DE3330802A1

DE3330802A1 - Verfahren und beurteilung gebirgsschlaggefaehrlicher spannungen und messvorrichtung

Info

Publication number: DE3330802A1
Application number: DE19833330802
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. Bräuner; Gerhard Dipl.-Ing. 4300 Essen Klammer
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1983-08-26
Filing date: 1983-08-26
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE3330802C2

Description

BERGWERKSWRBAND GMBH

VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG

4300 Essen 13 (Kray)

Franz-Fischer-Weg 61 Telefon (0201) 105-1

A8/22/83

Verfahren zur Beurteilung gebirgsschlaggefährlicher Spannungen und Messvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung gebirgs- < schlaggefährlicher Spannungen, insbesondere im untertägigen Steinkohlenbergbau, durch Einbringen von Bohrungen und Feststellung, Registrierung und Vergleichen der dabei .anfallenden Kenngrössen für die aufgewendete Energie und/oder die Umdrehung! des Bohrwerkzeuges sowie ggfs. der anfallenden Bohrmehlmenge, Die Erfindung betrifft ausserdem eine Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Gebirgsschläge treten durch die explosionsartige Auslösung von Spannungen im Gebirge auf. Dabei erfolgt gleichzeitig das Ausschleudern erheblicher Kohle- und Gesteinsmengen die 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, z. B. durch Testbohrungen, und dann

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nahmen, meist sogenannte Entspannungsbohrungen, vorgenommen werden. Bei diesen Test- und Entspannungsbohrungen werden in 'der Praxis zur Zeit die je Bohrmeter anfallende Bohrmehlmenge sowie die hierbei ausgelösten Entspannungsgeräusche und "andere Anzeichen" notiert und als Aufschlüsse über den Druckzustand des Kohlenstosses verwendet. Hierzu sind Richtlinien des Landesoberbergamtes Nordrhein-Westfalen entwickelt worden. In Ergänzung .oder als Ersatz zu diesen Verfahren ist die Erfassung von Messgrössen für diese Bohrungen vorgeschlagen worden (P 31 00 984.0-24} wobei die aufgewendete Energie und/oder die Umdrehungszahlen des Bohrwerkzeuges automatisch ermittelt und zur Beurteilung herangezogen werden. Während die Ermittlung der Bohrmehlmenge und die Beachtung der Entspannungsgeräusche unter Umständen arbeitsaufwendig und das Ergebnis mit menschlichen Unzulänglichkeiten behaftet ist, gibt die Erfassung der Kenngrössen Energieaufwand und/oder Drehzahl nicht in allen Fällen einen eindeutigen Zusammenhang mit dem Gebirgsdruck oder den Bohrmehlmengen. Eine insbesondere von der menschlichen Unzulänglichkeit unabhängige Beurteilung der gebirgsschlaggefährlichen Spannungen ist somit nur bedingt erreichbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit des Testbohrverfahrens gegen menschliche Unzulänglichkeiten und gegen technische Mangel wesentlich zu erhöhen und geeignete Messvorrichtungen dafür zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass neben der aufgewendeten Energie und/oder der Drehzahl des Bohrwerkzeuges auch der Andruck und nötigenfalls das Drehmoment gemessen werden.

Durch die Einbeziehung der weiteren Messgrössen Andruck "und ggfs. Drehmoment ist eine eindeutige Interpretation der Gefahrensituation gegeben, wobei durch die automatische Ermittlung dieser Messgrössen die menschlichen Unzulänglichkeiten weiter erheblich eingeschränkt sind. Die Umdrehung der Bohrstange je Längeneinheit Bohrfortschritt ist bei gleichbleibendem Drehmoment der Energie proportional. Das Drehmoment ändert sich aber, wenn sich der Druck, der in der Kohle herrscht, ändert, wobei dies bis zum Festklemmen der Bohrstange führen kann. Die Messung des Drehmomentes gibt somit Aufschluss über die Gebirgsdruckwirkungen, die auch den Energieverbrauch mitbestimmen. Normalerweise wird bei einem zu geringen Andruck nur wenig Bohrklein lösgelöst, während bei einem übermässigen Andruck ,der Bohrmaschine ein zu hohes Drehmoment abverlangt wird. Der Energieverbrauch oder die Umdrehungszahl muss daher stets auf den Andruck bezogen werden. Beim Bohren unter hohem Gebirgsdruck kommt noch hinzu, dass die Materialeigenschaften wechseln, sobald die Kohle wegen dieses Gebirgsdruckes spontan in das Bohrlochtiefste hineinbricht. Dann geht der Andruck in charakteristischer Weise zurück und kann sogar negativ werden. Dies wird als Ziehen des Gestänges bezeichnet. Mit Hilfe dieser Kenngrössen sowie der aufgewendeten Energie und/oder der Drehzahl kann in vorteilhafter Weise eine ausreichend genaue Bestimmung der gebirgsschlaggefährlichen Spannungen vorgenommen werden.

