Способ отделения каменных блоков от массива

Авторы патента:

E21C37/18 - с помощью электрических способов и устройств

E21C37/16 - огневыми способами отбойки или с помощью аналогичных способов, основанных на тепловом эффекте (бурение с использованием тепла E21B 7/14)

Владельцы патента RU 2688701:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при добыче каменных блоков. Технический результат заключается в повышении производительности, надежности и расширении технологической эффективности отделения каменных блоков от массива. Способ отделения каменных блоков от массива включает механическое бурение шпуров перфораторами по продольной линии раскола с большим шагом, а по торцевой линии раскола - с меньшим шагом. Осуществляется позиционирование лазерных приборов над пробуренными перфораторами шпурами для формирования зон концентрации напряжений посредством нарезания продольной щели и торцевой щели лазерными приборами. Шпуры продольной линии раскола с ранее нарезанной лазерным прибором продольной щелью заполняются электропроводящим раствором через трубки, подводимые к отверстиям шпуров посредством привода, из емкости. После заполнения трубки поднимаются, электроды, установленные на подъемной консоли и позиционируемые над отверстиями шпуров, опускаются в шпуры посредством гидроцилиндров, производится подача импульсного электрического разряда на электроды, которые воздействуют на массив ударными волнами для отделения каменного блока от массива. Управление процессами механического бурения, нарезания продольных щелей и торцевых щелей лазерными приборами, отделения каменного блока от массива ударными волнами, посредством подачи электрического разряда на электроды, осуществляется автоматической системой управления, связанной с силовым блоком, гидравлической системой, системой генерации лазерного излучения, расположенными на раме комплекса. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при добыче каменных блоков.

Известен способ добычи блоков камня, содержащий оконтуривание блока системой шпуров, расположенных в вертикальной, боковой и горизонтальной плоскостях, размещение в вертикальных шпурах детонационного шнура, заполнение шпуров невзрывчатым разрушающим веществом, отделение блока от массива путем создания растягивающих усилий по его контуру и инициации детонационного шнура [1].

Способ относится к добыче блоков с использованием взрывчатых веществ и имеет низкую производительность.

Известен буровой способ отделения каменных блоков от массива, заключающийся в пробуривании по линиям намечаемого раскола ряда шпуров, расположенных почти вплотную друг к другу. Бурение осуществляется посредством станка строчечного бурения, оснащенного перфораторами [2].

Недостатками данного способа являются большой объем бурения шпуров, низкая производительность добычных работ, необходимость в использовании дополнительного подъемного оборудования для переустановки станка строчечного бурения.

Известен способ подготовки к выемке скальных пород с использованием лазерного воздействия и автоматизированный комплекс для его осуществления, включающий лазерный прибор с возможностью продольного перемещения, осуществляющий высокотемпературное термодинамическое щелевое лазерное воздействие на горную породу с формированием многорядных зон перекрытия лазерных щелей, обеспечивающих высокую концентрацию напряжений [3, 4]. Процесс нарезания щелей и ослабления массива совмещен с послойно-полосовым фрезерованием скальных пород карьерным комбайном.

Использование лазерного оборудования не обеспечивает необходимых параметров воздействия для отделения каменных блоков от массива.

Известен способ электрогидравлического разрушения твердых тел, включающий бурение в разрушаемом твердом теле по линии раскола шпуров, заполнение их жидкостью, осуществление в них импульсного электрического разряда, воздействующего на тело ударными волнами [5].

Недостатком способа является необходимость большого объема бурения шпуров, снижающего производительность процесса.

Наиболее близким по технической сущности является комбинированный способ отделения каменных блоков от массива, включающий механическое бурение по продольной линии раскола и торцевой линии раскола для создания дополнительной плоскости обнажения посредством бурового оборудования с перфораторами, проходка торцевой щели термическим способом, отделение каменного блока от массива [6].

Недостатками данного способа являются необходимость большого объема бурения шпуров, снижающего производительность процесса, большая энергоемкость и продолжительность термической резки с выбросом продуктов горения.

