ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРЯДНО-ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

 

Направленное плоскостное разрушение горных пород применяется при таких технологических процессах, как отбойка монолитов и бло­ков, их раскол, оконтуривание и пассировка (выравнивание граней).

Основная технологическая задача может быть сформулирована так: отбойка ненарушенного монолита и образование заданного числа бло­ков, обеспечение ровной поверхности плоскости раскола и отсутствие трещинообразования вне этой плоскости.

Поэтому разрядно-импульс-ное воздействие должно обеспечить зарождение трещин в плоскости раз­рушения и их развитие в той же плоскости.

Для всех разновидностей плоскостного разрушения требования следующие:

рационально применение заглубленных, а не поверхностных им­пульсных камер;

разрядно-импульсный источник должен быть линейным, что обес­печит распределение энергии по его длине и равномерное воздействие на стенки камеры, т.е. в качестве источника следует применять взры­вающийся проводник;

применение не одиночных, а групповых РИ источников будет спо­собствовать образованию квазиплоского фронта ударных волн;

размещение групповых РИ источников в среде и выделяемая энер­гия в каждом из них должны быть идентичны, а подача импульса — од­новременной. При этом рационально размещать источники на расстоя­нии а = 2 r_д где r_д > W.

Следует учитывать, что роль отраженных волн в разрушении горных пород снижается при W> 1,5 λ_сж. Наиболее эф­фективное разрушение породы в зоне размещения двух соседних РИ источников обеспечивается при условии суммирования напряжений от действия отраженного продольного фронта волн первой фазы с растягивающими напряжениями прямой продольной волны второй фазы. Для этого необходима разница во времени (Δt) между моментами при­хода прямой и отраженной продольных волн, где

(4.52)

где - скорость продольной волны; λ_сж - длина волны сжатия.

Максимальное трещинообразование вдоль линии шпуров обеспе­чивается при

(4.53)

С учетом глубины размещения групповых РИ источников h расстояние между ними составит

(4.54)

Учитывая, что т > 1,4, имеем

(4.55)

Протяженность трещины от единичного импульса

(4.56)

 

где _в — продолжительность распространения упругой волны в данной среде плотностью ρ и модулем Юнга Е; р_кр — давление, обеспечи­вающее критическое состояние породы; р_т — амплитудное давление на фронте упругой волны. Па; =0,38 ÷ 0,72 — коэффициент, учитывающий влияние свойств реальной среды (неоднородность). Соответственно, рациональное расстояние между интерферирующими РИ ис­точниками определится как

(4.57)

Формулы (4.56) и (4.57) учитывают параметры волны (р_т) и механические свойства разрушаемой среды (р, Е, р_кр).

В общем виде условие направленного плоскостного разрушения можно выразить как - полные затраты энергии и а данный вид разрушения; — часть энергии, переданная среде и не­посредственно затрачиваемая на ее разрушение.

Отличие раскола и отбойки обусловлено числом свободных по­верхностей — количество поверхностей при отбойке, - то же при расколе. При равенстве общей площади раскола и отбойки для этих процессов характерно Откуда . Вместе с тем, при плоскостном разрушении потери энер­гии выше, чем при дроблении, так как часть энергии затрачивается на бесполезное разрушение породы вне заданной плоскости. Это еще раз Подтверждает необходимость концентрации энергии в плоскости раз-I рушения.

Техническими средствами достижения концентрации являют­ся: линейные РИ источники, кумулятивные выемки в корпусе электро- гидравлического взрывателя и на поверхности импульсной камеры.

Рассмотрим подробнее процессы разрядно-импульсного раскола и отбойки.

Раскол характеризуется наличием четырех-шести свободных Поверхностей и ограниченными размерами разрушаемого горного тела (длина , ширина , высота ). Площадь поверхности раскола поставит S₁ = LН. Поэтому удельные затраты энергии равны е_S = Е/ S_1. Фронт волн, распространяясь со скоростью (3 ÷ 6) • 10³ м/с, последова­тельно пройдет три граничных зоны (плазма-жидкость-порода), разли­чающихся акустической жесткостью. В зоне интерференции (r₁= r₂) амплитуда ударной волны будет максимальной за счет интерференции ноли. В зоне интерференции условие разрушения породы имеет вид

(4.58)

Где р₂' — давление во фронте отраженных волн на расстоянии r = 0,5 B;

r - расстояние от источника до зоны интерференции. Выделим основ­ные стадии разрядно-импульсного раскола:

 

от каждого из взаимодействующих РИ источников распростра­няется фронт прямой ударной волны.

