Разрядно-импульсный метод (электровзрыв)

Кратковременное, разрядно-импулъсное выделение энергии в жидкости вызывает появление в окружающей среде /массиве/ ударной волны механических напряжений, которая ее /его/ и разрушает. Разрядно-импульсный способ отличается от электротермических кратковременностью протекающих процессов и похож на взрывной, но в отличие от послед­него полностью управляем.

Практическое применение электровзрыва начато в 1952г. При этом электрогидравлическая установка подключается к сети переменного, тока напряжением 220 /380/В и промышленной частотой 50 Гц. Высоковольтным трансформатором это начальное напряжение повышают до 2-60кВ, а высоковольтным выпрямительным устройством преобразуют переменный ток в постоянный. Накопление электрической энергии осуществляется в конденсаторной, батарее. С достижением заданного уровня или по команде, оператора эта энергия может мгновенно выделиться, что обеспечит осуществление в нем электрического разряда в жидкости. Электрический разряд в жидкости - это импульсный процесс, характеризующийся мгновенным выделением большого количества энергии в первоначально малом объеме канала электрического разряда. Образование канала происходит под действием высокого электрического потенциала между положительным и отрицательным электродами.

Электрический разряд в жидкости, как и взрыв зарядов химических ВВ, является мощным источником импульсных нагружений.

Исследования показали, что 1г тротила эквивалентен по своей энергии 4-5,5кДж накопленной электрической энергии . При взрыве заряда ВВ образуется большое количество газообразных продуктов, объем которых в 2000-4000 раз превышает первоначальный объем заряда ВВ. Давление газообразных продуктов взрыва во взрывной камере достигает 500 МПа. При электрическом разряде в жидкости газообразование незначительное, поэтому разрушаемый объект испытывает преимущественное волновое воздействие /первичной ударной волны и вторичных волн сжатия/. Следовательно, если при взрыве ВВ бризантная форма является лишь частью общей работы, то при электрическом разряде в жидкости разрушаемая среда испытывает в основном бризантное воздействие.

При электрическом разряде в жидкости, особенно при взрыве проводника, возможна высокая концентрация энергии в заданном направлении, что в сочетании с кратковременностью электрического разряда в жидкости определит воздействие на среду в виде "кинжального удара".

Отмеченные факторы определяют особенности разрядно-импульсного воздействия на минеральную среду:

- основное влияние волновых процессов приводит к бризантному характеру воздействия и практическому отсутствию смещения разрушенных частей породного массива;

- интенсивное поглощение энергии при ее рассредоточении по длине источника и образующийся цилиндрический фронт волн обуславливает локализацию воздействия узкой зоной незначительного распространения вглубь породы. Это определяет избирательность разрушающего воздействия и возможность сочетания зон разрушения с охраняемыми зонами.

Принципиальная схема разрядно-импульсного (РИ) воздействия на разрушаемый массив предусматривает разрушение среды за счет непосредственного воздействия на массив. По этой схеме РИ-источник размещается в самой разрушаемой среде или в рабочей жидкости, в которой размещается объект воздействия. Схема, основанная на разрушении среды за счет сочетания механических и разрядно-импульсных воздействий основана на РИ - воздействии на разрушаемую зону среды, которое должно опережать во времени последующее механическое нагружение. Рабочий орган внедряется в предварительно ослабленную зону среды, что снижает общие энергозатраты на разрушение и расширяет область применения стандартных механических рабочих органов различных породоразрушающих машин и механизмов.

Технологическое оборудование разрядно-импульсной технологии включает: генератор импульсных токов (напряжений); технологический узел; блоки управления и контроля; вспомогательные блоки и системы.

Генератор импульсных токов предназначен для первичного преобразования электрической энергии. Технологический узел предназначен для преобразования электрической энергии в другие виды энергии и для переда дачи преобразованной энергии на объект обработки. Включает в себя: Рабочую разрядную камеру, рабочий орган в виде электродной системы или электрогидравлического взрывателя, устройство для впуска и выпуска рабочей жидкости и устройство перемещения электродов или взрывающего проводника.

