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Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern
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in Kohle Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von
Bohr-1, cc bern in Kohle1 etwa zur Kohlenstoßtränkung, entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Zur Herstellung von Bohrlöchern zur Kohlenstoßtränkung wurde bisher
ein Spiralbohrgestänge mit Einzelstangenlängen von 1,5 m unter Verwendung einer
mechanischen Bohrschneide eingesetzt.
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Durch einen Bohrmotor, etwa eine Hand- oder Lafettenbohrmaschine,
wird das Gestänge gedreht und dieses von Hand oder mit einem pneumatisch betätigten
Vorschub vorangetrieben.
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Das Bohren von Hand ist in harter oder schwer bohrbarer Kohle sehr
mühsam. Die Verwendung von Lafettenbohrmaschinen ist zudem aus Platz- oder Zeitgründen
wenn z. B. Löcher aus dem Strebraum gebohrt werden müssen, vielfach nicht möglich.
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Um die Bohrlochherstellung zu verbessern, wurde bereits vor einigen
Jahren Hochdruckwasser versuchsweise eingesetzt. Hierbei wurde eine stillstehende
Düse verwendet, der Wasser durch Rohre zugeführt wurde, um ein Tränkioch zu erstellen.
Es zeigte sich jedoch, daß eine derartige Lochherstellung nicht erfolgreich war.
Daraufhin wurde zur Erzeugung einer Drehbewegung die bisherige Bohrausrüstung in
Form einer Lafettenbohrmaschine mit Gestänge verwendet und dabei die mechanische
Bohrschneide durch eine mit Düsen ausgestattete Spülbohrschneide erstzt. Es mußte
allerdings f;tir die Verwendung hoher Wasserdrücke @ois 350 bar) ein besonderes
Gestänge eingesetzt werden. Ferner war die Entwicklung eines Hochdruck-Spülkopfes
zum Eindringen des Wassers in das sich bei der Bohrarbeit drehende Gestänge erforderlich.
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Die damit durchgeführten Versuche waren zwar erfolgreich, ließen jedoch
wegen des dabei erforderlichen Ersatzes der mechanischen Bohrschneide durch einen
Düsenkopf keinen betrieblichen Fortschritt gegenüber den mechanischen Bohrungen
erkennen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung nach den Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, mit der Bohrlöcher gebohrt werden kannen, die einfach
und billig in der Herstellung sowie bezüglich der zur Verfügung zu stellenden Energie
(Wasserdruck und -menge) an ein ubliche:Hochdruckwasseraggregat ankoppelbar ist.
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Diese Auf gabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 gelöst.
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Hierdurch wird erreicht, daß die Düsen für das Hochdruckwasser in
Drehung versetzt werden, und zwar durch einen abgezweigten, dem Wassermotor zugeführten
Anteil des Hochdruckwassers. Mit
einem derartigen Wassermotor lassen
sich sehr hohe Drehzahlen über 5000 U/min, in der Regel im Bereich zwischen 10.000
und 20.000 Ulmin, erreich, die überraschenderweise zu einer wesentlich verbesserten
Schneidwirkung der austreteren Wasserstrahlen führen, so daß auch ein wesentlich
geringerer Energieaufwand für die durchzuführende Bohrarbeit, verbunden mit einer
wesentlich erhöhten Bohrgeschwindigkeit, erforderlich ist.
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Die Drehzahl kann durch entsprechende Ausbildung und Anzahl der Austrittskanäle
sowie durch den Druck des Wassers reguliert werden. Die Ausbildung des Wassermotors
ist sehr einfach, was insofern wichtig ist, als unter Betriebsbedingungen ein Verlust
des Bohrkopfes nicht ausgeschlossen werden kann. Sie ermöglicht eine schwimmende
Lagerung des sich drehenden Teils, vorzugsweise eines in einem Gehäuse angeordneten
Läufers, ohne daß Lager oder Dichtungen notwendig sind. Die Düsen können symmetrisch
zur Achse angeordnet werden, allerdings kann bei nicht symmetrischer, d. h. einseitiger
Anordnung ihrer Austrittsöffnungen eine größere Kraft punktuell aufgebracht werden.
