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Dipl.-Ing. W Beyer Dipl,-Wirtsch,-Ing. B. Jochem Frankfurt am Main
Staufenstrasse 36 Verfahren zum Schneiden von Gestein, insbesondere erzhaltigem
Schichtgestein im Bergbau.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schneiden
von Gestein, insbesondere erzhaltigem Schichtgestein, im Bergbau unter Verwendung
eines mechanischen Schneidwerkzeuges.
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Das übliche Verfahren zum Abbau mehr oder weniger schmaler erzhaltiger
Gesteinsschichten, insbesondere des sog. Reefs in Süd-Afrika, ist das Bohren und
anschließende Fprergen.
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Die Suche nach einem kontinuierlich arbeitenden Asoa«-verfahren, das
keine Betriebsunterbrechungen für das Abführen der Sprenggase und des dabei entstehenden
Staubs erfordert sowie außerdem eine bessere Kontrolle von Gebirgsbewegungen und
dadurch eine erhöhte Sicherheit gegenüber Gesteinseinbrüchen bietet, hat zur Entwicklung
einer neuen Generation von Maschinen geführt, welche Einschaitte in das Gestein
längs der Schichten oder in der Schicht selbst mit Hilfe eines Hartmetallwerkzeuges
anbringen.
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Nach Fertigstellung dieser Einschnitte kann das Denachbarte Gestein
normalerweise leicht durch Brechha==ner entfernt werden.
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Obgleich diese Technik auf den ersten Blick sehr reizvoll erscheint,
gibt es Jedoch Nachteile, welche ihre Anwendung in der Praxis beschräriicen. Ihr
Erfolg hängt in weitem Ausmaß von der Anwesenheit nat-irlicher Trennflächen im Gestein
parallel zur Schicht oberhalb und unterhalb derselben sowie ferner von der Äbriebfestigkeit
des Gesteins ab, welche den Verbrauch an SchneiEksSfen bestimmt.
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Wo keine Trennflächen existieren, ist es schwer, die notwenige Höhe
des Abbauortes aufrechtzuerhalten, um die Maschine ohne Schneiden der hängenden
Schicht und der liegenden Schicht vorzurücken. Dies ist mit Jenen Hartmetallwerkzeugen,
die heute existieren, wegen der Konstruktionsbeschränkungen schwierig auszuführen,
welche ein Ansetzen der Werkzeuge oberhalb und unterhalb der äußersten Teile des
Maschinengestells verhindern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Rahmen eines Verfahrens der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in der Nähe der Bewegungsbahn des Schneidwerkzeuges
eine künstliche Trennschicht gebildet wird Nach einem anderen Merkmal der Erfindung
besteht ein Verfahren zum Schneiden von Gestein, insbesondere erzhaltigem Schichtgestein,
im Bergbau mit Hilfe eines entlang einer Bahn laufenden Schneidwerkzeuges, mit welchem
ein Einschnitt in das Gestein ausgeführt wird, darin, daß zur Simmulierung einer
künstlichen Trennschicht ein Schlitz mit Hilfe eines Wasserstrahls geschnitten wird.
Dieser Schlitz kann gleichzeitig mit dem mechanischen Einschnitt oder auch vorher
geschnitten werden.
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Der Schlitz wird vorzugsweise so dicht an der hängenden Wand des Abbauortes
wie möglich angebracht. Wenn Jedoch nahe der hängenden Wand bereits eine Trenrifläche
vorhanden ist, wird der Schlitz vomzugsweise unterhalb des mechanisch gefertigten
Einschnitt angebracht. Der Schlitz wird vorzugsweise von einem durch eine Düse ausgespritzten
Wasserstrahl geschnitten, der sich oberhalb und vorzugsweise zusammen mit dem Schneidwerkzeug
bewegt. Jedoch kann auch die Bewegung der Düse beträchtlich schneller als die des
Werkzeugs sein, so da3 während eines Zeitabschnittes, in welchem das Werkzeug einen
einzigen Schritt ausfrt, die Düse eine Anzahl ähnlicher Sshnittbewegungen macht.
