PL168347B1 - Sposób kruszenia materialów, zwlaszcza skalnych oraz urzadzenie do kruszenia materialów PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób kruszenia materialów, zwlaszcza skalnych, polegajacy na wyko- nywaniu otworu w powierzchni materialu poddawanego kruszeniu oraz wprowadza- niu gazu ze zródla gazu w ten otwór za po- moca srodków wprowadzania gazu, pola- czonych z wymienionym zródlem gazu, znamienny tym, ze srodki wprowadzania gazu, po wprowadzeniu gazu w kierunku do dna wymienionego otworu, uszczelnia sie w bezposredniej bliskosci dna tego otworu, dzieki czemu inicjuje sie, poczynajac od na- roznika dna otworu, ukierunkowana propa- gacje pekniecia materialu siegajacego do powierzchni wymienionego materialu. F IG . I PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kruszenia materiałów, zwłaszcza materiałów skalnych oraz urządzenie do kruszenia materiałów.

Od wynalezienia dynamitu w 1886 roku stosowanie materiałów wybuchowych stało się podstawową techniką wykorzystywaną przy urabianiu twardej skały. Pomimo wielu ulepszeń

168 347 w technologii urabiania skały w ciągu tych lat nie ma jeszcze metod nadających sie do ciągłego urabiania twardej skały, czy to w górnictwie, czy w budownictwie lądowym. Konwencjonalne wiercenie i strzelanie pozostaje jedynym sposobem, który można wykorzystywać do urabiania twardszych skał, takich jak granit i gnejs, z wydajnością możliwą do przyjęcia. Opracowano wiele systemów wspomaganych mechanicznie i strumieniem wody do wydajnego urabiania skał bardziej miękkich, typowo osadowych. Ostatnie ulepszenia maszyn do drążenia tuneli umożliwiły tym maszynom urabianie stosunkowo twardej skały o wytrzymałości na ściskanie do 300 MPa, ale poważnym problemem pozostaje zużywanie się wrębników. Systemy te nie są jednak zdolne do wydajnego urabiania twardszych skał. Maszyny typu maszyn do drążenia tuneli mają również ograniczoną mobilność i zdolność do drążenia otworów o nieregularnych kształtach.

Konwencjonalna metoda wiercenia i strzelania, chociaż umożliwia urabianie najtwardszych skał z wydajnością możliwą do przyjęcia, ma ograniczenie polegające na tym, że urabianie musi przebiegać okresowo poprzez operacje wiercenia, strzelania i ładowania urobku, co jest przyczyną niewydajnego wykorzystywania maszyn potrzebnych w każdym cyklu, przy czym maszyny te często przeszkadzają sobie wzajemnie. Konwencjonalna metoda wiercenia i strzelania ma również ograniczenie polegające na tym, że powoduje znaczne uszkodzenia w skale pozostającej wokół urabianej struktury, a uszkodzenia te często wymagają dodatkowego i kosztownego podpierania. Dla przemysłowych operacji górniczych konwencjonalna metoda wiercenia i strzelania ma ograniczenie polegające na tym, że cała ilość skały urobionej z przodka w pojedynczym cyklu wiercenia i strzelania jest tak przemieszana, że całą tę ilość skały trzeba wytransportować z kopalni, pokruszyć, zemleć i przetwarzać w celu oddzielania rudy. Wiele operacji górniczych wymaga urabiania pokładów typu żył, gdzie skała niosąca rudę ogranicza się do niewielkiej części urabianego przodka. Sposób umożliwiający selektywne urabianie skały rudonośnej i transportowanie jej na powierzchnię do mielenia i oddzielania rudy, przy czym reszta skały płonnej pozostawałaby pod ziemią, znacznie polepszyłyby opłacalność wielu operacji górniczych. W budownictwie lądowym konwencjonalna metoda wiercenia i strzelania jest często ograniczona, ponieważ duży podmuch powietrza i wstrząs ziemi związane z każdym wybuchem uniemożliwiają stosowanie tej metody w budownictwie miejskim. Ponadto uszkodzenia powstające w pozostającej skale często szkodzą mechanicznej całości konstrukcji, czyniąc koniecznym dodatkowe i kosztowne podpieranie gruntu.

