Солнечная электростанция 30кВт - бизнес под ключ за 27000$

15.08.2018 Солнце в сеть




Производство оборудования и технологии
Рубрики

Лазерный способ разрушения горных пород

Примером одного из наиболее эффективных источников концен­трированной энергии является оптический квантовый генератор — лазер, излучение которого в высокой степени монохроматично [51].

Предположение о возможности получения монохроматического излучения впервые было высказано А. Эйнштейном. Фундамен­тальные исследования советских физиков Н. Г. Басова, А. М. Про­хорова, а также американского физика Ч. Таунса, выполненные в 60-е годы, позволили сформулировать условия, необходимые для создания лазера.

В состав типичной лазерной установки входят лазерная го­ловка, система охлаждения, оптическая система для фокусировки и наблюдения, рабочий стол, датчик параметров излучения, дат­чик параметров технологического процесса, программирующее устройство. В лазерную головку установки входят активный эле­мент, система накачки, резонатор.

‘ В нашей стране проведены значительные научные исследова­ния по разработке технологических лазеров мощностью до 10 кВт. Наибольшие мощности достигнуты в С02-лазерах, используюших для возбуждения рабочей среды электрический разряд в потоке газа. Применение молекулярного газа для генерации лазерного излучения позволило увеличить КПД процесса, а с помощью кон­вективного охлаждения повышен уровень энерговкладов.

Уникальные свойства электроионизационных С02-лазеров— возможность прямого преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения с КПД = 30 % и др. — ставят их на одно из первых мест в области практического применения в тех­нике. В последнее время появились перспективы создания перед­вижных лазерных установок, так как современные промышленные авиационные компрессоры, используемые в лазерных технологи­ческих установках, обеспечивают необходимые расходы и степени сжатия газа при малых собственных габаритных размерах.

С появлением технологических лазеров накапливаются сведе­ния [4, 51] о воздействии лучистой энергии на горные породы. В указанных выше работах исследовалось изменение прочностных свойств горных пород при лазерном облучении в зависимости от минералогического их состава, строения кристаллической решетки, связей между кристаллами, внутренних дефектов кристаллов, теп­лофизических констант пород, скорости нагревания и других фак­торов.

При лазерном воздействии на горную породу создаются усло­вия ее объемного нагрева. Ослабляются слои горной породы, ле­жащие на несколько сантиметров ниже поверхности. Создаются благоприятные условия для скола вышележащего слоя породы с минимальным расходом энергии. С увеличением скорости пере­мещения луча лазера удельный расход энергии разрушения по­вышается.

Лазеры можно также использовать для снижения сопротивляе­мости породы механическому разрушению путем предваритель­ного нагрева, т. е. при термомеханическом бурении [4, 51]. Проч­ность пород в зависимости от их свойств и параметров нагрева может быть снижена до 2—50 раз [42, 58]. Наиболее эффективно воздействие лазерного излучения на кварц, микроклин, олигоклаз, ортоклаз, т. е. минералы из группы каркасных силикатов, в которых при облучении резко снижается механическая проч­ность.

В 1982 г. появились публикации [51], предлагающие модель лазерной резки горных пород при бурении. Лазерный резак яв­ляется основным элементом лазерной обработки бурящейся сква­жины. Разработанная модель лазерной резки горных пород позво­ляет увязать такие важные с технологической точки зрения факторы, как глубина резов и скорость резки, с мощностью и ра­диусом лазерного луча.

Анализ зарубежной научно-технической литературы [51] и патентного фонда США, ФРГ, Франции, Великобритании указы­вает на интерес, проявляемый этими странами к использованию лазерной технологии при бурении.

При действии лазерного луча порода, находящаяся в кольце­вом пространстве, испаряется, а порода в центре забоя частично разрушается за счет теплового удара. Последующее воздействие гидромонитора на оставшийся столбик породы разрушает его пол­ностью. Описанный процесс проводят циклично. Вынос шлама про­исходит под воздействием давлений, возникающих при испарении породы лазером, и жидкости, подаваемой гидромониторной уста­новкой.

Патент № 4090572 (США, 1976 г.) «Способ и устройство для лазерного бурения скважин в горных породах» предполагает ре­шение проблемы фокусирования лазерного луча, направленного вертикально относительно поверхности Земли по траектории, обес­печивающей кольцевую выработку породы. Кольцевая выработка, получающаяся за счет испарения породы лазерным лучом, должна составлять очень малую часть объема, образующего ствол сква­жины. Чередующееся действие лазерного луча и потока жидкости на забой приводит не только к образованию кольцевой выработки за счет испарения породы, но и к извлечению сердцевины породы в виде кусков или обломков керна цилиндрической формы. Учиты­вая ограниченные мощности существующих в настоящее время ла­зеров, предлагается устройство, использующее несколько лазеров, симметрично расположенных относительно общего центра и обес­печивающее их работу в пульсирующем режиме.

Имея такие достоинства, как использование дешевой электро­энергии весьма высокой концентрации и малую энергоемкость процесса, лазерный способ разрушения горных пород при бурении имеет и недостатки: высокую стоимость снаряда,’большие за­траты энергии на превращение воды в пар при водопритоках в скважине, необходимость высококвалифицированного обслужива­ния. Исходя из этого ограничивается область возможного приме­нения лазерной техники в геологоразведочной отрасли использо­ванием ее для:

— спектрального анализа кернового материала с целью опре­деления содержания химических элементов;

— бескернового бурения с применением геофизических методов анализа буримых пород или с передачей спектра испаряемых по­род на поверхность;

— упрочнения стенок скважины с помощью луча лазера;

— передачи энергии на забой и последующего преобразования в другие виды энергии;

— управления процессом бурения;

— контроля трассы направленного бурения скважин.

Комментарии запрещены.