SK500582012A3 - Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom a systém na jeho vykonávanie - Google Patents
Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom a systém na jeho vykonávanie Download PDFInfo
- Publication number
- SK500582012A3 SK500582012A3 SK50058-2012A SK500582012A SK500582012A3 SK 500582012 A3 SK500582012 A3 SK 500582012A3 SK 500582012 A SK500582012 A SK 500582012A SK 500582012 A3 SK500582012 A3 SK 500582012A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- rock
- electric arc
- thermal
- disruption
- multimodal
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 332
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 55
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 177
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 75
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 61
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 51
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 19
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 13
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 9
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 9
- 230000032258 transport Effects 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 7
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 6
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 6
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 6
- LLJRXVHJOJRCSM-UHFFFAOYSA-N 3-pyridin-4-yl-1H-indole Chemical compound C=1NC2=CC=CC=C2C=1C1=CC=NC=C1 LLJRXVHJOJRCSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 238000013021 overheating Methods 0.000 claims description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 21
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 26
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 5
- 239000012526 feed medium Substances 0.000 description 4
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 3
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 238000009385 rock melting Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 235000014101 wine Nutrition 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 208000018672 Dilatation Diseases 0.000 description 1
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000007884 disintegrant Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/14—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling
- E21B7/15—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling of electrically generated heat
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/14—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/18—Drilling by liquid or gas jets, with or without entrained pellets
Landscapes
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Disintegrating Or Milling (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Multimodálne rozrušovanie horniny bezkontaktným termickým účinkom, odlupovaním, tavením, odparovaním horniny pomocou pohyblivého elektrického oblúka, tepelnou expanziou oblúka a následnou rázovou tlakovou vlnou umožňuje oproti súčasným dostupným a známym technológiám vŕtať priamym pôsobením elektrického oblúka a elektrickým oblúkom generovaných tepelných tokov do horniny. Princíp rozrušovania je postavený na generovaní elektrického oblúka, silovom pôsobení naň a jeho pritláčaní smerom k hornine určenej na rozrušenie, čím prichádza k ohriatiu horniny tak, že dochádza k fázovej premene horniny a k jej termickému rozrušeniu. Následne je rozrušená hornina transportovaná fluidnými prúdmi, čo sa podieľajú na stabilizácii a usmerňovaní elektrického oblúka, z priestoru medzi horninou a elektrickým oblúkom, z oblasti rozrušovania horniny.
Description
Oblasť techniky
Vynález sa týka multimodálneho rozrušovania horniny termickým účinkom a systému na jeho vykonávanie a patrí najmä do oblasti vŕtania v geologických formáciách.
Doterajší stav techniky
Tepelné spracovanie materiálov elektrickým oblúkom má už dlhú históriu od polovice
19. Storočia, od objavu tohto javu. Boli vyvinuté zariadenia s možnosťou generovania vysokých teplôt až na niekoľko 10 000 K.
V nadväznosti na tieto aplikácie sa použitie elektrického vyneseného oblúka rozšírilo do oblasti zvárania a rezania, kde tiež dochádza k intenzívnemu taveniu materiálu a aj jeho čiastočnému odpareniu. Všetky tieto metódy využívajú spracovávaný materiál ako jednu elektródu. V tejto oblasti sú inovácie známe už od prvej polovice 20. storočia. Ich spoločným nedostatkom je použitie zváraného alebo rezaného materiálu /kovu/ ako jednej elektródy.
Ako prvá aplikácia bolo tavenie kovov v elektrických oblúkových peciach, čo znamenalo prevratnú zmenu v porovnaní s pecami na uhľovodíkové palivá.
Jeden z patentov využívajúci vynesený oblúk v tejto oblasti bol US Pat. 5244488 Ryoda a kol., ktorý prvý krát nevyužíva taveninu ako jednu elektródu, ale využíva tri elektródy, medzi ktorými prebieha oblúkový proces. Na obdobnom princípe je založená metóda popísaná v US Pat. 2979449 Carbothermic reduction of metal oxydes autorov Sheer, C. A kol., ktorá využíva teploty až 10 000K na vyparovanie materiálov, ich následnú kondenzáciu a získanie čistého kovu.
Podobne aj metóda realizácie plazmového reaktora podľa US Pat. 7727460 využíva dve elektródy, nezávislé od spracovávaného materiálu, na realizáciu vyneseného oblúka odparujúceho materiál.
V päťdesiatych rokoch sa postupne objavili prvé aplikácie generátorov tepelnej plazmy, najmä plazmové rezanie, zváranie a plazmové nanášanie kovových a keramických vrstiev.
V patentoch US Pat. 2868950 Electric Metal -Are process and apparatus autora Gage, R.M. , ďalej US Pat.3082314 Plasma are torch autorov Arata, Y. A kol. a US Pat. 4055741 Plasma are torch autorov Bykhovsky a kol. opisujú vortexové generátory plazmy. Ich spoločný nedostatok je obmedzenie teploty fakle na teplotu maximálne cca 6 000 K.
Vrcholom použitia plazmových generátorov na tepelné spracovanie materiálov je koncept spriahnutých generátorov /twin plasma torch/, ktorý je popísaný v US Pat. 6744006 Twin plasma torch apparatus autorov Johnson, T.P. a kol.. Jeho výhodou je elektrická nezávislosť od spracovávaného materiálu. Nedostatkom je obmedzenie oblasti pôsobenia na úsečku.a veľkosť zariadenia generovania elektrického oblúka.
Najbližšie problematike predkladaného patentuje vyparovanie materiálu vyneseným oblúkom za účelom tvorby mikro alebo nano častíc.
V článku : Application of transferred arcs to the production of nanoparticles autorov Munz, R. J., Addona T., da Cruz, A.C. podáva prehľad o využití elektrického oblúka na účely tvorby nanočastíc, odparením materského materiálu. V PhD práci: Experimental and modelling study of the plasma vapour synthesis of ultrafine AINpowders, Mc Gill University, Montreal, 1998 Popisované systémy majú jednu spoločnú črtu, ktorá je súčasne aj ich nedostatkom, pretože materiál, ktorý sa odparuje je materiálom konzumovanej anódy, kde je umiestnený jeden z koreňov vyneseného oblúka.
Z hľadiska fyziky procesu vyparovania materiálu je riešené odparovanie laserovým lúčom s veľkými energiami (MW až TW ) avšak trvajúcimi len jednotky mikrosekúnd až jednotky nanosekúnd výnimočne aj v oblasti femtosekúnd. Tieto princípy nie sú prakticky použiteľné pre procesy vŕtania, ale sú dobrým teoretickým referenčným zdrojom pre teoretické práce v oblasti procesov odparovania, aglomerácie, kondenzátov, klastrovania, ako i procesov tienenia energetického toku z vyneseného oblúka vyparenou horninou.
V článku N.M. Bulgakova and A. V. Bulgakov. Pulsed laser ablation of solids: Transition from normál vaporization to phase explosion. - Appl. Phys. A, 2001, Vol. 73, p. 199-208 autori popisujú rýchle až explozívne odparovanie materiálu pod účinkom intenzívneho tepelného toku laserového lúča.
Z tejto analytickej oblasti pulzného vyparovania materiálov vychádzalo aj niekoľko aplikačných prác využitia laserov na rozrušovanie horniny pre vŕtanie v geologických formáciách.
Využitie laserového vyparovania má však jeden podstatný nedostatok. Lúč lasera je v podstate bodový zdroj tepla. Na pokrytie celej plochy vrtu je potrebné lúč rozostriť, čím klesne podstatne plošná hustota výkonu (W/m2), alebo lúč skenovať po celej ploche a tým klesne výkon dodávaný na jednotkovú plochu o 2 až 3 rády. Ďalším nedostatkom je rozmemosť laserov veľkého výkonu a s tým nutnosť dodávať z povrchu cez optické vedenie veľké výkony až na dno vrtu (5-10 km), čo znamená značné straty alebo nutnosť použiť desiatky laserov paralelne. Obdobne významným referenčným zdrojom je použitie milimetrových elektromagnetických vín na natavovanie , resp. vyparovanie horniny na účel vŕtania, popísaného v článku: Annual Report 2009, Millimeter Wave Deep Drilling For Geothermal Energy, Natural Gas and Oil M1TEI Seed
Fund Program, Paul Woskov and Daniel Cohn, MIT Plasma Science and Fusion Center 167 Albany Street, NW16-110, Cambridge, MA 02139
Ďalším perspektívnym procesom rozrušovania horniny priamym pôsobením elektrického oblúka je využitie javu odlupovania (spallation), ktorý je založený na prehrievaní povrchových vrstiev, kde dôjde k väčšiemu roztiahnutiu než vo vrstvách pod nimi ležiacich a tým k nárastu pnutia až k odlúpeniu povrchových vrstiev. Súčasný stav tejto technológie je popísaný v práci autora Ch.R. Augustíne v PhD práci (MIT), „Hydrothermal spallation drilling (2009). Nedostatkom súčasného stavu je použitie termálnej plazmy ako „hydrotermálneho plameňa“ pracujúceho v superkritickej oblasti. Tento proces je ťažko riaditeľný s veľkými časovými konštantami. Taktiež nie všetky horniny vykazujú odlupovací jav. Vŕtacie, rozrušovacie technológie založené na odlupovaní nemôžu pokračovať vo vŕtaní a musia byť nahradené klasickým mechanickým vŕtaním.
