DE3743643A1 - Verfahren zur gerichteten zerteilung eines monolithischen objekts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gerichteten Zer­ teilung eines monolithischen Objekts nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Verfahren eignet sich besonders für den Abbau von nicht harten Gesteinen, beispielsweise von Tuff, für den Abbau von besonders wertvollen Gesteinen, die in gering­ mächtigen Flözen lagern, zum Zerteilen von Monolithen in Blöcke und zum Zerteilen von Blöcken in Rohlinge er­ forderlicher Abmessungen zur Herstellung von Stufen, Bord­ kanten, Verkleidungsplatten usw. sowie zum Zerkleinern von Beton.

Zur Gewinnung von Blöcken aus einem Massiv hat man früher auf der Oberfläche eines monolithischen Objektes entlang der Linie der gewünschten Zerteilung von Hand Vertiefun­ gen ausgehöhlt und keilförmig Holzstücke eingetrieben. Die Holzstücke wurden mit heißen Wasser begossen, so daß sie bein Aufquellen das monolithische Objekt auseinander­ sprengt. Die Produktivität dieses Verfahrens war gering, konnte jedoch durch Einsatz von Metallkeilen und Bohr­ vorrichtungen beträchtlich erhöht werden, die unabhängig von der Jahreszeit zum Trennen von Steinblöcken mit be­ liebiger Festigkeit über längere Zeiträume eingesetzt werden können.

Bekannt ist ferner, auf der Oberfläche eines monolithischen Objekts entlang der Linie der gewünschten Zerteilung ei­ ne Reihe von Bohrlöchern mit der Keilhöhe entsprechender Tiefe auszubilden. In jedes Bohrloch werden zwei Backen mit Schultern eingeführt. Zwischen die Backen wird ein Keil eingesetzt. An jedem Keil wird dann der Reihe nach eine Kraft einwirken gelassen, wodurch an den zusammen­ wirkenden Oberflächen von Keil und Backe eine senkrecht zur Zerteilungslinie gerichtete Bruchlast entsteht.

Beim Abtrennen von Blöcken von einen Monolithen aus nicht harten Gesteinen erhält man so jedoch keine gerichtete Zerteilung, weil der Monolith infolge des Eindrückens der Backen ins Gestein zerstört wird. Ferner müssen zum Abtrennen von Blöcken von Monolithen aus besonders wert­ vollen Gesteinen und beim Zerteilen der Blöcke in Rohlin­ ge Bohrlöcher für Backen und Keile hergestellt werden, wodurch auf der neugebildeten Oberfläche des Blocks tiefe Nuten als Spur dieser Bohrlöcher zurückbleiben. Dies führt dazu, daß die neugebildete Oberfläche durch Schlei­ fen oder thermische Strahlenbehandlung nachbearbeitet werden muß, wodurch die Erzeugung von Halbfabrikaten je Produktionsvolumeneinheit verringert wird. Durch den Um­ stand, daß die Keile in der Zerteilungsrichtung nicht festgehalten werden, entsteht beim Kraftanlegen wegen einer ungleichmäßigen Spaltkraftverteilung eine minder­ wertige Spaltfläche. Die runde Bohrlochform bedingt große anzulegende Kräfte, d.h. der Arbeitsaufwand ist erheblich.

Versuche, die anzulegenden, den Bruch bewirkenden Kräfte zu vermindern, führten zu dem aus der SU-A-3 53 837 bekann­ ten Verfahren, bei welchem auf der Oberfläche eines mono­ lithischen Objektes entlang der Linie der gewünschten Zerteilung eine Reihe von linsenförmigen blinden Öffnun­ gen bzw. Sacköffnungen ausgebildet wird, deren größere Achse mit der Linie der gerichteten Zerteilung zusammen­ fällt. In jede der Öffnungen werden Metallbacken einge­ führt, die dazu beitragen, daß Bruchlasten mit der Rich­ tungsgröße senkrecht zur Linie der gerichteten Zerteilung entstehen und auf das Gestein gleichmäßig übertragen wer­ den. Danach wird ein Keil zwischen die Backen so einge­ führt, daß die Keilschneide mit der Linie der gerichte­ ten Zerteilung im wesentlichen zusammenfällt, und auf den Keil mit einer Kraft eingewirkt, wodurch dieser mit den Arbeitsflächen der Backen so zusammenwirkt, daß das monolithische Objekt gerichtet zerteilt wird.

