Физические основы лазерного разрушения

Таблица 22. Основные технические данные электроимпульсных установок

Вид работы	Максимальное рабочее напряжение кВ	Максимальная запасаемая энергия кДж	Число взрывателей
Дробление массива горных пород	< 10	160-240	4-6
Дробление глыб негабарита, блоков	< 10	120-160	2-4
Направленный раскол глыб и монолитов	5-6	120-16	2-4
Пассировка блоков, глыб	5-6	6-120	2-4
Отбойка монолитов и глыб от массива	< 10	200-240	6-8
Дробление проб и образцов	35-70	20-30	< 10
Обработка кристаллов	25-40	5-20
Разработка массива пород комбинированным рабочим органом	< 10	200-240
Направленный раскол и измельчение кернового материала	<10	10-20	2-4 рабочих органа

При эксплуатации установок следует исклю­чать возможность выброса струи воды из шпура, выброса взрывате­лей и разлета кусков отбитой горной породы. Электрический разряд в жидкости сопровождается звуковым излучением, допустимый уро­вень которого составляет 75 дБ. При эксплуатации установок обяза­тельно применение индивидуальных средств защиты органов слуха -шлемофонов, спецустройств. При электрическом разряде в жидкос­ти рабочие должны находиться на расстоянии вне энергоблока, для чего установка обеспечивается выносным (дистанционным) пультом управления. Результаты опытно-промышленной проверки позволя­ют сделать следующие выводы:

1. Разрядно-импульсная технология направленного раскола и пас­сировки горных пород является высокопроизводительной энергосбе­регающей и экологичной.

2. В сравнении с применяемыми в настоящее время буроклиновым способом и буровзрывной технологией обеспечивает достижение вы­соких технико-экономических показателей; снижаются потери ценного минерального сырья

Рис. 52. Схема разрядно-импульсной отбойки.

1 - электрогидравлическая установ­ка;2 — мачта телескопическая;3 — передвижная рама;4 - шарнирная ра­ма; 5 - электрогидравлический взрыва­тель;6 — монолит; 7 — шпур

и общий урон природной среде (в частнос­ти, из-за отсутствия пыле- и газообразования), повышаются произво­дительность труда и уровень механизации работ, снижаются энергозат­раты и степень потенциальной опасности (в сравнении с БВР).

3. Появляется возможность перехода на механизированный ком­плекс выполнения таких трудоемких процессов, как отбойка моноли­тов, раскол на блоки и их пассировка. Вариант механизированной схе­мы показан на рис. 52. Схема включает самоходную электроимпульс­ную установку, которая снабжена выносной опорной рамой с телеско­пической мачтой. Отбитые от массива монолиты и глыбы подаются по конвейеру в цех, где производится их пассировка и дальнейшая обработка.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОГО РАЗРУШЕНИЯ

Создание мощных лазеров открывает возможность их примене­ния для разрушения горных пород. В настоящее время можно гово­рить о разработке модели лазерного разрушения, основанной на ла­бораторных исследованиях. Принцип подхода к проблеме разруше­ния является общим, основанным на кинетической теории прочнос­ти. Поэтому нет необходимости рассматривать отдельные горные по­роды или их группы по геологическому признаку. Однако можно ус­ловно разделить все материалы на три группы: 1) прозрачные аморф­ные материалы — гагат, янтарь, хригоклас и т.п.; 2) прозрачные крис­таллические материалы — кварц, топаз, коэсит, халцедон, сапфир и т.п.; 3) непрозрачные горные породы. Различия в коэффициентах пог­лощения в каждой группе здесь не играют существенной роли при раз­делении на группы.

Все горные породы и минералы можно рассматривать как диэлек­трики, особенно при высоких температурах. При построении моде­ли необходимо знать: величину порогового импульса, воздействие которого приводит к нарушению исходных свойств материала (воз­никновение микротрещин или микроповреждений), и развитие круп­ных трещин. Для этого необходимо построение модели, которая поз­воляет проследить все этапы лазерного разрушения, начиная с началь­ного этапа поглощения излучения и кончая появлением крупных тре­щин. Этот процесс связан как с поглощающими дефектами, так и со структурой материала. В настоящее время можно сопоставить аморф­ным материалом — модель разрушения прозрачных аморфных диэлек­триков (полимеры), кристаллическим — модель разрушения сили­катных стекол. При этом необходимо варьировать параметры моде­ли применительно к лазерному разрушению того или иного минерала. Эти модели в настоящее время развиты и обоснованы. Для разрушения непрозрачных горных пород можно предложенные модели расширить на ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.