EP0168553A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden von Gestein - Google Patents

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EP0168553A1 EP85103016A EP85103016A EP0168553A1 EP 0168553 A1 EP0168553 A1 EP 0168553A1 EP 85103016 A EP85103016 A EP 85103016A EP 85103016 A EP85103016 A EP 85103016A EP 0168553 A1 EP0168553 A1 EP 0168553A1
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    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1066—Making by using boring or cutting machines with fluid jets

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for cutting rock using a medium under high pressure.
  • rock has been cut in such a way that blocks are removed from natural rock by blasting and these, e.g. with diamond saws.
  • propulsion in the rock by a combination of mechanical devices in conjunction with water jets at high speeds is also known Printing (Carrieres et Materiaux No. 215, November / December 1983, 44-46). From this, a method is also known for imparting rotation to a nozzle head with the aid of water under high pressure, which is supplied through a rigid lance, in order to achieve a drilling effect.
  • a disadvantage of this prior art is that either only holes can be drilled, or only cuts of small depth can be made.
  • the object of the invention is in contrast to provide a method and a device whereby and thus Sc h NIT te any depth and length and width, and must be kept at any angle in stone and is avoided at the same time that the rock cracks/zulösende gets, as is the case, for example, with detachment by blasting.
  • the method and the device of the type mentioned at the outset being characterized in that the medium under high pressure sets a nozzle head into a striking vibration controlled by a guide with stops.
  • the medium under high pressure is preferably fed to the nozzle head through a flexible high-pressure hose.
  • the working pressure that can be used is e.g. between 400 and 3600 bar, preferably at about 600 bar, the pressure also having an influence on the working speed, i.e. on the speed of the movement of the nozzle head.
  • water is preferably used as the medium under high pressure, but it is also possible to use compressed air or compressed air in conjunction with solid particles and, if appropriate, water.
  • compressed air or compressed air in conjunction with solid particles and, if appropriate, water.
  • sand, quartz sand or iron shot can be considered as solid particles.
  • the device according to the invention has a feed line 1, preferably in the form of a flexible high-pressure hose, with a nozzle head 3 and nozzles 5, and a guide 6 with stops 4.
  • a feed line 1 preferably in the form of a flexible high-pressure hose, with a nozzle head 3 and nozzles 5, and a guide 6 with stops 4.
  • it preferably has a guide 2 which, together with the nozzle head 3 and in cooperation with the guide 6, leads to a controlled striking movement or vibration of the feed line and nozzle head between the stops 4 leads.
  • the nozzle head 3 with the nozzles 5, which can assume different angles with respect to the longitudinal axis of the feed line, represents prior art and can be designed according to the requirements; it is sufficient for soft rock, e.g. Sandstone, to leave the nozzles 5 at a relatively small angle to the axis, while a larger angle is selected for harder rock in order to shape the cutting width so that the guide 6 can be tracked in the cut.
  • soft rock e.g. Sandstone
  • the stops 4 consist of an elastic material that can take the form of rubber blocks or springs. With these stops, a longer service life, especially of the guide 6, is possible compared to an embodiment without such stops.
  • the guide 6 can, as shown in the figures, consist of a metal frame, but it can also have other shapes, for example a sieve-like reinforcement, through which the material removed by the cutting process can flow off with the pressure medium.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Schneiden von Gestein mit Hilfe eines unter hohem Druck stehenden Mediums, welches einen Düsenkopf in durch eine Führung mit Anschlägen kontrollierte schlagende Schwingung versetzt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Zuleitung (1) für das unter hohem Druck stehende Medium mit einem Düsenkopf (3) sowie einer Führung (6) mit Anschlägen (4).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden von Gestein mit Hilfe eines unter hohem Druck stehenden Mediums.
  • Bisher wurde Gestein in der Weise geschnitten, daß aus Naturfels durch Sprengung Blöcke herausgelöst und diese, z.B. mit Diamantsägen, geschnitten wurden.
  • Bekannt ist ferner beispielsweise bereits ein Vortrieb im Gestein durch eine Kombination von mechanischen Einrichtungen in Verbindung mit Wasserstrahlen unter hohem Druck (Carrieres et Materiaux Nr. 215, November/Dezember 1983, 44-46). Hieraus ist ferner auch eine Methode bekannt, mit Hilfe von durch eine starre Lanze zugeführtem, unter hohem Druck stehendem Wasser einem Düsenkopf eine Drehung zu erteilen, um eine Bohrwirkung zu erzielen. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, daß entweder nur Löcher gebohrt werden können, oder aber nur Schnitte von geringer Tiefe ausgeführt werden können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wonach bzw. womit Schnit- te beliebiger Tiefe und Länge bzw. Breite sowie unter beliebigem Winkel in Stein zu führen sind und gleichzeitig vermieden wird, daß das herauszulösende Gestein Risse bekommt, wie es z.B. beim Herauslösen durch Sprengungen der Fall ist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs genannten Art, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, daß das unter hohem Druck stehende Medium einen Düsenkopf in durch eine Führung mit Anschlägen kontrollierte schlagende Schwingung versetzt. Vorzugsweise wird das unter hohem Druck stehende Medium dem Düsenkopf durch einen flexiblen Hochdruckschlauch zugeleitet. Der dabei brauchbare Arbeitsdruck liegt z.B. zwischen 400 und 3600 bar, vorzugsweise wird bei etwa 600 bar gearbeitet, wobei der Druck auch einen Einfluß auf die Arbeitsgeschwindigkeit, d.h. auf die Geschwindigkeit der Bewegung des Düsenkopfes hat.
