Дробление негабарита токами высокой частоты

Институтом горного дела им. А. А. Скочинского проводятся исследовании с целью расширения области применения токов высокой частоты для разрушения не только железных руд, но и других полупроводящих и диэлектрических горных пород, к которым относятся также и нерудные строительные материалы, такие как мрамор, граниты, известняки, песчаники, лабрадорит и т. п.

В отличие от полупроводящих железных руд диэлектрические горные породы и руды обладают большей электрической прочностью1 и очень высоким начальным сопротивлением, измеряемым десятками и сотнями другим. Поэтому высокочастотные установки, предназначенные для разрушения полупроводящих желез пых руд, оказались непригодными для разрушения нерудных (диэлектрических) горных пород.

Исследования показали, что эффективное раэрхшенне этих пород возможно осуществить двумя способами: контактным диэлектрическим нагревом и тепловым высокочастотным пробоем (высокочастотным контактным способом).

С применением метода контактного диэлектрического нагрева негабарит раз рушается в результате температурных напряжении, вызванных диэлектрическим нагре I поводы между электро дачи.

При разрушении негабарита высокочастотным контактным способом в породе происходит электротепловой пробой с образованием токопроводящего канала. В него направляется мошный элек трическин разряд. Нагревая породу (не посредственный переход электрической энергии в тепловую), он создает термоупругие напряжения, приводящие к разрушению негабарита.

В случае теплового высокочастотного пробоя значительная мощность выделяется из-за возникновения канала сквозной проводимости, т. е. в виде джоулева тепла. При контактном диэлектрическом нагреве поглощаемая мощность определяется величиной диэлектрических потерь в зоне наложения электродов. Как показали исследования, Наиболее эффективно происходит поглощение мощности диэлектрической породой при частотах выше 2000 кгц, тогда как для разрушения полупроводящих железных руд было достаточно частоты 70—200 кгц.

Разрушение большинства горных пород (диэлектриков) происходит, как правило, раньше, чем наступает высокочастотный тепловой пробой. За счет поглощения высокочастотной энергии горной породы под электродами образуются небольшие нагретые зоны, в то время как остальная масса куска остается холодной. Эти нагретые зоны представляют собой «тепловые клинья», создающие температурные напряжения внутри породы.

Исследование пробоя и разрушения горных пород проводилось на лабораторном высокочастотном генераторе мощностью 60 кет в диапазоне частот 3— 7 лгц при напряжении на рабочих электродах 3—10 кв. Образцы пород охватывались рабочими электродами в виде контактных клещей.

В качестве образцов типичных диэлектрических горных пород были использованы .различные виды гранитов, известняк. лабрадорит, асбест, мрамор и др.

Известняки Касимовских карьеров весом 100—460 кг были разрушены в течение 100—360 сек при напряженности поля до 400 в/с и и частоте генератора 3—4 мгц. Причем время разрушения зависело «е столько от размеров куска, сколько от параметров генератора по

частоте и напряженности поля. На рис 1 показано разрушение образца известняка путем приложения двух острых электретов, что в производственных у ловиих может Сыть применено при негабарита в карьере.

Пои переработке некоторых материалов на ДСЗ возникает необходимость разрушения негабаритного куска, например на rpoxoie или в зеве дробилки. Для проверки возможности раскола негабарита в таких условиях поставлены опыты с применением одного подвижного электрода, подведенного сверху (рис. 2). Вторым электролом служил металлический лист, на который укладывался образец известняка.

Следует отметить, что известняк разрушается значительно ниже таких строительных материалов, обладающих большей крепостью и хрупкостью. Опыты по разрушению известняка еще раз подтвердили, что увеличение напряженности электромагнитного поля привозит к росту поглощаемой породой мощности и сокращает время разрушения.

Разрушение образцов гранита Яниезского месторождения и «Резное» происходило без элекгротеллозг-о пробоя. Образец нагревался в плоскости, проходящей через оси электродов. Характер распределения температурного показывает, что в большинстве случаев оно имеет наибольшую температуру под электродами, так го нагрева.



Таким образом, нагрев материала происходит в небольшом объеме. Основной объем негабарита сохраняет .первоначальную температуру, а следовательно, и свойства.

Пробей образна сопровождается разрешением его на несколько частей. После пшбоя в породу поступала мощность от 30 до 60 кет, что приводило к расплавлению породы внутри канала и выбрасыванию расплавленной массы из- под электродов. Однако в этом случае прея пробоя значительно меньше времени разрушения.

Обобщенные результаты по разрушению диэлектрических пород представлены в таблице.

Разрушение образцов серого мелкозернистого гранита происходило за счет температурных напряжений от местного диэлектрического нагрева. При изменении частоты генератора в диапазоне 5.35—6.4 мгц и напряженности поля 130—480 в/см .время разрушения в пределах 480—80 сек.


В образцах лабрадорита, испытанных в том же диапазоне частот и значительно меньшей напряженности поля (165— 330 в/см), возникал тепловой высокочастотный пробой за время от 20 до 150 сек. Поглощаемая мощность, затрачиваемая на создание токопроводящего канала, была в пределах 15—30 кет.

Исследованиями установлено, что время разрушения образцов испытанных горных пород весом от 8 до 270 кг находится в пределах 20—480 сек и уменьшается экспоненциально по мере увеличения напряженности электрического поля.