AT394090B - Verfahren und anordnung zum bohren eines lochs in einen felsen - Google Patents

Description

AT 394 090 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren eines Lochs in einen Felsen mit einer Bohrvorrichtung, die einen um Gelenke schwenkbaren Ausleger, einen am Ende des Auslegers gegenüber diesem um Gelenke schwenkbaren, in seiner Längsrichtung gegenüber dem Ausleger verschiebbaren Vorschubbalken, eine zum Vorschubbalken parallele, gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschiebbare, mit einer Bohrkrone versehene Bohrstange, Winkelfühler an jedem Gelenk zum Messen der Schwenkwinkel der Gelenke, Fühler zum Messen der Längslage des Vorschubbalkens gegenüber dem Ende des Auslegers und zum Messen der Längslage der Bohrstange gegenüber dem Vorschubbalken und an den Fühlern angeschlossene Steuerorgane zum Steuern der Bewegungen des Auslegers und des Vorschubbalkens sowie des Bohrvorgangs aufweist, bei welchem Verfahren zur Bildung des Grundes des Bohrlochs im wesentlichen an der gewünschten Stelle im Felsen die Bohrstange in eine vorbestimmte Richtung koaxial mit dem vorgeplanten Bohrloch gerichtet wird, dadurch, daß der Ausleger und/oder der Vorschubbalken gegenüber dem Ausleger um Gelenke geschwenkt wird und das Bohren an der vorbestimmten Stelle dadurch begonnen wird, daß der Vorschubbalken gegen den Felsen verschoben wird, bis sein Ende die Oberfläche des Felsen berührt, wonach die Bohrstange weiter vorgeschoben wird und der Bohrvorgang fortgesetzt wird, bis sich der Grund des gebohrten Loches im wesentlichen an der vorbestimmten Stelle befindet, wobei sämdiche Gelenke und der Vorschubbalken in seiner Längsrichtung während des Bohrvorgangs im wesentlichen unbeweglich verriegelt sind. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens mit einer Bohrvorrichtung, die einen mittels Kraftorgane um Gelenke schwenkbaren Ausleger, einen am Ende des Auslegers gegenüber diesem mittels Kraftorgane um Gelenke schwenkbaren, in seiner Längsrichtung gegenüber dem Ausleger mittels eines Kraftorgans verschiebbaren Vorschubbalken, eine zum Vorschubbalken parallele, gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschiebbare, mit einer Bohrkrone versehene Bohrstange, Winkelfühler an jedem Gelenk zum Messen der Schwenkwinkel der Gelenke, Fühler zum Messen der Längslage des Vorschubbalkens gegenüber dem Ende des Auslegers und zum Messen der Längslage der Bohrstange gegenüber dem Vorschubbalken und an den Fühlern angeschlossene Steuerorgane zum Steuern der Bewegungen des Auslegers und des Vorschubbalkens sowie des Bohrvorgangs aufweist, wobei sämtliche Gelenke und der Vorschubbalken in seiner Längsrichtung während des Bohrvorgangs mittels der Kraftorgane im wesentlichen unbeweglich verriegelt sind.

Beim Bohren eines Loches in einer Felswand ist es zu Beginn des Bohrvorganges vor der Bildung des Loches in der Felswand üblich, daß die Bohrkrone von dem ursprünglich geplanten Berührungspunkt auf der Felsenoberfläche seitlich versetzt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Felsenoberfläche oft uneben und in verschiedenen Weisen geneigt ist, wobei durch die Einwirkung der Vorschubkraft und des Drehens des Bohrers eine die Bohrkrone zur Seite verdrängende Kraftkomponente gebildet wird, die den Ausleger, den Vorschubbalken und auch die Bohrstange biegen. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Bohrstange beim Weiterbohren zu der ursprünglich geplanten Bohrrichtung in einem Winkel steht und noch in einem Abstand davon liegt, wobei das Loch nicht an der geplanten Stelle gebüdet wird, was beim Sprengen eine schlechtere Spaltung und gegebenenfalls unnötigen Abbau und zusätzliche Arbeit zur Folge hat Insbesondere wenn man nach modernen Methoden mit hoher Genauigkeit und möglichst wirtschaftlich arbeiten will beim Abbau von Tunneln und dergleichen, wirkt dieses Phänomen sehr nachteilig und man versucht, es auf verschiedene Weisen zu vermeiden.

Es ist aus der GB-Patentanmeldung 2 103 969 bekannt, um die Bohrstange in der gewünschten Richtung zu halten, für jeden Teil der Bohrvorrichtung, wie z. B. für den Ausleger und den Vorschubbalken einen sog. Steifigkeitsfaktor zu bestimmen, wobei die Winkelwerte der verschiedenen Gelenke als Funktion der Vorschubkraft der Bohrstange korrigiert werden, um die Bohrstange in der Lage zu halten, wo sie ursprünglich festgelegt wurde. Bei der Lösung nach dieser Druckschrift wird aber in keiner Weise die seitliche Verschiebung der Bohrstange auf der Felsenoberfläche berücksichtigt, so daß es nicht möglich ist, das dadurch falsch gerichtete und an falscher Stelle befindliche Loch zu kompensieren.

Die US-Patentschrift 3 724 559 wiederum offenbart eine Lösung, bei der die durch die Vorschubkraft bedingte Biegung des Auslegers und die daraus folgende Biegung der Bohrstange mit einem getrennten Detektor indiziert werden, der wiederum die Schwenkung des Auslegers derart steuert, daß die Bohrstange während des gesamten Bohrvorgangs im wesentlichen gerade bleibt. Auch bei der Lösung nach dieser Druckschrift werden die durch die seitliche Verschiebung entstehenden Fehler nicht berücksichtigt und können auch nicht beseitigt werden.

