Изобретение относится к горному делу и строительству и может быть использовано для добычи и разделки блочного камня, разрушения бетонных и кирпичных конструкций.
Известен способ разрушения монолитных объектов, включающий создание в теле объекта полости, введение в полость через ее устье давильного элемента с рабочим телом, увеличивающим свой объем при температурном воздействии, выборку зазоров между давильным элементом и стенками полости, температурное воздействие на рабочее тело [1]. Способ осуществляется с помощью устройства для разрушения монолитных объектов, включающего по крайней мере одну продольную стяжку с торцовыми упорами, рабочее тело, расположенное в объеме между торцовыми упорами, элементы нагрева рабочего тела. Недостатками способов, осуществляемых данными устройствами, являются использование дефицитных материалов с эффектом памяти формы, а также необходимость выполнения последующих операций по обжиму силовых элементов из материала с эффектом памяти формы для приведения их в исходную форму. Все это существенно повышает стоимость и трудоемкость работ.
Известен также способ разрушения монолитных объектов, включающий бурение в теле объекта шпуров, размещение в них эластичных тел и приложение распорных нагрузок к стенкам шпура механическим осевым сжатием этих тел [2]. Недостатком известного способа является необходимость использования силовых гидроцилиндров для механического сжатия эластичных тел, а следовательно, гидромагистралей и насосов высокого давления. Все это существенно повышает стоимость и трудоемкость работ.
Целью изобретения является снижение стоимости и трудоемкости разрушения монолитных объектов и обеспечение возможности использования устройства в шпурах различного диаметра.
На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства с одной осевой продольной стяжкой; на фиг. 2 - то же, с тремя продольными стяжками; на фиг. 3 - то же, с двумя продольными стяжками, расположенными по краям упругого элемента с возможностью противонаправленной радиальной раздвижки; на фиг. 4 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез по В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез по Д-Д на фиг. 3; на фиг. 7 - узел I устройства по фиг. 1 с жесткой связью торцов упругого элемента с торцовыми упорами; на фиг. 8 - продольный разрез устройства с торцовыми упорами в форме стаканов; на фиг. 9 - продольный разрез устройства с уплотнителями в виде прокладок между торцовыми упорами и торцами упругого элемента; на фиг. 10 - то же, с уплотнителями в виде колец, установленных по периметру боковых поверхностей торцовых упоров; на фиг. 11 - продольный разрез устройства с торцовым упором в форме стакана с донным расширением и перегородкой между донной и устьевой частями стакана в виде мембраны; на фиг. 12 - то же, что и на фиг. 11, но с перегородкой в виде дифференциального поршня; на фиг. 13 - то же, что и на фиг. 11, но с перегородкой в виде жидкостной перемычки; на фиг. 14 - то же, что на фиг. 8, но с перегородкой в виде поршня; на фиг. 15 - то же, что на фиг. 1, но с нагревательным элементом в виде спирали из материала с эффектом памяти формы, расположенной на наружной стороне упругого элемента.
Устройство включает продольные стяжки 1 (одну осевую - фиг. 1, 4, три симметричные относительно продольной оси - фиг. 2, 5, две краевые с продольными наружными заострениями, установленные с возможностью противонаправленной радиальной раздвижки от продольной оси, фиг. 3, 6), торцовые упоры 2 и 3, один из которых установлен на стяжке 1 с возможностью продольного перемещения и выполнен с элементами фиксации его положения на стяжке, например, резьбовой гайкой 4 с ручками, навинченной на резьбу хвостовика 5 стяжки 1. Упругий элемент 6 из эластомерного материала (материалы на основе элементоорганических каучуков - кремниторганический каучук, фторорганический каучук, термоэластопласты - сантопрен; эластомерный материал на основе углеводородных каучуков - натуральный каучук) расположен в объеме между торцовыми упорами 2 и 3 с зазором с продольными стяжками 1. Элементы нагрева Т упругого элемента 6 могут быть расположены в рабочем теле (фиг. 1, 4, 7), на его наружной (фиг. 3, 6, 9, 15) или внутренней поверхностях (не показано), а также в продольной стяжке (фиг. 2, 5, 8, 10, 11, 12, 13). В качестве элементов нагрева могут быть использованы элементы сопротивления (электроспираль). Упругий элемент 6 может быть жестко связан элементами 7 с торцовыми упорами 2 и 3. Это позволяет вывинчиванием гайки-зацепы 8 через подвижный торцовый упор 2 растягивать упругий элемент перед введением в шпур.
