DE1284385B

DE1284385B - Device for breaking rocks

Info

Publication number: DE1284385B
Application number: DER43537A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich; Dipl-Ing Herbert; Hoffmann; Gruschka Josef; Ruch; Lunau Wigand
Original assignee: Rheinische Kalksteinwerke GmbH
Current assignee: Rheinische Kalksteinwerke GmbH
Priority date: 1966-06-24
Filing date: 1966-06-24
Publication date: 1968-12-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zertrümmern von Gestein durch dielektrische Erwärmung mittels Hochfrequenzenergie.The invention relates to a device for crushing rock by dielectric heating using high frequency energy.

Es ist bekannt, Stücke ferromagnetischer Mineralien durch Hochfrequenzinduktion von einem größeren Block abzutrennen. Die hierfür benutzte Frequenz liegt in der Größenordnung von etwa 5 MHz. Bei diesem Verfahren bewirkt die im Inneren des Blockes erzeugte lokale Erhitzung innere Spannungen, durch die einzelne Stücke vom Block abgesprengt werden. Handelt es sich um Gestein, das nur wenig oder' kein magnetisches Material enthält, so muß man zum Zwecke der Zertrümmerung eine magnetische Substanz einbringen. Da sich die ferromagnetische Substanz auf Grund der HF-Induktion erhitzt, ist es für eine von Wichtigkeit, daß, die Substanz innigen Kontakt mit dem zu spaltenden Material' hat. Das bedeutet mehr Arbeitsaufwand oder aber höheren Energieverbrauch durch die nur mittelbare Verbindung mit dem Gestein. Auch ist es von Nachteil, daß die eingeführte ferromagnetische Substanz, beispielsweise Beton, bei dem der Sand durch Magneteisenerz ersetzt ist, beim Sprengen des Steines ebenfalls zertrümmert wird, so daß man stets eine neue Füllung vornehmen muß.It is known to induce pieces of ferromagnetic minerals by high frequency induction to be separated from a larger block. The frequency used for this is in the Of the order of about 5 MHz. In this process, it causes the inside of the block Local heating generated internal stresses caused by the individual pieces of the block be blasted off. Is it a matter of rock that has little or no magnetic If it contains material, a magnetic substance must be used for the purpose of breaking it up bring in. Since the ferromagnetic substance heats up due to the HF induction, it is of importance for one that, the substance intimate contact with the one to be cleaved Material '. That means more work or more energy consumption due to the only indirect connection with the rock. It is also disadvantageous that the introduced ferromagnetic substance, for example concrete, in which the sand is replaced by magnetic iron ore, also shattered when the stone was blasted so that you always have to make a new filling.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels dielektrischer Erwärmung eine Spaltung des Materials herbeigeführt wird. Nach dieser Erfindung wird dazu in eine im zu spaltenden Material ausgesparte Einlaßöffnung eine als Injektor ausgebildete Strahlvorrichtung,eingebracht, die durch die Schwingungen ultrahoher Frequenz gespeist wird und diese Ultrahochfrequenzschwingungen durch Injektion des Injektors im Inneren des zu spaltenden Materials konzentriert werden, wobei die injektierten Schwingungen durch eine stellenweise innere dielektrische Erwärmung des zu spaltenden Materials eine Spaltung desselben herbeiführen.Furthermore, a method is known in which by means of dielectric Heating causes a cleavage of the material. According to this invention is used as an injector in an inlet opening recessed in the material to be split trained beam device, introduced, which is due to the vibrations ultra-high Frequency is fed and these ultra-high frequency oscillations by injection of the Injectors are concentrated inside the material to be cleaved, the injected vibrations due to internal dielectric heating in places of the material to be cleaved bring about a cleavage of the same.

