RU2528187C1 - Control method of laser treatment of rock material of variable rigidity and system for its implementation - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: control method comprises control of the intensity of the high temperature thermodynamic laser irradiation to the area of the laser radiation, regulation of change of the wavefront of the laser radiation, control of milling cutting force P, the parameters of the rock material rigidity f through the registration sensor of the rock material rigidity, mounted on the frame of fibre optic laser emitter, the speed control of movement of the surface miner V_ki, introduction to program of algorithm of calculation of the wavefront of laser radiation power W, depending on the parameters of rock material rigidity f and the approach increment of fibre optic emitters l_i based on the equation.

EFFECT: invention enables to improve the efficiency of management of technological preparation for excavation of rock material and provides remote control of destruction of rock material.

2 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления процессом лазерного воздействия на скальные породы переменной крепости при подготовке горных пород к безвзрывному разупрочнению для последующего послойно-полосового фрезерования и выемки карьерными комбайнами.The invention relates to the mining industry and can be used to control the process of laser exposure to rock of variable strength during the preparation of rocks for blasting softening for subsequent layer-by-strip milling and excavation by quarry combines.

Известны способы подготовки горных пород к выемке посредством предварительного взрывания массива, в том числе способ с циклично-поточной отработкой скальных горных пород, включающий обуривание на буровом блоке вертикальными или наклонными скважинами, зарядку скважин и взрывание их под укрытием на блоке подготовки пород к выемке, последующую выемку взорванной горной массы и погрузку ее на забойный конвейер через передвижной дробильный агрегат на выемочном блоке [1, 2].Known methods of preparing rocks for excavation by pre-blasting the massif, including a method with cyclic-stream mining of rock formations, including drilling on a drilling block with vertical or inclined wells, charging wells and blasting them under cover on a rock preparation block for excavation, subsequent excavation of blasted rock mass and its loading on the face conveyor through a mobile crushing unit on the extraction block [1, 2].

Данные способы требуют значительной организационно-подготовительной работы согласно единым правилам безопасности ведения взрывных работ, не исключают влияния сейсмических волн, поражения кусками взрываемой горной массы элементов выемочного оборудования, транспорта и обслуживающего персонала, а также наносят значительный вред окружающей среде.These methods require significant organizational and preparatory work in accordance with the unified safety rules for blasting, do not exclude the influence of seismic waves, damage to pieces of excavated rock by excavation equipment, vehicles and maintenance personnel, and also cause significant harm to the environment.

Известны способы подготовки массива к выемке за счет ослабления его под действием поверхностно-активных веществ (ПАВ). Способ [3] предусматривает разупрочнение горного массива с использованием раствора ПАВ, заливаемого в скважины, образованные в горном массиве. Скважины выполняют различной глубины и размещают в шахматном порядке, а раствор ПАВ заливают в объеме и концентрации согласно приведенным формулам. Способ отработки уступов горных пород [4] предусматривает выполнение сетки взрывных скважин с увеличенным расстоянием между ними и заливочных скважин. Заливочные скважины заполняют растворами ПАВ и после выдержки вновь доливают растворы или воду. Затем производят взрывание зарядов ВВ, выемочно-погрузочные и транспортные работы.Known methods of preparing the array for excavation by weakening it under the influence of surface-active substances (surfactants). Method [3] provides for softening the rock mass using a surfactant solution poured into wells formed in the rock mass. Wells are made of various depths and placed in a checkerboard pattern, and a surfactant solution is poured in volume and concentration according to the given formulas. The method of mining rock ledges [4] involves the implementation of a grid of blast holes with an increased distance between them and the filling wells. The filling wells are filled with surfactant solutions and, after soaking, the solutions or water are replenished. Then produce explosive explosive charges, excavation and transportation and transport work.

Способы с использованием ПАВ сопряжены со значительным объемом работ и загрязнением окружающей среды.Methods using surfactants are associated with a significant amount of work and environmental pollution.

