RU2065047C1

RU2065047C1 - Method for directed destruction of natural stone

Info

Publication number: RU2065047C1
Application number: RU94012880A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Долголаптев; Соломон Сумерович Красновский; Юрий Дмитриевич Вороновский; Юрий Никитович Захаров; Вячеслав Федорович Нистратов; Анатолий Пантелеймонович Образцов
Original assignee: Анатолий Васильевич Долголаптев; Соломон Сумерович Красновский; Юрий Дмитриевич Вороновский; Юрий Никитович Захаров; Вячеслав Федорович Нистратов; Анатолий Пантелеймонович Образцов
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1996-08-10

Abstract

FIELD: production and processing of building materials. SUBSTANCE: method includes originating a kerf on lateral faces of rock block. Electrodes are installed in these kerfs, and pressed down to kerf bottom. The electrodes are connected to high- voltage pole of high-frequency generator. Another pole is grounded. A gap between the block to be processed and ground is set to be filled with air or other dielectric. Crack growth process may be controlled by placing electrodes on adjacent block faces and/or connecting and disconnecting special electric loads. EFFECT: high accuracy. 3 cl

Description

Изобретение относится к области добычи и обработки строительных материалов, в частности природного камня,и может быть использовано для раскола отделенных от массива блоков на отдельные элементы. The invention relates to the field of extraction and processing of building materials, in particular natural stone, and can be used to split blocks separated from the array into individual elements.

Известен способ добычи штучного камня, который предусматривает расположение строчки шпуров и отделение блоков породы от массива с использование гидроклина [1] Недостатком известного решения является значительный объем работ по отделению блока массива породы. Кроме этого,данный способ нельзя применять в случае дальнейшего предназначения поверхности раскола в качестве лицевой вследствие значительных трудозатрат на зашлифовку межшпуровых целиков. A known method of producing piece stone, which provides for the location of a line of holes and the separation of rock blocks from the array using hydrocline [1] A disadvantage of the known solution is the significant amount of work to separate the block of rock mass. In addition, this method cannot be applied in the case of further designation of the split surface as a face due to significant labor costs for polishing interspin pillars.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является способ раскалывания природного камня, включающий нанесение на поверхности противоположных граней отделенного от массива породы блока токопроводящего покрытия в виде полос и подключение этих полос к различным полюсам генератора токов высокой частоты [2]
Возможно выполнение специальной насечки на гранях блока и нанесение токопроводящего покрытия на дно углублений. В результате воздействия токов высокой частоты в объеме разрушаемого блока создается поле температурных напряжений, которые приводят к его разрушению.The closest analogue to the proposed method is a method of splitting natural stone, including applying to the surface of opposite faces separated from the rock mass block conductive coating in the form of strips and connecting these strips to different poles of the high-frequency current generator [2]
It is possible to make a special notch on the faces of the block and apply a conductive coating to the bottom of the recesses. As a result of exposure to high frequency currents in the volume of the destroyed unit, a field of temperature stresses is created that leads to its destruction.

К недостаткам известного решения следует отнести невозможность повторного использования нанесенного покрытия в качестве электродов, необходимость тщательной подготовки для него поверхности и использование дорогостоящего специального оборудования, возможность короткого замыкания между электродами по поверхности блока или имеющейся в нем микротрещины, а в случае нанесения токопроводящего покрытия не на всю длину грани к отклонению плоскости скола от требуемой. The disadvantages of the known solution include the impossibility of reusing the applied coating as electrodes, the need for careful preparation of the surface for it and the use of expensive special equipment, the possibility of a short circuit between the electrodes on the surface of the block or microcracks present in it, and not in the case of applying a conductive coating face length to the deviation of the cleaved plane from the required one.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность раскола блока, исключить пробой между электродами, установленными на блоке, неоднократно использовать применяемые электроды, исключив при этом сложную технику и технологию металлизации поверхности. The proposed method allows to increase the accuracy of the split of the block, to eliminate the breakdown between the electrodes mounted on the block, to repeatedly use the applied electrodes, eliminating the complex technique and technology of surface metallization.

