NL8104796A - Werkwijze en inrichting voor het baggeren van rots. - Google Patents

Description

P & c

W 4665-7 Ned.B/EvF

Werkwijze en inrichting voor het baggeren van rots.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het los-breken van gesteente uit een gesteentebodem onder water/ waarbij men een snijorgaan met tenminste edn beitel door de gesteentebodem voortbeweegt.

Een dergelijke werkwijze, waarbij men in de regel spreekt over 5 het "cutteren" van rots, is bekend. Als snijorgaan wordt daarbij een roterende snijkop (cutter) met een aantal in de vorm vain een kroon geplaatste bladen toegepast, waarbij op elk der bladen een aantal beitels is gemonteerd. Bij het cutteren van rots gaat het om het snijden van betrekkelijk zwak tot matig sterk, volledig of nagenoeg volledig met 10 water verzadigd gesteente met een druksterkte van 5-80 MPa, terwijl daarbij beitelsnijsnelheden tussen 1 en 5 m/s worden toegepast. De snij-diepten kunnen daarbij oplopen tot waarden in de orde van" grootte van 100 mm.

De uitvinding nu beoogt maatregelen te treffen, waardoor het 15 voor het per tijdseenheid losbreken van een gegeven hoeveelheid gesteente benodigde mechanische vermogen wordt gereduceerd danwel bij toevoer van hetzelfde mechanische vermogen de hoeveelheid per tijdseenheid losgebroken gesteente wordt vergroot.

Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt, doordat men tijdens 20 het snijden tenminste een waterstraal vanuit een mondstuk op de ver- gruizende zone voor het beitelspaanvlak richt, waarbij men de beginenergie van de straal tenminste zo hoog kiest ten opzichte van de door het water heen af te leggen afstand en de mondstukdiameter, dat zich rond de waterstraal een cavitatiekegel vormt, die tot het trefpunt van de straal met 25 de gesteentebodem doorloopt.

Te verwachten was, dat de door het omgevingswater op de waterstraal uitgeoefende dempende werking de straal snel en in vergelijking tot een in lucht gerichte straal zelfs zeer snel zou doen afbreken. Door het opwekken van een cavitatiekegel echter wordt deze dempende werking 30 in aanzienlijke mate beperkt, zodat de stuwdruk tot grotere afstand van het spuitmondstuk in stand blijft.

Voorts is verrassenderwijs gebleken, dat een voldoend krachtige waterstraal, die bij droge rots slechts in geringe mate in de ver-gruizende zone bleek te kunnen doordringen, bij het bewerken van 35 verzadigde rots, ondanks de grote snijsnelheid en snijdiepte en ondanks de in de vergruizende zone heersende grote alzijdige druk?, in staat is 8104796 l * - 2 - t door deze zone heen te dringen, een verzwakkende werking op de zich vormende groefwand rond die zone uit te oefenen en daarmede de snijwerking van het snijorgaan te bevorderen. Bovendien wordt de standtijd van de beitel hierdoor niet onaanzienlijk verlengd.

5 Bij voorkeur richt men de straal op een flank van de zich in het gesteente vormende groef. Proefnemingen met een enkele beitel hebben uitgewezen, dat met een aldus gerichte waterstraal de uitbrekende werking in dwarsrichting en daarmede de hoeveelheid per tijdseenheid losgebroken gesteente wezenlijk is verbeterd. Voor de complete snijkop betekent dit, 10 dat naburige beitels elkaar, wat de brekende werking in dwarsrichting betreft, in meerdere mate zullen ondersteunen dan bij de bekende werkwijze. Het gevolg is, dat de op de beitels werkende krachten uit-eindelijk worden gereduceerd, dan wel de onderlinge beitel- 15 \ 20 \ 25 \ 30 35 \ 8104796 - 3; - afstanden kunnen worden vergroot en met minder beitels per blad van de snijkop kan worden volstaan, zodat het totale mechanische vermogen, dat bij de gekozen snijsnelheid en snijdiepte aan de snijkop meet worden toegevoerd, wordt gereduceerd.

5 Volgens een eerste praktische uitvoeringsvorm wordt een aantal waterstralen van boven af op korte afstand van het beitel-spaanvlak op de flanken van de zich vormende groef gericht.

Hierbij komen de waterstralen dus niet met de beitel in aan- raking.

10 In een tweede uitvoeringsvorm wordt een aantal waterstralen van bovenaf langs het beitelspaanvlak gericht, en wel zodanig, dat de stralen het beitelspaanvlak in een aantal in dwarsrichting verspreid liggende punten treffen op een hoogte boven de beitelpunt kleiner dan de hoogte van de vergruizende zone. In dit geval vindt de belnvloeding 15 van de vergruizende zone voor het beitelspaanvlak mede plaats door de van het beitelspaanvlak teruggekaatste waterstralen.