Известны способы с использованием лазерной энергии для бурения скважин в рыхлых горных породах или создания перфорационных щелей в обсадных колоннах, цементном камне и горной породе [5, 6]. Перфоратор лазерный гидравлический щелевой, предназначенный для создания перфорационных щелей в обсадных колоннах, цементном камне и горной породе, включает лазерный прибор с возможностью продольного перемещения вдоль колонны во время осуществления перфорации при постоянной подаче электроэнергии, снабженный лазерными окнами в нижней части, над которыми расположены гидромониторы с направляющими центраторами. Изобретение обеспечивает вскрытие продуктивных пластов последовательным выполнением нарезания щелей с помощью лазера и гидродинамического размыва породы [6].Known methods using laser energy for drilling wells in loose rocks or creating perforations in casing, cement stone and rock [5, 6]. A hydraulic slotted laser perforator designed to create perforations in casing, cement stone and rock includes a laser device with the possibility of longitudinal movement along the column during perforation with constant power supply, equipped with laser windows in the lower part, above which there are hydraulic monitors with guiding centralizers. The invention provides for the opening of productive formations by sequentially performing slitting with a laser and hydrodynamic erosion of the rock [6].

Недостатком данного устройства, обеспечивающего нарезание щелей, является невозможность совмещения процессов нарезания щелей и непосредственного разрушения породы, что технологически снижает производительность процесса добычи.The disadvantage of this device, providing cutting cracks, is the impossibility of combining the processes of cutting cracks and the direct destruction of the rock, which technologically reduces the productivity of the production process.

Известно адаптивное регулирование привода фрезерной машины, которое снабжено системой продвижения строительной машины и измеряет противодействующие силы, прикладываемые поверхностью грунта к фрезерному барабану, и в ответ на измеренные изменения данных противодействующих сил регулирует движущую силу, подаваемую к движущему приводу машины, или замедляет скорость опускания вращающегося фрезерного барабана. Раннее и быстрое определение подобных изменений противодействующих сил позволяет системе управления содействовать предотвращению явлений крена вперед или назад, соответственно, строительной машины [7].Adaptive control of the drive of a milling machine is known, which is equipped with a system for advancing a construction machine and measures the opposing forces applied by the soil surface to the milling drum, and in response to the measured changes in these opposing forces, it regulates the driving force supplied to the moving drive of the machine or slows down the lowering speed of the rotating milling machine drum. The early and quick identification of such changes in the opposing forces allows the control system to help prevent the roll forward or backward, respectively, of the construction machine [7].

Способ имеет функциональные ограничения и не способен выполнять необходимые задачи.The method has functional limitations and is not able to perform the necessary tasks.

Наиболее близким по технической сущности является способ лазерной обработки и устройство для его осуществления, при котором между обрабатываемой поверхностью и электродом, находящимся под положительным потенциалом, инициируют электрический разряд и по параметрам плазменного факела над зоной обработки контролируют интенсивность термического воздействия на эту зону лазерного излучения и дугового разряда, волновой фронт лазерного излучения деформируют, изменяя угол его расходимости при помощи адаптивного элемента. Устройство для лазерной обработки, содержащее лазер, фокусирующую систему, блок управления интенсивностью лазерного излучения, соединенный с лазером, неплавящийся электрод, соединенный с источником тока, снабжено микропроцессором, адаптивным элементом, установленным на оптической оси лазера перед фокусирующей системой, с блоком управления, блоком регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки, блоком управления электрическим разрядом, соединенным через микропроцессор с двумя последними блоками и фокусирующей системой [8].The closest in technical essence is the method of laser processing and a device for its implementation, in which an electric discharge is initiated between the surface to be treated and the electrode under positive potential, and the intensity of the thermal effect on this zone of laser radiation and arc is controlled by the parameters of the plasma torch above the processing zone of the discharge, the wavefront of the laser radiation is deformed, changing the angle of its divergence using an adaptive element. A laser processing device comprising a laser, a focusing system, a laser radiation intensity control unit connected to a laser, a non-consumable electrode connected to a current source, is equipped with a microprocessor, an adaptive element mounted on the optical axis of the laser in front of the focusing system, with a control unit, a recording unit and analysis of the distribution of energy in the processing zone, by an electric discharge control unit connected via a microprocessor to the last two units and a focusing system [8].

Способ повышает качество обработки путем стабилизации энерговклада в зону обработки, но он не адаптируется к задаче эффективной обработки поверхности значительных размеров и формирования в приповерхностном слое обрабатываемого массива зон перекрытия лазерных щелей, обеспечивающих высокую концентрацию напряжений, знакопеременные нагрузки и деформацию при лазерной обработке значительной поверхности.The method improves the quality of processing by stabilizing the energy input into the processing zone, but it does not adapt to the problem of efficient surface treatment of significant size and the formation of overlapping zones of laser slots in the surface layer of the processed array, which provide a high concentration of stresses, alternating loads and deformation during laser processing of a significant surface.