Технический результат заключается в повышении производительности, надежности и расширении технологической эффективности отделения каменных блоков от массива.

Технический результат достигается тем, что в способе отделения каменных блоков от массива, включающем механическое бурение по продольной линии раскола и торцевой линии раскола для создания дополнительной плоскости обнажения посредством бурового оборудования с перфораторами, проходка торцевой щели термическим способом, отделение каменного блока от массива, позиционирование бурового оборудования относительно продольной линии раскола осуществляется посредством выдвижения гидродомкратов и втягивания кронштейнов комплекса гидроцилиндрами, при этом осуществляется механическое бурение шпуров перфораторами по продольной линии раскола с большим шагом, а по торцевой линии раскола - с меньшим шагом, с последующим соединением с рамой комплекса для перемещения на ширину каменного блока и позиционированием лазерных приборов над пробуренными перфораторами шпурами для формирования зон концентрации напряжений посредством нарезания продольной щели и торцевой щели лазерными приборами, при этом лазерный прибор, нарезающий торцевую щель движется медленнее для создания большего напряжения, при этом шпуры продольной линии раскола с ранее нарезанной лазерным прибором продольной щелью заполняются электропроводящим раствором через трубки, подводимые к отверстиям шпуров посредством привода, из емкости, причем после заполнения трубки поднимаются, электроды, установленные на подъемной консоли и позиционируемые над отверстиями шпуров, опускаются в шпуры посредством гидроцилиндров, производится подача импульсного электрического разряда на электроды, которые воздействуют на массив ударными волнами для отделения каменного блока от массива, при этом управление процессами механического бурения, нарезания продольных щелей и торцевых щелей лазерными приборами, отделения каменного блока от массива ударными волнами, посредством подачи электрического разряда на электроды, осуществляется автоматической системой управления, связанной с силовым блоком, гидравлической системой, системой генерации лазерного излучения, расположенными на раме комплекса.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

Способ отделения каменных блоков от массива изображен на чертежах.

На фиг. 1 - общий вид комплекса вид сбоку; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Способ отделения каменных блоков 1 от массива 2 выполняется с помощью комплекса 3, включающего буровое оборудование 4 с перфораторами 5 для механического бурения шпуров 6 в массиве 2 по продольной линии раскола 7 с большим шагом 8 и торцевой линии раскола 9 с меньшим шагом 10 для создания дополнительной плоскости 11 обнажения каменного блока 1. Позиционирование бурового оборудования 4 относительно продольной линии раскола 7 осуществляется посредством выдвижения гидродомкратов 12 и втягивания кронштейнов 13 комплекса 3 гидроцилиндрами 14. Комплекс 3 последовательно перемещается на ширину 15 каменного блока 1. Лазерные приборы 16 позиционируются над пробуренными перфораторами 5 шпурами 6 для формирования зон концентрации напряжений 17 посредством нарезания продольной щели 18 и торцевой щели 19. Шпуры 6 продольной линии раскола 7 с ранее нарезанной лазерным прибором 16 продольной щелью 18 заполняются электропроводящим раствором 20 через трубки 21, подводимые к отверстиям 22 шпуров 6 посредством привода 23, из емкости 24. Электроды 25, установленные на подъемной консоли 26 и позиционируемые над отверстиями 22 шпуров 6, опускаются в шпуры 6 посредством гидроцилиндров 27. Комплекс 3 оборудован автоматической системой управления 28, связанной с силовым блоком 29, гидравлической системой 30, системой генерации лазерного излучения 31, расположенными на раме 32 комплекса 3.

Способ отделения каменных блоков от массива реализуется следующим образом.