Die von Magnetrons erzeugten Schwingungen ultrahoher Frequenz sollen dabei eine Wellenlänge von 12 cm (Dezimeterwellen) haben; was 2450 MHz entspricht. Eine solche Frequenz kann in Hohlleitern bzw. Koaxialleitungen fortgeleitet werden, da sich diese Dezimeterwellen hierin zu Strahlenbündeln formen lassen, die aus entsprechenden Strahlvorrichtungen austreten und in Gestein eindringen können. Diese hochfrequente Energie bewirkt eine Erwärmung ohne Gegenelektrode. Hohlleiter sind nur zur Weiterleitung von Dezimeterwellen geeignet. Dezimeterwellen mit den erforderlichen Leistungen sind aber beim augenblicklichen Stand der Technik nur mit ungünstigen Wirkungsgraden zu erzeugen. Die Vorrichtung selbst ist auf Grund ihres Aufbaus und der damit verbundenen Stoßempfindlichkeit zur Verwendung in Steinbrüchen wenig geeignet.The ultra-high frequency vibrations generated by magnetrons are said to be have a wavelength of 12 cm (decimeter waves); which corresponds to 2450 MHz. Such a frequency can be transmitted in waveguides or coaxial lines, since these decimeter waves can be shaped into bundles of rays that consist of corresponding Blasting devices can escape and penetrate into rock. This high frequency Energy causes heating without a counter electrode. Waveguides are only for forwarding suitable for decimeter waves. Decimeter waves with the required performances but are only with unfavorable degrees of efficiency with the current state of the art to create. The device itself is due to its structure and the associated Impact sensitivity not very suitable for use in quarries.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine Vorrichtung zu schaffen, die in einem günstigeren Frequenzbereich die Zertrümmerung von Gesteinsbrocken bewirkt, wobei die Vorrichtung gegenüber äußeren Einflüssen, beispielsweise Stößen, sehr unempfindlich ist.The present invention has set itself the task of a device to create the breaking up of rocks in a more favorable frequency range causes, the device against external influences, such as shocks, is very insensitive.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Zertrümmerung von Gestein durch dielektrische Erwärmung mittels Hochfrequenzenergie mit einer in ein Bohrloch eingeführten stabförmigen Elektrode die Gegenelektrode das Erdreich oder eine Platte ist. Um die Erwärmung in möglichst kurzer Zeit im Innern des Steins, zu erreichen,- ist die Tiefe des für die Elektrode vorgesehenen Bohrloches abhängig von der Größe des Steines. Als Elektrode dient ein Stab aus- elektrisch leitendem Material mit einem Durchmesser von 10 bis 40 mm. Bei Anlegung der elektrischen Spannung an die Elektrode entsteht so ein unsymmetrischer Feldlinienverlauf, und man erhält in der Nähe der stabförmigen Elektrode durch Konzentration der Feldlinien eine Konzentrierung der Wärmeentwicklung. Da die Wärmeübertragung nicht .auf einerWärmeleitung zwischen Elektrodenstab und Stein beruht, ist ein Formschluß zwischen der stabförmigen Elektrode und dem zu spaltenden Material nicht erforderlich.The invention is characterized in that for the destruction of Rock by dielectric heating using high frequency energy with an in one Borehole introduced rod-shaped electrode the counter electrode the soil or is a plate. In order to warm up inside the stone in the shortest possible time, - depends on the depth of the drill hole provided for the electrode on the size of the stone. An electrically conductive rod is used as the electrode Material with a diameter of 10 to 40 mm. When the electrical voltage is applied an asymmetrical field line course arises at the electrode, and one obtains a concentration in the vicinity of the rod-shaped electrode due to the concentration of the field lines the heat development. Since the heat transfer does not take place on a heat conduction between Electrode rod and stone is based, there is a form fit between the rod-shaped electrode and the material to be cleaved is not required.

Als Gegenelektrode kann auch ein Stab dienen. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform ist die Verwendung zusätzlicher stabförmiger Elektroden, die in Bohrlöcher im Gestein eingeführt werden, wodurch sich zwei oder mehrere Stellen im Stein ergeben, wo eine Konzentrierung der Wärmeentwicklung stattfindet. Hierbei werden zwei Elektroden auf gleiches Potential geschaltet.A rod can also serve as the counter electrode. Another beneficial one Embodiment is the use of additional rod-shaped electrodes, which are shown in Boreholes are introduced in the rock, creating two or more spots result in the stone, where a concentration of the heat development takes place. Here two electrodes are switched to the same potential.

Um Kapazitätsänderungen, die durch Größe und Materialeigenschaften des Steines bedingt sind, in tragbaren Grenzen zu halten, ist es zweckmäßig, eine Hilfskapazität parallel zum Stein zu schalten. Die Größe der Kapazität wurde so groß gewählt, daß kleine Änderungen der obenerwähnten Kapazität die Gesamtkapazität des Schwingungskreises nur wenig beeinflussen.About changes in capacity caused by size and material properties of the stone are to be kept within acceptable limits, it is advisable to use a To connect auxiliary capacitance parallel to the stone. The size of the capacity became like this chosen to be large, so that small changes in the above-mentioned capacity reduce the total capacity affect the oscillation circuit only a little.

Zur dielektrischen Erwärmung benutzt man zweckmäßig eine Frequenz zwischen 4 und 40 MHz.A frequency is expediently used for dielectric heating between 4 and 40 MHz.

An Hand der Zeichnungen sind die einzelnen Anordnungen verdeutlicht.The individual arrangements are illustrated using the drawings.

In F i g.1 wird als Elektrode ein Stab benutzt und als Gegenelektrode eine Platte, dadurch erhält man ein unsymmetrisches elektrisches Feld und damit eine Konzentration des Feldlinienverlaufs. Als Platte kann auch das Erdreich dienen. Der Arbeitsablauf wird dadurch erleichtert und verkürzt.In FIG. 1, a rod is used as the electrode and as the counter electrode a plate, thereby creating an asymmetrical electric field and thus a concentration of the field lines. The ground can also serve as a plate. This simplifies and shortens the workflow.

In F i g. 2 werden zwei Stäbe als Elektroden benutzt. Hier entsteht ein homogener Feldlinienverlauf. In F i g. 3 werden mehrere Elektroden benutzt, dadurch ist es möglich, gleichzeitig mehrere Stücke von einem Gesteinsblock abzuspalten.In Fig. 2 two rods are used as electrodes. Here arises a homogeneous field lines. In Fig. 3 several electrodes are used, this makes it possible to split off several pieces from a rock block at the same time.

Claims

Claims: 1. Device for breaking rock through dielectric heating by means of high frequency energy with a rod-shaped electrode, which is introduced into a borehole, characterized in that the counter electrode the soil or a plate.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the counter electrode is a rod.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized characterized in that additional rod-shaped electrodes in boreholes in the rock are introduced, with at least two electrodes connected to the same potential and an adjustable auxiliary capacitance are the electrodes of different potential connects.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the applied alternating voltage for dielectric heating has a frequency of 4 to 40 MHz has.