NO763071L - Fremgangsm}te og anordning for bryting av et fast materiale, s}som fjell. - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og anordning for bry-. ting av et fast materiale, såsom fjell

Description

Oppfinnelsen angår en- fremgangsmåte og en anordning for bryting av et fast materiale, såsom stein eller fjell, hvorved i det minste ett hull bores i det materiale som skal brytes, og en sprengstoffladning innføres i hullet, hvoretter ladningen tennes.

Utførelsen av disse operasjoner skal skje ved

hjelp av en apparatur som hele tiden kan bibeholdes innenfor sprengningssonen. Med sprengningssonen forståes i denne forbindelse det område der de løssprengte stein-

eller bergstykker slynges omkring. Den aktuelle apparatur, som kan omfatte et maskinstativ som er forsynt med vanligvis flere boremaskiner og ladeapparater og utrustning for utlastirig, har under samtlige operasjoner uforandret stilling eller befinner seg i hvert tilfelle innenfor sprengningssonen. Denne metode ved sprengning i f.eks. fjell for utførelse av tunneler eller ganger, innebærer en stor tids-besparelse. En vesentlig del av tiden for fremstilling av en tunnel på konvensjonell måte medgår nemlig til å fjerne boremaskinene fra sprengningssonen før boringen, for å

flytte frem boremaskinene i neste arbeidstrinn etter sprengningen og bortføringen, av det sønderdelte stein-materiale. Ved å begrense antall ladninger i hver spreng-ningsoperasjon og begrense ladningenes sammenlagte stør-relse, dvs. sprengning i avsatsetapper, kan hver spreng-ningsoperasjon holdes innenfor sådanne dimensjoner at maskinaggregatet ikke behøver å trekkes tilbake for hver sprengning.

En meget benyttet variant av denne metode er den såkalte kortintervall-^sprengningsteknikk der antall sam tidig detonerende ladninger i en stor salve begrenses- ved at ladningene tennes elektrisk i en rekkefølge med tids-forsinkelse mellom ladningene.

Denne sprengningsteknikk er i og for seg kjent.

I en annen variant bores bare ett eller nqen få hull ad •gangen og tenningen av sprengstoffladningen tilveiebrin-ges ved å :forplante eller utbre den nødvendige energi via inaktivt medium til ladningen. Et annet typisk eksempel på en; ..sådan avstandstenning er. å avfyre en geværkule mot den i borehullet innførte sprengstoffladning, slik at den tenner. Denne tennmetode tilfredsstiller ikke de økonomiske krav som må stilles for at metoden skal bli realiserbar i praksis.

Oppfinnelsen angår en forbedring av teknikken . for forsiktig sprengning, slik at de forskjellige operasjoner boring, lading, sprengning og utlasting kan utfø-res umiddelbart etter hverandre og under sikring av tenning uten å trenge å gripe til kostbare foranstaltninger. Dette'. oppnås i det vesentlige ved at den nødvendige energi for å starte detonasjonen ved sprengprosessen tilføres ved hjelp av den for tetning av borehullet anordnede fordemming.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgen-de under henvisning til tegningene hvor forskjellige utfø- ' relsesformer er vist som eksempel. Det er underforstått at disse utførelsesformer bare har til hensikt å illustrere oppfinnelsen, og at forskjellige modifikasjoner er mulige innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav. Med det i patentkravene benyttede uttrykk "fluidum" skal forstås en materie som endrer sin form ved påvirkning av en kraft, som har en tendens til å flyte eller å tilpasse seg til formen på et omsluttende hylster, og som omfatter væsker, plastisk formbare materialer og flytbare blandinger av væsker og faste stoffer.

På tegningene viser fig. 1 i snitt et sideriss

av en anordning ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser i snitt

c

en del av anordningen på fig. 1 i større målestokk, fig. 3 illustrerer en alternativ metode for anvendelse av anordningen ifølge fig.' 1 og 2, fig. 4 viser i større målestokk et projektil som er beregnet for anvendelse ved en anordning ifølge oppfinnelsen, fig. 5 viser en annen utførelse av en anordning ifølge oppfinnelsen, fig. 6 viser et skje-, matisert sideriss av et mobilt aggregat som bærer en anordning.ifølge oppfinnelsen, og fig. 7 viser et skjematisert riss sett bakfra av aggregatet på fig. 6.