In een derde uitvoeringsvorm worden de waterstralen vanuit de ruimte achter de beitel toegevoerd en wel zodanig dat zQ de zijkanten van de beitel op korte afstand passeren en in de vergruizende zone voor de 20 beitel nabij de flanken van'de zich vormende groef binnendringen.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de beschreven werkwijze, geschikt voor het onder water door de gesteentebodem voortbewegen van een snijorgaan met tenminste 25 een beitel en welke inrichting volgens de uitvinding is uitgerust met een mondstukinrichting voor het leveren van tHEninste ddn waterstraal, waarbij de mondstukinrichting zodanig ten opzichte van de beitel is geplaatst, dat de waterstraal de zich in bedrijf vdor het beitelspaanvlak vormende vergruizingszone treft.

30 Opgemerkt wordt, dat het uit een gesteentebodem losbreken van gesteente langs mechanisch-hydraulische weg, dus door toepassing van een combinatie van een snijorgaan en een of meer waterstralen op zich zelf bekend is bij het graven van tunnels. Daarbij valt onderscheid te maken tussen een methode, waarbij de afstand tussen beitel en het daarvoor 35 gelegen trefpunt van de waterstraal(en) met het gesteente tenminste eenmaal de snijdiepte van de beitel bedraagt, en een methode, waarbij de waterstralen tegen het spaanvlak, danwel op een afstand van slechts enkele millimeters evenwijdig aan het spaanvlak van de beitel zijn gericht. In het eerste geval "snijdt" een krachtige waterstraal een smalle sleuf in het 8104796 . ' - 4 - gesteente voor of naast de beitel, waardoor het uitbreiden van de door de beitel gexnitieerde scheuren en daarmede het uitbreken van grotere gesteentebrokken worden bevorderd. In het tweede geval wordt de zich voor het spaanvlak van het voortbewegende- snijorgaan gelegen vergruizende zone 5 rechtstreeks door de waterstralen bexnvloed en wel door erosie en het opbouwen van hoge waterdrukken in deze zone, waarbij als het ware een hydraulisch splijtproces plaatsvindt.

In beide gevallen gaat het echter om het snijden van droog, betrekkelijk sterk gesteente in lucht, terwijl de toegepaste snijdiepten 10 en snijsnelheden een factor tien lager liggen dan bij het baggeren van rots. Voorts wordt opgemerkt dat het volgens het Amerikaanse octrooischrift 3.363.706 in de olieboortechniek bekend is bij het maken van boorgaten onder water gebruik te maken van een boorkop met op de bodem van het boorgat gerichte waterstralen.

15 De uitvinding wordt hieronder aan de hand van de tekening met enkele uitvoeringsvoorbeelden nader toegelicht.

Pig. 1 toont een doorsnede volgens de voortbewegingsrichting van een onder water werkende beitel van een inrichting volgens de uitvinding in een eerste uitvoeringsvorm; 20 fig· 1A is een aanzicht op het beitel-spaanvlak, gezien van links in fig. 1; fig. 2 is een doorsnede volgens de voortbewegingsrichting van een beitel van een inrichting volgens de uitvinding in een tweede uitvoeringsvorm; 25 fig. 2A toont een aanzicht, gezien van links in fig. 2; fig. 3 is een doorsnede volgens de voortbewegingsrichting van een beitel van een inrichting volgens de uitvinding in een derde uitvoeringsvorm ; fig. 3A is een aanzicht, gezien van links in fig. 3 en 30 fig. 4 toont op schematische wijze de vorm van een waterstraal en de invloed daarvan op het omgevende water.

In fig. 1 wordt een beitel 1 met een snelheid vg van l-5m/s voortbewogen door een gesteentebodem 2. De beitel 1 maakt in de praktijk deel uit van een groep van beitels, die op bekende wijze zijn aangebracht 35 op de bladen van een snijkop of cutter. Het gaat hierbij om een snij- diepte h^ van bijvoorbeeld 75 a 100 mm. Zoals de tekening laat zien, vormt zich voor het spaanvlak la van de beitel, nabij de beitelpunt een zone 3, waarin het gesteente bezig is te vergruizen en waarvan de hoogte tussen 0,25 en 0,50 maal de snijdiepte kan bedragen.