Осуществляется механическое бурение по продольной линии раскола 7 и торцевой линии раскола 9 для создания дополнительной плоскости 11 обнажения посредством бурового оборудования 4 с перфораторами 5, проходка торцевой щели 19 термическим способом, отделение каменного блока 1 от массива 2. Позиционирование бурового оборудования 4 относительно продольной линии раскола 7 осуществляется посредством выдвижения гидродомкратов 12 и втягивания кронштейнов 13 комплекса 3 гидроцилиндрами 14. Осуществляется механическое бурение шпуров 6 перфораторами 5 по продольной линии раскола 7 с большим шагом 8, а по торцевой линии раскола 9 - с меньшим шагом 10. После механического бурения шпуров 6 осуществляется соединение бурового оборудования 4 с рамой 32 комплекса 3 для перемещения на ширину 15 каменного блока 1. Производится позиционирование лазерных приборов 16 над пробуренными перфораторами 5 шпурами 6 для формирования зон концентрации напряжений 17 посредством нарезания продольной щели 18 и торцевой щели 19 лазерными приборами 16. Лазерный прибор 16, нарезающий торцевую щель 19 движется медленнее для создания большего напряжения. Шпуры 6 продольной линии раскола 7 с ранее нарезанной лазерным прибором 16 продольной щелью 18 заполняются электропроводящим раствором 20 через трубки 21, подводимые к отверстиям 22 шпуров 6 посредством привода 23, из емкости 24. После заполнения шпуров 6 трубки 21 поднимаются. Электроды 25, установленные на подъемной консоли 26 и позиционируемые над отверстиями 22 шпуров 6, опускаются в шпуры 6 посредством гидроцилиндров 27. Производится подача импульсного электрического разряда на электроды 25, которые воздействуют на массив 2 ударными волнами для отделения каменного блока 1 от массива 2. Управление процессами механического бурения, нарезания продольных щелей 18 и торцевых щелей 19 лазерными приборами 16, отделения каменного блока 1 от массива 2 ударными волнами, посредством подачи электрического разряда на электроды 25, осуществляется автоматической системой управления 28, связанной с силовым блоком 29, гидравлической системой 30, системой генерации лазерного излучения 31, расположенными на раме 32 комплекса.

Способ повышает производительность, надежность и расширяет технологическую эффективность отделения каменных блоков от массива. Способ обеспечивает повышение безопасности ведения работ и снижение экологической нагрузки на окружающую среду.

Источники информации:

1. Патент РФ №2605100 от 20.12.2016. Способ добычи блоков камня.

2. Чирков А.С. Добыча и переработка строительных горных пород: Учебник для вузов. - 2-е изд., исп. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005, с. 460, рис. 7.1.

3. Патент РФ №2527445 от 27.08.2014. Способ подготовки к выемке скальных пород с использованием лазерного воздействия и автоматизированный комплекс для его осуществления / Чебан А.Ю., Леоненко Н.А., Хрунина Н.П.

4. Чебан А.Ю., Хрунина Н.П., Леоненко Н.А. Результаты экспериментальных исследований по резанию карбонатных горных пород мощным лазерным излучением // Прикладная физика. 2014. №5. С. 34-37.

5. Патент РФ №2163295 от 20.02.2001. Способ электрогидравлического разрушения твердых тел.

6. Чирков А.С. Добыча и переработка строительных горных пород: Учебник для вузов. - 2-е изд., исп. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005, с. 481, рис. 7.7.

Способ отделения каменных блоков от массива, включающий механическое бурение по продольной линии раскола и торцевой линии раскола для создания дополнительной плоскости обнажения посредством бурового оборудования с перфораторами, проходка торцевой щели термическим способом, отделение каменного блока от массива, отличающийся тем, что позиционирование бурового оборудования относительно продольной линии раскола осуществляется посредством выдвижения гидродомкратов и втягивания кронштейнов комплекса гидроцилиндрами, при этом осуществляется механическое бурение шпуров перфораторами по продольной линии раскола с большим шагом, а по торцевой линии раскола - с меньшим шагом с последующим соединением с рамой комплекса для перемещения на ширину каменного блока и позиционированием лазерных приборов над пробуренными перфораторами шпурами для формирования зон концентрации напряжений посредством нарезания продольной щели и торцевой щели лазерными приборами, при этом лазерный прибор, нарезающий торцевую щель, движется медленнее для создания большего напряжения, при этом шпуры продольной линии раскола с ранее нарезанной лазерным прибором продольной щелью заполняются электропроводящим раствором через трубки, подводимые к отверстиям шпуров посредством привода, из емкости, причем после заполнения трубки поднимаются электроды, установленные на подъемной консоли и позиционируемые над отверстиями шпуров, опускаются в шпуры посредством гидроцилиндров, производится подача импульсного электрического разряда на электроды, которые воздействуют на массив ударными волнами для отделения каменного блока от массива, при этом управление процессами механического бурения, нарезания продольных щелей и торцевых щелей лазерными приборами, отделения каменного блока от массива ударными волнами, посредством подачи электрического разряда на электроды, осуществляется автоматической системой управления, связанной с силовым блоком, гидравлической системой, системой генерации лазерного излучения, расположенными на раме комплекса.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при добыче алмазов высокой ценности с обеспечением безопасности и кристаллосбережения щадящей выемкой участков с повышенным содержанием алмазов высокой ценности, в том числе ювелирных алмазов.

