Электроимпульсный способ разрушения пород

Длительность импульса до 1мкс,

частота от 1 имп/ сек до 1 имп/мин.

Рабочее тело – плазма, газообразное рабочее тело.

Условие наступления электрического пробоя:

- энергия связи ионов в кристаллической решетке;

- энергия внешнего электрического поля.

 

 

Механическая энергия на разрушение единицы объема породы

, Дж/м³

σ_р – предел прочности при растяжении. Па;

Е – модуль полной деформации,Па;

К_пл – коэффициент пластичности.

Концентрация энергии ЭМП в единице объема породы

. Дж/м³

ε – относительная диэлектрическая проницаемость;

ε₀ – абсолютная диэлектрическая проницаемость, ε₀ =8,85∙10^-12 Ф/м

Е_э – напряженность электрического поля, В/м.

Пробивная напряженность

Оценочный расчет

Энергия единичного импульса в ГИНе

В многоступенчатом ГИНе

При зарядке конденсаторов используется напряжение 5-10кВ и ниже.

Способы разрушения с использованием в качестве рабочих тел:

- Газ (плазма в газе);

- Жидкость (плазма в жидкости, эффект Юдкина);

- Металл.

Электрический взрыв проводников.

Между двумя электродами в жидкости помещают проводник малого сечения.

В Каз ПТИ была создана установка электрогидравлического разрушения ЭГ-7 ПТИ

- Энергия конденсаторной батареи – 27 кДж;

- Потребляемая мощность 5 кВт.

- Рабочее напряжение 15 кВ.

Производительность дробления валунов до 0,25 м³ составляет

6 м³/смену

Недостаток – необходимость бурения шпуров.

 

Разрушение инфракрасным излучением (ИК)

Длина волн – 0.8 мк-1 мм.

Излучатель – нагретое твердое тело

Передача ИК осуществляется через воздушную среду. Плотность излучения рассчитывается по закону Стефана-Больцмана

, Вт/м²

σ – постоянная Больцмана, σ=5,67∙10 ^-8 Вт/(м² ∙К⁴);

ε∙- степень черноты;

Т – температура излучателя, К;

Т₀ – температура окружающей стреды, К

Коэффициент отражения ИКИ от породы

n – коэффициент преломления света.

Для диэлектриков ; для полупроводников

 

Классические критерии прочности

•Критерий Галилея, первая теория прочности (1638 г.)

•Критерий Мариотта (1679г), вторая теория прочности

•Критерий Треска, Кулона (1776г., 1864г.), третья теория прочности

•Критерий Мизеса (1913г.), четвертая теория прочности. Еще ранее Максвелл (1856г.)

 

Первая теория прочности

Разрушение хрупких материалов наступает тогда, когда наибольшее по абсолютной величине главное напряжение достигает некоторого предельного значения [σ], различного для разных материалов:

׀ (max)׀= [σ], i =1,2,3

 

Вторая теория прочности

Разрушение или начало пластического деформирования материала наступит тогда, когда наибольшая по абсолютной величине линейная деформация удлинения достигнет некоторого предельного значения [ε], различного для разных материалов:

׀ (max)׀= [ε], i =1,2,3.

 

Третья теория прочности

Пластическое деформирование материала наступает тогда, когда наибольшее касательное напряжение достигает некоторого предельного значения [τ], различного для разных материалов: