DE4423477A1 - Process for jet cutting with explosives - Google Patents
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Abstract
Description
Es ist bekannt, daß zum Beispiel zum Tunnel- und Stollenbau mittels material-abtragender Maschinen wie beispielsweise Voll- oder Teilschnittmaschinen Gestein abgebaut werden kann. Diese Verfahren werden bei hartem Material durch Sprengvortrieb, bei dem beispielsweise mehrere Bohrungen kleineren Durchmessers mit Sprengstoff manuell gefüllt und gezündet werden ergänzt beziehungsweise ersetzt.It is known that, for example, for tunnel and tunnel construction by means of material-removing Machines such as full or partial rock cutting machines are mined can. These methods are used for hard material by blasting, in which For example, several small diameter holes manually filled with explosives and ignited are supplemented or replaced.
Bei weichen Materialien, zum Beispiel beim Abbau von Kohle, werden oft auch mittels Schrämmwerkzeugen transportable Stücke herausgebrochen.With soft materials, for example when mining coal, are often also used Cutting tools broken out transportable pieces.
Bei Stahlbetonkonstruktionen, wie beispielsweise Bunkeranlagen, Tief- und Wasserbauanlagen sowie in Außengleittechnik monolithisch gefertigten Hochbau- Konstruktionen wird bei ihrer Demontage versucht, diese durch aufwendige Schneid- und Zertrümmerungstechniken, vorzugsweise Sprengtechniken, zu zerlegen oder abzutragen. Alle diese bekannten Verfahren haben die Nachteile, daß an abtragenden oder zu demontierenden Objekten ohne oder vor Einsatz von Sprengtechniken direkt mit mechanischen material-abtragenden, bohrenden, fräsenden, sägenden oder schrämmenden Werkzeugen gearbeitet werden muß. Die begrenzten mechanischen Stand- und Verschleißfestigkeiten der Schneidwerkzeuge erfordern je nach Härte und Beschaffenheit des zu bearbeitenden Materials periodisch auszuführende Wartungs- und Erneuerungsarbeiten an den Werkzeugen der Maschinen. Räumlich inhomogene Härte- und Festigkeitsstrukturen im abzutragenden oder zu bearbeitenden Material führen zu vorzeitigen Werkzeugbrüchen und somit zu zusätzlichen Stillstandszeiten der Maschinen.In reinforced concrete structures such as bunker systems, deep and Hydraulic engineering systems as well as monolithic building construction using external sliding technology Constructions are attempted during their dismantling, these through complex cutting and Shattering techniques, preferably blasting techniques, to disassemble or remove. All of these known methods have the disadvantages that in abrasive or dismantling objects with or without the use of blasting techniques mechanical material-removing, drilling, milling, sawing or cutting Tools must be worked. The limited mechanical standing and Wear resistance of the cutting tools, depending on the hardness and nature of the maintenance and replacement work to be carried out periodically the tools of the machines. Spatially inhomogeneous hardness and strength structures in the Material to be removed or machined leads to premature tool breaks and thus at additional machine downtimes.
Ferner werden, beispielsweise in Tagebauen, mineralische oder sedimentische Rohstoffe mittels Hochdruckwasserwerfern auf hydromechanischem Wege gelockert, ausgespült und weggeschwämmt.Furthermore, mineral or sedimentary raw materials are used, for example in opencast mines loosened, rinsed and hydromechanically by means of high pressure water cannons swept away.
Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß sie bei harten Materialien nur noch geringe Abtrage und Schnittleistungen erreichen oder garnicht mehr eingesetzt werden können. Demontagearbeiten von oder an metallischen und mineralischen Konstruktionen wie zum Beispiel Panzern, Schiffen oder Stahlbetonbauten, werden auch mit chemischen, elektro- und gasthermischen Verfahren, zum Beispiel mit Hochtemperaturschneidbrennern vorgenommen. Die Schnitt- beziehungsweise Materialabtragleistung wird hier durch sukzessives thermisches oder chemisches Zerstören der Gefüge der Feststoffe erreicht.A disadvantage of these processes is that they only remove very little of hard materials and achieve cutting performance or can no longer be used. Dismantling work on or on metallic and mineral structures such as Examples of tanks, ships or reinforced concrete structures are also chemical, electrical and gas thermal processes, for example with high-temperature cutting torches. The cutting or material removal rate is here successively thermal or chemical destruction of the structure of the solids.
Nachteilig ist hierbei, daß die Verfahren nur sehr werkstoffselektiv einsetzbar sind und daß die Schnitt- oder Abtragleistungen von den Eigenschaften der zu bearbeitenden Materialien abhängen.The disadvantage here is that the methods can only be used very selectively and that the cutting or removal performance from the properties of the materials to be processed depend.
Alle bekannten Verfahren besitzen die Nachteile, daß einerseits kein kontinuierlicher Abtrag oder Schnitt mit hoher Vortriebsleistung an beliebigen Materialien gefahren werden kann und andererseits ist ein automatisierter oder autonom betriebener Maschinenvortrieb, beispielsweise unter ungünstigen Bedingungen wie inhomogenen und anisotropen Strukturen im Material nicht möglich.All known processes have the disadvantages that, on the one hand, there is no continuous removal or cutting can be carried out on any material with a high advance rate and on the other hand is an automated or autonomously operated machine jacking, for example under unfavorable conditions such as inhomogeneous and anisotropic structures not possible in the material.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Strahlschneiden mit Explosivstoffen werden die genannten Nachteile dadurch beseitigt, daß einerseits der direkte Kontakt zwischen der Materialbearbeitungsvorrichtung und dem abzutragenden oder zu bearbeitenden Material aufgehoben ist und andererseits die inneren Strukturen der zu bearbeitenden Materialien keinen Einfluß auf den Prozeß der Materialabtragung haben.In the inventive method for jet cutting with explosives, the mentioned disadvantages eliminated in that on the one hand the direct contact between the Material processing device and the material to be removed or processed and on the other hand the internal structures of the materials to be processed have no influence on the material removal process.
Der direkte Prozeß des mechanischen, thermischen oder chemischen Abtragens wird von Schnittvortriebswerkzeugen verfahrensgemäß auf einen oder mehrere Fluidstrahlen verlegt, welche mit Explosivstoffen beladen sind und diese an den Ort des Materialabtrags transportieren, wo sie bei Auftreffen auf das Zielmaterial gezündet werden. Der mit Explosivstoffen beladene Fluidstrahl, welcher vorzugsweise aus Wasser besteht und bei einem Strahlquerschnitt von beispielsweise 0,05 Quadrat-Millimetern bis über zehn Quadratzentimetern eine Strahlgeschwindigkeit, beispielsweise von einigen Metern pro Sekunde bis über mehrere tausend Meter pro Sekunde besitzen kann, bewirkt zusammen mit dem am Auftreffort explodierenden Explosivstoffen den Materialabtrag.The direct process of mechanical, thermal or chemical removal is carried out by Cutting tunneling tools, according to the method, laid on one or more fluid jets, which are loaded with explosives and these to the place of material removal transport where they are ignited when they hit the target material. The one with Explosive fluid jet, which preferably consists of water and at a beam cross-section of, for example, 0.05 square millimeters to over ten Square centimeters a beam speed, for example of a few meters per Second to over several thousand meters per second, together with the explosives exploding at the point of impact.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, kontinuierlich mit einer Schnittgeschwindigkeit oder Abtragsleistung zu arbeiten, die die der bekannten Verfahren übertrifft und dabei unterschiedlich zusammengesetzte, homogene und inhomogene, metallische oder und mineralische Materialien teil- oder vollautomatisiert abzutragen oder zu bearbeiten vermag.The solution according to the invention makes it possible to continuously use a Cutting speed or stock removal rate to work that of the known methods surpasses and thereby differently composed, homogeneous and inhomogeneous, to remove or close metallic or mineral materials partially or fully automatically can edit
Eine zusätzliche Steigerung der Abtragsleistung wird dadurch erreicht, daß der Eintrag des Explosivstoffes, welcher auch ein Sprengstoff sein kann, gepulst an die Wirkungsstätte gebracht wird und daß gekapselte Explosivstoffe, beispielsweise in der Verkapselung Abrassivstoffe enthalten, welche bei Explosion des Explosivstoffes eine verstärkte errodierende Wirkung am Zielort verursachen.An additional increase in the removal rate is achieved in that the entry of the Explosive, which can also be an explosive, pulsed to the place of action brought and that encapsulated explosives, for example in the encapsulation Abrasives contain, which is increased when the explosive explodes cause erosive effects at the destination.
Um eine vorzeitige Divergenz des Strahls, das heißt ein Zerfall des mit Explosiv- oder Sprengstoffen beladenen Fluidstrahls vor Auftreffen am Zielort zu verhindern, erfolgt die Einbringung des Explosivstoffes zum Beispiel während der Fluidstrahlbeschleunigung vorzugsweise in den Bereich der Querschnittsmitte des Strahls.To premature divergence of the beam, that is, a decay with the explosive or To prevent explosives laden fluid jet from hitting the destination, the Introducing the explosive, for example, during fluid jet acceleration preferably in the area of the cross-sectional center of the beam.
Der Abstand zwischen dem Ort der Fluidstrahlfreisetzung und dem Auftreffort liegt beispielsweise im Bereich von einigen Zentimetern bis zu mehreren Metern, vorzugsweise ein bis drei Meter.The distance between the location of the fluid jet release and the point of impact is for example in the range of a few centimeters to several meters, preferably one to three meters.
Wichtig ist einerseits, daß das System Maschine, Druckerzeuger, Explosivstoffbehälter, Explosivstoffeinführung und Fluidstrahlbeschleuniger betriebssicher arbeiten und andererseits keine Zündungen der Explosivstoffe außerhalb des Auftreffortes stattfinden. On the one hand, it is important that the system machine, pressure generator, explosive container, Explosive agent introduction and fluid jet accelerator work reliably and on the other hand no explosions are ignited outside of the point of impact.
Die Betriebssicherheit beim verfahrensmäßigen Umgang mit Explosiv- und Sprengstoffen wird durch verschiedene Maßnahmen realisiert.Operational safety when dealing with explosives and explosives is implemented through various measures.
Beispielsweise können die Explosivstoffe oder deren Komponenten, welche zum Beispiel als disperses, kolloidales oder binär oder höher zusammengesetztes System für sich allein nicht explosiv sind, beim Verlassen der strahlformenden Anlage in einen zündfähigen Zustand versetzt werden. Zum Beispiel indem vorzugsweise ferromagnetische Komponenten, die zugleich auch Abrassivstoffe sein können und in den Explosivstoffkomponenten definiert eingelagert sind, mittels eines inneren oder äußeren elektromagnetischen Feldes ein Durchmischen der Explosivstoffkomponenten oder eine Aufhebung des Trennungszustandes im binären oder höher zusammengesetzten Explosivstoffkomponenten-System bewirken. Die Herstellung des zündfähigen Zustands wird beispielsweise optisch, mit Hilfe von Laserstrahlen, mittels elektromagnetischer Hochfrequenzfelder oder durch ein elektromagnetisches Gleichfeld mit einer magnetischen Induktion von vorzugsweise 0,5 Tesla bis 3,5 Tesla realisiert.For example, the explosives or their components, which, for example, as Not a disperse, colloidal or binary or higher system on its own are explosive when leaving the beam-shaping system in an ignitable state be transferred. For example, by preferably ferromagnetic components that can also be abrasive and defined in the explosive components are stored, by means of an internal or external electromagnetic field Mixing the explosive components or lifting the separation state in a binary or higher explosive component system. The Production of the ignitable state is done optically, for example, with the help of Laser beams, by means of high-frequency electromagnetic fields or by a DC electromagnetic field with a magnetic induction of preferably 0.5 Tesla realized up to 3.5 Tesla.
Auch ist die Wandlung des Explosivstoffkomponenten-Systems in den zündfähigen Zustand durch Ausnutzung des Massenträgheitseffektes während der Explosivstoff-Beschleunigung, beispielsweise durch Bruch der Kapselhüllen möglich.Also the conversion of the explosive component system into the ignitable state by exploiting the inertia effect during explosive acceleration, possible, for example, by breaking the capsule shells.
Durch die Wahl der Relation von Strahlgeschwindigkeit zu Explosionsgeschwindigkeit der verwendeten Explosivstoffe größer eins ist gewährleistet, daß es zu keiner kettenreaktionsartigen Zündung der Explosivstoffe im Strahl vor deren Auftreffen am Zielort kommt.By choosing the relation of jet velocity to explosion velocity the explosives used greater than one ensures that there are none Chain reaction-like ignition of the explosives in the beam before they hit the target location is coming.
Die im Fluidstrahl befindlichen und in einen zündfähigen Zustand gesetzten Explosivstoffe zünden durch das Auftreffen auf das Ziel.The explosives in the fluid jet and set in an ignitable state ignite by hitting the target.
Elektromagnetisch, beispielsweise mit Laserstrahlung, ist es möglich, das Wandeln der Explosivstoffkomponenten beim Verlassen der strahlformenden Anlage in den zündfähigen Zustand und die Zündung der Explosivstoffe im Arbeitsbereich zu bewirken, wodurch es möglich wird, die Zündungen in ihrem Verlauf zu steuern.Electromagnetically, for example with laser radiation, it is possible to change the Explosive components when leaving the beam-shaping system in the ignitable Condition and ignition of explosives in the work area, causing it becomes possible to control the ignitions in their course.