Durch die Herstellung von linsenförmigen Öffnungen, de­ ren Form für die gerichtete Zerteilung eines monolithi­ schen Objektes am günstigsten ist, weil die an der größe­ ren Achse der Öffnung liegenden, am weitesten entfernten Punkte der Öffnung Spannungsspitzen darstellen, können die an den Keilen zum Ablösen von Blöcken vom Gesteins­ monolithen anzulegenden Kräfte bei diesem Verfahren we­ sentlich vermindert werden.

Das bekannte Verfahren kann zum Abbau von nicht harten Gesteinen nicht angewendet werden, weil dieses durch Ein­ drücken der Backen zerstört wird. Darüberhinaus ist es schwierig den Vektor der Bruchlast senkrecht zu der vor­ gesehenen Spaltfläche auszurichten, weil eine Orientie­ rung der Schneide des mit den Backen in Berührung ste­ henden Keiles entlang der gewünschten Spaltlinie nicht erzielt werden kann.

Durch die Anwendung von Backen müssen die linsenförmigen Öffnungen relativ große Abmessungen haben. Dadurch wird die Beschaffenheit der gebildeten Spaltoberfläche beein­ trächtigt. Ein zusätzlicher Arbeitsaufwand ergibt sich aufgrund der Nachbearbeitung dieser Oberfläche, nämlich durch Abschlei­ fen der entstandenen Vertiefungen und anderer Unebenhei­ ten, wodurch die Steine auch beschädigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß der Vektor der Bruchlast senkrecht zu der Ebene der voraussichtli­ chen Zerteilung durch eine Änderung des mit dem Keil zu­ sammenwirkenden Mediums ausgerichtet wird.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der gattungsgemäßen Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Güte der Gesteinsspaltfläche zu verbessern, die Steinver­ luste erheblich zu reduzieren, die Erzeugung an brauch­ baren Halbfabrikaten je Monolithvolumeneinheit zu erhö­ hen und die Selbstkosten herabzusetzen, was durch eine Verkleinerung und eine Änderung der für die Keile bestimm­ ten Öffnungen und den Austausch der metallischen Spreiz­ backen durch ein Medium mit einer hohen Reibungszahl in bezug auf das zu zerstörende Gestein und der Fähigkeit, in einen "absolut" starren Körper überzugehen, erreicht wird. Erfindungsgemäß kann die Spaltkraft des in das Medium unter Einwirkung von Schlagbelastungen eingeführten Di­ stanzkeiles gleichmäßig verteilt werden, indem sämtliche Unebenheiten an der Innenwand der linsenförmigen Öffnungen beim Verdichten des Mediums ausgeglichen werden, was sich auf die Güte der Gesteinsspaltfläche sehr günstig auswirkt. Das Herstellen von Öffnungen mit einer Linsenform wirkt sich positiv auf der Güte der Spaltflächen aus, weil es dabei so gut wie zu keiner Steinbeschädigung kommt. Wäh­ rend beim bekannten Spalten mittels Keilen in den Bohr­ löchern auf den Spaltflächen Spuren dieser Bohrlöcher verbleiben, was eine weitere zusätzliche Bearbeitung der neu entstandenen Oberfläche durch Schleifen oder thermi­ sche Strahlenbehandlung erforderlich macht, bleibt die Spaltfläche beim Spalten mittels Keilen in den linsen­ förmigen Öffnungen nahezu rein.