Технический результат заключается в повышении эффективности управления технологической подготовкой к выемке скальных пород путем регулирования энерговклада волнового фронта лазерного излучения в зону обработки и формирования в приповерхностном слое обрабатываемого массива равномерно расположенных зон перекрытия лазерных щелей без возможных просветов при изменении скорости продвижения комбайна в случае возникновения зон повышенной или пониженной прочности при послойно-полосовом фрезеровании скальных пород карьерными комбайнами.The technical result consists in increasing the efficiency of controlling technological preparation for excavation of rock by adjusting the energy input of the wavefront of the laser radiation into the treatment zone and forming uniformly spaced overlapping zones of laser slots in the surface layer of the processed array without possible gaps when changing the speed of the combine in case of increased or reduced strength during layer-by-band milling of rock by a quarry combine and.

Технический результат достигается тем, что в способе управления лазерной обработкой скальной породы переменной крепости, включающем контроль интенсивности высокотемпературного термодинамического лазерного воздействия на зону лазерного излучения, регулирование изменения волнового фронта лазерного излучения, осуществляют контроль усилия резания фрезы Р, параметров прочности f горной породы посредством датчика регистрации прочности горной породы, установленного на раме оптоволоконного лазерного излучателя, контроль скорости перемещения карьерного комбайна V_ki, введение в программу алгоритма вычисления волнового фронта мощности лазерного излучения W в зависимости от параметров прочности f горной породы и шага позиционирования оптоволоконных излучателей l_i на основе уравненияThe technical result is achieved by the fact that in the method of controlling laser processing of rock of variable strength, including controlling the intensity of high-temperature thermodynamic laser exposure to the laser radiation zone, controlling the change in the wavefront of the laser radiation, controlling the cutting force P of the cutter P, strength parameters f of the rock using a recording sensor rock strength mounted on the frame of a fiber optic laser emitter, variable speed control of the quarry miner V _ki , introducing into the program an algorithm for calculating the wavefront of the laser radiation power W depending on the strength parameters f of the rock and the positioning step of the fiber optic emitters l _i based on the equation

$$l_i=\frac{2B}{V_{л}\cdot n}\cdot V_{ki}$$

, $$l_i=\frac{2B}{V_l\cdot n}\cdot V_{ki}$$

,

где B - ширина поперечного хода оптоволоконного лазерного излучателя, равная ширине фрезерования поверхности карьерного комбайна, м; V_л - скорость продольного перемещения оптоволоконного лазерного излучателя вдоль направляющих, м/с; n - число оптоволоконных излучателей в кассете; V_ki - скорость перемещения карьерного комбайна, в зависимости от параметров прочности f горной породы и при изменении скорости перемещения карьерного комбайна V_ki, в случае возникновения зон повышенной или пониженной крепости f при послойно-полосовом фрезеровании скальных пород, осуществляют регулирование энерговклада волнового фронта лазерного излучения в зону обработки посредством блока управления интенсивностью лазерного излучения и формирование в приповерхностном слое обрабатываемого массива равномерно расположенных многорядных зон перекрытия лазерных щелей без возможных просветов посредством привода перемещения оптоволоконных излучателей.where B is the width of the transverse stroke of the fiber optic laser emitter, equal to the width of the milling surface of the surface miner, m; V _l - the longitudinal velocity of the optical fiber laser emitter along the guides, m / s; n is the number of fiber optic emitters in the cassette; V _ki is the movement speed of the quarry combine, depending on the strength parameters f of the rock and when the speed of the quarry combine is changed, V _ki , in the case of zones of increased or reduced strength f when layer-by-band strip milling of rock, the energy input of the laser wave front is controlled into the processing zone by means of a control unit for the intensity of laser radiation and the formation in the surface layer of the processed array of uniformly distributed multi-row x overlap zones without slits laser lumens possible by moving the actuator fiber emitters.

Система управления лазерной обработкой скальной породы переменной крепости, включающая систему генерации и подачи оптического лазерного излучения, блок управления интенсивностью лазерного излучения, соединенный с системой генерации и подачи оптического лазерного излучения, микропроцессор с блоком управления, блок регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки, снабжена датчиком регистрации интенсивности лазерного излучения, который соединен с блоком регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки, а также снабжена блоком регистрации параметра прочности горной породы, связанным с датчиком регистрации прочности горной породы, снабжена блоком контроля усилия резания фрезы и скорости перемещения карьерного комбайна, связанного с микропроцессором с блоком управления, который связан с блоком управления скоростью продольного перемещения оптоволоконного лазерного излучателя вдоль направляющих, блоком управления скоростью перемещения карьерного комбайна и скоростью вращения фрезы, блоком управления приводом перемещения оптоволоконных излучателей и блоком управления приводом поворота рамы, при этом микропроцессор с блоком управления связан с блоком регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки, блоком управления системой охлаждения и блоком управления компрессорной системой подачи сжатого воздуха для пылеудаления из зоны лазерной обработки.The control system for laser processing of rock of variable strength, including a system for generating and supplying optical laser radiation, a control unit for laser radiation intensity connected to a system for generating and supplying optical laser radiation, a microprocessor with a control unit, a unit for recording and analyzing energy distribution in the processing zone, is equipped with a sensor for recording the intensity of laser radiation, which is connected to the unit for recording and analyzing the distribution of energy in the processing zone, and it is also equipped with a unit for recording the rock strength parameter associated with the sensor for recording the rock strength, is equipped with a unit for controlling the cutting force of the cutter and the speed of the quarry combine associated with the microprocessor with a control unit that is connected with the control unit for the speed of longitudinal movement of the fiber-optic laser emitter along the guides, a control unit for the speed of movement of the quarry combine and the speed of rotation of the cutter, a control unit for the drive of movement of the fiber emitters and a drive unit for controlling the rotation of the frame, while the microprocessor with the control unit is connected to the unit for recording and analyzing the distribution of energy in the processing zone, the control unit for the cooling system and the control unit for the compressor compressed air supply system for dust removal from the laser processing zone.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий новым способом и предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.The possibility of forming the required sequence of actions in a new way and with the proposed tools allows us to solve the problem, determines the novelty, industrial applicability and inventive step of development.

Система управления лазерной обработкой скальной породы переменной крепости изображена на чертежах.The control system for laser processing of rock of variable strength is shown in the drawings.

На фиг.1 - общий вид системы управления лазерной обработкой скальной породы переменной крепости с карьерным комбайном; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2, крайнее расположение оптоволоконных излучателей в сжатом виде при высоких показателях крепости f горной породы и уменьшении скорости V_ki перемещения карьерного комбайна; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.2, крайнее раздвинутое положение оптоволоконных излучателей при низких показателях крепости f горной породы и увеличении скорости V_ki перемещения карьерного комбайна; на фиг 6 - разрез Г-Г на фиг.5; на фиг.7 показаны многорядные зоны перекрытия лазерных щелей, образуемые при высоких показателях крепости f горной породы; на фиг.8 показаны многорядные зоны перекрытия лазерных щелей, образуемые при низких показателях крепости f горной породы; на фиг.9 - блок-схема управления лазерной обработкой скальной породы переменной крепости с карьерным комбайном; на фиг.10 - блок-схема управления шагом позиционирования оптоволоконных излучателей l_i.Figure 1 - General view of a laser control system for processing rock of variable strength with a quarry combine; figure 2 is a view of figure 1; figure 3 is a section bB in figure 2; figure 4 - section bb in figure 2, the extreme location of the fiber optic emitters in a compressed form at high rates of rock strength f and a decrease in the speed V _{ki of} movement of the quarry combine; figure 5 is a section bb in figure 2, the extreme extended position of the fiber optic emitters at low rates of rock strength f and an increase in the speed V _{ki of} movement of the quarry combine; in Fig.6 is a section GG in Fig.5; Fig. 7 shows multi-row overlapping zones of laser slots formed at high rock strengths f; Fig. 8 shows multi-row overlapping zones of laser slots formed at low rock strengths f; Fig.9 is a control block diagram of laser processing of rock of variable strength with a quarry combine; figure 10 is a control block diagram of the positioning step of the fiber optic emitters l _i .