Торцовые упоры 2 и 3 могут быть выполнены в виде стаканов 9, заполненных рабочим телом и обращенных открытыми краями друг к другу, при этом элементы нагрева выполнены с возможностью опережающего нагрева рабочего тела в стаканах 9. Стяжки 1 могут быть гибкими для облегчения ввода в искривленные шпуры. Наружная поверхность рабочего тела может быть закрыта элементом покрытия (не показан). Таким элементом может быть оболочка из высокопрочной резины. Элементы нагрева могут быть расположены в покрытии. Между упорами 2, 3 и торцами упругого элемента могут быть установлены уплотнители в виде прокладок 10 из материала, имеющего модуль сжатия, не превышающий модуль сжатия эластомерного материала и удельное относительное удлинение при разрыве, превышающее это удлинение у эластомерного материала упругого элемента. Уплотнитель может быть выполнен в виде кольца 11, установленного по периметру боковых поверхностей торцовых упоров 2 и 3 в кольцевых канавках. Втулка-компенсатор 12 служит для выборки зазора между торцовыми упорами 2 и 3 и стенками шпура при использовании устройства в шпурах большого диаметра. Втулка нужного диаметра насаживается на торцовый упор, поджимается к кольцу 11 элементом продольного поджима 13. Съемное кольцо 11 имеет наружный диаметр, равный наружному диаметру используемой втулки 12, и установлено между втулкой 12 и торцом рабочего тела. Пpодольные стяжки могут быть выполнены из материала с эффектом памяти формы и термоциклированы с возможностью уменьшения длины при нагревании свыше температуры мартенситного превращения Тм, не превышающей температуру деструкции эластомерного материала. Элементы нагрева на наружной поверхности рабочего тела могут быть выполнены в форме спирали 14 из материала с эффектом памяти формы, термоциклированной с возможностью увеличения диаметра витков при нагревании свыше Тм. Края спирали могут быть жестко связаны с торцовыми вставками. Выполнение упругого элемента с интегральной жесткостью в поперечном сечении (путем облучения снаружи быстрыми электронами), а также покрытие наружной поверхности (эластомерами с большей жесткостью или эластомерами на тканевой основе) обеспечивает повышенную долговечность упругого элемента с увеличением рабочих циклов.
При выполнении устройства согласно фиг. 11-13 донная часть стакана выполняется с уширением 15. В стакане между донной и устьевой частями может быть размещена перегородка, выполненная с возможностью передачи давления из одной части стакана в другую. Донная часть стакана заполнена рабочим телом 16, увеличивающим свой объем при нагревании. Им может быть эластомерный материал, смесь парафина и стеарина. Перегородка выполняется в виде мембраны 17, ступенчатого поршня 18, эластичной емкости, заполненной жесткостью 19, или простого поршня 20. Поршень 18 позволяет увеличить давление, передаваемое на упругий элемент 6, с потерей хода продольного сжатия. Емкость с жидкостью 19 и мембрана 17 позволяют увеличить ход продольного сжатия упругого элемента 6 с потерей усилия, развиваемого рабочим телом 16, в сторону упругого элемента 6. Преимуществом смеси парафин-стеарин является большой процент приращения объема (10-13%) при плавлении. Давление, развиваемое этой смесью в замкнутом объеме, доходит до 2000 атм. Жидкость 19 должна иметь температуру кипения не свыше температуры деструкции упругого элемента. Смесь парафин-стеарин предпочтительнее применять в качестве заполнителя донной части стакана при выполнении на фиг. 14.
Способ осуществляют следующим образом. Устройство устанавливают в пробуренный в монолитном объекте шпур 21. При выполнении устройства на фиг. 7 до размещения в шпуре осуществляют растяжение упругого элемента для облегчения ввода в шпур. Для этого гайку-зацеп 8 вывинчивают вверх. При выполнении устройства на фиг. 3 и 6 его ориентируют наружными заострениями продольных стяжек в плоскости намеченного раскола. После размещения в шпуре осуществляют механическое сжатие упругого элемента вдоль оси шпура до выборки свободных зазоров между наружной поверхностью упругого элемента и стенками шпура. Эта операция осуществляется вручную навинчиванием на продольную стяжку резьбовой гайки 4 или ввинчиванием резьбового стержня 22 (фиг. 2, 3). Полнота выборки зазоров контролируется усилием закручивания при выполнении устройства на фиг. 3 и 6, механическое сжатие упругого элемента приводит к радиальной раздвижке стяжек 1 с упором их заострениями в стенки шпура. Зазор между упругим элементом и продольными стяжками обеспечивает перемещение упругого элемента при растяжении и сжатии.
Таким образом, после выборки зазоров эластомерный материал полностью заполняет замкнутый объем шпура, жесткость которого определяется прочностью монолитного объекта.
