DE2838103A1

DE2838103A1 - Verbesserter aushub(foerder)-bohrer

Info

Publication number: DE2838103A1
Application number: DE19782838103
Authority: DE
Inventors: George A Alther
Original assignee: Smith International Inc
Current assignee: Smith International Inc
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1979-03-22
Also published as: IT1098412B; SE7808549L; FI68292B; GB2004313A; IT7827092A0; AU519175B2; ZA784948B; AU3941778A; CA1080690A; FR2412683B1; FI782652A; JPS5447801A; GB2004313B; FR2412683A1; FI68292C

Description

"Verbesserter Aushub(Förder)-Bohrer"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf fördernde oder aushebende Bohrer und insbesondere auf Aushubbohrer mit Stoßdämpferteilen zum Absorbieren der am Bohrer auftretenden Biegebelastungen.

Ein Loch mit verhältnismäßig großem Durchmesser kann zwischen zwei Stellen in einem Bergwerk in einem Arbeitsvorgang gebohrt werden, der gewöhnlich als Förderbohren oder Aushubbohren bezeichnet wird. Derartige Arbeiten beginnen damit, daß ein Führungsloch mit kleinem Durchmesser durch die Gesteinsmassen zwischen den Stellen mit einem Führungsmeißel mit kleinem Durchmesser gebohrt wird. Nach Fertigstellung der Führungsbohrung wird der Führungsbohrer vom Bohrgestänge abgenommen und an diesem ein Aushubbohrer mit großem Durchmesser befestigt. Der Aushubbohrer wird dann zum Ausheben von Material in Rotation versetzt und längs der Führungsbohrung verschoben, wobei die Bohrkronen das Führungsloch umgebende Gesteinsmassen abreißen und zerkleinern und dadurch die Führungsbohrung auf die gewünschte Größe aufweiten. Beispielsweise hat die Führungsbohrung einen Durchmesser von 28 cm, während das völlig ausgeräumte Loch einen Durchmesser von 1,80 m hat.

Bei einer solchen Aushubbohrung treten am Aushubbohrer starke Belastungen und starke Abnutzung auf. Insbesondere treten an der Antriebswelle beträchtliche Abnutzungserscheinungen auf, da sie von den umgebenden Gesteinsschichten abgeschliffen wird. Ferner treten starke Zugbelastungen auf, die a) von der auf den Bohrer ausgeübten Zugkraft, b) von der Verdrehung auf-

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grund des an den Bohrer angelegten Drehmoments und c) vom Verbiegen aufgrund einer ungleichmäßigen Belastungsverteilung am Umfang des Bohrers herrühren.

Eine abnehmbare Antriebswelle ist insofern vorteilhaft, als die eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer aufweisenden Teile ersetzt werden können, wodurch die Verwendbarkeit des Bohrers verlängert werden kann; die niedrige Höhe der abnehmbaren Teile ermöglicht es auch, den Ausbubbohrer durch niedrige Stollen oder Durchlässe zu transportieren.

Eine austauschbare Antriebswelle ist insofern nachteilig, als für die Entfernung und das Austauschen der Welle immer noch eine bestimmte Stillegungszeit benötigt wird. Diese Stilllegungszeit ist teuer und eine möglichst lange Betriebszeit für jede Bohrer-Wellen-Kombination ist deshalb vorzuziehen.

Beim Ausbubbohren wurde bisher noch nicht die Frage einer Verbesserung der Betriebsdauer der Antriebswelle von Aushubbohrern genügend untersucht. Zur Lösung dieses Problems schafft die vorliegende Erfindung ein Stoßdämpferteil am Bohrer, das die aus ungleichen Verbiegungen und Stößen herrührenden Belastungen am Bohrer absorbiert und damit eine Übertragung solcher Belastungskräfte an die Antriebswelle verhindert.

Verschiedene Stoßdämpfer sind für Bohrgestänge vorgeschlagen worden, doch sind sie nie im Bohrerkörper selbst angebracht worden, um Biege- und Stoßkräfte zu absorbieren.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Aushubbohrer mit einer Antriebswelle, die an der Halterungsplatte eines Drucklagers befestigt ist, wobei die Halterungsplatte ihrerseits mit dem Hauptteil des Bohrers verbunden ist, an dem mehrere walzenförmige Bohrkronen befestigt sind. Die Verbindung wird über ein Elastomer-Stoßdämpferteil hergestellt, das Druck- und Torsionskräfte von der Antriebswelle an den Bohrerkörper überträgt und dabei gleichzeitig die auftretenden Biegebelastungen absorbiert.

