DE3031155C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Binden von beim Gesteinsbohren erzeugten Staub durch Mischen desselben mit einem flüssigen Bindemittel. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Beim Gesteinsbohren entstehen große Mengen von schädlichem Staub. In der derzeitigen Praxis wird der Staub in einer das Bohrloch umgebenden Haube gesammelt, die über eine Leitung mit einem Staubabscheider in Verbindung steht. Dieser besteht normalerweise aus einer Kombination eines Zyklons mit einem Filter. Der im Staubabscheider abgeschiedene Staub wird dann in Kunststoffsäcken gesammelt. Die Verwendung von Kunststoffsäcken hat jedoch mehrere Nachteile sowohl im Hinblick auf die notwendige Manipulation der Säcke als auch im Hinblick auf deren Kosten. Ferner wird beim Reißen eines Sackes der darin enthaltene Staub aufgewirbelt, was für die Gesundheit noch schädlicher ist.

Es ist schon vorgeschlagen worden, Staub mit Hilfe einer Flüssigkeit zu binden, die aus Wasser und einem geeigneten Bindemittel besteht, so daß der Staub in einer Form agglo­ meriert, in der er nicht mehr gesundheitsschädlich ist. Dabei muß der Staub sofort gebunden werden, nachdem er beim Bohren erzeugt worden ist, weil in diesem Zeitpunkt die frischen Schnittflächen der Staubkörper physikalisch aktiv sind, so daß eine gute Bindewirkung erzielt wird. Ferner soll der Staub aber gebunden werden, ohne daß das Bohren unterbrochen zu werden braucht.

Infolgedessen hat man es bisher als ausreichend angesehen, den durch das Bohren erzeugten Staub je nach der Menge, in der er erzeugt wird, in Intervallen zu binden. Für diesen Zweck sind verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden, von denen eine in der schwedischen Patentschrift 74 04 759-8 beschrieben ist. Diese bekannte Vorrichtung hat aber den Nachteil, daß die zugeführte Flüssigkeits­ menge ständig der erzeugten Staubmenge angepaßt werden muß, was nur mit großen Schwierigkeiten und häufig über­ haupt nicht gewährleistet werden kann, weil die erzeugte Staubmenge stark schwankt, beispielsweise in Abhängigkeit von der Härte des Gesteins und der Abnutzung der Bohrkrone oder des Bohrmeißels.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum einfachen Zuführen des flüssigen Bindemittels zu dem Staub genau in gegebenen Mengen und zum gründlichen Beimischen des flüssigen Binde­ mittels zu dem Staub, ohne daß der Bohrvorgang unterbrochen zu werden braucht, so daß die vorerwähnten Nachteile be­ seitigt werden. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6 gelöst.

Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 5, Ausgestaltungen der Vorrichtung in den Ansprüchen 7 bis 9 angegeben.

In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird der Staub am Boden eines Staubabscheiders gesammelt und in Partien von gegebener Menge einem Mischraum zugeführt, dem ein flüssiges Bindemittel in einer Menge zugeführt wird, die mit der Menge der Partie in Beziehung steht, worauf der Staub und die Flüssigkeit unter Rühren vermischt werden und gleichzeitig die nächste Partie Staub im Staubabscheider gesammelt wird, und wobei das erhaltene Gemisch ausge­ tragen wird, ehe die nächste Partie Staub dem Mischraum zugeführt wird.

Vorzugsweise wird das flüssige Bindemittel dem Mischraum zugeführt, ehe diesem eine Partie Staub zugeführt wird, und wird die Partie Staub dem Mischraum unter Schwerkraft­ wirkung durch ein Bodenventil des Staubabscheiders zuge­ führt. Vorzugsweise ist das Bodenventil druckgesteuert und wird es in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Staubabscheider und dem Mischraum betätigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Betrieb des Staubabscheiders im Innern desselben ein Unterdruck auf­ rechterhalten, der mittels einer Strahlpumpe erzeugt wird, wobei das Ventil offen ist, wenn die Strahlpumpe z. B. zur Verlängerung des Bohrgestänges außer Betrieb ist, und das Ventil schließt, wenn die Strahlpumpe wieder zu arbeiten beginnt. Auf diese Weise wird das flüssige Bindemittel in dosierten Mengen zugeführt, die mit der Länge des Bohrgestängeschusses und dem Durchmesser der Bohrkrone oder des Bohrmeißels in Beziehung stehen. Vor­ zugsweise wird das flüssige Bindemittel dem Mischraum unter einem solchen Druck und derart zugeführt, daß ein Spüleffekt erzielt wird.