В контуре монолита (глыбы) проявляется напряжение сжатия, что вызывает незначительные ради­альные трещины и создает в зоне интерференции повышенную напря­женность среды;

с достижением боковых свободных поверхностей в направлении л.н.с. прямые волны трансформируются в волны разрежения, вызы­вающие интенсивное развитие трещин в ослабленных зонах, совпадающих с плоскостью размещения РИ источников;

внедряющийся в трещины поток рабочей жидкости, оказывая ква­зистатическое давление, способствует развитию трещин и их смыканию в единую магистральную систему.

Особенностью разрядно-импульсной отбойки является наличие од­ной свободной вертикальной поверхности. В направлении этой поверх­ности источник действует при условии > W; в противоположном на­правлении массив рассматривается как безграничная среда. В общем виде при отбойке получают монолит объемом и новой поверхностью , на образование которого затрачивается энергия

(4.59)

где п — число импульсов.

Учтя, что площадь образованной поверхности может быть представ­лена как , получим расчетную формулу

(4.60)

где — линейный размер монолита; 0β= 6 ÷ 8 - коэффициент формы куска.

Условие отбойки можно выразить как

(4.61)

где Е — модуль Юнга; υ_п — коэффициент Пуассона; (р_р)_в — максималь­ное усилие, действующее по нормали в волне растяжения.

Стадии разрядно-импульсной отбойки следующие:

от РИ источника в направлении л.н.с.: и массива пород распростра­няется фронт прямых ударных (упругих) волн; проявляющиеся в кон­туре монолита напряжения сжатия вызывают образование незначитель­ных по длине радиальных трещин;

с трансформацией прямой волны сжатия в волну разрежения проис­ходит интенсивное трещинообразование в ослабленной зоне, совпадаю­щей с плоскостью размещения РИ источников;

в этой же плоскости проявляется действие жидкостного потока, развивающего трещины.

Таким образом, отличие процессов разрядно-импульсного раскола и отбойки заключается в следующем: при расколе основой разрушающего воздействия является интерферирующий фронт отражонных упругих волн; при отбойке явление интерференции не проис­ходит — разрушение обеспечивается энергией фронта волн, отраженно­го от единственной вертикальной поверхности. Отсюда следует важный для практики вывод — расчетное соотношение требуемых затрат энер­гий на раскол (E₂) и отбойку (E₁ ) должно составлять для одних и тех же технологических параметров E₁ 2E₂

Дробление горных пород разрядно-импульсным методом является менее эффективным в сравнении с расколом.

Возможны две схемы разрядно-импульсного дробления: за счет воздействия РИ источника, размещенного непосредственно разрушаемой горной породе;

вследствие воздействия РИ источников в виде электродной системы на породу, размещенную в рабочей камере (сосуде или бассей­не), заполненной рабочей жидкостью.

При этом на породу воздействуют упругие волны, гидравлический удар и микрокавитационные струи.

Первая схема дробления основана на непосредствен­ном разрядно-импульсном воздействии на породу; возможно приме­ните электрического взрыва проводников и свободного разряда. Рациональнее вторая разновидность, так как образование цилиндричес­кой волны в данном варианте не обеспечивает технологических преи­муществ. Возможно применение заглубленных и поверхностных РИ Источников.

Заглубленные РИ источники рационально размещать в шпуровых импульсных камерах (вертикальных, наклонных) или в Плоскостях на поверхности разрушаемых объектов (бороздах, канав­ках) . Эффективность действия заглубленных РИ источников' для целей дробления глыб, блоков и негабарита — выше. Для интенсивного дробления параметры разрядного контура должны обеспечивать повышенную амплитуду растягивающего напряжения и большую продолжи­тельность его проявления. Необходимым условием дробящего воздействия РИ источников является их размещение, обеспечивающее:

мм/Дж^1/3,

Где m — показатель сближения; а — расстояние между РИ источниками; h- глубина их размещения [39].