Die Verwendung von Papier oder Polyäthylen als Medium folgt daraus, daß beide Materialien die Gesteinsuneben­ heiten gut ausfüllen, wodurch eine gute Haftung des Me­ diums am Gestein, und zwar eine hohe Reibungszahl zwischen Medium und Gestein, erzielt wird. Papier und Polyäthylen haben außerdem eine hohe Reibungszahl in bezug auf den Metallkeil und sind fähig, unter Einfluß von an jedem Keil wirkenden Schlagbelastungen in einen "absolut" star­ ren Körper überzugehen, der die Bruchlast auf das Gestein überträgt. Da Papier und Polyäthylen ein lockeres Medium darstellen, ist es möglich, die Keilschneide mit der Li­ nie der gerichteten Zerteilung in Koinzidenz zu bringen, d.h. die gerichtete Größe der Bruchlast senkrecht zu der beabsichtigten Spaltfläche wirken zu lassen. Anhand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch die Durchführung des Verfahrens;

Fig. 2 eine linsenförmige Öffnung auf der Oberfläche eines monolithischen Objekts und

Fig. 3 das monolithische Objekt im Schnitt in der zur Ebene der vorgesehenen Zerteilung senkrechten Ebene.

Das Verfahren zur gerichteten Zerstörung eines monolithi­ schen Objekts beispielsweise eines Tuffmonolithen wird wie folgt durchgeführt.

In einem Gesteinsmassiv 1 wird ein Graben 2 für den frei­ en Zutritt zu einem zur gerichteten Zerteilung bestimm­ ten monolithischen Objekt 3 ausgebildet. Durch Schneiden eines Schlitzes wird eine weitere Oberfläche 4 freigelegt. Wenn in der Sohle des Gesteinsmassivs 1 kein Naturriß vorhanden ist, muß ein weiterer Schlitz 5 geschnitten werden. Auf der verbleibenden vorgereinigten Oberfläche wird ein Netz für Sacköffnungen 6 (Fig. 2) markiert. Der Abstand zwischen den Sacköffnungen 6 (Fig. 1) ist stets der gleiche. Gemäß dem gezeichneten Netz werden im Mono­ lithen 3 linsenförmige Sacköffnungen 6 (Fig. 2) ausgebil­ det. Die Sacköffnungen 6 werden mit einem Medium mit ei­ ner hohen Reibungszahl in bezug auf das Gestein, beispiels­ weise mit Papier 7 (Fig. 3) gefüllt, wonach dieses Papier 7 verdichtet wird. Darauf wird in jede der Öffnungen 6 ein Keil 8 so eingeführt, daß seine Schneide mit der Längsachse der Sacköffnung 6 zusammenfällt. Jeder Keil 8 wird der Einwirkung einer Schlagkraft P, beispielsweise nit einem Handhammer ausgesetzt, wodurch der Keil 8 über seine zwei Arbeitsflächen mit dem verdichteten Papier zusammenwirkt. Das Papier bildet dabei einen "absolut" starren Körper, der die Bruchlast auf das Gestein über­ trägt, wobei der Vektor P ₁ dieser Kraft zur Linie der gerichteten Zerteilung senkrecht ist.

Das Papier trägt dazu bei, daß der Keil 8 dicht in der Sacköffnung 6 sitzt. Je nach Verdichtung gleicht das Pa­ pier sämtliche Rauhigkeiten an der Innenwand der Sack­ öffnung 6 aus, so daß die Spaltkraft des Keils 8 gleich­ mäßig verteilt und beim Abtrennen einer Platte vom mono­ lithischen Objekt eine Spaltfläche mit hoher Güte erzielt wird.

Claims (3)

1. Verfahren zur gerichteten Zerteilung eines monolithi­ schen Objekts, bei welchem auf der Oberfläche des mo­ nolithischen Objekts (3) eine Reihe von linsenförmigen Sacköffnungen (6) ausgebildet wird, deren größere Ach­ se mit der Linie der gerichteten Zerteilung zusammen­ fällt; in jede der Sacköffnungen (6) ein Keil (8) so eingeführt wird, daß die Schneide des Keiles (8) mit der Linie der gerichteten Zerteilung im wesentlichen zusammenfällt; auf jeden Keil (8) mit einer Schlag­ belastung eingewirkt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Sacköffnung (6) vor dem Einführen des Keiles (8) mit einem Medium gefüllt wird, das eine hohe Reibungszahl in bezug auf das Gestein des zu zerteilenden monolithischen Objekts (3) hat sowie fähig ist, unter Einwirkung der Bela­ stung in den Zustand eines "absolut" starren Körpers überzugehen, und das Medium verdichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Medium Papier (7) verwen­ det wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Medium Polyäthylen verwen­ det wird.