DE3100984C2

DE3100984C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung und Überwachung der Gebirgsschlaggefahr

Info

Publication number: DE3100984C2
Application number: DE19813100984
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. Bräuner; Gerhard Ing.(grad.) 4300 Essen Klammer
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1981-01-15
Filing date: 1981-01-15
Publication date: 1984-04-05
Also published as: DE3100984A1

Abstract

Die Ermittlung, Überwachung sowie der Abbau der Gebirgsschlaggefahr im untertägigen Steinkohlenbergbau durch Einbringen von Test- und/oder Entspannungsbohrungen und Überwachung und Registrierung bestimmter dabei festgestellter Kenngrößen ist zur Vermeidung der Gebirgsschlaggefahr von großer Bedeutung. Da die Feststellung der genannten Anzeichen mit Hilfe des anfallenden Bohrkleins nicht nur sehr arbeitsintensiv sondern auch sehr ungenau ist, wird erfindungsgemäß zur Erhöhung der Genauigkeit die je Meter Bohrfortschritt aufgewendete Energie und/oder mit ihr zusammenhängende Kenngrößen ermittelt, gespeichert und miteinander verglichen.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Meßwerten zum Erkennen der Gebirgsschlaggefahr, insbesondere im Steinkohlenbergbau, durch Einbringen von Bohrungen und Feststellung und Registrierung von dabei anfallenden Kenngrößen, die miteinander verglichen werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Durch die plötzliche Auslösung von Spannungen im Gebirge treten Gebirgsschläge auf, die sehr gefürchtet sind, weil sie meist mit dem Ausschleudern erheblicher Gesteins- und/oder Kohlenmengen verbunden sind und Mensch und Material erheblich gefährden. Es sind Verfahren entwickelt worden, mit denen die Gefahr auf ein Mindestmaß beschränkt werden soll, indem die gebirgsschlaggefährdeten Bereiche rechtzeitig ermittelt und dann Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Dabei hat sich insbesondere das sogenannte Bohrtestverfahren (DE-PS 12 07 323) eingeführt, bei dem zum Feststellen der sich auf Grund der Spannungen ergebenden Einwanderungen der Bohrlochstöße die Menge des je Längeneinheit anfallenden Bohrkleins (Bohrmehls) gernessen wird. Dieses Bohrtestverfahren ist zur Zeit in allen gebirgsschlaggefährdeten Bergwerken bzw. Bergwerkbereichen von seilen der Bergauf-Sichtsbehörden vorgeschrieben. Die dafür notwendigen Maßnahmen sind sehr arbeitsaufwendig, da dabei die je Meter anfallende Bohrkhinmenge ermittelt und meßtechnisch festgehalten werden muß.

Weiterhin ist zur Durchführung der Messung des anfallenden Bohrkleins nach der DE-AS 29 31 743 eine Vorrichtung bekannt, bei welcher unterhalb der Bohrstange außerhalb des Bohrlochs ein Gehäuse vorgesehen ist, in welchem auf einer senkrecht zur Bohrstange gelagerten Achse ein drehbares Schaufelrad mit definiertem Schaufelinhalt angeordnet ist, das einen definierten Drehwiderstand aufweist. Damit wird automatisch die anfallende Bohrkleinmenge gemessen.

Darüber hinaus werden gleichzeitig die je Meter ausgelösten Entspannungsgeräusche und andere Anzeichen notiert und als Aufschlüsse über den Druckzustand des Kohlenstoßes verwendet

Die Feststellung der oben genannten Anzeichen ist zwar einfach, ebenso wie die Ermittlung des anfallenden Bohrkleins, aber, wie erwähnt, sehr arbeitsaufwendig. Darüber hinaus ist die Feststellung der Kenngrößen, d. h. der Anzeichen und der Bohrkleinmenge und dabei insbesondere ihre Genauigkeit sehr weitgehend abhängig von der Sorgfalt des Bedienungspersonals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren Meßwerte zum Erkennen der Gebirgsschlaggefahr mechanisch oder zusätzlich mechanisch beim Einbringen von Bohrlöchern z:i erfassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß je Meter Bohrfortschritt die aufgewendete Energie und/oder die Umdrehungen des Bohrwerkzeuges je Bohrmeter ermittelt werden.