Затраты энергии на дробление пропорциональны объему дефор­мируемой среды

где к — коэффициент пропорциональности; D— размер дробимого Горного тела.

Радиус разрушающего действия РИ источника можно представить Как [2]

(4.63)

 

Таблица 15. Разрядно-импульсное воздействие на модель объемом мм³ где — энергия, выделившаяся в технологическом узле; — коэф­фициент.

Видно, что при неизменной величине энергии радиус действия за­висит от прочности разрушаемых пород и изменяется как . С учетом параметров разрядного контура радиус действия

(4.64)

где f— коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову; β₂ - коэф­фициент, учитывающий долю выделяемой энергии и перевод в размер­ность. По данным Г.Н. Гаврилова, при шпуровом дроблении коэффи­циент β₂ = 3,2, а переход с заглубленного РИ источника на поверхност­ный увеличивает удельные затраты энергии в 1,8 раза. При электро­разряде удельные затраты энергии могут быть рассчитаны с достаточ­ной степенью приближения, где k- пере­водной коэффициент. При разрядно-импульсном дроблении к разрушаю­щим факторам следует отнести: тангенциальные напряжения от па­дающей волны сжатия и растягивающие напряжения при действии от­раженных волн. Отсюда следует, что результат разрядно-импульсного дробления существенно зависит от энергии ударной волны. Экспери­ментальные данные по разрядно-импульсному дроблению моделей горных пород приведены в табл. 15.

На бетонных моделях, имитирующих прочностные свойства гор­ных пород, исследовалось влияние технологических параметров на сте­пень дробления, оцениваемую по среднему диаметру куска и по выходу фракций. В табл. 16 приведены данные по влиянию соотношения ли­нейных размеров проводника на средний размер куска модели (d _ср). Условия опыта U= 3,5 кВ, С =300 мкФ, l_пр = 25 ÷ 70мм, = 0,1 ÷ 0,5 мм.

Анализ результатов опытов показывает :

 

существует оптимальное соотношение соответствую­щее максимальному дроблению породы;

Для неизменной величины накопленной энергии степень дробле­нии возрастает с увеличением показателя ψ так как средний размер Образуемого куска также увеличивается;

существует граничное значение показателя ψ , соответствующее при данной энергии определенному виду разрушения. Так, для условий эксперимента при ψ < 60 происходит дробление модели, при ψ > 200 обеспечивается ее раскол.

Кроме того, установлено, что при данном диаметре взрывающе­гося проводника с увеличением его длины степень дробления породы уменьшается; линейная плотность энергии при интенсивном дроблении ограниченного объема породы должна быть максимальной.

Результат дробления породы зависит также от массы рабочей жидкости и передаваемой энергии. Анализ влияния этого фактора произ­водился по показателю К_Е = Е_н/М_ж, где Е_н — энергия накопления, Дж; М_ж — масса рабочей жидкости в импульсной камере, кг. Исследования Проводились на бетонных моделях при параметрах разрядного кон­тура U = 5 кВ, С = 300 мкФ, l_пр = 60 мм, d_пр = 0,5 мм. Влияние пока­зателя К_Е на дробление модели оценивалось по выходу характерных фракций (табл.17)

Опыты показали, что степень дробления модели возрастает с увееличением показателя К_Е до значений дальнейшее возрастание К_Е > > К*, практически не влияет на дробление модели. Подчеркнем важ­ность учета этого фактора, так как величина показателя К_Е фактичес­ки характеризует возможность активного участия жидкостного потока в процессе разрушения горной породы за счет внедрения жидкости в раз­вивающиеся трещины.

Соотношение параметров размещения РИ источника можно выра­зить через показатель сближения т = а/h. Влияние этого показателя на дробление моделей представлено в табл. 18.

Видно, что с увеличением относительного расстояния между груп­повыми электрогидравлическими взрывателями в пределах т = 0,4 ÷ 1,6 выход мелких фракций снижается почти в 2,5 раза. Отсюда следует, что интенсивное дробление горной породы будет обеспечиваться при показателе сближения т < 1 или а < h, где h — глубина размещения РИ источника.