Die US-Patentschriften 3 791 460 und 4 343 367 wiederum offenbaren, wie eine automatische Ausrichtung der Auslegeranordnung in einer Gesteinsbohrmaschine erfolgt, um die Bohrstange zu Beginn des Bohrvorgangs in die richtige Lage zu bringen. Diese beiden Druckschriften offenbaren aber in keiner Weise, wie die entstandenen Fehler und die durch die seitliche Verschiebung der Bohrstange bedingten Ausweichungen beseitigt werden könnten. US-Patentschrift 3,724,559 offenbart eine Lösung, bei der die Bohrvorrichtung mittels Schwenkung des Auslegers, an dem das Bohrgestell befestigt ist, vorgeschoben wird. Am Gestell befindet sich ein teleskopisch zusammenschiebbarer vorderer Support, der hineingeschoben wird, während die Bohrvorrichtung mittels Auslegers in Richtung der Felsenoberfläche verschoben wird. Der vordere Support ist mit Detektoren ausgerüstet, um die Bohrrichtung gleich zu halten. Mit Hilfe dieser Detektoren wird in die Zylinder des Auslegers Druckmedium gespeist so, daß die Richtung der Bohrvorrichtung und auch der Bohrstange sich nicht ändert, sondern dieselbe wie am Anfang des Bohrprozesses bleibt US-Patentschrift 3,481,409 offenbart eine elektrohydraulische Steuerung, bei der die Gelenke des Bohrbalkens -2-

AT 394 090 B mit Winkel-Fühlgliedern ausgerüstet sind und bei der die Fühlglieder zur Steuerung der hydraulischen Zylinder des Balkens auf solche Weise dienen, daß der Vorschubbalken hinsichtlich des Gestells die gleiche Richtung auch dann hält, wenn die Bohrlage sich ändert. Die Lösung gemäß dieser US-Schrift betrifft eine sogenannte parallele Steuerung, die an sich bekannt ist. Mit Hilfe der parallelen Steuerung werden die Winkel hinsichtlich einander in gleicher Lage gehalten, aber nur in der Theorie - in da- Praxis ist dies nicht möglich. In verschiedenen Lagen des Auslegers wird der Ausleger in verschiedenen Weisen gebogen, was auf Gesamtgewicht der Bohranlage, des Auslegers, des Vorschubbalkens und sonstiger Strukturen zurückzuführen ist DE-Offenlegungsschrift 29 40 004 zeigt eine Lösung, die eine separate Zylinder-Kolben-Kombination aufweist Diese Lösung dient zur Bestimmung der sogenannten Stichwinkel für die Löcher, die für einen Tunnel gebohrt werden, sowie zur Zurückstellung des Vorschubbalkens beim Bohren der parallelen Löcher. Mit Hilfe eines separaten Ventils ist es möglich, Druckmedium in den Schwenkzylinder des Vorschubbalkens einzuspeisen, um den Zylinder von einer Normalstellung auf eine Schrägstellung zu verschieben und entsprechend wieder zurückzustellen. DE-Offenlegungsschrift 29 32 062 stellt eine mechanische "Parallelogramm-Lösung" dar, wobei der Vorschubbalken in der Theorie immer in gleicher Richtung bleibt In der Praxis aber biegt sich die Struktur unter Belastung sowohl wegen Spiels als auch wegen Flexibilität DE-Offenlegungsschrift 25 57 338 beschreibt eine Lösung, bei der die Drehgeber Drehwinkel zeigen. Zusätzlich ist die Steuervorrichtung mit Reglern ausgerüstet um die Soll- und Ist-Werte der Winkel anzugeben. Der Regler sorgt dafür, daß die Soll- und Ist-Werte übereinstimmen. Bei dieser Lösung sind die Richtungen, z. B. die Richtung des Vorschubbalkens und dadurch auch die Richtung der Bohrstange theoretisch immer gleich. Belastungsänderungen, durch Belastungskräfte entstehende Biegungen oder seitliche Verschiebungen der Bohrkrone werden gar nicht berücksichtigt oder kompensiert

In DE-Offenlegungsschrift 25 57 048 wird eine Lösung dargestellt bei der das Bohren automatisch durchgeführt wird, indem der Vorschubbalken und die Bohrstange gemäß voibestimmtem Plan auf solche Weise gestellt werden, daß die Bohrstange immer an der Achse des geplanten Bohrloches liegt und erst danach die Bohrstange in den Felsen gedrückt und das Loch gebohrt wird. Diese Lösung funktioniert nur in der Theorie, weil die durch Gewicht der Strukturen und durch verschiedene Kräfte während des Bohrens verursachten Biegungen und die durch Biegungen entstehenden Platz- und Richtungsänderungen nicht berücksichtigt werden. CH-Patentschrift 669 638 offenbart eine konventionelle Lösung, bei der die Richtung des Vorschubbalkens theoretisch auch dann gleich bleibt, wenn der Winkel des Bohrarmes geändert wird. Dabei werden weder die Biegungen des Balkens oder sonstiger Struktur»! noch die seitlichen Verschiebungen der Bohrkrone auf der Fel-senoberfläche berücksichtigt