Ze względu na omówione powyżej ograniczenia właściwe konwencjonalnym metodom wiercenia i strzelania w ciągu ostatnich dwudziestu lat dużo wysiłku poświęcono opracowaniu alternatywnych technik szybkiego urabiania nadających się do twardej skały Próby, które rozważano .podczas tych dwóch dziesięcioleci badań, były w zakresie od uderzeń strumieniem wody (Young, 1977) poprzez uderzenia pociskiem o dużej prędkości (Lundquist, 1974), do strzelania małych ładunków (Lundquist i Peterson, 1983). Szczegółowo badano techniki uderzania strumieniem wody - zarówno w sposób ciągły (Zink i in., 1983), jak i impulsowo (Young, 1977; Young, 1985). Na ogół techniki ciągłego uderzania strumieniem wody nie mogą wytwarzać wystarczająco dużych ciśnień strumienia wody, by skutecznie urabiać twardsze skały. Chociaż techniki impulsowego uderzania strumieniem wody mogą urabiać najtwardsze skały, to jednak sprawność energetyczna tych metod i stopień mechanicznego skomplikowania urządzeń wytwarzających strumień wody zahamowały przemysłowy rozwój tych metod. Techniki szybkiego urabiania oparte na uderzeniach pocisków obejmują rozważanie uderzeń bardzo małych pocisków (granulek) (Singh, 1960), uderzenia bardzo dużych pocisków (gdzie pociski mogłyby być wystrzeliwane z konwencjonalnych dział wojskowych 104 mm (Lundquist, 1974) oraz obejmują rozważania pocisków wybuchających, które zwiększałyby uszkodzenia skały przy swej detonacji po uderzeniu (Louie, 1973). Słaba skuteczność prób uderzeń małymi granulkami wykluczyła dalszy rozwój tej techniki, natomiast bardzo duże problemy z podmuchem powietrza w przypadku prób z dużymi pociskami i granulkami wybuchowymi zahamowały ich rozwój na skalę przemysłową.

Ze względu na stosunkową dużą skuteczność konwencjonalnych technik wiercenia i strzelania znaczne wysiłki poświęcono badaniom nad zminiaturyzowaniem i zautomatyzowa4

168 347 niem wiercenia i strzelania, tak aby technikę tę można było stosować w systemie ciągłego wiercenia i strzelania małych ładunków. Najbardziej godnym uwagi wśród tych prób jest system wiertła śrubowego i strzelania Rapidex, którego badania prowadzono na szeroką skalę w latach siedemdziesiątych (Lundąuist i Peterson, 1983). Zainteresowanie dalszym rozwojem technik ciągłego wiercenia i strzelania uległo ograniczeniu ze względu na stosunkowo duże ładunki wybuchowe, które są nadal potrzebne w takich systemach urabiania oraz ze względu na wynikające stąd wymaganie poświęcenia znacznych wysiłków w celu zabezpieczenia zarówno maszyn jak i personelu obsługi na przodku wyrobiska lub w pobliżu niego. Ilości materiałów wybuchowych stosowanych przy tych próbach ciągłego wiercenia i strzelania często pozostawały duże, ponieważ stosowano konwencjonalne ładunki i typowo potrzeba było kilku otworów strzałowych do detonowania w pobliżu równocześnie dla właściwego działania tej techniki (Clark i in., 1979).

