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Vorrichtung zum Bohren von Großbohrlöchern Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Bohren von Großbohrlöchern mit Hilfe eines am vorderen Ende
in einem Gestell geführten Mehrfachbohrgestänges, das, von einer außerhalb des Bohrloches
befindlichen Bohrmaschine aus angetrieben, in im Bohrloch abgestützten Schlitten
geführt und nach Abbohren einer Bohrstangenlänge entsprechend dem Vorschub der Bohrmaschine
am maschinenseitigen Ende verlängert wird.
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Zur Aufklärung des Flözverlaufes, insbesondere im Steinkohlenbergbau,
oder zur Herstellung von Aufbauten im Flöz ist eine mehrspindelige Bohrlochmaschine
bekanntgeworden, bei der das Bohrgestänge zur Vermeidung übermäßigen Schlagens in
Abständen in im Bohrloch mitgeführten Schlitten gelagert ist. Damit die Bohrwerkzeuge
an den Enden des doppelten oder mehrfachen Gestänges parallel arbeiten, ist bei
dieser bekannten Vorrichtung ein dicht hinter dem Bohrkopf angeordnetes Gestell
vorgesehen, welches ebenfalls im Bohrloch entsprechend dem Bohrfortschritt vorrückt
und hierbei entweder im Bohrloch gleitet, beispielsweise auf federbelasteten Kufen,
oder auf Rädern, Walzen od. dgl. rollt.
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Hierbei überträgt das Bohrgestänge außer der Drehantriebskraft auch
den erforderlichen -Andruck auf die Bohrkronen. Das Bohrgestänge wird daher gleichzeitig
auf Biegung und Torsion beansprucht, weil das hergestellte Bohrloch, insbesondere
bei großen Bohrlochlängen, nicht geradlinig verläuft, sondern der Bohrkopf z. B.
beim Bohren in einem Kohlenflöz diesem folgt und auch im allgemeinen folgen soll.
Schließlich hat das Bohrgestänge auch. den erforderlichen Andruck auf den Bohrkopf
zu übertragen.
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Bei einem normalen Bohrgestänge machen die unter normalen Verhältnissen
auftretenden Torsions-und Biegebeanspruchungen keine besondere Verstärkung des Gestänges
erforderlich. Wenn es sich aber um sehr lange Bohrlöcher handelt, steigt die Beanspruchung
des Gestänges auf Knickung infolge des auf die Bohrkronen übertragenden Andrucks
außerordentlich stark mit zunehmender Bohrtiefe an. Der Einbau von sich im Bohrloch
abstützenden Führungsschlitten in kürzeren Abständen führt hierbei nicht zum gewünschten
Erfolg, sondern der Aus-und Einbau des Gestänges beim Kronenwechsel wird außerordentlich
erschwert, ohne daß eine Knickung des Gestänges wirksam verhindert werden kann.
Es war daher bislang erforderlich, bei entsprechend langen Bohrlöchern ein schwereres
Gestänge zu verwenden, welches außer seinen höheren Anschaffungskosten die weiteren
Nachteile hatte, daß es in der Regel zu steif war, um den Bohrkopf dem zumeist welligen
Flözverlauf folgen zu lassen. Hierzu kamen die Erschwerungen bei der Handhabung
und die höhere Beanspruchung der Bohrmaschine und deren Verankerung beim Sehrägbohren.
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Es ist ferner eine Maschine zur Gewinnung bergmännischer Produkte
oder zum Vortreiben von Strecken bekannt, bei der ein Schrämkopf am vorderen Ende
eines verlängerbaren Gestänges befestigt ist, das in entsprechenden Zwischenräumen
in je einer mit einstellbarem Lager versehenen Standstütze gelagert ist.
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Jede der Standstützen kann in der Strecke verspannt werden. In der
Nähe des Endstückes des Gestänges oder der Antriebswelle ist eine Wanderstütze angeordnet,
die ebenfalls mit einem einstellbaren Lager versehen ist und die gleichfalls angezogen
und nachgelassen werden kann, d. h. in der Strecke festsetzbar und lösbar ist. Diese
Wanderstütze trägt einen die Antriebswelle vor- und zurückbewegenden Support, zu
dessen Bewegung ein Handrad dient.