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Das Hochdruckwasser dient gleichzeitig zum Vorschub des Bohrkopfes
Infolge der am Bohrkopf vorgesehenen Rückstoßdüsen, wobei die F5hrung des Bohrkopfes
in den Bohrloch durch seine entsprechende Ausbildung gewährleistet wird. Da der
Bohrkopf an einen Hochdruckschlauch angeschlossen ist, entfällt die mit einem Gestänge
verbundene Problematik.
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Zum Anbohren eines neuen Bohrlochs kann eine Führungseinrichtung,
etwa eine Rohrführung, verwendet werden1 mit der die Bohrlochrichtung vorgegeben
wird. Diese Führungseinrichtung kann baispielsweise an einem höhenverstellbaren
Stempel angeschraubt sein. Das aus dem Bohrloch austretende und mit Bohrklein verunreinigte
Wasser wird durch diese Rohrführung aufgefangen und abgeleitet. Die Rohrführung
kann während der gesamten Bohrzeit in Betrieb bleiben, wobei der Hochdruckschlauch
für das Hochdruckwasser durch sie hindurchgeleitet wird.
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Mit einer derartigen Vorrichtung ist es mdglich, die geforderten Durchmesser
fur Tränklöcher zur Kohlenstoßtränkung von bis zu etwa 50 mm in sehr einfacher und
kostensparender Weise zu bohren.
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Außerdem können Bohr löcher großer Tiefe, etwa von Längen über mehrere
hundert Meter, z. B. wenn die Tiefe eines Kohlenstoßes festgestellt werden soll,
mit einer derartigen Vorrichtung hergestellt werden, wobei die Probleme, die bei
Verwendung eines mechanischen Bohrgestänges beispielsweise durch ein Verlaufen der
Bohrung auftreten, vermieden werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
und den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt Lm Schnitt einen Bohrkopf, dessen Dosen tragender Teil
getrennt und im vergrößerten Maßstab wiedergegeben ist.
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Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern
in Kohle, bei der ein Bohrkopf entsprechend Fig. 1 verwendbar ist.
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Der Bohrkopf besteht aus einem Wassermotor 10 und einem Düsen 11 tragenden
Teil 12.
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Der Wassermotor 10 besitzt ein Gehäuse 13, das mit mehreren Bohrungen
14 für die Wasserzufuhr zum Inneren des Gehäuses 13 versehen ist. Die Bohrungen
14 münden in einer zylindrischen Mittelbohrung 15 des Gehäuses 13, die an dem dem
Teil 12 abgewandten Ende unter Ausbildung einer Schulter 16 erweitert ist. In der
Mittelbohrung 15 sind zwei Buchsen 17 eingesetzt, z. B. eingepreßt, von denen sich
eine mit einer.Schulter 17' an der Schulter 16 abstutzt, während sich die andere
Buchse 17 mit ihrer Schulter 17' an der Stirnseite des GehEuses 13 abstützt. Zwischen
den einander zugekehrten Endkanten der Buchsen 17 münden die Bohrungen 14.
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Von den Buchsen 17 wird ein Läufer 18 aufgenommen, der mit einer stirnseitig
endenden axialen Sacklochbohrung 19 versehen ist. Der läufer 18 besitzt eine ringförmige
Schulter 20 im erweiterten Bereich der Mittelbohrung 15 benachbart zur Schulter
,17' der in der Mittelbohrung 15 sitzenden Buchse 17 Ferner ist der Läufer 18 an
beiden Enden jeweils mit einem Gewinde 21 versehen und wird in dem Gehäuse 13 durch
eine Mutter 22 und eine Unterlegscheibe 23 gehalten. Der Abschnitt des Gewindes
21, der gegenüber der Mutter 22 vorsteht, ist mit einer Gewindebohrung 24 in dem
Teil 12 verschraubt, wobei die Mutter 22 hierbei gleichzeitig als Kontermutter für
das Teil 12 dient.