Rozrušovanie horniny termickým účinkom využitím fázy oslabenia horniny tepelným účinkom a následne náhlym ochladením je štandardný spôsob rozrušovania hornín známy už tisícročia. Patent US 5479994 „Method of electrothermomechanical drilling and device for its implementation autorov Soloviev G. N. a kol. opisuje dvojfázovú technológiu založenú na primárnom vysušení horniny (dehydratácia) do teploty 750-950 K, nasledovnom mechanickom pôsobení a v treťom kroku na ohreve až do 1 800 až 2 300K. Jej nevýhodou je vysoká energetická náročnosť.
Napríklad pre horniny obsahujúce kremeň prebieha zohriatie horniny výhodne nad 850 K. Pri tejto teplote dochádza k fázovej premene a rekryštalizácii, kde dochádza k zväčšeniu objemu kryštálov kremeňa analogicky k zväčšeniu objemu pri fázovej premene vody na ľad a dochádza k vytváraniu trhlín (Benoit Gibert, Dávid Mainprice: Effect of crystal preferred orientations on the thermal diffusivity of quartz polycrystalline aggregates at high temperature, Tectonophysics 465 (2009) 150-163). Obdobne ako účinnosť cyklov mrznutia a topenia ľadu, cyklovanie okolo teploty fázovej premeny zvyšuje účinnosť celého procesu vytvárania trhlín a tým aj proces oslabenia horniny z hľadiska jej pevnostných charakteristík.
Ďalším známym spôsobom zvýšenia účinnosti procesu rozrušovania je použitie tepelných šokov intenzívnym chladením ohriateho objemu horniny.
Elektrohydraulický jav, ktorý opísal L. Yutkin v roku 1955 vo svojej práci (Yutkin, L.A. (1986). Elektrogidravliceskij efekt . Mashinostrojenie - Leningradskoe otdelenie, Leningrad, ISBN 3806811601 je teoretickým základom využitia tepelného explozívneho procesu generujúceho tlakovú rázovú vlnu. Ďalšími teoretickými východiskami sú práce: Bluhm, H. et al., Application of Pulsed HV Discharges to Materiál Fragmentation and
Recycling”, IEEE Transactions on Dielectrics andElectrical Insulation, vol. 7, No. 5 Oct. 2000,
625-636;
Dubovenko, K. V. et al., “Underwater electrical discharge characteristics at high values of initial pressure and temperature”, IEEE International Conference on Plasma Science 1998 1998;
Hasebe, T. et al., Focusing of Shock Wave by Underwater Discharge, on Nonlinear Reflection and Focusing Effect ”, Zairyo (Journal of the Society of Materials Science, Japan), vol. 45. No. 10 Oct. 15, 1996, 1151-1156;
Weise, Th.H.G.G. et. al., “Experimental investigations on rock fractioning by replacing explosives with electrically generated pressure pulses”, IEEE International Pulsed Power Conference - Digest of Technicalpapers v 1, 1993) popisuje využitie tepelného účinku vo vnútri iskrového prierezu, alebo oblúka vo vode, následnej tepelnej explózie a ďalej generovanie rázovej tlakovej vlny, ktorá rozrušuje, alebo deformuje materiál v jej blízkosti.
Podrobné účinky a procesy rázových vín popísal J. von Neumann and R. D. Richtmyer “ A method for the numerical calculation of hydrodynamic shock” J. of Appl. Physisc 21, 232-237 (1950)
Podstata vynálezu
Vyššie opísané procesy doteraz neboli aplikované prostredníctvom priameho plošného pôsobenia elektrického oblúka na horninu. Nedostatky a nevýhody spomínaných procesov odstraňuje predkladaný vynález aje východiskom k využitiu elektrických oblúkov na účely vŕtania v geologických formáciách.
Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom, ktorého podstata spočíva v tom, že elektrický oblúk priamo pôsobí na horninu, že aspoň časť elektrického oblúka je pôsobením síl pritláčaná smerom k povrchu horniny určenej na rozrušenie. Elektrický oblúk vzniká v generátore elektrického oblúka, ktorého konštrukcia nie je predmetom tohto vynálezu. Rovnako ani spôsob vzniku elektrického oblúka v generátore elektrického oblúka nie je predmetom tohto vynálezu. Generátor elektrického oblúka vygeneruje a usmerní elektrický oblúk až do oblasti, v ktorej je možne pomocou modulov silového pôsobenia tento oblúk ďalej formovať a ním pohybovať v blízkosti horniny. Priamym pôsobením elektrického oblúka na horninu dochádza k jej intenzívnemu ohrevu a tým k jej rozrušovaniu. Následne je rozrušená hornina transportovaná mimo priestor nachádzajúci sa medzi horninou a elektrickým oblúkom. Priame pôsobenie elektrického oblúka na horninu znamená, že ide o pôsobenie bez použitia sprostredkovacieho média, ktoré zabezpečuje prenos tepla medzi oblúkom a horninou.
V konvenčných plazmatrónoch sa energia elektrického oblúka odovzdáva médiu a až to pôsobí na horninu. Riešenie podľa tohto vynálezu spočíva v prevzatí a tvarovaní elektrického oblúka a jeho priameho pôsobenia na rozrušovanú horninu. Práve preto, aby takéto uskutočnenie bolo možné, je nutné neustále v priebehu celého procesu tvarovať a pritláčať oblúk do blízkosti horniny a odstraňovať z priestoru medzi horninou a elektrickým oblúkom všetky rozrušené materiály a prebytočné plyny tak, aby bol umožnený priamy kontakt elektrického oblúka a horniny.
Hornina je intenzívne ohrievaná a toto ohrievanie môže spôsobiť zvýšenie teploty na teplotu odlupovania, čím jej prehriatím dochádza k odlupovaniu. Pri ohrievaní nad teplotu tavenia horniny získame taveninu horniny a v tejto forme sa hornina odstraňuje z vrtu. Pri ďalšom režime môže byť hornina ohriata až nad teplotu varu, čím dochádza k j ej intenzívnemu odparovaniu.
Časť vodivého kanála elektrického oblúka je jeho formovaním umiestnená v blízkosti nad povrchom rozrušovanej horniny. Táto časť vodivého kanála sa môže nachádzať v statickom alebo pohybujúcom sa stave. Je výhodné, ak aspoň časť vyneseného elektrického oblúka je tvarovaná tak, že vodivý kanál elektrického oblúka má tvar špirály, ktorá rotuje vo vymedzenom priestore diskovitého tvaru. Tento špirálovitý tvar vodivého kanála je formovaný pôsobením magnetických síl a/alebo účinkom síl fluidného prúdu.
Ďalšie silové pôsobenie magnetických síl a/alebo síl fluidného prúdu slúži na pritláčanie sformovaného elektrického oblúku k povrchu rozrušovanej horniny.
Sily vyvolané prvým fluidným prúdom pôsobia na elektrický oblúk súčasne tangenciálnou zložkou a axiálne prítlačnou zložkou. Axiálna zložka pritláča elektrický oblúk k hornine a tangenciálna spôsobuje jeho vytláčanie k vonkajšiemu obvodu plochy rozrušovanej horniny. Rovnako sily vyvolané pôsobením magnetického poľa pôsobia na elektrický oblúk súčasne tangenciálnou zložkou a axiálne prítlačnou zložkou.
Rozrušenú horninu je potrebné transportovať mimo priestor, ktorý je medzi horninou a elektrickým oblúkom. K tomu slúži privádzaný druhý fluidný prúd, ktorý preniká medzi horninu a elektrický oblúk a transportuje rozrušenú horninu mimo priestor medzi horninou a elektrickým oblúkom.
Je výhodné, ak prvý fluidný prúd plní aj funkciu druhého fluidného prúdu a tou funkciou je odvádzanie rozrušenej horniny. V takom prípade je prvý fluidný prúd smerovaný tak, že prechádza oblúkom až k hornine, vtedy plní funkciu prvého fluidného prúdu, kde svojou tangenciálnou a axiálnou zložkou formuje a pritláča elektrický oblúk. Následne sa pri dopade na rozrušovanú horninu odráža od horniny a smeruje radiálne mimo priestor elektrického oblúka. Vtedy plní prvý fluidný prúd aj nosnú funkciu, t.j. odstraňuje a nesie so sebou rozrušenú horninu z priestoru medzi elektrickým oblúkom a horninou. Proces transportu prebytočnej hmoty je možné dosiahnuť aj mechanickým vytláčaním rozrušenej horniny generovaním rázovej tlakovej vlny pri elektrohydraulickom efekte. Tento jav a/alebo pôsobenie fluidných prúdov môže slúžiť ako alternatívny spôsob odstránenia rozrušenej horniny.
