RU2500889C1 - Electrodischarge destruction method of solid materials - Google Patents
Electrodischarge destruction method of solid materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2500889C1 RU2500889C1 RU2012120134/03A RU2012120134A RU2500889C1 RU 2500889 C1 RU2500889 C1 RU 2500889C1 RU 2012120134/03 A RU2012120134/03 A RU 2012120134/03A RU 2012120134 A RU2012120134 A RU 2012120134A RU 2500889 C1 RU2500889 C1 RU 2500889C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductor
- discharge
- destruction
- plastic material
- shock wave
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
Abstract
Description
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.The invention relates to the mining and construction industries, in particular to the destruction of rocks and artificial solid materials using high-voltage pulsed discharges, and can be used to destroy oversized fragments of strong rocks in stone quarries, for sinking vertical inclined mine workings of a relatively large diameter, for disposal of concrete and reinforced concrete blocks, structures, etc.
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.A known method of destruction of rocks by electric current [SU No. 878934, IPC E21C 37/18, publ. 11/07/1981], in which pulses destroying the rock are supplied from the electric pulse generator to electrodes brought into contact with the rock, while the space in which the electrodes are installed is hermetically isolated from the rest of the volume and filled with gas before the pulses are supplied, electric strength which is higher than the electric strength of air, for example, with SF6 gas. The main disadvantage of this method is its low productivity and technological complexity, because it requires tight insulation of the electrode space and destruction occurs only between the electrodes superimposed on the rock surface, to a depth of not more than 1/3 of the interelectrode gap.
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.Known electro-hydraulic method of destruction of rocks and other solid materials [US No. 4479680, IPC E21C 37/18, publ. 10.30.1984], including the formation of a borehole on the surface of a solid material, filling it with liquid and placing an exploding conductor in it in a circuit with a capacitor device. During an electric explosion of a conductor, the shock wave is transferred by the liquid into the solid material in the form of a compression strain pulse, which propagates through the solid material until it is reflected from the free surface in the form of a tensile strain pulse, the tensile strain pulse mentioned being consistent with the strength of the solid material on stretching causes its local destruction. The disadvantage of this method is the difficulty in placing the fluid in horizontal and ceiling holes.
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.Partially indicated disadvantage is eliminated in the method of destruction by electric discharge selected for the prototype [EP 0858874, IPC
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.A common drawback of the previous two methods is the low coefficient of transfer of discharge energy into a solid material, since a liquid with a relatively low acoustic stiffness (1.5 ... 1.8 · 10 6 kg / m 2 s, which reduces the efficiency of transmission of pressure waves, and ultimately the destruction efficiency.
Задачей изобретения является создание эффективного способа разрушения строительных конструкций и сооружений, негабаритных обломков крепких горных пород и других твердых материалов.The objective of the invention is to provide an effective method for the destruction of building structures and structures, oversized fragments of strong rocks and other solid materials.
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.The technical result achieved by the proposed method is to increase the efficiency of rock destruction and utilization of concrete and reinforced concrete blocks and structures, spallation onto a free surface during tunneling and tunnel expansion by increasing the amplitude and reducing the energy losses of the shock wave due to refraction and reflection.
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.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of electric discharge destruction of solid materials, in accordance with the prototype comprising forming a hole in a solid material, placing a cartridge in it with a substance delivering a shock wave and an exploding conductor, and initiating a discharge by an exploding conductor, in contrast to the prototype, in quality the shock wave-transmitting substance uses a plastic material with acoustic stiffness close to the acoustic stiffness of the material being destroyed.
Целесообразно в качестве пластичного материала использовать полиэтилен.It is advisable to use polyethylene as a plastic material.
Целесообразно в качестве пластичного материала использовать пластилин.It is advisable to use plasticine as a plastic material.
Эффективность передачи ударной волны от канала разряда до разрушаемого материала зависит от согласованности акустических жесткостей передающего ударную волну вещества (передающей среды) и разрушаемого материала.The effectiveness of the transmission of a shock wave from the discharge channel to the material to be destroyed depends on the consistency of the acoustic stiffnesses of the substance transmitting the shock wave (transmission medium) and the material being destroyed.