På de forskjellige figurer er -tilsvarende deler

betegnet med samme henvisningstall.

På fig. 1 og 2 er vist en med 10 generelt betegnet kanon for innskyting i et boret sylindrisk hull 12 av en for tetning av hullet beregnet fordemming 11. Hullet 12 bores ved hjelp av konvensjonell teknikk. I hullet' 12 er et sprengstoff 21 innført og pakket. Når fordeitmingen 11 drives inn i hullet 12 og treffer sprengstoffet 21, vil dette bli antent. Fordemmingen 11 tetter hullet og hindrer derved lekkasje forbi fordemmingen av de dannede detona-sjonsgasser henholdsvis av sprengstoff, og bidrar dermed til maksimal sprengvirkning. Den akselererte fordemming-utgjør således det aktive medium ved tilførsel'av den for tenning av sprengstoffet nødvendige energi. For ikke å risikere at detonasjonen uteblir, må fordemmingens hastighet når denne treffer sprengstoffet og utøver slagpåvirk-ning på dette, overstige en nedre grenseverdi som er betin-get av den aktuelle type sprengstoff. Fordemmingen 11 ut-gjøres i den viste utførelsesform av vann, men andre fluida kan anvendes. Kanonen 10 omfatter.en pipe eller et rør 13. Pipen 13 er sentrert i forhold til hullet 12 og munner ut like foran hullåpningéri. I kanonens 10 bakre parti er inn-skutt et bakstykke 14. Bakstykket 14 er. forsynt med en gjen-nomgående kanal 15. Fluidumet påfylles pipen 13 gjennom kanalen 15. En tilbakeslagsventil 15"<*>"i kanalen 15 hindrer at fluidumet renner ut av pipen 13. Et ladningskammer 16 for drivfluidum er anordnet rundt den bakre del av pipen 13.

Dette drivfluidum, som utgjøres av trykkluft eller en annen trykkgass, anvendes for akselerasjon av fordemmingen. På fig. 2 er vist en plate 30 som er innsatt mellom drivflui-dumet og fordemmingen 11. Platen 30 har som oppgave å bi-beholde f ordernmi ngens f orm uforandret ved å hihdre .dannel-se av såkalte fingæ som kan oppstå når luft av høyt trykk virker på en vannflate. Platen 30 kan innføres i pipen 13 ved at bakstykket 14 avskrues. Deretter påfylles vannet via kanalen 15 og et med denne konsentrisk hull i platen 30. Platen 30 kan alternativt utføres uten hull, idet vannet kan påfylles gjennom en i forhold til pipen 13 radialt ret-tet, ikke vist ledning. Platen 30 er under visse forhold ikke nødvendig. Ved å utforme fordemmingen 11 med tilstrek-kelig lengde og ved å styre trykklufttilførselen på passende måte ved hjelp av den viste sleide 17, kan man begrense utbredelsen av de nevnte fingre slik at akselerasjonen av

fordemmingen muliggjøres uten platen 30'. Ventilsleiden 11 kan omstilles ved tilførsel av manøverluft til den. ene av to kanaler 18, 19. Ved omstilling av sleiden 17 fra den på fig. 2 viste stilling kan trykkgassen i kammeret 16 bringes til å virke på fordemmingens 11 bakre endeflate via platen 30. Fordemmingen 11 begynner således å akselereres. Ved hjelp av trykkgassens ekspansjon i kammeret 16 vil en fortsatt akselerasjon av fordémmingen finne sted under dennes transport gjennom pipen 13. Når den akselererte fordemming forlater pipen 13, skytes den inn i hullet 12. Det foran fordemmingen 11 i pipen 13 tilstedeværende volum avluftes gjennom spalten mellom pipen og fjellet.