8104796 - 5 - l ft

Met 4 is een vast ten opzichte van de beitel 1 bevestigde en dus met de beitel 1 meebewegende mondstukinrichting aangegeven, die in het beschouwde uitvoeringsvoorbeeld een tweetal waterstralen j levert, welke op korte afstand nagenoeg evenwijdig langs het beitelspaanvlak la op de 5 vergruizingszone 3 zijn gericht en deze zone raken in of nabij de flanken van de zich vormende groef gelegen gebieden t (zie fig. 1A).

Vanuit de gebieden t vindt een splijtende werking op het aangrenzend gesteente plaats, welke splijtende werking zich hier met name in zijdelingse richting manifesteert. In de uitvoeringsvorm volgens 10 fig* 2 en 2A is de mondstukinrichting 4 zodanig ten opzichte van het beitelspaanvlak la gericht, dat de waterstralen j1 dit vlak in de randgebieden t* treffen. In dit geval zijn het mede de van het beitelspaanvlak la terugkaatsende stralen (zie in het bijzonder fig. 2) die een (verhoogde) splijtwerking vanuit de vergruizingszone 3 bawerksteiligen.

15 In de uitvoeringsvorm volgens fig. 3 en 3A worden de water stralen j” van achteren en van opzij toegevoerd. Zij treffen de ver-gruizende zone 3 in de randgebieden t" aan de flanken van de zich vormende groef. In deze uitvoeringsvorm is er minder kans op beschadiging van de mondstukinrichting door losgebroken gesteente.

20 In fig. 4 wordt op schematische wijze de positie van het mond- stuk 4 ten opzichte van de te treffen gesteentezone 3 weergegeven. De door het mondstuk 4 geleverde waterstraal j legt een afstand L door het omgevingswater af, alvorens de gesteentezone 3 te treffen. Daarbij wordt water voljens pijl y uit het de straal j omgevende waterlichaam 25 meegesleurd, waardoor de straal een deel van zijn energie verliest.

Gebleken is nu dat, wanneer de energie, waarmede de waterstraal j het mondstuk 4 verlaat, een bepaalde drempelwaarde overschrijdt, zich rond de waterstraal j een kegel k vormt, waarin door cavitatie dampvorming plaatsvindt en die zich tot het trefpunt met de gesteentezone 3 voortzet.

30 Deze cavitatiekegel vormt een effectieve barriere tegen een te grote uitwisseling van energie tussen de waterstraal en het omgevingswater, zodat men in het trefpunt met de gesteentezone 3 van een hoge stuwdruk verzekerd is.

Bij proefnemingen, waarbij een waterstraal j een beginenergie 2 3 35 P = % 9 . (v.) van 24 MJ/m had, bleek ongeveer 30% in stuwdruk te worden omgezet bij L = 75 mm, een uitlaatdiameter van het mondstuk d. = 1,5 m en een waterdiepte van ca. 1 m. Voorts werd een toename van het in stuwdruk omgezette energiepercentage geconstateerd bij toeneming van de verhouding d_. : L.

8104796

Claims (5)

1. Werkwijze voor het losbreken van gesteente uit een gesteente- bodem onder water, waarbij men een snijorgaan met tenminste een beitel door de gesteentebodem voortbeweegt, met het kenmerk, dat men tijdens het snijden tenminste een waterstraal vanuit een mondstuk op de ver-5 gruizende zone voor het beitelspaanvlak richt, waarbij men de begin-energie van de straal tenminste zo hoog kiest ten opzichte van de door het water heen af te leggen afstand en de mondstukdiameter, dat zich rond de waterstraal een cavitatiekegel vormt, die tot het trefpunt van de straal met de gesteentebodem doorloopt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men een aantal waterstralen van boven af op korte afstand van het beitel-* spaanvlak op de flanken van de zich in het gesteente vormende groef richt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men een aantal waterstralen van boven af langs het beitelspaanvlak richt, en wel 15 zodanig dat de stralen het beitelspaanvlak in een aantal in dwarsrichting verspreid liggende punten treffen op een hoogte boven de beitelpunt kleiner dan de hoogte van de vergruizende zone.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men de waterstralen vanuit de ruimte achter de beitel toevoert en wel zodanig, 20 dat zij de zijkanten van de beitel op korte afstand passeren en de vergruizende zone nabij de flanken van de zich vormende groef binnendringen.

5. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusies 1-4, geschikt voor het onder water door de gesteentebodem voortbewegen van een snijorgaan met tenminste een beitel, gekenmerkt door een mondstuk- 25 inrichting voor het leveren van tenminste een waterstraal, waarbij de ....... mondstukinrichting zodanig ten opzichte van de beitel is geplaatst, dat de waterstraal de zich in bedrijf voor het beitelspaanvlak vormende vergruizingszone treft. 30 35 8104796