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.].The use of a plastic transmitting medium, for example, polyethylene, plasticine, allows to increase the amplitude of the shock wave by limiting the area of the discharge burning (capillary discharge) [Marshak IS, Doinikov AS Pulsed light sources. - M .: Energy, 1978. -478 p.].
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.The invention is illustrated in figure 1, which shows the design of an electric blast cartridge for rock destruction, figure 2, which shows a diagram of electric blast destruction and figure 3, which shows the dependence of the energy introduced into the discharge channel from time to time for different transmission media.
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:The table shows the efficiency of transmission of shock wave energy from a discharge channel to a solid material, depending on the properties of the transmission medium and destructible solid material. Efficiency was calculated by the formula of refraction:
где Т- коэффициент прохождения ударной волны;where T is the shock wave transmission coefficient;
ρ1, с1 - плотность кг/м3 и скорость звука м/с передающей среды;ρ 1 , s 1 - density kg / m 3 and the speed of sound m / s transmission medium;
ρ2, c2 - плотность кг/м3 и скорость звука м/с разрушаемого материала.ρ 2 , c 2 - density kg / m 3 and the speed of sound m / s destructible material.
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.The choice of plastic material as a shock-wave-transmitting medium is due to its high acoustic rigidity and ductility. This avoids significant energy losses due to overgrinding due to the formation of cracks in the near-channel region and increases the wave energy transmitted from the discharge channel to the material to be destroyed by ~ 20 ... 25%. The table shows that polyethylene most effectively transfers wave energy.
На фигуре 1 представлена конструкция электровзрывного картриджа для разрушения горных пород, где 1 - передающая среда, 2 - взрываемый проводник, 3 - электроды.The figure 1 shows the design of an electric explosive cartridge for the destruction of rocks, where 1 is the transmission medium, 2 is the exploding conductor, 3 are the electrodes.
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.The figure 2 presents a diagram of an electric explosion. In the electric energy storage device, the resistance r z and inductance L are made up, respectively, of the resistance and inductance of the capacitor bank C, switch S, connecting busbars and
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:Figure 3 shows the dependence of the energy introduced into the discharge channel on time for different transmission media: 8 - plastic material, 9 - water. The energy introduced into the discharge channel was calculated by integrating instantaneous power:
где U - напряжение;where U is the voltage;
i - ток;i is the current;
W- выделяемая энергия;W - released energy;
Т0 - время выделения энергии;T 0 - time of energy release;
t - время.t is time.
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.The study of energy release in the discharge channel in water (according to the prototype) and in plastic materials (according to the proposed invention) was carried out on an electric energy storage device with a charging voltage of 10 kV, a capacity of 12 μF, an inductance of 1.067 μH, and an active resistance r z = 0.0197 Ohm. An exploding
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).The implementation of the method is presented on the example of a specific implementation. A hole was formed with a depth of 30 cm on the surface of a concrete block measuring 100 × 60 × 60 cm and grade B40, a
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.An advantage of the claimed method is to increase the efficiency of rock destruction by increasing the amplitude and reducing the energy loss of the shock wave, which is achieved by using a plastic material with acoustic stiffness close to the acoustic stiffness of the material being destroyed as a transmission medium.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012120134/03A RU2500889C1 (en) | 2012-05-15 | 2012-05-15 | Electrodischarge destruction method of solid materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012120134/03A RU2500889C1 (en) | 2012-05-15 | 2012-05-15 | Electrodischarge destruction method of solid materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2500889C1 true RU2500889C1 (en) | 2013-12-10 |
Family