Нагревание эластомерного материала приводит к увеличению его объема, что в замкнутом объеме сопровождается ростом давления. Например, для материала на основе кремнийорганического каучука нагревание в таких условиях приводит к росту давления 6-8 атм/град. Нагрев не должен превышать 300оС, т.е. температуры деструкции материала. Слишком быстрый нагрев приводит к неравномерности прогрева и подгоранию эластомерного материала у нагревателя. При слишком медленном нагреве материал проникает в возможные зазоры у торцовых упоров, нарушается целостность упругого элемента. Оптимальная скорость нагрева для эластомерного материала от 3 до 15 град/мин.
Для исключения выдавливания эластомерного материала служат уплотнители 10 или 11; их свойства обеспечивают опережающее расширение и закрытие зазоров между краями торцовых упоров и стенками шпура. При выполнении устройства на фиг. 3, 6 давление эластомерного материала приводит к дальнейшей радиальной раздвижке стяжек с заострениями и образованию направленных трещин. При использовании материалов с эффектом памяти формы их нагрев до Тм приводит к дополнительному росту давления от сокращения стяжек или роста диаметра спирали нагревателя.
При выполнении устройства на фиг. 11-14 нагрев рабочего тела в стаканах сопровождается увеличением его объема с ростом давления. Давление передается на торец упругого элемента. В зависимости от формы перегородки в стакане передача давления осуществляется с увеличением его величины или с ростом хода продольного сжатия. Таким образом, рабочее тело в стаканах обеспечивает дополнительно продольное сжатие упругого элемента с ростом давления на стенки шпура и хода раздвижки. Устройство на фиг. 14 может быть использовано для размещения в глубине шпура, когда отсутствует возможность выборки свободного зазора завинчиванием гайки 4. При достижении требуемой величины давления происходит разрушение монолита. После остывания эластомерного материала оно возвращается к исходному объему. Устройство готово к новому циклу. Замена вышедшего из строя упругого элемента или в случае необходимости изменение высоты рабочей зоны осуществляется снятием его с продольных стяжек при снятом торцовым упоре 2. Упругий элемент из эластомерного материала выдерживает 100 циклов нагреваний до предельной величины в режиме роста давления. При диаметре шпура 42 мм устройство исходным диаметром 40 мм и высотой рабочей зоны 1 м обеспечивает распорное усилие в 950 т при нагревании на 280оС.
В глубоких шпурах устройства могут последовательно соединяться в гирлянды (посекционное размещение), при этом нагрев секций осуществляют автономно, т.е. может быть реализована любая очередность нагрева с любым режимом, целесообразная с точки зрения разрушения конкретного объекта с минимальными трудовыми и энергетическими затратами.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОБЪЕКТОВ | 1992 |
|
RU2039254C1 |
ТЕРМОКОНТЕЙНЕР | 1991 |
|
RU2005965C1 |
АМОРТИЗАТОР | 1992 |
|
RU2044191C1 |
ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПОРШНЕВОЙ АККУМУЛЯТОР МОДУЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ДЛЯ ВСТРОЕННОГО МОНТАЖА И ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ | 2006 |
|
RU2330190C1 |
ГИБКИЙ НАДУВНОЙ УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ) | 1992 |
|
RU2129747C1 |
ГИБКОЕ ЗАПОРНО-ПЛОМБИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО "ЛАВР 2000" | 2001 |
|
RU2184892C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВБИВАНИЯ КРЕПЕЖНОГО ЭЛЕМЕНТА В ОСНОВУ | 2011 |
|
RU2568402C2 |
КООРДИНАТНЫЙ СТОЛ | 1992 |
|
RU2029447C1 |
СПОСОБ УСТАНОВКИ В ШПУР ТРУБЧАТОГО АНКЕРА С КОЛЬЦЕВЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ И АНКЕР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2014 |
|
RU2588049C2 |
СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЛИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО БЕТОНОВ, ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЛИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ | 1996 |
|
RU2107783C1 |
Изобретение относится к горному делу и строительству и может быть использовано для разрушения монолитных объектов статическими нагрузками. Цель изобретения снижение стоимости и трудоемкости разрушения монолитных объектов. В шпур, пробуренный в монолитном объекте, вставляется упругий элемент из эластомерного материала, увеличивающего свой объем при нагревании. Механическим сжатием упругого элемента по направлению продольной оси полости осуществляют выборку зазоров между давильным элементом и стенками шпура. При нагревании упругого элемента не свыше температуры деструкции он увеличивает объем и давит на стенки шпура. При достижении давления, превышающего предел прочности материала объекта на растяжение, объект разрушается. 2 с.п. ф-лы, 35 з.п. ф-лы, 15 ил.
Устройство для сортировки каменного угля | 1921 |
|
SU61A1 |
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок | 1922 |
|
SU21A1 |
Авторы
Даты
1994-12-15—Публикация
1990-04-09—Подача