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Die Erfindung betrifft eine Bohrmaschine für den
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Untertagebetrieb, insbesondere Lafettenbohrmaschine zur Herstellung
von Untersuchungsbohrungen, z.B.
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für die Entlastung von anstehender Kohle mit einem Vorschub- und einem
Drehantrieb, sowie einem mit einer Bohrkrone versehenen und aus mehreren Bohrrohren
bestehenden Gestänge, durch das eine Bohrspülung geführt ist, wobei vorzugsweise
wenigstens eines der Bohrrohre mit einer Außentransportschnecke zur Abförderung
des Bohrkleins versehen ist.
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Untersuchungsbohrmaschinen werden häufig an besonderen Gefahrenpunkten
des Untertagebetriebes eingesetzt. Sie dienen zum Vortreiben von Bohrungen, welche
anstehende Standwässer rechtzeitig anzeigen sollen und sie können auch zum Erkennen
und sogar zur Minderung der Gebirgsschlaggefahr eingesetzt werden, wobei sie zum
Vortreiben von Bohrungen in der Kohle Verwendung finden, bei denen die Menge des
anfallenden Bohrkleines ein Maß für den herrschenden Druck ist. Ein besonderes Anwendungsgebiet
ist die Herstellung von Bohrungen in der Kohle, durch die unter hohem Druck stehendes
Grubengas durch die Druckzone und die Abbaufront in den Streb abgeführt wird, um
Gaseruptionen während des Abbaus zu verhindern. Insbesondere bei dieser Anwendung
kann es zu gefährlichen Eruptionen während der Bohrarbeit kommen, welche die Bohrmannschaft
unter Umständen in Lebensgefahr bringen können.
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Bislang werden solche Untersuchungsbohrungen mit den eingangs als
bekannt vorausgesetzten Lafettenbohrmaschinen hergestellt. Sie haben nämlich den
Vorteil, daß sich während des Bohrens keine Bedienungsperson in unmittelbarer Näher
der Bohrmaschine und des Bohrlochmundes aufzuhalten braucht. Kommt es während des
Bohrens zu einer Gaseruption, welche fast immer mit dem Auswurf großer Kohlemengen
in den Strebraum verbunden ist, dann kann es im allgemeinen zu keinen Unfällen kommen.
Es ist aber nachteilig, daß die Bohrrohre verschraubt sind und deshalb beim Rohrwechsel
mindestens eine Arbeitskraft in unmittelbarer Nähe des Bohrlochmundes arbeiten muß,
um die betreffenden Gestängeverbindungen zu betätigen. Diese Arbeitskräfte sind
erheblich gefährdet, weil sie unter den im Abbau herrschenden, beengten Verhältnissen,
insbesondere in Streben geringer Mächtigkeit plötzlich ausgeworfener Kohle nicht
rechtzeitig ausweichen können und der Auswurf von Kohle während des Gestängewechsels
nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann.
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Solche Verhältnisse können dazu führen, daß der Abbau in bestimmten
Feldesteilen ganz aufgegeben werden muß.
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Zur Vermeidung der damit verbundenen beträchtlichen wirtschaftlichen
Einbußen hat man versucht, die Bohrmaschine an einem durch Eruptionen weniger gefährdeten
Standort, z.B. in der Strecke aufzubauen. Um das hinter der Drucksone anstehende
Gas zu erbohren, müssen dann aber längere Bohrungen vorgetrieben werden, die erhebliche
technische Schwierigkeiten verursachen. Einerseits
steigt nämlich
die Menge des Bohrkleins entsprechend dem herrschenden Gasdruck ganz erheblich an,
so daß der Abtransport des Bohrkleins durch größere Bohrlochlängen versagt und die
Bohrung blockiert wird.
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Andererseits läßt sich bei längeren Bohrungen eine zielgenaue Ausrichtung
der Bohrung nicht gewährleisten, so daß die Bohrung vor Erschließen des anstehenden
Gases verläuft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrmaschine der eingangs
beschriebenen Art so auszubilden, daß das Verlängern oder Verkürzen des Bohrgestänges
selbsttätig und aus sicherer Entfernung vom Bohrlochmund gesteuert durchgeführt
werden kann.
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Gesät der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die ineinander
geführten und gegen gegenseitige Verdrehung gesicherten Bohrrohre ein hydraulisch
aus-und einfahrbares Gestänge bilden, dessen Arbeitsmittel über eine Fernschaltung
einem von dem Gestänge umschlossenen und gegen eine die Spülung führende Leitung
abgeschlossenen Druckraum zuführbar und aus dem Druckraum abführbar ist.