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-Die Sacklochbohrung 19 des Läufers 18 ist an ihrem inneren Ende mit
radial nach außen gerichteten Kanälen 25 versehen, die in einem Ringraum 26 auf
der Außenseite des Läufers 18 benachbart zu dessen Schulter 20 enden. Der Ringraum
26 wird außenumfänglich von einer Hülse 27 begrenzt, die mit einer weiteren Hülse
28 verpreeßt ist, die den Ringraum 26 axial begrenzt und mit dem hinteren Gewinde
21 des Läufers 18 verschraubt igt. Von dem Ringraum 26 gehen mehrere Kanäle 29 aus,
die zwischen den Hülsen 27 und 28 verlaufen und in die Hülse 28 außenseitig axial
mit Steigung, d. h. schraubenlinien- oder spiralförmig eingearbeitet sind. Ferner
ist der Läufer 18 im Bereich der Bohrungen 14 mit mehreren Bohrungen 30 versehen,
die die Mittelbohrung 15 mit der Sacklochbohrung 19 verbinden.
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Der Läufer 18 ist mit radialem und axialem Spiel in dem Gehäuse 10
angeordnet Das Düsen 11 tragende Teil 12 besitzt z. B. eine sich in Radialrichtung
erstreckende, mit der Gewindebohrung 24 in Verbindung stehende Bohrung 31, von der
aus sich die Düsen 11 bildenden Kanäle zur Stirnseite des Teils 12 erstrecken
Das
Gehäuse 10 wird von einer nicht dargastellten Halterung aufgenommen, über die die
Hochdruckwasserzufuhr erfolgt. Das Hochdruckwasser tritt durch die Bohrungen 14
in die Mittelbohrung 15 und von dort über die Bohrungen 30 in die Sackt lochbohrung
19 ein. Von hier gelangt das Hochdruckwasser einerseits zu den Düsen 11, um dort
als Hochdruckwasserstrahlen auszutreten, und andererseits über die Kanäle 25 in
den Ringraum 26, um von dort über die Kanäle 29 rückwärts auszutreten. Infolge der
Steigung der Kanäle 29 abweichend von der Axialrichtung wird durch das dort hindurchströmende
Hochdruckwasser ein Drehmoment auf den Läufer 18 ausgeübt das diesen in Station
versetzt. Infolge der Rotation des -Läufers 18 dreht sich damit auch das mit dem
Läufer 18 verschraubte Teil 12 uSS damit die Düsen 11.
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Neben den Kanälen 29 kann der Läufer 18 mit einer zentrischen Axialbohrung
31 versehen sein, um eine Rückstoßkompensation zwischen dem aus den Düsen 11 austretenden
Wasser einerseits und dem aus den Austrittskanälen 29 und eventuell der Axialbohrung
31 austretenden Wasser zu bewirken, falls dies für die schwimmende Lagerung des
Läufers 18 in dem Gehäuse 13 notwendig ist.
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Gleichzeitig dient das Hochdruckwasser auch zur Schmierung des Läufers
18. Lager für den Läufer 18 erübrigen sich daher.
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Der Läufer 18 ist frei tragend oder schwimnend gelart.
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Dichtungen werden ebenfalls nicht benötigt, das Hochdruck wasser kann
frei austreten. Damit beim Anlaufen kein Staut druck entsteht und ein axialer Schub
nach hinten vermieden wird, kann eine öffnung 32 in dem Gehäuse 10 im Bereich der
Schulter 20 vorgesehen sein. Die Buchsen 17 dienen als Anlaufhilfe.
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Die Drehzahlregelung des Läufers 18 erfolgt durch die Anzahl und die
Steigung der SanRle 29 ebenso wie durch den Wasserdruck.
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Drehzahlen größer 5000 U/min, insbesondere in der Größenordnung von
10.000 bis 20.000 U/min werden ohne weiteres erreicht.
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Die verwendeten Wasserdrücke liegen in der Größenordnung von 300 bis
500 bar, können aber auch 1000 bar und mehr betragen.
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Das dargestellte Teil 12 besitzt zum Bohren von Bohrlöchern zwei im
wesentlichen axial leicht nach außen gerichtete Düsen 11 sowie zwei weitere raMal
einwärts davon angeordnete nach innen geneigte Düsen 11, wobei die Düsen 11 in einer
Axialebene symmetrisch zur Achse angeordnet sind. Durch die äußeren Düsen 11 wird
der Durchmesser des zu bohrenden Lochs bestimmt, während die inneren Düsen 11 dazu
dienen, den Bohrkern, der durch die äußeren Düsen 11 nicht beseitigt wird, zu zerschlagen.