Система управления 1 лазерной обработкой скальной породы переменной крепости содержит систему генерации и подачи оптического лазерного излучения 2, блок управления интенсивностью лазерного излучения 3, соединенный с системой генерации и подачи оптического лазерного излучения 2, микропроцессор с блоком управления 4, блок регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки 5. Датчик регистрации интенсивности лазерного излучения 6 соединен с блоком регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки 5. Блок регистрации параметра прочности горной породы 7 связан с датчиком регистрации прочности горной породы 8. Блок контроля 9 усилия резания фрезы 10 и скорости перемещения карьерного комбайна 11 связан с микропроцессором с блоком управления 4. Микропроцессор с блоком управления 4 связан с блоком управления 12 скоростью продольного перемещения оптоволоконного лазерного излучателя 13 вдоль направляющих 14 посредством привода 15. Микропроцессор с блоком управления 4 связан с блоком управления 16 скоростью перемещения карьерного комбайна 11 и скоростью вращения фрезы 10, блоком управления 17 приводом перемещения 18 оптоволоконных излучателей 19 и блоком управления 20 приводами поворота 21 рамы 22. Микропроцессор с блоком управления 4 связан с блоком регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки 5, блоком управления системой охлаждения 23 и блоком управления компрессорной системой подачи сжатого воздуха 24 для пылеудаления из зоны лазерной обработки. Функциональность процесса зависит от прочности пород f, которая влияет на скорость перемещения комбайна V_ki 11, волновой фронт мощности лазерного излучения W и формирование многорядных зон перекрытия лазерных щелей 25, обеспечивающих высокую концентрацию напряжений, знакопеременные нагрузки и деформацию при обработке значительной поверхности массива. Оптоволоконные излучатели 19 связаны между собой подвижными шарнирными связями 26, которые позволяют изменять расстояние l_i 27 между оптоволоконными излучателями 19. Оптоволоконные излучатели 19 перемещаются с помощью привода перемещения 18, связанного с подвижными шарнирными связями 26. Согласование действий управления расстоянием l_i 27 между оптоволоконными излучателями 19 при фиксации параметра прочности горной породы f осуществляется по алгоритму в соответствии с фиг.10.The control system 1 for laser processing of rock of variable strength contains a system for generating and supplying optical laser radiation 2, a control unit for the intensity of laser radiation 3 connected to a system for generating and supplying optical laser radiation 2, a microprocessor with a control unit 4, a unit for recording and analyzing energy distribution in the processing zone 5. The sensor for recording the intensity of laser radiation 6 is connected to the unit for recording and analyzing the distribution of energy in the processing zone 5. The registration unit p the rock strength meter 7 is connected to the rock strength registration sensor 8. The control unit 9 of the cutting force of the cutter 10 and the movement speed of the quarry combine 11 is connected to the microprocessor with the control unit 4. The microprocessor with the control unit 4 is connected to the control unit 12 of the longitudinal speed of the optical fiber laser the radiator 13 along the guides 14 by means of the drive 15. The microprocessor with the control unit 4 is connected to the control unit 16 by the speed of movement of the mining combine 11 and the speed of rotation of the fre PS 10, the control unit 17 of the drive movement 18 of the fiber-optic emitters 19 and the control unit 20 of the rotation drives 21 of the frame 22. The microprocessor with the control unit 4 is connected to the unit for recording and analyzing the distribution of energy in the processing zone 5, the control unit for the cooling system 23 and the control unit for the compressor system supply of compressed air 24 for dust removal from the laser processing zone. The functionality of the process depends on the rock strength f, which affects the speed of the combine V _ki 11, the wavefront of the laser radiation power W and the formation of multi-row overlapping zones of laser slots 25, which provide a high concentration of stresses, alternating loads and deformation when processing a significant surface of the array. Fiber optic emitters 19 are interconnected by movable articulated links 26, which allow you to change the distance l _i 27 between the fiber optic emitters 19. Fiber optic emitters 19 are moved using a displacement drive 18 associated with movable articulated links 26. Coordination of the action of controlling the distance l _i 27 between the fiber optic emitters 19 when fixing the rock strength parameter f is carried out according to the algorithm in accordance with figure 10.

Способ управления лазерной обработкой скальной породы переменной крепости реализуется следующим образом.The method of controlling laser processing of rock of variable strength is implemented as follows.