Je výhodné, ak radiačná zložka tepelného toku oblúka smerujúca od horniny je odrážaná odrazovou plochou smerom k rozrušovanej hornine. Takýmto spôsobom sa využije väčšia časť tepelného toku a účinnosť procesu sa zvyšuje.
Prvý fluidný prúd pôsobí spolu s privádzaným druhým fluidným prúdom a s odparujúcou sa horninou stabilizujúco na elektrický oblúk. To udržuje pohybujúci sa elektrický oblúk vo vymedzenom priestore a v blízkosti rozrušovanej horniny.
Je výhodné z hľadiska rozloženia interakcie silového pôsobenia fluidných prúdov a elektrického oblúka, ak privádzaný druhý fluidný prúd dopadá kolmo na povrch horniny v strede plochy pôsobenia elektrického oblúka a radiálne sa rozbieha zo stredu k okrajom vyneseného oblúka. Druhý fluidný prúd vstupujúci do stredu pôsobenia elektrického oblúka na horniny pri kolmom dopade na plochu je rovnomerne presmerovaný k okrajom rozrušovaného otvoru, čím je dosiahnutý rovnomerný objemový tok a rovnomernosť objemového toku pri vytláčaní rozrušenej horniny.
Elektrický oblúk sa môže pohybovať v priestore tvaru valcovej steny a vtedy pôsobí na horninu na ploche, ktorá má tvar medzikružia.
Prvý fluidný prúd a/alebo druhý fluidný prúd môže dopadať na elektrický oblúk zo strany vnútorného obvodu priestoru tvaru valcovej steny, v ktorom pôsobí elektrický oblúk a/alebo zo strany vonkajšieho obvodu priestoru tvaru valcovej steny, v ktorom pôsobí elektrický oblúk.
Je výhodné, ak odrazovou plochou na odrážanie radiačnej zložky tepelného toku oblúka smerujúcej od horniny je elektróda generátora elektrického oblúka.
Elektrický oblúk môže byť prítlačnými silami čiastočne zanorený v hornine.
Rozrušovanie horniny termickým účinkom sa dosahuje tak, že tepelným tokom elektrického oblúka sa postupne zvyšuje teplota horniny a tým je postupne hornina oslabená dehydratáciou, rekryštalizáciou, rozdielnou expanziou rôznych typov kryštálov a podobne.
Rozrušovaná hornina môže byť striedavo ohrievaná tepelným tokom elektrického oblúku a druhým fluidným prúdom ochladzovaná, čím je zaťažovaná a tým prichádza k jej oslabeniu.
V prípade, že prúd elektrického oblúka sa zvýši, oblúk expanduje, je tlačený smerom na horninu a súčasne vytláča rozrušenú horninu mimo priestor medzi elektrickým oblúkom a horninou. Skokovým zvýšením prúdu elektrického oblúka elektrický oblúk generuje rázovú vlnu, ktorá intenzívnejšie mechanicky rozrušuje horninu a vytláča rozrušenú horninu mimo oblasť rozrušovania.
V prípade zmeny horniny na taveninu pulzným zvýšením prúdu elektrického oblúka oblúk expanduje a je tlačený smerom na horninu, pričom súčasne vytláča taveninu mimo priestor medzi elektrickým oblúkom a horninou. Druhý privádzaný fluidný prúd preniká medzi horninu a elektrický oblúk a zvyšuje účinok rázovej tlakovej vlny a jej pôsobenia na rozrušovanú horninu.
Podľa konkrétnej geologickej situácie, typu rozrušovanej horniny môže rozrušovanie horniny prebiehať v rôznych pracovných režimoch vhodných pre dané prostredie a tým minimalizovať energetickú náročnosť, náklady na vŕtanie, resp. maximalizovať prienikovú rýchlosť. Horniny rôznych vlastností rozdielne reagujú na teplotnú úroveň rozrušovania a preto je potrebné použiť vhodné prevádzkové režimy, technologické spôsoby, ktoré sa podľa typu horniny vo vrte menia, čiže multimodálne rozrušovanie horniny.
V závislosti od spôsobu rozrušovania hornín môže rozrušovanie horniny prebiehať v nasledovných pracovných režimoch, ktoré prebiehajú samostatne, alebo kombinovane:
Rozrušovanie využívajúce kombináciu tepelných efektov a rázových tlakových vln.
Zariadenie pracuje s generátorom elektrického oblúka znázorneného na obr.l. Hornina je najskôr vystavená pôsobeniu tepelného toku generovaného elektrickým oblúkom, ktorý môže dosahovať teploty až niekoľko 10 tisíc Kelvinov. Medzi najdôležitejšie vlastnosti patrí mechanická pevnosť a pružnosť, ktoré sú pôsobením tepelného toku znížené. Tepelný tok spôsobuje intenzívne a rýchle ohrievanie horniny, pri istej hodnote teploty horniny spôsobuje zmenu jej mechanických vlastnosti. Táto zmena je spôsobená rôznymi fyzikálnochemickými dejmi ako napr. rekryštalizácia, dehydratácia a pod. Následne, pôsobením rázovej tlakovej vlny, ktorá je vyvolaná elektrohydraulickým efektom, nastáva ffagmentácia. Rekryštalizácia prehlbuje výsledný účinok rozrušovania pôsobením elektrohydraulického efektu na horninu. Odstraňovanie fragmentov je zabezpečené ďalším tlakovým pulzom a/alebo fluidným tokom ďalšieho dodávaného média. Výhodou tohto režimu je dosahovanie vyšších vŕtacích rýchlosti a efektívneho využitia tepelnej energie, ktorá je dodávaná z veľkej časti iba do horniny, ktorá bude okamžite odstránená a teda nedochádza k j ej viacnásobnému ohrevu a následnému ochladeniu.
Potrebná energia k rozrušeniu horniny cca 200- 1 000 J/cm3
Rozrušovanie pomocou efektu odlupovania (spallation) (teplota~940-960 K)
Zariadenie pracuje s generátorom elektrického oblúka znázorneného na obr.l. Hornina je vystavená pôsobeniu tepelného toku generovaného elektrickým oblúkom. Pri kritickej hodnote teploty dochádza v niektorých horninách k efektu odlupovania. Na základe rôznej dilatácie a rôznych mechanických napätí medzi vrchnou vrstvou a vrstvami pod ňou prichádza k spontánnemu odlupovaniu malých častí v rôznych intervaloch teplôt horniny. Vzniknuté fragmenty sú odstraňované rázovou tlakovou vlnou generovanou elektrohydraulickým efektom a/alebo fluidným tokom dodávaného média. Pri špecifických horninách existuje interval, v ktorom je proces odlupovania výrazne účinný a jeho vŕtacie rýchlosti môžu presahovať rýchlosti mechanického vŕtania. Navyše je hornina prirodzene fragmentovaná na dostatočne malé častice, ktoré sú vhodné na transport a nie je potrebná ďalšia úprava ich veľkosti. Potrebná energia k rozrušeniu horniny cca 2 000- 3 000 J/cm3
Rozrušovanie pomocou tavenia horniny (teplota>l 800 K)
Zariadenie pracuje s generátorom elektrického oblúka znázorneného na obr.l. Hornina je v dôsledku pôsobenia tepelného toku generovaného elektrickým oblúkom zohriata až nad teplotu tavenia. Tavenina je následne odstraňovaná pôsobením rázovej tlakovej vlny generovanej elektrohydraulickým efektom a/alebo pôsobením fluidných tokov dodávaného média. Pri tomto režime, k zmene skupenstva horniny potrebné teploty presahujú teplotu tavenia. Časť natavenej horniny môže byť využitá pri tvorbe paženia (casingu).
Potrebná energia k rozrušeniu horniny (žula) 5 000 J/cm3
Odstraňovanie horniny odparovaním (žula, teplota>3 000 K)
Zariadenie pracuje s generátorom elektrického oblúka znázorneného na obr.l. Hornina je v dôsledku pôsobenia tepelného toku generovaného elektrickým oblúkom zohriata až nad teplotu varu a nastáva intenzívne vyparovanie horniny. Výpary horniny sú transportované mimo pracovnú oblasť zariadenia rázovou tlakovou vlnou a/alebo fluidným tokom dodávaného média. Hornina je pri tomto procese v plynnom skupenstve, čo uľahčuje jej transport z pracovnej oblasti zariadenia. Prebytočná energia výparov horniny je použitá pri tvorbe paženia.
Potrebná energia k rozrušeniu horniny (žula) cca 25 000 J/cm3
Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom a to priamym pôsobením elektrického oblúka a následným rozrušovaním obsahuje nasledovné technologické časti:
- modul tvarovania oblúka
- moduly silového pôsobenia
- modul pôsobenia tepelného toku na horninu a jej rozrušovanie
- modul usmernenia a vynášania rozrušených hornín Moduly silového pôsobenia môžu byť nasledovné:
a) moduly silového pôsobenia fluidných prúdov a/alebo
b) moduly silového magnetického pôsobenia.
a aspoň jeden z modulov silového pôsobenia silovo pôsobí na elektrický oblúk.