Trzecie podejście do opracowania sposobów skuteczniejszego urabiania dotyczyło rozważenia sposobów stosowania technik kontrolowanego kruszenia skały. Ponieważ mniej niż jeden procent całej energii zużywanej przy konwencjonalnym sposobie wiercenia i strzelania jest wykorzystywane dla spowodowania pożądanego popękania skały, dość zachęcające wyniki daje badanie metod, w których energia potrzebna do kruszenia skały może być znacznie bardziej skutecznie wykorzystywana w procesie kruszenia. Techniki kontrolowanego kruszenia opracowane przez Uniwersytet Maryland (Dally i Fourney, 1977), Szwedzką Fundację Badań Materiałów Wybuchowych (Bjamholt i in., 1983) i gdzie indziej (Young i Foumey, 1983) wykazały, że przy prawidłowym zapoczątkowaniu i kontrolowaniu kruszenia można znacznie zmniejszyć ilość ładunków wybuchowych potrzebnych do osiągnięcia żądanego spękania. Inne badania nad kontrolowanym kruszeniem skały spowodowały opracowanie techniki statycznej i dynamicznej, gdzie geometria procesu kruszenia może znacznie zmniejszyć wymaganą energię. Na ogół badania te dotyczą metod, przy których główne spękania skały mogłyby rozchodzić się z grubsza równolegle do swobodnej powierzchni, dzięki czemu dla spowodowania spękania potrzeba mniej energii. Jedna metoda statyczna oparta na tym podejściu wymaga mechanicznego urządzenia, które mogłoby działać w stosunkowo płytkim odwiercie i za pomocą chwytaków mogłoby powodować kruszenie skały w kierunku do jej swobodnej powierzchni, z której wywiercony był otwór (Cooper i in., 1989, Anderson i Swanson, 1982). Podejście dynamiczne wykorzystujące porównywalną geometrię wymaga wstrzeliwania stalowych tłoków w płytkie otwory wypełnione wodą, tak że gwałtowny wzrost ciśnienia w otworze powoduje zainicjowanie i rozchodzenie się spękania od miejsca koncentracji naprężeń znajdującego się w ostrym narożniku przy dnie otworu (Denisart i in., 1976). Tak zainicjowane pękanie ma tendencję do rozchodzenia się w kierunku od otworu i równolegle do wolnej powierzchni, z której wywiercono otwór. Chociaż metoda ta dawała bardzo zachęcające wydajności przy urabianiu skały, pojawiały się trudności związane z gwałtowną ucieczką cieczy pod ciśnieniem, jeżeli nastąpiło pękniecie inne niż od dna otworu oraz trudności związane z częstym zakleszczaniem się stalowych tłoków w niecałkowicie rozkruszonych otworach, co uniemożliwiło dalszy przemysłowy rozwój tej techniki. Aby uniknąć problemu związanego z zakleszczaniem się tłoków, zaproponowano również sposób polegający na wykorzystaniu wstrzeliwania porcji wody pod wysokim ciśnieniem i z dużą prędkością w płytkie otwory (Lavon, 1980).

Dzięki doskonałym wydajnościom kruszenia skały, które można uzyskiwać · sposobami kontrolowanego kruszenia, stosowanymi przy specjalnej geometrii kruszenia skały i ze względu na założenie, że można będzie opracować lepsze metody zwiększania ciśnienia i propagacji takich pęknięć, niewielkie wysiłki badawcze w 1984 roku zademonstrowały, że niewielkie ładunki wybuchowe lub miotające można wykorzystywać dla skutecznego stosowania technik kontrolowanego kruszenia przy jedynych w swoim rodzaju geometriach kruszenia skały (Young i Barker, 1984). Kruszenie takie powstaje po zainicjowaniu i rozchodzeniu się pęknięcia od dna płytkiego odwiertu, w którym szybko narasta ciśnienie. Możnaby oczekiwać, że -pęknięcie takie będzie przebiegało głębiej w skałę, a następnie zwróci się ku swobodnej powierzchni, gdy ważne staną się zjawiska powierzchniowe, powodując dzięki temu oddzielenie dużej objętości skały. Resztkowy stożek pozostawiony na powierzchni skały na skutek początkowe168 347 go wnikania pęknięcia w skałę dał podstawę dla utworzenia nazwy nadanej temu typowi pęknięcia, a mianowicie penetracyjne pęknięcie stożkowe (w skrócie PCF), W przeciwieństwie do wcześniejszych prac Denisarta i in. w późniejszych badaniach rozważano możliwości inicjowania i propagacji pęknięć stożkowych z płytkich odwiertów przy użyciu niewielkich ładunków miotających i odsprzężonych ładunków wybuchowych (Young i Braker, 1984).

Urabianie twardej skały zarówno w górnictwie jak i w budownictwie lądowym zwykle przeprowadza się - tradycyjną metodą wiercenia i strzelania. Ze względu na cykliczną naturę operacji wiercenia i strzelania (wiercenie, strzelanie, wietrzenie i ładowanie) prędkości urabiania są ograniczone i wykorzystanie sprzętu jest niewielkie.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do szybkiego urabiania przy użyciu niewielkich ładunków z zastosowaniem nowej techniki inicjowania i propagacji kruszenia, dzięki której stworzona została możliwość urabiania najtwardszych skał z wydajnościami (energia na jednostkę objętości urobionej skały) 4 do 10 razy większymi niż uzyskiwane przy konwencjonalnym wierceniu i strzelaniu.