Это достигается тем, что в способе направленного разрушения, включающем выполнение щелевых углублений на гранях блока пород в плоскости предполагаемого раскола, размещение на их дне линейных электродов и последующий диэлектрический нагрев токами высокой частоты путем подключения электродов к генератору, при этом обрабатываемый блок электрически изолируют, установленные на нем электроды, в качестве которых могут быть использованы съемные подпружиненные стержни, подключают к одному полюсу генератора, а другой при этом заземляют, причем на смежных гранях блока формируют дополнительные щели и устанавливают в них электроды. This is achieved by the fact that in the directional destruction method, which includes making slotted recesses on the faces of the block of rocks in the plane of the alleged split, placing linear electrodes at their bottom and subsequent dielectric heating by high-frequency currents by connecting the electrodes to the generator, while the processed block is electrically isolated, installed electrodes on it, as which removable spring-loaded rods can be used, are connected to one pole of the generator, and the other is grounded, while m on the adjacent faces of the block form additional slots and install electrodes in them.

Подключение всех установленных на блоке породы электродов к одному высокопотенциальному полюсу генератора (при заземлении другого), позволит исключить возможное короткое замыкание между этими электродами, дает возможность повысить величину подаваемого напряжения, что увеличит количество выделяемого тепла и эффективность самого процесса. При этом заземленный полюс является одновременно экраном, предотвращающим ВЧ-излучение в окружающую среду. Данная схема подключения повышает эффективность использовать тепловой энергии, улучшает условия труда. Условия труда улучшаются также за счет использования съемных подпружиненных электродов, т.к. исключаются операции по подготовке поверхности к металлизации, которая сама по себе не относится к числу экологически чистых операций. Многократное использование съемных электродов позволяет решить вопрос экономии материалов. Дополнительные щели на смежных сторонах (гранях) раскалываемого блока увеличивают эффективность термического разрушения (улучшают качество образующейся поверхности, а также позволяют управлять процессом роста трещин). В прототипе данный прием невозможен ввиду крайне высокой вероятности возникновения короткого замыкания между разнополюсными электродами. Connecting all the electrodes mounted on the rock block to one high-potential pole of the generator (when grounding another) will eliminate the possible short circuit between these electrodes, makes it possible to increase the amount of supplied voltage, which will increase the amount of heat generated and the efficiency of the process itself. In this case, the grounded pole is at the same time a shield preventing RF radiation into the environment. This connection scheme improves the efficiency of using thermal energy, improves working conditions. Working conditions are also improved through the use of removable spring-loaded electrodes, as operations to prepare the surface for metallization, which in itself is not one of the environmentally friendly operations, are excluded. Repeated use of removable electrodes allows you to solve the issue of saving materials. Additional slots on adjacent sides (faces) of the cracked block increase the thermal destruction efficiency (improve the quality of the surface formed, and also allow you to control the process of crack growth). In the prototype, this technique is not possible due to the extremely high likelihood of a short circuit between the opposite-pole electrodes.

Таким образом признаки, отличающие предложенный способ от прототипа, позволяют достичь указанный выше технический результат, в связи с чем они являются существенными, а предложение соответствует критерию "новизна". Thus, the features that distinguish the proposed method from the prototype, allow to achieve the above technical result, in connection with which they are significant, and the proposal meets the criterion of "novelty."

Известен способ разрушения монолитных блоков, который предусматривает расположение на каждом из двух разрушаемых блоков по одному электроду, подключаемых к разным полюсам ВЧ-генератора (авт.св. СССР N 206483, МПК Е 21 С). Однако данное решение не может препятствовать признанию предложения изобретением, поскольку известный способ не решает задачу направленного разрушения, а с его использованием нельзя получить предлагаемую схему подключения нескольких электродов, размещенных на одном блоке, которая обеспечивает в числе прочих предотвращение короткого замыкания к генератору. A known method of destruction of monolithic blocks, which provides for the location on each of the two destroyed blocks of one electrode connected to different poles of the RF generator (ed. St. USSR N 206483, IPC E 21 C). However, this solution cannot prevent the recognition of the proposal by the invention, since the known method does not solve the problem of directional destruction, and with its use it is impossible to obtain the proposed circuit for connecting several electrodes placed on one block, which provides, among others, the prevention of short circuit to the generator.

Поскольку прием изоляции раскалываемого блока подключения электродов, установленных на нем, к одному (положительному) полюсу ВЧ-генератора и заземления другого полюса не известен в данной области, следует сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "изобретательский уровень". Since the isolation technique of the split unit for connecting the electrodes installed on it to one (positive) pole of the RF generator and the grounding of the other pole is not known in this field, it should be concluded that the proposed method meets the criterion of "inventive step".

