобывающей и строительной отраслям промышленности. Способ электроразрядного разрушения твердых материалов включает формирование шпура в твердом материале, размещение в нем картриджа с веществом, предающим ударную волну, и взрываемым проводником, и инициирование разряда взрывающимся проводником. Картриджи изготавливают из пластичного материала с акустической жесткостью, близкой к акустической жесткости разрушаемого материала. Взрывающийся проводник зажат в материал картриджа. В качестве пластичного материала используется полиэтилен или пластилин. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения горных пород и утилизации бетонных и железобетонных блоков и конструкций. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к горнодобывающей и строительной отраслям промышленности, а именно к разрушению горных пород и искусственных твердых материалов с помощью высоковольтных импульсных разрядов, и может найти применение для разрушения негабаритных обломков крепких горных пород на каменных карьерах, для проходки вертикальных наклонных горных выработок сравнительно большого диаметра, для утилизации бетонных и железобетонных блоков, конструкций и т.п.

Известен способ разрушения горных пород электрическим током [SU №878934, МПК Е21С 37/18, опубл. 07.11.1981], при котором от генератора электрических импульсов подают разрушающие горную породу импульсы на электроды, введенные в контакт с горной породой, при этом пространство, в котором установлены электроды, перед подачей импульсов герметично изолируют от остального объема и заполняют его газом, электрическая прочность которого выше электрической прочности воздуха, например, элегазом. Основным недостатком указанного способа является его низкая производительность и технологическая сложность, т.к., необходима герметичная изоляция электродного пространства и разрушение происходит только между электродами, наложенными на поверхность горной породы, на глубину не более 1/3 межэлектродного промежутка.

Известен электрогидравлический способ разрушения горных пород и других твердых материалов [US №4479680, МПК Е21С 37/18, опубл. 30.10.1984], включающий формирование шпура на поверхности твердого материала, заполнение его жидкостью и размещение в ней взрываемого проводника, находящегося в цепи с конденсаторным устройством. При электрическом взрыве проводника ударная волна переносится жидкостью в твердый материал в виде импульса деформации сжатия, который распространяется через твердый материал, до тех пор, пока не отразится от свободной поверхности в виде импульса деформации растяжения, упомянутый импульс деформации растяжения будучи согласован с прочностью твердого материала на растяжение вызывает его местное разрушение. Недостатком указанного способа является сложность при размещении жидкости в горизонтальных и потолочных шпурах.

Частично указанный недостаток устранен в выбранном за прототип способе разрушения электрическим разрядом [ЕР 0858874, МПК B28D 1/00; Е21С 37/18, публ. 19.08.1998], включающем формирование шпура в твердом материале, размещение в нем картриджа в виде сосуда с передающей ударную волну жидкостью и размещенным в ней взрываемым проводником, и инициирование разряда взрывающимся проводником. В качестве передающей ударную волну жидкости используется, например вода.

Общим недостатком предыдущих двух способов является низкий коэффициент передачи энергии разряда в твердый материал, так как в качестве передающего ударную волну вещества используется жидкость с относительно низкой, по сравнению с твердыми материалами, акустической жесткостью (1,5…1,8·106 кг/м2с, что снижает эффективность передачи волн давления, и в конечном итоге эффективность разрушения.

Задачей изобретения является создание эффективного способа разрушения строительных конструкций и сооружений, негабаритных обломков крепких горных пород и других твердых материалов.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемым способом, является повышение эффективности разрушения горных пород и утилизации бетонных и железобетонных блоков и конструкций, откола на свободную поверхность при проходке и расширении тоннелей за счет повышения амплитуды и уменьшения потерь энергии ударной волны на преломление и отражение.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе электроразрядного разрушения твердых материалов, в соответствии с прототипом включающем формирование шпура в твердом материале, размещение в нем картриджа с предающим ударную волну веществом и взрываемым проводником, и инициирование разряда взрывающимся проводником, в отличии от прототипа в качестве предающего ударную волну вещества используют пластичный материал с акустической жесткостью близкой к акустической жесткости разрушаемого материала.

Целесообразно в качестве пластичного материала использовать полиэтилен.

Целесообразно в качестве пластичного материала использовать пластилин.

Эффективность передачи ударной волны от канала разряда до разрушаемого материала зависит от согласованности акустических жесткостей передающего ударную волну вещества (передающей среды) и разрушаемого материала.