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen die es ermöglichen, sowohl die durch die Verschiebung der Bohrstange gegenüber der Felsenoberfläche als auch die durch die Biegung des Bohrauslegers entstandenen Fehler zu berücksichtigen und zu korrigieren und den Grund des gebohrten Lochs im wesentlichen an der vorbestimmten Stelle zu bilden. Das beanspruchte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zuerst ein Anfangsloch mit solcher Länge gebohrt wird, daß die Bohrkrone darin fest sitzt ohne sich auf der Oberfläche des Felsen hinsichtlich deren wesentlich zu bewegen, daß wenigstens so eine Anzahl der Gelenke zwischen dem Ausleger und dem Vorschubbalken und/oder der Vorschubbalken in seiner Längsrichtung frei beweglich gemacht wird, daß der Ausleger und der Vorschubbalken eine freie, wesentlich spannungsfreie Lage einnehmen können, während die Bohrkrone noch im Anfangsloch steckt daß die von den freigegebenen Gelenken und/oder vom Vorschubbalken eingenommenen Lagen gemessen werden, daß aufgrund der eingenommenen Lagen und der Abmessungen des Auslegers und des Vorschubbalkens und der Vorschublänge der Bohrstange die wirkliche Lage des Anfangslochs sowie die benötigte Richtung berechnet werden, um von dem Anfangsloch bis zur gewünschten Endstelle des Bohrlochs ein Loch zu bohren, daß die Bohrstange unter Festhalten der Bohrkrone im Anfangsloch durch Schwenken des Auslegers und/oder des Vorschubbalkens um die Gelenke und/oder durch Verschieben des Vorschubbalkens in seiner Längsrichtung auf die berechnete Richtung gerichtet wird, wonach das Bohren fortgesetzt wird, bis die gewünschte Endstelle des Bohrlochs erreicht wird.

Der wesentliche Gedanke beim Verfahren besteht darin, daß im Felsen zuerst ein Anfangsloch gebohrt wird, und zwar unabhängig davon, wie die Bohrkrone hinsichtlich der Felsenoberfläche von der geplanten Bohrungsstelle versetzt wird, wonach das gebildete Bohrloch als Festpunkt dient und die Lage desselben durch Freigeben der Gelenke zwischen dem Ausleger und dem Vorschubbalken bestimmt wird, wobei, wählend die Bohrkrone in ihrem Anfangsloch festsitzt, der Ausleger und der Vorschubbalken sich wesentlich geraderichten und dabei um die genannten Gelenke schwenken, wobei mit Hilfe der die Gelenkwinkel ermittelnden Fühler die Lage des Auslegers und des Vorschubbalkens zueinander bestimmt und dadurch die wirkliche Lage des Anfangsloches mit Hilfe der bereits bekannten Abmessungen des Auslegers und gegebenenfalls der Länge der in Längsrichtung erfolgenden Verschiebebewegung des Vorschubbalkens und der Vorschubbewegung der Bohrstange berechnet werden können. Ferner ist es möglich, aufgrund der auf diese Weise berechneten Lage des Anfangslochs entsprechend zu berechnen, in welcher Richtung das Bohrloch von dem Anfangsloch gebohrt werden soll und wie lang das Loch sein soll, damit sich sein Grund wesentlich an der Stelle befinden würde, wo der Lochgrund nach dem ursprünglichen Plan sich befinden sollte. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Bohrloch an einer für die Sprengung möglichst optimalen Stelle liegt, wobei die Abbauarbeit präzis und ökonomisch erfolgen kann. Weü die Lage der -3-

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Lochmiindung keine sehr wichtige Rolle für die Sprengung spielt, sondern die Sprengladung am Lochgrund gelegt wird, wird dadurch eine erheblich höhere Sprengungsgenauigkeit erzielt als früher. Dies beruht darauf, daß bei den bekannten Lösungen die Lochmündung ziemlich nahe der geplanten Lochmündung gebildet wird, aber die Lage des Lochgrundes erheblich abweicht von der geplanten Lage des Lochgrundes. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Endergebnis fast mit bereits bestehenden Steuer- und Meßeinrichtungen erzielbar ist und somit keine sehr teuren Änderungen und Investitionen nötig sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie Freigabevorrichtungen aufweist, um wenigstens die Gelenke zwischen dem Ausleger und dem Vorschubbalken und/oder den Vorschubbalken in seiner Längsrichtung frei beweglich zu machen.

Der wesentliche Gedanke bei der Anordnung besteht darin, daß wenn in einem üblichen Fall ein Kraftorgan in jedem Gelenk die auf beiden Seiten des Gelenks befindlichen Teile des Auslegers oder den Ausleger und den Vorschubbalken bzw. in jedem Verschiebeorgan die Wiege des Vorschubbalkens und den Vorschubbalken miteinander verbindet, wobei bei normalem, unbeweglichem Zustand des Kraftorgans auch jedes Gelenk bzw. der Vorschubbalken steif und unbeweglich ist, die Gelenke und die Verschiebeorgane dadurch frei schwenkbar und beweglich gemacht werden können, daß die Kraftorgane frei beweglich gemacht werden. Auf diese Weise können der Vorschubbalken und der Ausleger im wesentlichen spannungsfrei werden, so daß sie nur dem durch die Gravitation bewirkten Gewicht ausgesetzt sind. Ein Vorteil der Anordnung besteht darin, daß durch die Verwendung einer bereits bestehenden Anlage durch kleinere Komponentenzusätze leicht eine Anlage erhalten werden kann, mit der sich das Bohren schnell ausführen läßt so, daß sich der Grund des Bohrlochs an der gewünschten Stelle befindet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, wobei zeigen

Fig. la bis ld in schematischer Darstellung die Durchführung des beanspruchten Verfahrens,

Fig. 2 bis 3 in schematischer Darstellung detaillierter einen Bohrausleger mit einem Vorschubbalken sowie die bei der Durchführung des Verfahrens einzusetzenden Gelenke und Verschiebeorgane und

Fig. 4 eine hydraulische Schaltung, mit der die Hydraulikzylinder der freizugebenden Gelenke der mit hydraulischem Kraftorgan versehenen Auslegeranordnung erfindungsgemäß frei beweglich gemacht werden können.

