DE2544411A1

DE2544411A1 - Sprengverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2544411A1
Application number: DE19752544411
Authority: DE
Inventors: Torbjoern Svensson; Torgny Thorsell
Original assignee: Linden Alimak AB
Current assignee: Linden Alimak AB
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1976-04-22
Also published as: AU498635B2; IT1043031B; CH611013A5; SE410122B; SE7412541L; JPS5163918A; AU8543875A; JPS547846B2; NO753341L; BR7506355A; ZA756133B; CA1073266A; FR2328179B1; FR2328179A1; US4037537A

Description

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Sprengverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Sprengverfahren, bei dem eine Sprengkapsel gezündet und eine damit erzeugte Stoßwelle über einen Stoßwellenleiter auf eine Sprengladung geführt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei Sprengverfahren wird die Zündung der Sprer&adung meist elektrisch unter Verwendung elektrischer Sprengkapseln durchgeführt. Dieses Verfahren wird unter- und über Tage angewendet und hat sich als sicher und zuverlässig erwiesen.

Es treten jedoch auch einige Nachteile auf. So bestehen beispielsweise gewisse Risiken dahingehend, daß nach dem Aufbau der elektrischen Schaltung die Sprengladung durch elektrische Felder in der Umgebung, beispielsweise im Bereich elektrischer Anlagen oder bei Gewittern, gezündet werden kann.

Elektrische Anlagen im unmittelbaren Bereich der Arbeitsstelle werden deshalb vor Beginn der Ladungsarbeiten neu-

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tralisiert. Ferner sollten an den meisten Arbeitsstellen sogenannte Gewitterwarngeräte installiert sein. Es handelt sich dabei um Geräte, die die elektrische Aktivität der Atmosphäre auswerten. Die Möglichkeit eines Gewitters wird vor dem Beginn der Ladungsarbeiten abgeschätzt, und wenn dann ein Gewitter auftritt, muß die Arbeit unterbrochen worden, gleichzeitig muß die Mannschaft die Arbeitssteile verlassen. In einigen Gebieten der Erde stellen Gewitter ein schwerwiegendes Problem und deshalb im Zusammenhang mit der Durchführung von Sprengverfahren einen wesentlichen Risikofaktor dar.

Um die Nachteile der elektrischen Zündung zu vermeiden, wurde ein nicht elektrisch arbeitendes System entwickelt, bei dom die Zündung durch eine Stoßwelle über ein dünnes Kunststoffrohr erfolgt, welches als Stoßwellenleiter wirkt.

Die Stoßwelle kann in dem Kunststoffrohr auf verschiedene Weise erzeugt werden, so z.B. durch eine besondere Zündpistole oder durch einen Brennzündsatz üblicher Art.

Das Kunststoffrohr muß von der Sprengladung zu einer Stelle außerhalb der Gefahrenzone führen. Dies ist aber in praktischer und wirtschaftlicher Hinsicht ein Nachteil, der insbesondere in Verbindung mit dem Vortrieb einer langen, geneigten Bohrung auftritt, deren gesamte Länge innerhalb der Gefahrenzone liegen kann. Wenn beispielsweise Druckbohrungen für Wasserkraftwerke hergestellt werden, so kann die Bohrungslänge bis zu 800 - 1200 m betragen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Sprengverfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, wodurch die Nachteile der elektrischen Zündung einerseits und der Stoßwellenzündung andererseits vollständig vermieden werden.

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Ein Sprengverfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Sprengkapsel mittels eines mit einem unter Druck stehenden Medium betriebenen Zündsatzes gezündet wird.

Ein großer Teil der gegenwärtig getriebenen Bohrungen wird mit Hub- oder Bohreinheiten hergestellt, die auf einer Führungsschiene getragen und bewegt werden, die aus miteinander verbundenen genormten Schienenabschnitten besteht. Mit fortschreitender Bohrung wird die Führungsschiene mit neuen Abschnitten verlängert, so daß sie bis in den Bereich des Bohrungsendes verläuft. Solche Verfahren und entsprechende Einrichtungen sind beispielsweise durch die Schwedischen Patente 214 056 und 346 828 bekannt.