Электроимпульсный буровой наконечник // 2656653

Изобретение относится к техническим средствам для бурения скважин в крепких горных породах, мерзлых грунтах электроимпульсным способом высоковольтными разрядами, развивающимися внутри горных пород, и может быть использовано в горнодобывающей и строительной отраслях промышленности, а также при бурении нефтегазовых, гидрогеологических и гидротермальных скважин.

Электроимпульсное буровое долото // 2631749

Изобретение относится к электроимпульсному буровому долоту. Техническим результатом является повышение эффективности бурения.

Электроразрядный способ разрушения горных пород // 2613678

Электроразрядный способ разрушения горных пород может быть использован в горном деле и в строительной промышленности для получения блоков крепких горных пород в каменных карьерах, а также плит, бортовых камней, различных каменных строительных элементов.

Электроимпульсное невращающееся буровое долото // 2580860

Изобретение предназначено для бурения колонковых скважин и скважин без отбора керна с обратной внутренней промывкой в крепких горных породах и может найти применение при геологоразведочных работах, в горнодобывающей промышленности, при строительных работах.

Способ плазменно-электромагнитного воздействия на диэлектрический материал // 2537372

Изобретение относится к технологии термической обработки твердых диэлектрических тел, включая их разрушение, в частности тел с низким коэффициентом поглощения электромагнитного излучения (горные породы, строительные материалы и пр.), и может быть использовано в горном деле и строительстве.

Способ разрушения многокомпонентных изделий // 2526947

Изобретение относится к области переработки и утилизации вторичного сырья. Способ разрушения многокомпонентных изделий, состоящих из металлических элементов с прикрепленными к ним изоляционными элементами, включающий создание в них поля механических напряжений, превышающих предел их механической прочности от воздействия мощных ударных волн, источником которых является канал разряда, сформированный в воде между электродами, установленными в корпусе и подключенными к генератору высоковольтных импульсов, отличающийся тем, что для создания поля механических напряжений в изоляционных элементах изделий, превышающих предел их механической прочности, используют разряды с градиентом энергии 0.8-0.9 Дж/мм, которые осуществляют на границе раздела воды и разрушаемых изоляционных элементов.

Способ электроимпульсного бурения скважин, электроимпульсной буровой наконечник // 2524101

Изобретение относится к области бурения скважин и стволов. Способ бурения твердых тел электрическими импульсными разрядами включает разрушение твердых тел непосредственно высоковольтными импульсными электрическими разрядами в твердых телах между высоковольтным и заземленным электродами электроимпульсного бурового наконечника.

Устройство лазерно-механического бурения кремнеземсодержащих материалов // 2523901

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано для бурения различных отверстий. Устройство содержит электродвигатель, редуктор с полым валом, источник лазерного излучения, инструмент для сверления, механизм возвратно-поступательной подачи инструмента сверления, оптическое волокно, газовую систему, резервуар для жидкости, смеситель, систему впрыскивания жидкости в смеситель, систему отсасывания, каналы для охлаждения оптического волокна, для подачи хладагента в зону забоя и для отвода отсасываемых из зоны забоя хладагента и шлама.

Способ лазерно-механического бурения кремнеземсодержащих материалов // 2521260

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано в сейсмических районах для бурения различных отверстий.

