Регистрация / Вход
Прислать материал

Перспективное применение технологии лазерного бурения для разрушения горных пород

Фамилия
Эм
Имя
Антон
Отчество
Дмитриевич
Номинация
Горное дело
Институт
Горный институт
Кафедра
Горного оборудования, транспорта и машиностроения
Академическая группа
ГМО-12
Научный руководитель
к. т. н., доц. Кузиев Д.А.
Название тезиса
Перспективное применение технологии лазерного бурения для разрушения горных пород
Тезис

     На сегодняшний день существуют 4 способа механического бурения: вращательный, ударный, вращательно-ударный и ударно-вращательный способы бурения шпуров и скважин. Механическое бурение обладает рядом достоинств: возможность выбора натуральных образцов пород для их изучения; благоприятные условия исследования водоносных и нефтегазоносных горизонтов. В свою очередь недостатками являются: низкий КПД, от 2% до 10%; наличие сложного устройства кинематических передач; быстроизнашивающийся породоразрушающий инструмент; резкое уменьшение скорости разрушения с увеличением крепости разрушаемых пород; высокая себестоимость работ. В связи с этим возникла необходимость разработки новых способов разрушения горных пород, обеспечивающих конкурентоспособность таких устройств.                                                                                                      Перспективным направлением является физическое бурение, основанное на применении лазера. Механизм разрушения горной породы лазерным лучом отличается от механического способа, разнообразен и зависит от плотности энергии импульса. При небольшой плотности поглощенное оптическое излучение вызывает нагрев породы и разрушение ее плавлением. Лазерное излучение создает на забое скважины значительный температурный градиент от 1100°C на его поверхности и 75°С на глубине 2,2 мм от нее. При воздействии лазерного луча высокой плотности, разрушение схоже с электрическим пробоем диэлектрика: после появления узкого канала пробоя возникает ударная волна.                                                                                                                                                                   Система лазерного бурения состоит из головки для подачи лазерного пучка, оптического блока и системы питания. Лазерный буровой инструмент не имеет непосредственного механического контакта с горной породой и поэтому его износостойкость не ограничена. Это и является одним из главных преимуществ лазерного бурения. Также для лазерного луча твердость горной породы не имеет существенного значения. На сегодняшний день возможно производство лазеров непрерывного действия с выходной мощностью 100 кВт и выше. Коэффициент полезного действия газовых лазеров может достигать 30-70 %.                                                                              Лазерное бурение принципиально отличается от механического. Данная новая технология имеет неоспоримые достоинства, однако в настоящее время целесообразно использовать комбинированный метод бурения, что позволит расширить области применения и значительно понизить энергозатраты.