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Es hat sich nämlich gezeigt, daß die erforderlichen Kräfte mit einem
solchen Gestänge übertragen werden können, das auch die für das Abbohren von druckgas
erforderliche Länge aufsseisen kann, die im allgemeinen unter 10 m bleibt.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß während des gesamten Bohrens das
Bohrgestänge und die Bohrmaschine aus sicherer Entfernung gesteuert werden können.
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Plötzlich auftretende Gas- oder Wasserdurchbrüche und/oder Eruptionen
von Gestein und Kohle können daher die Bohrmannschaft nicht mehr gefährden.
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Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die
Bohrrohre durch einen Polygonquerschnitt gegen gegenseitige Verdrehung gesichert.
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Hierdurch erspart man sich besondere Sicherungen, die in zylindrischen
Rohren zur Verdrehsicherung eingebaut werden müssen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das unverdrehbare Gestänge
an seiner Spitze mit einem Drehantrieb für die Bohrkrone versehen, und das Spül-
sowie das Antriebsmedium können dem Drehantrieb über mehrere neben dem Bohrgestänge
angeordnete getrennte Leitungen zugeführt werden. Hierbei ergibt sich der Vorteil,
daß das Gestänge lediglich die Andruckkräfte zu übertragen hat und dementsprechend
leichter ausgebildet sein kann.
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Eine weitere, praktische Ausführungsform der Bohrmaschine ist jedoch
dadurch gekennzeichnet, daß das außen angeordnete der sich umschließenden Rohre
an der Spitze des Bohrgestänges angeordnet ist und die Außentransportschnecke aufweist.
In diesem Falle ist
der Drehantrieb wie bekannt auf der Bohrlafette
angebracht, und das Gestänge ist als Welle ausgebildet, um die Bohrkrone zu drehen.
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Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der
Figuren in der Zeichnung; es zeigen: Fig. 1 schematisch und in abgebrochener Darstellung
sowie in Seitenansicht und im Schnitt eine erste Ausführungsform einer Bohrmaschine
gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1, Fig.
3 eine Einzelheit zur Wiedergabe der Gestängeführung, Fig. 4 in der Fig. 1 entsprechender
Darstellung eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bohrmaschine, Fig.
5 einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 4 und Fig. 6 eine Draufsicht auf eine
Lafettenbohrmaschine gemäß der Erfindung ebenfalls schematisch und unter Fortlassung
aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten.
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Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen handelt
es sich um Untersuchungsbohrungen, welche durch eine Abbaufront 1 eines Strebe in
die anstehende Kohle 2 etwa horizontal und so weit vorgetrieben werden, daß das
hinter der Druckzone anstehende Gas erschlossen wird. Die in den Fig. 1 und 4 nur
allgemein bei 3 dargestellte Bohrlafette ist dementsprechend im Strebraum aufgestellt
und verankert.
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Im Falle des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 handelt es sich um
eine Bohrmaschine des in Fig. 6 wiedergegebenen grundsätzlichen Aufbaus.
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Danach hat die Maschine eine Lafette, die aus einem Grundrahmen 4
besteht, auf der ein Schlitten 5 fahrbar angeordnet ist, der dem Bohrgetriebemotor
6 aufnimmt. Der Bohrgetriebemotor 6 kann durch nicht dargestellte und in entsprechender
Entfernung angeordnete Ventile auf Rechts- und Linkslauf umgeschaltet werden.
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Er ist in der Regel mit Druckluft angetrieben. Ein Vorschubgetriebemotor
8 wirkt auf eine nicht dargestellte Zahnstange und dient zum Vortrieb des Schlittens
5 längs des Grundrahmens 4.
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ueber einen Spülkopf 9 wird Spülung, z.B. Wasser einem allgemein mit
10 bezeichneten Gestänge zugeführt, das aus mehreren Rohren 11 - 13 zusammengesetzt
ist. Das an der Spitze befindliche Rohr 13 trägt an seinem freien Ende eine Bohrkrone
14, die eine Bohrung von erheblich größerem Durchmesser als das Bohrrohr 13
auffährt.
Beispielsweise kann das Gestänge einen Durchmesser von 51 mm aufweisen und die Bohrkrone
hat einen Au3endurchmesser von 95 mm. Durch eine solche Dimension ist es möglich,
die bei Annäherung an das zusitzende Gas sich erheblich vergrößernde Bohrkleinmenge
durch das Bohrloch abzuführen.