Die Explosivstoffe, deren Komponenten und die Verkapselungen derselben sind derartig konstituiert, daß sie sich einige Zeit nach Kontaktierung mit dem Medium des Fluidstrahls in diesem auflösen. Vorzugsweise lösen sie sich in der Zeit von zehn Sekunden bis zwanzig Sekunden nach ihrer Kontaktierung auf. Damit wird sichergestellt, daß von im Fluidstrahl enthaltenen Explosivstoffen im Fall einer Fehlzündung keine Gefahr ausgeht.The explosives, their components and their encapsulations are of this type constitutes that it settles in some time after contact with the medium of the fluid jet dissolve this. They preferably dissolve in the time from ten seconds to twenty Seconds after contacting them. This ensures that in the fluid jet explosives contained in the event of a misfire does not pose a danger.
Die Explosivstoffe sind chemisch so beschaffen, daß sie, vorzugsweise in Wasser aufgelöst und weggeschwemmt, keine schädliche Umweltbelastung darstellen.The explosives are chemically such that they are preferably dissolved in water and washed away, do not represent a harmful environmental impact.
An einem Ausführungsbeispiel und einer Zeichnung (Fig. 1), welche schematisch eine Fluidstrahl-Formungsvorrichtung zeigt, soll die Erfindung näher beschrieben werden. The invention will be described in more detail using an exemplary embodiment and a drawing ( FIG. 1) which schematically shows a fluid jet shaping device.
Mittels eines Druckaufbereiters wird Wasser auf hohen Druck gebracht und über eine Leitung (1) der Beschleuniger- und Mischdüse zugeführt. In der ersten Stufe der Düse (2) erfolgt die Beschleunigung des Fluidstrahls auf hohe Geschwindigkeit. Hinter dieser Düse ist eine Mischkammer (3) angeordnet. In dieser Kammer können dem Fluidstrahl über die Zuführung (4) Zusätze in fester, flüssiger und gasförmiger Form oder Mischformen davon zugeführt werden.Water is brought to high pressure by means of a pressure conditioner and fed to the accelerator and mixing nozzle via a line ( 1 ). In the first stage of the nozzle ( 2 ) the fluid jet is accelerated to high speed. A mixing chamber ( 3 ) is arranged behind this nozzle. In this chamber, additives in solid, liquid and gaseous form or mixed forms thereof can be fed to the fluid jet via the feed ( 4 ).
Nach der Mischkammer ist eine weitere Düse angeordnet (5), die im Durchmesser größer als die erste ist. In dieser Düse werden die Zusätze durch den Strahl mitgerissen, beschleunigt und im Querschnittszentrum des Strahls angelagert. Der Strahl läßt sich strömungstechnisch in einen Hüllstrahl (6) und einen Kernstrahl (7) einteilen.After the mixing chamber there is another nozzle ( 5 ) which is larger in diameter than the first one. In this nozzle, the additives are carried along by the jet, accelerated and deposited in the cross-sectional center of the jet. From a fluidic point of view, the jet can be divided into an enveloping jet ( 6 ) and a core jet ( 7 ).
Konzentrisch um das Düsensegment (5) herumgewickelt befindet sich beispielsweise eine elektromagnetische Spule (8) mittels der mit gepulstem elektrischem Strom der Strahl, abhängig von seinen Zusätzen, gezielt beeinflußt werden kann.There is, for example, an electromagnetic coil ( 8 ) concentrically wrapped around the nozzle segment ( 5 ) by means of which the beam can be influenced in a targeted manner, depending on its additives, with pulsed electrical current.
Die im Fluidstrahl eingelagerten Explosivstoffe werden über die elektromagnetische Beeinflussung in einen zündfähigen Zustand gewandelt. Das heißt beispielsweise, die Explosivstoffkomponenten werden scharf beziehungsweise zündfähig gemacht.The explosives stored in the fluid jet are removed via the electromagnetic Influence changed into an ignitable state. That means, for example, the Explosive components are made sharp or ignitable.
Durch die Herstellung der Zündfähigkeit der Explosivstoffe bei Verlassen der strahlformenden Anlage wird die Explosionsschutz-Sicherheit der Anlage sichergestellt.By making the explosives ignitable when leaving the explosion-proof safety of the system is ensured.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |