DE2230579C2

DE2230579C2 - Verfahren zum Ausbrechen von Hohlräumen aus einem Gesteinskörper und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2230579C2
Application number: DE19722230579
Authority: DE
Inventors: Charles Stuart Berkeley Calif. Godfrey (V.St.A.)
Original assignee: Physics International Co San Leandro Calif (vsta)
Current assignee: Physics International Co San Leandro Calif (vsta)
Priority date: 1972-06-06
Filing date: 1972-06-22
Publication date: 1974-07-18
Also published as: DE2230579B1; GB1371297A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auffahren von Hohlräumen durch Ausbrechen von Gestein aus einem Gesteinskörper durch Schlagwirkung von Festkörpern, die in im Abstand von der Gesteinsoberfläche angeordneten Schießeinrich-

tungen durch Treibmittel beschleunigt werden und beim Einschlagen in den Gesteinskörper das Gestein zerbrechen und Gesteinsbruchstücke ablösen.

Es ist bereits bekannt (USA.-Patentschriften 3 055 442, 2 708 102), Festkörper in im Abstand

von einer Gesteinsoberfläche angeordneten Schießeinrichtungen mit Treibmitteln zu beschleunigen und ihre Schlagwirkung beim Einschlagen in einen Gesteinskörper, welche zum Zerstören des Gesteins und zur Ablösung von Gesteinsstücken führt, zum

♦5 Ausbrechen von Hohlräumen aus dem Gesteinskörper auszunutzen. Als Treibmittel werden dabei Gasstrahlen oder Fluids verwendet, die entweder unmittelbar auf das zu zerstörende Gestein gerichtet werden oder zur Beschleunigung von Geschoßkügelchen verwendet werden, die auf das zu zerstörende Gestein gerichtet werden. Obwohl hierdurch das jeweilige Gestein zerstört und Gesteinsstücke abgelöst werden können, sind jedoch jeweils nur Hohlräume relativ geringen Querschnitts auffahrbar, und zwar trotz eines relativ hohen Energieaufwands relativ langsam.

Es ist ferner bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1 908 208), zur Gewinnung von Mineralien das mineralhaltige Gestein einer Druckwelle von hoher Energie auszusetzen, durch die das Gestein zerstört und aus dem Gebirgsverband gelöst wird, wobei die Energie der Druckwelle von einer Energiequelle erzeugt und auf das Gestein über ein Übertragungsmittel übertragen wird, das zwischen der Energiequelle und dem betreffenden Gestein angeordnet ist. Die Druckwellen werden dabei durch Schlagwirkung von mit hoher Geschwindigkeit auf das jeweilige Gestein auftreffenden Projektilen er-

zeugt. Die Auftreffgeschwindigkeit des jeweiligen Projektils soll dabei ebenso groß oder größer sein wie bzw. als die Schallgeschwindigkeit. Obwohl in der zuletzt betrachteten Weise eine kontinuierliche Mineralgewinnung ermöglicht ist, werden jedoch auch hierbei nur Hohlräume relativ geringen Quer-Schnitts aufgefahren, und zwar relativ langsam.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die betrachteten bekannten Verfahren so weiterzuentwickeln, daß danach auch Hohlräume größeren Qucrschnitts aufgefahren werden können, und zw?r schneller und mit einem geringeren Energieaufwand als soiciie nach herkömmlichem Verfahren herzustel- \en sind.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfinctungsgeinäß dadurch, daß nichtexplosive Geschösse großer Masse und mit massiven Köpfen als Festkörper verwendet werden und von einem Steuerbaron Geschütz als Schießeinrichtung auf eine Geschwindigkeit voa etwa 1,5 km/s berchleunigt werden unu jus einer solchen Entfernung abgeschossen werder., daß sie im Gesteinskörper Einschlagdrücke von 4? bis lOOkbar auslösen, und mit einer solchen gec^nseitigen Vorgabe auf die Gesteinsoberfläche gCM'hossen werden, daß die zwischen benachbarten Einschlagkratern entstehenden Gesteinswälle mitgewo;·;cn werden, und daß das Haufwerk unmittelbar UiH. kontinuierlich von Fördereinrichtungen abgeförder: wird. Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daii auf relativ einfache Weise größere Hohlräume in einem Gesteinskörper aufgefahren werden können als bei herkömmlichen Verfahren, und zwar mit ein:r höheren Geschwindigkeit und geringerem Energicaufwand als bei den betreffenden herkömmlichen Verfahren. Außerdem ist von Vorteil, daß auf relativ einfache Weise eine Beschädigung der die jeweiligcn Hohlräume umgebenden Gesteinsberciche auf einen minimalen Wert herabgesetzt ist.

