強(qiáng)脈沖放電對(duì)硬巖目標(biāo)破壞特性研究.pdf

1、強(qiáng)脈沖放電破碎硬巖技術(shù)當(dāng)前在礦石開采、結(jié)石破碎和爆破等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，具有高效、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但由于強(qiáng)脈沖放電破碎的影響因素復(fù)雜，破碎機(jī)理及電源研制均有待深入研究。本文主要針對(duì)高能量、強(qiáng)功率輸出的破碎硬巖電源，開展了其電源中關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)、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(qiáng)脈沖放電電源的能量輸出效率直接決定其對(duì)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(guān)的性能。本文針對(duì)

2、其電源要求，利用已有氣體開關(guān)結(jié)構(gòu)，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，主要采用CST軟件中靜電場模塊對(duì)其結(jié)構(gòu)自動(dòng)優(yōu)化，并根據(jù)電場分布的均勻性確定滿足電源要求的開關(guān)結(jié)構(gòu)最優(yōu)值，然后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)優(yōu)化后的開關(guān)電極進(jìn)行性能測試，判斷其是否符合強(qiáng)脈沖放電破碎硬巖電源的性能要求。
　　影響強(qiáng)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(zhì)絕緣液以及硬巖的特性等。本文為了探討這些因素與強(qiáng)脈沖破碎硬巖效率的關(guān)系，首先對(duì)強(qiáng)脈沖放電破碎硬巖按照其實(shí)物

3、進(jìn)行建模，然后采用CST軟件中的粒子場模塊對(duì)其破碎模型進(jìn)行仿真，觀察其輸出產(chǎn)生的粒子在硬巖內(nèi)的運(yùn)動(dòng)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(duì)比這些電參數(shù)的分布來判斷每個(gè)因素對(duì)電破碎效果影響規(guī)律；最后采用實(shí)驗(yàn)對(duì)其仿真驗(yàn)證，對(duì)比分析可得仿真與實(shí)驗(yàn)所獲得的結(jié)論基本保持一致，為今后強(qiáng)脈沖放電破碎硬巖奠定一定的理論基礎(chǔ)。
　　強(qiáng)脈沖放電破碎硬巖是一個(gè)復(fù)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(duì)這些問題進(jìn)行研究。首先對(duì)破碎硬巖電路進(jìn)行等效，并采用 Pspice軟件對(duì)其電路仿真，分析可得硬巖內(nèi)的能量消耗變化以及硬巖阻抗隨時(shí)間的變化，從而可知破碎硬巖能量的利用率；其次利用動(dòng)能守恒原則并假設(shè)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(zhuǎn)化成硬巖的動(dòng)能；最后采用能量等價(jià)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(zhuǎn)化為同能量的TNT炸藥，利用ANSYS/Autod