CN112302653B - 一种能提高微波辅助加热效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波辅助破岩领域,具体涉及一种提高微波辅助加热效果的方法。本发明通过在微波加热过程中施加作用力,提前了孔隙的开启、扩大和连接的时间,减少加热时间,同时加大了岩石内部热场的不均匀性,最终提高了微波加热岩石的效果。本发明的方法操作简单,为快速破岩提供了新思路。
Description
技术领域
本发明涉及微波辅助破岩领域,具体涉及一种提高微波辅助加热效果的方法。
背景技术
人们通常采用凿岩、爆破的钻爆法对硬岩矿山进行开采。在回采过程中,矿体的可钻性和可爆性将对爆破效果产生重要的影响,尤其是当遇到岩体较为坚硬时,可钻性较差,钻孔速度慢、钻头磨损严重,破岩成本高,严重影响了矿体的开采工作,难以达到安全高效开采的要求。
目前已有将微波加热技术和采矿技术相结合的研究,水在微波电磁场的作用下会被加热,产生温升高压蒸汽。气体产物在微波辅助加热作用下的喷射力对孔隙的开启、扩大和连接有很大的促进作用。此外,微波选择性加热引起热应力扩大了裂缝并产生了新的裂缝,为流体提供了渗流空间。微波加热的效果与加热时间有关,一般随着加热时间的延长,将会破坏岩石内部热场的不均匀性,减小微波加热破坏的效果。另外,只有当气压大到一定程度才会开启或连接孔隙,打开固体介质中的裂缝,如何提高加热速度和加热效果暂无相应的解决方案。
因此,亟需一种能提高微波辅助加热效果的方法,提高硬岩矿山开采的效率。
发明内容
本发明为了解决上述问题,提供了一种提高微波辅助加热效果的方法,与常规微波加热相比叫而言,加热过程中分时段施加作用力,其提前完成了孔隙的开启、扩大和连接,并且在施加力的作用下增强了微波加热效果:孔隙开启、扩大和连接。具体技术方案如下:
一种提高微波辅助加热效果的方法,包括如下步骤:
(1)微波加热岩块至其中孔隙水成为气态水,向岩块施加作用力;
(2)当岩块中孔隙开启,扩大或连接时,停止施力;
(3)继续微波加热,所述气态水打开新的孔隙,其在缝隙中扩散后,继续向岩块施加作用力。
进一步的,所述微波频率范围为300MHz-3000GHz。
进一步的,所述步骤(1)中微波加热的温度为100℃-150℃。
进一步的,所述作用力可施加于岩块表面任何位置。
进一步的,所述作用力为垂直压力。
进一步的,步骤(2)中所述作用力施力时间为6秒以上。
进一步的,所述步骤(3)中微波加热的温度为100℃-150℃。
进一步的,步骤(3)中所述作用力施力时间为6秒以上。
进一步的,所述步骤(3)可重复至气态水蒸发完后停止。
进一步的,所述作用力可局部施加于岩块表面,也可均匀施加于岩块全表面。
本发明的有益之处在于:(1)在加热过程中施加作用力,是孔隙的开启、扩大和连接时间提前。(2)减少加热时间,热场的不均匀性更突出,有利于提高微波加热的效果,同时也降低了能耗。
附图说明
图1为一般岩块的微波辅助加热示意图。
图2为本发明的岩块加热后初次施力时的内部示意图。
图3为本发明的岩块初次施力后孔隙开启和连接时的示意图。
图4为本发明的岩块再次加热施力后的内部示意图。
图5为本发明的岩块内孔隙水全部变为气态水时的示意图。
图中,1-固体介质,2-孔隙,3-孔隙水,4-气态水,5-垫片。
具体实施方式
下面通过实施例和附图,对本发明进行进一步详细说明,应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明,本领域技术人员应该理解的是,在不偏离本发明的结构思路、使用范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换,但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例一种能提高微波辅助加热效果的方法
图1为一般的微波辅助加热示意图,在加热过程中水由液态变成气态,体积增大,在有限空间中空隙压力将增大。当气压大到一定程度将会将造成孔隙的开启、扩大和连接和固体介质中裂缝的打开。本发明与常规微波加热相比叫而言,施加作用力提前完成了孔隙的开启、扩大和连接,并且在施加力的作用下增强了微波加热效果(孔隙开启、扩大和连接),具体步骤如下:
1、在微波开始加热时不施加作用力,其中,所用到的微波频率范围为300MHz-3000GHz。在孔隙水被加热并从液态变成气态时,常压下,水的汽化温度为100℃,根据压力的不同,汽化温度有所不同,施加作用力,如图2所示。作用力将对岩块进行压密,空隙体积变小、开裂分闭合,施加的作用力可以垂直于岩块表面,亦可施以岩块表面有一定角度的力,例如35°和45°,并且可施于岩块表面任何位置,施力时间保持6秒及以上。岩石中的部分孔隙在气压作用和力对岩块的压力作用下开启、扩大和连接,这时需停止施加作用力,如图3所示。
2、在微波作用下气态水继续在新打开孔隙、裂缝中扩散。隔一段时间后,继续施加作用力,作用力将再次对岩块进行压密,空隙体积变小、开裂分闭合。岩石中的部分孔隙在气压作用和力对岩块的压密作用下开启、扩大和连接,施力时间至少保持6秒及以上,这时需停止施加作用力,如图4所示。
3、重复步骤2,等到水完全蒸发后可停止,如图5所示。
在微波加热过程中水从液态变成气态,随着加热的进行,孔隙压力变大,当达到固体强度时,固体破坏——孔隙开启、连接。而常规的微波加热在没有施加力的作用下,孔隙开启、扩大和连接会推迟,作用效果会减弱。微波加热的效果与加热时间有关,一般的随着加热时间的延长,将会破坏岩石内部热场的不均匀性,减小微波加热破坏的效果。在加热过程中施加作用力,是孔隙的开启、扩大和连接时间提前,减少加热时间,热场的不均匀性更突出,有利于提高微波加热的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提高微波辅助加热效果的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)微波加热岩块至其中孔隙水成为气态水,向岩块施加作用力;
(2)当岩块中孔隙开启,扩大或连接时,停止施力;
(3)继续微波加热,所述气态水打开新的孔隙,其在缝隙中扩散后,继续向岩块施加作用力;
所述步骤(1)中微波加热的温度为100℃-150℃;所述步骤(3)中微波加热的温度为100℃-150℃。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述微波频率范围为300MHz-3000GHz。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述作用力可施加于岩块表面任何位置。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述作用力为垂直压力。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中所述作用力施力时间为6秒以上。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)中所述作用力施力时间为6秒以上。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)可重复至气态水蒸发完后停止。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述作用力可局部施加于岩块表面,也可均匀施加于岩块全表面。
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