Fig. la zeigt in schematischer Darstellung einen an einem Gestell (1) der Bohrvorrichtung befestigten Ausleger (2), der um ein Gelenk (3) gegenüber dem Gestell schwenkbar ist. An dem einen Ende des Auslegers (2) ist um ein Gelenk (4) schwenkbar ein Vorschubbalken (5) angeordnet, längs dessen eine nicht gezeigte Bohrmaschine und eine ebenfalls nicht gezeigte, mit einer Bohrkrone versehene Bohrstange sich bewegen. Zu Beginn des Bohrvorganges werden der Ausleger (2) um das Gelenk (3) bzw. der Vorschubbalken um das Gelenk (4) geschwenkt, bis der Vorschubbalken (5) parallel zu einem vorgeplanten Loch, d. h. zu einer Linie (La) zwischen Punkt (A) und Punkt (B) verläuft und die Bohrstange im wesentlichen konzentrisch mit einer Linie (L) ist. In dieser Stufe steht der Vorschubbalken (5) in einem Winkel (al) zum Ausleger (2) und der Ausleger (2) in einem Winkel (ßl) zum Gestell (1). Dann wird der Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung mittels nicht gezeigter, zwischen dem Vorschubbalken (5) und dem Gelenk (4) angeordneter Verschiebeorgane vorwärts verschoben, bis das vordere Ende des Vorschubbalkens (5) die Oberfläche des Felsens (6) trifft. In einer Situation, wo die Oberfläche des Felsens (6) entsprechend Fig. la bis ld geneigt ist, haben die Vorschubkraft und das Drehen des Bohrers zur Folge, daß die am Ende der Bohrstange angeordnete Bohrkrone längs der Oberfläche an eine Stelle versetzt wird, wo die seitliche Verschiebekraft und die durch die Biegung des Bohrauslegers (2) und des Vorschubbalkens (5) entstandene, in die entgegengesetzte Richtung drehende Kraft im Gleichgewicht sind. Wenn die Bohrkrone seitlich versetzt wird, wird gleichzeitig der Vorschubbalken (5) mittels der Verschiebeorgane weiter vorwärts geschoben, damit er möglichst standfest an dem Felsen anliegen würde. Wenn die seitliche Verschiebung ausgesetzt hat, befindet sich die Bohrkrone entsprechend Fig. lb im Punkt (C), und der Ausleger (2) und der Vorschubbalken (5) haben sich vom Punkt (A) in Richtung auf Punkt (C) gebogen. Die Biegungen sowie die Bewegungen des Auslegers (2) und des Vorschubbalkens (5) sind in Fig. la bis ld in vergrößertem Maßstab gezeigt, um die Sache deutlicher darzustellen. In dieser Situation haben die Winkel (al) und (ßl) ihre ursprüngliche Größe und die Schwenkung beruht lediglich auf der Biegung des Auslegers (2) und des Vorschubbalkens (5). Wenn die seitliche Bewegung der Bohrkrone ausgesetzt hat, fängt das eigentliche Bohren an, wobei die Bohrkrone im Punkt (C) in den Felsen eindringt, wobei die Bohrstange parallel zu einer Linie (Lb) zwischen Punkt (C) und Punkt (D) gerichtet ist und, falls das Bohren in üblicher Weise fortgesetzt würde, würde sich das Bohrloch zwischen den Punkten (C) und (D) bilden. Dabei würde sich die Lage im Punkt (D) des Lochgrundes erheblich abweichen von der geplanten Lage im Punkt (B) des Lochgrundes.

Wenn die Bohrkrone so tief im Felsen (6) eingedrungen hat, daß sie bezüglich der Oberfläche des Felsens (6) seitlich unbeweglich bleibt, wird erfindungsgemäß das Gelenk (4) zwischen dem Ausleger (2) und dem Vorschubbalken (5) frei beweglich gemacht, wobei der Ausleger (2) und der Vorschubbalken (5) die in Fig. 1c gezeigte Lage einnehmen. Zu diesem Zweck kann das Bohren z. B. durch Unterbrechen des Vorschubs der Bohrstange längs des Vorschubbalkens oder durch Aufhören mit sowohl dem Vorschub als auch dem Drehen ausge- -4-

AT 394 090 B setzt werden. Dabei stehen der Vorschubbalken (6) und entsprechend die Bohrstange schräger als zuvor zur gewünschten Bohrungslage und die Bohrstange ist längs einer Linie (Lc) zwischen Punkt (C) und Punkt (E) gerichtet. Wenn der Ausleger (2) und der Vorschubbalken (5) die freie Lage eingenommen haben, steht der Ausleger (2) nach wie vor in einem dem Winkel (ßl) zum Gestell (1), aber der Winkel zwischen dem Vorschubbalken (5) und dem Ausleger (2) weicht vom früheren ab und beträgt jetzt (a2). In dieser Situation können mit Hilfe eines im Gelenk (4) vorgesehenen Fühlers der wirkliche Schwenkwinkel (a2) in im wesentlichen spannungsfreiem Zustand des Auslegers (2) und des Vorschubbalkens (5) und ferner mit Hilfe eines an den Verschiebeorganen des Vorschubbalkens (5) angeschlossenen Fühlers die Lage des Vorschubbalkens (5) gegenüber dem Ende des Auslegers gemessen werden, wobei die Lage des Punktes (C), d. h. des Anfangspunktes des Lochs unter Verwendung der bereits bekannten Geometrie und Längen der Auslegeranordnung und des Vorschubbalkens berechnet werden kann. Dies erfolgt einfach mit einem in der Bohrvorrichtung vorgesehenen Mikrocomputer, mit dem die Steuerung der Auslegeranordnung und des Bohrens auch sonst erfolgt

Wenn die Lage des Lochs (C) berechnet worden ist, ist es einfach, in entsprechender Weise mit einem Mikrocomputer zu berechnen, in welcher Richtung das Bohrloch vom Punkt (C) zum Punkt (B) gehen soll, um den Grund des Bohrloches im wesentlichen in dem gewünschten und vorgeplanten Punkt (B) zu bilden. Gleichzeitig wird auch die vom Punkt (C) zum Punkt (B) benötigte Länge des Bohrlochs ermittelt Danach wird der Vorschubbalken (5) durch Schwenken des Auslegers (2) gegenüber dem Gestell (1) um das Gelenk (3) in den Winkel (ß2) und ferner durch Schwenken des Vorschubbalkens (5) gegenüber dem Ende des Auslegers (2) um das Gelenk (4) in einen Winkel (a3) umgerichtet, während die Bohrkrone die ganze Zeit in dem Anfangsloch im Punkt (C) gehalten wird. Der Vorschubbalken (5) wird jetzt also so gerichtet, daß sich die Bohrstange parallel zu einer Linie (Ld) zwischen den Punkten (C) und (B) stellt, und der Vorschubbalken (5) wird in seiner Längsrichtung mit der Oberfläche des Felsen (6) in Berührung gebracht wonach das endgültige Loch vom Punkt (C) zum Punkt (B) gebohrt wird.

In Fig. la bis ld ist das Verfahren der Einfachheit und der Veranschaulichung halber nur in einer Ebene dargestellt, wobei sie dementsprechend auch nur zu dieser einen Ebene senkrechte Gelenke zeigt um welche der Ausleger (2) und der Vorschubbalken (5) schwenkbar sind. Auch eine dreidimensionale Ausführung ist aber in entsprechender Weise dadurch möglich, daß zur Ermittlung der verschieden gerichteten Bewegungen und der Änderungen von an sich bekannten Auslegeranordnungen Winkel und Längen von zwei quer zueinander verlaufenden, vorzugsweise senkrechten Ebenen verwendet werden. Dabei sind sowohl der Ausleger (2) als auch der Vorschubbalken (5) um zu den beiden Ebenen senkrecht stehende Gelenke schwenkbar. Entsprechend »folgen die Winkelmessungen und die Berechnung der Lage des Anfangslochs und der Richtung und der Entfernung des zu bohrenden Lochs bezüglich der beiden Ebenen so, daß eine der Wirklichkeit entsprechende, in einem dreidimensionalen Koordinatensystem erfolgende Dimensionierung des Bohrlochs in gewünschter Weise erhalten wird.

Fig. 2 und 3 zeigen einen typischen Bohrausleger für eine Gesteinsbohrvorrichtung, wobei auf einem Gestell (1) mittels eines Kraftorgans (7) um ein Gelenk (3) und mittels eines Kraftorgans (9) um ein Gelenk (8) ein Ausleger (2) schwenkbar angeordnet ist. Ferner ist an dem einen Ende des Auslegers (2) mittels eines Kraftorgans (10) um ein Gelenk (4) und mittels eines Kraftorgans (12) um ein Gelenk (11) schwenkbar ein Vorschubbalken (5) angeordnet. Zwischen dem Vorschubbalken (5) und dem Gelenk (11) ist eine Wiege (13) vorgesehen, längs deren der Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung mittels eines Kraftorgans (14) verschoben werden kann. Auf dem Vorschubbalken sind eine Bohrmaschine (15) und eine von der Bohrmaschine durch eine am vorderen Ende des Vorschubbalkens angeordnete Bohrsteuerung (16) verlaufende Bohrstange (17) angeordnet, die an ihrem Ende eine Bohrkrone (18) aufweist. Der Ausleger (2) kann auch mit einem sog. Zoom, d. h. mit Mitteln zur Verlängerung des Auslegers (2) in seiner Längsrichtung versehen sein, obwohl sie als an sich bekannt nicht näher gezeigt worden sind.

