В самой сущности способа заложена возможность достижения более высокой в сравнении с механическими способами эффективности разрушения с низкими энергетическими затратами. При ЭИ разрушении механизм формирования в материале разрушающего поля напряжений аналогичен разрушению с помощью ВВ. Источник нагружения (канал разряда) находится в твердом теле, разрушение которого происходит за счет усилий растяжения. Учитывая, что прочность материалов на растяжение ниже в 3 – 10 раз, чем на сжатие, эффективность данного способа по сравнению с механическими способами должна пропорционально возрастать. Динамический характер нагружения обеспечивает хрупкое разрушение материала без потерь энергии на пластическую деформацию. По сравнению с использованием взрывчатых веществ ЭИ способ имеет то преимущество, что усилия, создаваемые в канале разряда, обеспечиваются подводом энергии от внешнего емкостного накопителя, и могут регулироваться по величине и во времени воздействия, что позволяет оптимизировать процесс разрушения в зависимости от физико-механических свойств горной породы. При этом энергозатраты на разрушение при электроимпульсном бурении скважин резко снижаются, так как разрушение происходит крупным сколом.
Эффективность электроимпульсного разрушения пород определяется в основном их электрофизическими, а не прочностными свойствами, а поэтому становится особенно высокой в сравнении с механическими способами разрушения по крепким и особо прочным породам. Между тем, электрическая и механической прочностью пород взаимосвязаны, хотя по электрической прочности горные пород отличаются не столь значительно, как по механической. На основании этого можно говорить о малой зависимости эффективности электроимпульсного бурения от крепости горных пород. Были проведены исследования и составлена предварительная классификация пород по их электрической прочности.
Вероятность внедрения канала разряда в горную породу
Как выше отмечено, в предпробивной стадии в горной породе под действием приложенного напряжения образуется токопроводящий канал, вероятность образования которого в горной породе зависит от ряда факторов, основными из которых являются: искажение электрического поля при различных диэлектрических проницаемостях твердых тел и жидких сред; влияние ёмкостных токов, протекающих на поверхности твёрдого диэлектрика; свойства поверхности твёрдого диэлектрика, которые способствуют сосредоточению на ней газовых пузырьков, влаги и т.д. Указанные факторы могут оказывать существенное влияние на вероятность пробоя Ψ горной породы в её параллельной комбинации с жидкой средой.
При изменении времени запаздывания разряда tз от 0,013 · 10-6с до 10-6с вероятность внедрения разряда во все исследованные породы, постепенно повышаясь, достигает оптимума. Затем происходит снижение Ψ. Поэтому некоторое снижение вероятности внедрения разряда при уменьшении tз, по-видимому, может быть объяснено сближением пробивных напряжений горных пород с напряжениями перекрытия по поверхности образца при увеличении перенапряжения, что отмечено при исследовании пробоя и перекрытия твердых диэлектриков в различных жидкостях при tз < 10-7с. Это связано, по-видимому, с тем, что началу ионизации в твёрдом диэлектрике предшествует ионизация в жидкости по поверхности образца [19], а процесс формирования разряда носит толчкообразный характер. Развитие в образце горной породы ионизационного процесса, появившегося позднее, чем в жидкости, зависит от скорости развивающегося поверхностного разряда. При относительно высокой скорости развития канала поверхностного разряда (область tз < 10-7с) сокращается длительность пауз между толчками и повышается вероятность блокировки поверхностным разрядом ионизационных процессов в горной породе, т.к. поверхностный разряд, в основном, развивается между электродами по кратчайшему расстоянию вследствие высокой напряженности поля в этом направлении. Следовательно, развитие ионизации в горной породе может происходить только во время пауз между толчками, когда скорость поверхностного разряда мала. Но в момент толчка ионизация в горной породе блокируется в связи с тем, что область наивысших напряженностей выносится на головку скользящего разряда в направлении к противоположному электроду.
Заключение
Результаты проведенных нами экспериментальных исследований на образцах горной породы показывают качественную картину электрической прочности и эффективности разрушения различных видов горных пород и могут быть использованы в практических целях (для проектирования и разработки буровых снарядов, наконечников; для определения параметров импульса напряжения для эффективного разрушения горных пород в определенных условиях) лишь при введении коэффициентов, определенных при проведении исследований многоимпульсной прочности горных пород и эффективности их разрушения при этом.
Список литературы
1. Клей Р.В., Кук М.А., Кейс Р.Т. В сб. Разрушение и механика горных пород.– М.: Госгортехиздат, 2012.
2. Лопатин Ю.С., Осипов Г.М., Перегудов А.АВ. Бурение взрывных скважин на карьерах.– М.: Недра, 2012.
3. Ракишев Б.Р., Шерстюк Б.Ф., Ястребов Е.К. и др. Бурение скважин в мерзлых горных породах.– М.: Недра, 2011.– 314 с.
Размещено на Allbest.ru