Осуществляется предварительная подготовка горного массива. Блок управления 20 подает сигнал на привод поворота 21 и рама 22 фиксируется на определенном расстоянии от зоны обработки. Оптоволоконный лазерный излучатель 13 устанавливается посредством привода 15 в крайнее положение на направляющих 14. Осуществляют контроль параметров прочности f горной породы посредством датчика 8 регистрации прочности горной породы, установленного на раме оптоволоконного лазерного излучателя 13, контроль скорости перемещения карьерного комбайна V_ki 11, скорости вращения фрезы 10 и усилия резания фрезы 10. С помощью датчика регистрации интенсивности лазерного излучения 6 осуществляют контроль интенсивности высокотемпературного термодинамического лазерного воздействия на зону лазерного излучения. Информация от датчика регистрации интенсивности лазерного излучения 6 поступает через блок регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки 5 в микропроцессор с блоком управления 4 системы управления 1. Блок управления 12 скоростью продольного перемещения оптоволоконного лазерного излучателя 13 вдоль направляющих 14 подает команду на привод 15 для перемещения оптоволоконного лазерного излучателя 13 одновременно с карьерным комбайном 11, который получает команду от блока управления 16 скоростью перемещения карьерного комбайна 11. В программу вводится алгоритм вычисления волнового фронта мощности лазерного излучения W=f(f) в зависимости от параметров прочности f горной породы и шага позиционирования оптоволоконных излучателей l_i на основе уравненияThe preliminary preparation of the mountain range is carried out. The control unit 20 provides a signal to the drive rotation 21 and the frame 22 is fixed at a certain distance from the processing zone. The fiber-optic laser emitter 13 is set by the actuator 15 to the extreme position on the guides 14. The rock strength parameters f are monitored using a rock strength registration sensor 8 mounted on the fiber-optic laser emitter 13 frame, the speed of movement of the career miner V _ki 11, and the rotational speed of the cutter 10 and cutting force of the cutter 10. Using the sensor for recording the intensity of laser radiation 6, the intensity of the high-temperature thermody is monitored matic laser exposure to laser radiation zone. Information from the sensor for recording the intensity of the laser radiation 6 enters through the recording and analysis of the distribution of energy in the processing zone 5 into the microprocessor with the control unit 4 of the control system 1. The control unit 12 of the longitudinal velocity of the fiber-optic laser emitter 13 along the guides 14 sends a command to the drive 15 to move fiber laser emitter 13 at the same time with a mining combine 11, which receives a command from the control unit 16 the speed of movement of the mining combine 11. The program introduces an algorithm for calculating the wavefront of the laser radiation power W = f (f) depending on the rock strength parameters f and the positioning step of the fiber optic emitters l _i based on the equation

$$l_i=\frac{2B}{V_{л}\cdot n}\cdot V_{ki}$$

, $$l_i=\frac{2B}{V_l\cdot n}\cdot V_{ki}$$

,

где B - ширина поперечного хода оптоволоконного лазерного излучателя 13, равная ширине фрезерования поверхности карьерного комбайна 11, м; V_л - скорость продольного перемещения оптоволоконного лазерного излучателя 13 вдоль направляющих 14, м/с; n - число оптоволоконных излучателей 19 в кассете; V_ki - скорость перемещения карьерного комбайна 11, в зависимости от параметров прочности f горной породы.where B is the width of the transverse course of the fiber optic laser emitter 13, equal to the width of the milling surface of the surface combine 11, m; V _l - the longitudinal velocity of the optical fiber laser emitter 13 along the guides 14, m / s; n is the number of fiber optic emitters 19 in the cassette; V _ki is the displacement speed of the mining machine 11, depending on the strength parameters f of the rock.

При фиксировании датчиком 8 зон повышенной крепости f, в процессе фрезерования скальных пород, через блок регистрации параметра прочности горной породы 7 и микропроцессор с блоком управления 4 подается команда на блок управления 16 скоростью перемещения карьерного комбайна 11 и скоростью вращения фрезы 10. Блок контроля 9 усилия резания фрезы 10 и скорости перемещения карьерного комбайна V_ki 11 фиксирует текущие параметры и направляет их в микропроцессор с блоком управления 4. Повышение крепости горной породы f влечет за собой необходимость изменения расстояния 27 между оптоволоконными излучателями 19. Изменение расстояния 27 происходит с помощью привода перемещения 18 и подвижных шарнирных связей 26, чтобы многорядные зоны перекрытия лазерных щелей 25 образовывались равномерно, без просветов. Регулирование расстояния 27 позволяет осуществить формирование в приповерхностном слое обрабатываемого массива равномерно расположенных многорядных зон перекрытия лазерных щелей 25 при изменении скорости перемещения карьерного комбайна 11. Расширение расстояния l_i между лазерными щелями 25 в многорядных зонах их перекрытия компенсируется регулированием энерговклада в зону лазерной обработки. Посредством системы генерации и подачи оптического лазерного излучения 2 осуществляется повышение мощности W лазерного излучения. Система генерации и подачи оптического лазерного излучения 2 связана с блоком управления интенсивностью лазерного излучения 3, который получает команду от микропроцессора с блоком управления 4. Микропроцессор с блоком управления 4 связан с блоком управления 16 скоростью перемещения карьерного комбайна 11 и скоростью вращения фрезы 10, а также блоком управления 17 приводом перемещения 18 оптоволоконных излучателей 19, блоком управления системой охлаждения 23 и блоком управления компрессорной системой подачи сжатого воздуха 24 для пылеудаления из зоны лазерной обработки.When the sensor 8 fixes zones of increased strength f, during the milling of rock, a command is sent to the control unit 16 for the speed of the mining combine 11 and the rotational speed of the cutter 10 through the registration unit for the rock strength parameter 7 and the microprocessor with the control unit 4; cutting cutters 10 and moving speed V _ki miner 11 captures the current settings and sends them to the microprocessor control unit 4. Increasing rock fortress f entails MOD neniya distance 27 between the fiber optic emitters 19. Changing the distance 27 takes place via the drive 18 and movement of the movable hinge connections 26 to multi-row overlapping area laser slits 25 are formed uniformly, without gaps. Regulation of the distance 27 allows the formation in the surface layer of the processed array of evenly spaced multi-row overlapping zones of the laser slots 25 when the moving speed of the quarry combine 11. The expansion of the distance l _i between the laser slots 25 in the multi-row zones of their overlap is compensated by adjusting the energy input into the laser processing zone. By means of a system for generating and supplying optical laser radiation 2, the power W of the laser radiation is increased. The system for generating and supplying optical laser radiation 2 is connected to the control unit for the intensity of laser radiation 3, which receives a command from the microprocessor with the control unit 4. The microprocessor with the control unit 4 is connected to the control unit 16, the speed of the mining combine 11 and the rotational speed of the cutter 10, and the control unit 17 of the drive 18 moving fiber optic emitters 19, the control unit of the cooling system 23 and the control unit of the compressor compressed air supply 24 for dust removal from the laser treatment area.

