УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАЗРЫХЛИТЕЛЬ

Полезная модель относится к добыче полезных ископаемых в горнодобывающих отраслях, а именно к устройству для разрыхления замороженных донных отложений или иных пород и пластов в вечной мерзлоте до их выборки.
В настоящее время известно используемое при добыче полезных ископаемых различное термическое, механическое, гидро- и пневмоударное оборудование.
Так, например, известно устройство для электротермического бурения-плавления скважин с отбором керна в ледовых отложениях. Корпус устройства выполнен е виде цилиндрического кольца с параболической формой нижней торцовой части и установлен с возможностью осевого перемещения относительно переходного кольца посредством пружины, размещенной между корпусом и кольцом. Б корпусе размещены нагревательные элементы, благодаря которым нагретый корпус, контактируя со льдом, расплавляет его. Устройство снабжено несколькими датчиками (SU 1513981, кл. E21B 7/15, опубликовано 27.01.1996).
Известное устройство пригодно для проходки в снегу, фирне и льду, в т.ч. в забоях, залитых жидкостью с низкой температурой замерзания, однако недостаток его состоит в конструктивной сложности и большом энергопотреблении, необходимом для расплавления льда.
Также известен способ интенсификации гео- и горнотехнологических процессов и устройство для его осуществления. Устройство включает контактирующий с породой породоразрушающий инструмент, на внутренней стороне которого расположены магнитострикционные излучатели, связанные с источником возбуждения напряжения. Излучатели выполнены в виде слоя редкоземельных элементов, нанесенного на внутреннюю поверхность инструмента (RU 2055195, кл. E21C 37/18, опубликовано 27.02.1996).
В названном известном решении интенсификация гео- и горнотехнологических процессов достигнута благодаря наличию блока согласования с микропроцессором, связанного с магнитострикционными излучателями и предназначенного для выбора соответствующего диапазона частот, позволяющего разрушать конкретную породу, при этом в ее массив нагнетают нагретые до 80° технологические растворы, что значительно усложняет как сам процесс добычи, так и предназначенное для него устройство.
Также следует отметить, что оба известных устройства служат непосредственно для добычи породы путем бурения, поэтому в них велик износ оборудования.
Задачей полезной модели является повышение эффективности добычи полезных ископаемых в условиях вечной мерзлоты с меньшими технологическими и энергозатратами благодаря предварительному ультразвуковому воздействию на обрабатываемую поверхность.
Эта задача обеспечена техническим результатом, заключающимся в увеличении КПД энергооборудования и снижении энергопотребления на единицу объема выбранной породы, при этом обеспечивается кратное увеличение выборки породы и залежей рудных и рассыпных материалов в зонах вечной мерзлоты.
Также полезная модель позволяет увеличить срок службы, как предложенного разрыхлителя, так и грунточерпающих агрегатов и их деталей, непосредственно контактирующих с породой.
Названный технический результат достигнут в полезной модели с помощью следующего.
Ультразвуковой разрыхлитель содержит герметичный корпус, в котором расположены преобразователи электрического сигнала в ультразвуковые колебания с излучателями этих колебаний, каждый из которых соединен с выступающим из корпуса штоком, на котором закреплен ролик, выполненный с возможностью передачи полученного от излучателя ультразвукового колебания на разрушаемые ледяные связи породы.
Преобразователи имеют частоту 20-30 кГц.
Штоки и ролики разрыхлителя могут быть выполнены из металла или промышленной керамики повышенной прочности для максимальной проводимости ультразвуковых колебаний.
Полезная модель поясняется чертежом. На фиг. 1 чертежа схематично изображен ультразвуковой излучатель (вид спереди в разрезе). На фиг. 2 - то же (вид сбоку в разрезе).
В своей конструкции ультразвуковой разрыхлитель 1 имеет серийные ультразвуковые преобразователи 2 с излучателями соответствующей мощности, собранные в герметичном корпусе 3 в группы по нескольку штук в несколько рядов (фиг. 1 и 2). К преобразователям 2 от генератора по проводу с герметичным вводом подается электрический сигнал. Каждый преобразователь 2 выполнен с возможностью передачи ультразвукового колебания от виброэлемента излучателя на соединенный с преобразователем 2 и выступающий из корпуса 3 шток 4, на котором закреплен с возможностью вращения ролик (колесо) 5, проводящий ультразвуковые колебания от излучателя преобразователя 2.
Работает ультразвуковой разрыхлитель следующим образом. Скомпонованные в герметичном корпусе преобразователи 2 с выступающими через герметичные уплотнения штоки 4 с роликами 5 в процессе эксплуатации, разрыхлителя перемещаются (катятся) под слоем талой воды по поверхности смерзшейся породы, воздействуя на нее ультразвуковыми колебаниями частотой около 22 кГц. Следом за предложенным разрыхлителем движутся приводные грунточерпающие ковшовые, черпаковые или шнековые агрегаты, собирающие разрыхленную породу (гравий, песок, грунт, рассыпные металлические вкрапления).
Предложенное устройство, в отличие от известных в настоящее время устройств с температурным или механическим воздействием на обрабатываемую породу, позволяет использовать особенность разрушения водяного льда, посредство контактного, но безударного технологического оборудования с использованием серийных ультразвуковых излучателей, частотами около 22 кГц. В результате их воздействия лед, связывающий породу, дает трещины, а порода и металлические вкрапления при этом, остаются целыми и являются всего лишь проводниками ультразвуковых колебаний, что позволяет снизить технологические и энергозатраты указанного процесса.
Используя перекатывание предложенного устройства по поверхности замороженной породы, посредством контактирующих с ней и закрепленных на штоках роликов, между проводящей ультразвук породой и ультразвуковым излучателем, отпадает и полностью исключается необходимость приложения усилий для механической подачи (вбивания в породу) штока виброэлемента по типу гидромолота или отбойного молотка шахтера.
Предложенное устройство может быть использовано при контактной ультразвуковой обработке породы в подтопленных шахтах или во время сезонной добычи рассыпного золота и полиметаллов в поймах северных рек. В этом случае образованные в результате воздействия предложенным устройством микротрещины в ледяных связях породы заполняются талой водой, что вызывает более активное оттаивание и как следствие, порода разрыхляется и становится пригодной для механической выборки ковшами, шнеками и черпаками.