автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Исследование электроимпульсного пробоя разрушения гранита и бетона в воде

На правах рукопири

2 ^

ЖГУН ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РГ6 ОЙ

? .} г- > '

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСИОГО ПРОБОЯ РАЗРУШЕНИЯ ГРАНИТА И БЕТОНА В ВОДЕ.

Специальность 05.14.12-Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2000

Работа выполнена на кафедре Техники и электрофизики высоких напряжений Томского политехнического университета.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент

Каляцкий Иван Иванович Важов Владислав Федорович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент

Усов Юрий Петрович Сафронов Владимир Николаевич

Ведущая организация: Институт угля и углехимии СО РАН, г. Кемерово

Защита состоится » ищи$. 2000 года в «15 » часов на заседании диссертационного совета К 063.80.05 при Томском политехническом университете по адресу: 634034, г. Томск, пр. Ленина.ЗО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан «22>>_Ж1_ 2000 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета, Д.т.н., профессор

им*/- /;

А.А. Дульзон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы:

Основной трудоемкой операцией при добыче и переработке полезных ископаемых является разрушение горных пород. К новым современным способам разрушения горных пород относятся электрофизические, так как они позволяют без промежуточной трансформации преобразовывать запасенную электромагнитную энергию непосредственно в работу разрушения.

Одним из перспективных направлений является разрушение горных пород электрическими разрядами, открытым в ТПУ электроимпульсным (ЭИ) способом. В этом способе рабочим инструментом является электрический импульсный разряд, формирующийся внутри горной породы. Разрушение горной породы происходит за счет суммарного действия механических напряжений, создаваемых вокруг канала электрического пробоя, вследствие высокого давления в канале и воздействия ударных воли. Возможность регулирования процесса разрушения за счет изменения энергии импульса и времени ее выделения дает достаточные предпосылки для разрушения прочных и сверхпрочных пород, руд и искусственных материалов.

Процесс ЭИ разрушения подробно изучен при использовании изоляционных жидкостей на нефтяной основе (трансформаторное масло, дизельное топ-пиво). Однако их использование при разрушении горных пород зачастую нежелательно вследствие высокой стоимости и экологического загрязнения. Дальнейшее развитие ЭИ способа разрушения связано с необходимостью ис-юльзовать в качестве изолирующей среды экологически безопасную и дешевую воду. Использование технической воды приводит к значительному сни-кению себестоимости разрушения, улучшению условий эксплуатации ЭИ установок и повышению безопасности при проведении работ. Поэтому в настоящее время реализация использования воды в качестве изоляционной жид/

:ости при ЭИ разрушении горных пород (бурении, резании) является одной из актуальных задач.

Однако при практическом использовании воды имеется ряд трудностей, которые не только тормозят, но и, по существу, не позволяют решить эту задачу при традиционном подходе к пробою горной пород на фронте импульса напряжения (ФИН) или на плоской части прямоугольного импульса (ПИНФ). Главные из них: необходимость повышения амплитуды импульса для компенсации потерь энергии вследствие растекания токов из-за высокой электропроводности воды, а также необходимость увеличения крутизны фронта импульса напряжения по сравнению с использованием изоляционных жидкостей с 300*500 кВ/мкс до 2000*3000 кВ/мкс. Это не позволяет производить разрушение горных пород в воде при дециметровых межэлектродных расстояниях, для разрушения с низким уровнем энергозатрат. Поиск эффективных путей, позволяющих осуществлять ЭИ разрушение горных пород в воде при дециметровых межэлектродных расстояниях является весьма актуальным, т.к. позволит более полно реализовывать достоинства данного способа разрушения горных пород.

Нами предложено и экспериментально подтверждено преимущество использования пробоя горных пород в воде на спаде импульса напряжения (СИН). При этом показано, что эффективность разрушения по сравнению с пробоем на ФИН или ПИНФ не снижается при сохранении основных преимуществ.

Работа выполнялась в рамках единого госбюджетного заказ- наряда НИИ ВН при ТПУ, тема 4.11.96. «Исследование и разработка высоковольтных источников для электроимпульсных технологий» (1996 г.); контракта с фирмами Komatsu- Mitsui «Демонстрационные испытания макета установки по электроимпульсному бурению скважин различного диаметра» (1996-1997 г.); контракта с фирмой Komatsu «Электроимпульсная технология обработки материалов и сред» (1997-1998 г.); единого госбюджетного заказ- наряда ТПУ, тема 1.09.104 «Исследование пробоя и разрушения изоляции в импульсных электрических полях и электрических полей и объемных зарядов в воздухе в промежутках с движущимся барьером» (1999-2000 г.).

Цель работы: поиск путей снижения пробивных напряжений горных пород, увеличения вероятности внедрения разряда и снижения требований к форме импульса напряжения для разрушения гранита и бетона в воде. Основные задачи работы:

1. Исследовать пробивные напряжения гранита и бетона в воде от времени воздействия напряжения, параметров воздействующего импульса, расстояния между электродами при пробое на спаде импульса с целью выбора параметров импульса, обеспечивающих максимальную вероятность внедрения разряда в разрушаемый материал и минимальные пробивные напряжения.

2. Исследовать характеристики разрушения гранита и бетона в воде при пробое на спаде импульса напряжения при дециметровых межэлектродных расстояниях для определения режимов, обеспечивающих эффективное разрушение. •

3. Разработать и испытать различные конструкции устройств для ЭИ разрушения горных пород в воде при дециметровых межэлектродных расстояниях, создать опытно демонстрационную установку.

Научная новизна работы: При исследовании вольтсекундных характеристик (ВСХ) гранита и бетона в воде при пробое на спаде импульса напряжения для межэлектродных расстояниях 20-450 мм и установлено:

-вероятность внедрения разряда в гранит и бетон при пробое на СИН по сравнению с пробоем на фронте импульса увеличивается вследствие изменения характера развития разряда по границе раздела «жидкость- твердое тело»;

-пробивное напряжение гранита при пробое на спаде импульса ниже на 40+60% по сравнению с пробоем на фронте импульса и плоской части прямоугольного импульса вследствие изменения характера развития разряда;

-пробивное напряжение гранита возрастает при увеличении длительности фронта импульса и уменьшения длительности импульса.

-Реализовано разрушение гранита и бетона в воде при пробое межэлектродных расстояний до 300 мм и проведена оценка его эффективности.

-Предложены рекомендации по конструированию породоразрушающих устройств, разработаны устройства электродных систем и подтверждена их работоспособность для разрушения в воде гранита и бетона при дециметровых межэлектродных расстояниях. Автор защищает:

- Преимущества способа ЭИ разрушения гранита и бетона при пробое в воде не на фронте импульса, а на его спаде, что приводит к снижению пробивного напряжения и возрастанию вероятности внедрения разряда.

- Результаты исследований характеристик ЭИ пробоя и разрушения гранита и бетона в воде при межэлектродных расстояниях до 300 мм.

- Перспективность использования рассматриваемого способа пробоя и увеличения эффективности разрушения горных пород в воде.

- Техническую реализацию устройств для ЭИ разрушения гранита и бетона в воде.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована необходимым объемом экспериментальных данных, обеспечивающих статистический анализ результатов, использованием современных методик измерений и соответствующей аппаратуры, а также экспериментальным подтверждением эффективности разрушения гранита и бетона в воде при дециметровых межэлектродных расстояниях на опытно- демонстрационных устройствах.

Практическая ценность и реализация работы:

1. Установленное снижение пробивных напряжений гранита и бетона в воде на спаде импульса по сравнению с пробоем на фронте импульса позволяет конструировать технологические ЭИ установки с более низкими требованиями к параметрам разрушающего импульса (амплитуда и крутизна фронта импульса, время до пробоя), а следовательно к установке в целом.

2. В рамках контракта с фирмой «КОМАТБШ в лабораторных условиях реализовано разрушение гранита и бетона в воде при межэлектродных расстояниях 100ч- 300 мм.

5. На основании полученных результатов разработаны и созданы опытные устройства для разрушения горных пород и бетона в воде: буровой наконеч-Н1к для бурения скважин диаметром 300 мм; электродные системы для снятия говерхностных слоев бетона с дециметровыми межэлектродными расстояниями.

к Результаты исследований могут быть использованы при разработке про-шшленных устройств для ЭИ разрушения горных пород в воде.

Апробация работы:

Основные положения и практические результаты работы докладывались и Осуждались на 11 и 12 IEEE International Pulsed Power Conferences (Балтимор 997, Монтерей 1999 г., США), первой, второй, третьей и четвертой Междуна-юдных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых им. Л. А.' Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 997,1998,1999,2000 г.), четвертой и пятой областных научно- технических онференциях молодежи и студентов «Современные техника и технологии» Томск, 1998,1999 г.), Международном семинаре «Нетрадиционные техноло-ии в строительстве» (Томск, 1999 г.), пятом Всероссийском научно- техниче-ком семинаре «Энергетика: экология, нгдежность , безопасность» (Томск, 999 г.), шестой Международной научно практической конференции студен-ов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» Томск, 2000 г.), Всероссийской научно- практической конференции «Эколо-эбезопасные технологии освоения недр Байкальского региона: современное □стояние и перспективы» (Улан- Удэ, 2000 г.), на научно- практической конференции по горным ударам (Таштагол, 2000 г.), на юбилейной научно- прак-ической конференции «Проблемы и пути эффективного освоения минераль-о-сырьевых ресурсов Сибири и Дальнего Востока» (Томск, 2000).

Публикации: по содержанию и результатам исследований опубликовано 4 работы.

Объем и структура работы: Диссертационная работа изложена на 124 границах основного текста, содержит 58 рисунков, 11 таблиц; состоит из вве-

дения, четырех глав, основных выводов, библиографии, включающей 139 источников, 4 приложений на 18 страницах. Общий объем диссертации 142 страницы.

*

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность тематики исследований, выполнен анализ основных проблем исследований и определена цель работы, сформулирована научная новизна результатов, отражена их практическая ценность, дана общая характеристика работы.

Первая глава посвящена описанию методики проведения экспериментальных исследований, объектов исследований и использованию методов математической статистики для обработки экспериментов.

Исследования проводились на двух испытательных стендах, укомплектованных аппаратурой для регистрации тока в разрядной цепи и напряжения на нагрузке. На одном стенде проводились эксперименты по получению ВСХ пробоя гранита и бетона и их разрушению при межэлектродных расстояниях, не превышающих 100 мм. Второй стенд, укомплектованный двумя генераторами импульсных напряжений (ГИН) использовался для проведения экспериментов по пробою и разрушению гранита и бетона при межэлектродных расстояниях до 300 мм. Используемое оборудование позволяло варьировать параметры импульса в интервалах, имеющих место в ЭИ технологии:

- Амплитуда импульса до 700 кВ;

- Разрядная емкость 25000+200000 пФ;

- Максимальная энергия в импульсе 3,2+ 45 кДж;

- Индуктивность разрядного контура 10,74-20,7 мкГн;

- Волновое сопротивление ГИН 10,3+20,7 Ом

Для регистрации параметров импульсов высокого напряжения и тока использовались два запоминающих осциллографа С8-14, омический делитель напряжения, токовый шунт и пояс Роговского. Градуировка измерительной системы производилась в соответствии с ГОСТ 17512-82.