Применение пластичной передающей среды, например, полиэтилена, пластилина, позволяет повысить амплитуду ударной волны за счет ограничения области горения разряда (капиллярный разряд) [Маршак И.С., Дойников А.С. Импульсные источники света. - М.: Энергия, 1978. -478 с.].

Изобретение поясняется фиг.1, где представлена конструкция электровзрывного картриджа для разрушения горных пород, фиг.2, где представлена схема электровзрывного разрушения и фиг.3, на которой представлена зависимость введенной в канал разряда энергии от времени для разных передающих сред.

В таблице представлена эффективность передачи энергии ударной волны от канала разряда в твердый материал в зависимости от свойств передающей среды и разрушаемого твердого материала. Эффективность рассчитывалась по формуле преломления:

где Т- коэффициент прохождения ударной волны;

ρ1, с1 - плотность кг/м3 и скорость звука м/с передающей среды;

ρ2, c2 - плотность кг/м3 и скорость звука м/с разрушаемого материала.

Выбор пластичного материала в качестве передающей ударную волну среды, обусловлен его высокой акустической жесткостью и пластичностью. Это позволяет избежать значительных потерь энергии на переизмельчение за счет образования трещин в приканальной области, и увеличить энергию волны, передаваемую от канала разряда в разрушаемый материал на ~20…25%. Из таблицы видно, что полиэтилен наиболее эффективно передает энергию волны.

На фигуре 1 представлена конструкция электровзрывного картриджа для разрушения горных пород, где 1 - передающая среда, 2 - взрываемый проводник, 3 - электроды.

На фигуре 2 представлена схема электровзрывного разрушения. В накопителе электрической энергии сопротивление rz и индуктивность L складываются, соответственно, из сопротивления и индуктивности конденсаторной батареи С, коммутатора S, соединительных шин и подводящего кабеля 4. В разрушаемом материале 5 размещают картридж 6, выполненный в форме цилиндра из передающей среды 1 (например, полиэтилена, пластилина), по оси которого размещен взрываемый медный проводник 2. Проводник 2 через электроды 3, подводящий кабель 4 и коммутатор соединен с конденсаторной батареей. В момент срабатывания коммутатора конденсаторная батарея начинает разряжаться через проводник, что приводит к его взрыву и образованию металлической низкотемпературной плазмы с концентрацией частиц 1019…1021 см-3 и температурой 103…104 К. После формирования канала разряда, накопленная в конденсаторной батарее энергия выделяется в плазму. Мощность, при этом, может достигать сотен МВт [Кривицкий Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости. - Киев: Наукова думка, 1986. - 208 с.]. Быстрое выделение энергии в малом объеме приводит к повышению давления в канале до нескольких ГПа. В результате происходит расширение плазменного канала разряда с образованием ударной волны, которая формирует упругую и пластическую волны, распространяющиеся через передающую среду 1 в разрушаемый материал 5. Под воздействием упругой волны в материале 5 формируется напряженно-деформированное состояние 7, изменяющееся в диапазоне от десятков до сотен МПа, вызывающее образование, рост трещин и в конечном итоге разрушение материала 5.

На фиг.3 представлена зависимость введенной в канал разряда энергии от времени для разных передающих сред: 8 - пластичный материал, 9 - вода. Энергия, вводимая в канал разряда, рассчитывалась с помощью интегрирования мгновенной мощности:

где U - напряжение;

i - ток;

W- выделяемая энергия;

Т0 - время выделения энергии;

t - время.

Исследование энерговыделения в канале разряда в воде (по прототипу) и в пластичных материалах (по предложенному изобретению) проводилось на накопителе электрической энергии с зарядным напряжением 10 кВ, емкостью 12 мкФ, индуктивностью 1,067 мкГн, активным сопротивлением rz=0,0197 Ом. По оси картриджа 6, выполненного в виде цилиндра из пластичного материала диаметром 24 мм, был размещен взрываемый медный проводник 2 диаметром 0,15 мм и длиной 50 мм. В качестве пластичных материалов использовались пластилин (ОСТ 6-15-1525-86) и полиэтилен (ГОСТ 16338-85). Из фиг.3 видно, что мощность выделения энергии в канале капиллярного разряда в пластичном материале в первую полуволну тока на ~15% выше, чем при разряде в воде. Это показывает эффективность использования свойств капиллярного разряда для увеличения амплитуды и крутизны фронта ударной волны, распространяемой через передающую среду 1 в разрушаемый материал 5.

