Научная статья на тему 'Исследование воздействия излучения импульсного волоконного лазера на горную породу амфиболит'

Исследование воздействия излучения импульсного волоконного лазера на горную породу амфиболит Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
53
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОПТОВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР / ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ / РАЗРУШЕНИЕ / ГОРНАЯ ПОРОДА / ЭКСПЕРИМЕНТ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Яценко Сергей Николаевич, Яценко Мария Андреевна

В статье рассматривается проведение экспериментального исследования по воздействию лазерным излучением в разных режимах работы на горную породу Амфиболит и выбора нужного режима работы лазера для подготовки соответствующего технического задела и дальнейших исследований в этом направлении.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Исследование воздействия излучения импульсного волоконного лазера на горную породу амфиболит»

Литература

1. Алюминиевые композиционные сплавы - сплавы будущего. / Сост. А. Р. Луц, И. А. Галочкина. Самара. 2Q13. С. S2.

2. Composite materials handbook - Volume 4. Metal matrix composites/ department of defense handbook. USA. 17 June 2QQ2.

3. Корчагин М. А. Использование самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и механической активации для получения нанокомпозитов. Текст / М. А. Корчагин, Д. В. Дудина // Физика горения и взрыва. 2007. т.43. № 2. С. 58-71.

4. Попов В. А. Теоретическая оценка возможности получения металломатричных композитов с малым размером упрочняющих частиц. Текст / В. А. Попов, А. В. Мармулев, М. Ю. Кондратенков // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 2005. № 1. С. 52-56.

5. Калашников И. Е Развитие методов армирования и модифицирования структуры алюмоматричных композиционных материалов: автореферат дисс. на соискание уч. степени доктора техн. наук. Москва, 2011. С. 50.

Исследование воздействия излучения импульсного волоконного лазера на горную породу амфиболит Яценко С. Н.1, Яценко М. А.2

'Яценко Сергей Николаевич / Yatsenko Sergey Nikolaevich - аспирант, кафедра горного дела и комплексного освоения георесурсов, инженерная школа;

2Яценко Мария Андреевна / Yatsenko Mariya Andreevna - студент, кафедра общей физики, школа естественных наук, Дальневосточный Федеральный университет, г. Владивосток

Аннотация: в статье рассматривается проведение экспериментального исследования по воздействию лазерным излучением в разных режимах работы на горную породу Амфиболит и выбора нужного режима работы лазера для подготовки соответствующего технического задела и дальнейших исследований в этом направлении.

Ключевые слова: оптоволоконный лазер, лазерное излучение, разрушение, горная порода, эксперимент.

Введение.

Традиционные способы воздействия на горные породы, основанные на их механическом разрушении, практически приблизились к пределу своих технических возможностей. В связи с этим в мире возникла проблема разработки новых, более эффективных способов разрушения горных пород, обеспечивающих на длительную перспективу конкурентоспособность таких устройств по сравнению с лучшими в мире образцами буровой техники.

В настоящее время все чаще проявляется интерес к нетрадиционным способам разрушения. Наиболее явно это проявляется в области лазерной техники. Применение лазерных технологий для обработки различных твердых материалов и в горной добыче активизировалось с появлением современных волоконных лазеров, имеющих КПД до 30 % [1].

Результаты исследования.

В Инженерной школе ДВФУ выполнено исследование по разрушению горной породы с использованием оптоволоконного иттербиевого лазера ИЛИ-1-50 («ИРЭ-Полюс») с выходной мощностью 50 Вт [2]. В процессе испытаний лазер работал в режиме импульсного излучения с длиной волны 1062 нм. Расстояние от выходного коннектора до поверхности резания составляло 13 см, мощность излучения 50 Вт. Эксперимент проводился на образце породы амфиболит. Результаты экспериментальных исследований по воздействию на образец представлен в таблице 1.

Амфиболит (рисунок 1) представляет собой зеленые и серо-зеленые породы различной зернистости с массивной, но чаще сланцеватой текстурой. В соответствии с классификацией горных пород Протодьяконова М. М., амфиболиты месторождения относятся к крепким и очень крепким породам II-1У категории крепости и обладают коэффициентом крепости до 17- 18.

Рис. 1. Образец породы до эксперимента

С изменением частоты импульса и скорости развертки лазерного излучения результат воздействия варьируется от плавления до испарения породы.

Время воздействия на образец в зависимости от частоты импульса менялось от 20 до 180 секунд. Частота импульса варьировалась пошагово, а именно: 20; 80 и 100 кГц. Ниже представлены фотографии образца после воздействия лазера с частотой 20 кГц (рисунок 2).

Рис. 2. Образец породы после воздействия лазера с частотой импульса 20 кГц

Образец амфиболита под действием излучения с частотой 20 кГц и небольшой скорости развертки образовывал ярко светящийся факел. В районе воздействия излучения 8x8 мм (квадрат) возникала область со стекловидным оплавлением. Тот же самый эффект получили и при частоте импульса 80 кГц.

