УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1994 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горному делу и строительству, конкретно к устройствам для направленного разрушения монолитных объектов, и может быть использовано для разрушения горных пород (негабаритов), при добывании различных полезных ископаемых блоками путем отрыва их от массива и при разрушении железобетонных фундаментов.

Известно устройство для разрушения горных пород, включающее корпус цилиндрический полый со щелями, пластины распирающие, состоящие из пружинящих полос и твердосплавных сегментов, и размещенный между ними силовой элемент в виде баллона из тонкостенного эластичного материала [1]. Недостатками известного устройства являются относительно малая эффективная (участвующая в создании усилия распора) площадь баллона, определяемая шириной пружинящих полос, которая конструктивно значительно меньше диаметрального размера корпуса, а также недостаточная надежность эластичного баллона на участках, прилегающих к зазорам между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и наружной поверхностью пружинящих полос распорных пластин. В процессе работы этого устройства зазоры уменьшаются от максимальной величины в исходном положении распорных пластин, которое на фигуре не показано, до нуля в конечном их положении, изображенном на фиг.2 (авт.св. N 901522). Условия работы эластичного баллона особенно неблагоприятны на стадии перемещения распорных пластин после упора их вершин в стенки шпура, при этом давление рабочего тела, возрастающее до момента разрушения монолитного объекта, выдавливает эластичный баллон в зазоре между корпусом и ограничителями хода и в момент разрушения монолитного объекта эластичный баллон защемляется между ними). При этом надежность и эффективность устройства снижается по мере увеличения габаритов и прочности монолитных объектов и давления рабочего тела.

Известно также устройство, включающее в себя распорные щеки, связанные пружинами, установленный между щеками распирающий элемент в виде замкнутой камеры с мембранными стенками и систему нагнетания рабочей жидкости в полости камеры, при этом распорные щеки имеют в поперечном сечении эллиптическую форму, а в стенках камеры выполнены впадины, повторяющие в поперечном сечении форму распорных щек [2]. Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает полного (и эффективного) использования деформации камеры на полезную работу - разрушение монолитного объекта, так как некоторая часть деформации (общая величина которой ограничена пределом упругости мембранных стенок и невелика) расходуется на ликвидацию зазоров между устройством (щеками и камерой) и стенками шпура. Еще одним недостатком устройства является то, что при контакте камеры со щеками и стенками шпура продольные участки ее стенок и концевые части остаются свободными, что препятствует повышению давления рабочей жидкости и, следовательно, увеличению распорного усилия и эффективности разрушения монолитных объектов.

Целью изобретения является повышение эффективности разрушения монолитных объектов.

Достигается это тем, что в устройстве для направленного разрушения монолитных объектов, включающем раздвижные щеки, связанные между собой пружинными элементами, замкнутую распорную камеру с мембранными боковыми стенками, установленную между щеками, и систему нагнетания рабочей жидкости в полость распорной камеры, раздвижные щеки выполнены в виде примыкающих друг к другу полуцилиндров с выемками на внутренних поверхностях, в которых размещена распорная камера, при этом одна из раздвижных щек выполнена в виде клиновой пары с сопряженными наклонными поверхностями и снабжена рукояткой, установленной на наружном клине, а поверхности выемок конгруэнтны поверхности распорной камеры.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 и 4 - соответственно сечения по А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг. 5, 6 и 7 - камера соответственно в форме коробок мембранной, сильфонной и с боковыми узлами податливости; на фиг.8, 9 и 10 - разрезы по Г-Г, по Д-Д и по Е-Е соответственно на фиг.5, 6 и 7.

Устройство для направленного разрушения монолитных объектов содержит раздвижные щеки 1 и 2, замкнутую распорную камеру 3, систему нагнетания рабочей жидкости в полость распорной камеры, например, штуцер 4 и патрубок 5, и пружинные элементы, например, кольца 6 и 7. Раздвижные щеки выполнены в виде примыкающих друг к другу полуцилиндров с выемками на внутренних поверхностях для размещения распорной камеры 3, при этом раздвижная щека 1 выполнена цельной, а раздвижная щека 2 - составной по толщине, а именно в виде клиновой пары 8 и 9 с сопряженными наклонными поверхностями и снабжена рукояткой, установленной на наружном клине 9. Замкнутая распорная камера 3 выполнена в форме удлиненной коробки, например мембранной, сильфонной или другой, которая образована жестко соединенными друг с другом профилированными частями из тонкостенного упругого металла, например гофрированной хромоникелевой стали, и выполнена с возможностью деформирования при податливости преимущественно в направлении своей толщины в и раздвижных щек 1 и 2. Поверхность выемок на внутренней поверхности раздвижных щек 1 и 2 конгруэнтна поверхности распорной камеры 3.