Modul usmernenia a vynášania rozrušených hornín je vymedzovací kanál, ktorý odvádza zmes rozrušených hornín a do zariadenia privedených médií z miesta rozrušovania horniny.
Modul silového pôsobenia fluidných prúdov na oblúk obsahuje sústavu dýz.
Modul magnetického silového pôsobenia na elektrický oblúk obsahuje sústavy generátorov magnetického poľa.
Modul usmernenia a vynášania rozrušených hornín je zónou interakcie elektrického oblúka s horninou.
Modul odrazových plôch smerovania tepelného toku pozostáva z reflexných a usmerňovacích plôch, ktoré sú rozmiestnené tak, že prichádzajúce tepelné toky sa od nich odrážajú a sú usmernené na rozrušovanú horninu.
Podľa konkrétnej geologickej situácie, typu rozrušovanej horniny môže zariadenie prechádzať do vhodného pracovného režimu a minimalizovať energetickú náročnosť, náklady na vŕtanie, resp. maximalizovať prienikovú rýchlosť. Horniny rôznych vlastností rozdielne reagujú na teplotnú úroveň rozrušovania a preto je potrebné použiť vhodné prevádzkové režimy, technologické spôsoby, čiže multimodálne rozrušovanie horniny.
V závislosti od spôsobu rozrušovania hornín zariadenie môže pracovať v nasledovných pracovných režimoch, ktoré prebiehajú samostatne, alebo kombinovane.
1. Rozrušovanie využívajúce kombináciu tepelných efektov a rázových tlakových vín.
2. Rozrušovanie pomocou efektu odlupovania (spallation) (T~940-960 K)
3. Rozrušovanie pomocou tavenia horniny (T>1 800 K)
4. Odstraňovanie horniny odparovaním (žula T>3 000 K)
Výhody, primáme a radikálne inovácie predkladaného vynálezu sú nasledovné:
1. Elektrický oblúk s teplotami niekoľko desiatok tisíc stupňov Kelvina tepelne pôsobí na horninu priamo, najmä radiačnou zložkou, bez potreby ďalšieho sprostredkovacieho média (plazmová fakľa), ktoré by znižovalo účinnosť prenosu tepla do horniny.
2. Plošné, relatívne homogénne teplotné pole je na celej ploche, na ktorej prebieha proces rozrušovania.
3. Oproti konvenčným plazmatrónom zariadenie podľa navrhovaného vynálezu umožňuje použiť elektrohydraulický jav, generovať rázové tlakové vlny a využívať vzniknuté mechanické sily na rozrušovanie a transport rozrušenej horniny mimo priestor medzi oblúkom a horninou.
4. Systém umožňuje pri režime generovania tlakových vín využiť generovanie výkonových prúdových pulzov s časovou transformáciou nabíjanie/vybíjanie od 4 do 7 rádov (sek/^sek) a tým umožňuje zvýšenie okamžitého pulzného rozrušovacieho výkonu na MW, respektíve až na GW.
5. Systém umožňuje získať elektrické a/alebo optické charakteristiky elektrického oblúka v interakcii s horninou na nepriame odvodenie senzorických informácií (napr. vzdialenosť zariadenia od dna vrtu, online spektroskopiu, atď).
Aplikačné a nadväzné inovácie:
- Multimodálny systém termického rozrušovania dovoľuje pri rôznych geologických situáciách meniť režim a tým sa prispôsobovať meniacej sa geologickej situácii a rôznym horninám.
- Systém umožňuje optimalizovať vrtnú rýchlosť podľa druhu horniny, voľbou jednotlivých režimov alebo ich kombinácií.
- Systém umožňuje využiť kombináciu termických pôsobení s mechanickými silami pre energetickú minimalizáciu a zvýšenie rýchlosti vŕtania.
- Systém umožňuje využiť rázové vlny na transport horniny z miesta rozrušovania bez ochladenia (napríklad pri tavenine), čím je eliminované odstraňovanie horniny pomocou vodného prúdu (hydromagmatický jav), ktoré spôsobuje zachladenie a spomalenie procesu vŕtania.
- Vynesením prevažnej časti elektrického oblúka mimo priestor generátora sa podstatným spôsobom znižujú nároky na teplotné odolnosti použitých konštrukčných materiálov a priestor generátora ostáva chladnejší, čo zvyšuje životnosť zariadenia.
Predkladaný vynález má oproti aktuálnemu stavu techniky nasledovné výhody: Predkladaná technológia umožňuje rozrušovať horninu priamym pôsobením elektrického oblúka na horninu, bezkontaktným termickým účinkom bez použitia prostredníka ohrievanej plazmy, čím sa dosahuje vyššia účinnosť generovaného tepelného toku do horniny. Svojou multimodálnou koncepciou umožňuje využívať kombinácie efektívnych a energeticky nízko náročných termických procesov pri rozrušovaní rôznych druhov horniny pri rôznych geologických situáciách. Eliminuje vyhradené jednoúčelové postupy konvenčných technológii, čím znižuje časovú a tým ekonomickú náročnosť pri rozrušovaní horniny v hĺbkových vrtoch.
Kombinácia termického pôsobenia na horninu, elektrohydraulického javu a generovania rázových tlakových vín využíva vzniknuté mechanické sily na rozrušovanie a transport rozrušenej horniny a tým taktiež minimalizuje energetické nároky a zvyšuje rýchlosť vŕtania. Vynesením prevažnej časti elektrického oblúka mimo priestor generátora sa podstatným spôsobom znižujú nároky na teplotné vlastnosti použitých konštrukčných materiálov a priestor generátora ostáva chladnejší, čo zvyšuje životnosť zariadenia.
Prehľad obrázkov na výkrese
Na obr.l je schematicky znázornený systém multimodálneho rozrušovania horniny termickým účinkom.
Príklady uskutočnenia vynálezu
Príklad 1
Predmetom vynálezu je technologický proces bezkontaktného rozrušovania horniny a systém na vykonávanie procesu rozrušovania bezprostredným termickým účinkom na horniny a ich následným rozrušovaním, tavením a čiastočným odparovaním. Podstata tu opisovaného výhodného uskutočnenia vynálezu spočíva v tom, že rozrušovaná hornina je ohrievaná plošne tvarovaným a priestorovo usmerneným elektrickým oblúkom, ktorý je modulmi silových pôsobení pritláčaný k rozrušovanej hornine. Prítlačnými modulmi generované sily vznikajú z fluidných tokov prúdiaceho média a magnetického generátora, čím sa podieľajú na jeho pritláčaní k hornine, interakcii s horninou a zabezpečujú vynášanie a transport pár rozrušených častí horniny z miesta rozrušovania.
Systém, ktorý zabezpečuje technologický proces rozrušovania obsahuje nasledovné hlavné časti:
- generátor elektrického oblúka
- modul 1 tvarovania oblúka, ktorého súčasťou sú fluidné a magnetické usmerňovacie a formovacie prvky-elektródy, výtokové dýzy, magnety, ktoré silovo pôsobia na elektrický oblúk a jeho tvarovanie /formovanie
- modul silového pôsobenia a pritláčania elektrického oblúka k hornine a jeho riadenia: výtokové dýzy, magnety, regulácia systému prietoku a zmien v hydraulickom okruhu
- zónu 3 pôsobenia tepelného toku pritláčaného elektrického oblúka k hornine a interakcie tepelného účinku s horninou
- modul 4 usmernenia a vynášania rozrušených hornín
Zariadenie obsahuje taktiež ďalšie časti, ktoré technologický dopĺňajú, riadia a intenzifikujú proces rozrušovania pri vŕtaní a rozrušovaní hornín termickým účinkom:
- riadiace moduly ovládania a modulácie režimov fluidných a magnetických usmerňovacích prvkov modul 7 odrazových plôch smerovania tepelného toku do zóny rozrušovania
- výplachová 6 zóna vynášania a odobratia rozrušenej horniny zo zóny rozrušovania
Modul i tvarovania oblúka: elektrický oblúk prebratý z generátora elektrického oblúka, je ďalej tvarovaný, formovaný a usmerňovaný v module i tvarovania oblúka. Modul 1 tvarovania oblúka je komora vymedzujúca svojím tvarom priestor, formovaný oblúkovým kanálom v iniciačnej polohe. Obsahuje sústavu dýz pre vytváranie fluidných prúdov a magnetický generátor. Následne je pôsobením magnetických síl a síl fluidného toku elektrický oblúk tvarovaný. Ďalej prostredníctvom síl pôsobiacich na elektrický oblúk sa výboj pohybuje a svojim pohybom vymedzuje diskovitý tvar v aktívnej oblasti.
Moduly silového pôsobenia pozostávajú z magnetov, generujúcich magnetické pole 5 a zo sústavy dýz, ktoré generovaním fluidných prúdov 2, 4 silovo pôsobia na elektrický oblúk pri jeho formovaní a pritláčaní na horninu. Prvý a druhý fluidný prúd svojim účinkom generuje sily pôsobiace v prípade prvého fluidného prúdu pritláčaním na elektrický oblúk a v prípade druhého fluidného prúdu na vynášanie rozrušenej horniny.
