CH678967A5 - - Google Patents

Description

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Beschreibung

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 Felsens 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. 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 Vorschübbalken 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 gebildet wird, was beim Sprengen eine schlechtere Spaltung und 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 2103 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 Losung, 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. Keine dieser beiden Druckschriften offenbaren aber in keiner Weise, wie die entstandenen Fehler und die durch die seitliche Verschiebung der Bohrstange bedingten Ausweichungen beseitigt werden könnten.

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

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Stelle zu bilden. Das beanspruchte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zuerst ein Anfangsloch mit solcher Länge gebohrt wird, dass die Bohrkrone darin festsitzt, ohne sich auf der Oberfläche des Felsens hinsichtlich deren wesentlich zu bewegen, dass wenigstens so eine Anzahl der Gelenke zwischen dem Ausleger und dem Vorschubbalken frei beweglich und/oder der Vorschubbalken in seiner Längsrichtung frei verschiebbar 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, während 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. Weil die Lage der Lochmündung 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 Messein-nchtungen 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 frei beweglich und/oder den Vorschubbalken in seiner Längsrichtung frei verschiebbar 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. 1a bis 1d 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 gemachtwerden können.

Fig. 1a 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 dem 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

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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 a1 zum Ausleger 2 und der Ausleger 2 in einem Winkel ß1 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. 1a bis 1d 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 Vorschubbaikens 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. 1b 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 Vor-schubbalkens 5 sind in Fig. 1a bis 1d in vergrösser-tem Massstab gezeigt, um die Sache deutlicher darzustellen. In dieser Situation haben die Winkel a1 und ßl ihre ursprüngliche Grosse, 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 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 ist, dass sie bezüglich der Oberfläche des Felsens 6 seitlich unbeweglich bleibt, wird erfin-dungsgemäss 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. 1 c 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 ausgesetzt werden. Dabei stehen der Vorschubbalken 5 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 ot2, In dieser Situation können mit Hilfe eines im Gelenk 4 vorgesehenen Fühlers der wirkliche Schwenkwinkel «2 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 Vorschubbaikens 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 Vor-schubbalkens 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 cc3 umgerichtet, während die Bohrkrone die ganze Zeit in dem Anfangsloch im Punkt G gehalten wird. Der Vorschubbalken 5 wird jetzt also so gerichtet, dass sich die Bohrstange parallel zu einer Linie Ld zwischen den Punkten G und B stellt, und der Vorschubbalken 5 wird in seiner Längsrichtung mit der Oberfläche des Felsens 6 in Berührung gebracht, wonach das endgültige Loch vom Punkt C zum Punkt B gebohrt wird.

In Fig. 1a bis 1d 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 erfolgen 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

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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 der 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 Inkompres-sibilität 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 Felsens 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, wobei auch er bei der seitlichen Verschiebung der Bohrkrone 18 der Oberfläche des Felsens 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 10 und

12 der Gelenke 4 und 11, die Druckmediumzylinder, typisch Hydraulikzylinder sind, so geschaltet, dass das Druckmedium von dem 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 Bührens 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 Längsver-schiebeorgane so verlängert wird, dass die Bohrkrone 18 die ganze Zeit in dem bereits gebohrten Anfangsloch festsitzt. 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 Druckmediümbe-hälter 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 Ven-

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ti! 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 Bichtungen 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 Freigabe-ventit vorgesehen werden, das die Zylinderkam-mern und den Druckmediumbehälter 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 Bohrauslegern, 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 Drehvorrichtungen des Auslegers oder des Vorschubbalkens können zu erfindungsgemäs-sen 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 Anfangslochs so viel von der geplanten Lage abweicht, 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 steckenbleibt, 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 Bohrauslegern durchgeführt werden»

