強脈沖放電對硬巖目標破壞特性研究.pdf

1、強脈沖放電破碎硬巖技術當前在礦石開采、結石破碎和爆破等領域具有很好的應用前景，具有高效、環(huán)保和經濟等優(yōu)點，但由于強脈沖放電破碎的影響因素復雜，破碎機理及電源研制均有待深入研究。本文主要針對高能量、強功率輸出的破碎硬巖電源，開展了其電源中關鍵部分的設計、影響硬巖破碎效果因素的探索、硬巖電破碎的過程及毀傷特性的研究。
　　強脈沖放電電源的能量輸出效率直接決定其對硬巖破碎的效果，然而能量輸出的效率很大程度上取決于電源開關的性能。本文針對

2、其電源要求，利用已有氣體開關結構，在其基礎上進行結構優(yōu)化，主要采用CST軟件中靜電場模塊對其結構自動優(yōu)化，并根據電場分布的均勻性確定滿足電源要求的開關結構最優(yōu)值，然后通過實驗對優(yōu)化后的開關電極進行性能測試，判斷其是否符合強脈沖放電破碎硬巖電源的性能要求。
　　影響強脈沖放電破碎硬巖效率的因素有很多，包括輸出電極形狀和間距、介質絕緣液以及硬巖的特性等。本文為了探討這些因素與強脈沖破碎硬巖效率的關系，首先對強脈沖放電破碎硬巖按照其實物

3、進行建模，然后采用CST軟件中的粒子場模塊對其破碎模型進行仿真，觀察其輸出產生的粒子在硬巖內的運動軌跡、電場分布、電流密度分布、電荷密度分布和電場能量分布等，通過分析和對比這些電參數的分布來判斷每個因素對電破碎效果影響規(guī)律；最后采用實驗對其仿真驗證，對比分析可得仿真與實驗所獲得的結論基本保持一致，為今后強脈沖放電破碎硬巖奠定一定的理論基礎。
　　強脈沖放電破碎硬巖是一個復雜的過程，其破碎過程中的能量分布，硬巖阻抗的變化，以及巖石的

4、破壞特性等問題都是亟待解決的，本文針對這些問題進行研究。首先對破碎硬巖電路進行等效，并采用 Pspice軟件對其電路仿真，分析可得硬巖內的能量消耗變化以及硬巖阻抗隨時間的變化，從而可知破碎硬巖能量的利用率；其次利用動能守恒原則并假設硬巖為均勻剛體，可得在電破碎過程中，注入等離子體通道中的能量全部轉化成硬巖的動能；最后采用能量等價原則且等離子體通道為規(guī)則的圓柱體，即將注入等離子體中的能量轉化為同能量的TNT炸藥，利用ANSYS/Autod