Эксперименты проводились в водопроводной воде с удельным сопротивлением (3+5) 103 Ом см. В процессе проведения экспериментов проводился контроль удельного сопротивления воды.

В качестве образцов горных пород использовались блоки гранита с различными механическими характеристиками (граносиенит стсж=180 МПа, гранит среднезернистый стсж=160 МПа, гранит мелкозернистый сгсж=233 МПа). Образцы бетона приготовлялись из бетона марки М300 Томского завода ЖБК.

Для определения параметров импульса холостого хода ГИН и параметров импульса на нагрузке при пробое использовалась методика, соответствующая стандартам Международной электротехнической комиссии.

Для исключения и уменьшения систематических ошибок при обработке опытных данный использовались методы математической статистики.

Во второй главе изложены результаты исследований по пробою гранита и бетона в воде на спаде импульса напряжения.

Традиционно, пробой горных пород осуществлялся на фронте импульса (ФИН) (рис. 1а) или плоской части прямоугольного импульса напряжения (ПИНФ) (рис.16). Осуществление пробоя на спаде импульса (СИН) (рис.1 в) является новым подходом для разрушения горных пород, поэтому требуется изучить изменение пробивного напряжения горных пород от времени приложения напряжения.

В результате проведенных исследований установлено, что, как и при пробое на ФИН, для пробоя гранита в воде на СИН характерна критическая экспозиция напряжения Ц, менее которой вероятность внедрения максимальная и постигает 100%. При времени до пробоя 1пр>1кр вероятность внедрения резко

и

V

V

Рис.1 Пробой на ФИН (а), ПИНФ (б) и СИН (в).

снижается. Но, в отличие от пробоя на ФИН, значение tKp при пробое на СИН существенно больше (в 10*12 раз). При увеличении межэлектродного расстояния при пробое на СИН величина ttp линейно возрастает и не зависит от вида горной породы (рис.2). Все приведенные нами зависимости построены для случая 100% внедрения разряда в гранит и бетон. Таким образом установлено, что критическая экспозиция напряжения для S до 150 мм составляет не менее 1*4 мкс.

МКС

3,0 2,0 1,0

0' 50 100 S, мм

Рис.2 Зависимость критической экспозиции напряжения от межэлектродного расстояния для гранита и бетона, о- гранит; •- бетон.

Проведенными ранее в ТПУ исследованиями установлено, что пробивное напряжение горных пород независимо от окружающей жидкости возрастает при увеличении крутизны фронта импульса при пробое на ФИН, и уменьшении длительности импульса при пробое на ПИНФ. Проведенными нами исследованиями по пробою гранита на СИН установлено, что при увеличении длительности фронта импульса в 3 раза пробивное напряжение гранита возрастает в 1,6 раза, при этом время возникновения 100% вероятности внедрения увеличивается в 2,8 раза (рис. 3). Крутизна фронта импульса напряжения, при которой происходит 100% внедрение, изменяется в широком диапазоне (табл.1) и меньше, чем требуется при пробое на фронте импульса (2000*3000 кВ/мкс).

Таблица 1.

Длительность фронта импульса ^ мкс 0,25 0,35 0,625 0,75 Примечание

Максимальная крутизна фронта импульса Ама1(С, КВ/МКС 1050 730 430 375 AMaire-Unp/tnp

Минимальная крутизна фронта импульса Аиин, кВ/мкс 560 530 290 265 AM„H-U„p/t,j,

ч*

«в

123

\ \ \

1 1 \ \ ".Г ^ 2

1 1 /А«5 \

! 1

< « «V

Рис.3 Вольтсекундные характеристики пробоя гранита в воде при одинаковой длительности импульса (^=3 мкс).

1- ^=0,25 мкс; 2- гф=0,35 мкс; 3- Ц,=0,б25 мкс; 4- ^=0,75 мкс.

По литературным и полученным нами данным была проанализирована зависимость минимального пробивного напряжения от длительности фронта импульса (рис.4). Установлено, что длительность фронта, при которой имеет место минимальное пробивное напряжение составляет 1ф= 0,1+0,2 мкс. Этот эффект зависит, в первую очередь, от условий формирования объемного заряда в жидкости вблизи электродов и скорости развития разряда в твердом теле.

Рис.4 Зависимость минимального пробивного напряжения гранита в воде от длительности фронта импульса. Точка 1- данные В.И. Брылина.

Установлено, что увеличение длительности импульса приводит к снижению пробивного напряжения гранита, а при пробое на фронте длительность импульса не влияет на величину пробивного напряжения (рис. 5). Это обусловлено, главным образом, зависимостью скорости развития разряда от величины воздействующего напряжения: чем больше длительность импульса, тем выше скорость развития разряда и пробой происходит, по сравнению с импульсом имеющим меньшую длительность, за более короткое время или при Золее низком напряжении.

Рис.5 Вольтсекундные характеристики пробоя гранита в воде при одинаковой длительности фронта импульса (t$~0,25 мкс).

1-1„=3,15 мкс; 2-1„=3,75 мкс; 3- область пробоя на фронте импульса.

Из-за отсутствия необходимых данных по пробою горных пород в воде проводилось сравнение полученных результатов с данными по пробою гранита в трансформаторном масле. Такое сравнение правомочно, исходя из известных механизмов развития разряда, как в жидкости, так и в твердом теле. Например, как показано в работах И.И Каляцкого и B.C. Малахова, пробивное напряжение горных пород не зависит от вида жидкости. По данным В.Я. Ушакова характер развития разряда по поверхности твердого диэлектрика в при-электродной зоне слабо зависит от вида окружающей жидкости. Сравнивая полученные нами результаты изменения пробивного напряжения гранита от межэлектродного расстояния с данными при пробое на ФИН и ПИНФ установлено, что на СИН пробивное напряжение меньше (рис.6): при фиксированном времени до пробоя пробивное напряжение гранита на СИН снижается на 40+60% (табл.2). Необходимо отметить, что прочность гранита на сжатие в наших экспериментах составляла СТсж=160+180 МПа, а при пробое на ФИН стсж= 100ч-120 МПа.

Таблица 2

Порода S, мм tnpj мкс Пробивное напряжение ип-ис/ип иф-ис/иф

На ПИНФ U„, кВ На ФИН U4,kB На СИН Uc, кВ

Гранит 20 0,5 258 310 130 0,5 0,58

30 281 395 175 0,38 0,56

Рис.6 Зависимость импульсного пробивного напряжения от расстояния между электродами. Время до пробоя 1пр= 0,5 10 6 с.

1-Пробой в трансформаторном масле на ФИН. 2- Пробой в трансформаторном масле на ПИНФ. 3- Пробой в воде на СИН.

Разряд в диэлектрике начнется в том случае, если напряжение приложенное к образцу превысит напряжение зажигания разряда. Напряжение зажигания разряда в жидкости меньше, чем в твердом диэлектрике, поэтому разряд первоначально начинает развиваться в жидкости. По мере развития разряда по поверхности вглубь промежутка у электродов образуется объемный заряд '03), который приводит к выравниванию электрического поля в жидкости. Дальнейшее увеличение напряжения приводит к тому; что напряженность на границе ОЗ возрастает, и происходит зажигание разряда в твердом диэлектри-<е. Напряжение зажигания разряда в твердом диэлектрике Ц,т возрастает с увеличением крутизны фронта импульса, поэтому при воздействии ПИНФ на-фяжение зажигания разряда больше, чем при пробое на ФИН или СИН, т.к. срутизна фронта импульса на ПИНФ в десятки раз выше. Поэтому, несмотря ¡а одинаковый дальнейший характер развития разряда при пробое на СИН и ШНФ, пробивное напряжение на ПИНФ больше, чем на СИН.

При формировании канала пробоя на ФИН напряжение зажигания разряда | твердом диэлектрике и3т мало отличается от такового на СИН. Но после дос-ижения величины изт напряжение продолжает возрастать и все процессы юрмирования канала пробоя в твердом диэлектрике завершаются на фронте мпульса. При этом возрастает напряженность на границе объемного заряда в

жидкости, возрастает скорость развития разряда в твердом диэлектрике и в жидкости, сокращается время формирования канала пробоя. Увеличение напряженности на границе объемного заряда в жидкости вызывает дальнейшее развитие стримерных разрядов по поверхности параллельно с разрядом внутри твердого диэлектрика. По данным Б.В. Семкина, скорость развития разряда в твердом диэлектрике в 1,5-КЗ раза выше, чем по поверхности, но учитывая, что путь разряда по поверхности на 20*30% короче, чем в твердом диэлектрике, возможно опережение разрядом по поверхности разряда в твердом диэлектрике. При пробое на СИН, разряд в твердом диэлектрике развивается при неизменном и даже медленно снижающемся напряжении, поэтому разрядные процессы в жидкости происходят менее интенсивно, чем на ФИН. В результате, вероятность завершения разряда внутри твердого тела резко возрастает и достигает, как и в случае пробоя на ПИНФ, величины 100%.

В результате исследований пробоя гранита и бетона в воде на спаде импульса напряжения установлено:

- осуществление пробоя на СИН приводит к возрастанию вероятности внедрения разряда в гранит до 100% при времени воздействия напряжения существенно больше, чем на ФИН и с увеличением межэлектродного расстояния вероятность внедрения не снижается;

- при пробое гранита имеет место оптимальная длительность фронта импульса (^=0,1*0,2 мкс) при которой величина пробивного напряжения гранита минимальна;

- увеличение длительности фронта импульса 0,2'10"6 с и уменьшение длительности импульса приводит к возрастанию пробивного напряжения гранита;

- при пробое на СИН пробивное напряжения гранита на 55-58 % ниже, чем при пробое на ФИН и на 38-50% ниже, чем на ПИНФ;

- требования к форме импульса при пробое на СИН снижаются: уменьшается крутизна фронта и амплитуда импульса напряжения, увеличивается время до пробоя. Это облегчает конструирование и условия работы источников высокого напряжения при ЭИ разрушении горных пород.

Третья глава посвящена исследованию пробоя и разрушения гранита и бе-' тона в воде при межэлектродных расстояниях до 300 мм. Данные исследования проводились для оценки эффективности разрушения гранита и бетона в воде при пробое на СИН.

