DE19810475A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufweiten einer Strecke (Kugelkaverne) - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schaffung eines untertägigen Hohlraumes in Form einer Kugelkaverne. DOLLAR A Dazu schlägt die Erfindung vor, einen den Durchmesser der späteren Kugelkaverne 34 überragenden, in Längsrichtung der Strecke 1 ausgerichteten Tragrahmen 11 an beiden Enden in in den angrenzenden Streckenabschnitten angeordneten Spannrahmen 13, 14 drehantreibbar zu lagern, den Tragrahmen 11 mittig mit einer Drehvorrichtung 21 zu versehen, die einen längsverschieblichen Schneidarm 20 aufweist. Der Schneidarm ist an seinem äußeren Ende mit einem Schneidkopf 26 versehen. Der Schneidkopf 26 weist erfindungsgemäß somit alle Freiheitsgrade auf, die für das Auffahren einer Hohlkugel erforderlich sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufweiten einer Strecke zur Schaffung eines untertägigen Hohlraumes durch fortschreitendes Abtragen der Streckenwände mittels eines um eine Achse kreisenden und verstellbaren, schneidend wirkenden Werkzeuges. Sie betrifft aber auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Aus der AT-PS 266 743 ist ein solches Verfahren bekannt, mit dem von einer Vorbohrung ausgehend durch schneidend arbeitende Werkzeuge ein Hohlraum aufgefahren wird, der dort als Strecke bezeichnet ist. Wie aus Fig. 18 der besagten Schrift erkennbar, findet hier ein Erweiterungsbohrgerät Verwendung, das mit Ringzähnen versehene Rollen aufweist, die durch ihre Befestigung auf Schwenkhebeln kreisbogenförmig nach außen verschwenkt werden. Da die Schwenkhebelanordnung um eine längs zur Strecke vorgesehene Achse und mittig angeordnet umläuft, entsteht mit dieser Vorrichtung eine kuppelartige Stollenbrust hinter dem Vorbohrloch.

Zweck des bekannten Verfahrens ist es, mindestens eine Schicht des Gebirges ohne eigenen Vorschub der Schneidwerkzeuge in Richtung der Streckenachse jeweils durch radiale Bewegung der Schneidwerkzeuge nach außen aus dem Vorbohrloch heraus fortlaufend abzusprengen, wobei nach Erreichen des gewünschten Streckendurchinessers die Schneidwerkzeuge hier in ihre innere Ausgangsstellung zurückgefahren werden und die Schneidwerkzeuge schließlich um eine der Stärke der nächsten abzusprengenden Schicht entsprechende Strecke in Richtung der Streckenachse vorgeschoben werden. Auf diese Art und Weise wird eine im Durchmesser größere Strecke aufgefahren, die der bergwerksmäßigen Hereingewinnung von Haufwerk oder der Schaffung von untertägigen Verkehrswegen dient, etwa von stollenartigen Tunnels oder dergleichen, ein genauer Verwendungszweck ist in der AT-PS 266 743 nicht angegeben. Zwar können durch die aus dieser Schrift bekannte Vorrichtung bei entsprechender Steuerung des Ausfahrmechanismus für die Schneidrollen mit Hilfe von Kurven oder ähnlichen Vorrichtungen beliebige Querschnitte der Strecken und Stollen erzielt werden, aber keine kammerartige Auffahrungen, die z. B. Lagerzwecken dienen könnten, weil der Abbau, d. h., das Auffahren der Strecke nur in eine Längsrichtung erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es jedoch, ein Verfahren vorzuschlagen, nach dem in einer vorhandenen Strecke eine hohlkugelförmige Kaverne aufgefahren werden kann und auch eine dafür geeignete Vorrichtung vorzuschlagen. Es ist vorgesehen, in bergmännisch erschlossenen untertägigen Hohlräumen, wie Kavernen und in den diese verkehrsmäßig erschließenden Strecken, insbesondere in solche, die in Salzstöcken aufgefahren sind, umweltunverträgliche Abfallstoffe auf Dauer einzulagern. Hierbei ist es erforderlich, die Lagerstätten nach außen hin und zu noch nicht verfüllten Streckenabschnitten hermetisch und dauerhaft zu verschließen. Dazu ist vorgeschlagen worden, an entsprechender Stelle der Strecke, diese zu einer hohlkugelförmigen Kaverne aufzuweiten und die Kaverne mit einem quellenden Material, z. B. Bentonit, gänzlich aufzufüllen, vorzugsweise indem Bentonitformgesteine eingebracht werden, die nach Zugabe von Wasser oder auch nur durch Aufnahme von Luftfeuchtigkeit derart quellen, daß sie hermetisch dichtend die Kugelkaverne gänzlich ausfüllen. Zur Verbesserung der Dichtwirkung kann der so gebildete Bentonit-Pfropfen ein Stück in jeden anschließenden Streckenabschnitt hineinreichen, wozu auf die Länge dieses Stückes die entsprechende Strecke kegelstumpfförmig aufgefahren sein soll, verjüngend von der Kugelkaverne in Richtung Streckenabschnitt. Hierdurch ergeben sich auch saubere Anschlüsse von dem kleinen Durchmesser der Kegelstümpfe zu dem quadratischen Querschnitt der Strecken. Gegebenenfalls ist vorgesehen, die kegelstumpfförmigen Hohlräume statt mit Bentonit mit Schneidgut oder Haufwerk zu verfüllen.

An die Präzision der Kugelkaverne und deren kegelstumpfförmigen Anschlüsse werden in Bezug auf Toleranz und Oberflächenrauhigkeit hohe Anforderungen gestellt, was auch beinhaltet, daß die Mantelfläche der Kugelkaverne weder ausbricht noch sonstige Beschädigungen aufweist.

