Вестник Кольского научного центра РАН. 2012, №4.

УДК 622.026.01 ПОЛУВЕКОВОЙ ЮБИЛЕЙ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО СПОСОБА РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ А.Ф. Усов Кольский научный центр РАН, Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Аннотация Изложены физические основы электроимпульсного способа разрушения материалов - формирование канала пробоя в твердом теле на импульсном напряжении в микросекундном диапазоне воздействия и закономерности его разрушения действием канала электрического разряда при выделении в нем энергии емкостного накопителя. Представлены результаты разработки техники и технологии электроимпульсного бурения скважин, резания горных пород в технологических процессах проходки щелей в массиве, разрезания блоков камня, зачистки поверхности массива и блоков и др., дезинтеграции руд и технических материалов. Ключевые слова: электроимпульсное разрушение, электрический пробой, канал разряда, бурение скважин, резание горных пород, дезинтеграция руд. Введение. Принцип электроимпульсного разрушения История исследований электроимпульсного способа разрушения материалов (ЭИ) перешагнула полувековой юбилей. Этот способ обоснован и экспериментально подтвержден группой томских ученых - А.А. Воробьевым, Г.А. Воробьевым и А.Т. Чепиковым. В 1999 г. способ зарегистрирован как научное открытие "Закономерность пробоя твердого диэлектрика на границе раздела с жидким диэлектриком при действии импульсов напряжения" с приоритетом от 14 декабря 1961 г. 1950-1960-е гг. были временем расцвета творческой мысли в вопросах использования энергии электрических разрядов для созидательных целей. Как справедливо отмечал А.А. Воробьев, корни научного интереса к этой проблематике в издревле наблюдавшихся явлениях разрушения естественных объектов природы (скальные выступы горных пород, деревья), строений (печные трубы) разрядами атмосферного электричества [1]. Важнейшей задачей развития научных исследований электротехники в XX веке стало обеспечение электрической прочности элементов изоляции электрических аппаратов, и это определило бурное развитие таких направлений электротехники и электрофизики, как техника высоких напряжений, физика электрического пробоя твердых и жидких диэлектриков. Наблюдение и изучение гидродинамических потоков при электрическом пробое жидкой изоляции подвело ученых к созданию электрогидравлического (по Л.Л. Юткину) способа деформирования и разрушения твердых материалов, эмульгирования и деэмульгирования жидких сред, возбуждения колебаний в жидкой среде для эхолокации в водоемах [2]. Наблюдение и изучение природы и характера разрушения твердых диэлектриков при их электрическом пробое подвело к обоснованию способа разрушения твердых тел импульсным электрическим пробоем [3, 4]. Электрический пробой твердого тела достигается использованием высокого импульсного напряжения, соответствующего по амплитуде электрической прочности породы. Однако, чтобы реализовать данный вариант способа, требуется создать особые условия для пробоя, которые бы гарантировали сквозной электрический пробой твердого тела и исключали возможность электрического разряда по поверхности твердого тела (разряда перекрытия). Требуемая для этого координация (обеспечение соотношения) пробивных напряжений сквозного пробоя породы и перекрытия по поверхности в простейшем случае достигается размещением электродов в предварительно выбуренные шпуры (рис. 1а) так, что путь перекрытия по поверхности 1п значительно больше разрядного промежутка в твердом теле ls, 1п/Ь>>1.0. В слоистых породах, в породах с низкой электрической прочностью (сланцы, каменные угли) 166