ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2019, № 2 · СМЕЖНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

О возможности создания технологии "взрывного" разрушения массива горных пород - диэлектриков направленным электромагнитным потоком концентрированной энергии СВЧ

Л.М. Блинов1, А.П. Герасименко2,3, Ю.В. Гуляев1, А.В. Долголаптев4,5, В.А. Черепенин1

1 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
2 АО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», Москва, Россия
3 Academitian Mints Radio Engineering Institute, Россия
4 Национальный Научный Центр Горного Производства - ИГД им. А.А. Скочинского
5 National Scientific Center for Mining Production - A.A.Skochinsky Institute of Mining, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.2.4 EDN LBAOJS

Аннотация

Представлены результаты исследований электрических свойств горных пород-диэлектриков (песчаники, граниты и им подобные) в диапазоне СВЧ (λ= 1,0 - 20 см) и процессов их разрушаемости направленным электромагнитным потоком сконцентрированной энергии СВЧ на длине волны 5 см с мощностью СВЧ излучения до 50 кВт. Предложены различные способы и устройства для концентрации и ввода энергии СВЧ в горную породу. Рассмотрены механизмы разрушения крепких горных пород-диэлектриков в зависимости от их электрофизических свойств и параметров электромагнитного потока и их роль в выборе технологической схемы реализации способа проходки горного массива на радиофизическом принципе.

  • разрушение массива твёрдых горных пород-диэлектриков
  • разупрочнение и разрушение твёрдых горных пород
  • мощное СВЧ излучение
  • сфокусированный поток СВЧ мощности
  • "взрывной" эффект разрушения
  • destroying of hard rocks - dielectrics
  • destroying and disaggregation of hard rock mass
  • high power microwave field
  • focused microwave power
  • "explosive" effect of a destroying
Abstract (in English)

About a possible development of an explosive massive hard rocks-dielectrics destruction technology, based on a directed concentrated electromagnetic microwave power flux

Many different electrical and dielectrical characteristics of hard rock materials (as granites, sandstones, e t. c.) are presented here. The microwave region of electromagnetic wavelengths (1,0 ÷ 20 cm) was in the spotlight, because the main goal of authors was the maximum effective influence on these materials by this electromagnetic field to achieve a maximal destroying in available power level 50 kW. Different methods and arrangements are proposed here to concentrate and inject microwave power in massive hard rocks. To avoid an unwanted microwave breakdown in high electromagnetic power level, mechanical power addition from two or more sources of lower electromagnetic power, is proposed and confirmed experimentally. Also, a microwave power transport through a plasma channel by surface wave is proposed and accompanied by necessary calculations. Experimental arrangement, having a microwave power 50 kW, is described. It has a metallic ellipsoid reflector, which reflect microwave power from quasi-point source , located in neighbor focus of ellipsoid, into another focus. In this focus, probing the massive hard rocks, very high power concentration is achieved; it causes a destroying and disaggregation of a material. The main new approval of this work is existing of some “explosive” mechanism of destroying, which is very intensive and occurs when in material by the intensive microwave field action happens some phase transformation, and in the same time happens some active temporal change of a field. The result might many times exceed the expected. All conclusions, however, are now qualitative in nature and demand the careful experimental check and study. In the final part of a work the authors propose their opinion about prospects of method and compare it with other known methods. Their conclusions are very optimistic and encouraging.

Для цитирования

Блинов Л.М., Герасименко А.П., Гуляев Ю.В., Долголаптев А.В., Черепенин В.А. О возможности создания технологии "взрывного" разрушения массива горных пород - диэлектриков направленным электромагнитным потоком концентрированной энергии СВЧ // Журнал радиоэлектроники. – 2019. – № 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.2.4