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Wenn mit dieser bekannten Maschine an der Ortsbrust konzentrische
Schrämschlitze hergestellt werden sollen und die Antriebswelle des Schrämkopfes
durch einen Motor in Umdrehung versetzt wird, muß dicht hinter dem rotierenden Schrämkopf
ein Bedienungsmann von Hand für den erforderlichen Andruck und Vorschub des vorderen
Gestänges sorgen. In entsprechende Entfernung von dieser Wanderstütze ist weiter
vorne die ebenfalls mit einem Lager versehene Abbaustütze angeordnet, die gleichfalls
verspannt und gelöst werden kann und die offenbar das Gewicht des Schrämkopfes im
wesentlichen tragen soll.
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Wie sich hieraus ohne weiteres ergibt, ist das Vorrücken der beiden
vorderen Stützen außerordentlich mühsam, wobei keinerlei Gewähr bei erneutem Verspannen
der Stützen dafür gegeben ist, daß die Lager
für die Antriebswelle
miteinander fluchten. Der die Vorschubeinrichtung bedienende Mann steht außerdem
in der unausgebauten Strecke und unmittelbar hinter dem Schrämkopf, der bei der
Arbeit zweifellos große Mengen Staub erzeugt. Da der Schrämkopf den gesamten Streckenquerschnitt
einnimmt und er mit Hilfe der Vorschubeinrichtung bei dem Handrad nur um ein kurzes
Stück vor- oder zurückgeschoben werden kann, ist nicht ersichtlich, wie der Schrämkopf
am Ende eines Streckenvortriebs wieder durch die hergestellte Strecke zurückgebracht
werden kann.
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Darüber hinaus ist auch eine fahrbare Vorrichtung zur Herstellung
unterirdischer Gänge bekannt, bei der ein vorn mit einem großen, um eine Querachse
rotierenden Schrämrad ausgestatteter Wagen sich mit seitlichen Stützvorrichtungen
gegen die Streckengröße verspannt. Zwischen der Verspannvorrichtung und dem Wagen
ist eine in Fahrtrichtung verlaufende Spindel eingebaut, bei deren Antrieb sich
der Wagen gegenüber der verspannten Andruckvorrichtung vorwärts bewegen kann. Wenn
der durch die Länge der Spindel bestimmte Vorschubweg verbraucht ist, kann eine
zweite seitliche Verspannvorrichtung ausgefahren und die Spindel nach Lösen der
ersteren Verspannvorrichtung wieder verlängert werden. Bei dieser bekannten Maschine
tritt somit auf Grund der Verfahrbarkeit des Wagens insgesamt und der querliegenden
Schrämtrommel das Problem einer Gestängeverlängerung nicht auf.
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Schließlich ist auch eine Streckenvortriebsmaschine bekannt, die nach
dem Bohrprinzip arbeitet und bei der das Bohrgestänge nicht verlängert wird, sondern
sich die Maschine insgesamt in der herzustellenden Strecke vorwärts bewegt. Bei
der in der Mitte der Maschine durch eine zwischen der Vorderachse und Hinterachse
angeordnete, vorzugsweise hydraulisch arbeitende Vorschubeinrichtung und Verspanneinrichtung
die Vorschubkraft erzeugenden Anordnung handelt es sich um eine im Prinzip der zuvor
besprochenen bekannten Maschine entsprechende Ausbildungsform.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung der
eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, durch die die Beanspruchung der erwähnten
Bohrgestänge auf Knickung so weit vermindert wird, daß auch sehr lange Großbohrlöcher
mit verhältnismäßig dünnem Gestänge hergestellt werden können. Es handelt sich also
darum, die bisher von der Bohrmaschine aus über das Bohrgestänge zu den Bohrkronen
geleitete Andruckkraft vom Gestänge bzw. von einem wesentlichen Teil seiner Länge
fernzuhalten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten
Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß der hinter dem die Gestängeenden führenden Gestell
angeordnete Schlitten seitlich gegen die Bohrlochwand verspreizbar ist und eine
auf das die Gestängeenden führende Gestell wirkende Andruckeinrichtung trägt. Die
Andruckkraft wird somit nicht mehr in der Bohrmaschine selbst, sondern in der Nähe
des vorderen Endes der Bohrstangen erzeugt, so daß das Bohrgestänge im wesentlichen
lediglich das zum Drehen der Kronen erforderliche Drehmoment überträgt und sich,
entsprechend dem Bohrlochverlauf, ohne wesentliche Axialkraft biegen kann.