Gemäß der Erfindung besitzt eine Vorrichtung zum Binden von beim Gesteinsbohren erzeugtem Staub durch Mischen desselben mit einer Flüssigkeit einen mit einem Staub­ abscheider verbundenen Mischraum, eine Einrichtung zum Zuführen von in dem Staubabscheider gesammeltem Staub in Partien unter Schwerkrafteinwirkung zu dem Mischraum und eine Einrichtung zum Zuführen eines flüssigen Bindemittels zu dem Mischraum in einer Menge, die mit der Menge der Partie Staub in Beziehung steht. In dem Mischraum ist ein Rührwerk vorgesehen, das dazu dient, den Staub und die Flüssigkeit zu vermischen, während in dem Staubabschei­ der die nächste Partie Staub gesammelt wird. Das so erhal­ tene Gemisch wird ausgetragen, ehe die nächste Partie Staub dem Mischraum zugeführt wird.

Weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Einem Zyklon 1 wird staubbeladene Luft über eine Leitung 2 zugeführt, die von einem Bohrloch kommt. Der Zyklon 1 ist in üblicher Weise mit einem Filter 3 kombiniert. In dem Zyklon 1 und dem Filter 3 wird ein Unterdruck durch eine Strahlpumpe 4 erzeugt. Der Austritt der Strahlpumpe steht mit der Umgebungsatmosphäre in Ver­ bindung. Im Boden des Zyklons 1 befindet sich ein druckgesteuertes Ventil 5, über das eine Verbindung zwischen dem Zyklon und einem Mischraum 6 hergestellt werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ventil 5 ein sogenanntes Gummiventil, das im einfachsten Fall aus einem leicht zusammendrückbaren Gummischlauch besteht. Wenn infolge des Betriebes der Strahlpumpe 4 der Druck im Innern des Zyklons 1 niedri­ ger ist als der Umgebungsdruck, wird der Gummischlauch unter der Einwirkung des Druckes im Mischraum 6 zusammen­ gedrückt und dadurch das Ventil geschlossen. Wenn die Strahlpumpe 4 nicht arbeitet, bewirkt der Druckausgleich zwischen dem Zyklon 1 und dem Mischraum 6, daß sich der Schlauch öffnet.

Der Mischraum 6 ist mit einem Rührwerk versehen, das ein Rührelement 8 und eine Welle 7 zum Drehen des Rührele­ ments 8 besitzt. Der Mischraum 6 ist winkelförmig, so daß die Welle 7 über ein Zahnradgetriebe angetrieben werden kann, das auf der Außenseite des Mischraums ange­ ordnet ist, so daß keine Kegelradgetriebe oder dergleichen erforderlich sind. Der Mischraum 6 ist an seinem unteren Ende durch eine Bodenklappe 11 verschlossen, die von einem doppeltwirkenden pneumatischen Zylinder 10 betätigt wird. Mit 12 ist ein Einlaß für das flüssige Bindemittel und mit 13 ein Rüttler bezeichnet.

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Beim Bohren arbeitet die Strahlpumpe 4, so daß staubbeladene Luft in den Zyklon 1 gesaugt wird. Infolge des Unterdrucks in dem Zyklon 1 und dem Filter 3 abgeschiedener Staub fällt auf den Boden des Zyklons und wird dort gesammelt. Wenn nach dem Bohren einer Strecke, die beispielsweise der Länge eines Bohrgestängeschusses entspricht, zum Verlängern des Bohrgestänges ein neuer Bohrgestänge­ schuß angesetzt werden soll, wird der Betrieb der Strahlpumpe 4 unterbrochen. Jetzt steigt der Druck in dem Zyklon 1 und öffnet daher das Ventil 5, so daß die in dem Zyklon 1 gesammelte Partie Staub in den Mischraum 6 fällt. Gleichzeitig wird das Filterelement des Filters 3 zweckmäßig gerüttelt, so daß auch in dem Filter befind­ licher Staub in den Mischraum 6 fällt. Vorher ist in den Mischraum ein aus Wasser und einigen Volumprozenten eines geeigneten organischen Bindemittels bekannter Art bestehendes, flüssiges Bindemittel in einer Menge einge­ leitet worden, die in Beziehung steht mit der Menge der Partie Staub, die in den Mischraum eintritt. In der beschriebenen Ausführungsform wird die Menge der zuge­ führten flüssigen Bindemittel in Abhängigkeit von einem Bohrgestängeschuß und dem Durchmesser der Bohrkrone oder des Bohrmeißels bestimmt.

