Результат интеллектуальной деятельности: Способ отделения каменных блоков от массива

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.