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Im einzelnen kann der im Bohrloch verspannbare Schlitten mit einer
Anzahl von Druckzylindern ausgestattet sein, die gruppenweise mit an die Bohrloch
wand anpreßbaren Kufen verbunden sind. Die Betätigung der Vorschubeinrichtung durch
ein Druckmittel, z. B. Preßluft, die im Grubenbetrieb ohnehin zur Verfügung steht,
oder durch Druckflüssigkeit, die von einer mit der Bohrmaschine verbundenen Pumpe
geliefert werden kann, bietet den Vorteil, daß der auf die Bohrkronen ausgeübte
Andruck mit einem Meßinstrument an der Bohrmaschine selbst überwacht werden kann.
Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Vorschub der Vorschubeinrichtung
voll ausgenutzt ist und der verspannbare Führungsschlitten nachgezogen werden muß.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnung. Es
zeigt F i g. 1 eine herkömmliche Bohrvorrichtung in der Draufsicht, schematisch
dargestellt, und F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung, jedoch der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In den Figuren ist die Doppelspindelbohrmaschine mit 11 bezeichnet.
Sie besteht im wesentlichen aus den Bohrmotoren 5 und dem Vorschubmotor 6, der auf
einer Gewindespindel 4 nach vorn und hinten bewegbar ist. Der Rahmender Maschine
ist mit 7 bezeichnet.
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Die nebeneinanderliegenden Bohrstangen 16 gehen von der Bohrmaschine
zu den Bohrkronen 17, die an ihrem vorderen Ende befestigt sind. Hierbei sind die
Bohrstangen mit Hilfe von im Bohrloch angeordneten Führungsschlitten 3 gelagert.
Darüber hinaus ist am vorderen Ende der Bohrstangen ein Gestell 1 angeordnet, welches
die Bohrkronen 17 beim Bohren parallel hält.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, von der ein Ausführungsbeispiel
in F i g. 2 dargestellt ist, ist hinter dem die vorderen Enden der Bohrstangen 16a
führenden Gestell l eine Vorschubeinrichtung angeordnet, die den zwischen ihr und
der Maschine M befindlichen Teil des Bohrgestänges von axialem Druck und damit von
Knickbeanspruchungen entlastet. Die Vorschubeinrichtung besteht aus einem mit dem
Bohrgestänge verschiebbaren Schlitten 10, der mit Hilfe eines um eine waagerechte
Querachse beweglichen Gelenks 12 an der dem Bohrlochgrund abgekehrten Seite des
Gestells 1 befestigt ist. Gleichachsig zu dem Gelenk 12 sind in den Bohrstangen
16 Kardangelenke 13 angeordnet. Durch diese Anbringung des Bohrkopfes oder Gestells
1 können die Bohrkronen 17 Unregelmäßigkeiten des Kohlenflözes, beispielsweise beim
Bohren eines Aufhauens, in vertikaler Richtung nach oben oder unten folgen, während
eine seitliche Abweichung des Bohrlochs nicht eintreten kann.
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Der mit dem Bohrgestänge verschiebbare Schlitten 10 ist mit einem
Druckzylinder 11 verbunden, in dem ein doppeltwirkender Kolben 14 geführt
ist. während der Zylinder 11 mit dem Schlitten 10 in Verbindung steht,
ist die Kolbenstange 15 an ihrem hintenliegenden Ende mit einem gegen die
Bohrlochwände verspannbaren Führungsschlitten 8 verbunden. Das Bohrgestänge geht
durch den Schlitten 8 hindurch.
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Um den Schlitten 8 verspannen zu können, ist er mit Druckzylindern
9 ausgestattet, die gruppenweise mit parallel zur Bohrlochwand verlaufenden Kufen
9a verbunden sind. Die Kufen können entweder parallel
zur größeren
Bohrlochachse oder radial zum Bohrlochumfang orientiert sein. Zum besseren Angriff
an den Bohrlochwänden können die Kufen mit Krallen od. dgl. ausgestattet sein, damit
die Reaktionskraft der auf den Bohrkopf 1, 17 ausgeübten Druckkraft in die Bohrlochwand
abgeleitet wird.