Im besonderen liegt also der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dessen Anwendung das Auffahren der Kugelkaverne und ggf. deren Anschlüsse mit der geforderten Präzision erfolgt. Gelöst wird diese Aufgabe, indem das Schneidwerkzeug auf einem teleskopierbaren bzw. von innen nach außen verschieblichen Schneidarm sitzend mit diesem um eine quer zur Streckenachse angeordnete Achse kreist, dabei kreisbogenförmig Schneidgut von der Streckenwand abschneidet oder abfräst, und danach diese Achse schrittweise in einem Winkelmaß um die Streckenachse derart gedreht wird, daß der Vorschub des Schneidwerkzeuges in Umfangsrichtung und gesehen in Bezug auf die Streckenachse ein unterhalb der Breite des Schneidwerkzeuges liegendes Maß aufweist, wobei der schrittweise Vorschub nach dem jeweiligen Kreisen des Schneidwerkzeuges so oft wiederholt wird, bis daß das Schneidwerkzeug mindestens um 360° auch die Streckenachse umkreist hat, und danach der Schneidarm mit dem Schneidwerkzeug um eine Schnittiefe weiter gegen die Streckenwand gestellt wird, und all diese Schritte so lange wiederholt werden, bis eine Kugelkaverne ausgebildet ist.

Das schneidend wirkende Werkzeug und dessen Breite ist so ausgebildet und der Vorschub desselben ist so gewählt, daß die minimal zugelassene Rauhigkeit der Mantelfläche erreicht wird. Infolge der hiermit eindeutig vorgegebenen Kinematik ist auch die Anforderung an die Toleranz in Bezug auf Kugelausbildung zu erfüllen. Zur weiteren Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit ist es vorteilhaft, den Schneidkopf mit Vorschneidwerkzeugen gegen einen solchen mit Schlichtwerkzeugen versehenen auszutauschen oder die Werkzeuge selbst entsprechend auszuwechseln.

Zur Schaffung im Querschnitt runder, vorzugsweiser kegelstumpfförmiger Hohlräume als Anschlüsse der Kugelkaverne an die im Querschnitt vorzugsweise quadratischen Streckenabschnitte werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vor dem Auffahren der Kugelkaverne zunächst die nachfolgenden Schritte vollzogen:

• a) von einer Streckenseite aus wird, beginnend mit dem kleinsten Durchmesser, mittels eines, um eine zentral in der Strecke angeordnete und dort gegen die Streckenwände, den Streckenfirst und die Streckensohle verspannte Längsachse drehenden, radial in Richtung Streckenwand vorschiebbaren, schneidend arbeitenden Werkzeuges ein erster Schnitt gefahren, nach Drehen des Schneidwerkzeuges um mindestens 360° um die Längsachse wird das Schneidwerkzeug um eine Schnittbreite in Achsrichtung in Bezug auf die Streckenachse auf die zu schaffende Kugelkaverne zu verschoben, und nun erfolgt ein neuer Schnitt in Umfangsrichtung, und diese Schritte werden bis zum Erreichen der Kegelstumpflänge wiederholt, anschließend wird das Schneidwerkzeug um eine Schnittiefe radial nach außen verstellt, und es wird in gleichen Schritten ein neuer Schnitt hereingewonnen, wobei diese Schritte wiederholt werden, bis unter entsprechender Steuerung des Verschubes und des Längsschubes des Schneidwerkzeuges ein Kegelstumpf aufgefahren ist,
• b) die die Längsachse und damit das Schneidwerkzeug mit entsprechenden Verspanneinrichtungen der Längsachse bildende Aufweitvorrichtung wird in Richtung der Streckenachse verschoben, und
• c) ausgehend von dem großen Querschnitt des kegelstumpfförmigen Hohlraumes erfolgt ein fortschreitendes Aufweiten der Strecke zu einem zylinderförmigen Hohlraum mit einer Länge entsprechend der Länge der Sehne des in Schnittebene liegenden Kreisabschnittes durch schneidendes Hereingewinnen von Schneidgut analog zu Schritt a), und
• d) an der dem erstgenannten kegelstumpfförmigen Hohlraum gegenüberliegenden Seite des Hohlzylinders - der späteren Kugelkaverne - mit dem größten Durchmesser eines weiteren Kegelstumpfes beginnend, wird dieser kegelstumpfförmige Hohlraum analog zu dem Schritt a) hergestellt auf eine Länge, die die Unterbringung der für das Herstellen der Kugelkaverne erforderlichen Vorrichtung bzw. deren Abstützung auf dieser Seite erlaubt, wobei anschließend die besagte Vorrichtung zur Herstellung der Kugelkaverne vorzugsweise auf Schienen in den hohlzylinderförmigen Raum eingebracht, dort, wenn nicht schon geschehen, zusammengebaut und in den kegelstumpfförmigen Hohlräumen der Strecke beidenends drehbar verspannt wird, und die Kugelkaverne entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 aufgefahren wird, und abschließend der zweite kegelstumpfförmige Hohlraum als Anschluß zum zweiten Streckenabschnitt in seiner Länge fertiggeschnitten wird.

Vorteilhaft ist es, wenn die Herstellung der kegelstumpfförmigen Hohlräume entsprechend der Merkmale a) und d) und die Herstellung des zylinderförmigen Hohlraumes entsprechend dem Merkmal c) in Längsabschnitten erfolgt.

Von der Erfindung getragen werden auch andere als die bevorzugten, zuvor beschrieben Verfahrensschritte. Beispielsweise kann die Kugelkaverne auch so hergestellt werden, daß der Hauptschnitt durch Kreisen des Schneidwerkzeuges um die Streckenachse X erfolgt und erst nach einem vollständigen Beschreiben eines Kreises eine Verschiebung des Schneidwerkzeuges um eine Werkzeugbreite durch Schwenken um die Querachse Z durchgeführt wird. Auch kann zur Herstellung der kegelstumpfförmigen Hohlräume als Anschlüsse an die Kugelkaverne das um die Streckenachse X kreisende Schneidwerkzeug bis an die Mantelfläche des Kegelstumpfes schneidend herangeführt werden, um erst danach einen in Längsrichtung versetzten neuen Schnitt auszuführen.

Ebenfalls ist es von erfinderischer Bedeutung, statt der genannten Schneidwerkzeuge Fräswerkzeuge oder solche Werkzeuge einzusetzen, die schabend arbeiten.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß nach Fertigstellung der Kugelkaverne der untere Teil derselben mit einer Gummimatte oder Kunststoffolie abgedeckt und mit einer Schicht hereingewonnenem Schneidgut aufgefüllt wird, auf dieser Schicht Unterstützungskonsolen aufgestellt und Schienen in die Kugelkaverne eingebracht werden, die von den Unterstützungskonsolen bis in einen der Abschnitte der Strecke reichen, und daß nach Demontage der in den Streckenabschnitten bzw. kegelstumpfförmigen Hohlräumen angeordneten Verspanneinrichtungen die Aufweitvorrichtung, mit der die Kugelkaverne hergestellt worden ist, auf den Schienen von der Kugelkaverne in den entsprechenden Streckenabschnitt verbracht und von dort entfernt wird.

Zur Vermeidung von Beschädigungen der Manteloberflächen wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, das hereingewonnene Schneidgut bzw. das am Boden der Kugelkaverne abgelagerte Schneidgut pneumatisch durch eine z. B. handgeführte Absaugeinrichtung aus dem Bereich der Kugelkaverne und deren aus kegelstumpfförmigen Hohlräumen gebildeten Anschlüsse zu fördern.

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines untertägigen Hohlraumes in Form dieser Kugelkaverne durch Aufweiten einer Strecke zeichnet sich dadurch aus, daß ein den Durchmesser der Kugelkaverne überragender, in Längsrichtung der Strecke und konzentrisch zu deren Achse X ausgerichteter Tragrahmen an beiden Enden in in den angrenzenden Streckenabschnitten angeordneten Spannrahmen drehbar gelagert ist, der Tragrahmen mittig eine Drehverbindung mit einer Achse Z aufweist, an der ein in seiner Längsachse verschieblich ausgebildeter Schneidarm befestigt ist, der an seinem äußeren Ende einen Schneidkopfhalter aufweist, an dem auswechselbar ein mit Schneid­ werkzeugen versehener Schneidkopf befestigt ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Tragrahmen, die den Schneidarm aufweisende Drehverbindung sowie der Schneidkopf mit Drehantrieben, vorzugsweise mit Hydraulikmotoren, ausgerüstet sind und der Schneidarm mit einem Vorschubgetriebe, vorzugsweise bestehend aus hydraulischen Zylinder-Kolben-Aggregaten, versehen ist, mit dem er gegen eine Halterung an der Drehverbindung abstützbar ist.

Besonders vorteilhaft ist, wenn der Tragrahmen aus einer längsgeteilten Rahmen­ konstruktion besteht, deren Hohne an den die Lagerung aufnehmenden Enden zusammengefaßt sind, und daß zwischen den Holmen Raum zur Aufnahme des Schneidarmes vorgesehen ist, wobei der Schneidarm mit je einer Drehverbindung mit dem benachbarten Holm verbunden ist. Dabei kann es vorteilhaft sein, den Tragrahmen durch Trennstellen in für den Transport Untertage geeignete Schüsse unterteilbar auszubilden, z. B. in 5 Schüsse, wobei der mittlere Schuß und die beiden Endschüsse aus sich gegenüber liegenden und mit sich verbundenen Teilstücken bestehen können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Spannrahmen mit verstellbaren Pratzen zu versehen, mit denen, gegebenenfalls unter Verwendung von Zwischentraversen, die Spannrahmen den Tragrahmen in den ihm naheliegenden Streckenabschnitten zentrierend gegen die Streckenwände, den Streckenfirst und gegen die Streckensohle oder gegen die Mantelfläche der Anschlußkegel verspannbar sind.

Die prinzipiell geforderte Zentrierung des Tragrahmens in Bezug auf die Streckenachse X ist auch dann noch gegeben, wenn zum Ausgleich der Durchbiegung des Tragrahmens infolge seines Gewichtes zur Erlangung der geforderten Präzision des Kugelmantels die Spannrahmen um ein entsprechendes Maß gegen die Richtung der Schwerkraft gestellt sind. Diese Einstellung ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schneidarm in Längsabschnitte unterteilbar ausgebildet ist, die Anschlußausbildungen der Abschnitte mit der Anschlußausbildung des Schneidkopfhalters paßgenau übereinstimmend sind und somit der Schneidarm durch Hinzufügen von Abschnitten in der Länge veränderbar ist.

Für die Herstellung kegelstumpfförmiger Hohlräume als Anschlüsse an die Kugelkaverne und für das vorbereitende Aufweiten der Strecke zu einem zylinderförmigen Hohlraum, schlägt die Erfindung vor, Schienen auf der Streckensohle vorzusehen, auf denen Spannrahmen mittels darunter angeordneter Wälzwagen längsverschieblich angeordnet sind, die Spannrahmen gegen den Streckenfirst, gegen die Streckenwände und gegen die Streckensohle verspannbar ausgebildet sind, und die Spannrahmen einen in etwa mittig und längs der Streckenachse X ausgerichteten, in Achsrichtung verschieblich ausgebildeten Verfahrrahmen aufweisen, der an seinem Arbeitsende einen, über eine Drehverbindung mit ihm drehbar verbundenen, und konzentrisch zur Streckenachse X ausgerichteten Halter aufweist, an dem ein radial ausfahrbarer Schneidkopfhalter mit einem rotierend ausgebildeten, mit Schneidwerkzeugen versehenen Schneidkopf angeordnet ist. Zweckmäßigerweise sind die zweiteilig ausgebildeten Spannrahmen mittels Längstraversen miteinander verbunden.

