Способ направленного разрушения природного камня

 

Изобретение относится к области добычи и обработки строительных материалов, в частности природного камня, может быть использовано для раскола отделенных от массива блоков на отдельные элементы и позволяет повысить точность раскола блока, исключить пробой между электродами, неоднократно использовать последние, исключив при этом сложную технику и технологию металлизации поверхности. Способ предполагает образование щелевого пропила на боковых гранях отделенного от массива блока породы, в т.ч. и смежных, последующую установку в этих щелях электродов с прижатием их ко дну щелей, подключение их к высокопотенциальному полюсу высокочастотного генератора при заземлении другого его полюса. Обрабатываемый блок при этом устанавливают с зазором относительно земли, который заполнен воздухом или другим диэлектриком. Возможно управление процессом роста трещин, расположением электродов на смежных гранях блока и/или подключением и отключением специальных электрических нагрузочных средств. 2 з.п. ф-лы.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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".

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.

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".

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.

Обрабатываемый блок породы устанавливают с воздушным зазором относительно земли. Данный зазор может быть заполнен любым диэлектрическим материалом.

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.

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.

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.).

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.

Формула изобретения

1. Способ направленного разрушения природного камня, включающий выполнение щелевых углублений на гранях блока породы в плоскости предполагаемого раскола, размещение на дне щелей линейных электродов, подключенных к высокочастотному генератору, нагрев породы в поле высокой частоты, отличающийся тем, что все электроды подключают только к одному высокопотенциальному выходу генератора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что породный блок в процессе разрушения размещают электрически изолированно от земли.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют управление процессом разрушения регулированием выделения тепла на отдельных участках обрабатываемого блока.