DE3219618C2 - Tool for splitting or blasting rock - Google Patents
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Abstract
Verfahren für Spaltung von Gestein und Bergbau, nach welchem Verfahren in das Gestein (7) ein Loch (8) gebohrt wird, in welches ein Spaltstab (1) mit einem aus einem elastischen Material hergestellten Preßstück (6) eingeschoben wird. Durch Zusammendrücken des Preßstückes axial im Loch wird das Preßstück radial expandiert, um eine, die Bruchfestigkeit überschreitende Kraft auf die Wand des Loches zu richten, welche Kraft das Gestein zerspaltet. Das elastische Preßstück drückt gleichmäßig gegen eine sogar unebene Wand und bewirkt eine kontrollierte Spaltung. Das Spaltungswerkzeug umfaßt einen, an eine Kraftanordnung (2) befestigten Spaltstab (1), welcher mit einem, axial zwischen zwei Gegenstücken (4, 5) befindlichen Preßstück (6) versehen ist. Die Gegenstücke werden mit der Kraftanordnung so bewegt, daß sie das Preßstück axial zusammendrücken und das Preßstück zwingt, sich radial zu expandieren.Method for splitting rock and mining, according to which method a hole (8) is drilled into the rock (7), into which a split rod (1) with a pressed piece (6) made of an elastic material is inserted. By compressing the pressing piece axially in the hole, the pressing piece is expanded radially in order to apply a force exceeding the breaking strength to the wall of the hole, which force splits the rock. The elastic pressing piece presses evenly against an even uneven wall and causes a controlled split. The splitting tool comprises a splitting rod (1) which is fastened to a force arrangement (2) and which is provided with a pressing piece (6) located axially between two counterparts (4, 5). The counterparts are moved with the force arrangement so that they axially compress the pressing piece and force the pressing piece to expand radially.
Description
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Spalten oder Sprengen von Gestein gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a tool for splitting or blasting rock according to the preamble of Claim 1.
Mit einem bekannten Werkzeug dieser Art (DE-PS 22 29 940) wird ein Spaltungsverfahren durchgeführt, das den Nachteil hat daß die auf die Bohrlochwandung zu übertragenden Radialkräfte dort im wesentlichen punktförmig auftreffen, indem ein hydraulisch getriebener mechanischer Keil mit zwei keilförmigen starren Backen zunächst jedenfalls nur auf den Unebenheiten der Bohrlochwandung zur Anlage kommt, wenn zwischen die beiden Backen mit Hilfe einer hydraulisch erzeugten Kraft ein Keil geschoben wird. Diese im wesentlichen punktförmigen Kräfte führen zu einer unkontrollierten Zersplitterung des Gesteins, die in vielen Fällen unerwünscht ist.With a known tool of this type (DE-PS 22 29 940) a cleavage process is carried out, this has the disadvantage that the radial forces to be transmitted to the borehole wall are essentially there impinge punctually by placing a hydraulically driven mechanical wedge with two wedge-shaped rigid Baking initially only comes to rest on the unevenness of the borehole wall if between a wedge is pushed through the two jaws with the help of a hydraulically generated force. This essentially punctiform forces lead to an uncontrolled fragmentation of the rock, which in many cases is undesirable.
Bei einem anderen bekannten Sprengstab (DE-AS 12 94 305) wird ein mit Preßluft beaufschlagter Dehnoder Blähschlauch verwendet, der sich zwischen den starren Endstücken des Stabes befindet und sich mit Hilfe der Preßluft im Bohrloch festklemmen läßt. Dabei legt sich der Schlauch aufgrund seiner Elastizität an die Bohrlochwandung an, und zwar auch dann, wenn Verunreinigungen im Bohrloch vorhanden sind. Hierbei dient jedoch der Blähschlauch nicht als alleiniges Mittel zum Spalten oder Sprengen des Gesteins, sondern nur in Verbindung mit einer Berstscheibe, die nach Überschreitung eines Ciienzdriickes schlagartig mit dem im llliihschliiiieh herrschenden Luftdruck beaufschlagt w Hil. innl dir iliulutvli cr/cu|:te 1 .iiluliiickwcllo dient als Sprengimpuls für das durch den Blähschlauch bereits unter Vorspannung gebrachte Gestein. Da für jede Sprengung das Einsetzen eines neuen Scherstiftes oder einer neuen Berstscheibe erforderlich ist ist der Einsatz dieses Werkzeugs relativ aufwendig.In another known explosive rod (DE-AS 12 94 305) a compressed air is applied to the expansion or Inflation tube used, which is located between the rigid end pieces of the rod and with Can clamp the help of compressed air in the borehole. Due to its elasticity, the hose lies against the Borehole wall, even if contaminants are present in the borehole. Here However, the inflatable hose does not serve as the sole means of splitting or blasting the rock, but only in connection with a rupture disc, which after exceeding of a Ciienzdriickes abruptly with the im llliihschliiiieh applied air pressure w Hil. innl dir iliulutvli cr / cu |: te 1 .iiluliiickwcllo serves as Blasting pulse for the rock that has already been pre-tensioned by the inflation hose. There for everyone Explosion requires the insertion of a new shear pin or a new bursting disc is the use this tool is relatively expensive.