Способ управления лазерной обработкой скальной породы переменной крепости повышает эффективность управления технологической подготовкой к выемке скальных пород, обеспечивает возможность дистанционного управления разрушением горных пород, улучшает условия работы, техническую и экологическую безопасность процесса.The method of controlling laser processing of rock of variable strength increases the efficiency of managing technological preparation for excavation of rock, provides remote control of rock destruction, improves working conditions, technical and environmental safety of the process.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2362877 от 01.02.2008. Способ циклично-поточной отработки скальных горных пород.1. RF patent No. 2362877 from 01.02.2008. The method of cyclic-stream mining of rock formations.

2. Патент РФ №2456538 25.02.2011. Способ взрывного рыхления скальных пород зарядами с воздушной подушкой.2. RF patent No. 2456538 02/25/2011. The method of explosive loosening of rock by charges with an air cushion.

3. Патент РФ №2009322 от 15.03.1994. Способ отработки уступов горных пород.3. RF patent No. 2009322 dated 03.15.1994. The method of mining rock ledges.

4. Патент РФ №2079657 от 20.05.1997. Способ отработки уступов горных пород.4. RF patent No. 2079657 dated 05/20/1997. The method of mining rock ledges.

5. Патент РФ №2449106 от 13.10.2010. Способ бурения скважин с использованием лазерной энергии и устройство для его реализации.5. RF patent No. 2449106 dated October 13, 2010. A method of drilling wells using laser energy and a device for its implementation.

6. Патент РФ №2422624 от 28.04.2010. Перфоратор лазерный гидравлический щелевой.6. RF patent No. 2422624 from 04/28/2010. Hydraulic slotted laser puncher.

7. Патент РФ №2468141 от 27.11.2012. Адаптивное регулирование привода фрезерной машины.7. RF patent No. 2468141 of 11/27/2012. Adaptive drive control of the milling machine.

8. Патент РФ №1658514 от 20.01.2006. Способ лазерной обработки и устройство для его осуществления.8. RF patent No. 1658514 dated January 20, 2006. Laser processing method and device for its implementation.

Claims (2)

1. Способ управления лазерной обработкой скальной породы переменной крепости, включающий контроль интенсивности высокотемпературного термодинамического лазерного воздействия на зону лазерного излучения, регулирование изменения волнового фронта лазерного излучения, отличающийся тем, что осуществляют контроль усилия резания фрезы Р, параметров прочности f горной породы посредством датчика регистрации прочности горной породы, установленного на раме оптоволоконного лазерного излучателя, контроль скорости перемещения карьерного комбайна V_ki, введение в программу алгоритма вычисления волнового фронта мощности лазерного излучения W в зависимости от параметров прочности f горной породы и шага позиционирования оптоволоконных излучателей l_i на основе уравнения
$$l_i=\frac{2B}{V_{л}\cdot n}\cdot V_{ki}$$