На результат разрядно-импульсного воздействия на горную по­роду и ее модели существенное влияние оказывает размещение раз­рядно-импульсного источника в соотношении с глубиной импульсной (шпуровой) камеры (h_шп) и высотой Н дробимого горного тела (глы­бы, негабарита, блока). Анализ этих факторов осуществляется по опы­там на бетонных моделях при условии: Н = 150 и 200 мм, d_шп = 15 мм,

U= 5 кВ, С = З00 мкФ, Е_н = 3,7 кДж, l_пр = 60 мм, d_пр - 0,5 мм. Резуль­таты опытов приведены в табл. 19.

Параметр h_доп = Н - h_шп характеризует разрядно-импульсное воздействие в глубину.

Из табл. 19 следует, что интенсивность дробления моделей горных пород (а следовательно, и самих пород) снижается с увеличением пока­зателей h_шп/Н и h/К

Степень дробления возрастает с увеличением показателя h_доп/H, что связано с сосредоточением выделяемой энергии в зоне, равной высоте шпура.

Установлено, что интенсивное дробление моделей и образцов пород

наблюдается при приведенных значениях глубины размещения РИ ис­точника в диапазоне .

Соответственно, при значениях < h* происходит переизмельчение породы, сопровождаемое снижением коэффициента полезного использования выделенной энергии.

При разрядно-импульсном дроблении натурных глыб и блоков гранита, базальта, доломита, мрамора, известняка, яшмы применяли Одиночные и групповые электрогидравлические взрыватели, то есть Использовался электрический взрыв проводника. Объем глыб и бло­ком не превышал 3 м³.

Параметры разрядного контура изменялись в пределах U = 3,5 ÷5 кВ при С = 8000 мкФ, что обеспечивало энергию накопления в 48 ÷ 100 кДж. Параметры разрядного проводника доставляли d_пр = 0,8—1,2 мм, l _пр = 120 ÷ 200 мм. Один или два электрогидравлических взрывателя размещались в шпурах, глубина которых составляла (0,3 ÷ 0,8), а расстояние между ними изменялось в пре­делах а = (0,1 ÷ 0,6) H, где Н - высота глыбы или блока.

Вторая схема разрядно-импульсного дробле­ния горных пород основана на действии разрядно-импульсных источников в жидкостной камере, заполненной кусками горной породы.

При этой схеме на горную породу воздействуют: генерируемая ка­йлом разряда упругая волна, пульсирующая послеразрядная парога­зовая полость, импульсное электромагнитное поле, гидравлические дирные нагрузки, поэтому установки названы электрогидравлическими . Ряд исследователей [47, 45, 23] подчеркивают, что одним из основных факторов, особенно при диспергировании, являются кавитационные процессы, проявляемые при разряде в жидкости.

 

 

 

Послеразрядные процессы порождают движущийся поток жидкости, оказывающий динамическое и квазистатическое воздействие на горную породу.

На осно­ве рассматриваемой схемы созданы электрогидравлические дробильные машины. Процесс дробления достаточно полно изучен и изложен в ряде известных работ [19, 44]. Электро­гидравлическое разрушение характе­ризуется высокой избирательностью, повышением качества конечного продукта, равномерной степенью дроб­ления, отсутствием кусков игольчатой и лещевидной форм. Производительность измельчения определяется мощностью и частотой разрядов, числом электродов и их расположением, электрофизическими и прочностными свойствами породы, исходным и конечным размером обрабатываемого продукта.

Способ дробления и измельчения горных пород апробирован многими производственными и научными организациями, так как электрогидравлическому измельчению могут подвергаться практически все горные породы.

Принципиальная схема электрогидравлической дробилки дана на рис. 48. Технологический узел состоит из стального корпуса, днища с классификатором и электродов. Измельчаемый материал в виде крупных кусков загружают в приемный бункер дробилки.

При электрическом разряде порода измельчается; проточной водой куски породы уносятся через классификатор в приемный бункер. Преимущественно применяются щелевые классификаторы с размером щелей до 17 мм и днища с круглыми отверстиями диаметром до 30 мм. Оптимальная длина искрового промежутка в воде составляет 25 —40 мм и зависит от электропроводности материала и степени его помола. Важным пара метром таких измельчителей является частота следования импульсов.