Es ist ferner eine hydraulische Sprenghülse zum Sprengen von Gestein bekannt (DE-PS 5 14 338). mit der jsdoch unkontrollierte Gesteinszertrümmerungen bereits deshalb nicht verhindert werden können, weil die Gummihülse von einer Armierung aus ineinandergeschobenen Stahlrohren umgeben ist zwischen denen sich zwar Schlitze befinden, die jedoch mit einem erheblich geringeren Ausmaß verformbar sind als die Gummihülse, so daß die Stahlrohre im Hinblick auf die auf die Bohrlochwandung zu übertragenden Kräfte in etwa mit den keilförmigen Backen des eingangs genannten Standes der Technik vergleichbar sind, mit denen ebenfalls nur eine mehr oder weniger unkontrollierte Zertrümmerung des Gesteins möglich ist Darüber hinaus ist die bekannte Sprenghülse eine hydraulische Vorrichtung, die durch die Art der Aufbringung und Steuerung des Preßwassers einen erheblichen technischen Aufwand bedingtThere is also a hydraulic detonator for blasting rock known (DE-PS 5 14 338). with However, the uncontrolled fragmentation of rock cannot be prevented because the rubber sleeve is surrounded by a reinforcement of steel pipes pushed into one another between them there are slots, but they are deformable to a much lesser extent than the rubber sleeve, so that the steel pipes with regard to the forces to be transmitted to the borehole wall approximately are comparable with the wedge-shaped jaws of the prior art mentioned at the beginning, with which also only a more or less uncontrolled fragmentation of the rock is possible the known detonator is a hydraulic device, which by the type of application and control the press water requires a considerable technical effort
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das - Werkzeug der genannten Art so auszubilden, daß eine möglichst genaue Kontrolle bzw. Steuerung der Spaltung des Gesteins ermöglicht wird.The object of the invention is therefore that - To train tool of the type mentioned so that the most precise control or control of the cleavage of the rock is made possible.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the characterizing part of claim 1.
Durch diese Konstruktion werden zur kontrollierten Sprengung des Gesteins die radialen Kräfte auf das Gestein dadurch übertragen, daß wenigstens das eine starre Ansatzstück gegen das andere axial verschoben wird und der elastisch verformbare Teil unter Beibehaltung seines Volumens radial gegen die Bohrlochwandung gepreßt wird. Dies bedeutet, daß das Volumen des inneren oder elastischen verformbaren Teils des Sprengstabs sich nicht vergrößert, während dieser Teil radial expandiert sondern aufgrund der axial wirkenden, über die Ansatzstücke übertragenen Druckkräfte sich in dem Maße radial verformt nämlich vergrößert, wie es axial verformt nämlich verkürzt wird.With this construction, the radial forces on the rock are used for the controlled blasting of the rock transmitted in that at least one rigid extension piece is axially displaced against the other and the elastically deformable part is pressed radially against the borehole wall while maintaining its volume will. This means that the volume of the inner or elastically deformable part of the explosive rod does not increase while this part expands radially but due to the axially acting over the Extension pieces transmitted compressive forces are deformed radially to the extent that it is increased axially is deformed namely shortened.
Dadurch erfolgt keine schlagartige Kraftentfaltung gegenüber dem Gestein und damit kein unkontrolliertes Zersplittern oder Spalten.As a result, there is no sudden force development against the rock and thus no uncontrolled one Splinter or split.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous refinements of the invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing explained. In the drawing shows
Fig. 1 eine schematische Teilaxialschnittansicht des so Werkzeugs in einem Bohrloch vor der Gesteinssprengung, Fig. 1 is a schematic partial axial sectional view of the so tool in a borehole before the rock blast,
Fig.2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht des Werkzeugs nach der Gesteinssprengung und2 shows a view corresponding to FIG. 1 of the Tool after the rock blast and
F i g. 3 eine Seitenansicht mehrerer in je einem Bohrloch befindlicher Werkzeuge, die an eine gemeinsame Druckmittelquelle angeschlossen sind.F i g. 3 shows a side view of several in one borehole each located tools that are connected to a common pressure medium source.
Das in den F i g. 1 und 2 gezeigte Werkzeug weist imThe in the F i g. 1 and 2 shown tool has in
wesentlichen einen Spaltstab ί und einen an diesem befestigten hydraulischen, zylinderförmigen Kraftantrieb 2 auf, der jedoch auch durch eine andere bekannte Krafterzeugungsvorrichtung ersetzt werden kann.essentially a split rod ί and a hydraulic, cylindrical power drive attached to it 2, which, however, can also be replaced by another known force generating device.
Der Spaltstab 1 ist mit einem stangenförmigen Gegenstück 3 versehen, an dessen einem Ende sich ein Ansatzstück 4 befindet, das einen größeren Durehmestö ser hat als das stangenförmige Gegenstück 3. sowie mit einem anderen Ansatzstück 5 in Form eines Rohrev durch das das stangenförmige Gegenstück 3 sich mit Spiel hindurcherstreckt. Beide Ansatzstücke 4, 5 sindThe split rod 1 has a rod-shaped counterpart 3 provided, at one end there is an extension piece 4, which has a larger Durehmestö ser has as the rod-shaped counterpart 3. and with another extension piece 5 in the form of a Rohrv through which the rod-shaped counterpart 3 extends through with play. Both extension pieces 4, 5 are
32 19 Ö1832 19 Ö18
durch den Kraftantrieb 2 axial relativ zueinander beweglich. Ferner ist ein hakenförmiges Preßstück 6 zwischen den beiden Ansatzstücken 4 und 5 vorhanden, durch das sich ebenfalls das stangenförmige Gegenstück 3 hindurcherstreckt. Das Ansatzstück 4 bildet eine sich gegen eine Endfläche des Preßstücks 6 abstützende, ringförmige Ansatzfläche 4a, während das andere Ansatzstück S eine sich an der anderen Endfläche des Preßstücks abstützende Ansatzfläche 5a bildet Die Ansatzstücke 4 und 5 sowie das hülsenförmige PreBstück 6 bilden in Ruhelage eine zylinderförmige Fläche, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser des in das zu spaltende Gestein 7 eingebohrten Bohrloches 8.axially movable relative to one another by the power drive 2. Furthermore, there is a hook-shaped pressing piece 6 between the two extension pieces 4 and 5, through which the rod-shaped counterpart 3 also extends. The extension 4 forms a against one end face of the pressing piece 6 supported, annular extension surface 4a, while the other extension piece S an attachment surface 5a supported on the other end face of the pressing piece forms the attachment pieces 4 and 5 and the sleeve-shaped PreBstück 6 form a cylindrical surface in the rest position The outer diameter is slightly smaller than the diameter of the one drilled into the rock 7 to be split Borehole 8.
Der hydraulische Kraftantrieb 2 weist ein Gehäuse 9 auf, das mit dem rohrförmigen Ansatzstück 5 fest verbunden ist, sowie ein kolbenförmiges Antriebsorgan 10, das an dem stangenförmigen Gegenstück 3 befestigt ist Der Zylinderraum ist mittels eines Rohres 12 über ein gewöhnliches Antriebsventil 13 mit eine·- Druckmittelquelle 14 verbunden.The hydraulic power drive 2 has a housing 9 which is firmly connected to the tubular extension piece 5 is, as well as a piston-shaped drive element 10 which is attached to the rod-shaped counterpart 3 The cylinder space is connected to a pressure medium source by means of a pipe 12 via a conventional drive valve 13 14 connected.
Das PreBstück 6 besteht aus einem elastischen Material, das deformierbar ist jedoch volumenmäßig nicht wesentlich zusammengepreßt wird, wenn es durch eine äußere Kraft zusammengedrückt wird. Geeignete Malerialien sind beispielsweise Gummiqualitäten verschiedener Art sowie Polyurethan.The PreBstück 6 consists of an elastic material, however, the deformable is not compressed substantially in terms of volume when it is through a external force is compressed. Suitable paints are, for example, rubber qualities of different Art as well as polyurethane.