,
где B - ширина поперечного хода оптоволоконного лазерного излучателя, равная ширине фрезерования поверхности карьерного комбайна, м;
V_л - скорость продольного перемещения оптоволоконного лазерного излучателя вдоль направляющих, м/с;
n - число оптоволоконных излучателей в кассете;
V_ki - скорость перемещения карьерного комбайна,
в зависимости от параметров прочности f горной породы и при изменении скорости перемещения карьерного комбайна V_ki, в случае возникновения зон повышенной или пониженной крепости f при послойно-полосовом фрезеровании скальных пород, осуществляют регулирование энерговклада волнового фронта лазерного излучения в зону обработки посредством блока управления интенсивностью лазерного излучения и формирование в приповерхностном слое обрабатываемого массива равномерно расположенных многорядных зон перекрытия лазерных щелей без возможных просветов посредством привода перемещения оптоволоконных излучателей.1. The method of controlling laser processing of rock of variable strength, including monitoring the intensity of high-temperature thermodynamic laser exposure to the laser radiation zone, controlling the change in the wavefront of the laser radiation, characterized in that they control the cutting force of the milling cutter P, strength parameters f of the rock using a strength registration sensor rock mounted on the frame of a fiber optic laser emitter, control of the speed of movement of a quarry comb Aina V _ki , introduction to the program of the algorithm for calculating the wavefront of the laser radiation power W depending on the strength parameters f of the rock and the positioning step of the fiber optic emitters l _i based on the equation
$$l_i=\frac{2B}{V_l\cdot n}\cdot V_{ki}$$

,
where B is the width of the transverse stroke of the fiber optic laser emitter, equal to the width of the milling surface of the surface miner, m;
V _l - the longitudinal velocity of the optical fiber laser emitter along the guides, m / s;
n is the number of fiber optic emitters in the cassette;
V _ki - the movement speed of the quarry combine,
depending on the strength parameters f of the rock and when the moving speed of the quarry miner V _ki changes, in the case of zones of increased or decreased strength f during layer-by-band milling of rock, the energy input of the wavefront of the laser radiation to the processing zone is controlled by the laser intensity control unit radiation and the formation in the surface layer of the processed array of evenly spaced multi-row overlapping zones of laser slots without possible gaps by means of a drive moving fiber optic emitters. 2. Система управления лазерной обработкой скальной породы переменной крепости, включающая систему генерации и подачи оптического лазерного излучения, блок управления интенсивностью лазерного излучения, соединенный с системой генерации и подачи оптического лазерного излучения, микропроцессор с блоком управления, блок регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки, отличающаяся тем, что снабжена датчиком регистрации интенсивности лазерного излучения, который соединен с блоком регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки, а также снабжена блоком регистрации параметра прочности горной породы, связанным с датчиком регистрации прочности горной породы, снабжена блоком контроля усилия резания фрезы и скорости перемещения карьерного комбайна, связанного с микропроцессором с блоком управления, который связан с блоком управления скоростью продольного перемещения оптоволоконного лазерного излучателя вдоль направляющих, блоком управления скоростью перемещения карьерного комбайна и скоростью вращения фрезы, блоком управления приводом перемещения оптоволоконных излучателей и блоком управления приводом поворота рамы, при этом микропроцессор с блоком управления связан с блоком регистрации и анализа распределения энергии в зоне обработки, блоком управления системой охлаждения и блоком управления компрессорной системой подачи сжатого воздуха для пылеудаления из зоны лазерной обработки. 2. Control system for laser processing of rock of variable strength, including a system for generating and supplying optical laser radiation, a control unit for laser radiation intensity connected to a system for generating and supplying optical laser radiation, a microprocessor with a control unit, a unit for recording and analyzing energy distribution in the processing zone , characterized in that it is equipped with a sensor for recording the intensity of laser radiation, which is connected to the unit for recording and analysis of energy distribution in the processing zone, and also equipped with a unit for recording the rock strength parameter associated with the sensor for recording the rock strength, equipped with a unit for controlling the cutting force of the cutter and the movement speed of the quarry combine associated with the microprocessor with a control unit that is connected to the control unit for the speed of longitudinal movement of the fiber optic laser emitter along the guides, the control unit for the speed of movement of the quarry combine and the speed of rotation of the cutter, the control unit for the drive escheniya fiber optic emitters and control frame rotation drive unit, wherein the microprocessor control unit is associated with the block of registration and analysis of the energy distribution in the treatment zone, cooling system control unit and the control unit of the compressor supplying compressed air for dust extraction system of laser processing zone.

Images