Наибольшая производительность измельчения достигается при υ= 17 ÷ 20 Гц. При электрогидравлическом измельчении большое значение имеет режим выделения электрической энергии в канале разряда, что зависит от параметров разрядного контура. Диапазон напряжений 20 50 кВ; рабочий диапазон 45—50 кВ; емкости батареи конденсаторов

 

от 0,008 до 40 мкф. Особое влияние оказывает индуктивность разряд­ного контура — табл. 20.

Начальная крупность измельчаемых частиц породы составляла 10— 20 мм. При измельчении кальцита на установке с параметрами U = 60 кВ, С = 1 мкФ, L=5 мкГн, l = 10 мм процентное распределение Материала по отдельным фракциям существенно зависит от времени обработки . Из 6 кг загруженного материала крупностью 10—8 мм через 60 -70 мин обработки остается неизменным 16%.

Прирост процентного содержания мелких фракций происходит быстрее, чем средних; особенно велик выход тонкозернистой фракции менее 0,036 мм. При­меняются электрогидравлические установки для измельчения радио­активных и облученных материалов. Измельчение производится в вертикальной камере диаметром 25,4 или 57,2 мм с горизонтальными элек­тродами, расстояние между которыми изменяется в пределах 1,5—40 мм. Чистота импульсов составляет 15 Гц. При этом через ^камеру с радио-ктивным материалом насосом прокачивается деминерализованная вода со скоростью 8,3 л/мин. Максимальный выход частиц корунда при U = 80 кВ.

При дроблении гранитного щебня с начальными размерами около

100 мм и обработкой до 7—8 мм производительность составляет 0,5 т/ч. Функционируют двухкамерные десятиэлектродные установки Производительностью до 30 т/ч с исходной крупностью породы 150— 250 мм и конечной менее 15 мм. В табл. 21 приведены эксперименталь­ные данные электрогидравлического дробления материала.

Разрядно - импульсные методы разрушения горных пород на место­рождениях ценного кристаллосырья представляют интересную и перспективную область применения разрядной технологии, что обусловлено возможностью комплексирования процессов плоскостного разрушения и объемного дробления на одном участке работ.

Основной технологической задачей на месторождениях данного типа является сочетание разрушающего воздействия на породы заданной зоны с сохранностью самих кристаллов. Воздействие на разрушаемую зону может быть в виде Послойного направленного плоскостного разрушения или дробления. Перспективно также применение разрядно-импульсных методов для

обработки самих кристаллов.

При обработке кристаллов разрядно-импульсное воздействие должно обеспечить раскол кристалла в строго заданной плоскости и его сохранность вне этой плоскости. В этих ус­ловиях разрядно-импульсный метод должен

 

применяться для зарожде­ния в заданной плоскости кристалла микротрещин и их последующего развития в этой же плоскости, а также для разрушения вмещающих пород в пределах допустимой зоны и заданной плоскости.

Таким об разом, охранными объектами являются: при разведке и разработке мес­торождений с ценным кристаллосырьем — полости, камеры и гнезда, а также кристаллы; при обработке кристаллов — охранным объектом является сам кристалл, разрушаемый лишь в заданной плоскости или зоне.

Необходимость избирательного разрушения пород при разведке и разработке месторождений кристалло-сырья проиллюстрируем схе­мами, показанными на рис. 49. При применении разрядно-импульсной технологии во вмещающих породах образуется предохранительная зона. Для разрушения пород этой зоны по определенной схеме бурятся шпуры, в которые устанавливают электрогидравлические взрыватели (см. рис. 49, а).

Разрушая породы предохранительной зоны в направ лении полости, вскрывают эту полость. При выборе технологических параметров учитываются критические расстояния от электрогидравли­ческого взрывателя до полости ( ) и до ближайшего к взрывателю кристалла ( ) (см. рис. 49, б).

Образующиеся при электрическом разряде в жидкости волновые возмущения последовательно проходят через границы следующих сред: рабочая жидкость (вода) — вмещающие горные породы — шаровая ла­ва — ледовая оторочка — кристалл. В такой неоднородной системе раз­рушение должно носить избирательный характер — преимущественное разрушение получит компонент, имеющий минимальное сопротивление наиболее эффективному виду нагружения.