Von Vorteil hinsichtlich der Regulierung der Wirkung der Geschosse ist es, wenn man gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung das Ausbruchsprofil eines Hohlraumes mit den Festkörpergeschossen dadurch gezielt herausarbeitet, daß in an sich bekannter Weise in dem Gesteinskörper längs der Profillinic Löcher ausgebohrt werden oder eine Einkerbung eingeschnitten wird. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß es bereits bekannt ist (USA.-Patcntschrift 2 426 688, Fig. 3), vor dem Ausbrechen eines Kernes aus einem Gestein zunächst das Profil des beabsichtigten Hohlraumes herauszuarbeiten.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, ein aus einem massiven, nichtexplosiven Festkörper bestehendes Geschoß zu verwenden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine massive, stumpfe Spitze aufweist. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß eine besonders hohe Gesteinsausbrechung bei Verwendung eines solchen Geschosses erzielt wird.

Von Vorteil hinsichtlich eines relativ geringen konstruktiven Aufwands ist es ferner, wenn gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung <ler Erfindung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ein einen Lauf sowie eine Ladeöffnung aufweisendes Geschütz verwendet wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daü in die Ladeöffnung ein Gemisch aus Sauerstoff und einem kohlenstoffhaltigen Gas über Füllventile einfüllbar ist und eine elektrische Zündeinrichtung zur Zündung des Gemisches vorgesehen ist. In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, daß es bekannt ist (deutsche Offenlegungsschrit 1 908 208), in Schießeinrichtungen zur Ge-Steinszerstörung dienende Projektile durch explosive Gemische, die durch eine Zündeinrichtung gezündet werden, zu beschleunigen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Merkmale der Erfind-Jg sind Gegenstand der Unteran-Sprüche.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Einrichtung zum Abteufen eines Schachtes;

Fig. 3 zeigt ein bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 und 2 verwendetes Geschoß;

Fig. 4 zeigt in einem Kurvendiagramm die Abhängigkeit der auf Grund des Einschusses von Geschössen in Gestein freigesetzten Gesteinsmasse von der Geschoßenergie;

Fig. 5a und 5b zeigen in einer Draufsicht bzw. in einer Seitenansicht Krater, die durch aufeinanderfolgende Geschosse an optimal voneinander in Abstand vorgesehenen Einschußstellen gebildet sind;

Fig. 6a und 6b zeigen in einer Draufsicht bzw.

in einer Seitenansicht die Steuerung der Wirkung, die

sich aus dem Einschuß «,ines Geschosses bei Ver-

wendung von gebohrten Löchern in einem Gestein ergibt;

Fig. 7 zeigt schematisch ein Geschütz zum schnellen Ausbrechen von Gestein mit Hilfe von eine hohe Geschwindigkeit besitzenden Geschossen gemäß der Erfindung;

Fig. 8 zeigt in einer Perspektivansicht eine Einrichtung für einen Streckenvortrieb.

In Fig. 1 und 2 ist eine Einrichtung zum Abteu-

fen eines Schachtes gemäß der Erfindung gezeigt. Bei

dieser Einrichtung werden eine hohe Geschwindig-

keit besitzende Geschosse an eine Gesteinsoberfläche eines auszubrechenden Gesteins abgefeuert, und zwar mit einer Frequenz von etwa zehn Schuß pro Minute.

Die von einem Schuß herrührenden Erregungen (Stoßwellen, Drucke usw.) sind zu dem Zeitpunkt, zu

dem der nächste Schuß abgefeuert wird, alle abge-

klungen. Da die zu irgendeinem Zeitpunkt freige-

setzte Energie durch die Geschwindigkeit und die

Masse des jeweiligen Geschosses begrenzt ist, wird

so jeweils eine selektive Gesteinsausbrechung erzielt,

während der Betrieb der Beseitigung des Haufwerks fortgesetzt wird.

Die Einrichtung besteht aus einem Bohrturm 10, der über einem Vorbohrloch 11 (Fig. 2) mit Hufe eines großen Kranes angeordnet ist. Der Kran besteht aus einem bewegbaren Ausleger 12, der mil Förderseilen und Rollen versehen ist und der mit dei Plattform bzw. Grundplatte bzw. Unterseite eines aufrechtstehenden fest angeordneten Trägers 13 verbunden ist. Eine Windeneinrichtung 14 liefert die fui den Betrieb des Kranes erforderliche Leistung.

Nachdem der Bohrturm in seine Stellung gebrachi ist, wird eine zwei Geschütze 16 und 17 tragend« Arbeitsbühne 15 in den Vorschacht eingeführt, bii eine sich drehende Räumvorrichtung 18 am Bohr lochmund des Vorbohrloches 11, anliegt und ein« Stabilisierungsstange 19 in dem Loch 11 liegt. Un die Vorgänge zu Beginn des Abteufens zu erleicn

