DE10008450C1

DE10008450C1 - Test drilling to assess the risk of a rock fall at a coal mine uses high pressure water jets to drill into the mine seam with measurements of at least one drilling parameter to be correlated with the level of danger

Info

Publication number: DE10008450C1
Application number: DE2000108450
Authority: DE
Inventors: Gerhard Klammer
Original assignee: Deutsche Montan Technologie GmbH
Current assignee: Deutsche Montan Technologie GmbH
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2020-02-24

Abstract

To determine the rock pressure and especially in a coal mine, as a rock fall risk factor, a drilling is made in the mine seam (1) by high pressure water jets (4) at a water pressure hose (3) or telescopic pipe.. At least one parameter of the drilling action is measured, to be used in correlation with the potential rock pressure danger. The measured parameter can be the water pressure, the rate of drilling progress and the drilling force.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Gebirgsschlaggefahr gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine dafür geeignete Vorrichtung.The invention relates to a method for determining the Risk of rockfalls according to the preamble of claim 1 as well as a suitable device.

Im Steinkohlenbergbau können unter bestimmten Randbedingun gen Gebirgsschläge auftreten. Diese stellen für die Beleg schaft eine Gefahr dar und bedrohen das Produktionsergebnis. Zur Ermittlung der Drucksituation und damit der Feststellung der Gebirgsschlaggefahr werden Testbohrungen im Flöz herge stellt. Diese Bohrungen werden etwa in Flözmitte angesetzt und in Meterabschnitten hergestellt, wobei handgeführte Bohrmaschinen und Schneckengestänge eingesetzt werden. Aus der dabei anfallenden Bohrkleinmenge können Rückschlüsse auf den Gebirgsdruck und damit auf die Gebirgsschlaggefahr ge macht werden. Dieses Verfahren ist bergbehördlich zugelassen und wird weltweit angewandt.In hard coal mining, under certain boundary conditions against rockfalls. These provide for the receipt This poses a danger and threatens the production result. To determine the pressure situation and thus the determination The risk of rockfalls is borne by test drilling in the seam poses. These holes are roughly in the middle of the seam and made in meter sections, being hand-held Drills and worm gear are used. Out the resulting amount of cuttings can draw conclusions the mountain pressure and thus the risk of rockfalls be made. This procedure is approved by the mining authorities and is used worldwide.

Aus der DE 31 00 984 C2 ist es bekannt, daß Auslitern des Bohrkleins durch andere Kenngrößen zu ersetzen, wie die aufgewandte Energie oder die Zahl der Umdrehungen und diese Meßergebnisse mit dem Bohrkleinmengenmessungen zu verglei chen.From DE 31 00 984 C2 it is known that the calibration of the Replace cuttings with other parameters, such as the energy expended or the number of revolutions and this Compare the measurement results with the measurement of the drilling cuttings chen.

Die beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, daß die Bohrungen mit handgeführten Bohrmaschinen durchgeführt wer den und ein großer Zeitbedarf für die Herstellung der Boh rungen erforderlich ist, woraus sich eine Reduzierung der Gewinnungszeit ergibt. Der Einsatz von Lafettenbohrmaschinen ist wegen der großen Bohrlochlängen und des geringen Platz angebotes nicht bzw. nur selten möglich.The methods described have the disadvantage that the Drilling with hand-held drills and a great deal of time for the production of the Boh is required, which results in a reduction in Extraction time results. The use of carriage drills is because of the large drill hole lengths and the small space offers not or only rarely possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und dafür geeignete Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, das bei geringem Platzbedarf auf einfache und schnelle Weise das Durchführen und Auswerten der Testbohrungen ermöglicht.The invention has for its object a method and to provide suitable devices for that with a small footprint in a simple and quick way Execution and evaluation of the test bores possible.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrich tung durch die Merkmale des Patentanspruchs 5 gelöst.This task is carried out with regard to the procedure by the Features of claim 1 and with respect to the Vorrich tion solved by the features of claim 5.