Vorteilhaft ist, wenn der Halter für den Schneidkopfhalter und der Schneidkopf mit Drehantrieben, vorzugsweise mit Hydraulikmotoren, ausgestattet sind, der Schneidkopfhalter sowie der Verfahrrahmen Vorschubgetriebe, vorzugsweise hydraulische Zylinder-Kolben-Aggregate, zur Verschiebung in die Richtung der jeweiligen Achsen X und Y aufweisen.

Vorzugsweise ist der Schneidkopfhalter in Längsabschnitte unterteilbar ausgebildet, sind die Anschlußausbildungen der Abschnitte mit der Anschlußausbildung des Schneidkopfhalters paßgenau übereinstimmend und ist somit der Schneidkopfhalter durch Hinzufügen von Abschnitten in der Länge veränderbar.

Die Erfindung schlägt weiter vor, die Spannrahmen mit verstellbar ausgebildeten Pratzen zu versehen, mit denen die Spannrahmen gegen die Streckenwände und den Streckenfirst sowie gegen die Streckensohle verspannbar sind, wobei die Spannwege so dimensioniert sind, daß eine konzentrische Ausrichtung der Drehachse des Halters für den Schneidkopfhalter zur Streckenachse X damit durchführbar ist. Die konzentrische Ausrichtung ist sinngemaß auch dann noch gegeben, wenn zum Ausgleich der Durchbiegung des Verfahrrahmens infolge seines Gewichtes und des Gewichtes des Halters und des mit dem Schneidkopf versehenen Schneidkopfhalters zur Erlangung der geforderten Präzision des Kegelmantels die Spannrahmen um ein entsprechendes Maß gegen die Richtung der Schwerkraft gestellt sind. Diese Einstellung ist ebenfalls zur Erfindung gehörend.

Schließlich ist es auch vorteilhaft, den Schneidkopfhalter und den mit Schneidwerkzeugen ausgestatteten Schneidkopf so auszubilden, daß ein Schneidkopf mit Schneidwerkzeugen für einen Vorschnitt gegen einen solchen mit Schlichtwerkzeugen versehenen austauschbar ist. Das gilt selbstverständlich auch für den Schneidkopf zum Auffahren der Kugelkaverne. Statt schneidend arbeitende Werkzeuge können auch solche, die fräsend oder schabend arbeiten, verwandt werden, ohne die Erfindung zu schmälern.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1-5 in schematischer Darstellung verschiedene Stadien der Herstellung einer, aus einer Strecke aufgeweiteten Kugelkaverne,

Fig. 6 die Kugelkaverne, verfüllt mit gequollenem Dichtmaterial, im Längsschnitt,

Fig. 7 eine für das Schneiden der Kugelkaverne in die vorbereitete Aufweitung der Strecke eingebrachte Aufweitvorrichtung, die Aufweitung im Längsschnitt,

Fig. 8 eine fertig geschnittene Kugelkaverne mit noch darin enthaltener Aufweitvorrichtung im Schnitt entsprechend der Schnittangabe A-A in Fig. 7,

Fig. 9 die Darstellung eines Details bei "C" in Fig. 8 im größeren Maßstab,

Fig. 10 einen Querschnitt der Kugelkaverne mit Aufweitvorrichtung entsprechend Schnitt B-B in Fig. 8,

Fig. 11 eine Ansicht eines in den kegelstumpfförmigen Anschluß der Kugelkaverne eingebrachten Spannrahmens im größeren Maßstab,

Fig. 12 einen Querschnitt einer quadratischen Strecke mit einem darin eingebrachten Spannrahmen im größeren Maßstab,

Fig. 13 einen Längsschnitt eines Streckenabschnittes mit einer darin eingebrachten Aufweitvorrichtung für die kegelstumpfförmigen Hohlräume als Anschlüsse zur Kugelkaverne, im größeren Maßstab,

Fig. 14 einen Längsschnitt durch die Kugelkaverne mit Absaugeinrichtung für das Schneidgut,

Fig. 15 einen Längsschnitt durch die Kugelkaverne mit Vorrichtungen zum Ausbau der Aufweitvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine vorhandene Strecke 1, z. B. in einem Salzstock. Die Streckenlängsachse ist mit X bezeichnet. Fig. 2 zeigt einen ersten kegelstumpfförmigen Hohlraum 2 der Strecke, dessen Auffahren im Detail in Anspruch 2 und dem zugehörigen Teil der Beschreibungseinleitung beschrieben ist. Das gilt auch für die Hohlräume gemäß der Fig. 3-5, da anhand der Fig. 1-5 nur einzelne Stadien der Aufweitung erläutert werden. Fig. 3 zeigt im Anschluß an den zuvor erwähnten kegelstumpfförmigen Hohlraum einen hohlzylinderförmigen Hohlraum 3, dem, wie Fig. 4 zeigt, sich ein zweiter kegelstumpfförmiger Hohlraum 4 kürzerer Länge anschließt. Mit Y ist die senkrechte Achse der späteren Kugelkaverne bezeichnet, während die Z-Achse quer zur Streckenachse verläuft. Fig. 5 zeigt die vierte Aufweitstufe mit einer Kugelkaverne 5. Nach Fertigstellung des zweiten kegelstumpfförmigen Hohlraumes - die kegelstumpfförmigen Hohlräume bilden beidseitig Anschlüsse bzw. Übergänge der Kugelkaverne zur Strecke - sind, wie Fig. 6 schließlich angibt, die Kugelkaverne 5 mit quellbarem Material und die kegelstumpfförmigen Hohlräume 2, 4 mit Schneidgut oder dergleichen verfüllt, wodurch ein dauerhafter, dichter Verschluß der Strecke gegenüber der Außenwelt gebildet ist.