Литература

  1. «Исследование возможности применения приборов "М"-типа для разрушения горных пород». Научно-технический отчёт (НТО) по теме «Гранит». Москва, ИГД им. А.А. Скочинского, 1965 г.
  2. «Разработка установки для разрушения горных пород энергией СВЧ» НТО по теме «Гранит I». Москва, ИГД им. А.А. Скочинского, 1968 г.
  3. Блинов Л. М., Гонтарев Г. Г., Кравченко В. С., Образцов А. П. «Способ разрушения горных пород» Авторское свидетельство №261330 с приоритетом от 27. 12. 1968.
  4. Блинов Л. М. «Исследования разрушаемости крепких горных пород энергией СВЧ с целью создания средств разрушения массива». Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук, Москва, ИГД им. А.А. Скочинского, 1970.
  5. Блинов Л. М., Ковальчук В. М. «О возможности комбинированного плазменно-волнового воздействия на горные породы». Тезисы доклада на II Всесоюзной конференции по термомеханическому разрушению горных пород. Днепропетровск, 1972.
  6. Блинов Л. М., Образцов А. П. «Расчёт параметров распространения электромагнитной волны вдоль проводящего стержня». Научные сообщения ИГД им. А. А. Скочинского, вып. 91. Москва, 1972.
  7. Блинов Л. М., Ковальчук В. М., Красновский С.С., «Образование плазменного факела при воздействии на горную породу энергией СВЧ» Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского, вып. 104. Москва, 1972
  8. Блинов Л. М., Ковальчук В. М., Красновский С. С., Образцов А. П. «Образование и движение плазменных сгустков в поле СВЧ излучения при радиоволновом разрушении горных пород» Научные сообщения ИГД им. А. А. Скочинского, вып. 126. Москва, 1975.
  9. Блинов Л. М., Красновский С. С., Образцов А. П. «Экспериментальные исследования взрывного разрушения горных пород в электромагнитном поле СВЧ». II Всесоюзная конференция по термомеханическому разрушению горных пород. Сб. статей. Днепропетровск, 1972.
  10. Блинов Л. М., Красновский С.С., Образцов А. П. «Особенности разрушения горных пород в СВЧ поле в зависимости от их физических свойств и условия реализации некоторых механизмов разрушения» Всесоюзная конференция вузов с участием ИГД. Москва, 1974.
  11. Красновский С. С. «Исследование взаимодействия электромагнитных полей ВЧ и СВЧ с горными породами для разработки способов и средств их разрушения». Диссертация в форме научного доклада на соискание учёной степени кандидата технических наук. Москва, ИГД им. А. А. Скочинского, 1999.
  12. Блинов Л. М., Уваров А.П., Цыганенко С. М. «Исследование комбинированного способа бурения горных пород с применением электромагнитных полей СВЧ и механического воздействия» Тезисы доклада на Всесоюзной конференции вузов с участием ИГД. Москва, 1974.
  13. Блинов Л. М., Козлов Ю. Н., Уваров А. П. «Об изменении сопротивляемости горных пород разрушению при комбинированном (СВЧ и механическом) воздействии». Труды III Всесоюзной конференции по термомеханическим методам разрушения горных пород. Тезисы доклада. Москва, 1976.
  14. Образцов А. П., Блинов Л. М., Цыганенко С. М. «Устройство для электромеханического разрушения горных пород». Авторское свидетельство №394547 с приоритетом от 3. 12. 1974.
  15. Образцов А. П., Блинов Л. М., Цыганенко С. М. «Электротермомеханический породоразрушающий орган». Авторское свидетельство № 435356 с приоритетом от 14. 03. 1972.
  16. Образцов А. П., Блинов Л. М., Цыганенко С. М. «Коронка для электротермомеханического разрушения горных пород». Авторское свидетельство №790273 с приоритетом от 3.12. 1971.
  17. Блинов Л. М., Двинских В. А., Образцов А. П., Цыганенко С. М. «Установка для электротермомеханического разрушения горных пород». Авторское свидетельство №576406 с приоритетом от 30. 11. 1973.
  18. Образцов А. П., Блинов Л. М., Цыганенко С. М. «Электротермомеханический породоразрушающий инструмент» Авторское свидетельство №530951 от 4. 11. 1974.
  19. Цыганенко С. М., Глатман Л.Б., Блинов Л. М. «Электротермомеханический породоразрушающий орган проходческого комбайна». Авторское свидетельство №1659650 с приоритетом от 19. 06. 1989.
  20. Красновский С.С. «Особенности формирования и расчёт температурных полей в горных породах с зависящими от температуры электрическими свойствами при ВЧ и СВЧ воздействии» Тезисы II Всесоюзной конференции, стр. 71- 74, 1981.
  21. Долголаптев А.В., Вороновский Ю.Д., Красновский С.С., и др. «Способы ВЧ контактного и СВЧ-механического разрушения крепких скальных и мёрзлых горных пород». Тезисы доклада. Якутск, Якутский научный центр, 1994. стр. 41 - 45
  22. Долголаптев А.В., Вороновский Ю.Д., Красновский С.С., и др. «Новая технология разрушения массива крепких горных пород с использованием энергии электромагнитного поля». Научные сообщения ННЦ ГП- ИГД им. А. А. Скочинского, вып. 308, стр. 115 - 121. Москва, 1998.
  23. Долголаптев А.В., Вороновский Ю.Д., Красновский С.С., и др. «Разрушение крепких горных пород в массиве на основе комбинированных электрофизических способов». Доклад на конференции «Неделя горняка» в МГГУ. Москва, 1998.
  24. «Исследования и определение новых областей применения мощных приборов СВЧ в народном хозяйстве и электронной технике». НТО по теме «Эксперимент». Москва, ИГД им. А.А. Скочинского, 1965 г.