Сравнение полученных нами результатов по пробою гранита и бетона в воде на СИН проводилось с данными по пробою гранита и бетона в трансформаторном масле на ФИН, т.к. в воде подобных экспериментов не проводилось. Установлено, что и для дециметровых межэлектродных расстояний при пробое на СИН происходит снижение пробивного напряжения и увеличение времени до пробоя по сравнению с пробоем на ФИН. В табл.3 приведены результаты сравнения для гранита и бетона.

Таблица 3

Порода Э, мм и„Д кВ ипД кВ 1поС, МКС ^р* МКС 1 с/( ♦ и 7 и ф

Гранит 100 350 660 0,6 0,3 2,0 1,89

Бетон 100 240 300 0,35 0,27 1,3 1,25

В табл.3 ипрс, 1прс- пробивное напряжение и время до пробоя на СИН в воде; илрф, ^р^- пробивное напряжение и время до пробоя на ФИН; Б- межэлектродное расстояние.

В реальных технологических процессах ЭИ разрушения (бурение, резание) на горную породу происходит многоимпульсное воздействие. Поэтому оценка эффективности процесса разрушения гранита и бетона проводилась при воздействии нескольких импульсов и неизменном положении электродов.

Проведенными исследованиями по многоимпульсному разрушению гранита и бетона в воде установлено, что удельные энергозатраты изменяются в зависимости от количества воздействующих импульсов. Изменение удельных энергозатрат от числа воздействующих импульсов имеет минимум. Число импульсов, при котором наблюдается минимум удельных энергозатрат, для рас-:тояний между электродами 100+300 мм происходит при воздействии 2+4 им-тульсов.

При многоимпульсном воздействии увеличение межэлектродного рас-;тояния от 10 до 300 мм (30 раз) приводит к возрастанию удельного объема

разрушения в 1110 раз (с 0,154 до 171 см3/имп), при этом удельные энергозатраты уменьшаются в 14,5 раза (от 1450 до 100 Дж/см3). Максимальная глубина откольной воронки линейно возрастает с увеличением межэлектродного расстояния. Полученные результаты аналогичны данным по разрушению горных пород в трансформаторном масле на ФИН и ПИНФ, что свидетельствует об их достоверности.

В результате проведенных исследований по разрушению гранита и бетона в воде установлено:

- принципиальная возможность разрушения гранита и бетона в воде при расстояниях между электродами до 300 мм;

- использование пробоя на СИН позволяет в 1,3*2 раза увеличить время до пробоя, что приводит к снижению пробивного напряжения горной породы в 1,25*1,9 раза без уменьшения эффективности процесса;

- при многоимпульсном воздействии на гранит удельные энергозатраты на разрушение изменяются от числа поданных импульсов, минимум энергозатрат наблюдается при воздействии 2*4 импульсов;

- разрушение гранита и бетона в воде при пробое на СИН не менее эффективно, чем в трансформаторном масле при пробое на ФИН.

В четвертой главе проведены исследования эффективности режимов разрушения гранита и бетона при некоторых технологических операциях: отбойка от массива породы, разрушение поверхностных слоев бетонных изделий, предложены рекомендации к конструированию электродных систем для работы в воде, разработаны и испытаны устройства для разрушения гранита и бетона.

В рамках контракта с японской фирмой Кот^и «Электроимпульсная технология обработки материалов и сред» (1997-1998 г.) проведены эксперименты по разрушению гранита с предварительно забуренными шпурами. Целью экспериментов являлось определение возможности отрыва кусков гранита от массива при проходке стволов большого диаметра, туннелей. Установлено, что при расстояниях между электродами 200*300 мм и глубине шпуров

50-5-100 мм возможно производить отрыв гранита от массива при многоимпульсном воздействии. Увеличение глубины шпуров с 50 до 100 мм, при расстоянии между ними 300 мм, приводит к увеличению удельной производительности импульса с 391 до 1031 см3/имп.

Изготовлены и испытаны электродные системы для разрушения поверхностного слоя бетона с расстоянием между электродами 90 мм. Разрушение поверхности бетона происходит с низкими удельными энергозатратами. Производительность очистки поверхности зависит от частоты следования импульсов и скорости перемещения электродов. Показатели разрушения поверхности бетона М300 приведены в таблице 4.

Таблица 4

Режим работы Циклический Непрерывный

Рабочее напряжение, кВ 320 320

Глубина очистки, см 2,9 2,2

Разрушенный объем за один импульс, см3/имп 2М 41,8

Время на разрушение, сек 50 15

Удельные энергозатраты, Дж/см3 80 41

Затраты энергии на единицу площади, кВт ч/м2 0,9 . 0,25

Скорость очистки, м2/час 4,5 6,8

Частота следования импульсов, имп/сек 1,7 1,5

Так как при работе в воде электродная система имеет низкое сопротивление (десятки Ом), то происходит снижение амплитуды импульса напряжения. По данным А.Ф. Усова, при сопротивлении нагрузки меньше 100 Ом необходимо применять специальные схемы формирования импульсов напряжения, вместо ГИН по схеме Аркадьева- Маркса. Эксперименты проводились с целыо выбора соотношения между сопротивлением нагрузки (электродной системы) и волновым сопротивлением генератора гги„, при котором снижение амплитуды импульса напряжения незначительно. Установлено, что при соотношении сопротивления нагрузки (электродной системы) в воде к волновому сопротив-тению ГИН К„щ/2:ми >(4+5), снижение амплитуды напряжения составляет 15+20%. (рис.7). Дальнейшее увеличение данного соотношения слабо влияет

на изменение снижения амплитуды импульса. Это позволяет, при параметрах имеющихся ГИН (ггии= 10+20 Ом), осуществлять успешное разрушение горных пород и бетона в воде при сопротивлении нагрузки в пределах 50+80 Ом.

Рис.7 Зависимость снижения напряжения на нагрузке Ди от величины соотношения сопротивления нагрузки Янагр и волнового сопротивления ГИН ггин. Сгин=0,035 мкФ.

Кроме этого потери энергии в предпробивной стадии и снижение амплитуды импульса происходят из-за токов растекания с поверхности электродной системы. Величина токов растекания определяется как площадью электродов так и напряженностью на их поверхности. Исследованиями установлено, что при пробое в воде напряженность электрического поля на элементах электродной системы оказывает больше влияния на потери энергии в предпробивной стадии, чем их площадь. Для снижения потерь энергии предложено нерабочие элементы электродной системы выполнять такой конфигурации, чтобы максимальная напряженность на их поверхности не превышала Емакс^(40+50) кВ/см.

Нами показано, что имеющая место низкая надежность работы полиэтиленовой изоляции в воде определяется несмачиваемостью ее поверхности, так как Имеющаяся на поверхности полиэтилена воздушная прослойка создает благоприятные условия для развития скользящих разрядов. Повышение надежности работы твердой изоляции электродных систем может быть достигнуто двумя путями. Во- первых, необходимо использовать в качестве изоляции хорошо смачиваемые в воде материалы (резину, керамику, стекло и т.д.). Во-вторых в точке касания изоляции и металлического электрода (так называемая

«тройная точка») необходимо создавать напряженность на поверхности электрода ниже, чем напряженность зажигания разряда по поверхности изоляции в воде. В этом случае возможно использование материалов для изоляции с плохо смачиваемой поверхностью (полиэтилен, фторопласт и т.д.). На основании проведенных исследований предложена конструкция и изготовлен буровой наконечник для бурения скважин в воде диаметром 270 мм и расстоянием между электродами 90 мм, который в настоящее время проходит успешные испытания.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложен способ осуществления пробоя горных пород и искусственных материалов в воде на СИН, который позволяет на 40-60% снизить уровень

пробивных напряжений по сравнению с пробоем на ФИН и ПИНФ. Вероятность внедрения составляет 100% при соблюдении условия 1г,р<1кр.

2. Обнаружено существование оптимальной длительности фронта импульса, при которой пробивное напряжение горной породы в воде минимальное. При пробое гранита оптимальная длительность фронта импульса составляет 1ф=0,1 -),2 мкс, для расстояния между электродами 30 мм. Уменьшение длительности шпульса приводит к возрастанию пробивного напряжения.

5. При осуществлении пробоя на СИН требования к форме импульса напря-кения становятся менее жесткими по сравнению с ФИН, уменьшается крутиз-1а фронта импульса напряжения (А< 1000 кВ/мкс), увеличивается время до гробоя, снижается пробивное напряжение.

■. Впервые проведено разрушение гранита и бетона в воде для межэлектрод-ых расстояний до 300 мм и показано, что разрушение на СИН в воде не менее ффективно, чем на ФИН в изоляционных жидкостях.

. Показана возможность отрыва породы от массива при наличии в ней шпу-ов при расстояниях между электродами 200-300 мм, при этом удельная про-зводительность импульса возрастает с увеличением глубины шпура.

6. Предложены рекомендации по конструированию породоразрушающих устройств для работы в воде. Разработаны: устройства для разрушения поверхностного слоя бетона; двухэлектродные устройства для резания щелей в граните и бетоне; буровой наконечник диаметром 270 мм для бурения скважин в воде.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Бажов В.Ф., Жгун Д.В. Бурение скважин электрическими импульсными разрядами.// Тезисы докладов Первого международного симпозиума «Молодежь и проблемы геологии».- Томск: Изд. ТПУ, 1997. С.163-164.

2. Исследование процесса бурения горных пород и искусственных материалов электрическими импульсными разрядами. Отчет о НИР НИИ ВН при ТПУ; Руководитель Боев С.Г.-№ГР 02.9.70 0 03478. УДК 622.243.94 (088.8)- Томск, 1997.51 с.

3. Исследование электроимпульсного разрушения гранита в воде. Отчет о НИР НИИ ВН при ТПУ; Руководитель Бажов В.Ф.- №ГР 02.9.70 0 04910 УДК 622.243.94 (088.8)- Томск, 1997. 36 с.

4. Электроимпульсное разрушение гранита и бетона в воде. Отчет о НИР НИИ ВН при ТПУ; Руководитель Боев С.Г.- №ГР 02.9.80 0 00133 УДК 622.243.94 (088.8)- Томск, 1997. 57 с.

5. Электроимпульсное разрушение материалов в воде при дециметровых промежутках. Отчет о НИР НИИ ВН при ТПУ; Руководитель Боев С.Г.- №ГР 02.9.70 0 04933. УДК 622.243.94 (088.8)- Томск, 1997. 119 с.

6. S. Boev, V. Vajov, D. Jgun, V. Muratov, S. Peltsman, A. Adam, K. Uemura. Electropulse technology of boring.// Abstract of 11th IEEE International Pulsed Power Conference- USA, Baltimore, 1997. p.55.

7. S. Boev, V. Vajov, D. Jgun, V. Muratov, S. Peltsman, A. Adam, K. Uemura. Electropulse technology of material destruction and boring.// Digest of Technical Papers 11th IEEE International Pulsed Power Conference- USA, Baltimore, 1998 Vol.1, pp.220-225.