Bei geschlossener Bodenklappe 11 des Mischraums 6 wird in diesem der Staub mit der Flüssigkeit mit Hilfe des rotierenden Rührwerks mit dem Rührelement 8 gemischt. Dieser Mischvorgang kann andauern, während eine Strecke gebohrt wird, die der Länge des zuletzt angesetzten Bohr­ gestängeschusses entspricht. Dabei sammelt sich frischer Staub am Boden des Zyklons 1. Da die Strahlpumpe 4 wieder arbeitet, ist das Bodenventil 5 des Zyklons wieder ge­ schlossen. Da der Staub und das flüssige Bindemittel während einer relativ langen Zeit vermischt werden können, wird ein sehr homogenes Gemisch erhalten, in dem im wesentlichen aller Staub gebunden ist. Außerdem braucht man nur eine minimale Flüssigkeitsmenge von etwa 15 cm pro Liter Staub. Das fertige Gemisch hat eine teigartige Konsistenz und wird ausgetragen, nachdem mittels des pneu­ matischen Zylinders 10 die Klappe 11 geöffnet worden ist. Dies kann beim Ansetzen eines Bohrgestängeschusses und/ oder beim Rütteln des Filters unmittelbar vor dem Wieder­ einschalten der Strahlpumpe 4 erfolgen. Man kann das Aus­ tragen des fertigen Gemisches erleichtern, indem an die Wand des Mischraums 6 ein Rüttler 13 angesetzt wird.

Unmittelbar nach dem Austragen des fertigen Gemisches aus der Vorrichtung wird die Bodenklappe 11 wieder geschlossen und über den Einlaß 12 erneut flüssiges Bindemittel zuge­ führt, und zwar in einer Menge, die der am Boden des Zyklons 1 gesammelten und in den Mischraum eintretenden Staubmenge entspricht. Das flüssige Bindemittel wird zweckmäßig unter einem solchen Druck, beispielsweise von etwa 6 Atmosphären, und mit einer solchen Streuung zugeführt, daß beim Ein­ spritzen des flüssigen Bindemittels in den Mischraum 6 dieser gereinigt wird. Man kann die Mischanordnung bei­ spielsweise mit einem Hydromotor antreiben. Wie vorstehend erwähnt wurde, sind dazu keine Kegelradgetriebe oder der­ gleichen erforderlich, weil der Mischraum 6 abgewinkelt ist, so daß das auf der Welle 7 angeordnete Getriebe 9 von der Außenseite der Vorrichtung zugänglich ist.

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, wird durch das Binden des Staubes gemäß der Erfindung der Bohrvorgang nicht beeinträchtigt, weil sowohl das Mischen einer Partie Staub mit dem flüssigen Bindemittel als auch die Zufuhr des flüssigen Bindemittels für die nächste Partie während des Bohrvorganges durchgeführt werden. Der in dem Zyklon 1 gesammelte Staub wird in den Mischraum 6 zu einem Zeitpunkt übertragen, in dem der Bohrvorgang ohnehin unter­ brochen werden muß, beispielsweise zum Ansetzen eines Bohr­ gestängeschusses. Sonst braucht zum Binden von Staub gemäß der Erfindung der Bohrvorgang nicht unterbrochen zu werden. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann das flüssige Bindemittel der Vorrichtung in sehr genauer Dosierung zugeführt werden, weil die pro Längeeinheit des Bohrgestänges erzeugte Staub­ menge leicht errechnet werden kann, wenn die Länge eines Bohrgestängeschusses und der Durchmesser des Bohrwerkzeugs bekannt ist. Es ist daher nicht notwendig, die Menge des der Vorrichtung zugeführten, flüssigen Bindemittels während eines Bohrvorganges zu verändern, je nachdem, ob in festem oder lockerem Gestein gebohrt wird und in welchem Zustand sich das Bohrwerkzeug befindet. Wichtig ist es auch, daß das Mischen des Staubes und des flüssigen Bindemittels so lange andauern kann, daß ein Binden im wesentlichen allen Staubes gewährleistet ist.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschrie­ bene Ausführungsbeispiel eingeschränkt, das im Rahmen des Erfindungsgedankens auf verschiedene Weise geändert wer­ den kann. Dieser besteht darin, daß eine Partie behandelt und gleichzeitig die nächste Partie gesammelt wird. Bei­ spielsweise kann man das Gummiventil 5 durch ein anderes Ventil ersetzen. Wenn dieses Ventil nicht druckgesteuert ist, muß zu seiner Betätigung ein Pneumatikzylinder oder dergleichen verwendet werden. Der Mischraum kann auf einer Seite des Staubabscheiders angeordnet sein und mit dem Staub mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung, z. B. einer Förderschnecke, beschickt werden. Im Rahmen der Erfindung kann man anstelle von Zyklonen und Filtern, in denen ein Unterdruck aufrechterhalten wird, auch Zyklone und Filter verwenden, in denen ein Überdruck aufrechterhalten wird, weil die Strahlpumpe stromaufwärts von dem Staub­ abscheider angeordnet ist. Zusätzlich zu der Strahlpumpe kann man ein Gebläse oder dergleichen vorsehen. Der Zyklon kann durch einen einfachen Zwischenbehälter ersetzt werden. Man kann das Rührwerk auf jede gewünschte Weise antreiben, beispielsweise mit Hilfe eines Hydromotors, oder es kann mittels eines Hydrozylinders hin- und herbewegt werden. Die verschiedenen Einrichtungen können auch derart auf­ einander einwirken, daß die Anordnung im wesentlichen automatisch arbeitet. Nach dem Öffnen der Bodenklappe 11 wird aus der Vorrichtung eine gründlich gemischte Masse ausgetragen, die bei Berührung mit der Luft schnell zu einem harten Kuchen erhärtet, der nicht gesundheits­ schädlich ist und daher auf der Bohrstelle verbleiben kann.

