RU2468205C1

RU2468205C1 - Electric pulse method of rock slabs cutting

Info

Publication number: RU2468205C1
Application number: RU2011119011/03A
Authority: RU
Inventors: Альберт Мартынович Адам; Василий Михайлович Муратов; Михаил Юрьевич Журков
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-11-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: electric pulse method of slabs cutting is performed by delivery of high-voltage pulses to double-electrode device with high-voltage and grounded electrodes moved along submerged slab. Before high-voltage pulses delivery to high-voltage electrode, grounded electrode is put under lower surface of elevated slab and high-voltage electrode is installed on side surface of the slab at chosen distance from grounded electrode. Then upon delivery of high-voltage pulses to high-voltage electrode as far as slab is being destroyed above grounded electrode, electrode assembly is elevated to slab height and is lowered to initial position, and operations are repeated till required cut is obtained.

EFFECT: simplifying procedure of slabs cutting and improving work efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки (резания) блоков из природного камня и токонепроводящих искусственных материалов (бетона, керамики и др.) импульсами высокого напряжения и может найти применение в строительной промышленности и горном деле для резания крупных блоков горных пород и изделий из искусственных материалов на блоки меньших размеров.The invention relates to the field of processing (cutting) blocks of natural stone and non-conductive artificial materials (concrete, ceramics, etc.) by high voltage pulses and can find application in the construction industry and mining for cutting large blocks of rocks and products from artificial materials into blocks smaller sizes.

Известен электроимпульсный способ резания (разрушения) горных пород перемещающимся двухстержневым электродным устройством (патент на изобретение RU №2232271, МПК 7 Е21С 37/18, Е21В 7/15, опубл. 10.07.2004, Бюл. №19), по которому шаг перемещения электродов устройства между двумя электрическими импульсами выбирают из следующего условия:Known electric pulse method of cutting (destruction) of rocks by a moving two-rod electrode device (patent for invention RU No. 2232271, IPC 7 Е21С 37/18, ЕВВ 7/15, published on July 10, 2004, Bull. No. 19), according to which the step of moving the electrodes devices between two electrical pulses are selected from the following conditions:

причем

moreover

где W_з - энергия, запасаемая источником импульсов высокого напряжения, Дж;where W _z is the energy stored by the source of high voltage pulses, J;

L - межэлектродный промежуток, мм;L is the interelectrode gap, mm;

W_опт - оптимальная энергия разрушения за один импульс для горной породы категории крепости по шкале М.М. Протодьяконова, равной 5, Дж;W _opt - optimal fracture energy per pulse for rocks of the fortress category on the MM scale Protodyakonova, equal to 5, J;

n - число импульсов между высоковольтным и заземленным электродами.n is the number of pulses between the high voltage and grounded electrodes.

Основные недостатки этого устройства заключаются в том, что для выноса разрушенной породы (шлама) из прорезаемой щели необходим промывочный узел и что эффективность резания сравнительно низка, т.к. при реализации способа нет возможности оптимально учитывать конкретные условия для перемещения двухстержневого электродного устройства, поскольку по этому способу устройство необходимо перемещать обязательно с постоянно выбранным шагом независимо от того, внедрился или не внедрился разряд в горную породу, каков результат воздействия на горную породу электрических разрядов.The main disadvantages of this device are that a flushing unit is required for the removal of the destroyed rock (sludge) from the slot to be cut and that the cutting efficiency is relatively low, as when implementing the method, it is not possible to optimally take into account the specific conditions for moving the two-rod electrode device, since according to this method the device must be moved with a constantly selected step, regardless of whether the discharge is introduced into the rock or not, what is the result of exposure to the rock of electric discharges.