Es ist grundsätzlich bekannt die Standfestigkeit des Gebirges um maschinell hergestellte Hohlräume oder Einschnitte herum über die Ermittlung der von den Schneidwerkzeugen von Vortriebsmaschinen aufgewendeten Energie kontinuierlich zu ermitteln (DE-PS 22 04 400). Dabei handelt es sich jedoch um die Standfestigkeit bzw. Stabilität des Gebirges, und nicht wie im vorliegenden Fall, um die Ermittlung bestimmter, möglichst genau zu definierender Spannungszustände innerhalb des Gebirges. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und auch mit der Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit welcher zusätzlich zu der aufgewendeten Energie und/oder Umdrehungszahl der Bohrwerkzeuge auch die je Meter anfallende Bohrkleinmenge ermittelt werden, ist es möglich, die Spannungszustände im Gebirge, und insbesondere im Bereich der abzubauenden Flöze, weitgehend mechanisch so genau zu erfassen, daß damit eine genauere Beurteilung des Druckzustandes möglich und eine wesentliche Erhöhung der Sicherheit gegeben ist. Bei entsprechender Verfeinerung des Verfahrens und der benötigten Meßvorrichtung kann die Ermittlung des Energiebedarfs auch als alleiniges Gefahrensanzeichen dienen. Gerade wegen der hohen sicherheitlichen Bedeutung der Gebirgsschlagsermittlung und -bekämpfung kommt der weitgehend mechanischen, und damit von der Sorgfalt unabhängigen Datenermittlung, eine besondere Bedeutung zu.

Eine Meßvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens kann einfach und ohne großen Aufwand in eine Bohrmaschine integriert werden, so daß die benötigten Kenngrößen ohne Behinderung und zusätzliche Belastung des Bedienungspersonals ermittelt und gespeichert werden können. Für Test- und Entspannungsbohrungen im Bereich der Kohlenflöze werden im wesentlichen Druckluftbohrmaschinen mit Schlangenbohrstangen eingesetzt. Diese auch als Turbinen bezeichneten Druckluftbohrmaschinen sind aufgrund ihrer geringen Größe und ihres geringen Gewichtes leicht transportierbar und zeichnen sich durch hohe Leistung aus. Derartige Druckluftbohrmaschinen können in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß um- und ausgerüstet werden, indem in der Zuleitung der Druckluftbohrmaschine ein Druck- und Mengenmeßgerät und im Abluftrohr ein Druckmeßgerät angeordnet sind. Derartige Meßgeräte sind in Baugrößen bekannt, die ohne weiteres in die Zuleitung bzw. die Abluftrohrleätung eingebaut werden können. Über das Mengen-

meßgerat werden die benötigten Druckluftmengen gemessen, wobei gleichzeitig und in gewisser Hinsicht zur Unterstützung dieser Messung auch der Verlauf des Druckunterschiedes in der Zuleitung urd in dem Abluftrohr über die Druckmeßgeräte ermittelt werden kann. Diese Meßwerte geben, wie sich in Versuchen gezeigt hat, ein genaues Bild des Druckzustandes im anstehenden Gebirge bzw. anstehenden Flöz.

Eine andere Lösung ist das Messen der Umdrehungen des Bohrgestinges. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß am Bohrstangenende und/oder an den die Bohrstange drehenden Teilen der Druckluftbohrmaschine eine mit einer Zeitmeßeinrichtung koppelbare Drehzahl-Zähleinrichtung angeordnet ist Mit einer derartigen Meßvorrichtung kann die Zahl der Umdrehungen des Bohrgestänges in jeweiligen Zeitabständen genau ermittelt und damit festgestellt werden, wie der Spannungszustand im Gebirge bzw. in der Kohle ist

Eine Ermittlung der Umdrehungen je 3ohrmeter kann in vorteilhafter Weise dadurch erreicht werden, daß die Bohrstange in visuell und meßtechnisch erfaßbare und/oder mit der Zähleinrichtung meßtechnisch koppelbare Meßabschnitte unterteilt ist Eine derartige Ermittlung hat den Vorteil einer besseren Vergleichbarkeit mit den bisher üblichen Ermittlungen der Bohrkleinmenge je Meter Bohrfortschritt

Der technische Fortschritt und die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß Möglichkeiten geschaffen sind, über Testbohrungen und/oder Entspannungsbohrungen die Ermittlung, Überwachung und den Abbau der Gebirgsschlaggefahr zu objektivieren, indem die benötigten Kenngrößen mechanisch ermittelt und ausgewertet werden. Je nach erforderlicher Genauigkeit der Kenngrößen kann auf die Ermittlung der Bohrkleinmenge ganz verzichtet und damit der bisher benötigte Arbeitsaufwand wesentlich reduziert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei

F i g. 1 eine Druckluftbohrmaschine in Seitenansicht mit Meßgeräten,

F i g. 2 eine gleiche Druckluftbohrmaschine mit einem anderen Meßgerät und

F i g. 3 ein Diagramm mit der Darstellung ermittelter Kenngrößen zeigt. "⁵

Beim in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden Test- bzw. Entspannungsbohrungen in den mit 1 bezeichneten Kohlenstoß eingebracht. Im Bohrloch 2 ist die Bohrstange 4 der Druckluftbohrmaschine 3 angedeutet, wobei es sich um eine Schlangenbohrstange "><> handelt, die das Bohrklein sicher und schnell aus dem Bohrloch 2 herausbefördert, wo es mit Hilfe nicht dargestellter Meßeinrichtungen aufgefangen werden kann. Die Bohrstange 4 wird von der Druckluftbohrstange in gleichmäßige Umdrehungen versetzt, wozu im Gehäuse 5 der Druckluftbohrmaschine 3 über Druckluft angetriebene Teile angeordnet sind. Die Druckluft wird dabei über den Handgriff 6 den im Gehäuse 5 angeordneten Teilen zugeführt und durch den anderen Handgriff wieder abgeleitet.

Zur Erfassung der Kenngrößen sind in der Zuleitung 9 ein Druck- (10) und ein Mengenmeßgerät (11) sowie im Abluftrohr (13) ein Daickineßgerät (12) angeordnet Ober das Mengenmeßgerät wird di? zugeführte Druckluftmenge gemessen, während über die Druckmeßgeräte (10, 12) der Druckunterschied bzw. der Verlauf des Druckunterschiedes festgestellt werden kann.

Fig.2 zeigt eine ähnliche oder gleiche Druckluftbohrmaschine 3, die die benötigte Druckluft über die Handgriffe 6 erhält und bei der entweder am Bohrstangenende 15 oder aber an den die Bohrstange 4 drehenden Teilen der Druckluftbohrmaschine 3 eine Zähleinrichtung 16 angeordnet ist. Über diese Zähleinrichtung oder den Umdre ^mgsmesser wird die Anzahl der Umdrehungen je Bohrmeter oder je Zeiteinheit ermittelt. Hierzu wird die Zähleinrichtung zweckmäßigerweise mit einer Zeitmeßeinrichtung gekoppelt, auf deren Darstellung im vorliegenden Ausführungsbeispiel verzichtet ist. Über eine Kennzeichnung oder die Anbringung von Markierungen auf der Bohrstange 4 kann die Ermittlung der Umdrehungsanzahl je Bohrmeter erleichtert werden.

Neben diesen beiden Möglichkeiten für Testbohrungen sind auch weitere auf dem gleichen Prinzip beruhende Möglichkeiten gegeben. Hierbei ist es praktisch ohne Bedeutung, ob die Bohrmaschinen pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angetrieben werden. Bei den Versuchen hat sich herausgestellt, daß eine Beziehung zwischen derart mechanisch ermittelten Kenngrößen und den durch Auslitern gemessenen Bohrkleinmengen besteht. Beim Vergleich der Umdrehungszahl der Bohrstange 4 für einen Bohrmeter wurden die in F i g. 3 grafisch dargestellten Abhängigkeiten festgestellt. Das Ergebnis der zu vergleichenden Kenngrößen zeigt eindeutig, daß bei größeren Bohrkleinmengen auch die Anzahl der erforderlichen Umdrehungen steigt, um das Bohrklein aus dem Bohrloch abzutransportieren. Die Kurve I zeigt bei normalem Bohrkleinanfall normale Umdrehungszahlen, während aus der Kurve II zu ersehen ist, daß bei erhöhtem Bohrkleinanfall auch höhere Umdrehungszahlen auftreten. Bei den Versuchen traten dabei gleichzeitig Gebirgsgeräusche auf, die die Gebirgsschlaggefahr zusätzlich untermauerten. Da, wie nachgewiesen wurde, zwischen dem Bohrkleinanfall und beispielsweise der Umdrehungszahl der Bohrstange 4 eine eindeutige Abhängigkeit besteht, kann letztlich bei einer Optimierung der Meßtechnik auf das zeitraubende und fehleranfällige Auslitern des Bohrkleins verzichtet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung von Meßwerten zum Erkennen der Gebirgsschlaggefahr, insbesondere im Steinkohlenbergbau, durch Einbringen von Bohrungen und Feststellung und Registrierung von dabei anfallenden Kenngrößen, die miteinander verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß je Meter Bohrfortschritt die aufgewendete Energie und/oder die Umdrehungen des Bohrwerkzeuges ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in bekannter Weise auch die je Meter anfallende Bohrkleinmenge ermittelt wird.

3. Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (9) der Druckluftbohrmaschine ein Druck- und Mengenmeßgerät (10, 11) und im Abluftrohr (13) ein Druckmeßgerät (12) angeordnet ist

4. Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Bohrstangenende (15) und/oder an den die Bohrstange (4) drehenden Teilen der Druckluftbohrmaschine eine mit einer Zeitmeßeinrichtung koppelbare Drehzahlzähleinrichtung (16) angeordnet ist.