Технические науки/10. Горное дело

К.т.н. Чебан А.Ю, к.т.н. Хрунина Н.П., к.т.н. Леоненко Н.А.

Институт горного дела Дальневосточного отделения

Российской академии наук, Россия

Разрушение негабаритов с помощью роботизированного лазерного комплекса

В настоящее время для подготовки крепких горных пород к выемке в основном используется буровзрывное рыхление. При буровзрывном рыхлении часть горного массива недостаточно прорабатывается взрывом, в результате чего в разрушенной горной массе остаются негабаритные включения. Негабариты разрушают либо вторичным шпуровым способом взрывания, либо используют бутобойную технику. В случае если горные породы имеют очень высокую крепость, разрушение негабаритов представляет значительную сложность и иногда их просто оставляют в карьере, перемещая бульдозером на специальную площадку. Быстрое развитие лазерной техники и непрерывное увеличение единичной мощности лазерных установок ставят на повестку дня использование лазеров в горном производстве. Исследования показывают, что при воздействии лазерного излучения силовых оптоволоконных установок на крепкие горные породы происходит прожигание горной породы с образованием щелей – концентраторов напряжений [1] и возникают внутренние напряжения под действием высоких температур, в результате чего прочность горной породы снижается многократно. Так при бурении с использованием лазеров скорость проходки скважин возрастает на порядок [2].

Авторами предлагается способ разрушения негабаритов скальных пород с помощью роботизированного лазерного комплекса [3]. Способ включает дробление негабарита до требуемого размера узкими разрезами путем использования лазерного излучения и перемещения сфокусированного луча по заданной траектории из одного положения в другое с помощью системы генерации и подачи оптического лазерного излучения. Оптимизацию технологических режимов с помощью математической модели управления процессом осуществляют посредством построения трехмерной модели наружной поверхности негабарита после предварительного сканирования обрабатываемой поверхности, расчета оптимальных значений расстояния, углов наклона и позиционирования кассет 1, 2 оптоволоконных излучателей на оптимальном расстоянии от поверхности негабарита и с учетом управления режимами скоростной экспозиции лазерного излучения на негабарит. Позиционирование кассет оптоволоконных излучателей осуществляют посредством механизма горизонтального телескопирования 3, механизма вертикального телескопирования 4 и привода поворота 5 кассет 1, 2 с возможностью совмещения направленного в вертикальной плоскости движения кассет 1, 2 при нарезании лазерных щелей 6 на поверхности негабарита и вращения подвески вокруг оси посредством привода поворота подвески с формированием в поверхностном слое обрабатываемого негабарита с помощью лазерного воздействия равномерно расположенных спиралевидных многорядных зон перекрытия лазерных щелей.

Рис. Роботизированный лазерный комплекс для разрушения негабаритов

Ослабление негабарита узкими разрезами, получаемыми путем перемещения сфокусированного луча по заданной траектории из одного положения в другое, осуществляют после предварительной оптимизации технологических режимов с помощью математической модели управления процессом и с учетом управления режимами скоростной экспозиции лазерного излучения на негабарит. Кассеты с оптоволоконными излучателями размещаются на оптимальном расстоянии от поверхности негабарита с обеспечением необходимых углов наклона.

Предложенный способ расширяет возможности обработки негабаритов различной формы, размеров и обеспечивает высокую эффективность процесса разрушения горных пород высокой крепости.

Статья подготовлена по гранту Российского фонда фундаментальных исследований № 13-05-00586 и проекту ДВО РАН № 12-III-Ф08-179.

Литература:

1. Леоненко Л.А., Секисов Г.В., Чебан А.Ю., Шемякин С.А., Кузьменко А.П., Силютин И.В. Исследование процессов разрушения горных пород лазерным излучением // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2013. - №5. С. 80-90.

2. Brian C. Gahan, P.E., Dr. Samih Batarseh. Laser drilling – drilling the power of light. / Report. Continuation of fundamental research and development. 2003 – 2004. – Дата обновления 15.08.2012. – URL: www.osti.gov (дата обращения: 15.08.2012).

3. Способ разрушения негабаритов горных пород с использованием лазерного воздействия и роботизированный комплекс для его осуществления / Хрунина Н. П., Леоненко Н. А., Чебан А. Ю. ; заявитель и патентообладатель Федеральное гос. бюдж. учреждение науки Ин-т горного дела ДВО РАН. - №2013135936 ; заявл. 30.07.2013.