8. V.Vazhov, D. Zhgun. Prospect of electropulse drilling of rock in water.// Abstract of the Second Russian- Korean International Symposium on Science and Technology. Russian, Tomsk, 1998. p.55.

9. Жгун Д.В. Перспективы электроимпульсного бурения горных пород в воде.// Материалы докладов Второй международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых им. Академика М.А. Усова. 4.2- Томск: Изд.НТЛ, 1998. С.65-66.

Ю.Жгун Д.В., Кругляков О.Г., Бажов В.Ф. Новые аспекты электроимпульсно-"о разрушения в воде.// Сб. статей Четвертой областной научно- практической сонференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техни-са и технологии». Томск: Изд. ТПУ, 1998. С.32.

11.Жгун Д.В, Важов В.Ф. Разрушение поверхностного слоя бетона электриче-:кими импульсными разрядами.// Сб. статей Четвертой областной научно-фактической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». Томск: Изд. ТПУ, 1998. С.32-33. 2.Патент РФ № 2142562. Адам A.M., Боев С.Г., Важов В.Ф., Жгун Д.В., Лев-енко Б.С., Муратов В.М., Пельцман С.С. Электроимпульсный способ разрушения горных пород и искусственных материалов. Приоритет от 04.11.1999. 3.S. Boev, V. Vajov, D. Jgun, В. Levchenco, V. Muratov, К. Uemura. Destruction f granite and concrete in water with pulse electric discharges.// Abstract of 12th BEE International Pulsed Power Conference- USA, Monterey,-1999- p.34. • 4.S. Boev, V. Vajov, D. Jgun, B. Levchenco, V. Muratov, A. Adam, K. Uemura. •estruction of granite and concrete in water with pulse electric discharges,// Digest f Technical Paper 12th IEEE International Pulsed Power Conference- USA, Mon-:rey, 1999. pp.1369-1371.

5.Боев С.Г., Важов В.Ф., Жгун Д.В., Каляцкий И.И. Исследование условий ирушения материалов электрическими импульсными разрядами.// Тезисы вкладов Всероссийского электротехнического конгресса "На рубеже веков: гоги и перспективы". Т.1. Москва, 1999.

16.Жгун Д.В. Некоторые вопросы конструирования бурового наконечника для электроимпульсного бурения в воде.// Труды Третьего Международного им. Академика М.А. Усова научного симпозиума студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр». Томск: ТПУ, 1999. С.281-282.

17.Важов В.Ф., Жгун Д.В., Левченко Б.С., Муратов В.М., Пельцман С.С. Технология разрушения горных пород электрическими импульсными разрядами.// Сб. научных трудов 5-ой НТК "Перспективные материалы, технологии, конструкции". -Красноярск: Изд. КГАМиЗ, 1999. С.178-181.

18.Важов В.Ф., Жгун Д.В., Левченко Б.С., Муратов В.М. Особенности электроимпульсного разрушения гранита и бетона в воде.// Материалы международного научно-технического семинара "Нетрадиционные технологии в строительстве". 4.1. Томск: Изд. ТГАСУ, 1999. С.231-324.

19.Важов В.Ф., Жгун Д.В., Муратов В.М. Экологичная и энергосберегающая технология разрушения горных пород и искусственных материалов электрическими импульсными разрядами.// Тезисы докладов Международной НТК "Энергосбережение, экология и безопасность". Тула: Изд. ТулГУ,1999. С.16-18.

20. Бажов В.Ф., Жгун Д.В. Исследование пробоя горных пород и бетона в воде электрическими импульсными разрядами.// Материалы докладов 5-ой Всероссийской НТК "Энергетика: экология, надежность, безопасность". Томск: Изд. ТПУ, 1999. С.73-75.

21. Бажов В.Ф., Жгун Д.В., Муратов В.М. Исследование разрушения гранита в воде при использовании дециметровых промежутков.// Материалы докладов 5-ой Всероссийской НТК "Энергетика: экология, надежность, безопасность". Томск: Изд. ТПУ, 1999. С.75-77.

22. Бажов В.Ф., Жгун Д.В. Муратов В.М. Электроимпульсный способ разрушения горных пород.// Материалы Всероссийской НПК «Экологобезопасные технологии освоения недр Байкальского региона: современное состояние и

перспективы» (к 300-летию учреждения Приказа рудокопных дел). Улан- Удэ: Изд. БНЦ СО РАН, 2000. С.95-100.

23.Бажов В.Ф., Жгун Д.В. Муратов В.М. Применение электроимпульсного разрушения горных пород и бетона для строительных нужд.// Материалы Международной НПК «Технология энергосбережения, строительство и эксплуатация инженерных систем». СПб.; Изд. СПбГТУ, 2000. С.51-53.

24.Важов В.Ф. ,Жгун Д.В., Мураюв В.М. Электроимпульсный способ бурения скважин.// Материалы юбилейной научно- практической конференции «Проблемы и пути эффективного освоения минерально-сырьевых ресурсов Сибири л Дальнего Востока». Томск: Изд. 8ТТ, 2000. С.263-265.

ТПУ

Подписано к печати 24.05.2000. Формат 60*84/16. Бумага CopyLine. Печать RISO. Усл.печ.л. 1.34. Уч.-изд.л. 1.21. Тираж 100 экз. Заказ 121. НПФ ТПУ. Лицензия ЛТ№1 от 18.07.94. Типография ТПУ. 634034, Томск, пр.Ленина, 30.

Введение и постановка задачи исследования

ГЛАВА 1 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, ИЗМЕРЕНИЙ, АППАРАТУРА

1.1 Источники высокого напряжения

1.2 Испытательные стенды

1.3 Образцы горных пород

1.4 Контроль сопротивления воды и электродных систем

1.5 Устройства, схемы и методика измерений

1.6 Методика определения параметров импульса напряжения

1.7 Методика получения вольтсекундных характеристик

1.8 Методика проведения экспериментов

1.9 Методика обработки результатов

1.10 Ошибка эксперимента »

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБОЯ ГРАНИТА И БЕТОНА НА СПАДЕ

ИМПУЛЬСА НАПРЯЖЕНИЯ 2Л Исследование вольтсекундных характеристик пробоя гранита и бетона в воде на спаде импульса напряжения

2.2 Исследования зависимости пробивного напряжения от параметров воздействующего импульса

2.3 Гипотеза о развитии разряда на границе раздела твердое тело-жидкость

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ ГРАНИТА И БЕТОНА В

ВОДЕ НА СПАДЕ ИМПУЛЬСА НАПРЯЖЕНИЯ.

3.1 Анализ литературных данных по разрушению горных пород при пробое на ФИН и на ПИНФ

3.2 Исследование вероятности внедрения разряда и энергоемкости разрушения гранита и бетона в воде при пробое на спаде импульса 72 напряжения

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ

УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО РАЗРУШЕНИЯ 84 В ВОДЕ ГРАНИТА И БЕТОНА.

4.1 Разрушение гранита в воде при использовании шпуров

4.2 Выработка рекомендаций к конструированию электродных систем породоразрушающих инструментов для работы в воде

4.3 Выработка рекомендаций к конструированию изоляции электродов породоразрушающих устройств для работы в воде

4.4 Конструирование и испытание электродных систем для разрушения гранита и бетона в воде

Основной и наиболее трудоемкой операцией при добыче и переработке полезных ископаемых является разрушение горных пород. В настоящее время существует более 40 способов разрушения горных пород. Классификация и достаточно подробные обзоры этих способов приведены в работах [1-6]. Анализируя эти работы, можно отметить, что в настоящее время практически невозможно создание универсального способа, обладающего способностью разрушать горные породы различной крепости с одинаковой достаточно высокой эффективностью. Неизбежным недостатком наиболее распространенных механических способов разрушения, как следствие применения интенсивного давления на породу, являются высокие удельные энергозатраты, малая стойкость и высокий износ разрушающего инструмента. Другой особенностью механических способов разрушения материалов является ярко выраженная зависимость показателей разрушения от крепости породы, и особенно резкое снижение эффективности разрушения по скальным породам и мерзлым грунтам. Определяя основные требования к новым перспективным методам разрушения материалов, главными можно назвать следующие:

- бездолотное разрушение горных пород, устраняющее ограничения, накладываемые стойкостью породоразрушающего инструмента, и исключающее потери энергии на трение;

- импульсное разрушение горной породы, устраняющее значительный расход энергии на пластическую деформацию, позволяющее концентрировать большие мощности при невысоких исходных количествах энергии и уменьшать объемную работу разрушения;

- отсутствие диспергирования породы во всех видах технического разрушения, кроме измельчения, т.е. обеспечение дискретного регулируемого разрушения, устраняющего затраты энергии на излишнее обнажение поверхности в продухах разрушения;

- нагружение горной породы с преобладанием напряжений разрыва и сдвига, а не сжатия, т.к. прочность на разрыв и сдвиг у горных пород существенно (в 1015 раз) ниже прочности на сжатие;

- отсутствие промежуточных преобразований энергии, связанных со значительными ее потерями;

- хорошая управляемость характером и направленностью разрушения.

Общепризнанно, что электрическая энергия является на сегодня одним из самых экономичных и универсальных видов энергии для технических применений. Поэтому к наиболее перспективным способам разрушения горных пород в настоящее время относятся электрофизические [1,2,5-9], так как они позволяют без промежуточной трансформации преобразовывать запасенную электромагнитную энергию непосредственно в работу разрушения.

Ряду сформулированных выше требований к эффективному способу разрушения твердых тел отвечает электрогидравлическое разрушение (ЭГР) [1013]. Воздействие на твердое тело осуществляется через промежуточную жидкую среду, в которой при электрическом пробое или электрическом взрыве проволочки формируются волны сжатия. Однако заметного повышения эффективности разрушения не получено, вследствие значительных энергетических затрат (разрушение происходит за счет волн сжатия) и неудовлетворительных массогабаритных параметров установок ЭГР не нашло сколько-нибудь широкого применения в горном деле, за исключением раскола негабаритов [10,11] и отдельных специфических случаев, когда решающим фактором являются технологические особенности дробления: чистота продукта дробления, регулируемость грансостава и пр. Критериям эффективного разрушения отвечают электротермические способы, в основе которых лежит разрушение материала под действием термонапряжений, возникающих при формировании перегретого участка внутри его объема [1,2,5,9]. Нагрев материала может осуществятся ВЧ и СВЧ электромагнитным полем , токами промышленной и высокой частоты, в том числе при дуговом разряде в твердом теле. Но подобные методы имеют высокие удельные энергозатраты и могут разрушать породы, имеющие высокую электропроводность [1,2].