Zgodnie z wynalazkiem sposób kruszenia materiałów, zwłaszcza materiałów skalnych, polegający na wykonaniu otworu w powierzchni kruszonego materiału i wytwarzaniu w tym otworze gazu pod ciśnieniem przez źródło tego gazu, dostarczane do otworu za pomocą środka do wprowadzenia źródła gazu, charakteryzuje się tym, że przed etapem wytworzenia gazu pod ciśnieniem uszczelnia się miejsce styku środka do wprowadzania źródła gazu z powierzchnią otworu. Podczas etapu wytwarzania gazu pod ciśnieniem inicjuje się kierunek pęknięcia stożkowego od narożnika dna otworu. Miejsce styku środka do wprowadzania źródła gazu z powierzchnią otworu uszczelnia się przez dociskanie środka do wprowadzania źródła gazu do powierzchni otworu, korzystnie do stożkowo ukształtowanego stopnia w tym otworze. Korzystnie, z punktu widzenia sposobu według wynalazku, wykonuje się otwór mający stosunek głębokości do średnicy 2,5:1 do 10:1.

Urządzenie do kruszenia materiałów, zwłaszcza materiałów skalnych, zawierające źródło gazu pod ciśnieniem umieszczane w otworze wykonanym w kruszonej skale oraz środki do wprowadzania źródła gazu pod ciśnieniem w wymieniony otwór, zgodnie z wynalazkiem ma środki do uszczelniania miejsca styku otworu z wymienionymi środkami do wprowadzania do otworu źródła gazu pod ciśnieniem.

W alternatywnym wykonaniu urządzenie do kruszenia materiałów, zwłaszcza materiałów skalnych, zawierające środki do wykonywania otworu w powierzchni kruszonego materiału, źródło gazu pod ciśnieniem umieszczane w tym otworze oraz środki do wprowadzania źródła gazu pod ciśnieniem w wymieniony otwór, charakteryzuje się tym, że ma środki do uszczelniania miejsca styku otworu z wymienionymi środkami do wprowadzania do otworu źródła gazu pod ciśnieniem, przy czym środki do wprowadzania źródła gazu pod ciśnieniem są osadzone wraz ze środkami do wykonywania otworów na wspólnym zespole obrotowym.

Środek do uszczelniania stanowi taśma nawinięta śrubowo na stożkową część lufy działa górniczego.

Korzystnie, środek do uszczelniania stanowi powierzchnia uszczelniającą, utworzona przez stopień uszczelniający wykonany w otworze i współpracującą z nim stożkową część lufy działa górniczego.

Środek do wprowadzania do otworu źródła gazu pod ciśnieniem jest usytuowany swym wylotem bezpośrednio w kierunku dna otworu.

Urządzenie według wynalazku łączy- w sobie wiercenie, strzelanie niewielkich ładunków i ładowanie i pozostaje przy urabianym przodku podczas operacji ciągłych.. Metoda urabiania przy użyciu tego urządzenia obejmuje optymalizację kruszenia skały przez technikę penetracyjnego pęknięcia stożkowego, określenie optymalnych rozkładów otworów, i współdziałania pęknięć stożkowych poprzez odstępy i rozmieszczenie, optymalizację uszczelnienia odwiertu przez zastosowanie ustalonych parametrów przybijania i nowych technik uszczelniania oraz optymalizację operacji ciągłego wiercenia, strzelania i ładowania przez zastosowanie ustalonych parametrów kruszenia skały, parametrów wiercenia i parametrów ładunku miotającego (wybuchowego). Ponadto, urządzenie według wynalazku może zawierać zrobotyzowane ste6

168 347 rowanie w inteligentnym systemie umożliwiającym optymalizację rozmieszczenia i geometrii otworów strzałowych oraz właściwości ładunków dla konkretnych warunków skały.

Taki system szybkiego urabiania przy użyciu niewielkich ładunków jest atrakcyjny dla górnictwa i budownictwa lądowego, gdzie bardzo blisko urabianego przodka znajdują się wrażliwe konstrukcje, sprzęt i personel. System szybkiego urabiania za pomocą niewielkich ładunków jest atrakcyjny w wybranych operacjach górniczych, gdzie skała rudonośna mogłaby być kruszona i oczyszczana oddzielnie od pospolitej skały płonnej. Skałę płonną można by wtedy zatrzymywać po ziemią i eliminować ją z tradycyjnych operacji transportowania i mielenia.