Bei der Durchführung des Verfahrens mit der Vorrichtung gemäß Fig. 2 und 3 wird der Vorschubbalken (5) zuerst durch Schwenken des Auslegers (2) um die Gelenke (3) und (8) sowie durch Schwenken des Vorschubbalkens (5) um die Gelenke (4) und (11) so gestellt, daß die Bohrstange (17) hinsichtlich ihrer Richtung und Länge parallel zu dem vorgeplanten Bohrloch verläuft und mit diesem im wesentlichen koaxial ist. In dieser Stufe sind die Gelenke (4) und (8) nach der Schwenkung im wesentlichen unbeweglich verriegelt, weil Absperrventile der Kraftorgane (10) und (12) in an sich bekannter Weise die Strömung von Hydraulikflüssigkeit von der einen Zylinderkammer in die andere verhindern, und wegen der Inkompressibilität der Flüssigkeit können die Kolben sich nicht wesentlich in ihrer Längsrichtung bewegen. Dabei können die Schwenkungen des Vorschubbalkens um die Gelenke im Prinzip nur insofern erfolgen, als die Materialien nachgeben, was für die Erfindung fast ohne Bedeutung ist. Dann wird der Vorschubbalken (5) mittels der Verschiebeorgane (14) bezüglich der Wiege (13) in der Längsrichtung des Vorschubbalkens (5) vorwärts geschoben, wobei das vordere Ende des Vorschubbalkens (5) die Felswand so trifft, daß sich die Bohrkrone (18) im wesentlichen an der vorgeplanten Stelle der Bohrlochmündung befindet. Anschließend wird mit dem Bohren angefangen, wobei, wenn die Bohrkrone entlang der Oberfläche des Felsen (6) verschoben wird, der Vorschubbalken (5) und der Ausleger (2) sich biegen. Bei Bedarf kann der Vorschubbalken (5) die ganze Zeit in seiner Längsrichtung vorwärts geschoben werden, -5-

AT 394 090 B wobei auch er bei der seitlichen Verschiebung der Bohrkrone (18) der Oberfläche des Felsen (6) zu folgen versucht, bis die seitliche Verschiebung aussetzt und die Bohrkrone (18) unter Bildung des Anfangslochs in den Felsen (6) eindringt. Danach wird das Bohren vorzugsweise unterbrochen, wobei die Vorschubbewegung der Bohrstange (17) längs des Vorschubbalkens (5) ausgesetzt wird oder sowohl die Vorschubbewegung als auch das Drehen der Bohrstange (17) unterbrochen werden. Dies bedeutet in den beiden Fällen, daß die Bohrstange (17) von der darauf wirkende Vorschubkraft befreit wird. Anschließend werden die Kraftorgane (11) und (12) der Gelenke (4) und (11), die Druckmediumzylinder, typisch Hydraulikzylinder sind, so geschaltet, daß das Druckmedium von dm einen Zylinderraum in den anderen frei fließen kann und daß die Kolben somit durch Einwirkung der durch die Biegungen des Auslegers (2) und des Balkens (5) entstandenen Kräfte frei verschoben werden können, bis der Ausleger (2) und der Vorschubbalken (5) im wesentlichen spannungsfrei sind. In allen Gelenken (3), (8), (4) und (11) sowie in den Verschiebeorganen (14) des Vorschubbalkens und in den am Ausleger (2) gegebenenfalls vorgesehenen Längsverschiebeorganen sind zur Messung der Bewegungen dieser Teile Fühler vorgesehen, mit deren Hilfe die Winkel und die Längsverschiebungen ermittelt und mit deren Hilfe die Richtung und die Lage des Vorschubbalkens (5) bzw. der Bohrstange (17) bestimmt werden können. Weil man bei der Planung des Bohrens dem in der Bohrvorrichtung vorgesehenen Mikrocomputer die Koordinate und Richtungen des gewünschten Bohrloches gegeben hat, aufgrund deren der Mikrocomputer den Ausleger (2) und den Vorschubbalken (5) in die ursprüngliche Ausgangslage des Bohrens gesteuert hat, kann aufgrund der nach der Freigabe der Kraftorgane (10) und (12) erhaltenen Winkelwerte bestimmt werden, an welcher Stelle sich das gebildete Anfangsloch in der Tat befindet. Ferner ist es möglich, aufgrund der Werte dieses Lochs die benötigte Richtung und die Länge des neuen Bohrlochs zu berechnen, wonach der Ausleger mittels der Kraftorgane (7) und (9) um die Gelenke (3) und (8) und der Vorschubbalken (5) mittels der Kraftorgane (10) und (12) um die Gelenke (4) und (11) geschwenkt werden, während gleichzeitig der Vorschubbalken (5) bei Bedarf mittels der Verschiebeorgane (14) in seiner Längsrichtung verschoben wird und der Ausleger gegebenenfalls mittels der nicht gezeigten Längsverschiebeorgane so verlängert wird, daß die Bohrkrone (18) die ganze Zeit in dem bereits gebohrten Anfangsloch fest sitzt. Wenn die Bohrstange (17) wieder parallel zu dem berechneten Loch liegt, wobei die Bohrkrone (18) schon im Anfangsloch steckt, wird der Vorschubbalken (5) gegen den Felsen geschoben, und das Bohrloch wird durch Weiterbohren des bereits begonnenen Lochs gebohrt

Fig. 4 zeigt eine hydraulische Schaltung, mit deren Hilfe die Hydraulikzylinder zur Durchführung des Verfahrens frei beweglich gemacht werden können. Der Zylinder (10) weist einen Kolben (19) auf, der den Innenraum des Zylinders (10) in zwei Kammern (20) und (21) aufteilt. Aus einem Druckmediumbehälter (22) wird Druckmedium bei Bedarf mittels einer Pumpe (23) über ein Umsteuerventil (24) in ein druckgesteuertes Absperrventil (25) gepumpt, das bei unterbrochener Druckmediumzufuhr in die Kammern (20) und (21) führende Kanäle absperrt und dadurch das Fließen des Druckmediums in die Kammern oder aus diesen verhindert Der Aufbau und die Arbeitsweise dieser Komponenten sind an sich allgemein bekannt und werden daher nicht näher erläutert