В Томском политехническом университете предложен и разрабатывается новый способ разрушения горных пород, в котором реализуются все основные критерии эффективного разрушения. Способ основан на управляемом разрушающем действии электрического импульсного разряда в твердом диэлектрике. В основу способа положено установленное явление превышения электрической прочности жидких диэлектриков над электрической прочностью твердых диэлектриков при экспозиции напряжения 10"6 с и менее, которое зарегистрировано как открытие [14] (рис. 1). Способ позволяет разрушать твердые тела, например, горные породы, имеющие одну свободную поверхность, располагая на ней систему высоковольтных и заземленных электродов (наложенные электроды). При это электрический разряд с определенной степенью вероятности завершается пробоем твердого диэлектрика (рис.2,а). Разрушение твердого тела происходит за счет суммарного действия механических напряжений, создаваемых вокруг канала электрического пробоя, вследствие высокого давления, развиваемого в канале и напряжений возникающих в среде при распространении образованных ударных волн [15]. На этом принципе возможно осуществлять различные виды технического разрушения непроводящих и полу проводящих материалов: бурение скважин сплошным и кольцевым забоем (рис.2,в) [16-25], дробление руд (рис.2,б) [26-29], резинотехнических изделий [30] и др., резание и обработку камня (рис.2,а) [31-36], извлечение металлической арматуры из некондиционных железобетонных конструкций (рис.2,г) [37-39], очистку труб от накипи [40,41], активацию буровых растворов [42], подготовку геологических проб [43], диспергирование растительного сырья [44] и т.п. Исследования, проведенные в ТПУ [15,45-47], позволили выявить ряд существенных преимуществ ЭИ способа разрушения по сравнению с применяемыми в практике: - высокая избирательность дробления и измельчения неоднородных по структуре материалов; кВ

200

100

10"

1 110 мм Х-" v V

• ч

4 6 8 10

Рис.1 Вольтсекундиые характеристики (ВСХ) пробоя диэлектриков [34]. 1. трансформаторное масло; 2- фторопласт- 4; 3. техническая вода.

1 2 д - — - - f ■ - ■ •" ■ J ч / ^

В) Г)

Рис.2 Схемы разрушения твердых диэлектриков электроимпульсным способом. 1- высоковольтный электрод; 2- заземленный электрод; 3- твердый диэлектрик; 4- канал пробоя. а) откалывание; б) дробление; в) бурение; г) разрушение железобетона.

- отсутствие многократной трансформации энергии из одного вида в другой позволяет выделять до 75% запасенной энергии накопителя в канале пробоя;

- скорость и энергоемкость разрушения, главным образом, определяются электрофизическими и упругими свойствами материалов и мало зависят от их твердости и абразивности;

- незначительный износ породоразрушающего инструмента, т.к. разрушение материала осуществляется электрическим разрядом в его толще;

Установки для ЭИ разрушения достаточно компактны, транспортабельны и могут изготавливаться, в основном, из элементов освоенных электротехнической промышленностью.

Кроме этого систематические исследования ЭИ способа показали, что его основные параметры поддаются регулированию в очень широком диапазоне. 4

Так, при длительности энерговклада 10" - 10" с, развиваемая мощность в канале

7 0 й 1Л пробоя достигает 10-10 Вт, давление в канале 10 -10 Па [48-50]. Такие параметры канала пробоя создают достаточные предпосылки для разрушения прочных и сверхпрочных пород, руд и искусственных материалов.

К настоящему времени проведены исследования по разрушению различных горных пород при пробое на фронте импульса напряжения (ФИН) [16,20,45,46,51-53] (рис.За) и прямоугольном импульсе с наносекундным фронтом (ПИНФ) [19,54,55] (рис.Зб). При этом:

- исследованы вольтсекундные характеристики горных пород, различных жидких сред и твердых диэлектриков в резконеоднородном поле и проведено их сопоставление;

- определены зависимости разрушения горных пород от параметров импульса напряжения и межэлектродного расстояния;

- выяснен характер выделения энергии и мощности в канале пробоя в зависимости от параметров разрядного контура. При этом выделение энергии в канале носит осциллирующий характер, а время выделения энергии достигает сотен микросекунд;

- проведены исследования вероятности внедрения разряда в горную породу и эффективности разрушения.

Эффективность ЭИ способа разрушения горных пород показана на примере бурения скважин [56] (рис.4). Видно, что удельные энергозатраты на разрушение для ЭИ способа с увеличением межэлектродного расстояния S уменьшаются по гиперболическому закону и при S= 300-400 мм составляют 10-20 Дж/см3. При таких межэлектродных расстояниях минимальный диаметр бурового наконечника составляет 1000-1200 мм и процесс бурения осуществляется с высокой эффективностью [57-59]. Для сравнения приведены удельные энергозатраты на бурение скважин диаметром 200 мм по породам средней крепости различными традиционными способами [2]. Для ЭИ способа бурения это соответствует межэлектродному расстоянию S^ 80 мм. Из рис.4 видно, что уже при L= 20-30 мм (диаметр бурового наконечника не менее 100 мм) ЭИ способ бурения является конкурентоспособным с традиционными способами бурения. При этом стоимость установок для ЭИ бурения ниже, чем аналогичных механических машин [60].

Дальнейшее развитие ЭИ способа разрушения связано с необходимостью использовать в качестве изолирующей среды экологически безопасные и дешевые жидкости. Как показано в работах [17,19,20,33,61], использование технической воды приводит к значительному снижению себестоимости разрушения, улучшению условий эксплуатации ЭИ установок и повышению безопасности при проведении работ. Поэтому в настоящее время вопросу использования технической воды в качестве изоляционной жидкости при ЭИ разрушении горных пород (бурении, резании) уделяется большое внимание [62-64].

Однако при практическом использовании воды имеется ряд трудностей, которые не только тормозят, но и, по существу, не позволяют решит данную задачу при пробое на ФИН. Электродная система в воде имеет значительную емкость (сотни- тысячи пикофарад), наличие которой приводит к увеличению длительности фронта импульса, и малую величину сопротивления (десятки-сотни Ом), что вызывает перераспределение напряжения между источником

Рис.3 Пробой на ФИН (а), ПИНФ (б) и СИН (в). wyj

Дж/си3 300

600

400

200

0 100 200 300 400 3,мм

Рис.4 Зависимость удельных энергозатрат для ЭИ разрушения горных пород от межэлектродного расстояния.

-- гурбннное бурение шаоошечное

-- бур< - алмазное буре» ;нне 1ие ударное бурение вращательное бурение -взрывное бурение

1 ! ■-ч импульсов и нагрузкой и, как следствие, снижение амплитуды напряжения на ней. Кроме этого в воде усиливаются токи растекания, что также приводит к снижению амплитуды импульса и искажению его фронта. Анализ имеющихся работ [20,33,53,55,65] показывает, что из- за деформации импульса на нагрузке и потерь энергии в предпробивной стадии необходимо значительно повышать исходную амплитуду импульса напряжения и уменьшать длительность его фронта. При этом крутизна импульса напряжения должна составлять не менее А=200СМ-3000 кВ/мкс, что значительно'выше, чем при пробое в диэлектрических жидкостях (А=300^-500 кВ/мкс) [47,66]. Для решения данных проблем использовались следующие технические мероприятия:

- использование воды повышенной степени очистки (рв>104 Ом см), что значительно увеличивает сопротивление электродной системы и уменьшает токи утечки. Однако, удельное сопротивление воды понижается при контакте с горными породами и металлом электродной системы [55,67], поэтому требуется ее обессоливание в процессе работы [51,55], что повышает трудоемкость процесса;

- уменьшение длины неизолированной части электродов позволяет уменьшить токи утечки и снизить емкость электродной системы [20,33,68]. Однако на сегодняшний день не определен вид изоляции стойкой к ударным нагрузкам, характерным для ЭИ технологии и обладающей высокой электрической прочностью;

- уменьшение длительности фронта импульса напряжения, сокращает снижение амплитуды напряжения и деформацию импульса [33,68]. Однако уменьшение времени до пробоя приводит к возрастанию напряжений пробоя горных пород, следовательно, требует повышения амплитуды исходного импульса. Использование для этих целей ПИНФ позволило на 15-30% снизить пробивное напряжение горных пород по сравнению с ФИН в диапазоне времен 300-500 не и существенно повысить вероятность внедрения разряда и эффективность разрушения [19]. Исследования были проведены для малого диапазона межэлектродных расстояний (10-30 мм), что не дает возможности прогнозировать изменения пробивного напряжения для более длинных промежутков.

Однако перечисленные выше меры либо недостаточно эффективны, либо требуют сложных схемных решений. Одним из путей, позволяющих уменьшить потери напряжения и, следовательно, повысить эффективность разрушения горных пород в воде является уменьшение напряженности на электродной системе. Как установлено в ряде работ [16,46,52], увеличение пробивного напряжения в зависимости от межэлектроднсто расстояния носит нелинейный характер, а с возрастанием межэлектродного расстояния эффективность ЭИ разрушения резко возрастает (рис.4). Увеличение межэлектродного расстояния позволяет существенно снизить напряженность поля на электродах, что приводит к уменьшению снижения амплитуды напряжения. Однако, при пробое горных пород в воде на ФИН, даже в этом случае требуются значительные амплитуды напряжения (мрамор: S= 30 мм, U(,r=350 кВ [46]; гранит: S= 40 мм, Ulip=470 кВ [52]), что создает проблемы для разработки источника импульсов напряжения небольших габаритов с требуемыми параметрами и рассчитанного на длительный режим работы.

Таким образом, требуется новый подход к проблеме ЭИ разрушения горных пород в воде при приемлемых для технического исполнения параметрах источника напряжения. Поэтому, целью данной работы является поиск путей снижения требований к параметрам импульса напряжения, уменьшения пробивных напряжений горных пород, увеличения вероятности внедрения разряда и, как следствие, повышение эффективности ЭИ разрушения горных пород. Нами [62,69-71] была предложена и экспериментально подтверждена возможность осуществления пробоя горных пород в воде на спаде импульса напряжения (СИН) (рис.Зв). При этом эффективность разрушения не снижается по сравнению с пробоем на ФИН или ПИНФ при сохранении основных преимуществ.

Работа выполнялась в рамках единого госбюджетного заказ- наряда НИИ ВН при ТПУ, тема 4.11.96. «Исследование и разработка высоковольтных источников для электроимпульсных технологий» (1996 г.); контракта с фирмами Komatsu- Mitsui «Демонстрационные испытания макета установки по электроимпульсному бурению скважин различного диаметра» (1996-1997 г.); контракта с фирмой Komatsu «Электроимпульсная технология обработки материалов и сред» (1997-1998 г.); единого госбюджетного заказ- наряда ТПУ, тема 1.09.104 «Исследование пробоя и разрушения изоляции в импульсных электрических полях и электрических полей и объемных зарядов в воздухе в промежутках с движущимся барьером» (1999-2000 г.). •

Цель работы: поиск путей снижения пробивных напряжений горных пород, увеличения вероятности внедрения разряда и снижения требований к форме импульса напряжения для разрушения гранита и бетона в воде. Основные задачи работы:

1. Исследовать пробивные напряжения гранита и бетона в воде от времени воздействия напряжения, параметров воздействующего импульса, расстояния между электродами при пробое на спаде импульса с целью выбора параметров импульса, обеспечивающих максимальную вероятность внедрения разряда в разрушаемый материал и минимальные пробивные напряжения.