Twarde i zwarte materiały, takie jak skała, beton itd., są kruszone przez odpalanie odpowiednio dobranego ładunku wybuchowego lub miotającego, umieszczonego w otworze łub przenoszonego w specjalnym urządzeniu zawierającym ładunek z krótką lufą, którą wprowadza się w uprzednio wywiercony otwór o określonym kształcie geometrycznym i uszczelnia się. W materiale przeznaczonym do kruszenia wierci się jeden lub kilka w przybliżeniu cylindrycznych otworów za pomocą konwencjonalnych urządzeń wiertniczych, takich jakie stosuje się w górnictwie i budownictwie.

Otwory mają stosunkowo niewielki stosunek głębokości do średnicy w zakresie od 2,5:1 do 10:1, korzystnie od 3:1 do 4:1. Otwory można wiercić z ostrymi dnami otworów, tak aby wspomóc inicjowanie pęknięcia przy dnach otworów, albo też mogą mieć podcięcia przy dnie lub w innych miejscach, tak aby spowodować korzystne zapoczątkowywanie pęknięcia. Mikropęknięcia spowodowane wierceniem udarowym są bardzo korzystne dla tego procesu dzięki temu, że stanowią miejsca zapoczątkowywania pęknięć.

Ładunki wybuchowe lub miotające mogą być dowolnymi z kilku dostępnych w handlu ładunków .wybuchowych lub miotających, wliczając normalne wojskowe i przemysłowe prochy strzelnicze i różne ostatnio wynalezione ciekłe materiały miotające.

Ładunki miotające, stałe lub ciekłe, można umieszczać i odpalać wewnątrz urządzenia zawierającego ładunek, które ma lufę wprowadzaną w otwory wywiercone w materiale, który ma być kruszony. Lufa takiego urządzenia może być ponadto uszczelniana w otworach przez stosowanie uszczelnienia śrubowego lub przez zastosowanie niewielkiego odsadzenia na lufie, które jest dociskane do uskoku wykonanego w powierzchni otworu. Urządzenie zawierające ładunek jest zabezpieczone przed wyrzucaniem z otworu za pomocą ciężkiego stalowego drąga lub porównywalnej konstrukcji przytrzymywanej przy tylnym końcu urządzenia zawierającego ładunek.

Przez kontrolowane wytwarzanie ciśnienia w otworze, które realizowane jest przez właściwe kombinacje ładunku wybuchowego i/lub miotającego, urządzenia zawierającego ładunek, metody uszczelniania otworu i przytrzymywania ładunku lub urządzenia zawierającego ładunek wewnątrz otworu przez ciężki stalowy drąg lub konstrukcję można osiągnąć kontrolowane kruszenie materiału.

Korzystne kruszenie polega na inicjowaniu i propagacji pęknięcia od dna otworu, tak że pęknięcie rozchodzi się w przybliżeniu równolegle do powierzchni, w której wywiercony został otwór.

Pękniecie takie będzie rozchodzić się przy mniejszym zużyciu energii dzięki swemu usytuowaniu względem wolnej powierzchni i pozwoli przez to na wydajniejsze oddzielanie i urabianie materiału niż w przypadku konwencjonalnego wiercenia i strzelania. Ze względu na mniejsze energie potrzebne dla skutecznego pokruszenia materiału prędkość nadawana pokruszonemu materiałowi jest mniejsza niż przy konwencjonalnym strzelaniu i dzięki temu maszyny i/lub personel mogą pozostać w pobliżu przodka, który jest wiercony i urabiany, a to pozwala na ciągłe prowadzenie procesu.