Zóna 3 pôsobenia tepelného toku - zariadenie pracujúce vo viacerých pracovných režimoch rozrušovania
Zóna 3 pôsobenia tepelného toku sa nachádza v spodnej časti komory tesne nad povrchom rozrušovanej horniny. Pri bezkontaktnom priamom pôsobení elektrického oblúka termickým rozrušovaním horniny prichádza k rozrušeniu horniny odparovaním materiálu, čím sú generované horúce plynné zmesi pozostávajúce z pár odparenej horniny a z plazmotvomých, nosných plynov fluidných prúdov, ktoré pôsobia silovým účinkom na elektrický oblúk. Svojím účinkom, rozsahom teplôt a termickým ohrevom elektrický oblúk a prúdiace fluidné prúdy pôsobia multimodálne, t.j. viacerými mechanizmami rozrušovania na horninu, čim ju rozrušujú. Tepelné úrovne pri bezkontaktnom termickom rozrušovaní v blízkosti hornín sú riadené riadiacimi modulmi, riadením elektrického prúdu privedeného do elektrického oblúka a riadením odpovedajúcich silových účinkov silových nosičov na elektrický oblúk.
Riadiace moduly: Rôzne procesné spôsoby rozrušovania, ako aj tepelné úrovne a teplotné rozsahy pri rozrušovaní hornín pokrývajú rozdielne správanie sa a vlastnosti odlišných hornín pri ich rozrušovaní a ich reakcie na termický účinok. Riadiaci modul riadením časových intervalov striedania teplôt privádzaného ďalšieho fluidného prúdu intenzifikuje pomocou striedania ohrevu a ochladzovania rozrušovanej horniny pri procesoch rozrušovania odlupovaním, roztavením a odparením materiálu hornín.
Taktiež v riadiacom module je vytvorená signálna sekvencia pre generovanie pulzného nárastu úrovne privádzaného elektrického prúdu do elektrického oblúka, ktorá spôsobuje expanziu oblúka. Výkon elektrického oblúka v opakovaných časových intervaloch sa pulzné zvyšuje, čím oblúk expanduje a dynamickým pôsobením prúdiaceho média vyvoláva tlak smerom na horninu a súčasne vytláča taveninu mimo priestor medzi elektrickým oblúkom a horninou.
Modul 7 odrazových plôch: Samotný pritláčaný elektrický oblúk sa vyznačuje tým, že tepelná energia vyžiarená z neho sa šíri rovnomerne všetkými smermi v jeho okolí. Preto tepelná energia vyžarujúca a smerujúca od miesta rozrušovania horniny je v module odrazových plôch 7 tepelných tokov odrazená a koncentrovaná na plochu rozrušovania horniny. Modul odrazových plôch 7 tepelných tokov pozostáva z reflexných a usmerňovacích prvkov, ktoré sú umiestnené na povrchu elektród, čím nielen usmerňujú radiačné zložky tepelného toku, ale aj chráni činné a exponované časti stien zariadenia pred tepelným účinkom generovaných tepelných tokov. Modul 6 usmernenia a vynášania rozrušených hornín je zóna interakcie elektrického oblúka s horninou a nachádza sa v priestore medzi elektrickým oblúkom a horninou. Prostredníctvom výplachovej funkcie druhého fluidného prúdu 4 je usmernený tak, aby na povrchu horniny vytváral rovnomerný prúd odstraňujúci vznikajúcu vyparovanú horninu bezprostredne po jej vzniku a zabránil rozrušenej hornine v tienení a obmedzovaní šírenia sa radiačných zložiek tepelného toku a tým zabránil ďalšiemu nadbytočnému ohrevu vyparovanej horniny v blízkosti, alebo v priestore elektrického oblúka. Na elektrický oblúk pôsobí súčasne tangenciálnou a axiálne prítlačnou silovou zložkou, pričom zabezpečujú vytláčanie a vyplachovanie rozrušenej horniny vo forme pár, taveniny, ako aj rozrušenej pevnej fázy z dna vrtu.
Prúdiace zmesi rozrušenej horniny, prítlačných a plazmotvomých fluidných prúdov sú vynášané k okraju rozrušovania horniny, pričom pred sebou tlačia odparované frakcie hornín.
Zmes rozrušenej horniny prúdiacich plynov a pár je zmesou expandujúcich plynov a vyparených hornín zmiešaných z unášanými časťami hornín vynášaná radiálne k okraju zariadenia mimo oblasť rozrušovania, kadiaľ je v zmysle tlakového gradientu vyplachovaná mimo zariadenia.
Príklad 2
Ďalším príkladom uskutočnenia vynálezu je systém rozrušovania pomocou tavenia horniny, ktorý pracuje v rovnakej konfigurácii, na rovnakom princípe ako je popísané v príklade 1, no pracuje v iných teplotných a výkonových úrovniach, výhodne od 700-1800K a výkonovo medzi 3 000-8 000J/cm3 rozrušovanej horniny, čiže v inom pracovnom režime. Odlišujú sa v intenzite tepelného pôsobenia elektrického oblúka na horninu v zóne pôsobenia tepelného toku 3. Pri bezkontaktnom termickom rozrušovaní elektrickým oblúkom v bezprostrednej blízkosti horniny prichádza k rozrušeniu roztavením materiálu hornín, čím sú generované horúce zmesi pozostávajúce z roztavenej horniny a z plazmotvomých, nosných fluidných prúdov, ktoré pôsobia silovým účinkom na elektrický oblúk. Pri strednom rozsahu teplôt rozrušovania pomocou tavenia horniny dochádza pri interakcii k vzniku taveniny z horniny, pričom táto je vynášaná pôsobením silového účinku ďalšieho privádzaného fluidného prúdu ako aj expandujúceho plazmotvomého média, kedy pri premiešaní a ochladzovaní tuhne na jemné frakcie mimo zóny 3 pôsobenia tepelného toku pritláčaného elektrického oblúka k hornine.
Príklad 3
Ďalším príkladom uskutočnenia vynálezu je systém rozrušovania pomocou efektu odlupovania, ktorý pracuje v rovnakej konfigurácii, na rovnakom princípe ako je popísané v príklade 1, no pracujú v iných teplotných a výkonových úrovniach, výhodne od 500-1200K a výkonové medzi 1 000-3 000 J/cm3 rozrušovanej horniny, čiže v inom pracovnom režime. Odlišujú sa v intenzite tepelného pôsobenia elektrického oblúka na horninu v zóne 3 pôsobenia tepelného toku:
Pri bezkontaktnom termickom rozrušovaní elektrickým oblúkom v bezprostrednej blízkosti horniny prichádza k rozrušeniu odlupovaním materiálu hornín. Tento rozrušený materiál spolu s nosnými a plazmotvomými fluidnými prúdmi, ktoré pôsobia silovým účinkom na elektrický oblúk, tvorí horúcu zmes. Pri nižších teplotách rozrušovania pomocou efektu odlupovania je tepelným tokom z elektrického oblúka hornina rozrušovaná odlupovaním pevných častíc v dôsledku rozdielnej tepelnej rozťažnosti rozdielne prehriatých a oslabených častí horniny.
Príklad 4
Ďalším príkladom uskutočnenia vynálezu je systém kombinácie tepelných procesov a rázových tlakových vín, ktorý pracuje v rovnakej konfigurácii, na rovnakom princípe ako je popísané v príklade 1, no pracujú v iných teplotných a výkonových úrovniach a čiže v inom pracovnom režime. Odlišujú sa v intenzite tepelného pôsobenia elektrického oblúka na horninu v zóne 3 pôsobenia tepelného toku.
Pri bezkontaktnom termickom rozrušovaní elektrickým oblúkom v blízkosti horniny je tá najskôr vystavená pôsobeniu tepelného toku generovaného elektrickým oblúkom, ktorý môže dosahovať teploty až niekoľko 10 tisíc Kelvinov. Medzi najdôležitejšie vlastnosti rozrušovanej horniny patrí mechanická pevnosť a pružnosť, ktoré sú pôsobením tepelného toku znížené. Tepelný tok spôsobuje intenzívne a rýchle ohrievanie horniny. Pri istej hodnote teploty horniny dochádza k výraznej zmene jej mechanických vlastnosti. Táto zmena je spôsobená rôznymi fyzikálnochemickými dejmi ako napr. rekryštalizácia, dehydratácia a pod. Následne, pôsobením generovanej tlakovej vlny, nastáva ich fragmentácia. Rekryštalizácia prehlbuje výsledný účinok rozrušovania hornín pôsobením generovania tlakovej vlny na horninu. Odstraňovanie fragmentov je zabezpečené ďalším tlakovým pulzom a/alebo fluidným tokom ďalšieho dodávaného média. Výhodou tohto režimu je dosahovanie vyšších vŕtacích rýchlosti a efektívneho využitia tepelnej energie, ktorá je dodávaná z veľkej časti iba do horniny, ktorá bude okamžite odstránená a teda nedochádza k viacnásobnému ohrevu a následnému ochladeniu..