2. Исследовать характеристики разрушения гранита и бетона в воде при пробое на спаде импульса напряжения при дециметровых межэлектродных расстояниях для определения режимов, обеспечивающих эффективное разрушение.

3. Разработать и испытать различные конструкции устройств для ЭИ разрушения горных пород в воде при дециметровых межэлектродных расстояниях, создать опытно демонстрационную установку.

Научная новизна работы: При исследовании вольтсекундных характеристик (ВСХ) гранита и бетона в воде при пробое на спаде импульса напряжения для межэлектродных расстояниях 20-И 50 мм и установлено:

-вероятность внедрения разряда в гранит и бетон при пробое на СИН по сравнению с пробоем на фронте импульса увеличивается вследствие изменения характера развития разряда по границе раздела «жидкость- твердое тело»;

-пробивное напряжение гранита при пробое на спаде импульса ниже на 40^-60% по сравнению с пробоем на фронте импульса и плоской части прямоугольного импульса вследствие изменения характера развития разряда;

-пробивное напряжение гранита возрастает при увеличении длительности фронта импульса и уменьшения длительности импульса.

-Реализовано разрушение гранита и бетона в воде при пробое межэлектродных расстояний до 300 мм и проведена оценка его эффективности.

-Предложены рекомендации по конструированию породоразрушающих устройств, разработаны устройства электродных систем и подтверждена их работоспособность для разрушения в воде гранита и бетона при дециметровых межэлектродных расстояниях. Автор защищает:

- Преимущества способа ЭИ разрушения гранита и бетона при пробое в воде не на фронте импульса, а на его спаде, что приводит к снижению пробивного напряжения и возрастанию вероятности внедрения разряда.

- Результаты исследований характеристик ЭИ пробоя и разрушения гранита и бетона в воде при межэлектродных расстояниях до 300 мм.

- Перспективность использования рассматриваемого способа пробоя и увеличения эффективности разрушения горных пород в воде.

- Техническую реализацию устройств для ЭИ разрушения гранита и бетона в воде.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована необходимым объемом экспериментальных данных, обеспечивающих статистический анализ результатов, использованием современных методик измерений и соответствующей аппаратуры, а также экспериментальным подтверждением эффективности разрушения гранита и бетона в воде при дециметровых межэлектродных расстояниях на опытно- демонстрационных устройствах.

Практическая ценность и реализация работы: 1. Установленное снижение пробивных напряжений гранита и бетона в воде на спаде импульса, по сравнению с пробоем на фронте импульса, позволяет конструировать технологические ЭИ установки с более низкими требованиями к параметрам разрушающего импульса (амплитуда и крутизна фронта импульса, время до пробоя), а, следовательно, к установке в целом.

2. В рамках контакта с фирмой Komatsu в лабораторных условиях реализовано разрушение гранита и бетона в воде при межэлектродных расстояниях 100-ь 300 мм.

3. На основании полученных результатов разработаны и созданы опытные устройства для разрушения горных пород й бетона в воде: буровой наконечник для бурения скважин диаметром 300 мм; электродные системы для снятия поверхностных слоев бетона с дециметровыми межэлектродными расстояниями.

4. Результаты исследований могут быть использованы при разработке промышленных устройств для ЭИ разрушения горных пород в воде.

Апробация работы:

Основные положения и практические результаты работы докладывались и обсуждались на И и 12 IEEE International Pulsed Power Conferences (Балтимор 1997, Монтерей 1999 г., США), первой, второй, третьей и четвертой Международных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых им. М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 1997,1998,1999,2000 г.), четвертой и пятой областных научно- технических конференциях молодежи и студентов «Современные техника и технологии» (Томск, 1998,1999 г.), Международном семинаре «Нетрадиционные технологии в строительстве» (Томск,

1999 г.), пятом Всероссийском научно- техническом семинаре «Энергетика: экология, надежность , безопасность» (Томск, 1999 г.), шестой Международной научно практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2000 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Экологобезопасные технологии освоения недр Байкальского региона: современное состояние и перспективы» (Улан- Удэ,

2000 г.), на научно- практической конференции по горным ударам (Таштагол, 2000 г.), на юбилейной научно- практической конференции «Проблемы и пути эффективного освоения минерально-сырьевых ресурсов Сибири и Дальнего Востока» (Томск, 2000).

Объем и структура работы: Диссертационная работа изложена на 124 страницах основного текста, содержит 58 рисунков, 11 таблиц; состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографии, включающей 139 источников, 4 приложений на 18 страницах. Общий объем диссертации 142 страницы.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1. При нахождении электродов в шпурах можно производить не только раскол блоков породы ограниченных размеров, но и отрывать куски породы от массива при многократном импульсном воздействии.

2. Потери энергии в предпробивной стадии определяются, главным образом, напряженностью электрического поля на электродах. Для снижения потерь необходимо изготавливать нерабочие части с конфигурацией, позволяющей снизить напряженность на их поверхности для снижения потерь энергии в предпробивной стадии.

3. Величину снижения амплитуды напряжения можно уменьшить до 15-г20% при соблюдении соотношения RHarp/ZrMH>(4^5), что позволяет при имеющихся ГИН с сопротивлением 10-20 Ом разрушать горные породы в воде электродными системами с сопротивлением в пределах 50-5-80 Ом.

4. Впервые обнаружено, что перекрытие полимерных твердых диэлектриков в воде связано с их гидрофобностью. Поэтому рекомендуется изготавливать изоляцию из гидрофильных твердых диэлектриков. Для исключения развития разряда по поверхности полимерной изоляции необходимо или производить экранировку изоляции, путем изменения формы электрода или изготавливать потенциальный электрод с размерами, которые бы исключали зажигание разряда на его поверхности, т.е. напряженность на электроде должна быть меньше, чем напряженность зажигания разряда в «тройной точке».

5. Разработаны, изготовлены и испытаны устройства для ЭИ разрушения гранита и бетона в воде: устройство для разрушения поверхностного слоя и резания щелей в бетонах при непрерывном перемещении электродов вдоль его поверхности; буровой наконечник диаметром 270 мм для бурения гранита в воде.

Ill

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электроимпульсный способ, разрабатываемый в Томском политехническом университете, является одним из перспективных электрофизических способов разрушения крепких горных пород при бурении скважин, резании природного камня, дроблении и измельчении руд и т.д.

Данная работа посвящена исследованию пробоя и разрушения гранита и бетона в воде. Целью работы являлся поиск путей снижения пробивных напряжений горных пород, увеличения вероятности внедрения разряда и снижения требований к форме импульса напряжения для разрушения гранита и бетона в воде. В связи с этим в работе решены следующие основные задачи:

1. Впервые предложена, апробирована и разработана методика внедрения канала разряда в твердые диэлектрики в воде на спаде импульса напряжения.

2. Исследованы закономерности изменения пробивных напряжений гранита и бетона в зависимости от различных факторов при пробое на спаде импульса напряжения.

3. Исследованы характеристики разрушения гранита и бетона в воде при пробое на спаде импульса напряжения при расстояниях между электродами до 300 мм.

4. Разработаны различные конструкции устройств для ЭИ разрушения с расстояниями между электродами до 100 мм и проведены их испытания в лабораторных условиях для разрушения гранита и бетона в воде.

Решение указанных задач осуществлялось путем измерения параметров разрушения гранита и бетона с синхронной осциллографической записью процессов их пробоя. Экспериментальное оборудование позволяло получать импульсы напряжения с амплитудой 50-700 кВ, длительностью фронта на нагрузке не менее 0,25 мкс и энергией в импульсе до 45 кДж. Для регистрации напряжение на нагрузке и тока в канале пробоя использовались омические делители напряжения, токовый шунт и пояс Роговского. Синхронная запись напряжения и тока позволяла осуществлять контроль за процессом пробоя.

Результаты проведенных исследований по пробою гранита и бетона в воде на спаде импульса напряжения могут быть сведены к следующему:

1. Использование пробоя гранита и бетона в воде на СИН позволило расширить в сторону больших времен временной диапазон, при котором происходит внедрение разряда в горную породу.

2. Установлено, что пробивное напряжение гранита при пробое на СИН на 55+60% ниже, чем на ФИН и 38+40% ниже, чем на ПИНФ. Это обусловлено тем, что формирование разряда на СИН представляет собой комбинацию формирования разряда при действии ФИН и ПИНФ. Эффект снижения пробивного напряжения положен в основу разработки устройств для разрушения гранита и бетона при использовании дециметровых расстояний между электродами.

3. Установлено, что увеличение длительности фронта и уменьшение длительности импульса приводит к возрастанию пробивного напряжения для гранита. Так, при увеличении длительности фронта импульса с 0,25 до 0,75 мкс пробивное напряжения гранита возросло примерно в 1,6 раза.

4. На основании полученных результатов и литературных данных впервые показано, что при пробое гранита имеет место длительность фронта (0,1+0,2 мкс), при которой пробивное напряжение минимальное.

5. Предложена гипотеза, объясняющая снижение пробивного напряжения и возрастание вероятности внедрения разряда при пробоя на СИН по сравнению с ФИН

Закономерности, установленные при пробое гранита и бетона послужили исходными данными для проведения исследований по определению эффективности разрушения гранита и бетона на СИН. На основе выполненных в настоящей работе исследований и анализа известных литературных данных по разрушению гранита и бетона можно сделать следующие выводы:

1. Предложенный способ пробоя на спаде импульса напряжения позволяется добиться 100% вероятности внедрения разряда в горные породы в воде.

2. В стадии формирования канала пробоя эффективность разрушения определяется вероятностью внедрения разряда в горную породу. Установлено, что при пробое на СИН максимальное время, при котором еще происходит 100% внедрение разряда в гранит и бетон (критическая экспозиция напряжения), линейно возрастание с увеличением межэлектродного расстояния.

3. Установлено, что при многоимпульсном воздействии на горную породу при неизменном положении электродов, характер изменения удельных энергозатрат на разрушение от числа импульсов имеет минимум, наблюдающийся при воздействии 2+5 импульсов.

4. Экспериментально установлено, что при изменении межэлектродного расстояния с 10 до 300 мм характер изменения основных зависимостей ЭИ разрушения: удельной производительности импульса и удельных энергозатрат аналогичен имеющимся данными на ФИН и ПИНФ в трансформаторном масле.