Осуществление способа представлено на примере конкретного выполнения. Формировали шпур глубиной 30 см на поверхности бетонного блока размером 100×60×60 см и маркой В40, помещали в шпур картридж 6 из пластичного материала 1 с размещенным внутри взрываемым проводником 2 длинной 10 см и подсоединяли его шинами к накопителю электрической энергии емкостью С=168 мкФ и зарядным напряжением U=20 кВ. После срабатывания газоразрядного коммутатора и начала разряда накопителя, происходил взрыв проводника 2 и инициирование канала разряда. Дальнейший разряд накопителя с достижением тока 200 кА происходил на образовавшийся канал разряда, заполненный парами металла взорванного проводника 2. Быстрое выделение энергии в малом объеме приводило к повышению давления в канале разряда. В результате происходило расширение плазменного канала разряда с образованием ударной волны, которая формировала упругую и пластическую волны, распространяющиеся в бетонные блоки, через пластичный материал 1. Под воздействием упругой волны в бетоне формировалось напряженно-деформированное состояние, вызывавшее разрушение блока. В качестве пластичного материала использовали пластилин (ОСТ 6-15-1525-86) и полиэтилен (ГОСТ 16338-85).

Преимущество заявленного способа заключается в повышение эффективности разрушения горных пород, за счет увеличения амплитуды и уменьшения потерь энергии ударной волны, что достигается применением в качестве передающей среды пластичного материала с акустической жесткостью близкой к акустической жесткости разрушаемого материала.

Таблица
Передающая среда Энергия ударной волны, переданная в твердое вещество, %
бетон гранит мрамор песчаник
Вода 69,7 32,9 29,1 73,5
Парафин 64,7 30 26,3 68,9
Полиэтилен 90,5 46,8 42 89,1
Пластилин 89 46 41,3 87,6


СПОСОБ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
СПОСОБ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
СПОСОБ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 147 items.
10.02.2013
№216.012.2493

Клавиатура электронного устройства

Изобретение относится к области создания устройств ввода информации в электронные технические устройства, такие как банкоматы, электронные кодовые замки и другие многопользовательские электромеханические системы и электроприборы. Технический результат заключается в повышении секретности ввода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474865
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c97

Способ получения радионуклида рений-188 без носителя и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов медицинского и научного назначения без носителя в радиохимически чистом виде. Способ включает реакторное облучение нейтронами матрицы из оксида вольфрама, ее термическую обработку в среде кислорода до выхода в газовую фазу и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476942
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e3f

Электроимпульсный погружной бур

Электроимпульсный погружной бур предназначен для бурения скважин и проходки стволов в крепких горных породах, разрушаемых развивающимися в них высоковольтными разрядами, и может найти применение в горной промышленности. К нижнему фланцу корпуса бура (2) прикреплен буровой наконечник (6). В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477370
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.2fdd

Способ подземной газификации

Способ подземной газификации твердых ископаемых топлив может быть применен для получения газообразного энергоносителя (горючего газа) из угля или сланца на месте залегания. Способ включает бурение скважин с поверхности земли в обрабатываемый интервал в подземном пласте, размещение в скважинах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477788
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.06.2013
№216.012.4871

Способ изготовления топливных брикетов из биомассы

Изобретение относится к способу получения топливных брикетов из биомассы, включающему термическую обработку биомассы при температуре 200-500°C без доступа воздуха, подготовку связующего вещества, получаемого растворением декстрина в пиролизном конденсате в соотношении 1:(5÷20), смешивание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484125
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4c9b

Способ извлечения урана из руд

Изобретение относится к гидрометаллургии урана и может быть использовано для извлечения урана из руд. Способ включает выщелачивание урана и железа раствором серной кислоты с использованием в качестве окислителя трехвалентного железа, содержащегося в руде. После выщелачивания ведут извлечение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485193
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.5238

Способ формирования субнаносекундных свч импульсов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для формирования серии мощных СВЧ импульсов субнаносекундной длительности с высокой частотой следования в пределах входного микросекундного СВЧ импульса, генерируемого в частотно-периодическом режиме. Технический результат - повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486641
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.08.2013
№216.012.60f5