Når fordemmingen treffer sprengstoffet, dannes en støtbølge i fordemmingen. Den minste anvendbare lengde på fordemmingen bestemmes av den tid som det for antennelsen nødvendige trykk in;: virke på sprengstoffet for oppnåelse av detonasjon. Under forutsetning av at fordemmingens lengde er mindre enn hullets dybde .eller at fordemmingen drives inn i hullet gjennom et rør som munner ut i hullet, er denne tid den tid det tar for støtbølgen (og altså lyden) å for plante seg frem og tilbake gjennom.fordemmingen 11. Den optimale lengde på fordemmingen overstiger som regel imid-lertid denne minste anvendbare lengde. Grunnen til dette er at hullets dybde som regel overstiger den ifølge oven-stående minste .anvendbare lengde, og at hullet ønskes helt fylt av fluidumet for at den mest effektive fordemming skal oppnås.

Den energi som frigjøres i hullet og som utnyt-

tes for bryting av materialet, sammensettes av to deler, nemlig sprengstoffets kjemiske energi og fordemmingens bevegelsesenergi. Sistnevnte utgjør et verdifullt energitilskudd til sprengningsprosessen, hvilket medfører at sprengstoffmengden kan reduseres sammenliknet med konvensjonell sprengning. Dessuten synes totalt sett bedre sprengvirkning å oppstå på grunn av det forhold at fordemmingen er et fluidum som utfyller de dannede sprekker og forsinker sprenggassenes lekkasje mot omgivelsen før full-stendig brytning har rukket å inntreffe.

Ved den på fig. 1 og 2 viste anordning kan hullet 12 lades ved hjelp av konvensjonelle ladeapparater. Ladin-gen kan også utføres ved hjelp av kanonen 10. Kanalen 15

kan da være forbundet med en ikke vist T-ventil med to inn-løp og et til kanalen 15 tilkoplet utløp. Innløpene er tilkoplet til en trykkluftkilde henholdsvis en fluidumkilde.. Sprengstoffet 21, som da gjerne er innkapslet, føres inn i kanonen enten forfra gjennom pipen 13 eller bakfra ved at bakstykket 14 avskrues. Sprengstoffet 21 innføres i borehullet, ved hjelp av trykkluft, hvoretter T-ventilen omstilles og sprengstoffet pakkes ved hjelp av trykkfluidum. For-dervingen 11 vil da bli skutt mot en i hullet 12 tilstedeværende fluidumsøyle (forutsetter at hullet .12' er nedadret-tet). Sprengstoffet tennes da ved hjelp av den støtbølge som oppnås ved fordemmingens' 11 slag mot den nevnte fluidum-søyle og som overføres gjennom fluidumsøylen. Alternativt kan både ladning og pakking utføres med enten bare trykkluft eller bare fluidum.

Ifølge en ytterligere utvikling av oppfinnelses-tanken kan såve.l lading som pakking og. antennelse av sprengstoffet utføres samtidig ved hjelp av fordemmingen 11. På fig. 3 er kanonen 10 vist klar for avfyring. Ved' denne fremgangsmåte kan med fordel sprengstoffet og fordemmingen innkapsles i et felles hylster.

På fig. 4 er vist et prosjektil beregnet for anvendelse ved en anordning ifølge oppfinnelsen. Fordemmingen er her innkapslet i et- hylster' 31 som skytes inn i det borede hull. Hylsteret skal være fremstilt av et materiale som lett brister av det trykk som oppstår når prosjektilet slår an mot hullbunnen. Som passende materiale kan nevnes papir el]er plast. Prosjektilet kan modifiseres slik at det bare delvis begrenses av et hylster. Dette kan bestå av en bakre begrensningsplate'som vist på fig. 1 - 3, og av en fremre plate. Dersom sprengstoffet skytes inn i hullet sammen med fordemmingen, kan sprengstoffet danne den fremre plate.

bet vesentlige nye ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består i at start eller antennelse av ladningen utføres ved hjelp av et forholdsvis inkompressibelt fluidum som i form av en hullutfyllende, samlet mengde akselereres og rettes inn i hullet. Antennelsen av ladningen skjer derved ved hjelp av fluidumets hammervirkning mot ladningen. Ved at fluidumet utfyller hullet, dvs. dets tverrsnittsareal i hovedsaken overensstemmer med hullets, vil fluidumet ut-føre den fordemming som kreves. Dersom sprengstoffet ikke er fortettet, dvs. komprimering av dette er nødvendig, vil fluidumet også utføre en sådan komprimering.