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Die Betätigung des Zylinders 11 wie auch der Zylinder 9 erfolgt mit
Druckluft oder Drucköl, wobei die erforderlichen Zuleitungen zwischen den beiden
Bohrgestängen 16 nach hinten zum Bohrlochmund 18 führen und zweckmäßigerweise in
den Führungsschlitten 3 befestigt sind. Die Steuereinrichtung für die Zylinder ist
zur Vermeidung von Bedienungsfehlern zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß der Vorschub
des Zylinders 11 in Richtung zum Bohrlochgrund gleichzeitig mit der Anpressung der
Kufen 9a gegen die Bohrlochseitenwände eingeschaltet wird, während dann, wenn der
Kolben 14 im Zylinder 11 im entgegengesetzten Sinn mit Druckmittel beaufschlagt
wird und daher den verspannbaren Schlitten 8 an den Bohrkopf heranzuziehen sucht,
die Druckzylinder 9 abgeschaltet und die Kufen 9a von den Bohrlochseitenwänden abgehoben
sind.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgendermaßen:
Beim Beginn des Abbohrens einer neuen Gestängelänge stehen die Bohrmaschinen 5 in
der Bohrmaschine 11 am hinteren Ende ihres Vorschubweges, während der verspannbare
Schlitten 8 mit Hilfe des doppeltwirkenden Zylinders 11 so dicht als möglich an
den Bohrkopf herangezogen ist. Sobald die Bohrmaschinen 5 die Gestängestränge, normalerweise
in gegenläufigem Sinne, in Drehung versetzen, wird der Zylinder 11 durch Einleiten
von Druckmittel auf die entsprechende Seite des Kolbens 14 auf »Andruck« eingeschaltet,
wobei der Schlitten 8 gleichzeitig durch Betätigung der Zylinder 9 mit Hilfe der
Kufen 9a gegen die Bohrlochseitenwände abgespreizt wird. Der auf die Bohrkronen
17 wirkende Andruck liegt als axiale Belastung des Bohrgestänges nur im Bereich
der vorderen Bohrstangenenden 16a vor, während das übrige Gestänge in Axialrichtung
im wesentlichen unbelastet und damit gegen Ausknickung gesichert ist. Die Reaktionskraft
des auf die Kronen 17 -wirkenden Andrucks wird über den Schlitten 10, den
Zylinder 11, den verspannbaren Schlitten 8 über die Kufen 9a auf die Bohrlochwand
abgeleitet. Während des Abbohrens einer Gestängelänge rücken, vom Vorschubmotor
6 angetrieben, auch die Bohrmotoren 5 in der Maschine 11 vor, während sich der verspanabare
Schlitten 9 relativ vom Bohrkopf nach hinten entfernt, d. h., die Bohrmotoren, das
Gestänge 16 und die Kronen bewegen sich weiter in das Bohrloch hinein, wobei der
Schlitten 8 ortsfest bleibt. Sobald der Kolben 14 im Zylinder 11 an dessen hinterem
Ende angekommen und damit der Vorschubweg der Andruckvorrichtung erschöpft ist,
wird Druckmittel an dem hintenliegenden Ende in den Zylinder 11 eingeleitet und
gleichzeitig die Pressung der Zylinder 9 aufgehoben. Hierdurch zieht sich der Schlitten
8, geführt durch die Bohrstangen 16, wieder dicht an den Bohrkopf heran. Der Hub
des Kolbens 14 kann entweder einer Bohrstangenlänge entsprechen oder einen Bruchteil
einer Bohrstangenlänge betragen, so daß entweder bei jedem oder bei jedem zweiten
bzw. dritten oder vierten Vorziehen des verspannbaren Schlittens 8 die Bohrmotoren
5 am vorderen Ende ihres Vorschubweges angekommen sind und daß Bohrgestänge um eine
Stangenlänge ergänzt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere bei langen Großbohrlöchern
vorteilhaft, bei denen das Bohrgestänge --auf Knickung beansprucht wird, wenn der
Bohrdruck von den Bohrmotoren aus über das gesamte Gestänge bis zur Bohrlochsohle
geleitet werden muß. Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß die
Knickbeanspruchung eines derartigen Gestänges mit dessen Länge nach einer logarithmischen
Funktion wächst. Durch die Erfindung können jedoch Großbohrlöcher von praktisch
unbegrenzter Länge hergestellt werden, da der in Achsrichtung beanspruchte Teil
des Bohrgestänges außerordentlich kurz gehalten werden kann und weder die Größe
des Bohdruckes noch die Gesamtlänge Einfluß auf die Knickbeanspruchung des Gestänges
hat.