Przedmiot wynalazku zostanie szczegółowo opisany na przykładach wykonania, uwidocznionych na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat przebiegu penetracyjnego pęknięcia stożkowego, wprowadzanego z nawierconego otworu w skale, z gwałtownie wzrastającym ciśnieniem, fig. 2 - różnego rodzaju kształty wykonywanych w skale otworów, ocenianych w trakcie badań laboratoryjnych, fig 3A, 3B i 3C - trzy różne wairianty mody168 347 fikacji lufy działa górniczego w widokach, fig. 4 - usytuowanie lufy działa górniczego w stopniowanym otworze, wykonanym w skale, fig. 5 - maszynę górniczą wyposażoną w wysięgnik, wspierający urządzenie do wiercenia i działo górnicze, fig. 6 - inną możliwą konfigurację maszyny, w której konstrukcja urządzenia urabiającego jest zmodyfikowana przez dodanie wysięgnika dla urządzenia do wiercenia i działa górniczego, fig. 7 - bardziej szczegółowo przedłużenie wysięgnika maszyny górniczej z funkcjami wiercenia, manipulowania ładunkiem i odpalania, fig. 8A i 8B - wielostopniową koronkę wiertniczą, wykonującą niewielką zmianę średnicy dla uszczelnienia otworu i większą zmianę wymiaru otworu w celu zapewnienia luzu dla wprowadzanej lufy działa górniczego, odpowiednio w półwidoku i częściowym przekroju wzdłużnym oraz w widoku od czoła, fig. 9A, 9B, 9C i 9D - szczegóły standardowego naboju kaliber 50 z wydrążonym pociskiem, zawierającym dodatkowy ładunek miotający, odpowiednio w schematycznym przekroju podłużnym, widoku bocznym i widokach od tyłu i od czoła, zaś fig. 10A i 10B przedstawiają schematycznie urządzenie ładowania i strzelania, z uwidocznieniem mechanizmu zamkowego działa górniczego dla zmodyfikowanych nabojów kaliber 50,

Figura 1 przedstawia schematycznie przebieg penetracyjnego pękania stożkowego, które następuje wtedy, gdy zasadniczo cylindryczny otwór 1 zostanie szczelnie zamknięty i materiał miotający lub ładunek wybuchowy 3 zostanie odpalony w tym odwiercie. Podczas spalania w odwiercie gwałtownie zwiększa się ciśnienie i rozpoczyna się pękanie skały na obwodzie dna 5 odwiertu. Początkowe pękanie typowo rozchodzi się do dołu w skałę i następnie zwraca się ku swobodnej powierzchni, gdy zaczynają działać efekty powierzchniowe. W przeciwieństwie do wcześniejszych prac w tym zakresie rozchodzące się pękania stożkowe 7 w niniejszym opisie tworzone są przy użyciu płytkich odwiertów z niewielkimi ładunkami wybuchowymi.

Figura 2 przedstawia różne typy otworów, które można stosować dla ułatwienia penetracyjnego pękania. Może być wiercony otwór 9, którego dno 11 jest zupełnie płaskie. Zaokrąglona lub zużyta końcówka wiertła z węglika daje dno 13 otworu zaokrąglone pod pewnym promieniem. Takie zaokrąglone dno otworu jest niekorzystne. Można stosować inne wiertło, które wykonuje cylindryczny otwór 15 z pocięciem 16 przy dnie otworu, prostopadle do powierzchni bocznej otworu. Bardzo ostre, jeśli nie podcięte, dna odwiertów przyczyniają się do zapewniającego powodzenie rozpoczęcia penetracyjnego pękania stożkowego. Korzystne otwory 17 dna 18 wykonywane są wiertłem udarowym. Chociaż mniej ostre niż dna otworów wierconych rdzeniem diamentowym, otwory 18 dna 19 wiercone udarowo zapewniają bardzo dobry początek pękania stożkowego. Dodatkowe mikropęknięcia 19 powstające w skale przy wierceniu udarowym, zwłaszcza przy zaokrąglonym dnie otworu, są bardziej niż wskazane dla właściwego początku pękania. Korzystne wiercenie udarowe odwiertu eliminuje więc konieczność tworzenia specjalnego kształtu geometrycznego dna otworu.

Figura 3 przedstawia sposób uszczelnienia otworu przy użyciu mosiężnej taśmy 21 owiniętej śrubowo wokół stożkowej części 23 lufy 25 działa górniczego. Chociaż do uszczelnienia otworu można zastosować zwykłą cylindryczną lufę działa górniczego, to jednak użycie uszczelnienia śrubowego umożliwia lepsze zamknięcie sprężonych gazów i wyższe ciśnienie szczytowe. Takie uszczelnienie śrubowe skutecznie uniemożliwia ucieczkę gazów podczas narastania ciśnienia i rozchodzenia się spękania, a ponadto zmniejsza erozję wokół zewnętrznej strony lufy działa górniczego.

Figury 3B i 3C pokazują działo górnicze 27 z częścią przeznaczoną na ładunek wybuchowy i częścią gwintowaną 31, w której umieszcza się korek zamykający 32. Złącze kulowo-gniazdowe 33 ma króciec 35 z otworem 37, w który wchodzi końcówka 39 nabijaka 41.