In dem hier dargestellten Beispiel weist die gegebene Strecke einen Querschnitt von 4×4 m auf, der größere Durchmesser 6 der kegelstumpfförmigen Hohlräume 2 und 4 beträgt 5 m und der Durchmesser der Kugelkaverne 5 beträgt schließlich 12 m. Daraus ergeben sich die erforderlichen Abmessungen der Vorrichtungen, auf die selbst jedoch nicht einzugehen ist.

Fig. 7 zeigt ein Stadium der Aufweitung der Strecke entsprechend Fig. 4. In den so vorbereiteten zylinderförmigen Hohlraum 3 sind von der Strecke 1 aus Schienen 7 verlegt, die sich mittels Konsolen 8 gegenüber der aufgeweiteten Sohle 9 abstützen derart, daß sie eine Ebene bilden. Auf dieser Ebene ist eine Aufweitvorrichtung 10 eingebracht und zur Achse Y bzw. Z (Z entsprechend Fig. 8) ausgerichtet. Die Aufweitvorrichtung 10 besteht aus einem Tragrahmen 11, der an beiden Enden 12 in den zum zylinderförmigen Hohlraum 3 angrenzenden Streckenabschnitten, den kegelstumpfförmigen Hohlräumen 2 und 4 mittels Spannrahmen 13, 14 drehbar gelagert ist. Der Tragrahmen 11 besteht aus einer längsgeteilten Rahmenkonstruktion, deren Holme 15 und 16 an den Enden 12 zusammengefaßt sind. Die Enden weisen Mittel zur drehbaren Lagerung 17, 18 in den Spannrahmen 13, 14 auf. Zwischen den Holmen 15 und 16 ist ein freier Raum 19 gelassen, in dem ein Schneidarm 20 um die Achse Y drehbar mittels Drehverbindungen 21 an den Holmen 15 und 16 befestigt ist. Die Drehverbindungen sind so ausgebildet, daß, wie Fig. 8 und 9 zeigen, der Schneidarm 20 in seiner Längsachse 22 verschieblich ist. Wie Fig. 8 auch zeigt, trägt der Schneidarm an seinem äußeren Ende 23 einen Schneidkopfhalter 24, an dem entsprechend Fig. 9 auswechselbar ein mit Schneidwerkzeugen 25 versehener Schneidkopf 26 befestigt ist.

Daß der Tragrahmen 11, die den Schneidarm 20 aufweisende Drehverbindung 21 und der Schneidkopf 26 mit Drehantrieben, z. B. Hydraulikmotoren, in Wirkverbindung stehen, ist auch ohne Detailabbildung verständlich.

Wie aus Fig. 9 ersichtlich, wird die Längsverschiebung des Schneidarmes 20 durch ein Vorschubgetriebe 27 bewirkt, das z. B. ein Zylinder-Kolben-Aggregat sein kann, welches sich gegen eine Halterung 28 an der Drehverbindung 21 abstützt.

Wie aus den Fig. 7 und 8 weiter ersichtlich, weisen die Spannrahmen 13 und 14 Pratzen 29 auf, mit denen sie sich, den Tragrahmen 11 in der Strecke 1 zur Achse X zentrierend, gegen die Mantelflächen 31, 32 der kegelstumpfförmigen Hohlräume 2, 4 abstützen. Dies geschieht gegebenenfalls mit Hilfe von Zwischentraversen 30. Der Tragrahmen 11 weist, wie erkennbar, Trennstellen 33 auf, an denen er in für den Transport Untertage geeignete Schüsse teilbar ist.

Da die Kugelkaverne 34 in dem dargestellten Beispiel von einem zylinderförmigen Hohlraum von 5 m Durchmesser aus aufgefahren werden muß, ist der Schneidarm 20 in ganzer Länge nicht einsetzbar. Wie Fig. 9 zeigt, ist der Schneidarm in Längsabschnitte 35 unterteilt, wobei die Anschlußausbildungen 36 der Abschnitte mit der Anschlußausbildung 36 des Schneidkopfhalters 24 paßgenau übereinstimmend sind, so daß im Zuge eines fortschreitenden Auffahrens der Kugelkaverne der Schneidarm durch Hinzufügen von Abschnitten 35 verlängerbar ist.

Fig. 10 zeigt im Querschnitt eine nahezu fertiggestellte Kugelkaverne 34. Erkennbar ist der Schneidarm 20, der in der dargestellten Situation um die Achse Y drehbar ist. Der Schneidarm wird gehalten von den Holmen 15 und 16 des Tragrahmens 11. Erkennbar ist auch in dem anschließenden kegelstumpfförmigen Hohlraum 2 der Spannrahmen 14, der sich mit Hilfe der Zwischentraversen 30 gegen die Mantelfläche des kegelstumpfförmigen Hohlraumes abstützt.