Aus der Erfindung ergibt sich als Vorteil, daß nicht nur die Betriebsdauer der Antriebswelle verlängert wird, sondern daß das Stoßdämpferteil auch in einem Aushubbohrer mit einer

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austauschbaren Welle verwendet werden kann, sodaß die Vorteile eines derartigen Aushubbohrers auch zur Geltung kommen können.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Stoßdämpfereinrichtungen die Betriebsdauer der Schneidzähne und der Lager der Schneiden ebenfalls erhöhen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Eiiidringgeschwindigkeit des Bohrers bedeutend verbessert werden kann, da die an den Bohrer angelegte Druckkraft erhöht werden kann.

Die vorliegende Erfindung verringert nicht nur die Wahrscheinlichkeit von Wellenbrüchen, sondern ergibt auch geringere Abnutzungs- und Rißerscheinungen am gesamten Bohrer.

Die neuartigen Kennzeichen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere in den Patentansprüchen dargelegt. Der Aufbau und die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Anordnung sowie weitere Vorteile derselben ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Figur 1 ist ein Aufriß in teilweiser Querschnittsdarstellung eines Aushubbohrers mit dem erfindungsgemäßen Elastomerteil.

Figur 2 ist schließlich eine teilweise Querschnittsansicht des Aushubbohrers längs der in Figur 1. mit 2-2 bezeichneten Linie, wobei eine teilweise aufgeschnittene Darstellung gewählt ist, um das Elastomerteil hervortreten zu lassen.

Der in Figuren 1 und 2 dargestellte Ausbubbohrer 10 umfaßt eine Antriebswelle 11, eine Druckplatte 12 und einen Bohrerkörper 13· Das obere Ende der Antriebswelle 11 hat ein nicht dargestelltes, sich verjüngendes Gewinde, das in ein normales, zum Antrieb des Aushubfaohrers 10 dienendes Bohrgestänge eingeschraubt werden kann.

Der Durchmesser der Mittelöffnung lk der Druckplatte 12 ist nur ein wenig größer als der mittlere Wellenabschnitt 15 der Antriebswelle 11. Der Durchmesser des mittleren Wellenabschnitts

15 ist jedoch geringer als der Durchmesser des unteren Endes

16 der Antriebswelle 11, sodaß am Umfang ein nach oben weisender Vorsprung 17 gebildet wird, gegen den der Rand der Öffnung lk in der Druckplatte 12 angedrückt ist, wenn die Druckplatte 12 mit der Antriebswelle 11 zusammengebaut ist.

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Die Antriebswelle 11 ist in der folgenden Weise abnehmbar am Aushubbohrer befestigt. Die Befestigung umfaßt einen zylindrischen Ring l8, der sich bis unter die Druckplatte 12 erstreckt und an ihr befestigt ist. Eine ringförmige Platte 19 ist im Hing lö angebracht und an dessen liinenwandung befestigt. Die Mittelöffriung 21 in der rixigförmigeii Platte 19 verläuft um den unteren Wellenabschnitt l6 der Antriebswelle 11. Die ringförmige Platte 19 hat an ihrem Umfang um die Mittelbohrung 21 verteilt mehrere Gewindebohrungen 22. Das untere Ende l6 der Welle weist mehrere flache, abgeschrägte Flächen 23 auf, die um die Peripherie des unteren Endes verteilt sind.

Mehrere Keilblöcke 24 sind vorgesehen, von denen jeder eine durch ihn verlaufende Bohrung zur Aufnahme einer Gewindeschraube 25 aufweist. Die Gewindeschrauben können in die Gewindebohrungen 22 in der ringförmigen Platte 19 geschraubt werden. Jeder Keilblock 2k hat ferner eine nach innen weisende abgeschrägte Fläche 26, die an der entsprechenden flachen Fläche 23 der Antriebswelle 11 anliegen kann. An jedem Keilblock 2k ist ferner eine zweite, nach außen weisende abgeschrägte Fläche 27 angebracht, die der ersten abgeschrägten Fläche 26 diametral gegenüberliegt und an einer abgeschrägten Fläche 28 eines Blocks 29 anliegen kann. Block 29 ist im Ring l8 neben einem zugehörigen Keilblock 2k gelegen. Die Blöcke 29 sind als ganze mit Ring l8 verbunden.

Der Bohrerkörper 13 besteht hauptsächlich aus zwei parallelen Platten 311 32, die starr miteinander über mehrere Rippen 33 verbunden sind, sodaß sich ein Rahmen ergibt. An der oberen Platte 31 sind mehrere Lagerschalen 3k befestigt, die zur drehbaren Lagerung und Halterung mehrerer walzenförmiger Bohrkronen 35 dienen. Die beiden innersten Bohrkronen 35 sind durch ein Joch 36 miteinander verbunden, das um den zentralen Wellenabschnitt 37 verläuft. Eine biegsame Dichtung 38 ist zwischen Joch 36 und dem zentralen Wellenabschnitt 37 eingesetzt.