Такие разрушающие напряжения проявляются при действии растягивающих усилии, а наи­меньший предел растяжения имеет сам кристалл.

.

 

 

В наиболее распространенных кристаллах пластические деформации происходят при напряже­ниях свыше 0,5 • 10³ Па. Известно, что кристаллы в естественном сос­тоянии размещены в полостях (гнездах и жилах) хаотично, поэтому все расчеты технологических параметров должны производиться с учетом анизотропности кристаллов, т.е. следует учитывать их прочностные свойства по наиболее ослабленному направлению.

Условия сохранности крис-таллов в полости в общем виде могут быть представлены:

(4.65)

(4.66)

алл (4.67)

 

где индексы в, п, к соответственно характеризуют напряжения в волне,пределы прочности кристалла и скорости смещения частиц в по­роде и кристалле. Так как при разрядно-импульсном воздействии сме­щения частиц незначительны, то основой разрушающего воздействия на кристалл, являются волновые факторы.

 

Одним из основных условий сохранности кристаллов в полости является размещение разрядно-импульсных источников на безопасном для кристаллов расстоянии (обозначим ). Тогда условие сохранности кристаллов в полости имеет вид

r > r* или (4.68)

Напротив, условие разрушения кристаллов

r ;

 

где r — фактическое удаление РИ источника от кристалла; r_д — радиус действия РИ источника данной энергии.

Безопасное расстояние при действии РИ источника представим как

(4.70)

Где коэффициенты

Сохранность кристаллов может быть обеспечена локализацией волн напряжений в околополостной зоне за счет дробления породы вокруг полости, а также последовательным отколом слоев вмещающих пород в направлении к полости.

Таким образом, целесообразность применения разрядно-импульсной технологий на месторождениях ценного кристаллосырья обусловлена возможностью сочетания разрушения вмещающих горных пород с повышенной степенью сохранности самих крис­таллов. Так, для условий опытов на бетонных моделях с имитируемой кристаллосодержащей полостью установлено, что при интенсивном дроб­лении всей модели наличие породного целика мощностью более 5 х 10^-3 м является гарантией сохранности кристаллов.

Опыты выполнялись на моделях в виде куба ребром 100—200 мм и параметрах кон­тура U= 5 кВ, С = 300 мкФ. Также экспериментально на одном из мес­торождений подтверждена возможность плоскостного разрядно-импульсного разрушения вмещающих пород (базальтов) при вскрытии кристаллосодержащей полости.

 

 

Разрядно-импульсный метод обработки кристаллов основан на направленном воздействии в строго заданной плоскости. Параметры разрядного контура должны полностью исключить зарождение трещин вне плоскости раскола. Энергия, воздействующая на кристалл, должна быть достаточная для разрыва межатомных связей в плоскости (по­перечной или продольной) обработки. Для разделения кристалла по всей поверхности раздела необходимо преодолеть силы сцепления между ато­мами. Величина разрушающего напряжения составит

(4.71)

где Е — модуль упругости; Δa' — критическое удаление атомов, при котором начинаются потери устойчивости сил связей [39]; a_м — меж­атомное расстояние. Для большинства кристаллов Δа/а_м = 0,1. Тогда для распространенных кристаллов имеем σ_Т = 0,1 Е.

Для монокристаллов (4.72)

где γ — удельная энергия поверхностей разлома.

С учетом гетерогенности (т.е. систем, имеющих поверхность разде­ла) реальных кристаллов их прочность снижается, так как имеющиеся в них микротрещины являются концентраторами напряжений. Поэтому прочность реальных кристаллов характеризуют как

(4.73)

Где = (10² ÷ 10⁴) γ — эффективное значение удельной энергии, необходимой для получения новых поверхностей раздела. Формула (4.73) Учитывает снижение прочности реальных кристаллов, что является следствием из известной теории Гриффитса — Ирвина — Орована. Следует так же учесть снижение прочности реальных кристаллов из-за концен­трации напряжений в зонах зарождения трещин, что учитывается коэф­фициентом К_т. Тогда условие разрушения кристалла можно записать в виде

(4.74)

а развитее трещин в кристалле

(4.75)

Где Е — модуль Юнга;

— поверхностная энергия; а_м — межатомное

расстояние; σ_в — напряжение в волне.