In Fig. 11 ist einer der in den kegelstumpfförmigen Hohlräumen 2 bzw. 4 angeordneten Spannrahmen 13 bzw. 14 dargestellt. Wie erkennbar, sind die Lagerungen 17, 18 zu den Achsen Y, Z ausgerichtet. Dies geschieht durch verstellbare Pratzen 29, die sich gegen die Mantelfläche 32 abstutzen. Oben und unten sind zur Anpassung der Bauhöhe des Spannrahmens 13, 14 an den Querschnitt des kegelstumpfförmigen Hohlraumes 2, 4 Zwischentraversen 30 vorgesehen, die, wie diese Figur zeigt, eine unterschiedliche Ausgestaltung haben können. Die seitlichen Pratzen 29 werden geführt durch Lenker 37. Die Ausrichtung des Spannrahmens 13 bzw. 14 erfolgt mittels Spindeln 38, die trotz unterschiedlicher Größe das gleiche Bezugszeichen tragen. Eine Feineinstellung der Lagerungen 17 bzw. 18 erfolgt durch weitere Spindeln 39.

Fig. 12 zeigt dieselben Spannrahmen 13, 14 entsprechend Fig. 11, angeordnet jedoch jetzt in der quadratischen Strecke 1. Sie weisen daher die selben Bezugszeichen auf. Mittels in Fig. 13 dargestellten Wälzwagen 40 stützen sich die Spannrahmen über Schienen 7 auf der Streckensohle ab. Die Spannrahmen 13, 14 sind, wie die Fig. 12 und 13 zeigen, mittels Längstraversen 41 miteinander verbunden. Im Zentrum der beiden Spannrahmen ist längsverschieblich ein Verfahrrahmen 42 angeordnet. Dieser weist entsprechend Fig. 13 an seinem Arbeitsende 43 einen Halter 44 auf, mit dem er über eine Drehverbindung 45 verbunden ist. An dem Halter 44 ist radial ausfahrbar ein Schneidkopfhalter 46 angeordnet, an dem ein mit Schneidwerkzeugen versehener Schneidkopf 47 befestigt ist. Der Schneidkopfhalter weist Längsabschnitte 48 auf, die auch als Zwischenstücke bezeichnet werden können, wobei die jeweiligen Anschlußausbildungen 49 zueinander und zum Schneidkopf 48 passen. Damit ist in Schritten eine Verlängerung des Schneidkopfhalters 46 durchführbar. Das für die kontinuierliche Verschiebung des Schneidkopfhalters radial nach außen erforderliche Vorschubgetriebe wie auch die Drehantriebe für den Schneidkopf 47 und den Halter 44 sind aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt. Zweckmäßiger Weise werden hierfür hydraulische Antriebe verwandt. Die Längsverschiebung des Verfahrrahmens 42 erfolgt mittels eines Vorschubgetriebes 50, z. B. ein hydraulisches Zylinder-Kolben-Aggregat, welches sich gegen den Spannrahmen 13 abstützt.

Fig. 14 zeigt die nahezu fertiggestellte Kugelkaverne 34 mit der noch darin sich befindenden Aufweitvorrichtung 10. Eine die Mantelfläche 52 der Kugelkaverne gegen Beschädigungen schonende Abförderung des Schneidgutes wird dadurch bewirkt, daß das Schneidgut mittels einer Absaugeinrichtung 53 aus dem Bodenbereich der Kugelkaverne entfernt und nach Abscheiden aus dem Luftstrom über übliche Fördermittel nach außen verbracht wird.

Damit jedoch die Mantelfläche 52 der Kugelkaverne 34 durch die Demontage und Entfernung der Aufweitvorrichtung 10 nicht beschädigt wird, ist, wie Fig. 15 veranschaulicht, auf dem Bodenbereich der Kugelkaverne eine Gummimatte oder Kunststoffolie 54 ausgebracht worden, auf die eine Schicht Schneidgut 51 aufgeschüttet ist. Auf der Schneidgutschicht sind Unterstützungskonsolen 55 aufgestellt, die in die Kugelkaverne eingebrachte Schienen 7 tragen. Über diese Schienen ist die Aufweitvorrichtung 10 samt Spannrahmen 13, 14 und sonstiger demontierter Teile aus der Kugelkaverne in einen Abschnitt der Strecke zu verbringen zwecks Demontage und Entfernung. Anschließend werden die Schienen 7 und die Unterstützungskonsolen 55 entfernt und wird das eingebrachte Schneidgut 51 wie zuvor beschrieben entfernt. Für Montage- und Demontagearbeiten ist eine galgenartige Vorrichtung 56 hilfreich, die in Fig. 7 schematisch mit dargestellt ist.

Die Arbeitsweise der Aufweitvorrichtung zum Auffahren der Kugelkaverne 34 ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1 und ist auch in dem entsprechenden Teil der Beschreibungseinleitung beschrieben.

Bezugszeichenliste

1

Strecke

2

kegelstumpfförmiger Hohlraum

3

zylinderförmiger Hohlraum

4

kegelstumpfförmiger Hohlraum

5

Kugelkaverne

6

großer Durchmesser

7

Schiene

8

Konsole

9

Sohle

10

Aufweitvorrichtung

11

Tragrahmen

12

Enden

13

,

14

Spannrahmen

15

,

16

Holme

17

,

18

Lagerung

19

Raum

20

Schneidarm

21

Drehverbindungen

22

Längsachse

23

äußeres Ende

24

Schneidkopfhalter

25

Schneidwerkzeuge

26

Schneidkopf

27

Vorschubgetriebe

28

Halterung

29

Pratzen

30

Zwischentraversen

31

,

32

Mantelflächen

33

Trennstellen

34

Kugelkaverne

35

Längsabschnitte

36

Anschlußausbildungen

37

Lenker

38

Spindeln

39

Spindeln

40

Wälzwagen

41

Längstraversen

42

Verfahrrahmen

43

Arbeitsende

44

Halter

45

Drehverbindung

46

Schneidkopfhalter

47

Schneidkopf

48

Längsabschnitte

49

Anschlußausbildungen

50

Vorschubgetriebe

51

Schneidgut

52

Mantelfläche

53

Absaugeinrichtung

54

Gummimatte

55

Unterstützungskonsolen

56

galgenartige Vorrichtung

Claims (17)

