Исследование эффективности разрушения горных пород

Выбор оптимальных параметров и формы импульса напряжения и энергетических характеристик канала пробоя сопровождается повышением эффективности разрушения горных пород, имеющих различные физико-механические и электрофизические свойства.

Представляет большой научный и практический интерес исследование влияния различных факторов на эффективность электроимпульсного разрушения, а именно: изменения доли энергии, выделившейся в начале пробоя и перешедшей в энергию ударных волн, время поступления энергии в накал пробоя, изменение межэлектродного расстояния, свойства горных пород и т. д.

Повышение объемной производительности импульса напряжения с увеличением межэлектродного промежутка сопровождается значительным снижением удельной энергоёмкости процесса. Так, при увеличении S в 3 раза (от 10 до 30 мм) для песчаника, гранита и мрамора объёмная производительность повысилась в 20 — 25 раз при снижении энергозатрат в 6 — 8 раз.

Повышение эффективности разрушения горных пород при использовании ПИНФ по сравнению с косоугольной волной напряжения может быть объяснено при рассмотрении характера выделения энергии в канале разряда и влиянием его на образование ударной волны в толще горной породы.

Процесс разрушения горных пород электрическими импульсными разрядами, по аналогии со взрывным разрушением, характеризуется отрывом некоторого объёма горной породы от массива под действием растягивающих напряжений.

Таблица 1. Эффективность разрушения горных пород электрическими импульсными разрядами.

При введении энергии в канал пробоя часть её расходуется на пластические деформации в зоне, равной двум — трём радиусам канала, а значительная часть переходит в энергию ударной волны. В зоне, прилегающей к каналу пробоя, ударная волна распространяется со сверхзвуковой скоростью, а за пределами этой зоны она переходит в волну сжатия, распространяющуюся в массиве со звуковой скоростью. Под действием волны сжатия (прямой волны) в горной породе возникают и развиваются радиальные трещины за счет тангенциальных растягивающих усилий. При достижении волной сжатия границы раздела горной породы и жидкой среды частицы горной породы, имеющие слабую преграду, начинают свободно распространяться в сторону границы раздела, вовлекая в этот процесс всё более отдаленные от поверхности горной породы участки среды. В массиве горной породы при этом распространяются отраженные волны напряжения, напряжения которых по знаку противоположны напряжению прямой волны.

Ранее нами отмечалось, что параметры ударной волны пропорциональны скорости нарастания мощности в канале пробоя P_ф? dN/dt. Следовательно, эффективность разрушения горных пород, находящаяся в прямой связи с параметрами ударной волны, может быть существенно повышена при увеличении P_ф за счет увеличения скорости нарастания мощности в канале пробоя.

Для качественной оценки величины напряжений, возникающих в горной породе при воздействии ПИНФ, нами выполнены экспериментальные исследования по определению энергетических характеристик накала пробоя и проведено сравнение с подобными данными, полученными при использовании косоугольных импульсов напряжения.