Príklad 5
Elektrický oblúk je vytvorený generátorom elektrického oblúka a silovým pôsobením fluidného prúdu a silovým pôsobením magnetického poľa generátora je tvarovaný a formovaný v rotačnom útvare. V jeho spodnej časti je aspoň časť elektrického oblúka silovým pôsobením pritláčaná k povrchu horniny určenej na rozrušenie. Pritom sily vyvolané prvým fluidným prúdom 2 a pôsobením magnetického poľa pôsobia na elektrický oblúk súčasne tangenciálnou zložkou a axiálne prítlačnou zložkou.
Pôsobením tepelného toku generovaného elektrickým oblúkom prichádza k priamemu a intenzívnemu ohrevu horniny a tým k jej rozrušovaniu. K rozrušeniu dochádza ohriatím horniny na teplotnú úroveň a prekročením teploty varu, kedy dochádza k jej intenzívnemu odpareniu. Po rozrušení horniny je táto hornina transportovaná mimo priestor nachádzajúci sa medzi horninou a elektrickým oblúkom.
Elektrický oblúk sa nachádza a pohybuje tesne nad povrchom horniny, pričom je aspoň časťou zanorený v nej. V tomto príklade uskutočnenia má aspoň časť vyneseného elektrického oblúka tvar špirály, ktorá rotuje vo vymedzenom priestore tvaru cylindra a teda plocha horniny, na ktorú elektrický oblúk priamo pôsobí má tvar časti povrchu priestoru vymedzeného špirálou.
Odparená hornina je vytláčaná silovým pôsobením druhého fluidného prúdu, ktorý v zmysle tlakového gradientu expanduje a smerom k obvodu rozrušovaného otvoru vytláča rozrušenú a odparenú horninu a tým uvoľňuje priestor k ďalšej interakcii rotujúceho elektrického oblúka a prenosu tepla do horniny žiarením.
Radiačná zložka tepelného toku oblúka smerujúca od horniny je odrážaná za účelom intenzifikácie prenosu tepla do rozrušovanej horniny od odrazovej plochy smerom k rozrušovanej hornine.
Prvý fluidný prúd 2 spolu s druhým privádzaným fluidným prúdom a s odparujúcou sa horninou elektrický oblúk stabilizujú. Druhý fluidný prúd 4 dopadá kolmo na horninu a radiálne sa rozbieha zo stredu k okrajom vyneseného oblúka.
Všetky fluidné toky spolu s odpareným rozrušenými materiálmi prúdia a sú vynášané z medzipriestoru medzi rozrušovanou horninou a elektrickým oblúkom.
Príklad 6
V tomto konkrétnom príklade uskutočnenia vynálezu je rozrušovanie horniny založené na zohriatí horniny až nad teplotu tavenia.
Procesy, ktoré prebiehajú v inicializačnej fáze sú totožné s procesmi popísanými v príklade 5. Aspoň časť oblúka pôsobí priamo na horninu tepelným tokom. Tým dochádza k intenzívnemu ohrievaniu horniny až dôjde k jej roztaveniu. Po roztavení horniny je tavenina transportovaná mimo priestor nachádzajúci sa medzi horninou a elektrickým oblúkom.
Vodivý kanál elektrického oblúka sa nachádza a pohybuje v tesnej blízkosti povrchu rozrušovanej horniny. V tomto konkrétnom príklade uskutočnenia aspoň časť vyneseného elektrického oblúka má vodivý kanál tvaru špirály, ktorá rotuje vo vymedzenom priestore tvaru cylindra. Teda plocha horniny na ktorú elektrický oblúk priamo pôsobí má tvar Časti povrchu vymedzeného špirálou.
Príklad 7
V tomto konkrétnom príklade uskutočnenia vynálezu je systém rozrušovania horniny založený na zohriatí horniny až na teplotu odlupovania danej horniny.
Procesy ktoré prebiehajúce v počiatočnej fáze sú totožné ako v príklade 3, no hornina je vystavená pôsobeniu iných teplotných a výkonových úrovní, čiže v inom pracovnom režime. Elektrický oblúk pôsobí na horninu tak, aby hornine dodal dostatok tepla za istý minimálny čas ktorý je charakteristický pre každú horninu. Následkom väčšieho prijatého tepla je dosiahnutie istej hraničnej teploty a potrebného gradientu teploty v hornine. V dôsledku zvýšenej teploty a zvýšeného teplotného gradientu prichádza k rozrušeniu odlupovaním materiálu horniny, čím sú generované horúce zmesi pozostávajúce z rozdrobených odlúpených častí horniny a z plazmotvomých, nosných plynov fluidných prúdov, ktoré pôsobia silovým účinkom na elektrický oblúk. Pri nižších teplotách, rozrušovanie pomocou efektu odlupovania je tepelným tokom z elektrického oblúka hornina rozrušovaná odlupovaním pevných častíc v dôsledku tepelnej rozťažnosti ohriatej časti horniny a rozrušovaná oslabovaním spôsobeným rekryštalizáciou a rozdielnou expanziou rôznych typov kryštálov.
Príklad 8
V tomto konkétnom príklade uskutočnenia vynálezu je systém rozrušovania horniny založený na kombinácii tepelných procesov a rázových tlakových vín pri zohriatí horniny. Procesy ktoré prebiehajúce v počiatočnej fáze sú totožné ako v príklade 5. Na rozdiel od procesov v príklade 5 je hornina vystavená pôsobeniu iných teplotných a výkonových úrovní, čiže v inom pracovnom režime. Elektrický oblúk pôsobí na horninu tak, aby hornine dodal dostatok tepla a tým zvýšil jej teplotu na úroveň, pri ktorej v niektorých horninách dochádza k zmene jej mechanických vlastnosti. Medzi najdôležitejšie vlastnosti patrí mechanická pevnosť a pružnosť, ktoré sú pôsobením tepelného toku znížené. Tepelný tok spôsobuje intenzívny a rýchly ohrev horniny, kedy pri istej hodnote teploty horniny dochádza k zmene jej mechanických vlastnosti. Táto zmena je spôsobená rôznymi fyzikálnochemickými dejmi ako napr. rekryštalizácia, dehydratácia a pod. Tieto procesy sú intenzifikované striedavým pôsobením tepelného toku z elektrického oblúka, ktorý ohrieva horninu, a druhého fluidného prúdu, ktorý ju ochladzuje. Tým je rozrušovaná hornina striedavo ohrievaná a ochladzovaná a termicky zaťažovaná.
Následne, pôsobením generovanej tlakovej vlny, nastáva ich fragmentácia. Rekryštalizácia a iné procesy oslabenia hornín prehlbujú výsledný účinok rozrušenia pôsobením generovanej tlakovej vlny na horninu. Fragmenty horniny sú následne odstraňované mimo priestor medzi nerozrušenou horninou a elektrickým oblúkom. Tým je možné opäť použiť celý postup na ďalšiu vrstvu nerozrušenej horniny. Výhodou tohto režimu je dosahovanie vyšších vriacich rýchlosti a efektívneho využitia tepelnej energie, ktorá je dodávaná z veľkej časti iba do horniny, ktorá bude okamžite odstránená a teda nedochádza k viacnásobnému ohrevu a následnému ochladeniu Multimodálnosť rozrušovania horniny spočíva v tom, že v závislosti od spôsobu rozrušovania hornín môže rozrušovanie prebiehať v pracovných režimoch, ktoré prebiehajú samostatne, alebo kombinovane podľa vlastností rozrušovanej horniny.
Príklad 9
V tomto konkrétnom príklade uskutočnenia vynálezu je elektrický oblúk vytvorený generátorom elektrického oblúka, pričom vzniká medzi súosými cylindrickými elektródami a následne je pôsobením fluidného prúdu a pôsobením magnetického poľa generátora tvarovaný a formovaný v oblasti tvaru valcovej steny. V spodnej časti systému na rozrušovanie hornín bezprostredným termickým účinkom je elektrický oblúk pritláčaný k povrchu horniny určenej na rozrušenie. Sily pôsobiace na oblúk pohybujú oblúkom súčasne v axiálnom aj tangenciálnom smere. Elektrický oblúk sa nachádza a pohybuje v tesnej blízkosti nad povrchom rozrušovanej horniny. V tomto príklade uskutočnenia aspoň časť vyneseného elektrického oblúka má tvar špirály, ktorá rotuje vo vymedzenom priestore tvaru valcovej steny a teda plocha horniny, na ktorú elektrický oblúk priamo pôsobí má tvar časti povrchu priestoru vymedzeného jeho pohybom.
Pôsobením tepelného toku generovaného elektrickým oblúkom prichádza k priamemu a intenzívnemu ohrevu horniny a tým k jej rozrušovaniu. K rozrušeniu dochádza ohriatím horniny na teplotnú úroveň a prekročením teploty varu, kedy dochádza k j ej intenzívnemu odpareniu. Radiačná zložka tepelného toku oblúka smerujúca od horniny je odrážaná za účelom intenzifikácie prenosu tepla do rozrušovanej horniny od odrazových plôch smerom k rozrušovanej hornine. Po rozrušení je rozrušená hornina odstraňovaná mimo priestor nachádzajúci sa medzi povrchom rozrušovanej horniny a elektrickým oblúkom pomocou radiálnych fluidných tokov. Všetky fluidné toky spolu s odparenými rozrušenými materiálmi prúdia a sú vynášané pozdĺž zariadenia.
