Спосіб локального знеміцнення міцних ґрунтів високовольтним електрохімічним вибухом

Реферат: Спосіб локального знеміцнення міцних ґрунтів високовольтним електрохімічним вибухом включає буріння в ґрунті шпурів, встановлення в шпури капсули, що заповнена екзотермічною сумішшю, яку підпалюють при подачі на електроди, що встановлені з протилежних кінців капсули, імпульсів високої напруги від генератора імпульсних струмів, а як електроди використовують оголені кінці двожильного кабелю. При цьому попередньо визначають енергію високовольтного хімічного вибуху, яка потрібна для знеміцнення ґрунтів заданої міцності та заданого радіуса знеміцнення, та вибирають масу екзотермічної суміші, використовуючи емпіричну залежність її від енергії високовольтних хімічних вибухів, а на електроди подають імпульси високої напруги з енергією від 6,0 до 7,0 кДж, які забезпечують виділення енергії при згорянні екзотермічної суміші до 500 кДж, причому використовують капсули довжиною до 0,4 м. Технічний результат: забезпечується повне згоряння екзотермічної суміші і виділення енергії, достатньої для локального знеміцнення ґрунтів різної міцності. UA 104678 C2 (12) UA 104678 C2 UA 104678 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до будівельної та гірничодобувної промисловості, зокрема до способів руйнування міцних ґрунтів та скельних порід. Відомий спосіб руйнування твердих скельних порід (патент України №58301 А МПК 7 Е 21С37/18, опубл. 15.07.2003, Бюл. № 7), що включає розміщення в шпурі заряду низькочутливого енергетичного матеріалу на основі окислювача і пального, який підпалюють електричним розрядом із заданим сповільненням. Ознаками, що збігаються з ознаками способу, що заявляється, є такі: буріння в ґрунті шпурів, встановлення в шпури капсули, що заповнена екзотермічною сумішшю, яку підпалюють при подачі на електроди імпульсів високої напруги. Причиною, що перешкоджає одержанню очікуваного технічного результату, є те, що спосіб не передбачає визначення оптимальної енергії, що достатня для підпалення та повного згоряння енергетичного матеріалу. Найбільш близьким за сукупністю ознак до винаходу, що заявляється, є "Спосіб електророзрядного руйнування монолітних ґрунтів під водою" (патент України № 26101 МПК (2006) Е21С 51/00, Е21С 37/18 (2007.01), опубл. 10.09.2007, Бюл. № 14), що включає буріння в ґрунті шпурів, установку в шпури ємності, що заповнена екзотермічною сумішшю з зануреними в неї електродами, яку підпалюють електричним розрядом при подачі на електроди імпульсів високої напруги, причому шпури пробурюють на відстані один від одного, яка дорівнює сумі радіусів зон руйнування та тріщиноутворювання при підриві екзотермічної суміші в одному шпурі, в шпури установлюють ємності з різним співвідношенням пального та окислювача екзотермічної суміші, а як електроди використовують оголені металеві жили кабелю, нижню частину яких загинають на кут 90, встановлюють розрядний проміжок рівним від 30 до 50 мм і закріплюють на них ємність з екзотермічною сумішшю. Ознаками, які збігаються з суттєвими ознаками способу, що заявляється, є такі: буріння в ґрунті шпурів, установка в шпури капсули, що заповнена екзотермічною сумішшю, яку підпалюють при подачі на електроди, що встановлені з протилежних кінців капсули, імпульсів високої напруги від генератора імпульсних струмів, а як електроди використовують оголені кінці двожильного кабелю. До причини, що перешкоджає одержанню необхідного технічного результату, слід віднести те, що спосіб не передбачає визначення оптимальної енергії, що достатня для підпалення та повного згоряння енергетичного матеріалу визначеної маси, немає балансу електричної та хімічної енергії, що унеможливлює керованість процесом знеміцнення ґрунту заданого об'єму. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб локального знеміцнення міцних ґрунтів високовольтним електрохімічним вибухом шляхом визначення енергії високовольтного електрохімічного вибуху та оптимальної енергії імпульсів високої напруги, які подають на електроди, що дозволить забезпечити повне згоряння екзотермічної суміші і виділення енергії, достатньої для локального знеміцнення ґрунтів різної міцності при максимальній довжині пробою електричного розряду. Суть винаходу полягає в тому, що в способі локального знеміцнення міцних ґрунтів високовольтним електрохімічним вибухом, що включає буріння в ґрунті шпурів, установку в шпури капсули, що заповнена екзотермічною сумішшю, яку підпалюють при подачі на електроди, що встановлені з протилежних кінців капсули, імпульсів високої напруги від генератора імпульсних струмів, а як електроди використовують оголені кінці двожильного кабелю, згідно з винаходом, попередньо визначають енергію високовольтного хімічного вибуху, яка потрібна для знеміцнення ґрунтів заданої міцності та заданого радіуса знеміцнення, та вибирають масу екзотермічної суміші, використовуючи емпіричну залежність її від енергії високовольтних хімічних вибухів, а на електроди подають імпульси високої напруги з енергією від 6,0 до 7,0 кДж, які забезпечують виділення енергії при згорянні екзотермічної суміші до 500 кДж, причому використовують капсули довжиною до 0,4 м. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками способу, що заявляється, і технічним результатом, необхідно відзначити таке. Ознаки "попередньо визначають енергію високовольтного хімічного вибуху, яка потрібна для знеміцнення ґрунтів заданої міцності та заданого радіуса знеміцнення, та вибирають масу екзотермічної суміші, використовуючи емпіричну залежність її від енергії високовольтних хімічних вибухів, а на електроди подають імпульси високої напруги з енергією від 6,0 до 7,0 кДж і забезпечують виділення енергії при згорянні екзотермічної суміші до 500 кДж, причому використовують капсули довжиною до 0,4 м, дозволяють забезпечити повне згоряння екзотермічної суміші і виділення енергії, достатньої для локального знеміцнення ґрунтів різної міцності при максимальній довжині пробою електричного розряду. 1 UA 104678 C2 5 10 Суть способу пояснюється кресленням, де наведено емпіричну залежність повної енергії високовольтного електрохімічного вибуху від маси екзотермічної суміші. Спосіб здійснюють таким чином. Попередньо дослідним шляхом визначають залежність повної енергії високовольтного електрохімічного вибуху (ВЕХВ), що потрібна для знеміцнення ґрунтів різної міцності та з різним радіусом знеміцнення. Повна енергія ВЕХВ W дорівнює: W  W  W , де W - електрична енергія, що запасається, генератора імпульсних струмів; W - хімічна енергія, що виділяється при згорянні екзотермічної суміші. Таблиця 1 Значення потрібної величини енергії (ВЕХВ) для знеміцнення ґрунтів різної міцності Міцність грунта на стиск,  cm  10 6 Па; 10 20 30 40 50 60 70 80 100 15 20 25 30 35 40 0,2 м 20 40 60 75 100 115 140 155 200 Повна енергія ВЕХВ, W  10 3 Дж Радіус знеміцнення ґрунту, м 0,25 м 45 75 115 150 200 240 275 310 390 0,3 м 65 140 200 265 345 400 475 540 675 В залежності від міцності на стиск cm породи ґрунту визначають повну енергію ВЕХВ та радіус зони знеміцнення ґрунту. Використовують попередньо одержану дослідним шляхом залежність повної енергії ВЕХВ W від маси екзотермічної суміші (EC) і визначають необхідну масу ЕС (див. креслення). Екзотермічною сумішшю, що містить порошку алюмінію 60 % і аміачної селітри 40 %, заповнюють капсули з діелектричного матеріалу. Електроди встановлюють з протилежних кінців капсули, а як електроди використовують оголені кінці двожильного кабелю. Використовують капсулу довжиною до 0,4 м, що пов'язано з максимальною довжиною пробою електричного розряду для екзотермічної суміші, що містить 60 % пального та 40 % окислювача. В ґрунті бурять шпури, встановлюють в них капсули з екзотермічною сумішшю, яку підпалюють при подачі на електроди імпульсів високої напруги від генератора імпульсних струмів з енергією від 6,0 до 7,0 кДж, які забезпечують виділення енергії при повному згорянні екзотермічної суміші до 500 кДж. Для одержання потрібної форми (циліндрична або шар) об'єму знеміцнення ґрунту використовують різні схеми розміщення капсул з екзотермічною сумішшю. Крім того, капсули довжиною до 0,4 м можна розташовувати на поверхні плит, пластин або між ними і зрізати їх по заданій формі. Також можна здійснювати знеміцнення як шпуровим, так і безшпуровим способом. Таким чином, використання способу дозволить забезпечити повне згоряння екзотермічної суміші і виділення енергії достатньої для локального знеміцнення ґрунтів різної міцності при максимальній довжині пробою електричного розряду. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб локального знеміцнення міцних ґрунтів високовольтним електрохімічним вибухом, що включає буріння в ґрунті шпурів, встановлення в шпури капсули, що заповнена екзотермічною сумішшю, яку підпалюють при подачі на електроди, що встановлені з протилежних кінців капсули, імпульсів високої напруги від генератора імпульсних струмів, а як електроди використовують оголені кінці двожильного кабелю, який відрізняється тим, що попередньо 2 UA 104678 C2 5 визначають енергію високовольтного хімічного вибуху, яка потрібна для знеміцнення ґрунтів заданої міцності та заданого радіуса знеміцнення, та вибирають масу екзотермічної суміші, використовуючи емпіричну залежність її від енергії високовольтних хімічних вибухів, а на електроди подають імпульси високої напруги з енергією від 6,0 до 7,0 кДж, які забезпечують виділення енергії при згорянні екзотермічної суміші до 500 кДж, причому використовують капсули довжиною до 0,4 м. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3