[其他]脈沖電能發(fā)射分裂物質(zhì)的方法和設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86104470
• 申請日: 1986-06-27
• 公開（公告）號: CN86104470A
• 公開（公告）日: 1988-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬治·科迪納
• 申請（專利權(quán)）人: CEEE公司
• 主分類號: E21C37/18
• 分類號: E21C37/18;E21C37/12
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 曹濟(jì)洪

本發(fā)明涉及藉發(fā)射脈沖電能透過物體來分裂物體的一種方法和一種設(shè)備。更確切地說，脈沖電能是經(jīng)過設(shè)置在物體中的多個(gè)電極而發(fā)射穿過物體。

先有技術(shù)長期以來已考慮到電能破碎或分裂物體的潛力。特別是在地下采礦方面，以及地下井的結(jié)構(gòu)地層開掘方面，已認(rèn)識(shí)到這種潛力。在這些范圍里，常常需要破裂一種硬的（比如巖石）固體物質(zhì)，以推進(jìn)礦井采掘面，或者藉分裂周圍的地下范圍，增加從地下井內(nèi)開采量。

利用電能分裂巖石，最初的嘗試是包括將多個(gè)電阻電極放置在巖石中的孔內(nèi)，接著，通過電極傳遞電流。藉電極加熱巖石，由于在巖石中引起熱應(yīng)，最后導(dǎo)致它沿著電極的電路斷裂。用于在巖石中引起熱應(yīng)力以推進(jìn)礦井采掘面的設(shè)備也是眾所周知的。這些器件一般利用電極跳火來加熱巖石工作面及利用冷卻裝置在應(yīng)用電弧后來冷卻工作面。這種循環(huán)的加熱和冷卻，在巖石工作面內(nèi)引起熱應(yīng)力，該應(yīng)力接著將巖石分裂。更現(xiàn)代的器件利用這種加熱或加熱/冷卻步驟的基本技術(shù)，但采用電子束或高速等離子流來完成加熱。

施加電脈沖于諸如巖石的物質(zhì)，而使其分裂的方法也是熟知的。電脈沖在施加巖石的電極之間通過自然地存在的較低電阻的路徑建立一電流電路。然后，電流引起巖石中的液體汽化和膨脹，膨脹產(chǎn)生的內(nèi)部壓力導(dǎo)致巖石分裂。另一方面，巖石在應(yīng)用電脈沖之前，可以用比如電解溶液的液體來處理，以幫助電極之間的電路的建立。若巖石未以液體溶液預(yù)處理，為了在電極間通過巖石建立電路，或需利用多點(diǎn)電極。

電脈沖也已用來作分裂巖石兩步驟工序的要素。電脈沖在巖石中引起無數(shù)的微裂痕，其后用聲能使巖石沿著這些裂痕分裂。

電能也可用于鉆進(jìn)硬的物質(zhì)，比如巖石。先有技術(shù)充滿著各種形式的電火花鉆，這些鉆是依靠一對電極之間、或一個(gè)電極與周圍形成物之間的電弧來使巖石分裂。電極可以應(yīng)用電極本身，或配合一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)圓錐打孔鉆頭（roller????cone????drill????bit）來應(yīng)用。

從能量消耗的觀點(diǎn)來看，先有技術(shù)的設(shè)備都沒有經(jīng)證明為有效的。在合理的時(shí)間內(nèi)達(dá)到器件的目的，這些器件需要的輸入能量經(jīng)證明是不合乎經(jīng)濟(jì)原則，特別是鑒于能源價(jià)格經(jīng)常上升的情況來說。任何依靠加熱巖石或巖石中的液體的器件，必須也必然具有高能量輸入，或在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)需要能量輸入。

本發(fā)明公布一種方法和設(shè)備，來克服先有技術(shù)的低效率和高能量輸入的要求，該方法和設(shè)備是通過發(fā)射一個(gè)或幾個(gè)電脈沖穿過諸如巖石的物體使物體分裂。一系列各具有一共有的控制電壓幅度但不等寬度的測量脈沖，發(fā)射進(jìn)入物體之中，以確定分裂脈沖的最佳寬度和測定物體的特性阻抗。然后將一個(gè)或多個(gè)分裂脈沖發(fā)射進(jìn)入物體中間。各分裂脈沖是以預(yù)定的電壓幅度而在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)射進(jìn)入物體中。高速應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)電脈沖使物體在極短的時(shí)間內(nèi)分裂。本發(fā)明的方法和設(shè)備提供一個(gè)較采用先有技術(shù)的方法和設(shè)備為大的每輸入單位的輸出量。

實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法所應(yīng)用的設(shè)備，可包括一個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使用電容器、電感器或一個(gè)兩者的組合作為電能存儲(chǔ)器件;一個(gè)電源和電流調(diào)節(jié)器，將能量存儲(chǔ)器件充電至一預(yù)定電平;一個(gè)脈沖發(fā)生器用來正確地組成和使用測量脈沖;以及多個(gè)電極，通過開關(guān)裝置連接至電容器組或脈沖發(fā)生器，將電能直接施加到物體。電極可設(shè)置在物體中的孔內(nèi)，而且是絕緣的，僅在它們的末端露出來。將能量存儲(chǔ)組合、脈沖發(fā)生器和電極相互之間連接的輸電線必須不惡化電脈沖的時(shí)間寬度，也不改變其波形。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的脈沖電能器件的示意圖。

圖2是用于圖1中的器件的電容器組的示意圖。

圖3是圖1中所示器件的電極的放大視圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的測量脈沖列的電壓電平對時(shí)間的曲線圖。

圖5是說明分裂不同種類和重量的巖石所需能量的圖表。

圖6是說明達(dá)到不同碎裂程度所需能量的圖表。

圖7是說明使用三個(gè)電極的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的部分示意圖。

圖8是說明圖7中三電極在巖石上相對位置的頂視圖。

雖然可以相信在這里宣布的方法和設(shè)備能分裂許多固體物質(zhì)，然而這里只介紹用來破裂巖石這方面。要明白，同樣的原理可以應(yīng)用到其他固體物質(zhì)。