Устройство для подрезания блоков горных пород высоковольтными разрядами

Изобретение относится к горнодобывающей и строительной отрасли промышленности. Устройство для подрезания блоков горных пород высоковольтными разрядами имеет трубчатый канал для подачи промывочной жидкости в зазор между высоковольтным и заземленным электродами, выполненными в виде параллельных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490453
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.09.2013
№216.012.6784

Способ очистки подземных вод от устойчивых форм железа

Изобретение относится к области водоснабжения и может быть использовано в системах водоподготовки для улучшения качества питьевой воды. Способ очистки подземных вод от устойчивых форм железа включает регулирование pH очищаемой воды с последующей фильтрацией и восстановлением pH до нормативных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492147
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e63

Цеолитсодержащий катализатор, способ его получения и способ превращения прямогонной бензиновой фракции в высокооктановый компонент бензина с низким содержанием бензола

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в частности к способам получения катализаторов превращения прямогонной бензиновой фракции в высокооктановый компонент бензина с низким содержанием бензола. Описан катализатор, содержащий, мас.%: высококремнеземный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493910
Дата охранного документа: 27.09.2013
Showing 1-10 of 245 items.
10.02.2013
№216.012.2453

Способ мониторинга фундаментов электроприводов насосных агрегатов

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для мониторинга технического состояния фундаментов электроприводов насосных агрегатов. Способ заключается в измерении виброперемещений фундамента в процессе эксплуатации. При этом производят установку не менее двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474801
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.2493

Клавиатура электронного устройства

Изобретение относится к области создания устройств ввода информации в электронные технические устройства, такие как банкоматы, электронные кодовые замки и другие многопользовательские электромеханические системы и электроприборы. Технический результат заключается в повышении секретности ввода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474865
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c97

Способ получения радионуклида рений-188 без носителя и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов медицинского и научного назначения без носителя в радиохимически чистом виде. Способ включает реакторное облучение нейтронами матрицы из оксида вольфрама, ее термическую обработку в среде кислорода до выхода в газовую фазу и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476942
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2cb3

Электроэнергетическая система на возобновляемых источниках энергии

Изобретение относится к энергетике, в частности к электроснабжению потребителей, подключенных к электроэнергетической системе, работающей на возобновляемых источниках энергии, и может быть использовано при организации электроснабжения ответственных потребителей переменного тока. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476970
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2cc0

Способ определения оценки частоты вращения асинхронного двигателя

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для цифрового управления асинхронным двигателем. Техническим результатом является расширение арсенала средств аналогичного назначения. В способе определения оценки частоты вращения измеряют мгновенные величины токов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476983
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e3f

Электроимпульсный погружной бур

Электроимпульсный погружной бур предназначен для бурения скважин и проходки стволов в крепких горных породах, разрушаемых развивающимися в них высоковольтными разрядами, и может найти применение в горной промышленности. К нижнему фланцу корпуса бура (2) прикреплен буровой наконечник (6). В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477370
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.03.2013
№216.012.2e9e

Способ количественного определения водорастворимых витаминов в и в методом вольтамперометрии на органо-модифицированных электродах

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано в фармакокинетических исследованиях, для контроля биологически активных добавок, в пищевой промышленности для определения фальсификации. В способе количественного определения водорастворимых витаминов B и B методом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477465
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.2fdd

Способ подземной газификации

Способ подземной газификации твердых ископаемых топлив может быть применен для получения газообразного энергоносителя (горючего газа) из угля или сланца на месте залегания. Способ включает бурение скважин с поверхности земли в обрабатываемый интервал в подземном пласте, размещение в скважинах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477788
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.32f1

Шихта для получения керамического пигмента муллитового состава бирюзового цвета

Изобретение относится к области производства керамических пигментов для декорирования фарфоро-фаянсовых и майоликовых изделий. Технический результат изобретения заключается в повышении огнеупорности пигмента. Шихта для изготовления керамического пигмента муллитового состава бирюзового цвета...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478584
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3459

Способ определения висмута в водных растворах методом инверсионной вольтамперометрии по пикам селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения aubi

Изобретение может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов металлов. Способ определения висмута в водных растворах методом инверсионной вольтамперометрии по пикам селективного электроокисления висмута из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478944
Дата охранного документа: 10.04.2013
+ добавить свой РИД