Weiterbildungen erfolgen gemäß den Merkmalen der Unteran sprüche.Further training takes place according to the characteristics of the Unteran claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Bohrloch mit Hilfe von einem Hochdruckwasserstrahl hergestellt. Ein aus der Hochdruckwasserstrahltechnik an sich bekanntes Düsensy stem bearbeitet die Bohrlochsohle und vertieft damit das Bohrloch. Durch Nachschieben des Düsensystems wird die er forderliche Bohrlochtiefe hergestellt. Mit der zugeführten Wassermenge wird das Bohrklein aus dem Bohrloch gespült. Bohrlochabschnitte in Bereichen mit höherem Gebirgsdruck sind durch erhöhten Bohrkleinanfall gekennzeichnet. Dieser erhöhte Bohrkleinanfall wird erfindungsgemäß durch Messen von ein oder mehreren Bohrparametern erfaßt. Dadurch lassen sich eindeutig Zonen mit hohem Gebirgsdruck erkennen. Es können somit geeignete Maßnahmen zur Verlagerung des Ge birgsdruckes frühzeitig ergriffen werden und so die in die sem Bereich arbeitenden Personen geschützt werden.In the method according to the invention, the borehole becomes Made using a high pressure water jet. On off the high-pressure water jet technology known nozzle system stem processes the bottom of the borehole and thus deepens it Borehole. By pushing the nozzle system it becomes required depth of borehole. With the fed The cuttings are flushed out of the borehole. Borehole sections in areas with higher rock pressure are characterized by an increased amount of cuttings. This increased drilling cuttings is inventively measured captured by one or more drilling parameters. Let it through clearly identify zones with high mountain pressure. It can therefore take appropriate measures to relocate Ge mountain pressure can be taken early and thus into the persons working in this area are protected.

Ein Bohrparameter, der gemessen werden kann um Zonen hohen Gebirgsdruck zu erkennen, ist der Wasserdruck. Das Bohrloch wird mit einer konstanten Wassermenge und konstanter Vor triebsgeschwindigkeit gebohrt. Steigt nun die Bohrkleinmen ge, muß mit der zugeführten Wassermenge das Bohrklein aus dem Bohrloch gespült werden. Da mit der zugeführten Wasser menge nur der normale Bohrkleinanfall aus dem Bohrloch ge fördert wird, kommt es zu einem Wasserdruckstau wegen feh lender Durchfeuchtung des Bohrkleins. Der Wasserdruck steigt maximal bis zum Pumpendruck (Staudruck, das heißt Wasser fließt nicht mehr). Steigender Gebirgsdruck und erhöhte Gebirgs schlaggefahr wird somit durch einen höheren Wasserdruck angezeigt und gemessen.A drilling parameter that can be measured around high zones To recognize mountain pressure is the water pressure. The borehole with a constant amount of water and constant forward drive speed drilled. Now the cuttings rise ge, the cuttings must be removed with the amount of water supplied be flushed down the borehole. As with the supplied water only the normal amount of cuttings from the borehole is promoted, there is a water pressure build-up due to wrong lender dampening of the cuttings. The water pressure rises maximum up to the pump pressure (dynamic pressure, i.e. water flows no more). Rising mountain pressure and increased mountain A higher water pressure creates the risk of impact displayed and measured.

