Стенд для исследования процессов лазерного разрушения горных пород

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3943795/22-03 (22) 17.06.85 (46) 30.10.86". Бюл. Р 40 (71) Институт геотехнической механики AH УССР (72) С,А. Полуянский, E.È. Ляшенко, Н.А. Дзоз, В.В.Шумриков, О.И, Моргунов и В.А. Мащенко (53) 622.243.94(088.8) (56) Патент США И 3539221, кл. Е 21 С 37/16, опублик. 1970.

international Journal of Rock

Mechanics and Mining Sciences Ceomechanics Abstracts. 1976, 13, Ф 7, с. 207-219. (54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЛАЗЕРНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение позволяет повысить достоверность полученных результатов за счет расширения функциональных воэможностей моделирования естественных условий залегания пород при использовании методов интенсификации (5)) 4 Е 2 1 С 3 7 / 1 8 G 0 l N 25 /00 лазерного воздействия. Стенд содержит лазер 1, блок (Б) 2 ввода лазерного луча, испытательный стол (С) 3 с породным образцом, систему газового поддува и приборный С 6. При этом С 6 снабжен опорной платформой (П) 20, выполненной в виде модульных

Б с полостями, заполненных демпфирующим материалом и юстировочными плитами для размещения П 7 для оптических элементов. На П 7 закреплены Б визуализации 8, разделения 9 и сканирования 10 лазерного луча с приводом возвратно-поступательного перемещения. На С 3 размещены рама 30 с удар-д никол 31 и испытательный Б. Лазерныйлуч вводят через Б2. Проходя через

Б 9, он разделяется на 2 полулуча и при помощи Б 10 фокусируется на по- С верхности образца, образуя при этом параллельные резы. Для разрушения 2 межрезного целика используют ударник 31. Для моделирования напряженного состояния применяется испытательный Б29 в виде цилиндрического стака

1 на с крышкой, в котором размещен эластичный стакан .с образцом, а в крышке выполнено отверстие. Для исследования методов интенсификации процесса лазерного разрушения применяют испытательный Б в виде гермети266985 ческой камеры с иллюминатором и рамой с направляющими, на которых установлен с возможностью перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях предметный столик. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройст вам для исследования процессов лазерного разрушения горных пород и может быть использовано для экспериментального решения различных задач, связанных с исследованием процессов взаимодействия лазерного луча с различными веществами, а также при разработке различных устройств на базе лазерной техники, применяемой в горнодобывающей промышленности, машиностроении, строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей моделирования естественных условий залегания пород при использовании методов интенсификации лазерного воздействия.

На фиг. 1 показан стенд, общий вид; на фиг. 2 — схема стенда, вид сбоку; на фиг. 3 — то же, вид сверху; на фиг. 4 — приборный стол, общий вид; на фиг. 5 — модульный блок приборного стола;на фиг. 6 — испытательный стол; на фиг. 7 — испытательный блок.

Стенд для исследования процессов лазерного разрушения горных пород включает основной лазер 1, блок 2 ввода лазерного луча, испытательный стол 3 с держателями породного образца 4, систему газового поддува

5 и приборный стол 6 с платформами

7 для оптических элементов с закрепленными на них блоком 8 визуализации, оптическая ось которого перпендикулярна оси основного лазерного луча, блоками разделения 9 и сканирования 10 лазерного луча по облуча-, емой поверхности породного образца.

Блок 2 ввода лазерного луча включает систему отражающих пластин 11, установленных на стойке 12 и имеющих воэможность перемещаться в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Блок 8 визуализации, служащий для указания места непосредственного воздействия основного лазерного луча на облучаемую поверхность породного образца и приведения размеров вспомогательного визуализирующего лазерного луча к размерам основного лазер10 ного луча, содержит малогабаритный, например гелий-неоновый, лазер 13, оптическая ось которого перпендикулярна оси основного лазерного луча, отражающую пластину 1А фокусирующую

15 линзу 15 и каллиматор 16, представляющий собой систему линз, ось которых совпадает с оптической осью основного лазерного луча.

Блок 9 разделения лазерного луча, 20 предназначенный для получения параллельных лучей и одновременных параллельных резов, включает систему отражающих пластин 17.

Блок 10 сканирования лазерного

2>,ëó÷à по облучаемой поверхности пред назначен для образования реэов на по.1 родном образце путем многократного перемещения лазерного луча в одном направлении по облучаемой поверх30 нОсти ПОРОдые

Система газового поддува 5 предназначена для уменьшения отрицательного влияния лазерного факела на эффективность процесса разрушения и реализуется с помощью газового поддува трех видов: осевого (действует соосно с лазерным лучом), сдувающего (действует параллельно облучаемой

40 поверхности в лазерных факелах) и вьщувающего (действует под углом к облучаембй поверхности в зону воздействия лазерного луча). Такая же система газового поддува установлена в

1266985 испытательном блоке 18 кольцевой обечайки 19.

Приборный стол 6 снабжен опорной платформой 20, выполненной в виде модульных блоков 2 1 с полостями 22, заполненных демпфирующим материалом, например песком, каждый блок содержит верхнюю юстировочную плиту 23 с монтажными гнездами 24 с закрепленными в них платформами 7 для оптичес-1О ких элементов.