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Eine Schneidvorrichtung zur Durchführung des erfinaurEsgemäßen Verfahrens
mit einem dicht an der abzubauencen Gesteinsfläche aufstellbaren Rahmengestell und
eine von diesem getragenen und an diesem in einer Bahn zun mechanischen Einschneiden
der Gesteinsoberfläche entlangbewegbaren Schneiçwerkzeug zeichnet sich erfindungsgemäß
durch eine Wasserstrahldüse sowie Mittel zur Bewegung dieser Düse in einer Bahn
im wesentlichen parallel zur Bahn des Schneidwerkzeuges aus.
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Die Bewegungsbahn des Werkzeuges ist vorzugsweise langgestreckt, beispielsweise
2 Nester lang, so daß ein langer Schlitz in die Gesteinsfläche eingeschnitten wird.
Vorzugsweise sind zwei Schnen erkzeuge vorgesehen, deren Bewegungsbahnen miteinander
fluchten, und es sind ebenso zwei Wasserstrahldüsen vorgesehen, deren Bewegungabahnen
gleichfalls miteinander fluchten.
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Die Mittel zur Bewegung der Düse können so angeordnet werden, daß
die Düse bei Benutzung mit einer beträchtlich höheren Geschwindigkeit als das Werkzeug
bewegt wird. Dies wird zur Folge haben, daß die Düse eine Anzahl von Schnitten,
vorzugsweise mIndestens vier während eines Jeden Schneidhubes
des
Werkzeuges ausführen kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung
mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise
geschnitten, auf eine Schneidvorrichtung gemäß der Erfindung und Fig. 2 einen Querschnitt
durch die Vorrichtung nach Fig. 1.
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Wie in der Zeichnung dargestellt, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
oder Maschine 10-zum Schneiden von Gestein ein Rahmengestell 12 auf, das gegen die
Abbaufläche 14 durch ausfahrbare Winden 16 und 18 in Stellung gehalten wird, die
gegen die hängende Wand 20 bzw. die liegende Wand 22 ansetzen.
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Auf am Rahmengestell 12 ausgebildeten Gleitführungen 26 ist ein Schlitten
24 längsverschieblich angeordnet. Der Schlitten ist von ziemlich großer Längserstreckung.
Nahe einem Ende trägt der Schlitten 24 ein Schneidblatt 27 und eine Düse 28. Eine
ähnliche Anordnung eines Schneidblattes 30 und einer Düse 32 ist am anderen Ende
des Schlittens 24 getroffen. Die Schneidblätter 27 und 30 und die Düsen 28 und .32
liegen paarweise in einer Ebene.
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Jedes Schneidblatt ist so angeordnet, daß es sich unterhalb des Strahlbereichs
der Düse befindet. Der Abstand, mit welchem das Schneidblatt unterhalb der Düse
liegt, ändert sich in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Gesteins, welches abgebaut
werden soll0 Es wurde festgestellt, daß ein geeigneter Mindestabstand zwischen dem
Schneidblatt und der Düse in der Größenordnung von 15cm liegt wenngleich ein gebräuchlicherer
Abstand in der
Größenordnung von 30cm liegt. Der Schlitten 24 trägt
ferner Betätigungseinrichtungen für die Schneidblätter und die Düsen, wie nachstehend
beschrieben wird.
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Der Schlitten 24 trägt eine doppelt wirkende Verstärkereinheit 34,
die gemäß der Beschreibung in der älteren Patentanmeldung P 22 32 993.? ausgebildet
sein kann.
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Der Verstärkereinheit 34 wird Wasser üoer einen freihängenden Schlauch
(nicht dargestellt) zugeführt und sie gibt dieses Wasser unter einem sehr hohen
Druck abwechselnd von ihren einen oder anderen Ende durch Auslaßrohre 36 zu einer
Querkupplungseinheit 38 ab, an welche stählerne Auslaßrohre 40 und 42 angeschlossen
sind, die zu den Düsen 28 bzw. 32 führen. Die Auslaßrohre 40 und 42 sind lang und
verhältnismäßig biegsam. Diese Rohre treten aus dem Schlitten 24 durch ziemlich
weite Schlitze 44 heraus.
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Ein Paar hydraulischer Winden 46 und 48 an jeweils dem vorderen und
dem hinteren Ende des Schlittens 24 erfaßt den oberen Lauf eines jeden Auslaßrohrs.
Mit Hilfe dieser Winden 46 und 48 kann die Stellung der Düsen relativ zum Schlitz
44 und damit die Neigung der Düsen zu Swecken eingestellt werden, die noch später
verdeutlicht werden.
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Ein jedes Schneidblatt 27, 30 hat ein Hartmetallschneidwerkzeug 50
an seinem freien Ende, In das Schneidblatt 28 sind Schaltzähne 52 eingefräst, in
welche eine Schneidblattanstelleinrichtung 54 eingreift, die zum Vorschieben des
Schneidblattes und Zurückziehen desselben beim Rücklauf dient, so daß das Schneidblatt
tiefere Einschnitte ausführen kann. Die Schneidblattanstellvorrichtung ist in der
Zeichnung. nur schematisch dargestellt; jede be--liebige Einrichtung kann zu diesem
Zweck verwendet werden.
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Ferner ist vom Schlitten 24 ein Ventilsteuermechanismus 56 getragen,
der mit der Verstärkereinheit verbunden ist, um die Niederdruck-Arbeitszylinder
des Verstärkers zu versorgen,
Der Ventilsteuermechanismus 56 ist
an eine Druckflüssigkeitsquelle und einen Vorratsbehälter (beide nicht dargestellt)
über zwei langgestreckte Rohrleitungen 58 bzw. 60 angeschlossen. Diese Rohre 58
und 60 sinl in größeren Zylindern 62 bzw. 64 aufgenommen, welche ihrerseits an dem
Ventilsteuermech.lnismus 56 über Verbindungsleitungen 66 und 68 angeschlossen sind
Die Zylinder 62, 64 sind am Schlitten 24- befestigt und haben gegenüber den Rohren
58, 60 Gleitdichtungen. Die Rohre 58, 60 sind mit zentralen oeffnungen (nicht dargestellt)
versehen, die ständig in die Zylinder ungeachtet der Stellung des Schlittens öffnen.
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Auf diese Weise ist der Ventilsteuermechanismus 55 ständig mit der
Druckflüssigkeitsquelle und dem Vorratsbehälter verbunden.
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Das Rahmengestell 12 trägt weiterhin eine hohle Kolbenstange 70, die
sich durch einen Zylinder 72 erstreckt, der vom Schlitten 24 getragen wird. Ein
(nicht dargestellter) Kolben sitzt an der Kolbenstange 70, und Druckflüssigkeit
wird einer jeden Seite des Kolbens zugeführt, so daß der Zylinder und mit diesem
der Schlitten durch die Druck flüssigkeit hin- und herbewegt werden.
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Im Betrieb, wenn die Maschine 10 gemäß der Darstellung eingerichtet
ist und die Schneidfelder 27 und 30 zurückgezogen sind, wird der Schlitten 24 dazugebracht,
sich hin-und herzubewegen, wobei die Düsen 28 und 32 Wasserstrahlen herausspritzen.
Die Neigungen der Düsen werden mit Hilfe der Winden 46 und 48 nach Jedem Hub verstellt,
so daß die Strahlen weite Spalte 74 in der in der Anmeldung P 23 48 431.3 beschriebenen
Weise schneiden. Wenn die Strahlen einen genügend tiefen Spalt 74 geschnitten haben,
werden die Schneidblätter nach vorn bewegt, so daß die Werkzeuge 50 in Anlage mit
der Gesteinsoberfläche gelangen. Die Schneidblätter schneiden nun in die Gesteinsoberfläche.
Dies führt zur Bildung eines Einschnitts
76. Weil der von den Wasserstrahlen
geschnittene Spalt 74 eine Trennfläche im Gestein oberhalb des Schneidblattes simmuliert,
wird das Gestein he.rausschl-.ttern, oder es wird durch die Reibung mit den Seitenflächen
des Schneidblattes herausgerssen. Diese Arbeit wird mit gegen die Gesteinsfläche
weiter vorgestellten Schneidblättern fortgesetzt, bis diese in ihre volle Länge
ausgefahren sind. Die Maschine 10 wird dann weggerückt. Der Fels unterhalb des Werkzeugeinschnitts
kann nun auf rgendeine Weise,wie beispielsweise durch Vefliendung von Gesteinsbrechern,
entfernt werden.
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Es leuchtet ein, daß beim Vorhandensein einer natürlichen Trennfläche
im Gestein nahe der hängenden Wand die Maschine umgekehrt werden kann, so daß die
künstliche Trennfläche mit Hilfe der Wasserstrahlen unterhalb des vom Werkzeug gefertigten
Einschnittes gebildet wird.
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Jedoch muß dann eine etwas umkonstruierte Maschine verwendet werden.
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Die Maschine läßt sich auch nur mit Wasserstrahlen betreiben, da die
notwendigen Kräfte zum Verschieben des Schlittens, wenn nur Wasserstrahlen ausgesandt.
werden, beträchtlich geringer sind als jene, die bei Benutzung des mechanischen
Schneidwerkzeuges erforderlich sind.
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Somit kann der Schlitten bei Beginn des Schneidvorganges, wie oben
beschrieben oder zu jeder anderen Zeit unter b'loßer Emmision der Wasserstrahlen-hin-
und herverfahren werden, bis ein ausreichend tiefer Spalt gebildet ist, bevor das
Schneidwerkzeug in Anlage gegen die Gesteinsfläche gebracht wira. Natürlich können,
falls erwünscht, das Werkzeug und die Wasserstrahlen auch gleichzeitig ihre Schneidarbeit
vollbringen.
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Es leuchtet auch ein, daß bei paarweiser Anordnung der Düsen und Werkzeuge
in einer Bewegungsebene die von einer
der Düsen und einem der Schneidblätter
gefertigten Einschnitte jeweils eine Fortsetzung der Einschnitte darstellen, die
von der anderen Düse bzw dem anderen Schneidwerkzeug hergestellt sind. Hieraus folgt,
daß diese Einschnitte eine erhebliche Länge besitzen werden urld bei der vorbeschriebenen
Ausführungsform der Schneidmaschine ungefähr 4 Meter lang sein können.
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Es ist ferner verständlich, daß anstelle der Verwendung eines hin-
und hergehenden Schneidwerkzeuges auch ein Schwingarm-Schneider verwendet werden
kann. In diesem Fall ist die oben erwähnte t'Bewegungsbaha" die vom Werkzeug vollführte
Bahn, die sowohl durch dessen Schwingbewegung um die Achse wie die Bewegung der
Achse längs des Rahmengestells zustande kommt.
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Ferner können, falls erwünscht, an jedem Ende des Schlittens zwei
Düsen angeordnet sein, wie dies in der bereits erwähnten Anmeldung P 23 48 431.3
beschrieben ist. Falls gewünscht, kann ein einziger in Betrieb befindlicher Emitter
verwendet werden.
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Wunschgemäß können auch Mittel zur Hin- und Herbewegung der Wasserstrahlen
mit beträchtlich größerer Geschwindigkeit als das Werkzeug vorgesehen sein, obgleich
die Durchführung dieses Vorschlags eine kompliziertere und weniger kompakte Maschine
zur Folge haben wird.
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Es verdient besondere Beachtung,- daß der Schneidkopf am Ende des
Schneidblattes 27 während der Bewegung des Schlittens in Richtung des Pf-eils ll
schneidet, während das Schneidblatt 30 zurückgezogen ist, und daß das Gegenteil
auftritt, wenn sich der Schlitten in entgegengesetzter Richtung bewegt. Beide Düsen
28 und 32 können gleichzeitig oder wunschgemäß abwechselnd Flüssigkeit ausspritzen.
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Patentansprüche /