Устройство работает следующим образом. Устройство, распорная камера 3 которого через систему 4, 5 нагнетания рабочей жидкости присоединена к трубопроводу насоса или мультипликатора (не показаны), удерживают за рукоять, ориентируют так, чтобы плоскость В-В примыкания полуцилиндрических раздвижных щек 1 и 2 совпадала с плоскостью намечаемого разрыва монолитного объекта, вводят в предварительно пробуренный шпур до упора в дно и нажимают на рукоять. При этом составляющая 9 клиновой пары (составной щеки 2) перемещается продольно и в результате взаимодействия сопряженных клиновых поверхностей в поперечном (радиальном) направлении, а составляющая 8 и щека 1 с распорной камерой 3 смещаются в противоположном радиальном направлении.

Таким образом, до нагнетания в распорную камеру 3 рабочей жидкости ликвидируется зазор между цилиндрической поверхностью щек 1 и 2 и стенками шпура в плоскости последующего приложения распорного усилия, т.е. создаются условия, необходимые для эффективной работы распорной камеры 3. По мере порционного нагнетания рабочей жидкости в камеру 3 давление жидкости возрастает и камера, деформируясь, расширяется в направлении раздвижных щек 1 и 2, которые смещаются в радиально-противоположных направлениях и воздействуют на монолитный объект с возрастающим усилием, пропорциональным давлению жидкости, вызывая в нем постепенное увеличение напряжений растяжения, в момент, когда последние достигнут в опасном сечении критической величины, монолитный объект разрушается.

П р и м е р. Раздвижные щеки в виде примыкающих друг к другу полуцилиндров с выемками на внутренних поверхностях и щелевой паз, образуемый выемками, позволяет увеличить ширину а распорной камеры до диаметрального размера d щек и, следовательно, увеличить эффективную площадь S_э единицы длины камеры до величины, максимально возможной в пределах диаметра d устройства (S_э = а х l), тогда как трубчатые, эллипсные, пазовые и другой формы камеры имеют эффективную ширину a=(1/3 - 3/4)d.

Выполнение одной из раздвижных щек составной в виде клиновой пары с сопряженными наклонными поверхностями и снабжение ее рукояткой, установленной на наружном клине, позволяет до нагнетания в камеру рабочей жидкости выбирать зазор между стенками шпура и поверхностью раздвижных щек свободно опущенного в шпур устройства и таким образом использовать деформацию камеры в пределах упругости ее стенок непосредственно на создание полезной нагрузки на монолитный объект.

Конгруэнтность поверхности выемок раздвижных щек и поверхности распорной камеры создает благоприятные условия нагружения стенок камеры и позволяет резко увеличить давление Р рабочей жидкости по сравнению с давлением, выдерживаемым как камерами из эластичного материала, так и из тонкостенного металла, имеющими свободные участки, не контактирующие с поверхностью щек и шпура.

Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить как эффективную площадь S_э распорной камеры, так и допустимое давление рабочей жидкости, что обеспечивает существенное увеличение предельно возможного усилия распора Р = S_э ˙р и повышение эффективности разрушения монолитных объектов, в особенности таких, как крупногабаритные прочные породы и фундаменты с арматурой.

Устройство для направленного разрушения монолитных объектов относится к горному делу и строительству и может быть использовано для разрушения горных пород (негабаритов), при добывании различных полезных ископаемых блоками путем отрыва их от массива и при разрушении железобетонных фундаментов. Сущность изобретения: устройство включает раздвижные щеки (РЩ), распорную камеру (РК), систему нагнетания рабочей жидкости и пружинные элементы. РЩ выполнены в виде примыкающих друг к другу полуцилиндров с выемками на внутренних поверхностях, одна из РЩ выполнена составной в виде клиновой пары и снабжена рукоякой, присоединенной к наружному клину. РК с мембранными боковыми стенками установлена между РЩ, в их выемках. Поверхность выемок РЩ конгруэнтна наружной поверхности РК. 1 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОБЪЕКТОВ, включающее раздвижные щеки, связанные между собой пружинными элементами, замкнутую распорную камеру с мембранными боковыми стенками, установленную между щеками, и систему нагнетания рабочей жидкости в полость распорной камеры, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности разрушения, раздвижные щеки выполнены в виде примыкающих друг к другу полуцилиндров с выемками на внутренних поверхностях, в которых размещена распорная камера, при этом одна из раздвижных щек выполнена составной в виде клиновой пары с сопряженными наклонными поверхностями и снабжена рукояткой, установленной на наружном клине. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность выемок конгруэнтна наружной поверхности распорной камеры.