Na fig 4 pokazano inne uszczelnienie z zastosowaniem lufy działa górniczego skonstruowanej specjalnie do uszczelniania otworu 43 z dwoma stopniami 47 i 49. Otwór jest wiercony tak, że przy stożkowym stopniu uszczelniającym 49 występuje bardzo mała zmiana średnicy. Zbyt duża średnica przy tym stopniu umożliwiałaby znaczne kruszenie się i pękanie podczas narastania ciśnienia, co powodowałoby spadek ciśnienia gazów i uniemożliwiało uzyskanie kontrolowanego pęknięcia stożkowego. Korzystna, niewielka zmiana średnicy zmniejsza takie

168 347 kruszenie się lub pękanie przy stopniu. Lufa 51 ma stożek 53, który częściowo wchodzi w otwór 43 i tworzy powierzchnię uszczelniającą 55 na stopniu uszczelniającym 49 stożka 45 otworu.

Figury 5 i 6 przedstawiają przykłady wykonania maszyny urabiającej. Dostępne w handlu gąsienicowe maszyny urabiające 57 stosowane są w połączeniu z jednym lub kilkoma wysięgnikami 59. Wysięgniki te mają możliwość obracania się wokół swej osi wzdłużnej. Na wysięgniku zamontowane jest przedłużenie 61 zawierające siłowniki hydrauliczne i mające możliwość ruchu do przodu wzdłuż osi wzdłużnej wysięgnika. Na przedłużeniu zamontowany jest obrotowy stożek 63, który określa współrzędne osi wiercenia i operacji strzałowych. Działo 65 i wiertło urabiające 67 zamontowane są średnicowo po przeciwległych stronach przedłużenia 61. Do podwozia maszyny mocowany jest fartuch 68 do ładowania urobku i układ przenośnikowy 69.

Figura 7 przedstawia przedłużenie 61 wysięgnika posiadające wewnętrzne siłowniki hydrauliczne 81, urządzenie 67 do wiercenia, urządzenie 83 do manipulowania ładunkami i urządzenie strzałowe 65. Siłowniki hydrauliczne osadzone są w szczelnie zamkniętej rurowej obudowie 85. Przedłużenie jest przymocowane do wysięgnika za pomocą płyty montażowej. Wiertarka 67 i działo 65 zamontowane są na przedłużeniu 61 za pomocą przesuwnych płyt 87 i 89 i są ponadto wsparte przez wsporniki 91 i 93. Obrotowy kieł 63 jest wycentrowany na przedniej ściance 64 przedłużenia 61, która jest zasadniczo równoległa do przodka 66.

Figury 8A i 8B podają szczegóły specjalnej stalowej koronki wiertniczej 95 z wkładkami z węglików spiekanych, stosowanej do wiercenia płytkiego odwiertu o zmiennej średnicy dla jednej z opcji uszczelniania. Trzyczęściowa koronka kombinowana zawiera wkładki 97, 98 z węglika spiekanego dla schodkowych części koronki. Część prowadząca 99 o małej średnicy, przeznaczona do wiercenia stożkowo pękającej części otworu powinna podlegać najszybszemu zużyciu i nadawać się do oddzielnej wymiany.

Figury 9A, 9B, 9C i 9D przedstawiają nabój 101 kalibru 50 z wydrążonym pociskiem 103, zawierającym dodatkowy ładunek wybuchowy 104. Wydrążony pocisk lub trzewik może być wykonany z tworzywa sztucznego lub aluminium. Aluminiowe pociski lub trzewiki reagują ze spalającym się materiałem wybuchowym przyczyniając się do zwiększenia jego energii, a roztopione aluminium służy do dalszego polepszenia uszczelnienia otworu przy jego stopniu. Dla uzyskania większej skali penetracyjnego pękania stożkowego lub dla operacji wymagającej znacznie większego ładunku wybuchowego można stosować znormalizowane naboje wojskowe 20 mm. Pocisk 101 ma zapalnik 105, ładunek główny 107 i opcjonalną przybitkę 109.

Figury 10A i 10B przedstawiają mechanizm zamkowy działa górniczego 111, wykorzystującego zmodyfikowane naboje 101 kalibru 50. Działo to ma zwykły siłownik hydrauliczny 113 dwustronnego działania do uruchamiania zamka lub trzpienia 115, pokazanego na rysunku. Obrotowy podajnik 117 służy do ustawiania nabojów w położeniu zgodnym z komorą zamkową 119, gdy naboje te są podawane z rury doprowadzającej 121. Obrotowy podajnik 117 poruszany jest siłownikiem pneumatycznym lub hydraulicznym. Łuska naboju wyciągana jest za pomocą zwykłego mechanicznego zacisku sprężynowego 123. Rura 125 z dyszami powietrznymi, umieszczona pod częścią zamkową 115 działa, służy do wyrzucania łuski.