Die Erfindung kann u.a. in Verbindung mit Bohrungsvortrieben der beschriebenen Art eingesetzt werden, und hierzu wird ein mit Druckluft betriebener Aufschlagzünder verwendet, der am oberen Ende der Führungsschiene angeordnet ist und vom Boden der Bohrung aus durch Druckluft gesteuert wird. Die Sprengladungen in den Bohrlöchern sind mit dem Zünder über einen Stoßwellenleiter verbunden, der in an sich bekannter Weise ausgeführt sein kann. Der Zünder ist mit einer Druckluftleitung verbunden, die längs der Führungsschiene verläuft und am Boden der Bohrung außerhalb der Gefahrenzone an eine Druckluftleitung anschließbar ist.

Luft und Wasser für die Bohrer werden normalerweise über die Führungsschiene zugeführt. Um das freie Ende der Führungsschiene gegen Sprengschäden zu schützen, kann es mit einer Abdeckung versehen sein. Durch Verbindung des Zünders mit der Unterseite der Abdeckung wird dieser innerhalb des obersten Schienenabschnitts angeordnet, wo er gut geschützt ist.

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Die Erfindung wird hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale im folgenden anhand der Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt einer ansteigenden Bohrung zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, und

Fig. 2 den Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine ansteigende Bohrung 2, an deren oberem Ende schematisch Bohrlöcher 4 dargestellt sind, die mit Sprengstoff gefüllt sind. Der Vortrieb der Bohrung kann ganz allgemein nach einem bekannten Verfahren vorstehend beschriebener Art erfolgen, bei dem eine Bohreinheit auf einer Führungsschiene gelagert und bewegt wird, die an der Bohrungswand befestigt ist und aus miteinander verbundenen genormten Schienenabschnitten besteht. Die Führungsschiene ist in Fig. 1 mit 6 bezeichnet. Am oberen Ende trägt sie einen mit Druckluft betätigten Aufschlagzünder 8, der geschützt innerhalb der Führungsschiene 6 unter einer Abdeckung (nicht dargestellt) angeordnet ist.

Ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel eines derartigen Aufschlagzünders ist in Fig. 2 dargestellt. Der Aufschlagzünder 8 zündet einen bei ihm angeordneten Zündsatz, und die durch diese Detonation entstehende Stoßwelle wird durch einen mit dem Zünder verbundenen Stoßwellenleiter 10 sowie über Verzweigungsleiter 12 zu den verschiedenen Bohrlöchern 4 geführt.

Schematisch dargestellte Luft- und Wasserleitungen 14 und 16 für die Bohrer (nicht dargestellt) sind durch die Füh rungsschiene 6 geführt. Die Leitungen 14 und 16 laufen in

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eine Schaltzentrale, in der entsprechende Leitungen, die zur Führungsschiene laufen, an- oder abgeschaltet werden können. Ferner läuft eine Druckluftleitung 20 durch die Führungsschiene bis zu dem Aufschlagzünder 8. Die Leitung 20 ist mit einer nicht dargestellten Versorgungsleitung über ein Druckluftventil 22 verbunden.

Wenn der Zündsatz an dem Aufschlagzünder 8 zur Detonation gebracht werden soll, wird das Druckluftventil 22 geöffnet, so daß Druckluft dem Aufschlagzünder 8 zugeführt wird. Die

Zündung kann in der Praxis mit beispielsweise 5 kp/cm erfolgen. Vföhrend des Bohrens und der Ladung der Bohrlöcher ist die Leitung 20 abgeschaltet und entleert.

Durch das vorstehend beschriebene Verfahren zur Erzeugung einer Stoßwelle in den Leitungen 10 und 12 werden die oben erläuterten Nachteile der elektrischen Zündung und der bisher bekannten Stoßwellenzündung vollständig vermieden. Das Sprengverfahren arbeitet deshalb unabhängig von elektrischen Feldern in der Umgebung sowie von Gewittern. Ferner sind relativ sehr kurze Stoßwellenleiter erforderlich.

Ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel eines mit Druckluft zu betreibenden Aufschlagzünders ist in Fig. 2 dargestellt. Dieser Zünder hat einen zylindrischen Körper 24, der durch schematisch dargestellte Gewinde 26 mit einer Hülse 28 verbunden ist, die koaxial zum Zylinder 24 angeordnet ist und mit diesem übereinstimmende Querabmessungen hat. Ein Kolben mit einem Kopf 30 und einem koaxial kleineren Kolbenschaft 32 ist im Zylinder beweglich angeordnet. Ein Schlagstift verläuft mit einem Teil seiner Länge durch einen zylinderförmigen Kugelhalter 36, der in der Hülse 28 mit Abstand angeordnet und bewegbar ist. Der Kugelhalter 36 hat an seiner Innenwand eine ringförmige Kante 38, die mit einer

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entsprechenden Kante 40 des Schlagstiftes 34 in Wechselwirkung eine Bewegung des Schlagstiftes 34 nach links (Fig. 2) relativ zum Kugelhalter 36 verhindert. Der Shlagstift 34 kann jedoch relativ zum Kugelhalter 36 nach rechts (Fig. 2) bewegt werden.

Der Kugelhalter 36 enthält Kugeln 42, die in ringförmig vorgesehenen Kugelöffnungen des Kugelhalters 36 angeordnet sind. In der in Fig. 2 gezeigten Stellung sind die Kugeln 42 in einer ringförmigen Nut 44 in der Innenwand der Hülse 28 gelagert und liegen gleichzeitig an der Umfangsfläche der Schlagstiftkante 40 an. Das linke Ende des Schlagstiftes 34, welches durch den die Kante 38 bildenden Teil des Kugelhalters 36 geführt ist, hat ferner einen solchen Durchmesser, daß die Kugeln 42 sich abwärts auf dieses Ende des Schlagstiftes in eine Position zwischen den Kanten 38 und 40 bewegen können, wenn sich der Schlagstift 34 in einer solchen Lage relativ zum Kugelhalter 36 befindet, daß die Kante 40 gegenüber den Kugelöffnungen des Kugelhalters 36 vollständig nach rechts bewegt ist. Gleichzeitig liegen die Kugeln 42 dann völlig außerhalb des Einwirkungsbereiches der ringförmigen Nut 44.

Eine Schraubenfeder 46, die den Schlagstift 34 koaxial umgibt, ist zwischen der Kante 40 und einer Abschlußwand 48 angeordnet, die am geschlossenen Ende 50 der Hülse 28 vorgesehen ist. Gemäß Fig. 2 wird der Schlagstift 34 durch die Feder 46 in einer vorgegebenen Stellung gehalten, die durch die mit dem Kugelhalter 36, den Kugeln 42 und der Nut 44 gebildete Verriegelungsvorrichtung bestimmt ist.

Eine Schraubenfeder 52 umgibt koaxial den Kolbenschaft 32 des Kolbens 30 und ist zwischen dem Kopf 30 und dem Kugelhalter 36 angeordnet. Die Feder 52 hält den Kolben 30 in seiner in Fig. 2 gezeigten linken Grenzstellung an einer Innenkante einer Endhülse 54, die auf den Zylinder 24 auf-

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geschraubt ist. Die beweglichen Teile der beschriebenen Zündvorrichtung nehmen bei der Darstellung nach Fig. 2 ihre Ruhelage ein, da die beiden Federn 46 und 52 sich in ihrem Zustand geringster Belastung befinden.

In der Endhülse 54 ist ein Luftfilter 56 befestigt, ferner trägt diese Hülse 54 einen Anschluß 58 für eine Druckluftleitung. Ein Bolzen 60 ist mit dem Anschluß 58 verbunden, wenn der Zünder nicht in Betrieb ist. Auf dieselbe V/eise kann eine schützende Abdeckung 62 auf dem anderen Ende des Zünders vorgesehen werden, wenn der Zünder außer Betrieb ist. Der Bolzen 60 und die Abdeckung 62 sind über Ketten 63 und 64 mit einer öse 66 verbunden, die an einem Ring 68 befestigt ist, welcher um den Zylinder 24 gelegt ist. Der Endteil 50 enthält ein Entlüftungsloch 70, das mit dem Innenraum der Hülse 28 in Verbindung steht. Eine Ringdichtung 72 kann zwischen dem Endteil 50 und der Abdeckung 62 vorgesehen sein.