Cпособ осуществляют следующим образом. На противоположных боковых гранях подлежащего разрушению блока пород алмазным или иным инструментом наносят прямолинейные (сплошные) щелевые углубления на глубину, достаточную для размещения в этих щелях электродов в виде стержней прямоугольного, круглого или иного сечения. По всей глубине, в зависимости от неровности поверхности блока, щель может быть переменной, однако наименьшая ее величина должна обеспечивать размещение в ней электрода, т.е. не менее 3-5 мм. Пропил формируют из условия прямолинейности дна щели, что благоприятно сказывается на плотности прилегания к нему электрода. Возможно формирование пропила не только на противоположных, но и на смежных гранях блока. The method is as follows. On opposite lateral faces of the block of rocks to be destroyed with a diamond or other tool, straight (continuous) slotted recesses are applied to a depth sufficient to place the electrodes in these slots in the form of rods of rectangular, round or other section. Throughout the entire depth, depending on the roughness of the surface of the block, the gap can be variable, however, its smallest value should ensure the placement of an electrode in it, i.e. not less than 3-5 mm. Propyl is formed from the condition of straightness of the bottom of the slit, which favorably affects the density of contact of the electrode to it. It is possible to form a cut not only on the opposite, but also on adjacent faces of the block.

Обрабатываемый блок породы устанавливают с воздушным зазором относительно земли. Данный зазор может быть заполнен любым диэлектрическим материалом. The processed rock block is set with an air gap relative to the ground. This gap can be filled with any dielectric material.

В щелевые углубления укладывают электроды и прижимают их ко дну щели, например, посредством пружин или грузов. При значительной длине электродов возможно их выступание за грани блока. Установленные в щелях электроды подключают к высокопотенциальному полюсу генератора ВЧ-излучения, второй полюс которого заземляют. Electrodes are placed in slotted recesses and pressed to the bottom of the slot, for example, by means of springs or weights. With a significant length of the electrodes, they may protrude beyond the edges of the block. The electrodes installed in the slots are connected to the high-potential pole of the RF radiation generator, the second pole of which is grounded.

Расположение электродов на смежных гранях блока способствует формированию зоны объемного напряженного состояния и инициирует формирование и реализацию дальнейшего роста трещины. Таким образом осуществляется управление процессом направленного трещинообразования. The location of the electrodes on adjacent faces of the block contributes to the formation of a zone of volumetric stress state and initiates the formation and implementation of further crack growth. Thus, the process of directional cracking is controlled.

Данным процессом можно управлять также путем регулирования количества выделяемого тепла вдоль электродов непосредственно в процессе разрушения блока за счет подбора длины волны, исходя из условия соизмеримости длины волны и линейного размера обрабатываемого блока. Это возможно, например, за счет подключения и отключения по мере роста трещины специальных нагрузочных электрических элементов (делители, индуктивности, конденсаторы и т.д.). This process can also be controlled by controlling the amount of heat generated along the electrodes directly in the process of block destruction by selecting a wavelength based on the condition of commensurability of the wavelength and linear size of the processed block. This is possible, for example, by connecting and disconnecting, as the crack grows, special load-bearing electrical elements (dividers, inductances, capacitors, etc.).

В результате воздействия ВЧ-поля в объеме обрабатываемого блока формируется температурное поле, которое вызывает температурные напряжения, достигающие критических величин в плоскости раскола. Изменением величины электрического напряжения в процессе раскола и (или) его распределением по длине электрода возможно регулирование количества выделяющегося тепла и распределения термических напряжений в блоке. Кроме того, расположение электрода в щелевом углублении позволяет сократить потери электроэнергии на излучение в окружающую среду, более эффективно выделить энергию в породе и использовать ее для создания термических напряжений, а наличие искусственной неоднородности в виде щели (в которой размещается электрод) повышает концентрацию этих напряжений. As a result of exposure to the RF field, a temperature field is formed in the volume of the processed block, which causes temperature stresses reaching critical values in the split plane. By changing the magnitude of the electrical voltage during the split and (or) its distribution along the length of the electrode, it is possible to control the amount of heat generated and the distribution of thermal stresses in the block. In addition, the location of the electrode in the slotted recess allows to reduce the loss of electric energy due to radiation into the environment, more efficiently separate the energy in the rock and use it to create thermal stresses, and the presence of artificial heterogeneity in the form of a gap (in which the electrode is placed) increases the concentration of these stresses.

Claims

1. The method of directional destruction of natural stone, including making slotted recesses on the faces of the rock block in the plane of the alleged split, placing linear electrodes connected to a high-frequency generator at the bottom of the slits, heating the rock in a high-frequency field, characterized in that all the electrodes are connected to only one high potential generator output.

2. The method according to claim 1, characterized in that the rock block in the process of destruction is placed electrically isolated from the ground.

3. The method according to claim 1, characterized in that they control the process of destruction by regulating the release of heat in individual sections of the processed block.