1. Verfahren zum Aufweiten einer Strecke zur Schaffung eines untertägigen Hohlraumes durch fortschreitendes Abtragen der Streckenwände mittels eines um eine Achse kreisenden und verstellbaren, schneidend wirkenden Werkzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug auf einem teleskopierbaren bzw. von innen nach außen verschieblichen Schneidarm sitzend mit diesem um eine quer zur Streckenachse angeordnete Achse kreist, dabei kreisbogenförmig Schneidgut von der Streckenwand abschneidet oder abfräst, und danach diese Achse schrittweise in einem Winkelmaß um die Streckenachse derart gedreht wird, daß der Vorschub des Schneidwerkzeuges in Umfangsrichtung und gesehen in Bezug auf die Streckenachse ein unterhalb der Breite des Schneidwerkzeuges liegendes Maß aufweist, wobei der schrittweise Vorschub nach dem jeweiligen Kreisen des Schneidwerkzeuges so oft wiederholt wird, bis daß das Schneidwerkzeug mindestens um 360° auch die Streckenachse umkreist hat, und danach der Schneidarm mit dem Schneidwerkzeug um eine Schnittiefe weiter gegen die Streckenwand gestellt wird, und all diese Schritte so lange wiederholt werden, bis eine Kugelkaverne ausgebildet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung im Querschnitt runder, vorzugsweise kegelstumpfförmiger Hohlräume als Anschlüsse der Kugelkaverne an die im Querschnitt vorzugsweise quadratischen Streckenabschnitte vor dem Auffahren der Kugelkaverne zunächst die nachfolgenden Schritte vollzogen werden, derart daß

• a) von einer Streckenseite aus, beginnend mit dem kleinsten Durchmesser, mittels eines, um eine zentral in der Strecke angeordnete und dort gegen die Streckenwände, den Streckenfirst und die Streckensohle verspannte Längsachse drehenden, radial in Richtung Streckenwand vorschiebbaren, schneidend arbeitenden Werkzeuges ein erster Schnitt gefahren wird, nach Drehen des Schneidwerkzeuges um mindestens 360° um die Längsachse das Schneidwerkzeug um eine Schnittbreite in Achsrichtung in Bezug auf die Streckenachse auf die zu schaffende Kugelkaverne zu verschoben wird, und nun ein neuer Schnitt in Umfangsrichtung erfolgt und diese Schritte bis zum Erreichen der Kegelstumpflänge wiederholt werden, das Schneidwerkzeug anschließend um eine Schnittiefe radial nach außen verstellt wird und in gleichen Schritten ein neuer Schnitt hereingewonnen wird, und diese Schritte wiederholt werden, bis unter entsprechender Steuerung des Verschubes und des Längsschubes des Schneidwerkzeuges ein Kegelstumpf aufgefahren ist,
• b) die die Längsachse und damit das Schneidwerkzeug mit entsprechenden Verspanneinrichtungen der Längsachse bildende Aufweitvorrichtung in Richtung der Streckenachse verschoben wird, und
• c) ausgehend von dem großen Querschnitt des kegelstumpfförmigen Hohlraumes ein fortschreitendes Aufweiten der Strecke zu einem zylinderförmigen Hohlraum mit einer Länge entsprechend der Länge der Sehne des in Schnittebene liegenden Kreisabschnittes durch schneidendes Hereingewinnen von Schneidgut analog zu Schritt a) erfolgt, und
• d) an der dem erstgenannten kegelstumpförmigen Hohlraumes gegenüberliegenden Seite des Hohlzylinders - der späteren Kugelkaverne - mit dem größten Durchmesser eines weiteren Kegelstumpfes beginnend, dieser kegelstumpfförmige Hohlraum analog zu dem Schritt a) hergestellt wird auf eine Länge, die die Unterbringung der für das Herstellen der Kugelkaverne erforderlichen Vorrichtung bzw. deren Abstützung auf dieser Seite erlaubt,
  wobei anschließend die besagte Vorrichtung zur Herstellung der Kugelkaverne vorzugsweise auf Schienen in den hohlzylinderförmigen Raum eingebracht, dort, wenn nicht schon geschehen, zusammengebaut und in den kegelstumpfförmigen Hohlräumen der Strecke beidenends drehbar verspannt wird, und die Kugelkaverne entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 aufgefahren wird, und abschließend der zweite kegelstumpfförmige Hohlraum in seiner Länge als Anschluß zum zweiten Streckenabschnitt fertiggeschnitten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der kegelstumpfförmigen Hohlräume entsprechend der Merkmale a), d) und die Herstellung des zylinderförmigen Hohlraumes entsprechend dem Merkmal c) in Längsabschnitten erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung der Kugelkaverne der untere Teil derselben mit einer Gummimatte oder Kunststoffolie abgedeckt und mit einer Schicht hereingewonnenem Schneidgut aufgefüllt wird, auf dieser Schicht Unterstützungskonsolen aufgestellt und Schienen in die Kugelkaverne eingebracht werden, die von den Unter­ stützungskonsolen bis in einen der Abschnitte der Strecke reichen, und daß nach Demontage der in den Streckenabschnitten bzw. kegelstumpfförmigen Hohlräume angeordneten Verspanneinrichtungen die Aufweitvorrichtung, mit der die Kugelkaverne hergestellt worden ist, auf den Schienen von der Kugelkaverne in den entsprechenden Streckenabschnitt verbracht und von dort entfernt wird.