Второй недостаток устранен в способе-прототипе, по которому работает известное устройство для резания горных пород (патент на изобретение RU №2393349, МПК 8 Е21С 37/18, Е21В 7/15, опубл. 27.06.2010, Бюл. №18). Согласно этому способу разрезаемый блок погружают в жидкость, на него устанавливают двухэлектродное устройство, снабженное высоковольтным и заземленным электродами, в межэлектродный промежуток с помощью промывочного узла подают промывочную жидкость, к высоковольтному электроду подводят импульсы высокого напряжения, и одновременно устройство перемещают по блоку горной породы в одну сторону, до края блока, а затем в обратном направлении. Операции перемещения электродов повторяют многократно.The second drawback is eliminated in the prototype method by which the known device for cutting rocks works (patent for invention RU No. 2393349, IPC 8 Е21С 37/18, ЕВВ 7/15, publ. 06/27/2010, Bull. No. 18). According to this method, the block to be cut is immersed in a liquid, a two-electrode device equipped with a high-voltage and grounded electrodes is installed on it, a washing liquid is supplied into the interelectrode gap with a washing unit, high voltage pulses are supplied to the high-voltage electrode, and at the same time the device is moved along the rock block into one side, to the edge of the block, and then in the opposite direction. The operation of moving the electrodes is repeated many times.

Основной недостаток способа-прототипа связан с необходимостью в промывочной системе для удаления продуктов разрушения, образующихся между электродами. При этом процесс удаления продуктов разрушения по способу-прототипу осложняется тем, что призабойные концы электродов существенно перекрывают образующуюся щель, препятствуя прокачке промывочной жидкости, обогащенной шламом, вдоль реза. Удаление шлама из межэлектродного промежутка путем отсасывания (вверх) еще больше усложняет процесс и систему промывки.The main disadvantage of the prototype method is associated with the need for a flushing system to remove the destruction products formed between the electrodes. Moreover, the process of removing the destruction products by the prototype method is complicated by the fact that the bottom-hole ends of the electrodes substantially overlap the formed gap, preventing the pumping of the washing fluid enriched with sludge along the cut. Removing sludge from the interelectrode gap by suction (upward) further complicates the washing process and system.

Основным техническим результатом предложенного решения является упрощение и удешевление способа. Он позволяет вести весь процесс резания без применения какой-либо промывочной системы, т.к. образующиеся при резании продукты разрушения выпадают из щели вниз под действием собственного веса.The main technical result of the proposed solution is to simplify and reduce the cost of the method. It allows you to conduct the entire cutting process without the use of any flushing system, because the destruction products formed during cutting fall out of the gap down under the action of their own weight.

Указанный технический результат достигается тем, что в электроимпульсном способе резания блоков горных пород путем подачи импульсов высокого напряжения на перемещаемое по блоку, погруженному в жидкость, двухэлектродное устройство с высоковольтным и заземленным электродами, согласно предложенному решению, перед подачей импульсов высокого напряжения на высоковольтный электрод под нижнюю поверхность приподнятого блока подводят заземленный электрод, а высоковольтный электрод устанавливают на боковую поверхность блока на выбранном расстоянии от заземленного электрода, после чего, подавая импульсы высокого напряжения на высоковольтный электрод, по мере разрушения горной породы над заземленным электродом электродное устройство поднимают на высоту блока, затем опускают в исходное положение и операции повторяют до образования необходимого реза.The specified technical result is achieved by the fact that in the electric-pulse method of cutting rock blocks by supplying high voltage pulses to a two-electrode device with a high voltage and grounded electrodes moving along a block immersed in a liquid, according to the proposed solution, before applying high voltage pulses to the high voltage electrode under the lower the surface of the raised block is supplied with a grounded electrode, and a high-voltage electrode is installed on the side surface of the block on the selected p Normal distance from the grounded electrode and then by applying high voltage pulses to the high voltage electrode, at least above the fracture rock electrode grounded electrode assembly is raised to the height of the block, is then lowered into position and the operation is repeated until a desired cut.

Нецелесообразно процесс резания блоков этим устройством вести сверху вниз, перевернув устройство на 180° и установив его заземленный электрод на верхнюю поверхность блока. При таком варианте изоляционное покрытие высоковольтного электрода препятствует удалению шлама из прорезаемой щели за счет воздействия на него электрического разряда, да и при межэлектродном промежутке более 10-15 мм нет гарантии полного удаления шлама из щели без подачи в нее промывочной жидкости даже при отсутствии такого препятствия.It is not practical to cut the blocks with this device from top to bottom by turning the device 180 ° and placing its grounded electrode on the upper surface of the block. With this option, the insulating coating of the high-voltage electrode prevents the removal of sludge from the gap to be cut due to the effect of an electric discharge on it, and even with an interelectrode gap of more than 10-15 mm, there is no guarantee that the sludge can be completely removed from the gap without supplying washing liquid to it even if there is no such obstacle.

