Rozłupiarki hydrauliczne

Szczegóły

Opublikowano: czwartek, 04, styczeń 2007 08:56

Bloki kamienne przeznaczone do piłowania na płyty lub przetworzenia na inne elementy budowlane muszą mieć formę zbliżoną do regularnego prostopadłościanu.Aby je uzyskać, konieczne jest odspojenie bloku od calizny, dzielenie i nadanie im wymaganego kształtu. Zabiegi te wykonywano początkowo ręcznie, przy zastosowaniu wierteł i klinów, później czynności te stopniowo mechanizowano.Wobec znacznego zróżnicowania złóż skalnych pod względem budowy geologicznej, ich lokalizacji i własności fizyko-mechanicznych skał powstało wiele sposobów i metod urabiania złóż. Mimo tak znacznego zróżnicowania można wyróżnić dwie podstawowe grupy metod:

1.Wrębianie polegające na usuwaniu z płaszczyzny podziału warstwy skały o pewnej grubości. Tą metodę stosuje się w wrębiarkach linowych wycinających bloki marmurowe za pomocą lin diamentowych, wrębiarkach łańcuchowych lub tarczach z  diamentowymi tarczami tnącymi o średnicy do 4000 mm.Metodę tą cechuje z jednej strony duża wydajność i dokładność uzyskiwanych bloków, z drugiej konieczność poniesienia wysokich nakładów inwestycyjnych, znaczne zużycie energii i narzędzi, szybko wzrastające w miarę wzrostu zwięzłości skały. Można je efektywnie stosować w złożach jednorodnych, o poziomym uławiceniu, bez większych spękań. Z tego względu do złóż nie spełniających tych warunków stosowana jest inna metoda:

2. Rozszczepianie, w którym wykorzystuje się naturalną skłonność niektórych gatunków skał do dzielenia się według płaszczyzn, nazywanych płaszczyznami łupliwości. Dla uzyskania efektu rozszczepienia konieczne jest wyznaczenie płaszczyzny podziału przez wykucie lub nawiercenie otworów, a następnie wywarcie odpowiedniej siły w kierunku do niej prostopadłym. Do urządzeń tego typu należą m.in. rozłupiarki hydrauliczne, których próby miałem przyjemność przeprowadzić w kamieniołomach Strzegomia, Kośmina, Przedborowej i Radkowa.  Wyniki tych prób, zapoczątkowały praktyczne zastosowanie rozłupiarek w polskich kamieniołomach kamienia budowlanego. W związku z zainteresowaniem tymi urządzeniami, zwłaszcza ze strony młodego pokolenia skalników i kamieniarzy - podajemy podstawowe informacje i dane technologiczne, które mogą się przydać ich aktualnym lub potencjalnym użytkownikom.  Według uzyskanych informacji w Polsce pracuje co najmniej kilkanaście rozłupiarek hydraulicznych.i przewiduje się zakup następnych.

Rozłupiarki wielotłoczkowe

Rozłupiarka wielotłoczkowa, której typowym przedstawicielem jest rozłupiarka systemu ROC-JAK pokazana jest na fig. 1.

Pracuje na zasadzie identycznej, jaka jest stosowana

w hydraulicznych napinaczach pił trakowych. Ciśnienie oleju hydraulicznego oddziałuje bezpośrednio na tłoczki  2 rozmieszczone wzdłuż tworzącej cylindra 1 i wchodzące do wspólnej komory ciśnienio-wej. Dzięki temu wszystkie tłoczki wysuwane są na zewnątrz z jednakową siłą, którą można obliczyć z zależności:

                R = p x f x n         

gdzie:

p - ciśnienie w cylindrze (np. MPa)

f - powierzchnia przekroju

tłoczka (np. cm2)

n - ilość pracujących tłoczków W próbowanych rozłupiarkach siłę tą określano na ok.140 t (1400 kN). Dla zabezpieczenia tłoczków przed bezpośrednim zetknięciem z najczęściej nierówną powierzchnią otworu, stosuje się wkładkę wyrównawczą 3 wsuwaną wraz

z cylindrem do otworu kierunkowego.

 Rozłupiarki jednotłokowe

 Rozłupiarki jednotłokowe systemu DARDA pracują również z wykorzystaniem sił wywoływanych przez układ hydrauliczny, lecz siły te wzmacniane są dodatkowo przez klinowy wzmacniacz mechaniczny. Schemat rozłupiarki tego typu przedstawiono na szkicu fig.2. Podstawowym zespołem roboczym rozłupiarki jest siłownik hydrauliczny, którego przekrój pokazuje fig.3.Wewątrz korpusu siłownika 7 porusza się tłok 8 , zakończony klinem rozpierającym 9. Klin wchodzi pomiędzy okładki 10 o obrysie okrągłym, które wprowadzane są bezpośrednio do otworu wywierconego w kamieniu. Źródłem napędu jest zespół pompowy umieszczony najczęściej na dwukołowym wózku, który mieści silnik napędowy (benzynowy, dieslowski, elektryczny lub pneumatyczny), pompę, rozdzielacze i cylindry robocze. Masa wózka 250-380 kg.