Claims (9)

1. Verfahren zum Binden von beim Gesteinsbohren erzeugtem und in einem Staubabscheider gesammeltem Staub durch Mischen desselben mit einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub aus dem Staubabscheider in Partien von gegebener Menge einem mit dem Staubabscheider verbundenen Mischraum zugeführt wird, in den ein flüssiges Bindemittel in einer Menge zugegeben wird, die mit der Menge jeder Partie in Beziehung besteht, worauf der Staub und die Flüssigkeit unter Rühren vermischt werden und gleichzeitig die nächste Partie Staub im Staubabscheider gesammelt wird, und wobei das erhaltene Gemisch ausgetragen wird, ehe die nächste Partie Staub dem Mischraum zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mischraum das flüssige Bindemittel zuerst und danach die Partie Staub mittels Schwerkraft durch ein Bodenventil des Staubabscheiders zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenventil druckgesteuert und in Abhängigkeit von dem Druck­ unterschied zwischen dem Staubabscheider und dem Mischraum betätigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, unter Verwendung eines Staubab­ scheiders, in dem durch eine Strahlpumpe ein Unterdruck auf­ rechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil offen ist, wenn die Strahlpumpe nicht arbeitet, beispiels­ weise wenn ein Bohrgestänge verlängert wird, und daß das Ventil schließt, wenn die Strahlpumpe wieder zu arbeiten beginnt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Bindemittel dem Mischraum in einer Dosierung zugeführt wird, die in Beziehung steht mit der Länge des Bohrgestängeschusses und dem Durchmesser des Bohrwerkzeugs.

6. Vorrichtung zum Binden von beim Gesteinsbohren erzeugtem und in einem Staubabscheider gesammeltem Staub durch Mischen desselben mit einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch einen mit dem Staubabscheider (1, 3) verbundenen Mischraum (6), durch eine Einrichtung (5) zum Zuführen von Partien von Staub aus dem Staubabscheider in den Mischraum (6), durch eine Einrichtung (12) zum Zuführen eines flüssigen Binde­ mittels in den Mischraum in einer Menge, die der Menge jeder Partie Staub entspricht, durch ein in dem Mischraum (6) ange­ ordnetes Rührwerk (7, 8) zum Vermischen des Staubes und des flüssigen Bindemittels und durch eine Einrichtung (10, 11) zum Austragen des so erhaltenen Gemisches vor dem Zuführen der nächsten Partie Staub zu dem Mischraum.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischraum (6) unter dem Staubabscheider (1, 3) angeordnet und dieser mit einem Bodenventil (5) versehen ist, durch das in dem Staubabscheider gesammelter Staub unter Schwerkraft­ wirkung in den Mischraum (6) tritt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenventil (5) druckgesteuert ist und durch die Druck­ differenz zwischen dem Staubabscheider (1) und dem Mischraum (6) betätigbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, mit einer Strahlpumpe, die in dem Staubabscheider einen Unterdruck aufrechterhält, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenventil (5) offen ist, wenn die Strahlpumpe (4) nicht arbeitet, z. B. wenn das Bohrgestänge verlängert wird, und daß das Bodenventil (5) schließt, wenn die Strahlpumpe wieder zu arbeiten beginnt.