Пример конкретного выполнения предложенного способа осуществляют с помощью двухэлектродного устройства, изображенного на фиг.1 и 2. На фиг.1 приведено продольное сечение этого устройства, вертикально установленного в заполненном водой баке, в который помещен блок горной породы, а на фиг.2 представлен поперечный разрез устройства в горизонтальной плоскости. Двухэлектродное устройство содержит высоковольтный 1 и заземленный 2 электроды, призабойные концы которых выполнены в виде заостренных пластин. Высоковольтный электрод 1 снабжен изоляционным (полиэтиленовым) покрытием 3, к нижнему концу которого прикреплен диэлектрический держатель 4 заземленного электрода 2, имеющий Г-образную форму. Верхний конец высоковольтного электрода 1 с изоляционным покрытием 3 пропущен через центральные продольные прорезы нижней направляющей 5 и верхней направляющей 6, через каретку 7, перемещающуюся по верхней направляющей 6, а также через узел периодических подъемов и спусков 8 двухэлектродного устройства. Направляющие 5 и 6, а также диэлектрический держатель 4 выполнены из стеклотекстолита. Концы направляющих 5 и 6 заведены в винипластовые швеллеры 9, которые прикрепляют в вертикальном положении к противоположным стенкам полиэтиленового бака 10 напротив предполагаемого реза. В баке 10 на продольные бетонные опоры 11 кладут блок горной породы 12, при этом опоры располагают так, что предполагаемый рез блока горной породы находится между этими блоками. Верхний конец высоковольтного электрода 1 электрически соединен с источником импульсов высокого напряжения 13, а электрод 2 заземлен с помощью заземляющего проводника 14, изготовленного из оплетки кабеля. Для обеспечения развития каналов электрических разрядов 15 в горной породе и предупреждения перекрытий разрядов по поверхности блока горной породы 12 бак 10 заполняют водой 16 до уровня выше этого блока.An example of a specific implementation of the proposed method is carried out using a two-electrode device shown in figures 1 and 2. Figure 1 shows a longitudinal section of this device, vertically mounted in a tank filled with water, in which a rock block is placed, and figure 2 shows a transverse section of the device in the horizontal plane. A two-electrode device contains a high-voltage 1 and a grounded 2 electrodes, the bottom-hole ends of which are made in the form of pointed plates. The high-voltage electrode 1 is provided with an insulating (polyethylene) coating 3, to the lower end of which a dielectric holder 4 of the grounded electrode 2, having an L-shaped form, is attached. The upper end of the high-voltage electrode 1 with an insulating coating 3 is passed through the central longitudinal cuts of the lower guide 5 and the upper guide 6, through the carriage 7, moving along the upper guide 6, and also through the node of the periodic ups and downs 8 of the two-electrode device. The guides 5 and 6, as well as the dielectric holder 4 are made of fiberglass. The ends of the guides 5 and 6 are inserted into vinyl-plastic channels 9, which are mounted in a vertical position to the opposite walls of the polyethylene tank 10 opposite the intended cut. In the tank 10, a block of rock 12 is placed on the longitudinal concrete supports 11, while the supports are positioned so that the intended cut of the rock block is between these blocks. The upper end of the high voltage electrode 1 is electrically connected to a source of high voltage pulses 13, and the electrode 2 is grounded using an earth conductor 14 made of a cable braid. To ensure the development of channels of electrical discharges 15 in the rock and to prevent overlapping of the discharges along the surface of the rock block 12, the tank 10 is filled with water 16 to a level above this block.