5. Установлено, что эффективность разрушения на СИН в воде не снижается по сравнению с разрушением на ФИН в трансформаторном масле.

6. Впервые проведено разрушение гранита и бетона в воде при межэлектродных расстояниях до 300 мм.

Исследование закономерностей разрушения гранита и бетона в воде позволили разработать практические рекомендации для проектирования породоразрушающих устройств. Испытания разработанных устройств в лабораторных условиях при разрушении гранита и бетона в воде выявили высокую эффективность их работы, что позволило сделать важные практические и научные выводы:

1. Предложены рекомендации по изготовлению электродных систем для повышения эффективности их работы в воде, позволяющие снизить потери энергии в предпробивной стадии за счет изготовления не рабочих частей электродов конфигурацией, позволяющей снизить напряженность на их поверхности для снижения потерь энергии в предпробивной стадии.

2. Разработанные конструкции электродных систем с расстояниями между электродами до 100 мм позволяют производить эффективное разрушение поверхностных слоев бетона при перемещении электродов вдоль поверхности с низкими энергозатратами, причем с увеличением числа электродов эффективность разрушения возрастает. Подобными конструкциями можно также проводить резание щелей, при этом эффективность разрушения существенно возрастает по сравнению со стержневыми или пластинчатыми резаками.

3. Установлено, что при соотношении сопротивления нагрузки к волновому сопротивлению ГИН в пределах 4+5 можно добиться уменьшения снижения амплитуды импульса напряжения до 15+20%, что позволяет при современных конструкциях ГИН с волновым сопротивлением 10-н 15 Ом, использовать электродные системы сопротивлением 40+60 Ом для эффективного разрушения горных пород.

4. Показано практическая возможность отрыва породы от массива при использовании шпуров, что приводит к возрастания производительности разрушения по сравнению с системой наложенных электродов.

5. Снижение надежности полиэтиленовой изоляции в вроде связано с гидро-фобностью его поверхности, что облегчает развитие разряда в нижней части изолятора. Для повышения надежности работы изоляции предложено использовать материалы, имеющие гидрофильную поверхность (например резину) или изготавливать электроды, контактирующие с изоляцией увеличенного диаметра, для снижения на них напряженности электрического поля.

6. На основании проведенных исследований был разработан буровой наконечник диаметром 270 мм для бурения горных пород в воде, который показывает высокую надежность работы.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н, профессору Каляцкому И.И., к.т.н. доценту Бажову В.Ф. за научное руководство, консультации и постоянное внимание при выполнении работы, сотрудникам НИИ высоких напряжений к.т.н. Муратову В.М., с.н.с. Пельцману С.С., д.ф.-м.н, Боеву С.Г., с.н.с. Левченко Б.С., к.т.н. Адаму A.M., а также сотрудникам кафедры ТЭВН за оказанную помощь, ценные советы и консультации в процессе выполнения и написания работы.

1. Эпштейн Е.Ф., Арш Э.И., Виторг Г.К. Новые методы разрушения горных пород. М.: Гостоптехиздат, 1960. 87 с.

2. Maurer W.C. Novel Drilling Techniques. GB: Pergamon Press, 1968. 110 p.

3. Суханов А-.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1967. 340 с.

4. Сулакшин С.С. Основы теории разрушения горных пород и удаления продуктов разрушения при бурении скважин. Томск: Изд. ТГУ, 1964. 264 с,

5. Ржевский В.В., Протасов Ю.И. Электрическое разрушение горных пород. М.: Недра, 1972.206 с.

6. Новые методы разрушения горных пород./ М.А. Емелин, В.Н. Морозов, Н.П. Новиков и др. М.: Недра, 1990. 240 с.

7. Юткин JI.A. Электрогидравлический эффект. М.: Машгиз, 1955. 51 с.

8. Малюшевский П.П. Основы разрядно- импульсной технологии. Киев: Наукова думка, 1983. 272 с.

9. Арш Э.И. Применение токов высокой частоты в горном деле. М.: Недра, 1967.312 с.

10. Nantel. J., Kitzinger. F. Plasma Blasting Techniques. // In Proceed of the Third International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, 1990. P.79.

11. Geun-Hie Rim, Chu- Hyun Cho, Hong- Sik Lee, E.P. Pavlov. An electric- blast system rock fragmentation.// Digest of Technical Paper 12lh IEEE International Pulsed Power Conference- USA, Monterey, 1999. Vol.1, pp.165-168.

12. I.V. Lisitsyn, T. Muraki, U. Akiyama. Wire induced flashover as a source of shock waves for destruction of solid materials.// Digest of Technical Papers 11th IEEE International Pulsed Power Conference- USA, Baltimore, 1998. Vol.1 pp.208214.

13. Н.Воробьев А.А, Воробьев Г.А., Чепиков ^А.А. Закономерность пробоя * твердого диэлектрика на границе раздела с жидким диэлектриком при действии импульса напряжения. Свидетельство на открытие №А-122 от 29.04.1998 с приоритетом от 14.12.1967.

14. Воробьев А.А., Воробьев Г.А., Завадовская Е.К. и др. Импульсный пробой и разрушение диэлектриокв и горных пород. Томск: Изд. ТГУ, 1971. 225 с.

15. Фортес Ю.Б. Исследование электроимпульсного бурения взрывных скважин: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1964. 236 с.

16. Адам A.M. Исследование и разработка технических средств и технологии д электроимпульсного бурения скважин: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1970. 212 с.

17. Коваленко Н.Е. . Исследование и разработка технических средств и технологии для электроимпульсного колонкового бурения: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1968. 258 с.

18. Брылин В.И. Разрушение горных пород и бурение скважин с применением в качестве промывочной жидкости воды прямоугольными импульсами напряжения с наносекундным фронтом: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1972. 149 с.

19. Симонов В.Н. Исследование и разработка электроимпульсного бурения скважин с промывкой водой: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1967. 262 с.

20. Рябчиков С .Я. Исследование призабойных процессов, связанных с повышением частоты следования импульсов и выносом продуктов разрушения при электроимпульсном бурении скважин: Дисс. . канд. техн. наук. Томск: 1967. 239 с.

21. Игнатенко JI.JI. Исследование электроимпульсной буримости горных пород горных пород и руд: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1965. 262 с.

22. Проскурин А.П. Исследование и разработка электроимпульсного бурения скважин с промывкой растворами на нефтяной основе: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1972. 184 с.

23. Редутинский Л.С. Разработка и исследование ЭИ бурения скважин сплошным забоем глубиной до 300 м: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1970. 185 с.

24. Побежимов Н.Ф, Исследование и разработка импульсного колонкового бурения геологоразведочных скважин: Дисс. . канд. техн. наук. 1965. 364 с.

25. Курец В.И. Исследование электроимпульсного дробления руд и горных пород: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1965. 192 с.

26. Алексеева Т.И. Исследование энергетических и технологических характеристик электроимпульсного дробления и измельчения твердых тел: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1979. 242 с.

27. Сафронов В.Н. Исследование электронмпульсного измельчения руд и энергетических режимов высокочастотных высоковольтных генераторов: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1968. 282 с.

28. Обработка природного камня электрическим разрядами./ Блазнин Б.С., Щеголев И.А., Лозин Л.И. и др.// Электронная обработка материалов. 1983. №1. С.5-7.

29. Усов А.Ф. Исследование и расчет ГИН и условий использования проводящих сред в электроимпульсной технологии: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1966. 239 с.

30. Синебрюхов А.Г. Исследование энергетических характеристик импульсного разряда в твердых диэлектриках и электроимпульсное резание горных пород: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1964. 152 с.

31. Изготовление изделий из природного камня с помощью электрических разрядовЛЦеголев А.И., Адам В.А. //Электронная обработка материалов. 1985. №2. С.83-85. ■

32. Танбаев Ж.Г. Электровзрывное разрушение бетона и железобетона: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1987. 195 с.

33. Казуб В.Т. Разработка электроимпульсной технологии очистки трубок опреснителей от накипи: Дисс. . канд. техн .наук. Томск, 1983. 158 с.

34. Баранов С.А. Электроимпульсный способ подготовки геологических проб для геохронологии: Дисс. . канд. техн .наук. Томск, 1990. 211 с

35. Каляцкий И.И. Исследование физико- технических основ разрушения горных пород импульсными электрическим разрядами: Дисс. . доктора, техн. наук. Томск, 1965. 419 с.

36. Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. Основы электроимпульсного разрушения материалов. СПб.: Наука, 1995. 276 с.

37. Семкин Б.В. Исследование физических основ и эффективности электроимпульсного разрушения твердых тел: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1966.212 с.

38. Тонконогов М.П. Диэлектрическая релаксация, электрический пробой и разрушение горных пород. М.: Недра. 1975. 176 с.

39. Шубин Б.Г. Исследование термодинамических и гидродинамических характеристик канальной стадии импульсного электрического пробоя твердых диэлектриков. Дисс. . канд. физ. -мат. наук. Томск: 1979. 180 с.

40. Лимасов А.И. Исследование импульсной электрической прочности различных горных пород, изоляционных материалов и жидких сред, используемых при электроимпульсном разрушении твердых тел: Дисс. . канд. техн. наук. Томск-Новосибирск, 1964. 260 с.

41. Седов Н.В. Исследования основных показателей при разрушении горных пород высоковольтными прямоугольными импульсами с наносекундным фронтом: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1975. 169 с.

42. Исследование и разработка ЭИ бурения геологических скважин. Научно-технический отчет НИИ ВН при ТПУ; Руководитель Рябчиков С.Я. Инв. №366, Томск, 1970. 164 с.

43. S. Boev, V. Vajov, D. Jgun, V. Muratov, S. Peltsman, A. Adam, K. Uemura. Electropulse technology of material destruction and boring.// Digest of Technical Papers lllh IEEE International Pulsed Power Conference- USA, Baltimore, 1998. Vol.1 pp.220-225.

44. Будников А.А. Анализ технических и других факторов определяющих себестоимость электроимпульсного бурения скважин. Дисс. . канд. техн. наук. Томск,1968. 250 с.

45. Бажов В.Ф., Жгун Д.В. Исследование пробоя горных пород и бетона в воде электрическими импульсными разрядами. //Материалы докладов 5-ой Всероссийской НТК "Энергетика: экология, надежность, безопасность". Томск: Изд. ТПУ, 1999. С.73-75.

46. Важов В.Ф., Жгун Д.В., Муратов В.М. Исследование разрушения гранита в воде при использовании дециметровых промежутков. //Материалы докладов 5-ой Всероссийской НТК "Энергетика: экология, надежность, безопасность". Томск: Изд. ТПУ, 1999. С.75-77.

