DE1263652C2 - Bohrverfahren und Bohrkopf zur Herstellung von Bohrungen, insbesondere grossen Durchmessers, in Mineralien, bevorzugt Kohle - Google Patents

Description

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beim erfindungsgemäßen Bohrkopf die Abwei- fläche verlaufen. Bei dem dargestellten Ausführungschungstendenz von dem härteren Nebengestein auf beispiel sind auf den Ausschnitten Meißel 7 befestigt, ein praktisch erreichbares Maximum, das nun aus- deren Schneiden in der Schraubenflache hegen, die reicht, die Bohrung auch bei geringen Härteunter- jedoch ausgehend von der Bohrlochachse 3 bis zum schieden in der weicheren Schicht zu halten. 5 Rand der Schraubenfläche in der auf der Zeichen-

Im Hinblick auf optimale Meißelgeschwindigkei- ebene herausweisenden Voitriebsrichtung der rionten bei größeren Bohrdurchmessern ist es zweckmä- rung angestellt sind. Dies ist aus Fig.4 zu erkennen, ßig, die weiter von der Bohrlochachse entfernten in der die beschriebenen Teile gleiche Bezugszeichen Meißel langsamer rotieren zu lassen, da diese grö- tragen. . .

ßere Wege zurückzulegen haben. Nach einer aus die- io Es ist hiernach ersichtlich, daß mit dem bescnnesen Gründen bevorzugten Ausführungsform der Er- benen Bohrkopf in folgender Weise gearbeitet wird: findung ist der Erfindungsgegenstand dahin weiterge- Mit jedem Meißel 7 wird längs einer ihm zugeord-

bildet, daß eine gegenläufig zu der Trommel dre- neten Schraubenlinie und mit allen Meißeln 7 wird hende zweite Trommel verwendet wird, welche um hintereinander auf einer Schraubenflache das anstedie erste Trommel herum angeordnet und mit einer 15 hende Mineral abgetragen, wobei auf der Schrauben-Meißelgruppe besetzt ist, deren Tragkörper Aus- fläche sämtliche Schraubenlinien liegen. Das Abtraschnitte aus einer weiteren hypothetischen Schrau- gen des Minerals erfolgt ausgehend von der tfohrbenfläche darstellen, und diese Meißelgruppe die lochachse 3 von innen nach außen erweiternd. Dabei Reiche Ganghöhe wie die erste Meißelgruppe besitzt. sind der Vorschub und die Drehung der lrommei 4 " In diesem Fall ist durch die beiden gegenläufig 20 und damit der Meißel um die Bohrlochachse i eindrehenden Meißelgruppen eine weitgehende Korn- sprechend der gewählten Schraubenflacric, wie sicn pensation der durch Drehung erforderlichen Dreh- aus den Erläuterungen zu Fig. 3 ergibt eingesteiii. momente möglich, wodurch eine noch bessere Stabi- Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ibt in lität des Bohrvorganges erreicht wird. Daneben wer- Fi g. 2 und 4 dargestellt. Der in Fi g. 2 mit gleichen den die vom Gebirge ausgehenden Reaktionsmo- 25 Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehene Bohrkopf bemente weitgehend ausgeglichen, so daß sich auch die sitzt bei dieser Ausführungsform wiederum eine Vorschubkraft weiter verringert. Trommel 4, die der in F i g. 1 dargestellten Trommel

Tm folgenden werden Ausführungsbeispiele der entspricht. Diese erste Trommel umgibt konzentrisch Frfindung an Hand schematischer Darstellungen nä- eine zweite Trommel 10, welche ihrerseits mit gemais Kr erläutert-es zeigt 30 dem Ausführungsbeispiel zwei Trag.corpern 11 be-

' F i e. 1 einen Bohrkopf nach der Erfindung in sei- setzt ist, die jeweils eine Stirnfläche 12 aufweisen, die ner einfachsten, grundsätzlichen Form in perspektivi- einen Ausschnitt aus einer zweiten ^Schraubennache scher Darstellung, darstellt. Diese Stirnflächen verlaufen gekrümmt vom