Das im obigen beschriebene Werkzeug wird zum Spalten oder Sprengen des Gesteins wie folgt eingesetzt. Der Spaltstab 1 wird in das in dem zu spaltenden Gestein vorbereitete Bohrloch so eingeführt, daß das Preßstück 6 im Bohrloch ganz oben liegt. Danach wird der Zylinderraum 11 mit Hydraulikdruckmittel beaufschlagt wobei das kolbenförmige Antriebsorgan 10 sich in bezug auf das Gehäuse nach oben bewegt und das stangenförmige Gegenstück 3 sich in bezug auf das rohrförmige Ansatzstück 5 entsprechend nach oben verschiebt. Dadurch wird das Preßstück axial zwischen den Ansatzflächen 4a und 5a zusammengedrückt wobei es entsprechend in radialer Richtung nach außen gedehnt wird und sich mit seiner ganzen Mantelfläche dicht an die Wandung des Bohrloches preßt. Wenn das hydraulische Antriebsorgan 10 das stangenförmige Gegenstück hochzieht, vergrößert sich der durch die Wirkung des sich ausdehnenden Preßstückes auf das Gesicin radial gerichtete Preßdruck. Wenn der Preßdruck die Bruchfestigkeit des Gesteins überschreitet, zerbricht das Gestein. Danach wird der im Zylinderraum herrschende Hydriulikdruck gesenkt, wobei das stangenförmige Gegenstück durch das elastische Preßstück zurück in die Ausgangslage geschoben wird, so daß der Spaltstub in das nächste Bohrloch eingesteckt werden kann.The tool described above is used to split or blast the rock as follows. The split rod 1 is inserted into the prepared borehole in the rock to be split so that the Press piece 6 is in the borehole at the top. Then the cylinder space 11 is acted upon with hydraulic pressure medium wherein the piston-shaped drive member 10 moves with respect to the housing upwards and the rod-shaped counterpart 3 with respect to the tubular extension piece 5 accordingly upwards shifts. As a result, the pressing piece is compressed axially between the attachment surfaces 4a and 5a, with it is accordingly stretched outward in the radial direction and with its entire surface area presses tightly against the wall of the borehole. When the hydraulic drive member 10 is the rod-shaped counterpart pulls up, the effect of the expanding pressed piece on the face increases radially directed pressing pressure. If the pressure exceeds the breaking strength of the rock, it breaks the rock. Then the hydraulic pressure prevailing in the cylinder chamber is reduced, whereby the rod-shaped Counterpart is pushed back into the starting position by the elastic pressing piece, so that the split stub can be inserted into the next borehole.
Das im obigen beschriebene Werkzeug ist hinsichtlich seiner Konstruktion und seiner Funktionsweise relativ einfach. Mit Hilfe des elastischen Preßstückes läßt sich die von ihm auf das Gestein gerichtete Preßkraft gleichmäßig über die gesamte Wandfläche des Bohrlochs verteilen, und zwar trotz eventueller Unebenheiten der Bohrlochwandung. Zur Spaltung des Gesteins wird keine größere Kraft benötigt, als sie durch die Bruchfestigkeit des Gesteins bedingt ist, so daß keine explosionsartige Zersplitterung des Gesteins erfolgt sondern ein kontrolliertes Brechen oder Sprengen.The tool described above is relative in terms of its construction and operation simple. With the help of the elastic pressing piece, the pressing force directed by it on the rock can be reduced Distribute evenly over the entire wall surface of the borehole, despite any unevenness the borehole wall. No greater force is required to split the rock than that caused by the The breaking strength of the rock is conditioned, so that no explosive fragmentation of the rock takes place but a controlled breaking or blasting.
Wie aus F i g. 3 ersichtlich, können mehrere Spaltstäbe an ein und dieselbe Druckmittelquelle 14 angeschlossen werden, so z. B. mit dem Ziel, einen Gesteinsbrocken gegebener Größe von einem Fels abzutrennen. Für jedes aus den oben erwähnten Grundbestandteilen 1, 2 aufgebaute Werkzeug kann ferner ein separates Strömungsregelventil 15 vorgesehen werden. Ohne Strömungsregelventil werden die Werkzeuge im Moment des Spaltens oder Sprengens des Gesteins etwas stärker gedehnt wodurch jeweils in den Werkzeugen, die momentan keine Spaltung oder Sprengung des Gesteins bewirken, eine geringfügige momentane Druckminderung stattfindet Bei Verwendung von Strömungsregelventilen wirkt sich die Druckminderung nicht auf die übrigen Werkzeuge aus, so daß deren Preßkraft unverändert aufrecht erhalten wird und für die Spaltung oder Sprengung voll zur Verfugung stehtAs shown in FIG. 3, several split bars can be seen connected to one and the same pressure medium source 14 be, so z. B. with the aim of separating a rock of a given size from a rock. For each A tool constructed from the above-mentioned basic components 1, 2 can also have a separate flow control valve 15 are provided. Without a flow control valve, the tools become a little stronger the moment the rock is split or blasted stretched thereby each in the tools, which momentarily no splitting or blasting of the rock cause a slight momentary pressure reduction When using flow control valves, the pressure reduction does not affect the other tools so that their pressing force is maintained unchanged and for the split or Demolition is fully available
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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