DE2406893B2 - Vortriebsvorrichtung, insbesondere für Strecken im Bergbau - Google Patents

Description

5. Vortriebsvorrich'.ung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckflüssigkeitsdüse (23) mit einem Einsatz (43) versehen ist, der in dem Flüssigkeitsstrahl Kavitationen erzeugt.

6. Vortriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (43) in der Hochdruckflüssigkeilsdüse (23) verstellbar ist.

7. Vortriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (43) eine oder mehrere Leitschaufeln aufweist, die dem Flüssigkeitsstrahl einen Drall aufzwingen und dadurch Kavitationen im Flüssigkeitsstrahl erzeugen.

8. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckflüssigkeitsdüse (23) eine Unterbrechungen oder Pulsationen im Flüssigkeitsstrahl erzeugende Vorrichtung (48) zugeordnet ist.

9. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckflüssigkeitsdüse (23) mit einer Verstellvorrichtung (47) zum Verstellen der Querschnittsfläche der Düsenöffnung versehen ist, durch die der Flüssigkeitsstrahl in bezug auf die Ortsbrust (M) fokussiert wird.

10. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckflüssigkeitsdüse (23) mit einer Verstellvorrichtung (47) zum Verstellen Jer Quersehniüsform der Düsenöffnung versehen ist, durch die der Flüssigkeitsstrahl in bezug auf die Ortsbrust (M) fokussiert wird.

Die Erfindung betrifft eine Vortriebsvorrichtung, inssondere zum Hereingewinnen der Ortsbrust eines reckenvortriebes im untertätigen Bergbau, mit einem druckmittelbetätigten Schlaghammer, der mittels eine hydraulisch betätigten Auslegerarmes gegen die Ort! brüst anpreßbar ist

Die Leistungsfähigkeit derartiger, nach dem Stand der Technik bekannter Vortriebsvorrichtungen ist m turgemäß in leicht spaltbarem, zerklüftetem Gestei wesentlich größer als in zähem, unzerklüftetem Ge stein. Dies ist auf die besondere Arbeitsweise de Schlaghammers zurückzuführen, der die loszulösende Gesteinsstücke vorzugsweise entlang den natürliche Spaltflächen und Klüften abkeilt. Sind solche natürli chen Spaltflächen und Klüfte nicht vorhanden, so sink die Vortriebsleistung derartiger Vortriebsvorrichtun gen erheblich ab.

In der jüngeren Vergangenheit sind unter anderen die Einsatzmöglichkeiten von Hydromonitoren als Ge winnungswerkzeuge bei der Gesteins- und Mineralge winnung im Bergbau untersucht und ausprobiert wor den. Dabei wurden mit hohen und höchsten Drücker scharf gebündelte Flüssigkeitsstrahlen erzeugt, derer Energie ausreicht, den Gesteinsverband zu zerstörer und gegebenenfalls die hereinzugewinnenden Gesteinsbrocken loszulösen. Zur Erhöhung der Wirksamkeit isi es aucn bekannt, mit einem pulsierenden Flüssigkeitsstrahl zu arbeiten. Bei der Gewinnungsarbeit mit derartigen Hydromonitoren hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung des Monitors allein verhältnismäßig große Flüssigkeitsmengen benötigt werden, und zwar um so mehr, je zäher und härter das hereinzugewinnende Gestein ist. Man ist deshalb in diesen Einsatzfällen dazu übergegangen, den hydromechanischen Gewinnungsvorgang durch geeignete mechanische Maßnahmen zu unterstützen, und zwar insbesondere den eigentlichen Ablösevorgang mit mechanischen Hilfsmitteln durchzuführen, während der Flüssigkeitsstrahl nur dazu dient, den Gebirgsverband aufzulockern. So ist es beispielsweise aus der Literatur (Mining Magazine, Juni 1972, S. 450 bis 452) bekannt, eine Hochdruckflüssigkeitsdüse mit den Schneidscheiben einer schneidend arbeitenden Streckenvortriebsmaschine zu kombinieren. Nach der Zeitschrift »Glückauf«. 1967, S. N 380, soll die gesamte Gewinnungsarbeit einer Streckenvortriebsmaschine dagegen allein mit dem hochgespannten Wasserstrahl eines Monitors durchgeführt werden. Gemäß DL-PS 40 000 wird der hydraulische Gewinnungsvorgang an der Ortsbrust durch schneidende Gewinnungswerkzeuge (Schrämmesser) unterstützt. Aus der DT-AS 12 87916 ist es bekannt, beim Streckenvortrieb mit auf einer drehbaren Scheibe angeordneten Hochdruckwasserdüsen zu arbeiten, die das Gestein wiederum ohne mechanische Unterstützung von der Ortsbrust loslösen sollen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Vortriebsvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß deren Gewinnungsleistung erheblich gesteigert wird, und zwar insbesondere bei der Verwendung in hartem und zähem Gestein.

Ausgehend von einer Vortriebsvorrichlung der eingangs genannten Gattung, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß auf dem Auslegerarm neben dem Schlaghammer mindestens eine Hochdruckflüssigkeitsdüse angeordnet ist, deren Flüssigkeitsstrahl auf einen Antriffspunkt neben dem Angriffspunkt des Schlaghammers auf der Ortsbrust gerichtet ist.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kombination eines Schlaghammers mit einer Hochdruckflüssigkeilsclüse bewirkt der sehr energiereichc Flüssigkeits-

strahl der Hochdruckflüssigkeitsdüse ein Aufbrechen des an der Ortsbrust anstehenden Gesteins in unmittelbarer Nachbarschaft des Angriffspunktes des Schlaghammers. Die Energie des Flüssigkeitsstrahles reicht zwar nicht aus, das Gestein aus dem Verband zu lösen, sondern erzeugt lediglich feine Haarrisse und Klüfte im Gestein, die das Loslösen der Gesteinsbrocken mittels das Schlaghammers beträchtlich erleichtern. Versuche haben ergeben, daß die Vortriebsleistung einer Vortriebsvorrichtung gemäß Gattungsbegriff bei 7usätzlieher Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Hochdruckflüssigkeitsdüse in hartem und zähem Gestein ganz erheblich gesteigert werden kann. Diese Steigerung der Leistungsfähigkeit geht bei weitem über das hinaus, was auf Grund der bisherigen Erfahrungen bei der Gewinnung durch Hochdruckflüssigkeitsstrahien erwartet werden konnte.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß man bisher verbucht hat, die Gewinnungsarbeit entweder allein durch Hochdruckflüssigkeitsstrahlen oder durch eine Kombination von schneidenden oder schälenden (letzteres bei Kohle) Gewinnungsvorrichtungen mit Hochdruckflüssigkeitsdüsen zu bewerkstelligen.

Bei der Hereingewinnung von Kohle hat man dabei einen verhältnismäßig guten Erfolg erzielt, weil Kohle 2s relativ weich ist und die durch den Flüssigkeitsstrahl aufgelockerte Kohle tatsächlich leichter abzuschälen oder zu schneiden ist. Im harten und zähen Gestein vermögen jedoch die durch den Flüssigkeitsstrahl erzeugten feinen Risse und Klüfte im Gestein den Schneidvorgang, der in der Regel spanabhebend erfolgt, nur unvollkommen zu unterstützen, weil diese Risse und Klüfte nicht in Ebenen verlaufen, in denen die Schneidwerkzeuge das Gestein beim Schneidvorgang abspanen.

Ganz anders sind die Verhältnisse bei der schlagenden Gewinnung, bei der beliebig und unregelmäßig verlaufende Risse und Klüfte von dem schlagenden Gewinnungswerkzeug optimal ausgenutzt werden können. Es ist somit das besondere Verdienst der Erfindung, erstmals erkannt zu haben, daß bei der Kombination einer Hochdruckflüssigkeitsdüse mit einem schlagenden Gewinnungswerkzeug auf Grund der besonderen Charakteristik dieses Gewinnungswerkzeuges ganz überraschende Leistungssteigerungen erzielt werden können.

Um den günstigsten Angriffspunkt und Angriffswinkel des Flüssigkeitsstrahls sowie den günstigsten Abstand der Flüssigkeitsdüse von der Ortsbrust einstellen zu können, ist weiterhin vorgesehen, daß die Hochdruckflüssigkeitsdüse in bezug auf die Ortsbrust vor- und zurückverstellbar und winkelverste'lbar ist.

Um die günstigsten Werte gegebenenfalls automatisch einhalten zu können, ist der Hochdruckflüssigkeitsdüse eine Vorrichtung zum Verstellen, Begrenzen, Messen und Korrigieren des Abstandes zur Ortsbrust zugeordnet.

Zum Zwecke der weiteren Leistungssteigerung ist der Flüssigkeitsstrahl der Hochdruckflüssigkeitsdüse ein Kavitationsstrahl von hoher Geschwindigkeit. Als Kavilationsstrah! wird ein Flüssigkeitsstrahl bezeichnet, in dem sich kurzzeitig Dampfblasen oder Hohlräume ausbilden, die beim Auftreffen des Flüssigkcitsstrahles auf ein Hindernis kollabieren und hierdurch sehr hohe Drücke und Druckkräfte erzeugen.

Zweckmäßig ist die Hochdruckflüssigkeitsdüse mit einem Einsatz versehen, der in dem Flüssigkeitsstrahl Kavitationen erzeugt.

Um die Intensität der erzeugten Kavitation verändern zu können, ist der Einsatz in der Hochdruckflüssigkeiisdüse zweckmäßig verstellbar. Weiterhin weist der Einsatz zweckmäßig eine oder mehrere Leitschaufel auf, die dem Flüssigkeitsstrahl einen Drall aufzwingen und dadurch Kavitationen im Flüssigkeitsstrahl erzeugen.

Um die Brechwirkung des Flüssigkeitsstrahles noch zu intensivieren, ist der Hochdruckfiüssigkeitsdüse eine Unterbrechungen oder Pulsationen im Flüssigkeitsstrahl erzeugende Vorrichtung zugeordnet. Ein derartiger pulsierender oder unterbrochener Strahl übt in schneller Folge Impulse auf die Orlsbrust aus. die bei der Zerstörung des Gesteins intensiver wirken als eine andauernd einwirkende Druckkraft.

Die Hochdruckfiüssigkeitsdüse kann mit Einrichtungen zum Fokussieren des Flüssigkeitsstrahles in bezug auf den Angriffspunkt an der Ortsbrust versehen sein. Hierzu ist der Hochdruckfiüssigkeitsdüse eine Verstellvorrichtung zugeordnet, durch die die Querschnittsfläche oder die Querschnittsform der Düsenöffnung derart verstellt werden kann, daß der Flüssigkeitsstrahl in bezug auf die Ortsbrust fokussiert wird. Hierdurch wird eine noch schärfere Bündelung der Energie des Flüssigkeitsstrahles auf einen eng begrenzten Raum erzielt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

F i g. 1 in Seitenansicht eine Vortriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform,

F i g. 2 in Seitenansicht eine weitere Ausführungsform einer Vortriebsvorrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 3 eine Aufsicht zu F i g. 2,

Fig.4 in Seitenansicht eine Hochdruckfiüssigkeitsdüse zur Erzeugung eines Kavitationsflüssigkeitsstrahles und eine Befestigungs- und Verstellvorrichtung hierfür,

F i g. 5 eine Aufsicht zu F i g. 4,

Fig.6 in Seitenansicht eine Hochdruckfiüssigkeitsdüse zur Erzeugung eines Kavitationsflüssigkeitsstrahles mit einer Meßvorrichtung zur automatischen Einhaltung eines vorbestimmten Abstandes zwischen der Düse und der Ortsbrust,

F i g. 7 einen teilweisen Schnitt durch ein Ventil, das Bestandteil der in F i g. 6 dargestellten Meßvorrichtung ist, und

F i g. 8 einen Schnitt durch eine Hochdruckfiüssigkeitsdüse in einer anderen Ausführungsform zur Erzeugung eines Kavitationsflüssigkeitsstrahles.

Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung weist ein selbstvorrückendes Fahrwerk 18 auf, auf dem ein Auslegerarm 19 montiert ist. Der Auslegerarm 19 ist aus- und einfahrbar, kann angehoben und abgesenkt werden, ist schwenkbar und kann um seine Längsachse verdreht werden. Diese Bewegungen werden durch entsprechende Druckmittel antriebe bewirkt. Am vorderen Ende des Auslegerar mes 19 ist schwenkbar ein Drehtisch 20 befestigt, dei einen Schlaghammer 21 trägt, der gegen die Ortsbrus M vor- und zurückverstellbar ist. Oberhalb von Schlaghammer 21 ist auf dem Sc'nlaghammcr 21 cini Vorrichtung zur Erzeugung eines Kavitationswasser Strahles befestigt, die eine Düse 2.3 aufweist, der übe einen Schlauch 24 Wasser zugeführt wird. Die Vonich Hing 22 ist unabhängig vom Schlaghammer 21 gcge die Ortsbrust M vor- und zurückversicllbar. Diese Ver stellung wird durch einen Druckmiticlzylinder 25 bc wirkt. Eine Ladeschaufel 26 und ein Förderer 27 er

strecken sich quer über die Vorderseite des Fahrwerkes 18 und sind an diesem derart befestigt, daß sie sich mit diesem vorwärts bewegen. Beim Vorrücken der Maschine wird das an der Ortsbrusl M anstehende Mineral durch die kombinierte Wirkung des Kavitationswasserstrahles der Vorrichtung 22 und des Meißels 28 des Schlaghammers 21 hereingewonnen. Das hereingewonnene Mineral wird dann von der Ladeschaufel 26 aufgenommen und von dieser auf den Förderer 27 aufgegeben, der es auf einen weiteren Förderer 29 weiterleitet, der an der Längsseite des Fahrwerkes 18 befestigt ist. Dieser Förderer 29 trägt das Mineral am rückwärtigen Ende der Maschine beispielsweise auf einen weiteren Förderer aus.

Die in den F i g. 2 und 3 dargestellte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist in vielerlei Hinsicht der oben an Hand der F i g. 1 beschriebenen Ausführungsform ähnlich, so daß, soweit wie möglich, die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung gleichartiger Teile verwendet werden können. Bei dieser Ausführungsform ist das Fahrwerk jedoch als Raupenfahrwerk ausgebildet. Darüber hinaus ist der Förderer 29 mittig in der Maschine angeordnet und wird das Mineral von einer mit Zähnen bestückten Ladeschaufel 26 mit Hilfe von drehbaren Armen oder Kratzern 30 aufgenommen, die das Mineral auf die Ladeschaufel 26 aufschieben. Die Vorrichtung 22 zur Erzeugung eines Kavitationswasserstrahles ist auf einem Drehtisch 31 befestigt, derart, daß sie unabhängig von dem Schlaghammer winkelverstellt werden kann. Die Winkelverstellung erfolgt durch einen Druckmittelzylinder 32, wie in den Fig.4 und 5 dargestellt ist. Der Drehlisch 31 trägt eine Gleitbahn 33, in der die den Kavitationsstrahl erzeugende Vorrichtung 22 gegen den Abbaustoß vor- und zurückverstellbar ist. Die Verschiebung der Vorrichtung 22 erfolgt durch den ihr zugeordneten Druckmittelzylinder 25, der auf dem Drehtisch 31 befestigt ist. Weiterhin ist eine Meßvorrichtung vorgesehen, die die Düse 23 automatisch in einem vorbestimmten Abstand zur Ortsbrust M hält. Diese Meßvorrichtung weist einen Signalgeber 34a auf, der ein Signal in Richtung auf die Ortsbtust M abgibt, und eine Signalempfangsvorrichtung 346, die derart angeordnet ist, daß sie das von der Ortsbrust M reflektierte Signal aufnimmt. Eine Betätigungsvorrichtung betätigt dann in Abhängigkeit von der Intensität des reflektierten Signals ein Ventil, das die Druckmittelversorgung des Druckmittelzylinders 25 derart steuert, daß dieser ausfährt oder einfährt. Eine alternative Ausführungsform der Meßvorrichtung ist mehr im Detail in den F i g. b und 7 dargestellt. Diese Ausführungsform der Meßvorrichtung weist ein Kolbenschieberventil 35 auf, dessen verschiebbarer Kolbenschieber 36 mit einem Meßfühler 34 verbunden ist, der die Ortsbrust M berührt. Das Kolbenschieberventil 35 hat einen Druckmittelzuführungsanschluß 37, Druckmittelrücklaufanschlüsse 38 und 39, einen mit der Rückzugseite des Druckmittelzylindcrs 25 verbundenen Anschluß 40 und einen mit der Ausfahrseite des Druckmittelzylinders 25 verbundenen Anschluß 41. Der Meßfühler 34 wird gegen die Ortsbrust M durch eine Feder 42 angedrückt, die auf den beweglichen Kolbenschieber 36 einwirkt. Wie aus der Zeichnung ersehen werden kann, verstellt der Meßfühler 34 automatisch das KoI-benschieberventil 35, wenn er der Kontur der Orlsbrust M folgt. Diese Verstellung erfolgt derart, daß erforderlichenfalls entweder der Rückzugseite oder der Ausfahrseite des Druckmittelzylinders 25 Druckmittel zugeführt wird, je nachdem, ob es notwendig ist, die Düse 23 zurückzuschieben oder vorzuschieben. Auf diese Weise wird die Düse 23 automatisch in einem vorbestimmten Abstand zur Ortsbrust M gehalten.

Die in F i g. 8 dargestellte Düse 23 hat einen die Kavitation erzeugenden Einsatz 43, der mit Hilfe eines Schraubgewindes 44 derart in den Düsenkörper eingeschraubt ist, daß er in bezug auf die Düsenaustragsöffnung 45 vor- und zurückverstellt werden kann, um ein Optimum an Kavitation im Wasserstrahl zu erzielen.
Die Düsenwandung 46 ist aus flexiblem elastischem Material hergestellt, so daß der wirksame Düsenquerschnitt im Hinblick auf die Querschnittsfläche und die Querschnittsform mit Hilfe von Stellschrauben 47 verstellt werden kann. Diese Verstellung und/oder die Verstellung der Düse 23 relativ zum Abbaustoß dienen zum Fokussieren des aus der Düse austretenden Strahls.

In der Wasserzufuhr zu der Düse 23 ist eine Vorrichtung 48 angeordnet (s. F i g. 8), die dazu dient, den Wasserstrahl zu unterbrechen oder zum Pulsieren zu bringen, so daß Stoßwellen in die Ortsbrust M eingeleitet werden, auf die der Strahl gerichtet ist. Die Vorrichtung 48 kann beispielsweise als automatisch sehr schnei! öffnendes und schließendes Ventil oder als Schieber ausgebildet sein.

Für manche Anwendungsfälle kann die Vortriebsvorrichtung gemäß der Erfindung vorteilhaft mit einer Verrichtung zur Lagesteuerung versehen sein. Diese Vorrichtung zur Lagesteuerung kann derart angeordnet sein, daß die Gewinnungsvorrichtung automatisch in einem vorbestimmten Horizont oder entlang einem vorbestimmten Weg arbeitet.

Der Kavitationsstrahl kann auch jeweils so angeordnet oder gelenkt weriien, daß er in die natürlichen Trennflächen des Gesteins eindringt, die beispielsweise vertikal angeordnet sein können. In diesem Falle wirki der Kavitationsstrahl mehr im Innern des hereinzugewinnenden Gesteins und sprengt oder spaltet die Ortsbrust nach außen auf.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vortriebsvorrichlung, insbesondere zum Hereingewinnen der Ortsbrust eines Streckenvortriebes im untertätigen Bergbau, mit einem druckmittelbetätigten Schlaghammer, der mittels eines hydraulisch betätigten Auslegsrarmes gegen die Ortsbrust anpreßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Auslegerarm (19) neben dem Schlaghammer (21) mindestens eine Hochdruckflüssigkeitsdiise (23) angeordnet ist, deren Flüssigkeitsstrahl auf einen Angriffspunkt neben dem Angriffspunkt des Schlaghammers (21) auf der Ortsbrust (M)gerichtet ist.

2. Vortriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckflüssigkeitsdüse (23) in bezug auf die Ortsbrust (M) vor- und zurückstellbar und winkelverstellbar ist.

3. Vortriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckflüssigkeitsdüse (23) eine Vorrichtung zum Verstellen, Begrenzen, Messen und Korrigieren des Abstandes zur Ortsbrust (M) zugeordnet ist.

4. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrahl der Hochdruckflüssigkeitsdüse (23) ein Kavitalionsstrahl von hoher Geschwindigkeit