Ciekłe materiały miotające są szczególnie odpowiednie do stosowania według wynalazku. Lufę działa wprowadza się w wywiercony otwór schodkowy, przybija się i uszczelnia. Ciecz dostarcza się do komory poprzez otwór, otwór zamyka się i zapala się ciekły materiał wybuchowy. Pęknięcia . rozchodzą się z miejsc przy dnie otworu i duża, zasadniczo płaska urobiona część zostaje odłamana i spada z przodka, po czym można ją załadować i wytransportować z kopalni.

168 347

FIG. 7

FIG. 6

168 347

FIG. 9D

168 347

FIG. ΙΟΒ

	1 ΓΊ	i /	123 / !27/-1 / / \ / ______
]............ Γ ί	lf ιπ I	1.»ί IU mil WK kwwwrd
	1 τ j |
7

125

168 347

FIG. 3A

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób kruszenia materiałów, zwłaszcza skalnych, polegający na wykonywaniu otworu w powierzchni materiału poddawanego kruszeniu oraz wprowadzaniu gazu ze źródła gazu w ten otwór za pomocą środków wprowadzania gazu, połączonych z wymienionym źródłem gazu, znamienny tym, że środki wprowadzania gazu, po wprowadzeniu gazu w kierunku do dna wymienionego otworu, uszczelnia się w bezpośredniej bliskości dna tego otworu, dzięki czemu inicjuje się, poczynając od narożnika dna otworu, ukierunkowaną propagację pęknięcia materiału sięgającego do powierzchni wymienionego materiału.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uszczelnienie sytuuje się w odległości od dna otworu nie przekraczającej połowy wymiaru głębokości otworu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wykonuje się otwór o stosunku głębokości do średnicy w zakresie 2,5:1 do 10:1.
4. 4. Urządzenie do kruszenia materiałów, zwłaszcza skalnych, zawierające środki do wytwarzania gazu ze źródła gazu i środki, połączone z tymi środkami wytwarzania gazu, do wprowadzania gazu w wymieniony otwór, a ponadto elementy do uszczelniania środków wprowadzania, znamienne tym, że elementy (21, 23, 53) do uszczelniania środków wprowadzania (25, 27, 51) w wymienionym otworze (9, 15, 17, 43) są usytuowane w bezpośredniej bliskości dna, aby uzyskać zwiększone ciśnienie w otworze po wprowadzeniu gazu w kierunku dna tego otworu i przez to inicjować propagację pęknięcia (7) od narożnika dna otworu.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że elementy uszczelniające zawierają stożkową sekcję (23) wymienionych środków wprowadzających.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że elementy uszczelniające stanowią powierzchnię uszczelniającą (55) utworzoną przez odsadzenie (49) w otworze (43) i stożkową sekcję (53) środków wprowadzających, stykającą się z tym odsadzeniem.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że źródłem gazu jest materiał miotający.
8. 8. Urządzenie do kruszenia materiałów, zwłaszcza skalnych, zawierające środki do wykonywania otworu w powierzchni kruszonego materiału, środki do wytwarzania gazu i środki do wprowadzania gazu w wymieniony otwór, połączone z wymienionymi środkami wytwarzania gazu oraz zawierające elementy do uszczelniania środków wprowadzania, znamienne tym, że elementy (21, 23, 53) do uszczelniania środków wprowadzania (25, 27, 51) w wymienionym otworze (9,15,17, 43) są usytuowane w bezpośredniej bliskości dna, przy czym środki do wprowadzania gazu i środki (67) do wykonywania otworu są zamontowane na środkach (61, 63) do ustawiania środków wykonywania otworu i środków wprowadzania zgodnie z osią wymienionego otworu.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że elementy uszczelniające zawierają podkładkę (21) usytuowaną na stożkowej sekcji (23) środków wprowadzających.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że elementy uszczelniające mają powierzchnię uszczelniającą (55) utworzoną przez odsadzenie (45) w otworze (43) i stożkową sekcję (53) środków wprowadzających, stykającą się z tym odsądzeniem (45).