Um den Zylinder (10) frei beweglich zu machen, wird ein Freigabeventil (26) verwendet, das über getrennte Kanäle (27) bzw. (28) mit den Kammern (20) und (21) in Verbindung steht. Andererseits steht das Ventil (26) über einen getrennten Kanal (29) mit dem Druckmediumbehälter (22) in Verbindung. Das Ventil (26) wird mit einem getrennten Signal über eine Linie (30) gesteuert, wobei als Steuersignal zum Beispiel ein elektrisches Signal dienen kann, oder das Ventil kann, in Abhängigkeit von dem zu verwendenden Ventil, mit Druckmedium gesteuert werden. Bei der Betätigung des Ventils (26) setzt es die Kammern (20) und (21) des Zylinders (10) über die Kanäle (27) und (28) miteinander in Verbindung, während es die beiden mit dem Druckmediumbehälter (22) in Verbindung setzt. Dies ist daher nötig, daß die Volumenänderungen in den Kammern (20) und (21) durch die Einwirkung der Stange des Kolbens (19) bei gleicher Länge des Hubes des Kolbens (19) verschieden sind und Druckmedium je nach der Bewegungsrichtung entweder aus dem Zylinder (10) ausgelassen oder in diesen eingelassen werden soll. Durch diese Schaltung kann das Druckmedium je nach Bedarf frei in beiden Richtungen fließen und somit ist die Bewegung des Zylinders (10) frei.

Die hydraulische Schaltung gemäß Fig. 4 stellt eine Schaltung für nur einen Zylinder (10) dar. Entsprechend kann für jeden eventuell freizugebenden Zylinder oder Antriebsvorrichtung, wie für einen hydraulischen Vorschubmotor, ein Freigabeventil vorgesehen werden, das die Zylindeikammem und den Dnickmediumbehälter mit Hilfe eines Steuersignals miteinander verbindet Dabei können jedes der Ventile gleichzeitig oder jeweils ein oder mehrere bei Bedarf eingeschaltet werden.

Vorstehend sind nur einige Beispiele von Verfahren und Anordnung nach der Erfindung beschrieben worden und die Erfindung ist in keiner Weise auf nur diese beschränkt. Die Erfindung kann in entsprechender Weise im Rahmen der Patentansprüche auf allerlei Bohrvorrichtungen mit zugehörigen Bohrauslegem, einschließlich verschiedener drehbarer und in ihrer Länge veränderbarer Ausleger und Vorschubbalken, angewendet werden. Entsprechend kommen als freizugebende Gelenke nicht nur die Gelenke zwischen dem Vorschubbalken und dem Ausleger in Frage, sondern auch Gelenke zwischen dem Ausleger und dem Gestell und Drehvonichtungen des Auslegers oder des Vorschubbalkens können zu erfindungsgemäßen Zwecken verwendet werden. Nach dem Verfahren können die Gelenke einzeln oder in einer vorgewählten Anzahl gleichzeitig freigegeben werden. Bei der Ausführung der Erfindung kann die Freigabe auch während des Drehens des Bohrers erfolgen, obwohl der Bohrstangenvorschub ausgesetzt worden ist. Ferner, wenn eine Messung nach der Freigabe zeigt, daß die Lage des gebildeten -6-

Claims (7)