F i g 2 eine perspektivische Darstellung einer be- inneren Trommelrand 10 α bis zum äußeren Tromvorzueten Ausführungsform des erfindungsgemäßen 35 melrand 10 b und tragen in der im Zusammenhang _Bohrers mit Fig. 1 beschriebenen Weise die Meißel, so dab

F i g' 3 die Darstellung einer Schraubenfläche, in F i g. 2 die Meißel fortgelassen sind. Wahrend sich

Fig 4 eine Seitenansicht des Bohrkopfes nach die Trommel 4 in Richtung des Pfeiles λ bewegt, ro-F i g. 2 in perspektivischer Darstellung. tiert die zweite Trommel gegenläufig in Rötung des

In den Fieuren ist die Erfindung selbstverständlich 40 Pfeiles ft. Dabei ist die Drehzahl der Trommel 10 nur schematisch und nur so weit dargestellt, als es kleiner als die der Trommel 4, wodurch M ocr»erzürn Verständnis der Bau- und Funktionsweise des sichtlich nichts daran geändert wird, daß das Abtra Bohrkopfes notwendig ist. gen des Minerals längs ^JgJ¹A

In F i g. 3 ist der Spezialfall einer Schraubenfläche auf einer gemeinsamen S chraubenflache liegen, ts ist dargestellt der, wie eingangs beschrieben, durch 45 hierdurch jedoch möglich, die optimalen Me.ßelge-Vorschub und Rotation einer Geraden 1 um eine schwindigkeiten einzustellen. ,

Achse 2 entsteht, wobei die bei einer halben Drehung In F, g. 4 ,st der in F. g. 2 daigestell·te uncforste

entstehende Schraubenfläche 8 perspektivisch darge- hcnd erläuterte Bohrkopf ^v°« Jer State^gn stellt ist. Der allgemeinere Fall ist in Fi g. 3 nicht er- visch dargestellt. Gleiche Bezuirezeichen bezeichnen läutert. Er besteht in einer Schraubenfläche, die 50 herbei einander entsprechende Elemente duich Rotation einer starren Kurve statt einer Gera- Es ist hiernach ersichtlich, daß der Emgn t der

den entsteht Meißel überwiegend radial erfolgt, so dab de mit

Der e ne wie der andere Fall läßt sich in den nach- ihnen hergestellte Bohrung die Tendenz be.tz in foleend beschriebenen Bohrköpfen verwirklichen. die weichere Schicht.auszuweichen^d.*.,wenn sein Der in Fig.1 dargestellte Bohrkopf rotiert in der 55 der weicheren Schicht ahgesetzT^^ «^*^ durch den Pfeil« angegebenen Richtung um eine Schichtzu bleiben..Dadurch laß ts. el em Y«jauren Achse 3. indem er beispielsweise zentrisch auf ein an von Bohrungen, die in Mineralscllichte.J ^besoi 1 sich bekanntes Bohrgestänge aufgesetzt ist. Er besitzt dere in Kohle angesetzt sind und voge nebenλ r eine in der angegebenen Richtung umlaufende Trom- den, ohne zusätzliche Steuer- odei Stutzcltmentc mel4, auf der zwei Tragkörper 5 angeordnet sind. 60 hindern. .,,iirrpnden Werkzeugträger

Jeder Tragkörper weist eine in Drehrichtung nach Dies wird mit einem °"^e'^c"^

hinten eckriimmte Stirnfläche6 auf. die einen Aus- erreicht, d.h., es tritt <f"^s?™^^^ schnitt aus einer Schraubenflachc darstellt, wie sie gegenüber den bisher bekamHeJ Vorti.ebsc«nnchtun beispielsweise in Fi g. 3 dargestellt ist. Dort ist ein gen mit rotierender Trommel und auf dieser rotieren Ausschnitt bei 8 schraffiert gezeichnet. Die Stirnflä- 65 den Werkzeugen ein.

chcn 6 sind bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 Die m dem Ausf uhrungsbeisp.el nac 1 F1 _b. 2 ^a

nach Ausschnitten gebaut, die etwa von der Bohr- gestellte zentralsymmetr.schc_e ^An°idn^ung de^ Me^ lochachse 3 gekrümmt bis zum Rand der Schrauben- ßelgruppcn kann zu einer weitgehenden Kompcn^a

tion der Drehmomente ausgenutzt werden, wodurch sich auch die Steuerung der Maschine um die Längsachse erheblich vereinfacht, so daß Tendenzen entgegengewirkt wird, die zum Abweichen der Bohrung aus der ihr vorgegebenen Flucht innerhalb weiterer Schichten führen.