Die Mittelöffnung 39 im Bohrerkörper 13 verläuft um den mittleren Wellenabschnitt 1,5 der Welle 11. Ein ringförmiges Dichtungsteil kl ist zwischen Mittelöffnung 39 und dem mittleren Wellenabschnitt 15 eingesetzt.

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Druckplatte 12 und Bohrerkörper 13 sind miteinander mit einem ELiistomerteil 40 verbunden, das ein im wesentliches torusförmiges Element 42 darstellt und koachsial zur Antriebswelle 11 angeordnet ist. Das torusförmige Element 42 ist aus Polyurethan hergestellt und zwischen zwei Platten 43_r 44 mit entsprechender, den Torus abschließender Form eingepreßt. Das torusförmige Element 42 ist aus Polyurethan hergestellt und an den Platten 43, 44 angeklebt, sodaß sich eine Einheit ergibt. Das torusförmige Element 42 und die Platten 43, 44 sind in vier gleichgroße 90 -Segmente unterteilt. In den Platten 43, 44 sind mehrere Gewindebohrungen zur Aufnahme von Schrauben 45 vorgesehen, mit denen die Verbindung zur Druckplatte Iß und zum Bohrerkörper 13 hergestellt wird.

Der Aushubbohrer 10 wird im Förder- oder Aushubbetrieb zur Herstellung eines Lochs mit verhältnismäßig großem Durchmesser zwischen zwei Stollen einer Mine verwendet. Das Aushubbohren beginnt damit, daß ein Führungsloch mit kleinem Durchmesser durch die Gesteinsschicht von einer ersten Stelle an eine Öffnung an einer zweiten Stelle gebohrt wird, wobei ein Führungsbohrer mit kleinem Durchmesser verwendet wird. Nach dem Ausbohren des Führungslochs wird der Führungsbohrer vom Bohrgestänge abgenommen und der Aushubbohrer 10 an ihm befestigt. Der Aushubbohrer 10 wird drehbar längs des Führungslochs weiterbewegt, sodaß die Bohrkronen 34 die das Führungsloch umgebenden Gesteinsschichten aufbohren und damit das Führungsloch auf die gewünschte Weite vergrößern.

Um den Aushubbohrer 10 durch enge Stollen oder Durchlässe zu transportieren, wird die Antriebswelle 11 abgenommen; anschließend wird die Antriebswelle 11 vom Bobrerkörper 13 getrennt durch die räumlich beengten Stollen transportiert. Bei der Abnahme der Welle 11 wird die Jochverbindung 36 zuerst entfernt. Danach werden die Schrauben 25 mit bekannten Werkzeugen abgenommen. Nach der Abnahme der Schrauben 25 und der Keilblöcke 24 wird Welle 11 durch die -Mittelöffnungen der Druckplatte 12 und des Bohrerkörpers 13 abgesenkt, ohne diese Teile hierbei zu berühren. Die getrennten Teile des Aushubbohrers 10 können dann einzeln durch niedere Stollen oder

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Durchlässe transportiert werden.

Beim Anschließen des Aushubbohrers 10 an das Bohrgestänge wird Welle 11 durch die Mittelöffnungen l'i und 21 geführt, bis Vorsprung 17 an der Kante der Druckplatte 12 um die Mittelöffnung l'k anliegt.

Die Keilblöcke werden dann in der in den Zeichnungen angegebenen Weise angebracht und die Schrauben 25 in die Platte 19 eingeschraubt, sodaß die Keilblöcke 2k an die flachen, abgeschrägten Flächen 26 der Welle 11 und die abgeschrägten Flächen 28 der Blöcke 29 angedrückt werden. Die Schrauben 25 werden einzeln angezogen, sodaß die Keile in die richtige Stellung kommen. Nach dem Anziehen der Schrauben 25 ist der Aushubbohrer betriebsbereit.

Erfindungsgemäß wird das Elastomerteil 40 zwischen Druckplatte 12 und Bohrerkörper 13 eingesetzt, um die Biegekräfte zu absorbieren, die infolge ungleichmäßiger Belastung am Umfang des Bohrers auftreten. Das Elastomerteil kO ist ferner so ausgebildet, daß es alle an der Welle 1% auftretenden Druckkräfte und Torsionskräfte an den Bohrerkörper 13 überträgt. Die in Vertikalrichtung von der Welle 11 ausgehende Druckkraft wird über den Vorsprung 17 an die Druckplatte 12 und dann über das Elastomerteil 40 an den Bohrerkörper 13 übertragen. Das Drehmoment wird von der Welle 11 durch die Verbindungsanordnung an Ring 18 und die Druckplatte 12 übertragen, die als ganze damit verbunden ist. Das Drehmoment wird dann weiter über das Elastomerteil kO an den Bohrerkörper 13 angelegt.