1. AT 394 090 B Anfangslochs so viel von der geplanten Lage äbweicht, daß das Loch entweder wegen des Auslegeraufbaus oder wegen des Bohrens der weiteren Löcher oder aus irgendeinem anderen Grund viel schräger als geplant gebildet wird oder das Bohren der weiteren Löcher beeinträchtigen kann, ist es möglich, das Bohren zu unterbrechen und in bekannter Weise an einer neuen Stelle wieder anzufangen. Bei der Freigabe der Gelenke besteht natürlich die Gefahr, daß die Bohrkrone nicht im Anfangsloch stecken bleibt, sondern daraus entfernt wird, wobei der Vorschubbalken durch Einwirkung der Gravitation frei zu schwenken beginnt In diesem Fall zeigen die Fühler eine Bewegung an, die schneller als üblich ist wobei die Gelenke wieder fest gemacht werden und somit gesteuert sind, und das Bohren wird in üblicher Weise wieder angefangen. Ferner, obwohl die Erfindung in Verbindung mit hydraulisch angetriebenen Auslegern dargestellt ist kann das Verfahren nach dieser Erfindung auch in Verbindung mit in anderen Weisen und mit anderen Antriebsvorrichtungen verwirklichten Bohrauslegem durchgeführt werden. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Bohren eines Lochs in einen Felsen mit einer Bohrvorrichtung, die einen um Gelenke schwenkbaren Ausleger, einen am Ende des Auslegers gegenüber diesem um Gelenke schwenkbaren, in seiner Längsrichtung gegenüber dem Ausleger verschiebbaren Vorschubbalken, eine zum Vorschubbalken parallele, gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschiebbare, mit einer Bohrkrone versehene Bohrstange, Winkelfühler an jedem Gelenk zum Messen der Schwenkwinkel der Gelenke, Fühler zum Messen der Längslage des Vorschub-baUcens gegenüber dem Ende des Auslegers und zum Messen der Längslage der Bohrstange gegenüber dem Vorschubbalken und an den Fühlern angeschlossene Steuerorgane zum Steuern der Bewegungen des Auslegers und des Vorschubbalkens sowie des Bohrvorgangs aufweist, bei welchem Verfahren zur Bildung des Grundes des Bohrloches im wesentlichen an der gewünschten Stelle im Felsen die Bohrstange in eine vorbestimmte Richtung koaxial mit dem vorgeplanten Bohrloch gerichtet wird, dadurch, daß der Ausleger und/oder der Vorschubbalken gegenüber dem Ausleger um Gelenke geschwenkt wird und das Bohren an der vorbestimmten Stelle dadurch begonnen wird, daß der Vorschubbalken gegen den Felsen verschoben wird, bis sein Ende die Oberfläche des Felsen berührt, wonach die Bohrstange weiter vorgeschoben wird und der Bohrvorgang fortgesetzt wird, bis sich der Grund des gebohrten Loches im wesentlichen an der vorbestimmten Stelle befindet, wobei sämtliche Gelenke und der Vorschubbalken in seiner Längsrichtung während des Bohrvorgangs im wesentlichen unbeweglich verriegelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß - zuerst ein Anfangsloch mit solcher Länge gebohrt wird, daß die Bohrkrone (18) darin fest sitzt, ohne sich auf der Oberfläche des Felsen (6) hinsichtlich deren wesentlich zu bewegen, • wenigstens so eine Anzahl der Gelenke (4,11) zwischen dem Ausleger (2) und dem Vorschubbalken (5) undi/oder den Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung frei beweglich gemacht wird, daß der Ausleger (2) und der Vorschubbalken (5) eine freie, wesentlich spannungsfreie Lage einnehmen können, während die Bohrkrone (18) noch im Anfangsloch steckt, - die von den freigegebenen Gelenken (4,11) und/oder vom Vorschubbalken (5) eingenommenen Lagen gemessen werden, - aufgrund der eingenommenen Lagen und der Abmessungen des Auslegers (2) und des Vorschubbalkens (5) und der Vorschublänge der Bohrstange (17) die wirkliche Lage des Anfangslochs sowie die benötigte Richtung berechnet werden, um von dem Anfangsloch (C) bis zur gewünschten Endstelle (B) des Bohrlochs ein Loch zu bohren, - die Bohrstange (17) unter Festhalten der Bohrkrone (18) im Anfangsloch durch Schwenken des Auslegers (2) und/oder des Vorschubbalkens (5) um die Gelenke (3,4,8,11) und/oder durch Verschieben des Vorschubbalkens (5) in seiner Längsrichtung auf die berechnete Richtung gerichtet wird, wonach das Bohren fortgesetzt wird, bis die gewünschte Endstelle (B) des Bohrlochs erreicht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (4,11) eines nach dem anderen der Reihe nach und/oder der Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung freigegeben werden, bis ein im wesentlichen spannungsfreier Zustand erreicht ist
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Bohrstange (17) von der darauf wirkenden Vorschubkraft befreit wird.
4. 4. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Bohrvorrichtung, die einen mittels Kraftorgane um Gelenke schwenkbaren Ausleger, einen am Ende des Auslegers gegenüber diesem mittels Kraftorgane um Gelenke schwenkbaren, in seiner Längsrichtung gegenüber dem Ausleger mittels eines Kraftorgans -7- AT 394 090 B verschiebbaren Vorschubbalken, eine zum Vorschubbalken parallele, gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschiebbare, mit einer Bohrkrone versehene Bohrstange, Winkelfühler an jedem Gelenk zum Messen der Schwenkwinkel der Gelenke, Fühler zum Messen der Längslage des Vorschubbalkens gegenüber dem Ende des Auslegers und zum Messen der Längslage der Bohrstange gegenüber dem Vorschubbalken und an den Fühlern angeschlossene Steuerorgane zum Steuern der Bewegungen des Auslegers und des Vorschubbalkens sowie des Bohrvorgangs aufweist, wobei sämtliche Gelenke und der Vorschubbalken in seiner Längsrichtung während des Bohrvorgangs mittels der Kraftorgane im wesentlichen unbeweglich verriegelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie Freigabevonichtungen (26 bis 30) aufweist, um wenigstens die Gelenke (4,11) zwischen dem Ausleger (2) und dem Vorschubbalken (5) und/oder den Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung frei beweglich zu machen.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabevorrichtungen (26 bis 30) dazu dienen, die Kraftorgane (10,12,14) frei beweglich zu machen, wobei entsprechend die Gelenke (4,11) und der Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung frei beweglich sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner Freigabevorrichtungen aufweist, um die Bohrstange (17) von der darauf wirkenden Vorschubkraft zu befreien.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Kraftorgane Druckmediumzylinder sind, die in Druckmediumkanälen in auf beiden Seiten des Kolbens befindlichen Druckmediumkammern ein Absperrventil aufweisen, das im Absperrzustand des Zylinders die Kammern von einer Druckmediumquelle und von einem Druckmediumbehälter trennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabevorrichtungen (26 bis 30) für jeden gegebenenfalls frei beweglich zu machenden Druckmediumzylinder (10,12,14) ein Freigabeventil (26) aufweist, das in den zu den Druckmediumkammem (20,21) führenden Druckmediumkanälen zwischen dem Absperrventil (25) und den Druckmediumkammem (20, 21) und entsprechend im Druckmediumbehälter (22) angeordnet ist und das zur Freigabe des Zylinders (10,12,14) so steuerbar ist, daß es die Kammern (20,21) und den Behälter (22) miteinander in Verbindung setzt Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -8-