Расстояние между гнездами 24 и порядок их расположения на юстировочных плитах 23 выбраны из условия возможности размещения оптических 15 элементов практически в любой точке юстировочных плит 23 с учетом переме— щений платформ 7. Для юстировки плит

23 стол снабжен узлами 25 регулировки. Платформа 26 с установленным на 20 ней блоком 10 сканирования снабжена каретками 27 с размещенными в них отражающими пластинами и фокусирующими линзами с приводом 28 возвратнопоступательного движения, который 25 обеспечивает перемещение лазерного луча относительно поверхности породного образца с заданной скоростью.

Испытательный стол 3 снабжен испытательным блоком 29 или испытатель-Зб ным блоком 18 (фиг. 6) и опорной рамой 30 с закрепленным на ней ударником 31 с механизмом 32 поворота и фиксирования его под заданным углом к породному образцу.

Испытательный блок 29 для обеспечения сложнонапряженного состояния породного образца выполнен в виде цилиндрического корпуса 33 с концентрично расположенным эластичным ста- 40 каном 34 и крышкой 35 с отверстием

36. Эластичный стакан 34 имеет фланец 37. В эластичном стакане 34 размещен породный образец. Отверстие

36 служит для проникновения лазерно- 45

ro луча к поверхности породного образца.

Для возможности исследования влияния атмосферы на процесс разрушения лазерным лучом горных .пород испытательный блок 18 выполнен в виде герметичной камеры 38, снабженной иллюминатором 39 и рамой 40 с направляющими 41 и 42,, на которой установлен с возможностью воэвратно-поступательного перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях предметный столик 43 с породным образцом, при этом приводы 44 и 45 для перемещения столика оперативно связаны между собой. В герметичной камере 38 установлены зонды 46 для возможности автономного контроля за процессом разрушения, система газового поддува 5, смотровые окна 47, штуцера 48 подвода и откачки газа, а также разъем 49 подвода энергопитания.

Стенд работает следующим образом.

При помощи блока 8 визуализации производят виэуализацию оптической оси основного лазерного луча. Затем через блок 2 ввода вводят в стенд основной лазерный луч, который, проходя через блок 9 разделения, разделяется на два полулуча и при помощи блока 10 сканирования фокусируется на поверхности породного образца 50 или породных образцов 51 и 52, образуя при этом параллельные резы. Для разрушения межрезного целика в стенде используются ударные волны, генерируемые лазером с импульсным излучением, или ударник 31, позволяющий обеспечить импульсные механические нагрузки с энергией удара 10-100 Дж.

Ударник 31 с механизмом 32 поворота и фиксирования позволяет производить механическое воздействие под углом о

45-90 к облучаемой поверхности.

Для моделирования напряженного состояния, в котором находится порода в естественных условиях залегания, применяется испытательный блок 29.

При подаче рабочей жидкости в полость, образованную корпусом 33 и концентрично расположенным эластичным стаканом 34, породный образец

52 обжимается, при этом в нем создаются заданные необходимые внутренние напряжения.

Для исследования методов интенси— фикации процесса лазерного разрушения горной породы применяется испытательный блок 18.

При необходимости размещения оптических элементов по определенной тра— ектории в различных точках пространства (к примеру по П-образной траектории) предложенное конструктивное выполнение приборного стола позволяет без дополнительных доработок при минимальной трудОемкости перейти, например, от прямоугольной формы стола к П-образной. Кроме того, выполнение модульных отсеков с полостями, Формула

42иг. 2

15 1б

3 12669 заполненными демпфирующим материалом, позволяет обеспечить демпфирование колебаний, что особенно важно при проведении экспериментов с применением оптиче ских элементов. изобретения

1. Стенд для исследования процес- . сов лазерного разрушения горных пород, включающий лазер, блок ввода 1О лазерного луча, испытательный стол, систему газового поддували приборный стол с платформами для оптических элементов, на которых закреплены блок визуализации, блок разделения лазерного луча, блок сканирования лазерного луча, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности полученных результатов за счет расширения функциональных воз- 2р можностей моделировация естественных условий залегания пород при использовании методов интенсификации лазерного воздействия, он снабжен рамой

1 с ударником, испытательным блоком и 25

85 4 опорной платформой, выполненной в виде модульных блоков с полостями, заполненными демпфирующим материалом и юстировочными плитами для размещения платформ для оптических элементов, при этом блок сканирования лазерного луча выполнен с приводом возвратно-поступательного перемещения, а испытательный блок и рама с ударником размещены на испытательном столе.

2. Стенд по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что испытательный блок выполнен в виде цилиндрического стакана с крьппкой, в котором размещен эластичный стакан, при этом в крышке выполнено отверстие.

3. Стенд по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что испытательный блок выполнен в виде герметичной камеры с иллюминатором и рамой с направляющими, на которых установлен с возможностью перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях предметный столик.

1266985 рие. 4! 266985

9J ФО Рие. Е

29 . Х7 52 Ж N

Йи.7

Составитель Е. Столбцов

Техред Л.Сердюкова

Корректор С. Шекмар

Редактор N. Дыпын

Тираж 470

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5736/26

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4