47. Усов А.Ф. Электро импульсное разрушение материалов: принцип и технологические возможности. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1999. 26 с.

48. Патент РФ № 2142562. Адам A.M., Боев С.Г., Важов В.Ф., Жгун Д.В., Левченко Б.С., Муратов В.М., Пельцман С.С. Электро импульсный способ разрушения горных пород и искусственных материалов. Приоритет от 04.11.1999.

49. Жгун Д.В. Перспективы электроимпульсного бурения горных пород в воде.// Материалы докладов Второй международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых им. Академика М.А. Усова. 4.2- Томск: Изд. НТЛ, 1998. С.65-66.

50. V.Vazhov, D. Zhgun. Prospect of electropulse drilling of rock in water.// Abstract of the Second Russian- Korean International Symposium on Science and Technology. Russian, Tomsk, 1998. pp.55.

51. S. Boev, V. Vajov, D. Jgun, V. Muratov, S. Peltsman, A. Adam, K. Uemura. Electropulse technology of boring.// Abstract of 11th IEEE International Pulsed Power Conference- USA, Baltimore, 1997. pp.55.

52. Электроимпульсное разрушение гранита и бетона в воде. Отчет о НИР НИИ ВН при ТПУ; Руководитель Боев С.Г.- №ГР 02.9.80 0 00133 УДК 622.243.94 (088.8)-Томск, 1997- 57 с.

53. Исследование электроимпульсного разрушения гранита в воде. Отчет о НИР НИИ ВН при ТПУ; Руководитель Важов В.Ф.- №ГР 02.9.70 0 04910 УДК 622.243.94 (088.8)- Томск, 1997- 36 с.

54. S. Boev, V. Vajov, D. Jgun, В. Levchenco, V. Muratov, К. Uemura. Destruction of granite and concrete in water with pulse electric discharges.// Abstract of 12th IEEE International Pulsed Power Conference- USA, Monterey,-1999.

55. Боев С.Г., Важов В.Ф., Жгун Д.В., Каляцкий И.И. Исследование условий разрушения материалов электрическими импульсными разрядами.// Тезисы докладов Всероссийского электротехнического конгресса "На рубеже веков: итоги и перспективы". Т.1.- Москва-1999.

56. Важов В.Ф., Жгун Д.В., Муратов В.М. Экологичная и энергосберегающая технология разрушения горных пород и искусственных материалов электрическими импульсными разрядами.//Тезисы докладов Международной

57. НТК "Энергосбережение, экология и безопасность". Тула: Изд. ТулГУ, 1999. С.16-18.

58. Важов В.Ф., Жгун Д.В. Бурение скважин электрическими импульсными разрядами.// Тезисы докладов Первого международного симпозиума «Молодежь и проблемы геологии»,- Томск: Изд. ТПУ, 1997. С.163-164.

59. Исследование процесса бурения горных пород и искусственных материалов электрическими импульсными разрядами. Отчет о НИР НИИ ВН при ТПУ; Руководитель Боев С.Г.-№ГР 02.9.70 0 03478. УДК 622.243.94 (088.8)- Томск, 1997.51 с.

60. Воробьев А.А., Воробьев Г.А., Воробьев Н.И. и др. Высоковольтное испытательное оборудование и изменения. М.: Госэнергоиздат, 1960. 240 с.

61. Шваб А. Измерение на высоком напряжении. М.: Энергия. 1973. 233 с.

62. Рябов Б.М. Измерение импульсных высоких напряжений. -JI.: Энергоатомиздат, 1983. 124 с.

63. Геллер Б., Веверка А. Волновые процессы в электрических машинах. М.: Энергия, 1960. 440 с.

64. Электрооборудование в электроустановках на напряжение 3 кВ и выше. Методы измерения при испытании высоким напряжением. ГОСТ 17512-82. М.: Госкомитет по стандартам, 1982.

65. Болотин И.Б., Эйдель JI.3. Измерения в режимах короткого замыкания. Л.: Энергия, 1981. 184 с.

66. Окунь И.З. Измерения разрядных токов поясами Роговского.//Приборы и техника эксперимента. 1968. №6. С.120-126.

67. Эрглис К.Э. Защита электронной аппаратуры и измерительных систем от внешних помех.//Приборы и техника эксперимента. 1969. №3. С.5-17.

68. Техника испытаний высоким напряжением. 4.2. Методы испытаний./ Стандарт МЭК.- М.: Изд. Стандартов, 1979. 56 с.

69. Воробьев А.А., Воробьев Г.А. Электрический пробой и разрушение твердых диэлектриков. М.: ВШ, 1966. 233 с.

70. Прикладная статистика. Правила оценок доверительных границ для параметров нормального распределения. ГОСТ 11.004-74 М.: Госкомитет по стандартам, 1974.

71. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдения. ГОСТ 8.207-76. М.: Госкомитет по стандартам, 1976.

72. Рабинович. С.Г. Погрешность измерений. JI.: Энергия, 1978. 260 с.

73. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов. М.: Энергоатомиздат,1986.269 с.

74. Хаушильд В., Мош В. Статистика для электротехников в приложении к техники высоких напряжений. Л.: Энергоатомиздат,1989. 311 с.

75. Вершинин Ю.Н. Электрический пробой твердых диэлектриков. Новосибирск: Наука, 1968. 210 с.

76. Левченко Б.С., Подплетнев, Семкин Б.В. Особенности многократного воздействия импульсных напряжений на горную породу.// Электронная обработка материалов. 1987. №1. С.50-53.

77. Уайтхед Пробой твердых диэлектриков. М.-Л.: ГЭИ, 1957. 270 с.

78. Воробьев А.А. Импульсная прочность и разрушение диэлектриков.// В сб. Электрофизическая аппаратура и электрическая изоляция. М.; Энергия, 1970. С. 287-297.

79. Воробьев А.А., Завадовская Е.К. Электрическая прочность твердых диэлектриков. М.: Гостехиздат, 1955. 77 с.

80. Пробой твердых диэлектриков./ Под ред. А.Ф. Вальтера- М.: ГТТИ,1933.

81. Кузнецов Ю.И. Исследование пространственно- временных характеристик импульсного электрического разряда в каменной соли: Дисс. . канд. физ.~ мат. наук. Томск, 1974. 159 с.

82. Kucera J., Valenta L. Pevnost transformatoraveho olej v nehomogennim poli pri razovych prepetich rOzneho tvaru // Bulletin EGU, 1968. №5-6. Str.26-29.

83. Электроимпульсная буровая установка для проходки скважин в скальных породах и многолентемерзлых грунтах. Пояснительная записка ВН 43.00.00.00.000 ПЗ. Руководитель Каляцкий И.И, 1979. 393 с.

84. Воробьев Г.А, Чепиков А.Т., Бажов В.Ф. Критерий внедрения канала разряда в твердый диэлектрик, помещенный в изолирующую жидкость.// Изв. ВУЗов. Физика, 1998, №12. С. 110-113.

85. Ушаков В.Я. Оптическое и осциллографическое исследование импульсного разряда в жидкостях: Дисс. .канд. техн. наук. Томск, 1965.158 с.

86. Торбин Н.М Экспериментальное исследование процессов развития пробоя и разрушения твердых диэлектриков на импульсном напряжении: Дисс. .канд. техн. наук. Томск,1961. 210 с.

87. Багин В,В. Исследование электрической прочности диэлектриков применительно к изоляции высоковольтных наносекундных устройств. Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1970. 121 с.

88. Воробьев Г.А. Исследование формирования разряда в твердых диэлектриках: Дисс. . доктора, техн. наук.Т.2. Томск, 1962. 215 с.

89. Сканави Г.И. Физика диэлектриков. (Область сильных полей) .-М,: ГИФМЛ, 1958.901 с.

90. Бажов В.Ф., Семкин Б.В., Адам A.M. Оптимизация электроимпульсного разрушения горных пород и искусственных материалов.//Известия ВУЗов. Физика. 1996, №4. С.106-109.

91. Кривоносенко А.В. Снижение энергозатрат при электроимпульсном разрушении горных пород и разработка малогабаритной высоковольтной аппаратуры для установок по бурению: Дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1985. 168 с.

92. Казуб В.Т., Коршунов Г.С., Чепиков А.Т. О процессе формирования разряда в системе электродов, расположенных на границе раздела жидкого и твердого диэлектриков.// Изв. ВУЗов. Физика. 1978, №9. С.61-66.

93. Казуб В.Т., Коршунов Г.С. Электрический разряда на границе раздела жидкого и твердого диэлектриков.// Физика диэлектриков и новые области их применения: Тез. Докл. Всесоюз. конф. Караганда: Изд. Караганд. Политех. Инт-та, 1978. С.26-27.

94. I.V. Lisitsyn, Н. Inoue, S. Katsuki, Н. Akiyama. Drilling and demolition of rock by pulsed power.// Digest of Technical Paper 12lh IEEE International Pulsed Power Conference- USA, Monterey, 1999. Vol. pp.169-172.

95. Астафуров А.В. Исследование электрического пробоя некоторых твердых диэлектриков в больших толщинах: Дисс. .канд. техн. наук. Томск, 1958. 141с.

96. Каляцкий И.И. Разрушение каменный углей и горных пород разрядами высокого напряжения: Дисс. . канд. техн. наук. Томск: 1953.182 с.

97. Зыков В.М. Исследование параметров и разработка электроимпульсных буровых наконечников: Дисс. . канд. техн. наук. Томск: 1967. 249 с.

98. Баранов А.Н. Разработка высоковольтных электродов для электроимпульсной утилизации железобетона и бурения шпуров. Дисс. . канд. техн .наук. Томск,1992. 174 с.

99. Кривицкий Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости. Киев: Наукова думка, 1986. 208 с.

100. Гулый Г.А. Научные основы разрядно- импульсных технологий. Киев: Наукова думка, 1990. 208 с.

101. Карплюс У. Моделирующие устройства для решения задач теории поля. М.: ИЛ, 1962. 487 с.

102. Корицкий Ю.В. Электротехнические материалы. М. :Энергия, 1968. 320 с.

103. I. Lisitsyn, H. Inoue, I. Nishizawa, S. Katsuri and H. Akiyama. Breakdown and destruction of heterogeneous solid dielectrics by high voltage pulse. J. Appl. Phys. Vol.84, №ii, 1998. pp. 6262-6267.

104. Тареев Б.В. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергия, 1973. 328с.

105. Вершинин Ю.Н., Чунчин В.А. Электрическая прочность воздуха в пористых телах и капиллярах.// В. сб. докладов "Электрофизическая аппаратура и электрическая изоляция". М.: Энергия, 1970. С.408-412

106. Устройство для снятие поверхностного слоя затвердевшего бетона. А.С. 153827 СССР, МКИВ63.05/00,1963./ Юткин Л.А., Гольцова Л.И.