Пиротехнический состав для зарядов теплового разрушения твердых тел // 2622127

Изобретение относится к высококалорийным пиротехническим составам, уплотненные заряды из которых предназначены для использования в технологии разрушения сооружений из бетона, железобетона, кирпича и раскалывания природных глыб без применения взрывчатых веществ.

Способ изготовления пиротехнических зарядов и пиротехнический состав для зарядов теплового разрушения твердых тел // 2559240

Изобретения относится к технологии разрушения сооружений из бетона, железобетона, кирпича и раскалывания природных камней без применения взрывчатых веществ. Способ изготовления пиротехнических зарядов для теплового разрушения твердых тел содержит операции смешивания порошков алюминиево-магниевого сплава, оксида железа или железной окалины и органического горючего связующего, последующее уплотнение смеси.

Способ строительства подземных испарительных систем в высокотемпературных слоях земной породы для тепловых электростанций // 2552240

Изобретение относится к строительству гидротермальных электростанций, использующих тепловую энергию в глубоких слоях недр земли. Способ строительства подземных испарительных систем в высокотемпературных слоях земной породы состоит: в создании системы испарительных полостей на конечном участке глубокой скважины методом выплавления породы плавильным агрегатом, а также в использовании установленного в зоне испарительных полостей испарительного агрегата вместо плавильного агрегата, подающего пресную или морскую воду в испарительные полости, где разбрызгиваемая на горячие поверхности полостей вода превращается в перегретый пар высокого давления и температуры, поступающий в турбогенератор, вырабатывающий электроэнергию, а после конденсации пара используемый для обогрева зданий опресненной горячей водой.

Способ разрушения негабаритов горных пород с использованием лазерного воздействия и роботизированный комплекс для его осуществления // 2533790

Изобретение относится к горной промышленности и принадлежит к электрофизическим способам разрушения горных пород, преимущественно для вторичного дробления негабарита, и может быть использовано для подготовки горных пород высокой крепости для последующей переработки.

Способ подготовки к выемке скальных пород с использованием лазерного воздействия и автоматизированный комплекс для его осуществления // 2527445

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для подготовки горных пород средней крепости к безвзрывному разупрочнению для последующего послойно-полосового фрезерования и выемки карьерными комбайнами.

Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин // 2499119

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению скважин. Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин содержит электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха, при этом адсорбер выполнен в виде двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра, причем адсорбер внутренней стенкой меньшего цилиндра плотно насажен на внешнюю поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу, адсорбент размещен в подпружиненной кассете, свободно перемещающейся в вертикальном направлении между внутренней поверхностью большего цилиндра и внешней поверхностью меньшего цилиндра.

Способ проходки твердых пород при прокладке скважин и туннелей методом выплавления породы // 2481454

Изобретение относится к области проходки скважин или туннелей методом выплавления породы. .

Извлечение руды с использованием взрыва и термического дробления // 2464421

Изобретение относится к горному делу, к способам извлечения полезного ископаемого из рудных жил. .

Способ образования скважин и выработок в горных породах // 2457311

Изобретение относится к области бурения, а именно к способу проходки горных пород путем воздействия на буримую среду энергией струй рабочего агента под давлением. .

Способ бурения скважин с использованием лазерной энергии и устройство для его реализации // 2449106

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения скважин в рыхлых породах, в частности в четвертичных отложениях и техногенных грунтах с одновременным долговечным и экологически чистым беструбным креплением при сооружении гидрогеологических и инженерных скважин различного назначения (на воду, водопонижающих, взрывных, для закрепления оползней, бортов карьеров и отвалов, для установки или сооружения свай в строительстве, укрепления фундаментов зданий и сооружений, прокладки коммуникаций и др.), при проходке и креплении верхних горизонтов, представленных рыхлыми или выветрелыми породами, а также креплении зон тектонических нарушений и изоляции флюидопроявлений и поглощений с применением в последнем случае относительно легкоплавких тампонажных материалов в условиях бурения геологоразведочных и эксплуатационных скважин.