Daneben werden auch die Reaktionsmomente, die das Mineral den abtragenden Kräften entgegensetzt, weitgehend ausgeglichen, so daß sich die Vorschubkraft auf ein Minimum verringert. Es sind daher Bohrungen erheblicher Länge und großer Richtungsstabilität möglich.

Die Ausbildung der Meißel ist über die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale hinaus weitgehend beliebig. Es kann sich hierbei um paarweise angeordnete hartmetallbestückte Fräser handeln. Es sind aber auch angetriebene Meißel denkbar, die ihrerseits auf einer Schrämkette sitzen.

Bei den herausgestellten Eigenschaften und Vorteilen des neuartigen Bohrkopfes versteht es sich, daß die Erfindung auch auf Streckenvortriebsmaschinen mit Vorteil angewendet werden kann, insofern die Verminderung der Reaktionsmomente und die Aussteuerung der Gegenmomente betroffen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

d.h. in Vortriebsrichtung der Bohrung, angreifen, Patentansprüche: wie dies beim stoßenden und schlagenden Bohren der Fall ist, oder ob der Eingriff in das Gebirge über-

1. Bohrvorrichtung zum drehenden Bohren in wiegend radial-tangential stattfindet, was für das Mineralien, insbesondere in der Kohle, mit einer 5 Drehbohren gilt. Es läßt sich nachweisen, daß beim gegenüber deren Nebengestein geringeren Festig- axialen oder überwiegend axialen Bohren der Bohrkeit, die einen auf mindestens zwei Tragkörpern kopf die Tendenz besitzt, in die härtere Schicht abzumit Meißeln besetzten Bohrkopf aufweist, da- weichen, während beim überwiegend radial-tangendurch gekennzeichnet, daß die Trag- tialen Bohren der Bohrkopf in die weichere Schicht körper (5,6) zentralsymmetrisch auf einer Trom- xo ausweicht

mei (4) liegen und ihre Stirnflächen (6) Teile Es ist bereits ein Bohrkopf bekannt, bei dem die

einer hypothetischen Schxaubenfläche sind, Meißel auf zwei Tragkörpern angeordnet sind. Bei

welche durch Drehung und Vorschub einer im diesem Bohrkopf greift jedoch die zentrale Bohr-

Winkel zu der Bohrlochachse (3) gedachten Ge- spitze rein axial in das Nebengestein ein. Auf Grund raden entsteht, und gekrümmt von der Bohrloch- 15 der Ausbildung und Anordnung der Meißel sowie

achse (3) zum äußeren Rand der hypotheti- der schraubenförmigen Ausbildung der Meißelträger

sehen Schraubenfläche verlaufen, wobei die Mei- ist dieser Bohrkopf nur zum Bohren in weichem Un-

ßel (7) als Radialmeißel mit Axialkomponente tergrund, d. h. als Erdbohrgerät, geeignet, wobei die

ausgebildet sind, einen Freiwinkel aufweisen und schraubenförmige Fortsetzung des Meißelträgers als sich die Schneidflächen der Meißel (7) auf der 20 Förderer für das Bohrklein sowie als Führungsmittel

hypothetischen Schraubenfläche befinden. dient. Eine Eigensteuerung, die das Auslaufen der

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch Bohrung verhindert, ist mit diesem Bohrkopf weder gekennzeichnet, daß wie an sich bekannt, eine ge- erreichbar noch vorgesehen.

