DE1963638C3 - Selbsttätige Steuerung für den Bohrkopf einer Einspindelbohrmaschine für Flözbohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Steuerung für den Bohrkopf einer zur Herstellung von Bohrungen im Flöz, insbesondere für den Steinkohlenbergbau dienenden Einspindelbohrmaschine, deren Bohrkopf durch flözweisende Kräfte seiner vorwiegend radial-tangential arbeitenden Bohrwerkzeuge zwischen Hangendem und Liegendem stabilisiert ist und deren Spindel mit einer Leitvorrichtung im Flöz abgestützt ist, in der sie in einer Langlochführung umläuft.

Die so eingerichteten Einspindeibohrmaschinen stellen Bohrungen her, die ausschließlich in Flöz liegen und nicht in das Nebengestein verlaufen. Diese Eigenschaft der Bohrung ist wesentlich, wenn das Flöz durch die Bohrung hereingewonnen werden soll und deshalb ein Anfahren des Nebengesteines zu vermeiden ist. Sie ermöglicht aber auch eine Vielzahl von anderen Anwendungen derartiger Bohrungen z. B. in der Wettertechnik, im Grubenrettungswesen, in der Flözaufklärung od. dgl.

Bei wachsenden Bohrlängen tritt zwar keine Abweichung der Bohrung in das Nebengestein auf, weil die Stabilisierungswirkung der vorwiegend radial-tangential arbeitenden Bohrwerkzeuge von der Bohrlänge unabhängig ist, doch zeigt sich eine Abweichung des Bohrvortriebes aus der Bohrlochstunde unter Einhaltung eines verhältnismäßig hohen Kurvenradius. Derartige Abweichungen, die erfahrungsgemäß bei Bohrlochlängen von 100 m und mehr auftreten, sind natürlich unerwünscht.

Es sind bereits passive Steuerungen bekannt, welche durch ein sich auf den Bohrlochstößen abstützendes Leitwerk das Verlaufen einer flözgängigen Bohrung innerhalb der Flözfläche verhindern sollen. Eine dieser Vorrichtungen verwendet in dem Leitapparat zwar eine Langlochführung, um die flozweisenden Kräfte der Bohrkronen aufnehmen zu können, doch versucht sie ⁽⁾5 durch eine entsprechende Gewichtsbelastung zu erreichen, daß die lange Achse des Langloches durch ein Schweremoment senkrecht zum Schichtenverlauf selbsttätig gehalten wird. Die bei wachsenden Bohrlochgängen auftretenden Abweichungen der Bohrung von der vorgegebenen Sollrichtung im Flöz können hierdurch nicht verhindert werden. Diese ändern zwar an der gewichtsstabilisierten Querlage des Leitapparates nichts, führen jedoch dazu, daß die Längsachse des Langloches nicht mehr senkrecht auf Schichtenverlauf liegt. Sobald diese Abweichung eine bestimmte Größenordnung erreicht hat, muß die Bohrung abgebrachen werden.

Es sind aber auch aktive Steuerungen bekannt, die durch Aufbringung von Steuermomenten auf die Bohrkrone die Abweichungstendenzen durch Gegensteuerung aufheben sollen. Zur qualitativen Bestimmung der Steuermomente verwendet eine dieser Vorrichtungen einen Magnetkompaß. Die Vorrichtung ist dadurch technisch außerordentlich aufwendig und störanfällig. Außerdem setzt sie voraus, daß in einem gewissen Bereich die Bohrkrone und das anschließende Gestänge aus nicht magnetischem Material bestehen müssen.

An einer Doppelspindelbohrmaschine ist es allerdings bekannt, Steuermomente durch ein Pendel aufzubringen, das unmittelbar hinter dem Bohrkopf angebracht ist (DT-AS 11 26 819). Die Steuermomente werden von paarweise jeder Spindel zugeordneten Druckmittelzylindern aufgebracht, welche dem Hangenden und dem Liegenden zugeordnet sind. Eine solche Steuerung funktionier! nicht befriedigend, weil dem Pendel eine geeignete Bezugsebene fehlt und daher der Pendelausschlag nicht zwangsläufig eine Abweichung der Bohrung aus der Bohrlochstunde anzeigt.