ID=49711100
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012120134/03A RU2500889C1 (en) | 2012-05-15 | 2012-05-15 | Electrodischarge destruction method of solid materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2500889C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU666271A1 (en) * | 1978-03-20 | 1979-06-05 | Институт Горной Механики Ан Грузинской Сср | Method of fracturing construction panels along predetermined line |
RU2119398C1 (en) * | 1997-05-30 | 1998-09-27 | Михайлов Николай Павлович | Method for explosion cutting of hard materials and apparatus for performing the same |
RU2155262C2 (en) * | 1998-11-05 | 2000-08-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Device for cutting by blasting |
US6145934A (en) * | 1995-07-24 | 2000-11-14 | Hitachi Zosen Corporation | Discharge destroying method, discharge destroying device and method of manufacturing the same |
RU2163295C2 (en) * | 1999-04-02 | 2001-02-20 | ЗАО "Международный институт прикладной физики и высоких технологий" | Method of electrohydraulic breakage of solid bodies |
-
2012
- 2012-05-15 RU RU2012120134/03A patent/RU2500889C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU666271A1 (en) * | 1978-03-20 | 1979-06-05 | Институт Горной Механики Ан Грузинской Сср | Method of fracturing construction panels along predetermined line |
US6145934A (en) * | 1995-07-24 | 2000-11-14 | Hitachi Zosen Corporation | Discharge destroying method, discharge destroying device and method of manufacturing the same |
RU2119398C1 (en) * | 1997-05-30 | 1998-09-27 | Михайлов Николай Павлович | Method for explosion cutting of hard materials and apparatus for performing the same |
RU2155262C2 (en) * | 1998-11-05 | 2000-08-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Device for cutting by blasting |
RU2163295C2 (en) * | 1999-04-02 | 2001-02-20 | ЗАО "Международный институт прикладной физики и высоких технологий" | Method of electrohydraulic breakage of solid bodies |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5106164A (en) | Plasma blasting method | |
CN103615941B (en) | The blasting method of modernized railway shallow-buried sector | |
CN111396049B (en) | Safe and environment-friendly rock blasting device and method | |
CN105674818A (en) | Method driving energetic electrode to release energy and produce shock waves by high-voltage discharge | |
Kuznetsova et al. | Plasma blasting of rocks and rocks-like materials: An analytical model | |
Wang et al. | Experimental study on crushing of concrete columns by high voltage pulse discharge | |
US20170370155A1 (en) | Device and method for crushing rock by means of pulsed electric energy | |
Voitenko et al. | Evaluation of energy characteristics of high voltage equipment for electro-blasting destruction of rocks and concrete | |
RU2500889C1 (en) | Electrodischarge destruction method of solid materials | |
WO2011037546A2 (en) | Method of disintegrating materials and device for performing the method | |
CA2015102C (en) | Plasma blasting method | |
AU2015224617A1 (en) | Method for extracting methane from coal beds and from penetrating rock enclosing a coal bed | |
CN112709571A (en) | Coal mine tunnel rock burst prevention and control method based on controllable shock wave pre-splitting pressure relief | |
CN109127063B (en) | Hydraulic pre-tightening expansion electrode | |
RU2252393C1 (en) | Method for blasting and device for its realization | |
CN217330921U (en) | Safety system for thermal-combustion phase-change expansion cracking rock in rock blast hole | |
CN112709573B (en) | Method for preventing and controlling rock burst of hard coal face based on controllable shock wave presplitting | |
RU2163295C2 (en) | Method of electrohydraulic breakage of solid bodies | |
Wang et al. | European Journal of Electrical Engineering | |
Guan et al. | Rock Breaking Using Supercritical Carbon Dioxide (SC-CO2) Technology–A Safe, Efficient, and Sustainable Approach | |
Silva et al. | Electrohydraulic rock blasting: An alternative for mining in urban areas | |
CN111706390B (en) | Method for eliminating rock burst | |
Shi et al. | Application of high-pressure gas blasting in underground engineering construction | |
Chen et al. | Blasting methods for heterogeneous rocks in hillside open-pit mines with high and steep slopes | |
CN115143855A (en) | Safety system and method for expanding cracked rock through internal combustion phase change in rock blast hole |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180516 |