5. Verfahren nach jedem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das hereingewonnene Schneidgut bzw. das am Boden der Kugelkaverne abgelagerte Schneidgut pneumatisch durch eine z. B. handgeführte Absaugeinrichtung aus dem Bereich der Kugelkaverne und deren aus kegelstumpfförmigen Hohlräumen gebildeten Anschlüsse gefördert wird.

6. Vorrichtung zur Herstellung eines untertägigen Hohlraumes in Form einer Kugelkaverne durch Aufweiten einer Strecke unter Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Durchmesser der Kugelkaverne (34) überragender, in Längsrichtung der Strecke (1) und konzentrisch zu deren Achse (X) ausgerichteter Tragrahmen (11) an beiden Enden (12) in in den angrenzenden Streckenabschnitten (2 und 4) angeordneten Spannrahmen (13, 14) drehbar gelagert ist, der Tragrahmen (11) mittig eine Drehverbindung (21) mit einer Achse (Y) aufweist, an der ein in seiner Längsachse (22) verschieblich ausgebildeter Schneidarm (20) befestigt ist, der an seinem äußeren Ende (23) einen Schneidkopfhalter (24) aufweist, an dem auswechselbar ein mit Schneidwerkzeugen (25) versehener Schneidkopf (26) befestigt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (11), die den Schneidarm (20) aufweisende Drehverbindung (21) sowie der Schneidkopf (26) mit Drehantrieben, vorzugsweise mit Hydraulikmotoren, ausgerüstet sind und der Schneidarm (20) mit einem Vorschubgetriebe (27), vorzugsweise bestehend aus hydraulischen Zylinder-Kolben-Aggregaten, versehen ist, mit dem er gegen eine Halterung (28) an der Drehverbindung (21) abstützbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (11) aus einer längsgeteilten Rahmenkonstruktion besteht, deren Holme (15, 16) an den je eine Lagerung (17, 18) bildenden Enden (12) zusammengefaßt sind, und daß zwischen den Holmen (15, 16) Raum (19) zur Aufnahme des Schneidarmes (20) vorgesehen ist, wobei der Schneidarm mit je einer Drehverbindung (21) mit dem benachbarten Holm (15 bzw. 16) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannrahmen (13, 14) verstellbare Pratzen (29) aufweisen, mit denen, gegebenenfalls unter Verwendung von Zwischentraversen (30), die Spannrahmen (13, 14) den Tragrahmen (11) in den ihm naheliegenden Streckenabschnitten zentrierend gegen die Streckenwände, den Streckenfirst und gegen die Streckensohle oder gegen die Mantelfläche (31, 32) der kegelstumpfförmigen Hohlräume (2, 4) verspannbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (11) durch Trennstellen (33) in für den Transport Untertage geeignete Schüsse unterteilbar ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidarm (20) in Längsabschnitte (35) unterteilbar ausgebildet ist, die Anschlußausbildungen (36) der Abschnitte mit der Anschlußausbildung des Schneidkopfhalters (24) paßgenau übereinstimmend sind und somit der Schneidarm (20) durch Hinzufügen von Abschnitten (35) in der Länge veränderbar ist.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 zur Herstellung kegelstumpfförmiger Hohlräume als Anschlüsse an die Kugelkaverne und für das vorbereitende Aufweiten der Strecke zu einem zylinderförmigen Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß Schienen (7) auf der Streckensohle vorgesehen sind, auf denen Spannrahmen (13, 14) mittels darunter angeordneter Wälzwagen (40) längsverschieblich angeordnet sind, die Spannrahmen (13, 14) allseits verspannbar ausgebildet sind, und die Spannrahmen einen in etwa mittig und längs der Streckenachse (X) ausgerichteten, in Achsrichtung verschieblich ausgebildeten Verfahrrahmen (42) aufweisen, der an seinem Arbeitsende (43) einen, über eine Drehverbindung (45) mit ihm drehbar verbundenen, und konzentrisch zur Streckenachse (X) ausgerichteten Halter (44) aufweist, an dem ein radial ausfahrbarer Schneidkopfhalter (46) mit einem rotierend ausgebildeten, mit Schneidwerkzeugen versehenen Schneidkopf (47) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (44) für den Schneidkopfhalter (46) und der Schneidkopf (47) mit Drehantrieben, vorzugsweise mit Hydraulikmotoren, ausgestattet sind, der Schneidkopfhalter (47) sowie der Verfahrrahmen (42) Vorschubgetriebe (50), vorzugsweise hydraulische Zylinder-Kolben-Aggregate, zur Verschiebung in die Richtung der jeweiligen Achse (X) und (Y) aufweisen.

14. Vorrichtung zu Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkopfhalter (46) in Längsabschnitte (48) unterteilbar ausgebildet ist, die Anschlußausbildungen (49) der Abschnitte (48) mit der Anschlußausbildung des Schneidkopfhalters (46) paßgenau übereinstimmend sind und somit der Schneidkopfhalter (46) durch Hinzufügen von Abschnitten (48) in der Länge veränderbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spann­ rahmen (13, 14) mittels Längstraversen (41) miteinander verbunden sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannrahmen (13, 14) verstellbar ausgebildete Pratzen (29) aufweisen, mit denen die Spannrahmen gegen die Streckenwände und den Streckenfirst sowie gegen die Streckensohle verspannbar sind, wobei die Spannwege so dimensioniert sind, daß eine konzentrische Ausrichtung der Drehachse des Halters (44) zur Streckenachse (X) damit durchführbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Schneidwerkzeugen (25) für einen Vorschnitt ausgestattete Schneidkopf (26, 47) gegen einen solchen mit Schlichtwerkzeugen versehenen austauschbar ist.