Als weiterer Bohrparameter kann auch die Vorschubgeschwin digkeit zur Ermittlung der Gebirgsschlaggefahr gemessen werden. Bei konstanter Wassermenge wird der Vorschub auf einen bestimmten Wert, zum Beispiel ein Meter pro Minute, einge stellt. Es werden aus dem Bohrloch eine bestimmte Menge Bohrklein, zum Beispiel zwei Liter Bohrklein pro Meter, herausge spült. Steigt nun in Bereichen mit höherem Gebirgsdruck die Bohrkleinmenge, sinkt die Vorschubgeschwindigkeit, da das anfallende Bohrklein nicht genügend durchfeuchtet wird.The feed rate can also be used as a further drilling parameter measured to determine the risk of rockfalls become. If the amount of water is constant, the feed will open a certain value, for example one meter per minute poses. The borehole becomes a certain amount Drill cuttings, for example two liters of cuttings per meter, removed rinses. Now increases in areas with higher mountain pressure Quantity of cuttings, the feed rate decreases because that resulting cuttings are not sufficiently moistened.

Als weiterer Bohrparameter kann auch die Vorschubkraft ge messen werden. Die Vorschubkraft ist proportional der Vor schubgeschwindigkeit. Es gelten die in dem vorhergehenden Abschnitt aufgeführten Abhängigkeiten.The feed force can also be used as a further drilling parameter will measure. The feed force is proportional to the forward thrust speed. The ones in the previous one apply Dependencies listed in section.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht die Möglichkeit durch Messen von einem oder mehreren Bohrparameter/n eindeutig eine Zone hohen Gebirgsdruckes zu erkennen und die Ge birgsschlaggefahr zu ermitteln.There is the possibility with the method according to the invention by measuring one or more drilling parameters to recognize a zone of high mountain pressure and the Ge to determine the risk of

Die Eichung erfolgt an einem Testbohrloch. Die Meßwerte der Hochdruckwassertestbohrung werden mit einem Test gemäß dem Stand der Technik (Auslitern des Bohrkleins) verglichen.The calibration is carried out on a test borehole. The measured values of the High pressure water test wells are tested according to the State of the art (gauging the cuttings) compared.

Für das Verfahren zur Ermittlung der Gebirgsschlaggefahr mit Hochdruckwasser eignen sich die aus der Hochdruckwasser strahltechnik bekannten Vorrichtungen. Der Wasserstrahl und damit die Schneiddüse müssen dem Bohrlochtiefsten folgen. Dafür müssen geeignete Vorrichtungen vorgesehen werden.For the procedure to determine the risk of rockfalls with High pressure water are suitable from the high pressure water Blasting technology known devices. The water jet and so the cutting nozzle must follow the deepest hole. Suitable devices must be provided for this.

An der Hochdruckwasserbohrvorrichtung muß mindestens ein Meßgerät zum Messen eines Bohrparameters vorgesehen sein. Dies kann ein Wasserdruck- und/oder ein Vorschubgeschwindig keits- und/oder ein Kraftmeßgerät sein.At least one must be on the high pressure water drilling device Measuring device for measuring a drilling parameter may be provided. This can be a water pressure and / or a feed rate keits- and / or a force measuring device.

Zur Herstellung der Bohrlöcher wird entweder ein richtungs stabiler Hochdruckwasserschlauch oder ein verlängerbares Rohr verwendet. Um die gewünschte Bohrlochtiefe ohne Gestän geverlängerung, die die Unterbrechung des Bohrvorganges zur Folge hat, zu erreichen, kann ein teleskopierbares Rohr ein gesetzt werden.To make the drill holes, either one direction stable high pressure water hose or an extendable Tube used. To the desired borehole depth without a rod extension, which is the interruption of the drilling process As a result, a telescopic tube can be reached be set.

Dem Hochdruckwasserschneiddüsensystem kann gemäß einer Wei terbildung der Erfindung ein Vorschubdüsensystem zugeordnet werden. Durch Rückstoßdüsen muß dann nicht das Rohrgestänge bzw. der Hochdruckwasserschlauch in das Bohrloch geschoben werden, sondern es wird durch die Rückstoßkraft der Düsen in das Bohrloch gezogen.The high-pressure water cutting nozzle system can according to a Wei terbildung the invention assigned a feed nozzle system become. The pipe linkage then does not have to be by recoil nozzles or the high pressure water hose is pushed into the borehole be, but it is caused by the recoil force of the nozzles pulled the borehole.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - bevorzugte Ausführungsformen von Hochdruckwasserbohrvorrich tungen zur Ermittlung der Gebirgsschlaggefahr dargestellt sind. In der Zeichnung zeigenFurther details, features and advantages of the item the invention result from the following description exercise of the associated drawing, in which - as an example - preferred embodiments of high pressure water drilling apparatus shown to determine the risk of rockfalls are. Show in the drawing