Bei der Verbindung der Druckplatte 12 mit dem Bohrerkörper 13 stellen die Schrauben 45 eine Verbindung der Segmente des torusförmigen Elements k2 und der Plattensegmente kj und kk her. Da das Elastomerteil k0 die während des Betriebs auf den Bohrerkörper 13 ausgeübten Biegekräfte absorbiert, findet eine gewisse Verbiegung statt. Wegen dieser verkippenden Verbiegung wird ein Zwischenraum zwischen Welle 11 und Bohrerkörper 13 sowie dem Joch 36 gelassen. Der Zwischenraum kann völlig offen sein, doch werden vorzugsweise Dichtungen 38 und kl eingesetzt, um zu verhindern, daß Bohrflüssigkeit durch die Oberseite des

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liohrerkürpers 13 in die zwischen Bohrerkörper 13 und Druckplatte 12 gebildete Kammer läuft.

Verschiedene Abänderungen können an der Anordnung im Rahmen des durch die Ansprüche definierten Erfindungsumfangs vorgenommen werden. So läßt sich das Elastomerteil zur Stoßdämpfung auch in Kapselbohrern und vertikalen Stoßbohrern verwenden. An der Welle treten dann Kompressionkräfte statt Zugkräften auf. Die übrigen durch den Bohrerkörper an die Antriebswelle gelangenden Kräfte sind die gleichen.

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Leerseite

Claims

SMITH INTERNATIONAL, INC
43^3 Von Karraan Avenue
Newport Beach, Kalifornien
V. St. A.

Pat ent anspräche

1. Bohrer zum Bohren in Gesteinsschichten, gekennzeichnet durch eine Antriebswelle (ll) mit Einrichtungen an einem Ende zum Anschluß eines Bohrgestänges, einen Bohrerkörper (13) mit mehreren an ihm angebrachten walzenförmigen Bohrkronen (35)1 und zwischen der Antriebswelle (ll) und dem Bohrerkörper (13) angeschlossenen Einrichtungen zur Absorption der Stöße und der dynamischen Belastungen zwischen der Antriebswelle und dem Bohrerkörper und für die Übertragung der vertikalen Druckkräfte und der Drehmomentenkräfte von der Antriebswelle an den Bohrerkörper .

2. Bohrer nach Anspruch 1 für das Aushub(Förder)-Bohren, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einrichtungen zum Anschließen des Bohrgestänges am oberen Ende der Antriebswelle (ll) befinden und daß ferner eine an das untere Ende der Antriebswelle (ll) angeschlossene Druckplatte (12) vorgesehen ist.

3· Bohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Absorption der Belastungskräfte aus Elastomer-Material bestehen.

k. Bohrer nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß der Eiohrerkörper (13) einen Basisabschnitt umfaßt und daß die Elastomer-Einrichtungen einen Ringabschnitt (l8) aufweisen, der sich unter die Basis des Bohrerkörpers und über die Druckplatte (12) erstreckt und mit diesen Teilen verbunden ist.

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5. Bohrer nach Anspruch 'i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (l8) aus Polyurethan-Material hergestellt ist.

6. Bohrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Riugalischnitt (l8) aus Polyurethan zwischen zwei PLatten (3 ^» 32) eingeklemmt ist, die im wesentlichen den gLeichen Querschnitt wie der Ringabschnitt (l8) haben.

7- Bohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (l8) mit den Platten (31, 32) verklebt ist.

8. Bohrer nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (l8) torusförmig ist und koachsial in Bezug auf die Antriebswelle (ll) angebracht ist.

9· Bohrer nach.Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt in vier gleiche Teile unterteilt ist, von denen jeder ein 90 -Segment des Torus bildet.

10. Bohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Antriebswelle (ll) einen nach oben weisenden Vorsprung (17) aufweist und daß die Druckplatte (12) eine Mittelöffnung mit einem Durchmesser größer als der der Antriebswelle unmittelbar über dem Vorsprung aber kleiner als der Vorsprung aufweist, sodaß die Druckplatte auf den Vorsprung (17) an der Antriebswelle paßt, um dazwischen auftretende achsiale Belastungskräfte zu übertragen.

11. Bohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerkörper (13) eine Mittelöffnung, durch die die Antriebswelle (ll) verläuft, aufweist.

12. Bohrer nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine zwischen der Innenseite der Mittelöffnung und der Antriebswelle angebrachte Dichtung (38).

13· Bohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen die Antriebswelle (ll) abnehmbar mit der Druckplatte (12) verbunden werden kann.

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