Совсем иначе реагировал образец на излучение лазера с частотой 100 кГц и более высокой скоростью развертки. Районом воздействия лазера выбран квадрат 12x12 мм. В фокусе на поверхности породы наблюдался ярко светящийся факел. Однако образец не плавился, а испарялся (сжигался). На месте возникновения факела образовалась лунка с чистыми и ровными стенками. Фотографии образца после воздействия лазера с частотой 100 кГц (рисунок 3), а также фотографии образовавшихся факелов при воздействии лазера представлены ниже (рисунок 4).

а) 6)

Рис. 4. а) факел при частоте 20кГц и 80кГц; б) факел при частоте 100кГц

Таким образом, оба результата эксперимента являются положительными, и на основе полученных результатов можно проводить дальнейшие исследования в области разрушения горной породы с применением более мощных лазеров как импульсных, так и непрерывного действия.

Перспективность разрушения (бурения) горной породы лазером обусловлена тем, что буровой инструмент не имеет механического контакта с горной породой и поэтому его износостойкость теоретически не ограничена. Для лазерного луча твердость горной породы не имеет какого-либо существенного значения (решающее отличие от всех механических способов бурения). Во всех случаях при лазерном бурении форма сечения может быть запрограммированной, а стенка скважины будет формироваться из расплава горной породы, и будет представлять собой стеклообразную массу, позволяющую повысить коэффициент вытеснения бурового раствора цементным. Либо испарять породу в заданной рамке, что упрощает проходку и не требует энергоемких затрат на выемку породы. Сечение скважины при формировании ствола может иметь произвольную форму. Компьютер по разработанной программе дистанционно задает режим сканирования лазерного луча, что позволяет запрограммировать размер и форму ствола скважины.

Таблица 1. Данные экспериментального исследования по воздействию лучем лазера на образец

горной породы амфиболит

Мощность излучения, Вт Частота импульса, кГц Время резания, с Глубина резания, мм Площадь реза, мм2 Энергоемкость резания амфиболита, Дж

50 20 20 1 64 1440

50 80 60 2 64 4320

50 100 180 1.5 144 12960

Заключение.

В работе исследуется процесс разрушения горной породы амфиболит с использованием оптоволоконного иттербиевого лазера ИЛИ-1-50 с выходной мощностью 50 Вт. Выполненные расчеты энергоемкости на основе проведенных экспериментальных исследований показывают перспективность воздействия лазерного излучения на процесс разрушения очень крепких горных пород [3].

Литература

1. Панченко В. Я. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок. М.: Физматлит, 2009.

2. [Электронный ресурс]: ИРЭ-Полюс. URL: http//www.ntoire-polus.ra/products_low_ilm.

3. Афанасьев Ю. В., Завестовская И. Н., Зворыкин В. Д. и др. // Квантовая электроника. 2000.

Гармонизация железнодорожных транспортных электронных услуг

стран ЕАЭС Хаметов Д. Д.

Хаметов Дамир Дюсюмбаевич /КНатеО Оатгт ПиштЪаеу1сЬ - магистр, кафедра логистики и управления транспортными системами, Институт управления и информационных технологий, Московский государственный университет путей сообщения императора Николая II, г. Москва

Аннотация: в статье анализируется создание электронных торговых площадок в каждой из стран Евразийского Экономического Союза, а затем и объединенной площадки в странах ЕАЭС. Влияние информационно-коммуникационных технологий на современное общество выходит далеко за экономические рамки и является инструментом создания устойчивой конкурентоспособности стран.

Ключевые слова: объединенная транспортно-логистическая компания, электронная торговая площадка транспортных услуг, информационно-коммуникационные технологии, транспорт.

По длине железнодорожных путей ЕАЭС занимает 2-е место в мире с показателем 106,6 тыс. км. Железнодорожный транспорт - основа транспортной системы и крупнейшая отрасль экономики всех стран - членов ЕЭП. Более 106 тыс. км железных дорог ЕЭП обеспечиваются перевозки грузов по внутренним, межгосударственным и транзитным сообщениям, а также взаимная торговля стран - членов ЕЭП и их торговля с третьими странами. Грузооборот железных дорог ЕЭП по своей величине второй в мире после Китая. Доля железнодорожных перевозок составляет более 43 % от грузооборота всех видов транспорта общего пользования государств ЕЭП [2].

В рамках ЕАЭС проводят работы создания, обеспечения функционирования и развития интегрированной информационной системы Сообщества (далее - интегрированная система), занимается этим Департамент информационных технологий Евразийской экономической Комиссией - ЕЭК. Интегрированную систему составляют территориально распределенные государственные информационные ресурсы и информационные системы уполномоченных органов, информационные ресурсы и информационные системы Комиссии, объединенные национальными сегментами стран-членов и интеграционным сегментом Комиссии. Работы

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.