Når det energitilskudd som fordemmingens bevegelsesenergi utgjør, er beregnet å utnyttes for brytingen, med-fører forekomsten av naturlige sprekkdannelser i materialet forholdsvis nær dettes overflate-at en større mengde fluidum, dvs. en større energimengde, må tilføres for å kompen-sere for det som lekker ut gjennom disse. Vanligvis ønsker man at sprekkene skal løpe ut fra hullets bunn, sJik at så mye materiale som mulig brytes løs. Dette kan sikres ved at pipen innføres i hullet til i' størrelsesorden halve hullets dybde. Forplantningen eller utbredelsen av de sprekker som befinner seg i hullbunnens nærhet, prioriteres da ved at fluidumet må snu og overvinne en strømningsmot-stand før det kan komme frem til de sprekker som befinner seg utenfor pipens munning. En sådan.brytingsmetode er illustrert på fig. 5 som viser en utførelsesform av oppfinnelsen ved hvilken hullet 12 kan orienteres vilkårlig i forhold til kanonen 10. Kanonens 10 pipe er utformet som et rør 20. Røret 20, som fortrinnsvis er bøyelig, er inn-ført i hullet 12. Fordemmingen 11 akselereres ved hjelp av drivgassen i kammeret 16 mot det i hullet 12 innførte' sprengstoff 21. Det av fordemmingen 11 og sprengstoffet 21 avgrensede volum avluftes gjennom et hull 22. Avluftingen kan alternativt skje langs utsiden av røret 20 mellom dette og hullets vegg. Røret 20, som således har mindre ytter-diameter enn hulldiameteren, er gjerne forsynt med utvendige sentreringsflenser ved i det minste sin fremre ende. Foruten langs, rørets 20 utside kan avluftingen som et ytterligere alternativ også skje gjennorn én eller flere åpninger i røret 20. Avluftingen kan også skje ved at en anordning for bortsugning av luft anordnes'rundt røret 20 ved borehullåpningen.

Den på fig. 5 viste anordning, kan selvsagt anvendes for lading og tenning på samme måte som beskrevet .ovenfor i forbindelse med fig. 1-3.

Fig. 6 og 7 viser skjematisk et aggregat for under-støttelse av anordningen ifølge fig. 5. Aggregatet oppviser et med drivbelter 60 forsynt-understell 61. Aggregatet bærer en nedfellbar bom 62 som er såvel svingbar som hev-og senkbar i forhold til understellet 61. Bommen 62 bærer ved sin frie ende en materbjelke 63. En maskinelt matet fjellboremaskin 64 er forskyvbart styrt langs materbjeiken. Fjellboremaskinen roterer og avgir slag mot en borstang 65.

Understellet 61 bærer også kanonen 10. Røret 20

strekker seg langs bommen 62 og er forbundet med denne for opptagelse av de massekrefter som opptrer ved fordemmingens fremdrivning gjennom røret. Rørets 20 fremre ende er forbundet med mater.bjeiken 63. Røret monteres på materbjelken utragende forbi denne en 'strekning som svarer til den lengde av røret som er beregnet for innføring i borehullet. Materbjelken ansettes mot fjell- eller bergoverflaten med én

kraft som overstiger den reaksjonskraft som virker på røret under fordemmingens fremdrivning. Den for anlegg mot fjellet beregnede dubb på materbjelken er utformet på stempel-stangenden på en hydraulisk sylinder.

Aggregatet anvendes på følgende måte. Ved hjelp av fjellboremaskinen 64 bores et hull i det materiale som skal brytes. Deretter rettes munningen av røret 20 mot en flate i borehullet ved hjelp av den innstillingsanordning som består av bommen 52, materbjelken 6 3 og tilhørende hydraulikk. En fluidumfordemming akselereres ved hjelp av akselerasjonsorganet (kanonen) 10 til en for oppnåelse av sprengstoffantennelse nødvendige hastighet og rettes inn i det borede hull.