Claims (7)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Bohren eines Lochs in einen Felsen (6) mit einer Bohrvorrichtung, die einen um Gelenke (3, 8) schwenkbaren Ausleger (2), einen am Ende des Auslegers (2) gegenüber diesem um Gelenke (4, 11) schwenkbaren, in seiner Längsrichtung gegenüber dem Ausleger (2) verschiebbaren Vorschubbalken (5), eine zum Vorschubbalken (5) parallele, gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschiebbare, mit einer Bohrkrone (18) versehene Bohrstange (17), Winkelfühler an jedem Gelenk (3, 4, 8,11) zum Messen der Schwenkwinkel (et, ß) der Gelenke (3,4, 8,11), Fühler zum Messen der Längslage des Vorschubbalkens (5) gegenüber dem Ende des Auslegers (2) und zum Messen der Längslage der Bohrstange (17) gegenüber dem Vorschubbalken (5) und an den Fühlern angeschlossene Steuer-organe zum Steuern der Bewegungen des Auslegers (2) und des Vorschubbalkens (5) sowie des Bohrvorgangs aufweist, bei welchem Verfahren zur Bildung des Grundes des Bohrloches im wesentlichen an der gewünschten Stelle im Felsen (6) die Bohrstange (17) in eine vorbestimmte Richtung koaxial mit dem vorgeplanten Bohrloch gerichtet wird, dadurch, dass der Ausleger (2) und/oder der Vorschubbalken (5) gegenüber dem Ausleger (2) um Gelenke (3, 4, 8,11) geschwenkt wird und das Bohren an der vorbestimmten Stelle dadurch begonnen wird, dass der Vorschubbalken (5) gegen den Felsen (6) verschoben wird, bis sein Ende die Oberfläche des Felsens (6) berührt, wonach die Bohrstange (17) 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 (3, 4, 8, 11) und der Vorschubbalken (5) 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 festsitzt, ohne sich auf der Oberfläche des Felsens (6) hinsichtlich deren wesentlich zu bewegen,

-wenigstens so eine Anzahl der Gelenke (4,11) zwischen dem Ausleger (2) und dem Vorschubbalken (5) frei beweglich und/oder der Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung frei verschiebbar 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,

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- 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. 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. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Bohrstange (17) von der darauf wirkenden Vorschubkraft befreit wird.

4. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Bohrvorrichtung, die einen mittels Kraftorgane (7, 9) um Gelenke (3, 8) schwenkbaren Ausleger (2), einen am Ende des Auslegers (2) gegenüber diesem mittels Kraftorgane (10,12) um Gelenke (4,11) schwenkbaren, in seiner Längsrichtung gegenüber dem Ausleger (2) mittels eines Kraftorgans (14) verschiebbaren Vorschubbalken (5), eine zum Vorschubbalken (5) parallele, gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschiebbare, mit einer Bohrkrone (18) versehene Bohrstange (17), Winkelfühler an jedem Gelenk (3, 4, 8,11) zum Messen der Schwenkwinkel (a, ß) der Gelenke (3,4, 8,11), Fühler zum Messen der Längslage des Vorschubbalkens (5) gegenüber dem Ende des Auslegers (2) und zum Messen der Längslage der Bohrstange (17) gegenüber dem Vorschubbalken (5) und an den Fühlern angeschlossene Steuerorgane zum Steuern der Bewegungen des Auslegers (2) und des Vorschubbalkens (5) sowie des Bohrvorgangs aufweist, wobei sämtliche Gelenke (3, 4, 8, 11) und der Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung während des Bohrvorgangs mittels der Kraftorgane (7,9,10,12 und 14) im wesentlichen unbeweglich verriegelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie Freigabevorrichtungen (26-30) aufweist, um wenigstens die Gelenke (4, 11) zwischen dem Ausleger (2) und dem Vorschubbalken (5) frei beweglich und/oder den Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung frei verschiebbar zu machen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabevorrichtungen (26-30) 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. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Freigabevorrichtungen aufweist, um die Bohrstange (17) von der darauf wirkenden Vorschubkraft zu befreien.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Kraftorgane (7,9,10,12 und 14) Druckmediumzylinder sind, die in Druckmediumkanälen in auf beiden Seiten des Kolbens (19) befindlichen Druckmediumkammern (20, 21) ein Absperrventil (25) aufweisen, das im Absperrzustand des Zylinders die Kammern (20, 21) von einer Druckmediumquelle (23) und von einem Druckmediumbehälter (22) trennt, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabevorrichtungen (26-30) für jeden gegebenenfalls frei beweglich zu machenden Druckmediumzylinder (10, 12, 14) ein Freigabeventil (26) aufweisen, das in den zu den Druckmediumkammern (20, 21) führenden Druckmediumkanälen zwischen dem Absperrventil (25) und den Druckmediumkammern (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.

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