Siła rozpierająca działająca prostopadle do osi otworu obliczana jest z zależności :

gdzie:

kr - współczynnik wzmocnienia, który podaje o ile razy siła rozpierająca jest większa od

siły osiowej P tłoka

R - siła rozpierająca działająca

w otworze, która dla próbowanych egzemplarzy wynosiła średnio ok.430 T (4300 kN/cylinder)

    - współczynnik tarcia pomiędzy klinem i okładkami 

    - kąt nachylenia klina (połowa kąta rozwarcia klina w stopniach)

P - siła wywoływana przez tłok działająca wzdłuż jego osi obliczana ze wzoru gdzie:

p - ciśnienie w cylindrze

(np. w MPa)

d - średnica tłoka (np. w cm).

Podany wzór na współczynnik wzmocnienia pokazuje wpływ kąta klina na parametry rozdzielania kamienia. Im większy jest ten kąt, tym mniejsza jest siła rozpierająca, natomiast zwiększa się wielkość rozsunięcia okładek. Ma to istotne znaczenie przy rozszczepianiu materiałów o mniejszej wytrzymałości, które kruszą się

w miejscu styku z okładkami klina. Do granitu stosowane są kliny

o mniejszej , dla piaskowców o większym pochyleniu.

Współczynniki wzmocnienia dla najczęściej stosowanych kątów pochylenia á wynoszą:

kąt á = 20    kr = 14,4    kąt á = 40    kr = 7,2

         = 30        = 9,6               = 50          = 5,7

Dobór warunków rozszczepiania

Mając do dyspozycji rozłupiarkę hydrauliczną musimy wyznaczyć parametry tak zwanej piły wiertniczej, czyli płaszczyzny podziału bloku wyznaczonej przez otwory kierunkowe. Średnicę otworów d wyznacza średnica okładek klina (Darda) lub średnica cylindra (Roc-Jak) i wynosi najczęściej 32 do 48 mm.

Zalecane rozstawienie otworów wzdłuż płaszczyzny podziału dla urabiania bloków mw lub materiałami ekspandującymi wynosi t = 5 do 10 d  (średnic otworu). Włoscy skalnicy przy urabianiu bloków marmurowych I klasy stosują dość gęste przewierty sięgające pełnej wysokości bloku. W przypadku zastosowania rozłupiarek ilość i długość otworów koniecznych dla uzyskania równej powierzchni podziału jest znacząco mniejsza. Do dokładniejszego omówienia sposobu rozmieszczenia otworów kierunkowych w płaszczyźnie podziału koniecznym jest przyjęcie pewnych oznaczeń umownych.Przekrój dzielonego bloku przedstawia fig. 4, na której schematycznie oznaczono otwory kierunkowe i siły rozszczepiania R działające prostopadle do płaszczyzny podziału. Na płaszczyźnie tej wyodrębniłem:strefę aktywną f = b x h -zawartą wewnątrz pola wyznaczonego przez otwory kierunkowe oraz powierzchnię podziału  F= B x H obejmującą pełną powierzchnię przełomu.  Aby uzyskać dane umożliwiające obliczenie parametrów rozszczepiania określałem umowne naprężenia jako stosunek sił rozszczepiających działających w strefie aktywnej (naprężenia aktywne) i na pełnym przekroju przełomu naprężenie całkowite.

Próby praktyczne

Sposób zastosowania rozłupiarek typu Darda  i Roc-Jak najlepiej obrazują przykłady.

Przykłady te obejmują odspajanie bloków z monolitu, dzielenie odspojonych bloków i brył nadgabarytowych.Przy oglądaniu proszę zwrócić uwagę na ilość i rozmieszczenie otworów kierunkowych. oraz kolejność operacji.

Dzielenie bloków granitowych

Warunki prowadzenia prób przedstawia fig. 5.

Próby oznaczone G1 do G3

Dzielono duży, uprzednio odspojony blok granitu strzegomskiego o objętości ok. 20 m3  na mniejsze bloki o wymiarach przydatnych do dalszej obróbki. W każdej płaszczyźnie podziału wiercono po 3 otwory o średnicy 3,5 cm i głębokości 40 cm Blok rozszczepiano kolejno wzdłuż płaszczyzn 1-2-3 trzycylindrową rozłupiarką systemu Darda. Uzyskano powierzchnie równe, ukierunkowane zgodnie z założeniami z odchyłkami do 3 cm. Wiercenie wiertarką WUP-22 z wydajnością ok.10 cm/min. Wskaźnik ilości otworów  O = 0,65 m/m3 bloku. Czas rozszczepiania ok.1 min, rozwierania szczeliny 3-4 minut.