Pipen 13 i den på fig. 1 viste kanon'10 kan inn-føres i hullet 12.til forskjellig hulldybde. Avlufting kan derved utføres i overensstemmelse med en av de metoder som er angitt ovenfor i tilknytning til fig. 3.

En rekke.prøver er blitt utført ifølge den fore-liggende oppfinnelse. Ved en prøve ble 10 gram sprengstoff (dynamex) plassert foran en fordemming i form av et innkapslet vannstempel med lengde 300 mm.. Hulldybden var 500 mm og vannstempelet ble skutt inn i hullet .med en hastighet på ca. 250 meter pr. sekund. Pallbryting ble utført med en fordemming på 200 mm.

Ved en annen prøve ble 300 mm dype hull boret i sålen med en innbyrdes avstand på 400 mm. Kilebryting ble utført med 20 gram sprengstoff foran et 300 mm langt vannstempel.

Oppfinnelsen kan også med.fordel tilpasses for oppnåelse av intervallbryting. Ved å variere lengden på slangen mellom kanpnen og hullet oppnås ønsket intervall. Med en fordemming mellom 200 mm og 400 mm kan passende intervall beregnes å ligge mellom 1 ms og 2 ms. Dersom fordemmingens hastighet er 200 m/s, innebærer dette at slan-gelengdene varieres med en trinnlengde mellom 0,2 og 0,4 m. Det kan da benyttes en på passende måte utformet kanon som er felles for flere hull. Alternativt kan det benyttes en separat kanon for hvert hull, idet kanonene avfyres samtidig.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved bryting av et fast materiale, såsom stein eller fjell, hvorved i det minste ett hull bore:; i det materiale som skal brytes, og en sprengstoffladning innføres i hullet, hvoretter ladningen antennes, karakterisert ved at antennelsen av ladningen og også nødvendig fordemming og ved behov komprimering av denne utføres ved hjelp av et forholdsvis inkompressibelt fluidum, såsom vann, som i form av en hullutfyllende, samlet mengde (11) akselereres og rettes inn i hullet (12), slik at ladningen antennes ved utnyttelse av den trykkpuls som oppstår i den nevnte fluidummengde ved dennes anslag mot. ladningen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at ladningen innføres i hullet sammen med fluidummengden og antennes som følge av sammentrykningen mellom fluidumet og et mothold i hullet, eksempelvis hullets bunn.

3. - Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at fluidummengden (11) drives inn i hullet gjennom et rør (13; 20).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at rørets- (20) munning innføres i hullet (12) ved inndrivningen.

5. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1-4, for bryting av et fast materiale, såsom stein eller fjell, idet i det minste ett hull (12) bores inn i det materiale som skal brytes, og en sprengstoffladning (21) innføres i hullet, hvoretter ladningen antennes, karakterisert ved at et med munningen mot borehullet ved hjelp av en innstillingsanordning (62, 63) innrettbart rør (13; 20) er innrettet til i sitt indre å danne et prosjektilleie for opptagelse av en samlet mengde (11) av fluidumet, idet røret (13; 20) er tilordnet organer (10) for akselerasjon av fluidummengden (11) i røret til en for antennelse og også nødvendig fordemming og ved behov komprimering av ladningen (21) nødvendig anslagshas-tighét inn i borehullet (12) .

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at fluidummengden (11) i røret helt eller delvis begrenses.av et hylster (30; 31) .

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at fluidummengden sammenholdes av et hylster (31) sammen med ladningen (21).

8. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at rørets (20) munning av innstillingsanord-' ningen (62, 63) er innrettet til å innføres i hullet (12).

9. Anordning ifølge krav 8,. karakterisert ved at røret (20) har avluftingsorganer (22) for luftvolumet foran fluidummengden i røret.

10. Prosjektil for driving ved hjelp av anordningen ifølge krav 5, karakterisert ved at det består av et hylster (31) av papp eller plast i hvilket en vannmengde sammenholdes.sammen med den ladning (21) som i et borehull skal antennes av den nevnte vannmengde.