Vzťahové značky:
1. Modul tvarovania oblúka - elektrický oblúk v aktívnej plošnej zóne
2. Modul silového pôsobenia fluidných prúdov -prvý fluidný prúd
3. Zóna pôsobenia tepelného toku
4. Modul silového pôsobenia fluidných prúdov - druhý fluidný prúd
5. Modul silového magnetického pôsobenia
6. Modul usmernenia a vynášania rozrušených hornín
7. Modul odrazových plôch smerovania tepelných tokov
8. Elektróda generátora elektrického oblúka
9. Elektróda generátora elektrického oblúka
10. Obrys zariadenia
Claims (34)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom pôsobením elektrického oblúka vznikajúceho v generátore elektrického oblúka vyznačujúce sa tým, že elektrický oblúk priamo pôsobí na horninu, pričom aspoň časť elektrického oblúka je pritláčaná k povrchu horniny pôsobením síl smerom k hornine určenej na rozrušenie, pričom dochádza k jej intenzívnemu ohrevu a tým k j ej rozrušeniu a následne k transportu rozrušenej horniny mimo priestor medzi horninou a elektrickým oblúkom.
- 2. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa nároku 1 vyznačujúce sa tým, že časť vodivého kanála elektrického oblúka je umiestnená v tesnej blízkosti nad povrchom rozrušovanej horniny.
- 3. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 2 vyznačujúce sa tým, že aspoň časť prebratého elektrického oblúka je formovaná v tvare špirály, ktorá rotuje vo vymedzenom priestore diskovitého tvaru.
- 4. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3 vyznačujúce sa tým, že elektrický oblúk po výstupe z generátora elektrického oblúka je ďalej formovaný, pohybovaný a pritláčaný k hornine pôsobením magnetických síl a/alebo síl fluidného prúdu.
- 5. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4 vyznačujúce sa tým, že hornina je intenzívne ohrievaná na teplotu, pri ktorej dochádza k fyzikálnym procesom oslabujúcim horninu ako napríklad dehydratáciou a/alebo rekryštalizáciou a/alebo rozdielnou tepelnou rozťažnosťou rôznych typov kryštálov horniny.
- 6. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5 vyznačujúce sa tým, že hornina je intenzívne ohrievaná na teplotu odlupovania.
- 7. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6 vyznačujúce sa tým, že hornina je intenzívne ohrievaná nad teplotu tavenia horniny
- 8. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7 vyznačujúce sa tým, že hornina je intenzívne ohrievaná nad teplotu varu horniny, čím jej prehriatím dochádza k jej odparovaniu.
- 9. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8 vyznačujúce sa tým, že sily vyvolané prvým fluidným prúdom a/alebo pôsobením magnetického poľa pôsobia na elektrický oblúk súčasne tangenciálnou zložkou a axiálne prítlačnou zložkou.
- 10. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 9 vyznačujúce sa tým, že druhý privádzaný fluidný prúd preniká medzi horninu a elektrický oblúk a transportuje rozrušenú horninu mimo priestor nachádzajúci sa medzi horninou a elektrickým oblúkom.
- 11. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 10 vyznačujúce sa tým, že radiačná zložka tepelného toku oblúka smerujúca od horniny sa odráža od odrazovej plochy smerom k rozrušovanej hornine.
- 12. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 11 vyznačujúce sa tým, že prvý fluidný prúd pôsobí spolu s druhým privádzaným fluidným prúdom a s odparujúcou sa horninou na elektrický oblúk stabilizujúco.
- 13. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 12 vyznačujúce sa tým, že privádzaný druhý fluidný prúd dopadá kolmo na povrch horniny v strede plochy pôsobenia elektrického oblúka a radiálne sa rozbieha zo stredu k okrajom vyneseného oblúka.
- 14. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 13 vyznačujúce sa tým, že elektrický oblúk pôsobí na horninu na ploche, ktorá má tvar medzikružia.
- 15. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 14 vyznačujúce sa tým, že prvý fluidný prúd a/alebo druhý fluidný prúd dopadá na elektrický oblúk zo strany vnútorného obvodu priestoru tvaru valcovej steny, v ktorom pôsobí elektrický oblúk.
- 16. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 15 vyznačujúce sa tým, že fluidný prúd a/alebo druhý fluidný prúd dopadá na elektrický oblúk zo strany vonkajšieho obvodu priestoru tvaru valcovej steny, v ktorom pôsobí elektrický oblúk.
- 17. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 16 vyznačujúce sa tým, že prvý fluidný prúd plní aj prítlačnú funkciu druhého fluidného prúdu, ktorý prechádza oblúkom až k hornine a odstraňuje vyparenú horninu z priestoru medzi elektrickým oblúkom a horninou.
- 18. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 17 vyznačujúce sa tým, že elektrický oblúk je prítlačnými silami zanorený v hornine.
- 19. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 18 a vyznačujúce sa tým, že rozrušovaná hornina je striedavým pôsobením tepelného toku elektrického oblúka, ktorý ohrieva horninu, a druhého fluidného prúdu, ktorý ochladzuje horninu, striedavo ohrievaná a ochladzovaná, čím je termicky zaťažovaná.
- 20. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 19 vyznačujúce sa tým, že zvýšením elektrického prúdu v elektrickom oblúku oblúk expanduje, tlačí na horninu a súčasne vytláča rozrušenú horninu mimo priestor medzi elektrickým oblúkom a horninou.
- 21. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 20 a vyznačujúce sa tým, že elektrický prúd elektrického oblúka sa skokovo zvýši, čím elektrický oblúk generuje rázovú tlakovú vlnu, ktorá mechanicky rozrušuje horninu a vytláča rozrušenú horninu mimo oblasť rozrušovania.
- 22. Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 21 vyznačujúce sa tým, že privádzaný druhý fluidný prúd preniká medzi horninu a elektrický oblúk a zvyšuje účinok rázovej tlakovej vlny a jej pôsobenia na rozrušovanú horninu
- 23. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom, priamym pôsobením elektrického oblúka a následným rozrušovaním horniny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 22 obsahujúci generátor elektrického oblúka vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje nasledovné technologické časti:modul (1) tvarovania oblúka moduly silového pôsobenia zóna (3) pôsobenia tepelného toku na horninu a jeho rozrušovanie modul (6) usmernenia a vynášania rozrušených hornín
- 24. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa nároku 23, vyznačujúce sa tým, že ďalej obsahuje nasledovné technologické časti:- riadiace moduly ovládania a modulácie režimov fluidných (2, 4) a magnetických (5) usmerftovacích prvkov a/alebo- modul (7) odrazových plôch smerovania tepelného toku do zóny rozrušovania a/alebo výplachová zóna (6) vynášania a odobratia rozrušenej horniny zo zóny rozrušovania
- 25. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 23 a 24, vyznačujúci sa tým, že modul (1) tvarovania oblúka obsahuje sústavu dýz pre vytváranie fluidných prúdov a/alebo generátor magnetického poľa.
- 26. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 23 a 25, vyznačujúci sa tým, že zóna (3) pôsobenia tepelného toku sa nachádza v spodnej časti komory modulu (1) tesne nad povrchom rozrušovanej horniny.
- 27. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 23 a 26, vyznačujúce sa tým, že aspoň jeden z modulov silového pôsobenia silovo pôsobí na elektrický oblúk, pričom moduly silového pôsobenia sú nasledovné:a) moduly (4) silového pôsobenia fluidných prúdov a/alebob) moduly (5) silového magnetického pôsobenia.
- 28. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 23 až 27, vyznačujúci sa tým, že modul (6) usmernenia a vynášania rozrušených homín je vymedzovací kanál určený na odvádzanie zmesi pozostávajúcej z odparených homín a privedených médií z miesta rozrušovania horniny.
- 29. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 23 až 28, vyznačujúci sa tým, že modul (4) silového pôsobenia fluidných prúdov na oblúk obsahuje sústavu dýz.
- 30. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 23 až 29, vyznačujúci sa tým, že modul (5) magnetického silového pôsobenia na elektrický oblúk obsahuje sústavy generátorov magnetického poľa.
- 31. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 23 až 30, vyznačujúci sa tým, že modul (6) usmernenia a vynášania je zónou interakcie elektrického oblúka s horninou.
- 32. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 23 až 31, vyznačujúci sa tým, že modul (7) odrazových plôch smerovania tepelného toku obsahuje reflexné a usmerňovacie plochy, ktoré sú rozmiestnené tak, že prichádzajúce tepelné toky sa odrážajú a sú usmernené na rozrušovanú horninu.
- 33. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 23 až 32, vyznačujúci sa tým, že aspoň jedna elektróda generátora (8, 9) elektrického oblúka j e súčasne odrazovou plochou.