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hochdruckwas serbohrvorrichtung mit einem Hochdruckschlauch; Fig. 1 is a schematic representation of a high pressure water drilling device with a high pressure hose;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit einem verlängerbaren Rohrgestänge; Fig. 2 is a schematic representation of the device with an extendable pipe string;

Fig. 3 eine Ausführung der Vorrichtung mit Teleskoproh ren; Fig. 3 shows an embodiment of the device with Teleskoproh ren;

Fig. 4 ein Diagramm, das den Bohrkleinanfall und den Hochdruckwasserdruck in Abhängigkeit von der Bohr lochtiefe zeigt und Fig. 4 is a diagram showing the amount of cuttings and the high pressure water pressure as a function of the drilling depth and

Fig. 5 ein Diagramm, das den Bohrkleinanfall und die Vor schubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Bohr lochtiefe zeigt. Fig. 5 is a diagram showing the amount of cuttings and the feed rate before depending on the drilling hole depth.

Aus der Fig. 1 geht hervor, daß in einem Flöz 1 ein Bohrloch 2 durch eine Hochdruckwasserschneiddüse 4, die an einem Hochdruckschlauch 3 befestigt ist, gebohrt wird. An der Hochdruckwasserschneiddüse 4 sind Rückstoßdüsen 5 ange bracht. Der Hochdruckschlauch 3 ist auf einer Schlauchtrom mel 6 aufgerollt, an der ein Wasserdruckmeßgerät 7 angeord net ist. Die Hochdruckwasserzufuhr 8 erfolgt über eine nicht dargestellte Hochdruckpumpe. Entsprechend dem Bohrfort schritt wird der Hochdruckschlauch 3 von der Schlauchtrommel 6 abgerollt.From Fig. 1 it is evident that in a coal seam 1, a well bore 2 is drilled through a Hochdruckwasserschneiddüse 4, which is attached to a high-pressure hose 3. At the high pressure water cutting nozzle 4 recoil nozzles 5 are introduced . The high-pressure hose 3 is rolled up on a hose flow 6 , on which a water pressure measuring device 7 is arranged. The high pressure water supply 8 takes place via a high pressure pump, not shown. The high-pressure hose 3 is rolled off the hose drum 6 in accordance with the drilling progress.

Die Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung der Vorrichtung wie in Fig. 1. An der Hochdruckwasserschneiddüse 4 sind jedoch Rohre 9 angebracht. An einer Vorschubeinheit 11 ist ein Kraftmeßgerät 10 zur Messung der Vorschubkraft angebracht. Die Vorschubeinheit 11 ist wie bei einer Bohrlafette ausge führt. Die Vorschubeinheit 11 ist allerdings kleinbauender als herkömmliche Lafetten. Das Kraftmeßgerät 10 ist eine Druckdose, die zwischen den Rohren 9 und der Vorschubeinheit 11 angeordnet ist. FIG. 2 shows the same arrangement of the device as in FIG. 1. However, tubes 9 are attached to the high-pressure water cutting nozzle 4 . A force measuring device 10 for measuring the feed force is attached to a feed unit 11 . The feed unit 11 is like a drill carriage leads out. The feed unit 11 is, however, more compact than conventional mountings. The force measuring device 10 is a pressure cell which is arranged between the tubes 9 and the feed unit 11 .