Промышленные электроимпульсные установки делятся на стационарные, передвижные, самоходные и переносные. Напряжение имеет диапазон в пределах 2-35 кВ. Электрическая емкость накопительных батарей составляет 100-8000 МкФ. Число рабочих органов от I до 8. При использовании установок для разрушения монолитных блоков целесообразно применение наибольшего числа рабочих органов.

В таблице 5.1 приведены технические характеристики промышленных электроимпульсных установок. Следует отметить работоспособность и надежность базовой модели типа "Импульс".

Экономические преимущества разрядно-импульсной технологии - отсутствие пыле- к газообразования, отсутствие разлета кусков обрабатываемого массива, возможность разрушения заданных объемов в локальной плоскости, что уменьшает потери сырья при обработке. Социальные преимущества этой технологии заключаются в возможном повышении производительности труда при требуемой большей квалификации персонала, а также в снижении уровня потенциальной опасности по сравнению с ВВ. Однако переход на разрядно-импульсную технологию повышает в сравнении с БВР стоимость применяемого оборудования и увеличивает долю амортизационных отчислений в себестоимости работ.

Опытно-промышленное внедрение разрядно-импульсной технологии разрушения массивов осуществлялось на многих объектах геологоразведочных к горных предприятий. В практике работ применение получили разрядно-импульсные методы направленного разрушения глыб, монолитов и блоков, а также дробление негабарита, бетонных фундаментов к блоков, известны работы в этой области ряда организаций: СКБ Института тепло- и массообмена АН БССР, Казахского политехнического института, треста Магнитострои, ВПО "Союзкварцсамоцветы" МинГео СССР, Московского геологоразведочного института, Института геотехнической механики АН УССР, треста "Севосетинавтодор".

Таблица 5.1. Технические характеристики электроимпульсных установок.

При использовании электроимпульсных установок типа "Импульс" генератор монтируется на прицепе. Разрядно-импульсный источник выполнен в виде электрогидравлического рабочего органа с алюминиевым или медным взрывающимся проводником, рационально одновременное применение не менее двух взрывателей. Параметры взрывающихся проводников следующие: диаметр 0,8-1,7м длина 120-250 м. Каждый из взрывателей установлен в шпур так, чтобы взрывающийся проводник находился в рабочей жидкости, заполняющей шпур. В качестве рабочей жидкости используется техническая вода. Шпуры заполняют водой однофазово или непрерывно, что. зависит от трещиноватости массива.

Технологический цикл включает выполнение следующих операций: - разметка шпуров и их бурение. Расстояние между шпурами 200-8ООмм;

- подготовка электрогидравлической установки к работе - осмотр конденсаторов, узлов управления;

- подготовка электрогидравлических взрывателей к работе и нарезка отрезков взрывающихся проводников;

- монтаж взрывающегося проводника на взрывателе /10-15 с на один проводник/;

- заполнение шпуров водой;

- установка взрывателей в шпуры /15-20 с на один взрыватель/;

- отход рабочих на безопасное расстояние /не менее 15 м/;

- накопление электрической энергии /30-60 с на импульс/; - разряд и снятие остаточного напряжения /5-10 с на импульс/;

- подход рабочих к объекту разрушения /10-15 с/.

Рисунок 5.1- Принципиальные схемы разрядно-импульсного воздействия на массив:

1- зарядный контур; 2 - разрядный контур; 3 - электроимпульсная установка; 4 - импульсная камера /шпур/; 5 - электрогидравлический взрыватель; 6 - рабочая жидкость; 7 -контур зоны разрушения; 8 - массив; 9 - привод рабочего органа; 10 -рабочий орган; 11- зона разрушения.

По данным хронометражных наблюдений продолжительность цикла составляет 400-900 с. При составе рабочего звена 2 человека /оператор и проходчик/ часть операций цикла может быть совмещена во времени с процессом бурения.