Aus einer ebenfalls zum Stand der Technik gehörenden Doppelspindelbohrmaschine ist es andererseits bekannt gewesen, zur Stabilisierung des Bohrkopfes um die Längsachse einer Bohrung hinter dem Bohrkopf Schneidwerkzeuge anzubringen, welche den Bohrkopf auf dem Liegenden abstützen und ihn dadurch in Querrichtung stabilisieren sollen (BE-PS 5 35 288). Diese nur in Querrichtung wirkende Stabilisation schließt jedoch Abweichungen aus der Stundenrichtung nicht aus.

In beiden Fällen handelt es sich nicht um Bohrköpfe, die durch vorwiegend radial-tangential arbeitende Bohrwerkzeuge zwangsläufig zwischen Hangendem und Liegendem stabilisiert sind.

Der Erfindung liegt das Problem einer aktiven Steuerung zugrunde, welche durch die Aufbringung von Gegensteuermomenten geeigneter Größe und Richtung das Abweichen von flözgängigen Bohrungen innerhalb der Flözfläche aus der ihnen vorgegebenen Bohrlochstunde verhindert.

Dazu ist vorgesehen, daß zur Stabilisierung der Langlochführung um die Längsachse der Bohrung an der Leitvorrichtung beiderseits neben der Bohrspindel Schneidwerkzeuge angebracht sind, die je einen bis zum Liegenden reichenden Span abtragen und daß zur Aufbringung von Steuermomenten für die Einhaltung der Bohrlochstunde ein Pendel vorgesehen ist.

Diese Steuerung beruht einerseits darauf, daß sich der Leitapparat mit Hilfe der an ihm angebrachten Bohrwerkzeuge am Liegenden entlangtastet und dadurch seine Querachse trotz Kreisform der Bohrung schichtenparallel gehalten wird und andererseits durch das Pendel ausschließlich Abweichungen der Bohrrichtung gemessen werden, die durch Drehung des Bohrkopfes um seine Stehachse entstehen und deshalb Abweichungen aus der Bohrstunde in der Flözebene darstellen. Der wesentliche Vorteil einer solchen

Steuerung liegt in der Einfachheit ihres technischen Aufbaus und des Meßprinzips eines Pendels, das unabhängig vom Magnetismus arbeitet.

Zweckmäßig werden die beiderseits der Bohrspinde! angeordneten Schneidwerkzeuge auf zwei Scheiben angebracht, welche um Achsen in der Leitvorrichtung angeordnet sind.

Eint derartige Anordnung der Schneidwerkzeuge hat außerdem den Vorteil, daß auf eine Gewichtsstabilisierung der Langlochführung verzichtet werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Teil des Leitapparates, an dem die erfindungsgemäße Steuerung verwirklicht wird, in Seitenansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 den Gegenstand nach den Fig. 1 und 2 in Seitenansicht und im Schnitt längs der '.inie a-a der F i g. 2 unter Darstellung des Flözeinfallens

Fig.4 einen Schnitt längs der Linie b-b der Fig.2 und

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie d-dder F i g. 3.

Die Figuren zeigen lediglich einen Teil des Leitapparates 1 einer Einspindelbohrmaschine für die Herstellung von Bohrungen in einem Flöz 2, dessen Liegendes bei 3 angedeutet ist. Diese Einspindelbohrnaschine besitzt einen nicht dargestellten Kopf mit vor liegend radial-tangential arbeitenden Bohrwerkzeugen, welche die Eigenschaft besitzen, flözweisende Kräfte auf den Bohrkopf und damit auf das Bohrgestänge auszuüben. Auf diese Weise wird der Bohrkopf zwischen dem Hangenden und dem Liegenden 3 stabilisiert, weil er beim Anfahren des Nebengesteins wieder in das Flöz zurückgelenkt wird.

Der Leitapparat besteht aus mehreren, untereinander mit Hilfe eines Rohrgestänges 4, 5 verbundenen Leitabschnitten, von denen einer auch mit beweglichen Leitflächen versehen ist welche zur Aufbringung von Steuermomenten auf das nicht dargestellte Bohrgestänge, beispielsweise über hydraulische Zylinder, dienen.

Der dargestellte Teil des Leitapparates ist schlittenförmig. Er besitzt zwei Kufen 6 bzw. 7 mit Außenflächen 8, welche der Krümmung der Bohrlochstöße 9 entsprechend gekrümmt sind. Die beiden Kufen 6 und 7 sind durch Traversen 10 untereinander und mit einer Langlochführung 11 verbunden. Die Langlochführung wird von zwei Halbschalen 12 bzw. 13 gebildet, welche mit Hilfe von Flanschen 14, 15 um die Bohrspindel herum angebracht werden können.