Das rechte Ende 74 des Schlagstiftes hat einen verringerten Durchmesser und ist in einer koaxialen Bohrung 76 im Hülsenteil 50 geführt. Diese Bohrung endet in einem Raum 78, der zur Aufnahme einer Sprengkapsel dient.

Die vorstehende Beschreibung läßt erkennen, daß der Schlagstift 34 durch die Feder 46 in einer Position mit Abstand zur Sprengkapsel gehalten wird. Gleichzeitig verriegelt der Schlagstift 34 in dieser Position den Kugelhalter 36 über die Kugeln 42. Der Kugelhalter 36 wirkt dann als Anschlag für die Feder 54 und hält den Kolben 30 in einer Position mit Abstand zum Schlagstift 34.

Die vorstehend beschriebene Zündvorrichtung arbeitet folgendermaßen. Bei der Ladung werden die Sprengladungen mit einem Stoßwellenleiter verbunden, der auch als NONEL-Leitung bezeichnet wird. An seinem freien Ende wird er mit einer

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Sprengkapsel versehen, die in den Raum 78 eingesetzt wird, nachdem die Abdeckung 62 entfernt wurde. Die Zündvorrichtung wird über den Anschluß 58 mit einer Druckluftleitung, beispielsweise mit der in Fig. 1 gezeigten Leitung 20 verbunden.

Zur Sprengung wird die Druckluftleitung unter Druck gesetzt. Bei Druckanst-ieg werden die Kolben 30 und 32 nach rechts (Fig. 2) verschoben, gleichzeitig wird die Feder 52 zusammengedrückt. Bei vorbestimmter Belastung der Feder 52 kommt das freie Ende des Kolbenschaftes 32 in Kontakt mit dem linken Ende des Schlagstiftes 34. Der Schlagstift % wird dann relativ zum Kugelhalter 36 nach rechts bewegt, während gleichzeitig die Feder 46 zusammengedrückt wird. Die Feder 46 hat eine Federkonstante, die wesentlich kleiner als diejenige der Feder 54 ist.

Bei kurzer Verlagerung des Schlagstiftes 34 werden die Kugeln 42 aus der Nut 44 freigegeben, so daß der Kugelhalter 36 innerhalb der Hülse 28 freigegeben wird. Durch die Kraft der Feder 52 wird der Schlagstift 34 nun gegen die Sprengkapsel geschlagen, so daß diese detoniert.

Aufschlagzünder anderer Art sind seit langem bekannt. Sie arbeiten meist nach dem Prinzip, daß eine vorbelastete Feder auf den Schlagstift einwirkt. Eine Fehlfunktion einer Sperrvorrichtung kann somit eine unbeabsichtigte Zündung herbeiführen. Zur Wiederverwendung müssen Zünder dieser Art ferner demontiert und ihre Federn wieder vorbelastet werden. Bei einem Zünder der vorstehend beschriebenen Art ist keine vorbelastete Feder vorgesehen, sondern die entsprechende Feder wird nur dann belastet, wenn der Zünder in Funktion gesetzt wird. Wenn die Druckluftleitung entleert wird, nimmt der Zünder wieder seinen Anfangszustand an und ist dann erneut einsetzbar. Diese Eigenschaften stellen wesentliche Vorteile dar, die insbesondere im Hinblick auf Sicherheitsanforderungen erkennbar werden.

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Claims

Patentansprüche

Sprengverfahren, bei dem eine Sprengkapsel gezündet und eine damit erzeugte Stoßwelle über einen Stoßwellenleiter auf eine Sprengladung geführt wird, dadurch g&ennzeichnet, daß die Sprengkapsel mittels eines mit einem unter Druck stehenden Medium betriebenen Zündsatzes gezündet wird.