Nach einer Ausbildung der Erfindung wird zusätzlich zu den Kenngrössen Drehzahl, Energie, Drehmoment und Andruck parallel auch die je Meter Bohrfortschritt anfallende Bohrmehlmenye ermittelt. Dies bringt eine optimale Bewertung und Beurteilung

der gebirgsschlaggefährlichen Spannungen. Da nun mehrere miteinander im Zusammenhang stehende Kenngrössen zur Verfügung stehen, die darüber hinaus auch noch weitgehend unabhängig von menschlicher Beeinflussung ermittelt werden, ist auch bei Ausfall des einen oder anderen Wertes eine sichere Beurteilung gegeben. Gefährliche Flözspannungen geben sich stets durch erhöhte Bohrmehlmengen zu erkennen. Umgekehrt können erhöhte Bohrmehlmengen beim Testbohren aber auch auftreten, wenn die Spannungen ungefährlich, die Kohle aber sehr locker ist. Das kann zum Beispiel in tektonisch gestörten Zonen der Fall sein. Da nun durch die zusätzlichen Kennwerte auch bei solchen Verhältnissen eine einwandfreie Beurteilung der gebirgsschlaggefährlichen Spannungen möglich ist, kann auch bei solchen Situationen auf Entsprannungsbohrungen verzichtet werden, die ansonsten bei nur Bohrmehlmengenermittlung vorsichtshalber vorgenommen werden müssten. Allein hierin liegt schon ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, weil mit derartigen vorsichtshalber vorgenommenen Entspannungsbohrungen ein erheblicher Kostenaufwand verbunden wäre. Abgesehen davon, kann bei ungünstigen Verhältnissen auf die Ermittlung der Bohrmehlmenge ganz verzichtet werden, insbesondere wenn durch sehr starken Wetterzug das Bohrmehl· teilweise weggeweht wird. Die anderen Kenngrössen lassen dann immer noch eine einwandfreie Beurteilung zu. Die Bohrmehlmengenmessungen können in soichen Fällen auf die Testbohrungen oder Teiltestbohrungen beschränkt werden, die Gefahren anzeigende Bohrkenngrössen hervorbringen.

Sur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dient eine Messvorrichtung, bei der der Bohrmaschine eine MessWe^e und ein Kraftmesser zugeordnet sind. Über die Messwelle wird das

Drehmoment ermittelt, während über den Kraftmesser der Andruck zu ermitteln und festzuhalten ist.

Dabei wird die Messwelle zweckmässig zwischen Bohrstange und Bohrmaschine angeordnet, um das Drehmoment sicher zu ermitteln. Auch der Kraftmesser ist zweckmässig an dem in der Bohrmaschine geführten Ende der Bohrstange angeordnet oder in der die Bohrstange aufnehmenden Bohrung innerhalb der Bohrmaschine.

Um den inesstechnische Aufwand möglichst zu beschränken, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Messwertaufnehmer für Drehmoment und Andruck mit denen für die Drehzahl und/oder den Energiebedarf kombiniert ausgebildet sind. Dabei kann sowohl Drehzahl und Andruck, wie auch Drehmoment und Drehzahl oder Drehmoment und Andruck oder auch alle Werte gleichzeitig mit einem derartigen komplexen Messwertaufnehmer ermittelt und zur Auswertestelle weitergeleitet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

In der einzigen Figur ist eine Testbohrung wiedergegeben. Hierzu wird in den Kohlenstoss 1 ein Bohrloch 2 getrieben, wobei das im Bohrlochtiefsten 3 anfallende Bohrklein kontinuierlich aus dem Bohrloch 2 herausgetragen wird. Hierzu weist die Bohrmaschine 5 eine Bohrstange 6 mit Schneckengewinde auf, das dafür Sorge trägt, 'dass das. von der Bohrschneide 7 gelöste Bohrklein kontinuierlich abgefördert wird.