tern, ist der Bohrlochmund des Vorbohrlochs 11 auf einen Durchmesser erweitert, der größer ist als der Durchmesser der erwähnten Plattform, wie dies an der Oberseite des in Fig. 2 dargestellten Vorschachtes veranschaulicht ist. Die Arbeitsbühne 15 wird mit Hilfe von (nicht näher dargestellten) Windeneinrichtungen abgesenkt, die an dem Bohrturm angebracht sind. Wird eine Vielzahl von Förderseilen, deren jedes mit einer gesonderten Winde verbunden ist, vorgesehen, so kann ein Servomechanismus zur Steuerung der Winden und zur Stabilisierung der Arbeitsbühne 15 vorgesehen sein. Der Abstand zwischen der Arbeitsbühne 15 und der Räumvorrichtung 18 kann fest oder verstellbar sein, um nämlich den jeweils gewünschten Abstand zwischen den Geschützen 16, 17 und der Oberfläche des Gesteins, das abgetragen wird, entsprechend zu wählen. Bei dem betreffenden Abstand handelt es sich um einen solchen von weniger als etwa 12 m.

Den Geschützen 16, 17 wird ein explosives Gasgemisch von einem Kraftstoffsystem 20 her zugeführt. Vorzugsweise werden Methan und Sauerstoff im Verhältnis von 2 Mol Sauerstoff auf 1 Mol Methan (stoichiometrisch) in die Ladeöffnung eines Geschützes unter einem Druck von 1/10 kbar eingeblasen bzw. eingeführt. Auf die Zündung des betref fenden Gasgemisches mittels eines elektrischen Funkens steigt der Druck auf 1,5 kbar an. Dies veranlaßt eine an einem Geschoß befindliche Schublippe abzubrechen, wodurch das Geschoß, das etwa 1 kg wiegt, beschleunigt wird. In einer praktisch ausgeführten Anlage weisen die Geschosse einen Durchmesser von 10 cm auf, und außerdem sind sie aus einem billigen Material hergestellt. In Fig. 3 ist ein praktisches Geschoß gezeigt, das aus einer Betonrnasse 21 besteht, die mit eim;m Kunststoff-Mantel 22 umhüllt ist. Dieser Kunstiitoff-Mantel 22 weist einen ringförmigen Scherflanscli 23 auf.

Die Geschütze 16, 17 werden in vorprogrammierten Intervallen und an durch Servosteuemng festgelegten Stellen jeweils automatisch betätigt. Eine mamuelle Übersteuerung ermöglicht, eine Flexibilität in das Schießmuster einzuführen, wenn die Bedingungen dies erfordern. Ein Verriegelungssystem verhindert das Abfeuern eines Geschosses in die Räumvorrichtung 18, wenn diese sich um ein Becherwerk 25 dreht. Eine durch einen Motor 27 angetriebene Förderschnecke 26 führt das anfallende Haufwerk zu dem Becherwerk 25 hin, wenn die Räumvorrichtung 18 um das Becherwerk 25 herum eine Schwenkung ausführt. Das Becherwerk 25 fördert das Haufwerk an eine Stelle oberhalb der Arbeitsbühne 15. wo es einer Abgabeschurre 29 aufgegeben wird, die das Haufwerk an einen Förderkübel 30 abgibt. Der Förderkübel 30 wird dann mit Hilfe einer Schachtwinde zur Oberfläche angehoben. Die Schachtwinde ist dabei an einem I-Träger 31 angebracht, entlang welchem der Förderkübel 30 zur Entladung des Haufwerks in einen wartenden Kraftwagen in horizontaler Richtung bewegt wird, wie dies aus Fig. 1 hervorgehl. Eine an der Aufgabeschurre 29 vorsehbare Verschlußklappe kann automatisch verschlossen werden, während die Schurre J!9 von einer Kübeifüllstelle zu einer zweiten hin gedreht wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß mit Ausnahme der Geschütze und der Geschosse die soweit beschriebene Anlage zur fortwährenden schnellen Abräurnung von hartem Gestein eine: verfügbare Anlage verwendet, wie sie beim Schachtteufen im Grubenbai und bei Bohrvorgängen erprobt worden ist. Es se ferner darauf hingewiesen, daß für den auf dem vorliegenden Gebiet tätigen Fachmann auch andere Anordnungen ohne weiteres möglich sind und daC ferner eine Einrichtung zum Streckenvortrieb ohne weiteres in einer im Zusammenhang mit Fig. 8 zu beschreibenden Weise vorgesehen sein kann. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die in Fig. 8

ίο dargestellte Einrichtung im übrigen auch ein ständiges Abfördern von Haufwerk an eine Lastwagen-Ladestation bewirkt.

Bevor mit einer detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wei-

ter fortgefahren wird, die mit hoher Geschwindigkeit auftretende Geschosse sozusagen als Strahlelemente verwenden, sei zunächst die Frage betrachtet, ob ein Strahl ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von einigen Größen oder einigen Größenordnungen aufweisen sollte. Im zuletzt genannten FaIi wird von einem »Strahl eines Kalibers 10"« gesprochen, wobei η eine kleine Zahl ist, und im erstgenannten Fall wird von einem »Strahl eines Kalibers n« gesprochen, wobei η ebenfalls eine kleine Zahl ist, wie 1.

Der Mechanismus beim Ausbrechen von Gestein ist bei Strahlen der beiden zuvor erwähnten Arten gänzlich verschieden. Ein Strahl des Kalibers η überträgt seine gesamte Energie schnell auf das Gestein und führt zu einem mehr oder weniger herkömm-

liehen flachen Krater. Ein großer Anteil der abgeführten Gesteinsmenge (etwa 50 °/o) rührt daher, daß einzelne Gesteinssplitter um die Kante des Kraters herum absplittern. Im Hinblick auf eine Beschreibung der Kraterbildung in Gestein auf Grund einer Stoß- bzw. Schlagwirkung sei auf die Zeitschrift »Proceedings of the Sixth Symposium on Hypervelocity Impact«, Volume II, Teil 2 (August 1963), unter dem Titel »The Partition of Energy of Hypervelocity Impact Craters Formed in Rock« von

D. E. G a u 11 und E. D. H e i t ο w i t hingewiesen. Das Eindringen eines Strahles des Kalibers 10" wird normalerweise unter Heranziehung von Begriffen entsprechend einem hydrodynamischen Dauerzustand erläutert. Diese Begriffe werden aus einer Anwendung der Bernoulli-Gleichung gewonnen. Der betreffende Strahl gibt Energie und einen Impuls diskret an das Gestein ab, und zwar während seiner Dauer. Der auf diese Weise erzielte Hohlraum ist gewöhnlich tief und von kegeliger Form.

Da das Verhältnis des bei Aufgabe eines Geschosses auftretenden Staudrucks zur Festigkeit des jeweiligen Gesteins für die Gesteinsausbrechung wichtig sein dürfte, wird ein Vergleich dieses Parameters bezüglich beider Strahltypen vorgenommen.

In diesem Zusammenhang sei angenommen, daß beide Strahlen eine Geschwindigkeit von 1,5 km/s besitzen. Zum Zwecke des Vergleichs sei ferner angenommen, daß es sich bei beiden Strahlen um Wasserstrahlen handelt. Der für den Strahl des Kalibers« bedeutsame Staudruck kann dadurch erhalten werden, daß der Druck für den Fall bestimmt wird, daß eine ebene Wasserwelle mit der betreffenden Geschwindigkeit gegen eine feststehende Gesteins-Halbebene aultrifft. Dieser Druck beträgt im Falle eines Wasserstrahls etwa 45 kbar. Bei einem Strahl des Kalibers 10" ist die Zeitspanne sehr kurz, wenn ein nichtstationärer Druck dieser Größe existiert. Wenn der Strahl den Dauerwert erreicht, sinkt dieser Druck

7 8

jedoch auf einen Wert ab, der durch folgende Glei- treffend Einschläge von Stahlgeschossen in Zement

chung angenähert berechnet werden kann: mit Geschwindigkeiten bis zu 0,3 km/s sei auf die

P ₌ ι/ η ns = ι/ η iV IJI² Veröffentlichung »Dynamic Rock Penetration Tests

^s '*^{pt /a PJ l} ' ^; ' at Atmospheric Pressure« von B. W. V a η ζ a η t in

In der vorstehenden Gleichung bedeuten p, und P₁ 5 »Fifth Symposium on Rock Mechanics« (Charles die Dichte des Zieles bzw. des Strahles, V bedeutet Fairhurst, Ed.), Pergamon Press, New York, Seiten die Geschwindigkeit des Strahles, und U bedeutet die 61 bis 93 (1963), hingewiesen. Gemäß den betref-Geschwindigkeit, mit der die Berührungsfläche, auf fenden Daten ergibt sich folgende Beziehung: die der Strahl auftrifft, zurückweicht. Löst man diese F = O 0005 E 1 25 Gleichung unter Berücksichtigung der angenomme- »o ' ° ' nen Aufschlagparameter auf, so führt dies zu Hierin bedeutet V das Kratervolumen (Kubikzoll) U — 0,5 km/s und P_s = 5 kbar. Bei einer gegebe- und E_n die kinetische Energie des Geschosses in nen Strahlgeschwindigkeit sind somit die Dauerwert- ft Ib. Würde man dieselbe Beziehung für Betonbedingungen des Strahls des Kalibers 10" wesentlich geschosse anwenden, so würde das oben angenomweniger wirksam hinsichtlich der Überwindung der 15 mene Geschoß zu einem Krater in Zement mit Festigkeit des Gesteins, als dies für die Hauptauf- einem Volumen von 204 dm³ oder zu einem Haufschlagsbedingungen des Strahls des Kalibers η zu- werk von 500 kg führen, trifft. " Um die Wirkung bzw. das Ausbrechen nahe der

Angesichts der vorstehenden Ausführungen wer- Profillinie eines zu schaffenden Hohlraums zu loka-

den gemäß der Erfindung Geschosse des Kalibers η ao lisieren, kann eine Einkerbung in den Gesteinskörper

mit großer Masse (etwa 1 kg) verwendet, die mit eingeschnitten werden, oder es kann eine Reihe von

etwa 1,5 km/s auf auszubrechendem Gestein zum Löchern 32 längs der betreffenden Profillinie gebohrt

Auf treffen gebracht wird. In Abhängigkeit von dem werden, wie dies aus Fig. 6 a und 6 b hervorgeht.

Material des Geschosses führen die erzielten Auf- Ein durch ein einziges Geschoß, das an einer Stelle

schlage zu Drucken von 45 bis 100 kbar in hartem as 34 einschlägt, hervorgerufener Krater 33 würde das

Gestein. in Fig. 6b gezeigte Profil aufweise:;. Fig. 6b zeigt

Eine Erklärung für die Wahl eines Geschosses eine Schnittansicht längs einer Linie, die senkrecht

großer Masse ergibt sich aus einer Überprüfung der zu der Löcherreihe und dem Einschlagpunkt 34 ge-

Aufschlagdaten. In Fig. 4 sind in einem Diagramm maß Fig. 6a verläuft.

Daten wiedergegeben, wie sie in einem Artikel von 30 Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der

H. J. M ο 1 r e, D. E. G a u 11 und E. D. H e i t ο w i t Erfindung wird als Energiequelle ein Gemisch aus

unter dem Titel »Change of Effective Target Strength Sauerstoff und Methan verwendet. Es sei jedoch

with Increasing Size of Hypervelocity Impact Cra- bemerkt, daß auch andere Gemische verwendet

lers« in der Zeitschrift »Proceedings of the Seventh werden können, wie Sauerstoff und Propan.

Hypervelocity Impact Symposium«, Tampa, Florida, 35 Es sei angenommen, daß die Detonationsprodukte

Volume IV, Theory (Februar 1965), angegeben sind. einen Anfangsdruck von 1,5 kbar liefern. Dies dürfte

Die Daten geben die Gesteinsmasse wieder, die durch nicht in einem unmöglichen Wertbereich für den

Einschläge von Geschossen etwa des Kalibers 1 aus Lauf 40 eines in Fig. 7 schematisch dargestellten

Polyäthylen, Aluminium und Stahl in dichtem, in Geschützes 41 liegen, und zwar auch dann nicht,

Frage kommendem Basalt herausgebrochen worden 40 wenn Übergangsdrucke während der Detonation den

ist. Die in dem Diagramm eingetragene, voll aus- angegebenen Druckwert überschreiten,

gezogene Linie gibt das für die experimentellen Da- Ein stöchiometrisches Gemisch aus Sauerstoff und

ten geeignete kleinste Quadrat wieder, und die ge- Methan bringt nach der Detonation einen 15fachen

strichelte Linie stellt die theoretischen Vorhersagen Druckanstieg mit sich. Demgemäß müssen die Gase

für einen Stoff konstanter Festigkeit dar. Auf der 45 in die Ladeöffnung 42 mit etwa 1/10 kbai eingeführt

Abszisse ist die kinetische Energie des Geschosses werden. Das Methan wird mittels einer Pumpe 43

aufgetragen, und zwar bezüglich der unterschied- durch ein Füllventil 44 eingeführt, und Sauerstoff

liehen Geschoßdichten korrigiert. Durch Kreuze sind wird mittels einer Pumpe 45 durch ein Füllventil 46

im übrigen die entsprechenden Daten zweier Ein- eingeführt. Die Pumpendrucke sind so gewählt, daß

schlage von mit einer Geschwindigkeit von 1,5 km/s 50 das gewünschte Verhältnis von Gas zu Sauerstoff in

auftretenden Beton-Nylon-Geschossen in Granit der dem oben angegebenen Gramm-Molekular-Gewichi

sogenannten Grabsteinqualität angegeben. Es dürfte erhalten wird.

ersichtlich sein, daß die bei Beton-Nylon-Geschossen Bezüglich des Laufes des Geschütze:; ist ange-

herausgcschleudertc Gesteinsmasse auf einer Linie nommen. daß dieser einen Durchmesser von 10 cm

liegt, die ungefähr mit der Potenz von 1,2 der Ener- 55 besitzt. In die Ladeöffnung 42 wird ein Geschoß 41

gie ansteigt. Bei einem 1000-Gramm-Betongeschoß eingeführt, das aus einem massiven Material besteht.

mit einer Geschwindigkeit von 1,5 km/s beträgt die welches billig ist und welches leicht in eine zylindri-

korrigierte kinetische Energie 10¹³ erg. Die heraus- sehe Form gebracht werden kann. Die Einführung

geschleuderte Gesteinsmasse beträgt etwa 60 kg. des Geschosses 47 in die Ladeöffnung 42 erfolgt mil

Demgemäß erhält man bei einer Einschlagenergie 60 Hilfe eines Mechanismus nach Verfahren, wie sie füi

von l()^i:i erg etwa 60 kg Haufwerk, während bei das Laden im militärischen Geschützwesen entwik-

1000 Einschlagen mit einer Einschlagenergie von kell worden sind. Das erwähnte Geschoß 47 wird

10" erg lediglich 15 kg Haufwerk erhalten wird. Es dabei in die Ladeöffnung 42 durch eise öffnung

dürfte ersichtlich sein, daß die Verwendung der eingeführt, die nach Wegnahme eines Lauf-Blockei

großen Masse der Verwendung einer kleinen Masse 65 49 nicht versperrt ist. Geschosse, die rela'iv steif unc

weit überlegen ist, und zwar sowohl im Hinblick auf dicht sind (das ist Beton), sind hinsichtlich des Zer-

das Haufwerk als auch im Hinblick auf die Aus- brechen-¹ von Gestein wirksamer als eine geringe

brcchgeschwindigkeit. Im Hinblick auf Daten be- Dichte «esitzende plastische Geschosse (das sine

ίο

Kunststoffgeschosse). Das Geschoß 47 wird durch einen Scherflansch 23 oder durch eine spitz zulaufende Form entgegen dem Anfangsladedruck in seiner Lage gehalten. Auf eine durch eine eine elektrische Zündeinrichtung darstellende Zündkerze 50 ausgelöste Detonation hin wird das Geschoß 47 durch Abscheren des Scherflansches 23 oder durch plastische Verformung im Falle der Verwendung des Geschosses mit spitz zulaufender Form freigegeben. Der Zustand des abgeschossenen Geschosses ist solange von nur geringem Interesse, wie das betreffende Geschoß in dem Lauf des Geschützes nicht in einem solchen Ausmaß zerbricht, daß der Gasdruck absinkt

Um den vorderen Teil des Geschosses 47 in dem Lauf 40 zu führen, können parallel zur Laufachse an der Laufwandung Erhebungen vorgesehen sein, und zwar in der Art, daß der Abstand von einer Erhebung zu der unmittelbar gegenüberliegenden Erhebung gleich dem Durchmesser des Geschosses an dem vorderen Ende ist. In diesem Fall würden in dem ringförmigen Scherflansch 23 an dem hinteren Ende des Geschosses entsprechende Nulen vorhanden sein. Im Unterschied dazu können die Geschosse auch in einem mehrere Geschoßkammern enthaltenden Drehzylinder vorgeladen werden, wobei eine geeignete Nockensteuereinrichtung dazu herangezogen werden kann, den Drehzylinder bzw. Revolver an das vordere Ende der Ladeöffnung 42 anzudrücken, wenn eine weitere Geschoßkammer in eine Feuerstellung gedreht ist.

Der Schießzyklus könnte entsprechend einer Schußfrequenz von etwa zehn Schüssen/Minute bei Verwendung eines schnell arbeitenden Ladeöffnungs-Lademechanismus ablaufen. Dies würde bedeuten, daß 1500 bis 8000 Tonnen Haufwerk in einem 24-Stunden-Tag abgefördert werden können. Bei einem Ausbruchsprofil eines Hohlraumes mit einem Durchmesser von etwa 2,4 m würde dies bedeuten, daß eine tägliche Strecke von etwa 1200 bis 600 m pro Tag abgefördert würde. Sollte dieser Wert nicht ausreichen, so könnten zwei oder mehr Geschütze verwendet werden, um die Menge an Haufwerk zu erhöhen. In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, daß durch die oben erläuterte Verwendung des Methan-Sauerstoff-Gasgemischs bei der Verbrennung 10 bis 50 Joule für das Ausbrechen von ein Gramm Gestein verbraucht werden.

Im folgenden sei Fig. 8 näher betrachtet, in der in einer Perspektivansicht eine Einrichtung gemäß der Erfindung gezeigt ist, die für einen Streckenvortrieb dient und die mit hoher Geschwindigkeit austretende Geschosse verwendet, welche mit Hilfe von zwei Geschützen 51 und 52 gegen die Ortsbrust abgefeuert werden. An den Enden der Geschütze 51, 52 sind Düsen 53 und 54 angebracht, die mit Rohren 55 und 56 verbunden sind. Diese Rohre 55 und 56 sind wiederum an an dem hinteren Teil der Geschütze 51, 52 vorgesehenen Wasserschläuchen angebracht. Damit kann Wasser auf das Haufwerk gesprüht werden, das durch die von den Geschützen 51, 52 abgefeuerten Geschosse gebildet worden ist. Auf diese Weise wird der in der Umeebungsluft auftretende Staub vermindert.

Gemäß Fig. 8 trägt eine generell mit 57 bezeichnete Vortriebsmaschine mit vier Rädern die Geschütze 51, 52 auf drei Stützen 58. 59 bzw. 60. Zur Anbringung der Geschütze 51, 52 auf den Stützen 58, 59, 60 sind Kreuzgelenkringe 61 und 62 verwen det. Dabei ermöglichen horizontal verlaufende Stifte die die Ringe tragen, eine unabhängige Einstellunj bzw. Ausrichtung der Geschütze 51, 52 in der Hö henlage mit Hilfe von gesonderten Motoren um Zahnradvorgelegen. So enthält z. B. ein an der Stützi 58 angebrachtes Gehäuse 63 einen Elektromotor 64 der ein Zahnradvorgelege 65 zur Ausrichtung de Geschützes 51 in der Höhenlage steuert. Durch La

to gerzapfen weiden die Geschütze in Ringen getragen und zwar längs Achsen, die senkrecht zu den Ge schützachsen und zu den horizontalen Stiften de Ringe verlaufen, wie dies für den Lagerzapfen 6« zutrifft. Dieser Lagerzapfen 66 kann zur Ausrich rung des Geschützes 51 in der Azimut-Richtung ent sprechend gesteuert werden. Diese Steuerung erfolg durch einen Motor und durch ein Zahnradvorgelege das in einem an dem Ring 61 angebrachten Gehäusi untergebracht ist. Eine in einer generell mit 70 be

ao zeichneten Kabine befindliche Bedienperson kam die Geschütze 51, 52 durch Betätigung von geeig neten Steuereinrichtungen ausrichten, wie sie be elektrischen Servomechanismen üblich sind.

Die Vortriebsmaschine 57 kann ein selbstangetrie

»5 benes Fahrzeug sein; vorzugsweise handelt es siel bei der Vortriebsmaschine 57, wie sie in F i g. 8 ge zeigt ist, jedoch um eine von einer Zugmaschiru gezogene Einheit, die an der Rückseite eine Zug kupplung aufweist. Die Vortriebsmaschine 57 win dann von der Rückseite her um einen gewünschtci Abstand von der Ortsbrust des Tunnels, der ange fahren wird, periodisch weitergeschoben. Zu diesen Zweck können einige oder sämtliche Räder mit Hy draulikeinrichtungen versehen sein, um die Vor triebsmaschine 57 von der Kabine aus zu Steuer¹¹. Nachdem sie in die richtige Lage gebracht ist, kö" nen die Räder festgestellt werden, und zwar eben falls von der Kabine aus mit Hilfe von hydraulische' Einrichtungen. Sodann wird eine generell mit T

bezeichnete Fördereinrichtung in Vorwärtsricht'j" von Rollen 72 angetrieben. Der Antrieb erfolgt m> Hilfe von auf jeder Seite vorgesehenen hydraul sehen Motoren 73. Die Fördereinrichtung 71 wi; genügend weit in Vorwärtsrichtung gefahren, u '

eine horizontal liegende Radschaufel 74 an der Ortbrüst in Stellung zu bringen. Wenn die Ladeschale 74 genügend beladen ist, wird sie mit Hilfe eine hydraulischen Motors 75, der an der Fördereinrich rung 71 angebracht ist. in eine etwa vertikale Lac angehoben. Dadurch fällt das zuvor aufgenommen Haufwerk in einen Behälter 76 ein, der einen Durch laß 77 aufweist, welcher das an einen Gurtfördere 78 abgegebene Haufwerk zuteilt. Der Gurtfördere 78 dient zum Abtransport des Haufwerks zur Rück seite der Vortriebsmaschine. In diesem Zusammen hang sei bemerkt, daß die Fördereinrichtung 71 we sentlich länger ist als das Fahrwerk der Vortriebs maschine 57, damit es eine im rückwärtigen Bereicl vorgesehene Fördereinrichtung für den Wcuertr.inv

port (nicht gezeigt) auch in dem Fall erreicht, wen; sich die Schaufel 74 in ihrer vordersten mödichc! Stellung befindet.

Zur Zuführung von Geschossen an die Geschiü/ 51, 52 von der Rückseile der Kabine 70 her sim

zwei Gleitbahnen bzw. Glcitrinncn 81 und 82 rni flexiblen Abschnitten 83 und 84 vorgesehen Fi: ein derartiges Geschoß-Zuführsystem können Stan dardverfahren aus der Waffentechnik anopw.nn.it uvr

den. In Abweichung davon kann auch ein vorgeladenes Magazin an jedem Geschütz angebracht sein, wobei dann ebenfalls Standard-Verfahren angewandt werden können. Die Verwendung von Gleitrinnen wird jedoch bevorzugt, da diese eine große Flexibilität in der Handhabung der Geschosse ermöglichen. So kann z. B. das Ladesystem für die Gleitrinnen entweder manuell oder automatisch mit Hilfe hydraulisch betätigter Schubstangen gesteuert werden. Diese Schubstangen sind mit den Ladeöffnungs-Lademechanismen der Geschütze synchronisiert, wenn die Gravitationskraft nicht ausreicht, um die Reibung in den betreffenden Gleitrinnen zu überwinden und die Geschosse in der in Frage kommenden Laufladestellung des jeweiligen Geschützes zu halten.

Auf jeder Seite der Vortriebsmaschine vorgesehene Zylinder 85 und 86 enthalten Methan bzw. Sauerstoff. Die betreffenden Zylinder sind zum

Zwecke ihrer Nachfüllung auswechselbar; vorzugsweise werden die betreffenden Zylinder periodisch aufgefüllt, wie jeweils nach vier oder acht Stunden. Dies erfolgt durch flexible Schläuche von größeren Vorratsbehältern her, die in einem sicheren Abstand von der Rückseite der Vortriebsmaschine auf Waggons vorgesehen sind.

Die Hauptprodukte der Verbrennung von Methan und Sauerstoff sind Wasser, CO₂ und CO. Das Vor-

handensein von CO_ä ist selbst nicht gefährlich, wenn genügend Sauerf.off zum Atmen verbleibt. Das CO kann durch Verbrennen eines an Sauerstoff reichen Gasgemisches auf einen minimalen Wert herabgesetzt werden. Es ist jedoch möglich, daß es von dem Arbeitspersonal vorgezogen wird, in einem abgeschlossenen Raum zu arbeiten, in welchem eine generelle Atmosphäre herrscht. Ein derartiger abgeschlossener Raum kann aber auch auf Grund von Sicherheits-Vorsichtsmaßregeln erforderlich sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auffahren von Hohlräumen durch Ausbrechen von Gestein aus einem Gesteinskörper durch Schlagwirkung von Festkörpern, die in im Abstand von der Gesteinsoberfläche angeordneten Schießeinrichtungen durch Treibmittel beschleunigt werden und beim Einschlagen in den Gesteinskörper das Gestein zerbrechen und Gesteinsbruchstücke ablösen, dadurch gekennzeichnet, daß nichtexplosive Geschosse (47) großer Masse und mit massiven Köpfen als Festkörper verwendet werden und von einem steuerbaren Geschütz (16,17) als Schießeinrichtung auf eine Geschwindigkeit von etwa 1,5 km/s beschleunigt werden und aus einer solchen Entfernung abgeschossen werden, daß sie im Gesteinskörper Einschlagdrücke von 45 bis lOOkbar auslösen, und mit einer solchen gegenseitigen Vorgabe auf die Gesteinsoberfläche geschossen werden, daß die zwischen benachbarten Einschlagkratern anstehenden Gesteinswälle mitgeworfen werden, und daß das Haufwerk unmittelbar und kontinuierlich von Fördereinrichtungen (26, 29, 30) abgefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenfKeichnet, daß das Ausbruchsprofil eines Hohlraumes mit den Festkörpergeschossen dadurch gezielt herausgearbeitet wird, daß in an sich bekannter Weise in dem Gesteinskörper längs der Profillinie Löcher (32) ausgebohrt werden oder eine Einkerbung eingeschnitten wird.

3. Geschoß zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, bestehend aus einem massiven, nichtexplosiven Festkörper, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß eine massive, stumpfe Spitze aufweist.

4. Geschoß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis seiner Länge zu seinem Durchmesser etwa 1 beträgt.

5. Geschoß nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 1 kg wiegt.

6. Geschoß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Kunststoff-Mantel (22) umhüllt ist, der einen Scherflansch (23) trägt.

7. Geschoß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschoßkern aus Beton hergestellt ist.

8. Geschütz zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, welches einen Lauf sowie eine Ladeöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ladeöffnung (42) ein Gemisch aus Sauerstoff und einem kohlenstoffhaltigen Gas über Füllventile (44, 46) einfüllbar ist und eins elektrische Zündeinrichtung (50) zur Zündung des Gemisches vorgesehen ist.

9. Geschütz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung des Laufes (40) kleiner ist als die Ladeöffnung (42) und der Übergang als Dichtanschlag (48) ausgebildet ist.

10. Schachtteufeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 unter Verwendung der Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 3 bis 9, bestehend aus einer Abfördereinrichtung, die zum Abtransport des Haufwerkes dient und ein kontinuierlich arbeitendes, vertikales Becherwerk, welches das Haufwerk von der Schachtsohle bis oberhalb der Arbeitsbühne fördert, eine dort angeordnete Aufgabeschurre, die das Haufwerk dem Förderkübel aufgibt, sowie eine Räumschnecke zum Abräumen der Schachtsohle umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikal bewegliche Arbeitsbühne (15) die steuerbaren Geschütze (16, 17) trägt und zu deren Einstellung dient.

11. Streckenvortriebsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 unter Verwendung der Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 3 bis 9, bestehend aus einem Fahrgestell, das eine Ladeschaufel und einen Gurtförderer zum Abtransport des Haufwerkes bis zu einer hinter der Vortriebsmaschine angeordneten Übcrgabestelle trägt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Vortriebsmaschine (57) drei steuerbare Geschütze (51, 52) verJageri sind, die Vortriebsmaschine (57) als Einstelleinrichtung dient und der Gurtförderer (78) mit der Ladeschaufel (74) bis zur Ortsbrust ausfahrbar ist.