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Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform der Erfindung sind
die drei Bohrrohre 11 - 13 ineinander geführt. Sie sind jedoch gegen gegenseitige
Verdrehung gesichert, so daß der Bohrmotor 6 das Gestänge drehen kann. Das wird
bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch einen polygonalen Querschnitt aller
Bohrrohre erreicht, der aus Fig. 2 ersichtlich ist, in der der Stoß des Bohrloches
mit 15 bezeichnet ist. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich
um einen achteckigen Querschnitt. Selbstverständlich sind auch andere Querschnittsformen,
darunter auch ein kreisförmiger Querschnitt möglich, wenn besondere Klemmverbindungen
verwendet werden, die eine gegenseitige Verdrehung der Bohrrohre ausschließen0 Gemäß
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind im übrigen die einander zugekehrten Enden
der Bohrrohre, wie am Beispiel der Bohrrohre 12 und 11 dargestellt, mit Innenflanschen
19 und 20 versehen, die Ringdichtungen, z.B. 0-Ringe aufnehmen, welche bei 21 bzw.
22 wiedergegeben sind. Dadurch entstehen ringförmige Räume 23, die über Bohrungen
24 nach außen entlüftet
werden. Die Ringräume können auch als Arbeitsräume
für ein hydraulisches Druckmittel verwendet werden, das für das hydraulische Aus-
und Einfahren des Gestänges Verwendung findet.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Druckraum
jedoch bei 26 innerhalb der Bohrrohre und wird über zwei Spülköpfe 27 und 28 beaufschlagt,
von denen der Spülkopf 27 zur Zuführung und der Spülkopf 28 zur Abführung des hydraulischen
Arbeitsmittels dienen. Das hydraulische Arbeitsmedium kann deswegen durch mehrere
Kanäle 27 am stirnseitigen Verschluß des innersten Bohrrohres 11 zu- und abgeführt
werden, was durch Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 wird die Bohrspülung ihrerseits durch ein Innenteleskop 28 der Bohrkrone
14 zugeführt, was durch die Pfeile 30 und 31 angedeutet ist. Die das Innenteleskop
bildenden Rohre sind koaxial zu den Bohrrohren angeordnet und daher mit 11' - 13'
gekennzeichnet. Sie sind in derselben Weise und gegen den Druck der Spülung abgesichert
wie die Bohrrohre selbst, so daß die entsprechenden Teile ebenfalls mit Indexstrichen
versehen sind.
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Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist bei der
Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 der mit 33 bezeichnete Drehantrieb an der Spitze
des Bohrgestänges und damit an der Spitze des Bohrrohres 13 angeordnet. ueber getrennte
Leitungen 35 bzw. 36
wird das beispielsweise aus Druckluft bestehende
Arbeitsmedium des Drehantriebes 33 sowie die Bohrspülung zugeführt. Die Verdrehsicherung
ist auch bei diesem Gestänge erforderlich und wird auf entsprechende Weise, wie
im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 erreicht, was in Fig. 5 wiedergegeben
ist.
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Beim Einsatz der Bohrmaschine wird zunächst die Lafette 4 im Streb
verankert und so ausgerichtet, daß die Bohrung das unter Druck stehende Gas hinter
der Kohlenfront erschließen kann. Hierauf verlassen die Bohrmannschaften die unmittelbare
Nähe der Bohrlafette und begeben sich an einen Steuertisch, auf dem die einzelnen
Ventile für die Steuerung der verschiedenen Arbeitsflüssigkeiten bzw. -medien angeordnet
sind. Zunächst wird die Spülung eingeschaltet, die über den Spülkopf 9 in das Gestänge
eintritt und an der Bohrkrone wieder austritt. Dann wird der Bohrgetriebemotor 6
durch Betätigen des für den Vorlauf bestimmten Ventiles in Drehung versetzt, so
daß das Gestänge im Falle des Ausführungsbeispieles nach den Fig. 1 bis 3 in Drehung
versetzt wird, Dann wird der Vorschubmotor 8 eingeschaltet und so lange betätigt,
bis die Länge des an der Spitze befindlichen Bohrrohres 13 abgebohrt ist. Hierbei
wird das anfallende Bohrklein durch eine auf der Außenseite 40 des Bohrrohres 13
angebrachte Außentransportschnecke 43 abgefördert. Dann wird über den Spülkopf 28
hydraulisches Druckmittel dem von den Bohrrohren umschlossenen Druckraum 26 zugeführt.
Dadurch fährt die Bohrstange 13 infolge
ihres größeren Querschnitt
es aus und nimmt dabei das Bohrrohr 12 mit. Nach Abbohren auf der Länge des Bohrrohres
12 ist das Gestänge vollständig ausgezogen und die maximale Bohrlochtiefe erreicht.
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Durch Abführen des hydraulischen Druckmittels über den Spülkopf 27
kann das Gestänge wieder eingezogen werden.
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Wie ersichtlich, können die beschriebenen Vorgänge sämtlich aus der
Ferne gesteuert werden, so daß Gefährdungen der Bohrmannschaft in unmittelbarer
Nähe der Bohrlafette 4 ausgeschlossen sind.
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