Die Bohrmaschine 5 weist eine Bohrung '8 auf, in die die Bohrstange 6 eingeführt ist. In diesem Bereich ist die Messwelle 9 zur Ermittlung des Drehmomentes und der Kraftmesser 10 zur Ermittlung des Andruckes angeordnet, wobei beide wie im dargestellten Beispiel erläutert in einer Vorrichtung kombiniert sein können. ■

Mit Hilfe einer derartigen Messvorrichtung kann darüber hinaus auch gleichzeitig wie erläutert die Drehzahl und der Energiebedarf ermittelt werden. Sowohl der Energiebedarf als auch die Drehzahl je Längeneinheit Bohrfortschritt werden von dem Andruck in Bohrrichtung, dem der Maschine abverlangten Drehmoment und der Festigkeit des zu durchbohrenden Materials beeinflusst. Beim Bohren unter erhöhtem Gebirgsdruck ist diese Festigkeit veränderlich. Die Kohle kann dann nämlich im Bohrlochtiefsten spontan zerbrechen, so dass nur noch gelockerte Kohle zu durchbohren ist. Der Andruck geht dann in charakteristischer Weise zurück und kann sogar negativ werden. Weiterhin kann die Bohrlochwand sich unter der Wirkung des Gebirgsdruckes verengen und dadurch das Gestänge im äussersten Fall festklemmen. Hier erfährt das Drehmoment einen charakteristischen Verlauf, der eine Interpretation des Spannungszustandes des Gebirges zulässt. Die Messung der Kennwerte Andrück und Drehmoment ist deshalb für die Beurteilung des Zusammenhangs zwischen Energieverbrauch und gebirgsschlaggeßährlichen Spannungen erforderlich. Der Andruck gibt Aufschluss darüber, inwieweit die Energie noch zum Loslösen der Kohle verbraucht wird. Bei ziehendem Gestänge wird die Energie fast nur noch für das Abfördern der spontan hereingebrochenen Kohle verbraucht und ein grosser Verbrauch oder eine grosse Umdrehungszahl zeigen dann an, dass viel Kohle her-

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eingebrochen ist und die Gebirgsspannungen entsprechend hoch sind. Das Drehmoment gibt zu erkennen, ob ein Festklemmen droht und lässt dadurch Rückschlüsse auf die Gebirgsspannungen im bereits durchbohrten Teil des Bohrloches'zu.

Damit können Testbohrergebnisse erreicht werden, die für rechtzeitige Sicherheitsvorkehrungen und für wirtschaftliche Massnahmen von grosser Tragweite sind. Durch zwei voneinander unabhängige Messvorgänge ist die Sicherheit weiter erhöht, wobei verschieden geartete, aber miteinander in Beziehung stehende Messgrössen erfasst und zur Beurteilung herangezogen werden.

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1	Kohlenstoss
2	Bohrloch
3	Bohrlochtxefsten
5	Bohrmaschxne
6	Bohrstange
7	Bohrschneide
8	Bohrung
9	Messwelle
10	Kraftmesser

Claims

BERGWERKSVERBAND GMBH VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG 4300 Essen 13 (Kray) Franz-Fischer-Weg 61 Telefon (0201) 105-1 A8/22/83 Verfahren zur Beurteilung gebirgsschlaggefährlicher Spannungen und Messvorrichtung Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beurteilung gebirgsschlaggefährlicher Spannungen, insbesondere im untertägigen Steinkohlenbergbau, durch Einbringen von Bohrungen und Feststellung, Registrierung und Vergleichen der dabei anfallenden Kenngrössen für die aufgewendete Energie undoder die Umdrehung des Bohrwerkzeuges sowie ggfs. der anfallenden Bohrmehlmenge, dadurch gekennzeichnet, dass neben der aufgewendeten Energie j und/oder der Drehzahl des Bohrwerkzeuges auch der Andruck und j nötigenfalls das Drehmoment gemessen werden. . · j

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Kenngrössen Drehzahl, Energie, Drehmoment und Andruck parallel auch die je Meter Bohrfortschritt anfallende Bohrmehlmenge ermittelt wird.

3. Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrmaschine

(5) eine Messwelle (9) und ein Kraftmesser (10) zugeordnet sind.

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4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwelle (9) zwischen Bohrstange (6) und Bohrmaschine (5) angeordnet ist.

5. Messvorrichtung nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmesser (10) an dem in der Bohrmaschine (5) geführten Ende der Bohrstange (6) oder in der die Bohrstange aufnehmenden Bohrung (8) in der Bohrmaschine (5) angeordnet ist.

6. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertaufnehmer (9, 10) für Drehmoment und Andruck mit denen für die Drehzahl und/oder den Energiebedarf kombi-' niert ausgebildet sind.

7. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmesser (10) und/oder die Messwelle (9) in der Bohrmaschine (5) angeordnet sind.