genläufig zu der Trommel (4) drehende zweite Es ist weiterhin ein Bohrkopf zum Erdbohren beTrommel (10) verwendet wird, welche um die er- 25 kannt, bei welchem eine Anzahl von Meißeln auf ste Trommel (4) herum angeordnet und mit einer einer eine Zentralachse mehrfach umschlingenden Meißelgruppe besetzt ist, deren Tragkörper (11, radial sich erweiternden Schraubenlinie angeordnet 12) Ausschnitte aus einer weiteren hypotheti- sind. Auch bei diesem Bohrkopf dient der schrauschen Schraubenfläche darstellen, und diese Mei- benförmige Tragkörper zur Abförderung des Bohrßelgruppe die gleiche Ganghöhe wie die erste 30 kleins. Die von ihm gebildete Schraubenfläche ent-Meißelgruppe besitzt. spricht daher nicht dem Bohrvorschub und der Bohr

drehung. Auf Grund der axialen Länge dieses Bohrkopfes ist auch bei ihm eine Eigensteuerung innerhalb einer weicheren Schicht nicht möglich.

35 Femer ist ein Bohrer bekannt, der sowohl zum

Bohren von Gestein als auch zum Bohren im Erdreich verwendet werden kann. Dieser weist jedoch nur einen einzigen Tragkörper für die Bohrwerk-

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum zeuge auf. wobei letztere auf Grund ihrer Anordnung drehenden Bohren in Mineralien, insbesondere in der 40 am Tragkörper überwiegend axial angreifen. Ein di-Kohle, mit einer gegenüber deren Nebengestein ge- rekter Zusammenhang zwischen Drehzahl und Vorringeren Festigkeit, die einen auf mindestens zwei schub einerseits und der Schraubenfläche anderer-Tragkörpern mit Meißeln besetzten Bohrkopf auf- seits besteht bei diesem Bohrkopf nicht,
weist. Ausgehend von der oben erläuterten Erkenntnis

Zu der Gewinnung von Kohle verwendete Bohr- 45 der Selbststeuerung hat sich die Erfindung die Aufvorrichtungen bzw. Bohrköpfe dürfen nicht in das gäbe gestellt, einen Bohrkopf der eingangs genannten Nebengestein abweichen, sondern sollen »flözgän- Art zu schaffen, bei dem ein wesentlicher Teil der gig« sein. Zu diesem Zweck ist es bekannt, an dem bisher aufzubringenden axialen Vorschubkräfte fort-Bohrgestänge Führungsstangen oder Führungskörper fällt und der in einer gegenüber den Nachbarschichanzubringen, die eine zusätzliche Führung des Bohr- 50 ten weicheren Schicht, insbesondere in Kohle, ohne gestänges erzwingen sollen. Solche Mittel stellen zusätzliche Mittel und Maßnahmen gehalten werden einen zusätzlichen Aufwand dar, sie wirken in ihrer kann.

bisherigen Form nicht oder nicht zuverlässig und Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch geverhindern im Einzelfall dann doch nicht, daß die löst, daß die Tragkörper zentralsymmetrisch auf Bohrung verläuft. Als Folge dieser Mängel lassen 55 einer Trommel liegen und ihre Stirnflächen Teile sich bisher nur in besonders günstig gelagerten Fäl- einer hypothetischen Schraubenfläche sind, welche len Bohrungen größerer Länge in einem Mineral und durch Drehung und Vorschub einer im Winkel zu insbesondere in der Kohle herstellen. der Bohiiochachse gedachten Geraden entsteht, und

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß gekrümmt von der Bohrlochachse zum äußeren Rand die Tendenz des Bohrkopfes, in das Nebengestein 60 der hypothetischen Schraubenfläche verlaufen, wobei abzuweichen, einerseits von den relativen Festigkei- die Meißel als Radialmeißel mit Axialkomponente ten düs Nebengesteins und des Minerals abhängt, an- ausgebildet sind, einen Freiwinkel aufweisen und dererseits von dem zur Anwendung gelangenden sich die Schneidflächen der Meißel auf der hypothe-Bohrprinzip. Die meisten Mineralien, insbesondere tischen Schraubenfläche befinden,
aber Kohle, sind weicher als ihr Nebengestein. 65 Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Mei-

Die bekannten Bohrverfahren lassen sich unter an- ßelbahnen selbst auf Schraubenlinien liegen, durch derem danach unterscheiden, ob sie überwiegend die ein weitgehend selbsttätiges Einziehen in Voroder ausschließlich in das anstehende Gebirge axial, schubrichtung bewirkt wird. Dabei verstärkt sich