Способ осуществляют следующим образом. На дно бака 10 кладут бетонные опоры 11, располагая их так, чтобы между ними был продольный зазор для прохождения заземленного электрода 2 и его диэлектрического держателя 4. На эти опоры 11 устанавливают блок горной породы 12 из песчаника на известковом цементе и бак 10 заполняют водой 16. Под нижнюю поверхность блока горной породы 12 подводят заземленный электрод 2; одновременно высоковольтный электрод 1 устанавливают призабойным концом на боковую поверхность блока 12 на расстоянии от заземленного электрода, выбранном для конкретной горной породы с учетом параметров импульсов высокого напряжения. Затем на высоковольтный электрод 1 от источника 13 подают импульсы высокого напряжения. Между призабойными концами электродов 1 и 2 непосредственно в горной породе происходят электрические разряды, отрывающие кусочки горной породы (шлам) от блока 12 на высоту h (фиг.1). Высота h имеет переменное значение и если h=0, т.е. отрыва горной породы над заземленным электродом 2 не происходит, например, когда энергии одного электрического разряда недостаточно для отрыва породы, то заземленный электрод препятствует подъему двухэлектродного устройства вверх. По мере разрушения горной породы над заземленным электродом 2 узел периодических подъемов и спусков 8 поднимает двухэлектродное устройство на высоту блока 12 через продольные прорезы нижней и верхней направляющих 5 и 6. После этого двухэлектродное устройство с помощью узла 8 опускают в нижнее положение, а с помощью каретки 7 перемещают в направлении прорезаемой в блоке горной породы 12 щели, и операции повторяют до разрезания этого блока на две части или до образования щели заданной глубины.The method is as follows. At the bottom of the tank 10, concrete supports 11 are placed, positioning them so that there is a longitudinal gap between them for the passage of the grounded electrode 2 and its dielectric holder 4. A block of rock 12 made of sandstone on lime cement is placed on these supports 11 and the tank 10 is filled with water 16 Under the lower surface of the rock block 12, a grounded electrode 2 is fed; at the same time, the high-voltage electrode 1 is installed with the bottom end on the side surface of the block 12 at a distance from the grounded electrode selected for a particular rock taking into account the parameters of the high voltage pulses. Then, high voltage pulses are supplied to the high-voltage electrode 1 from the source 13. Between the bottom-ends of the electrodes 1 and 2, electrical discharges occur directly in the rock, tearing pieces of rock (sludge) from the block 12 to a height h (Fig. 1). The height h has a variable value and if h = 0, i.e. rock detachment above the grounded electrode 2 does not occur, for example, when the energy of one electric discharge is not enough to detach the rock, the grounded electrode prevents the two-electrode device from rising upward. As the destruction of the rock above the grounded electrode 2, the node of periodic ups and downs 8 raises the two-electrode device to the height of the block 12 through the longitudinal cuts of the lower and upper guides 5 and 6. After that, the two-electrode device is lowered to the lower position using the node 8, and using the carriage 7 are moved in the direction of the slit cut in the rock block 12, and the operations are repeated until this block is cut into two parts or until a gap of a predetermined depth is formed.

Таким образом, предложенный способ значительно проще существующих способов, т.к. позволяет вести резание блоков без прокачки промывочной жидкости, и дешевле, т.к. не требует промывочной системы. Кроме того, в предложенном способе электроды не стоят на пути выхода (выноса) шлама из межэлектродного зазора, поэтому в нем нет затрат энергии на переизмельчение шлама. Так, при расстоянии между высоковольтным 1 и заземленным 2 электродами 14-16 мм объем шлама песчаника фракции более 7 мм увеличился по сравнению со способом-прототипом почти на 80%.Thus, the proposed method is much simpler than the existing methods, because allows cutting blocks without pumping flushing fluid, and cheaper, because does not require a flushing system. In addition, in the proposed method, the electrodes do not stand in the way of exit (removal) of sludge from the interelectrode gap, therefore, there is no energy consumption for regrinding of the sludge. So, with a distance between the high-voltage 1 and the grounded 2 electrodes of 14-16 mm, the volume of the sandstone sludge fraction more than 7 mm increased compared with the prototype method by almost 80%.

Claims

An electropulse method of cutting rock blocks by supplying high voltage pulses to a two-electrode device with a high voltage and grounded electrodes moving along a block immersed in a liquid, characterized in that, before applying high voltage pulses to the high voltage electrode, a grounded electrode is brought under the lower surface of the raised block, and a high-voltage electrode is installed on the side surface of the block at a selected distance from the grounded electrode, after which, by applying pulses to high voltage to the high voltage electrode, at least above the fracture rock electrode grounded electrode assembly is raised to the height of the block, is then lowered into position and the operation is repeated until a desired cut.