Diese Langlochführung ermöglicht es dem Bohrgestänge, in einer bei 16 in Fig. 4 schematisch dargestellten Ebene senkrecht zum Schichtenverlauf zu oszillieren, wodurch die Bohrkrone zwar an das Hangende bzw. das Liegende 3 anstoßen, jedoch nicht in das Nebengestein eindringen kann.
Im Leitapparat befinden sich Lager 17 für Bolzen lfe, deren Achsen 19 flözparallel in der Leitvorrichtung angeordnet sind. Um jeden der beiden Bolzen 18 dreht sich eine Scheibe 20, die auf ihrem Umfang mit Schneidwerkzeugen 20' besetzt ist. Auf diese Weise

ι ο liegt je eine G ruppe von Schneidwerkzeugen an je einer Seite neben der Bohrspindel, die in der Langlochführung 11 geführt ist

Da die Bohrspindel beim Vortrieb des Bohrloches den Leitapparat 1 mitnimmt, walzen sich die Scheiben 20 mit den Schneidwerkzeugen 20' auf den Bohrlochstößen 9 ab. Dabei stellen sie jeweils einen bis zum Liegenden reichenden Span 21 bzw. 22 her und tasten sich auf diese Weise am Liegenden entlang. Dadurch «/ird die Langlochfiihrung um die Längsachse der Bohrung bzw. des Bohrgestänges stabilisiert. Folglich behält auch die Längsachse der Langlochführung ihre Stellung in der Ebene 16 bei.

Zur Aufbringung der Steuermomente dient ein Pendel 23, welches in einem Gehäuse 24 untergebracht ist und sich um die Achse 25 eines im Gehäuse verlagerten Bolzens 26 verschwenken kann. Das Pendel 23 kann z. B. auf elektrischem Wege über Kontakte 34 bzw. 35 Signale erzeugen, die über Leitungen 27 bzw. 28 weitergegegeben werden und in Zylindern 29 bzw. 30 Steuermomente auslösen, welche zum Ausfahren der Kolben aus den Zylindern und damit zur Aufbringung von Steuermomenten über die Köpfe 31 der Kolbenstangen 32 auf die Stöße 9 der Bohrung führen.

Durch die beschriebene Steuerung wird die Bohrung entlang einer vorgegebenen Linie im Flöz geführt. Diese ist nicht wie bei der kompaßgesteuerten Bohrung die Schnittlinie zwischen einer vorgegebenen Vertikalebene und der Flözfläche, sondern die durch den Ausgangspunkt der Bohrung verlaufende Fallinie. Die Pendelsteuerung ist so angeordnet, daß der Ausschlag des Pendels zu einer automatischen Steuerung der Langlochführung und damit der Bohrkrone um die Stehachse des Bohrkopfes erfolgt, und zwar in dem Sinne, daß der Bohrkopf im Flöz entlang der Fallinie vorrückt.

Die Vorrichtung hat überdies den Vorteil, daß beim Ziehen des Bohrgestänges möglicherweise auftretende Hindernisse durch die Wirkung der auch beim Ziehen wirksamen Schneidwerkzeuge auf den Scheiben 20 viel besser überwunden werden können. Außerdem entfällt eine Gewichtsstabilisierung der Langlochführung.

H^;erzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Selbsttätige Steuerung für den Bohrkopf einer zur Herstellung von Bohrungen im Flöz, insbesondere für den Steinkohlenbergbau dienenden Einspindelbohrmaschine, deren Bohrkopf durch flözweisende Kräfte seiner vorwiegend radial-tangential arbeitenden Bohrwerkzeuge zwischen Hangendem und Liegendem stabilisiert ist und deren Spindel mit ι ο einer Leitvorrichtung im Flöz abgestützt ist, in der sie in einer Langlochführung umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Langlochführung (11) um die Längsachse der Bohrung an die Leitvorrichtung (1) beiderseits neben ι s der Bohrspindel Schneidwerkzeuge (20') angebracht sind, die je einen bis zum Liegenden reichenden Span (21,22) abtragen und daß 7ur Aufbringung von Steuermomenten für die Einhaltung der Bohrlochstunde ein Pendel (23) vorgesehen ist.

2. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits der Bohrspindel angeordneten Schneidwerkzeuge auf zwei Scheiben (20) angebracht sind, welche um Achsen (18) drehbar gelagert sind, die flözparaüel in der Leitvorrichtung angeordnet sind.