Próba G4

Przeprowadzona za pomocą dwucylindrowej rozłupiarki Roc-Jak o sile rozpierającej 2x140 t (2 x 1400 kN).Dzielono duży, odspojony blok granitu strzegomskiego - na powierzchni 1,68 m2. Mimo wywołania maksymalnego ciśnienia odspojenie nie nastąpiło. Próba G5 Rozszczepianie brył nadgabarytowych w kamieniołomie „Graniczna”. Zastosowano jednocylindrową rozłupiarkę Darda. Próbom rozszczepiania poddano nieforemne bryły o różnych wymiarach uzyskane w wyniku odstrzałów M, W.Każdy z bloków nawiercano jednym otworem kierunkowym o średnicy 3,2 cm i głębokości 28 cm.i rozszczepiano uzyskując równe przełomy o powierzchni 0,4 do 1 m2.Należy podkreślić, że otwory wiercono w różnych kierunkach w stosunku do naturalnych płaszczyzn łupliwości granitu.

Odspajanie bloków sjenitowych

Warunki prób rozszczepiania sjenitu przeprowadzonych w kamieniołomach „Przedborowa” i „Kośmin”pokazuje fig. 6. Próby S1 i S2W kamieniołomie „Przedborowa” odspojono od lekko spękanego monolitu blok sjenitu o objętości ok.8 m3.Zastosowano 3 cylindrową rozłupiarkę Darda z silnikiem spalinowym o mocy 6 kM. W wyniku odspojenia bloku w płaszczyznach P1 i P2 (podczas którego nastąpiło samo-czynne odspojenie bloku wzdłuż płaszczyzn bocznych) uzyskano foremny blok z odchyłkami do 4 cm od linii międzyotworowej. Odspojenie powierzchni bocznych nastąpiło podczas rozszczepiania poziomego dwoma cylindrami z siłą maks. 860 t. Proszę zwrócić uwagę na małe odstępy międzyotworowe. Wskaźnik otworowy O = 0,4m /m3 bloku.

Próba S3

W kamieniołomie „Kośmin” przeprowadzono próbę dzielenia bloku na powierzchni 5,25 m2.

Próbę przeprowadzono przy pomocy dwucylindrowej rozłupiarki Roc-Jak.

W płaszczyźnie o pow. 5,25 m2 wykonano dwa otwory o średnicy 8,3 cm i długości 60 cm. Zastosowana siła rozpierająca 2x140 t okazała się zbyt mała do pokonania oporu  materiału.

Dzielenie słupów piaskowcowych

Próby P1-P3 Miejscem ich przeprowadzenia był kamieniołom twardego piaskowca „Radków”. Przeprowadzono próbę dzielenia uprzednio obalonego słupa piaskowcowego o przekroju 2,6 x 5 m, przełamanego przy upadku skośnym pęknięciem nachylonym pod kątem 300 w stosunku do osi podłużnej (patrz fig. 7).Stosując równoczesne rozszczepianie trzema cylindrami rozłupiarki Darda uzyskano równe, ukierunkowane zgodnie z założeniami płaszczyzny przełomu P1, P2 i P3 o powierzchniach odpowiednio 10, 8 i 6 m2.Czas wiercenia 1 otworu 1,5 do 2 min. Czas odspajania i rozwierania szczelin nie różnił się od wyników uzyskanych w próbach granitu i sjenitu.

Wskaźnik otworowy o,2-04 m/m3 bloku.

Wnioski praktyczne

1. Wyniki przeprowadzonych prób i obserwacja wieloletniej eksploatacji rozłupiarek Darda, zwłaszcza w warunkach polskich wykazały ich dużą przydatność:

do dzielenia i formowania bloków

rozszczepiania nadgabarytów w zakładach przeróbczych

odspajania bloków z uprzednio odprężonych masywów skalnych

2. Wydajność rozłupiarki jest tak duża, że czas jej efektywnej pracy stanowi nieznaczną część czasu prac wiertniczych przy wykonywaniu otworów kierunkowych.

Z tego względu opłacalna eksploatacja zależy w znacznym stopniu od organizacji prac wiertniczych.

Dzięki małej masie i dużej mobilności (agregat może być holowany za samochodem osobowym), niezależnemu napędowi (silnik spalinowy, elektryczny lub pneumatyczny) rozłupiarka może obsługiwać kilka kamieniołomów i być dowożona do nich po przygotowaniu frontu robót.

3. Zastosowanie rozłupiarek w istotny sposób zmniejsza długość otworów kierunkowych, przy niepogorszeniu dokładności uzyskiwanych powierzchni.

4. Do przeprowadzenia operacji opisanych w przykładach wystarczało wywołanie w strefie aktywnej naprężenia

            a. dla granitu  28 do 80 MPa

            b. sjenitu  82-102 MPa

            c. piaskowca  ok. 21 MPa

Wykorzystane materiały:

1. Rozłupiarki hydrauliczne Górnictwo Odkrywkowe nr 2/1971

2. Materiały informacyjne firmy Darda Systemtechnik GmbH Blumberg dzięki

uprzejmości firmy JUMA Group-Kraków

• nast. »