  • Aus praktischen Gründen wird als unter hohem Druck stehendes Medium bevorzugt Wasser verwendet, es ist jedoch auch möglich, Druckluft oder Druckluft in Verbindung mit festen Partikeln und gegebenenfalls Wasser zu verwenden. Als feste Partikel kommen beispielsweise Sand, Quarzsand oder Eisenschrot in Betracht.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird unter Bezugnahme auf die Figuren nachfolgend näher erläutert, wobei
    • Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorrichtung im Schnitt,
    • Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung im Schnitt und
    • Fig. 3 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Zuleitung 1, vorzugsweise in Form eines flexiblen Hochdruckschlauchs, mit einem Düsenkopf 3 und Düsen 5 sowie eine Führung 6 mit Anschlägen 4 auf. Um beim Betrieb der Vorrichtung eine zu starke Abnutzung der Zuleitung 1 zu vermeiden, weist diese vorzugsweise eine Führung 2 auf, die zusammen mit dem Düsenkopf 3 und im Zusammenwirken mit der Führung 6 zu einer kontrolliert schlagenden Bewegung oder Schwingung von Zuleitung und Düsenkopf zwischen den Anschlägen 4 führt.
  • Der Düsenkopf 3 mit den Düsen 5, die gegenüber der Längsachse der Zuleitung verschiedene Winkel einnehmen können, stellt Stand der Technik dar und kann je nach den Erfordernissen gestaltet sein; so genügt es bei weichem Gestein, wie z.B. Sandstein, die Düsen 5 unter einem relativ kleinen Winkel zur Achse stehen zu lassen, während bei härterem Gestein ein größerer Winkel gewählt werden wird, um die Schnittbreite so zu gestalten, daß die Führung 6 in dem Schnitt nachgeführt werden kann.
  • Die Anschläge 4 bestehen aus einem elastischen Material, das die Form von Gummiklötzen oder auch von Federn annehmen kann. Mit diesen Anschlägen ist eine längere Lebensdauer vor allem der Führung 6 möglich gegenüber einer Ausführungsform ohne solche Anschläge.
  • Die Führung 6 kann, wie in den Figuren dargestellt, aus einem Metallgerüst bestehen, sie kann jedoch auch andere Formen haben, beispielsweise eine siebartige Verstärkung, durch die das durch den Schneidevorgang entfernte Material mit dem Druckmedium abfließenkann.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nunmehr möglich geworden, Schnitte in praktisch beliebiger Tiefe und unter jedem Winkel, je nach Winkelstellung der Führung 6, im Gestein zu führen, ohne dies starken Erschütterungen auszusetzen, die eine Rißbildung fördern und bei späterer Verarbeitung zu erhöhtem Ausschuß führen würden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Schneiden von Gestein mit Hilfe eines unter hohem Druck stehenden Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß das unter hohem Druck stehende Medium einen Düsenkopf in durch eine Führung mit Anschlägen kontrollierte schlagende Schwingung versetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unter hohem Druck stehende Medium durch einen flexiblen Hochdruckschlauch zum Düsenkopf geleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als unter hohem Druck stehendes Medium Wasser verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als unter hohem Druck stehendes Medium Druckluft verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als unter hohem Druck stehendes Medium Druckluft in Verbindung mit festen Partikeln und gegebenenfalls Wasser verwendet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zuleitung (1) für das unter hohem Druck stehende Medium mit einem Düsenkopf (3) sowie eine Führung (6) mit Anschlägen (4) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (1) ein flexibler Hochdruckschlauch ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (1) eine Führung (2) aufweist.
NEUE PATENTANSPRÜCHE 1 UND 2
1. Verfahren zum Schneiden von Gestein, Naturfels o.dgl., bei dem ein Strahl von unter hohem Druck stehendem Medium aus einer unter einem sich in Strahlrichtung öffnenden Schwenkwinkel hin- und herbewegbaren und über eine Zuleitung mit einer Medienquelle verbundenen Düse auf das Gestein od.dgl. gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung mit der Düse durch das Medium selbst in eine frei schlagende Bewegung versetzt und die frei schlagende Bewegung durch Anschläge auf den Schwenkwinkel begrenzt wird.
2. Vorrichtung zum Schneiden von Gestein, Naturfels o.dgl. mit einer über eine Zuleitung an eine Medienquelle anschließbaren Düse, welche ein Antriebsmittel in eine Schwenkbewegung versetzt, so daß der aus der Düse unter hohem Druck austretende Mediumstrahl eine vom Schwenkwinkel bestimmte Bahn bestreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (1) mit der Düse (5) längs einer von einer Führung (6) bestimmten Bahn frei zwischen zwei Anschlägen (4) bewegbar ist, welche den Schwenkwinkel begrenzen, und daß das Medium selbst als Antriebsmittel dient.
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