Verfahren nach Anspruch 1 für den Vortrieb von Bohrungen, bei dem Bohrarbeiten und das Laden von Bohrlöchern am inneren Ende der Bohrung von einer Plattform aus durchgeführt werden, die an einer an der Bohrungswand vorgesehenen und mit Fortschreiten der Bohrung laufend verlängerten Führungsschiene vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Sprengkapsel enthaltender Zündsatz in geschützter Lage nahe dem Führungsschienenabschnitt angeordnet wird, der dem inneren Ende der Bohrung am nächsten liegt, und daß der Zündsatz mit einer das unter Druck stehende Medium führenden, durch die Führungsschiene verlaufenden Leitung verbunden und durch das von ihr zugeführte, unter Druck stehende Medium in Betrieb gesetzt wird.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengkapsel ein Zündsatz zugeordnet ist, der mittels eines unter Druck stehenden Mediums zu betreiben ist.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündsatz ein durch das Medium bewegbares Betriebselement (30, 32) enthält, das aus einer Ruhestellung in eine Betriebsstellung bewegbar ist, in der es die Bewegung eines Schlagelements (34, 74) gegen die Sprengkapsel bewirkt.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Verriegelungsvorrichtung (36, 42, 44) zur Haltung des Schlagelements (34) in einer Ruheposition mit Abstand zur Sprengkapsel, durch eine Feder (52), die auf das Schlagelement (34) in dessen Betriebsrichtung einwirkt und durch die Bewegung des Betriebselements (30, 32) in dessen Betriebsstellung gespannt wird, und durch in der Verriegelungsvorrichtung (36, 42, 44) vorgesehene Elemente zur Freigabe des Schlagelements (34) in der Betriebsstellung des Betriebselements (30, 32) zwecks Bev^ung des Schlagelements (34) durch die Kraft der gespannten Feder (52) gegen die Sprengkapsel.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlägelement (34) in einem längs einer Führung (28) bewegbaren Halter (36) angeordnet ist, daß die Führung (28) in der Betriebsrichtung des Schlagelements (34) verläuft und eine relative Bewegung des Schlagelements (34) nur in dessen Betriebsrichtung ermöglicht, daß die Verriegelungsvorrichtung (36, 42, 44) zwischen dem Halter (36) und der Führung (28) Kugeln (42) aufweist, die den Halter (36) in einer vorbestimmten Stellung des Schlagelements (34) gegenüber dem Halter (36) freigeben, daß die Feder (52) zwischen dem Betriebselement (30, 32) und dem Halter (36) angeordnet ist und dass das Betriebselement (30, 32) in seiner Betriebsstellung das Schlagelement (34) in die vorbestimmte Stellung drückt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung einen geraden, rohrförmigen Kanal (24, 28) bildet, dessen eines Ende einen Anschluß (58) für eine das unter Druck stehende Medium zuführende Leitung aufweist und dessen anderes Ende einen Raum (78) zur Aufnahme einer Sprengkapsel aufweist, daß das Betriebselement ein in dem Kanal (24) abdichtend geführter Kolben (30, 32) und das Schlagelement (34) ein Schlagstift ist,

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daß der Kolben (30, 32) und der Schlagstift (34) in dem Kanal (24, 28) bewegbar aufeinander ausgerichtet sind, daß der Halter (36) eine den Schlagstift (34) umgebende Hülse mit einer Innenkante (38) ist, die dem die Sprengkapsel aufnehmenden Ende des Kanals (24, 28) zugewandt ist, daß eine entsprechende Außenkante (40) des Schlagstiftes (34) der Innenkante (38) zugewandt ist, daß die Kugeln (42) in der Ruhelage des Schlag-stiftes (34) in einer Quernut (44) an der Innenfläche des Kanals (24, 28) angeordnet sind und an der Umfangsfläche der Außenkante (40) des Schlagstiftes (34) anliegen, jedoch nach Freigabe des Halters (36) zwischen den beiden Kanten (38, 40) und der Innenfläche des Kanals (24, 28) liegen, daß die Feder (52) eine Schraubenfeder ist und daß das dem Schlagstift (34) in der Ruhelage zugewandte Ende des Kolbens (30, 32) zum Schlagstift (34) einen Abstand hat, der zusammen mit dem Abstand zwischen der Ruhelage und der vorbestimmten Lage des Schlagstiftes (34) etwa dem erforderlichen Kompressionsgrad der Schraubenfeder (52) entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückführungsfeder (46) für das Schlagelement (34) vorgesehen ist.

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