In der Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung mit Teleskoprohren 12 dargestellt. Die übrigen Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in den vorhergehenden Figu ren. FIG. 3 shows an embodiment of the device with telescopic tubes 12 . The remaining reference numerals have the same meaning as in the previous figures.

In der Fig. 4 ist der Bohrkleinanfall in l/m () sowie der Hochdruckwasserdruck in bar (x) der Bohrlochtiefe zugeord net. Bei höherem Bohrkleinanfall steigt auch der Hochdruck wasserdruck, so daß ein hoher Gebirgsdruck und damit die Ge birgsschlaggefahr eindeutig durch Messung des Wasserdruckes ermittelt werden kann.In Fig. 4 the cuttings in l / m () and the high pressure water pressure in bar (x) of the borehole depth is assigned. With a higher volume of cuttings, the high pressure water pressure rises, so that a high rock pressure and thus the risk of mountain shock can be clearly determined by measuring the water pressure.

In der Fig. 5 ist der Bohrkleinanfall in l/m () und die Vorschubgeschwindigkeit in m/min (∎) in Abhängigkeit von der Bohrlochtiefe dargestellt. Auch hier ergibt sich, daß ein erhöhter Bohrkleinanfall eine Reduzierung der Vorschubge schwindigkeit zur Folge hat, so daß Zonen mit hohem Gebirgs druck erkannt werden können. In FIG. 5, the Bohrkleinanfall in l / m () and the feeding speed in m / min (∎) is shown as a function of borehole depth. Here, too, it follows that an increased amount of cuttings results in a reduction in the feed rate, so that zones with high rock pressure can be recognized.

Reference list

11

Flöz
seam

22

Bohrloch
Borehole

33rd

Hochdruckschlauch
High pressure hose

44

Hochdruckwasserschneiddüse
High pressure water cutting nozzle

55

Rückstoßdüse
Recoil nozzle

66

Schlauchtrommel
Hose reel

77

Wasserdruckmeßgerät
Water pressure measuring device

88th

Hochdruckwasserzufuhr
High pressure water supply

99

Rohre
Tube

1010th

Kraftmeßgerät
Force measuring device

1111

Vorschubeinheit
Feed unit

1212th

Teleskoprohre
Telescopic tubes

Claims

1. A method for determining the risk of rockfalls, especially in the coal industry, by drilling holes and determining the resulting parameters, which are compared with each other, characterized in that the borehole is produced by means of high pressure water jets and at least one drilling parameter of the high pressure water jet drilling technology is measured and correlated with the risk of rockfalls.

2. The method according to claim 1, characterized in that the measured drilling parameter is the water pressure.

3. The method according to claim 1, characterized in that the measured drilling parameter the feed rate is.

4. The method according to claim 1, characterized in that the measured drilling parameter is the feed force.

5. Device for performing the method according to An saying 1 to 4, characterized in that on a High pressure water jet drilling device at least one Measuring device for measuring the drilling parameters is provided.

6. The device according to claim 5, characterized in that a water pressure measuring device ( 7 ) is arranged on the high pressure water jet drilling device.

7. The device according to claim 5, characterized in that that on the high pressure water jet drilling device Feed speed measuring device is arranged.

8. The device according to claim 5, characterized in that a force measuring device ( 10 ) is arranged on the high pressure water jet drilling device.

9. The device according to claim 5 to 8, characterized in that a high-pressure hose ( 3 ) is provided for the insertion of a high-pressure water cutting nozzle ( 4 ).

10. The device according to claim 5 to 8, characterized in that for the insertion of the high pressure water cutting nozzle ( 4 ) extendable tubes ( 9 ) are provided.

11. The device according to claim 5 to 8, characterized in that a telescopic tube ( 12 ) is provided for the insertion of the high-pressure water cutting nozzle ( 4 ).

12. The apparatus of claim 5 to 11, characterized in that the high-pressure water cutting nozzle ( 4 ) is assigned a recoil nozzle ( 5 ).