Zwar kann das Teil 12 kreisförmigen Umfang besitzen, jedoch ist es zum Entfernen
des abgetragenden Materials zweckmäßig, dieses abweichend hiervon beispielsweise
mit rechteckiger Stirnseite zu versehen. Anstelle der symmetrisch zur Axialebene
angeordneten Düsen 11 können diese auch vorteilhaft nur einseitig, d. h. beispielsweise
nur die beiden linken Düsen 11 in Fig. 1 vorgesehen sein.
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WxRnn infolge der Notwendigkeit von mehreren Kanälen 29 zur RUckstoßkompensation
zur schwimmenden Lagerung des Läufers 18 die Drehzahl zu groß werden wUrde, können
auch Kanäle 29 mit gegenläufiger Steigung vorgesehen werden, wodurch die Drehzahl
jedoch begrenzt wird. Die gewünschte Rückstoßkompensation kann auch durch die Bohrung
32 erreicht werden.
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Die Kanäle 29 können auch in einer Redialebene spiralförmig angeordnet
werden, wobei dann das Wasser seitlich und nicht nach hinten gerichtet austritt.
In diesem Falle können die
Kanäle 29 auch Tangentialbohrungen sein,
die in den Ringraum 26 münden.
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Ferner ist es möglich, das Gehäuse 10 drehbar anzuordnen, mit dem
dann das Teil 12 verbunden wird, während der Läufer 18 feststehend ist. Dann sind
die Kanäle 29 in dem Gehäuse 10 ; anzubringen; Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung
besteht aus einem Hoch druckwasseraggregat 40, das Hochdruckwasser an eine Hochdruckrohr-
oder-@chlauchleitung 41 abgibt, die ueber ein Ventil 42 mit einem Hochdruckschlauch
43 verbunden ist. Der Hochdruckschlauch 43 ist über ein Schnellschlußventil, dasshand-
oder fußbetätigbar sein kann, mit einem Hochdruckschlauch 45 verbunden, der an den
Bohrkopf 46, d. h. an die nicht; dargestellte Halterung für den Wassennotor 10 angeschlossen
ist. Der Bohrkopf 46 dient zum Anbringen von Bohrlöchern 48 inXeinem Kohlenstoß
47. Die nicht dargestellte Halterung für den Wassermotor 10 ist als Führung zum
FUhren des Bohrkopfes 46 in dem Bohrloch 48 ausgebildet. Durch Anbringung einer
oder mehrerer düsenförmiger, entgegen der Bohrrichtung gerichteter Austrittsöffnungen
fur Hochdruckwasser in der nicht dargestellten Halterung für den Wassermotor 10
wird ferner ein solcher RückstoB ausgeübt, daß sich der Bohrkopf 46 mit dem daran
angeschlossenen Hochdruckwasserschlauch 45 selbst anstellen kann, zumal der Läufer
18 ruckstoßksmpensiert ist, so daß sich der Bohrkopf 46 in das; bereits bis dahin
gebohrte Bohrloch 48 ohne zusätzliche Hilfsmittel hineinschiebt, um die richtige
Anstellung zum Bohren beizubehalten.
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Zum Anbohren eines neuen Bohrlochs 48 kann eine Rohrführung 49 benutzt
werden, die zur Aufnahme des Bohrkopfes 46 dient und mit der die Bohrlochrichtung
vorgegeben wird. Die Rohrführung
49 ist beispielsweise an einem
höhenverstellbaren Stempel 50 angeschraubt.
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Das aus dem Bohrloch 48 austretende und mit Bohrklein verunreinigte
Wasser wird durch die Rohrführung 49 aufgefangen und abgeleitet.
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Die Rohrführung 49 bleibt daher zweckmäßigerweise während der gesamten
Bohrzeit in Betrieb. Der Hochdruckwasserschlauch 45 ist durch die Rohrführung 49
hiflaurchgeleitet.,