- 34. Systém na vykonávanie procesu rozrušovania horniny termickým účinkom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 23 až 33, vyznačujúci sa tým, že riadiace moduly ovládania a modulácie režimov obsahujú reflexné, logické a koordinačné, snímacie a riadiace prvky.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK50058-2012A SK500582012A3 (sk) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom a systém na jeho vykonávanie |
| US14/653,233 US9822588B2 (en) | 2012-12-17 | 2013-12-16 | Multimodal rock disintegration by thermal effect and system for performing the method |
| EP13826895.8A EP2941522B1 (en) | 2012-12-17 | 2013-12-16 | Multimodal rock disintegration by thermal effect and system for performing the method |
| PCT/SK2013/050015 WO2014098776A2 (en) | 2012-12-17 | 2013-12-16 | Multimodal rock disintegration by thermal effect and system for performing the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK50058-2012A SK500582012A3 (sk) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom a systém na jeho vykonávanie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK500582012A3 true SK500582012A3 (sk) | 2014-08-05 |
Family
ID=50033757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK50058-2012A SK500582012A3 (sk) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom a systém na jeho vykonávanie |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9822588B2 (sk) |
| EP (1) | EP2941522B1 (sk) |
| SK (1) | SK500582012A3 (sk) |
| WO (1) | WO2014098776A2 (sk) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10385638B2 (en) | 2014-12-23 | 2019-08-20 | Ga Drilling, A.S. | Method of removing materials by their disintegration by action of electric plasma |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SK500062013A3 (sk) * | 2013-03-05 | 2014-10-03 | Ga Drilling, A. S. | Generovanie elektrického oblúka, ktorý priamo plošne tepelne a mechanicky pôsobí na materiál a zariadenie na generovanie elektrického oblúka |
| DE102014106843B4 (de) * | 2014-05-15 | 2020-09-17 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zum Einbringen eines Bohrlochs |
| CN108350728B (zh) | 2015-11-05 | 2021-02-19 | 沙特阿拉伯石油公司 | 在储层中进行空间定向化学诱导脉冲压裂的方法及设备 |
| US10385668B2 (en) | 2016-12-08 | 2019-08-20 | Saudi Arabian Oil Company | Downhole wellbore high power laser heating and fracturing stimulation and methods |
| CA3118091A1 (en) | 2018-10-30 | 2020-05-07 | The Texas A&M University System | Systems and methods for forming a subterranean borehole |
| CN110424895A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-08 | 中国地质大学（武汉） | 一种岩体打桩作业的碎石方法和装置 |
| CN114080087B (zh) * | 2020-08-19 | 2024-04-30 | 新奥科技发展有限公司 | 等离子体发生系统及钻井方法 |
| CA3169439A1 (en) * | 2021-07-29 | 2023-01-29 | Lloyd Elder | A system and method of transferring heat from the ground |
| ES3028245T3 (en) * | 2021-09-29 | 2025-06-18 | Vito Nv | A method and system for electro-pulse drilling |
| WO2023122372A1 (en) | 2021-12-20 | 2023-06-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Rate of penetration/depth monitor for a borehole formed with millimeter-wave beam |
| EP4453370A4 (en) * | 2021-12-20 | 2025-11-26 | Massachusetts Inst Technology | CONTINUOUS EMISSIONS MONITORING DEVICE FOR DIRECTED ENERGY DRILLING |
| CN115825396B (zh) * | 2022-12-19 | 2024-07-16 | 长安大学 | 一种可控温度和压力的岩土崩解性测试装置及使用方法 |
| CN116140335B (zh) * | 2023-02-09 | 2024-09-13 | 昆明理工大学 | 一种利用中低温余热强化煤矸石风化成土的方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR727948A (fr) | 1931-02-02 | 1932-06-27 | Procédé d'exécution de forages | |
| US2308860A (en) | 1940-11-23 | 1943-01-19 | Malcolm S Clark | Means of drilling rock, concrete, and the like |
| US2822148A (en) * | 1954-02-23 | 1958-02-04 | Robert W Murray | Electric boring apparatus |
| US2868950A (en) | 1956-11-13 | 1959-01-13 | Union Carbide Corp | Electric metal-arc process and apparatus |
| US2979449A (en) | 1958-12-05 | 1961-04-11 | Sheer Korman Associates | Carbothermic reduction of metal oxides |
| US3082314A (en) | 1959-04-20 | 1963-03-19 | Shin Meiwa Kogyo Kabushiki Kai | Plasma arc torch |
| US4055741A (en) | 1975-12-08 | 1977-10-25 | David Grigorievich Bykhovsky | Plasma arc torch |
| JP2659807B2 (ja) | 1989-01-26 | 1997-09-30 | 万鎔工業株式会社 | 直接製錬方法 |
| RU2038475C1 (ru) | 1992-04-03 | 1995-06-27 | Санкт-Петербургский государственный горный институт им.Г.В.Плеханова (технический университет) | Способ электротермомеханического бурения и устройство для его осуществления |
| EP1257376B1 (en) | 2000-02-10 | 2004-01-21 | Tetronics Limited | Plasma arc reactor for the production of fine powders |
| ATE278314T1 (de) | 2000-04-10 | 2004-10-15 | Tetronics Ltd | Doppel-plasmabrennervorrichtung |
| GB0203252D0 (en) * | 2002-02-12 | 2002-03-27 | Univ Strathclyde | Plasma channel drilling process |
| NO322323B2 (no) * | 2003-12-01 | 2016-09-13 | Unodrill As | Fremgangsmåte og anordning for grunnboring |
| SK50622009A3 (sk) | 2009-09-24 | 2011-05-06 | Ivan Kočiš | Spôsob rozrušovania materiálov a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu |
| DE102011053106B4 (de) * | 2011-02-25 | 2016-03-24 | Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft Mbh | Plasmabrenner und Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken |
| US8746365B2 (en) * | 2011-10-03 | 2014-06-10 | Chevron U.S.A. Inc. | Electro-hydraulic drilling with shock wave reflection |
-
2012
- 2012-12-17 SK SK50058-2012A patent/SK500582012A3/sk unknown
-
2013
- 2013-12-16 US US14/653,233 patent/US9822588B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2013-12-16 EP EP13826895.8A patent/EP2941522B1/en not_active Not-in-force
- 2013-12-16 WO PCT/SK2013/050015 patent/WO2014098776A2/en not_active Ceased
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10385638B2 (en) | 2014-12-23 | 2019-08-20 | Ga Drilling, A.S. | Method of removing materials by their disintegration by action of electric plasma |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9822588B2 (en) | 2017-11-21 |
| US20150345225A1 (en) | 2015-12-03 |
| EP2941522B1 (en) | 2019-03-27 |
| WO2014098776A3 (en) | 2014-11-27 |
| EP2941522A2 (en) | 2015-11-11 |
| WO2014098776A2 (en) | 2014-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SK500582012A3 (sk) | Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom a systém na jeho vykonávanie | |
| EP2965594B1 (en) | Method for generating an electric arc which directly, areally, thermally and mechanically acts on a material, and device for generating said electric arc | |
| Belmonte et al. | Interaction of discharges with electrode surfaces in dielectric liquids: application to nanoparticle synthesis | |
| Nemchinsky et al. | What we know and what we do not know about plasma arc cutting | |
| Budaev et al. | Tungsten melting and erosion under plasma heat load in tokamak discharges with disruptions | |
| Nemchinsky | Erosion of thermionic cathodes in welding and plasma arc cutting systems | |
| Kumar et al. | Laser ablated copper plasmas in liquid and gas ambient | |
| Barengolts et al. | Simulation of the explosion of a surface microprotrusion during a radio frequency breakdown | |
| CA1244526A (en) | Multiple arc plasma device with continuous gas jet | |
| JP2004523869A (ja) | プラズマ溶接法 | |
| Thompson et al. | Electrode durability and sheared-flow-stabilized Z-pinch fusion energy | |
| Wu et al. | Stress and crack dynamics in nanosecond laser slicing of silicon carbide | |
| US20030052097A1 (en) | Method for plasma jet welding | |
| Khan et al. | Numerical analysis of gas-dynamic instabilities during the laser drilling process | |
| Kumar et al. | Dynamics of plasma expansion in the pulsed laser material interaction | |
| Ivashchenko et al. | Laser-Induced-Electro-Explosion Synthesis of Powder Materials (LIEES) | |
| SK50622009A3 (sk) | Spôsob rozrušovania materiálov a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu | |
| Latif et al. | Crater geometry and morphological changes on gold sheet during laser microdrilling | |
| Anshakov et al. | Electric-arc steam plasma generator | |
| Xiao et al. | Current independent metal transfer by using pulsed laser irradiation part 2: affecting factors | |
| Zeng et al. | Two-dimensional model for melting and vaporization during optical trepanning | |
| Henč-Bartolić et al. | Damage caused by a nanosecond UV laser on a heated copper surface | |
| RU2537372C2 (ru) | Способ плазменно-электромагнитного воздействия на диэлектрический материал | |
| Kuznetsov | Vacuum-arc hardening of metals surface | |
| Zhang et al. | Formation and evolution of black silicon microcolumns with array distribution after IR nanosecond-pulsed laser ablation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FD9A | Suspended procedure due to non-payment of fee |