Для типичных кристаллов значения параметров составляют:

К= ÷ Па ;

По Л.В. Степанову механизм зарождения микротрещин связан в кристаллах с пластическими деформациями. При обработке кристаллов разрядно - импульсным методом следует учитывать следующие методичес­кие положения:

очагом возможного разрушения кристалла является поверхностный дефект, направление которого формирует плоскость раскола; таким искусственным дефектом может быть царапина по поверхностям граней ;

процесс зарождения и развития трещин облегчен в областях с нор­мальным напряжением растяжения;

предел прочности кристалла при одностороннем растяжении примерно в 1,5 раза меньше, чем при многостороннем приложении этих же нагрузок;

прочность кристалла зависит от соотношения его линейных разме­ном: чем больше вытянут кристалл, тем меньше прочность. Критичес­ки размер кристалла, определяющий его разрушение при данных параметрах ударной волны, находится из выражения :

(4.76)

Где в наиболее ослабленной точке; λ - длина ударной волны амплитудой р_r .

разрушение кристалла можно вызвать одноразовым мощным импульсом или многократными маломощными импульсами;

для повышения эффективности разрядно-импульсного раскола необходимо устанавливать рабочее напряжение разрядного контура более 15 кВ, а ударные волны должны быть направлены на одну из граней, причем энергия волн должна быть сконцентрирована в плоскости раскола.

В лабораторных условиях производился разрядно-импульсный раскол кристаллов исландского шпата. Параметры разрядного конту­ра составили:

= 0.45 мм.

Для этих параметров раскол кристаллов исландского шпа­та производился по плоскости спаянности; интервал зоны гарантиро­ванного раскола составлял 8—25 мм, увеличиваясь с повышением ра­бочего напряжения разрядного контура. Таким образом, эксперимен­тально подтверждена возможность применения разрядно-импульсного метода для целей вскрытия кристаллосодержащих полостей и для обра ботки извлеченных кристаллов.

Комбинированный способ разрушения горных пород основан на сочетании разрядно-импульсного разрушающего воздействия с другим видом разрушения. Эффективность разрушения пород может быть по­вышена рациональным комбинированием воздействующих видов энер­гий.

В общем виде на объект разрушения воздействует разрядно-импульсное нагружение И и механическое усилие D. Выделив однократ­ный и многократный И_м импульсы, а также динамическое (D_к) и статическое (D_с) нагружения, получим возможные комбинации сум­мирующего разрушающего воздействия на объект:

Рациональный вид разрушения определяется осо­бенностями технологического процесса. Усилие D может осуществлять­ся за счет механической энергии других полей. Более проста схема, основанная на суммарном воздействии РИ источника и механического рабочего органа землеройной машины или механизма.

Особенность действия такого электрогидравлического рабочего органа заключает­ся в том, что он внедряется в предварительно ослабленную разрядно-импульсным воздействием породу и производит ее доразрушение. При этом воздействии вследствие импульсной энергии образуются зоны напряженного состояния и опережающее трещинообразование. Меха­нический рабочий орган производит последующее квазистатическое нагружение пород этой зоны. Для этой схемы рационально создание единого рабочего органа, оказывающего на породу динамическое (И₀ ,м ) и статическое (D _с) нагружения.

Последовательность этих видов нагружений может быть различной, так как разряд может быть осуществлен в начале или в конце рабочего хода, поэтому ослабленная разрядно-импульсным воздействием порода будет доразрушаться в данном ра­бочем ходе или в последующем.

Для этого электрогидравлического ра­бочего органа рационален свободный разряд; размещение электродов в рабочем органе землеройной машины может быть различным, что показано на рис. 50. Электроды монтируются в корпус рабочего органа землеройной машины.

Осуществление разряда возможно между элек­тродами (рис. 50, а) или между положительным изолированным электродом и корпусом, выполняющим роль отрицательного электрода (рис. 50 б.)

 

 

При действии электрогидравлического рабочего органа образуется зоны ослабленной (разрушенной) породы; объем зоны, ее площадь и глубина зависят от конструктивных параметров, размещения и числа электродов, в