Использование микроволн для разрушения пород экономит энергию
Исследовательская группа из Леобена в рамках проекта, финансируемого Австрийским научным фондом FWF, изучила, как можно улучшить методы разрушения твердых пород с помощью микроволнового облучения, чтобы облегчить классическую механическую выемку и сэкономить энергию.
Разрушение твердых пород, таких как гранит, — будь то в горнодобывающей промышленности или при проходке тоннелей — процесс, требующий много времени и энергии. Первый шаг — создание трещин в монолитной породе для её фрагментации. Междисциплинарный проект кафедр механики, физики и горного дела «Монтануниверситета Леобен» исследовал современную версию древней стратегии использования тепла, применяя для нагрева породы микроволны.
«Все обычные методы разрушения имеют одно общее: вы сначала хотите расколоть породу, то есть создать новые поверхности, но лишь малая часть энергии действительно идет на эту фрагментацию. Львиная доля теряется в виде тепла», — говорит руководитель исследования Томас Антреттер из Института механики Монтануниверситета. Сейчас породу либо взрывают, либо механически дробят тяжелой техникой. «Это гигантская трата энергии. Мы не хотим полностью заменить механическую выемку, это невозможно. Но мы можем её облегчить».
В 25 раз мощнее микроволновой печи
Для практических испытаний использовалась микроволновая установка мощностью 25 кВт, что примерно в 25 раз больше мощности бытовой микроволновой печи. Микроволны подаются через полый волновод, похожий на шланг. Группа Антреттера отвечала за компьютерное моделирование, которое включало расчет электромагнитных процессов, распространения волн, нагрева гранита и последующих механических напряжений.
Моделировались короткие интенсивные импульсы длиной в одну десятую секунды и более длинные импульсы меньшей интенсивности (100 секунд) при одинаковой общей энергии. «В симуляциях короткие импульсы показали немного больший эффект при том же количестве энергии», — отмечает Антреттер. Параллельные эксперименты на кафедре горного дела, где облучали реальные образцы породы, подтвердили, что можно создавать сети трещин, и результаты хорошо коррелируют с моделированием.