DE3443289C1

DE3443289C1 - Method for reducing the ignition of mine gas when working a partially cut tunnel boring machine

Info

Publication number: DE3443289C1
Application number: DE19843443289
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wilhelm Paurat; Roland Dipl.-Ing. 4230 Wesel Paurat
Original assignee: Individual
Current assignee: Howden Paurat GmbH
Priority date: 1984-11-28
Filing date: 1984-11-28
Publication date: 1993-02-11
Anticipated expiration: 2004-11-29
Also published as: GB8528214D0; GB2167789B; FR2573809A1; GB2167789A; FR2573809B1

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Verminderung der Zündung von Grubengas beim Arbeiten einer Teilschnitt-Streckenvortriebsmaschine, die einen aufundnieder sowie um eine vertikale Achse schwenkbaren Schneidarm und zumindest einen rotierenden Schneidkopf aufweist, der mit zumindest 30 Schneidmeißeln besetzt ist, die sich am größten Umfang mit einer Schnittgeschwindigkeit von 2 bis 3 m/sek bewegen und in der Ortsbrust beim Hereingewinnen des Gesteins Schneidrillen erzeugen, weichen einzelnen Schneidmeißeln Bedüsungsmittelzuführungskanäle und Bedüsungsmittelaustrittsdüsen zugeordnet sind, wobei als Bedüsungsmittel Druckluft und Wasser verwendet werden und in die einzelnen Schneidrillen ein Luft/Wasser-Gemisch als Gemischstrahl eingeführt wird. — Derartige Schneidköpfe besitzen im allgemeinen einen größten Durchmesser von etwa 450 bis 900 mm bei einer axialen, von Schneidmeißeln besetzten Länge von 500 bis 1000 mm. Im allgemeinen sind die Schneidmeißel längs einer Schraubenlinie auf einem entsprechenden Steg angeordnet. Der Schneidkopf kann gleichsam als Pilzkopf und koaxial zur Achse des Schneidarms auf diesem aufgesetzt sein oder mit zur Achse des Schneidarms orthogonaler Achse am Ende des Schneidarms beidseits vorkragen. Der Gemischstrahl kann während des gesamten Umlaufweges der Schneidmeißel aus den Bedüsungsmittelaustrittsdüsen austreten oder lediglich dann zugeführt werden, wenn die Schneidmeißel abtragend im Gestein der örtsbrust arbeiten.The invention relates generically to a method for reducing the ignition of mine gas when working a part-cut drifting machine, one up and one down as well as one vertical axis pivotable cutting arm and at least one rotating cutting head, which with at least 30 cutting chisels are occupied, which are at the greatest circumference with a cutting speed of 2 Move up to 3 m / sec and create cutting grooves in the face when winning the rock, give way assigned to individual cutting chisels spraying agent supply channels and spraying agent outlet nozzles are, with compressed air and water being used as spraying agents and in the individual cutting grooves an air / water mixture is introduced as a mixed jet. - Such cutting heads generally have a largest diameter of about 450 to 900 mm with an axial, occupied by cutting bits Length from 500 to 1000 mm. Generally, the cutting bits are on a helix corresponding web arranged. The cutting head can be used as a mushroom head and coaxial to the axis of the Cutting arm be placed on this or with an axis orthogonal to the axis of the cutting arm at the end of the cutting arm protrude on both sides. The mixed jet can during the entire circulation path of the Cutting chisels emerge from the spraying agent outlet nozzles or are only fed in when The cutting chisels work in the rock of the local face.

Im Rahmen der bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen (EP-A 00 10 534, Einleitung) wird eine Kühlung der Meißel und der Oberfläche der Schneidrillen angestrebt und dazu primär mit Wasser als Kühlmittel gearbeitet. Die Luft dient der Zerstäubung des Wassers. Mit ausreichender Sicherheit kann so die Zündung von Grubengas beim Arbeiten der beschriebenen Teilschnittmaschinen nicht vermieden werden, und zwar insbesondere dann nicht, wenn das Grubengas aus sogenannten Bläsern austritt, was in grubengasführenden geologischen Schichten häufig der Fall ist. Besondere Parameter, die mit ausreichender Sicherheit eine solche Zündung verhindern, sind im Rahmen der bekannten Maßnahmen nicht vorgeschlagen worden. Tatsächlich ist die Zündung von Grubengas beim Arbeiten einer Teilschnittmaschine des beschriebenen Aufbaus ein sehr komplexes Phänomen, welches oft und ausführlich, jedoch ergebnislos, in bezug auf die sichere Verhinderung der Zündung von Grubengas im praktischen Einsatz einer solchen Maschine, untersucht worden ist (vgl. »Glückauf-Forschungshefte«, 1980, S. 17 bis 21). Es versteht sich von selbst, daß eine Zündung nur erfolgt, wenn ein zündfähiges Gemisch vorliegt, und daß in das zündfähige Gemisch eine zumindest der Zündenergie entsprechende Energie eingetragen werden muß, die für die Zündung ausreicht. Die Zündfähigkeit des Gemisches hängt jedoch im übrigen von den thermodynamischen Parametern, wie Druck und Temperatur, in derje-As part of the known generic measures (EP-A 00 10 534, introduction), cooling is used aimed at the chisel and the surface of the cutting grooves and primarily worked with water as a coolant. The air is used to atomize the water. The ignition of mine gas can be done with sufficient certainty not be avoided when working with the roadheaders described, in particular then not if the mine gas escapes from so-called blowers, which in mine gas-bearing geological Layers is often the case. Special parameters with sufficient certainty such an ignition prevent have not been proposed within the framework of the known measures. Indeed it is Ignition of mine gas when working a roadheading machine of the structure described a very complex phenomenon, which is often and detailed, but inconclusive, with regard to safe prevention the ignition of mine gas in the practical use of such a machine has been investigated (cf. "Glückauf-Forschungshefte", 1980, pp. 17 to 21). It goes without saying that ignition only takes place if an ignitable mixture is present, and that in the ignitable mixture at least one of the ignition energy corresponding energy must be entered, which is sufficient for ignition. The ignitability of the mixture however, depends on the thermodynamic parameters, such as pressure and temperature, in each

nigen Zusammenwirkung dieser Parameter ab, die durch die entsprechenden, die Zündung beherrschenden thermodynamischen Potentiale vorgegeben ist. Außerdem gehen die geometrischen und thermodynamischen Randbedingungen und die aerodynamischen Verhältnisse ein, die in der Umgebung des zündfähigen Gemisches herrschen bzw. das aerodynamische Verhalten des zündfähigen Gemisches bestimmen. Hinzu kommen die Oberfläche der glühenden Partikel, die beim Arbeiten' einer gattungsgemäßen Teilschnittmaschine frei werden, und deren Flugbahn. Es ist daher verständlich, daß eine Lehre zum technischen Handeln, die bei den gattungsgemäßen Verfahren mit ausreichender Sicherheit eine Zündung von Grubengas verhindert, bisher nicht en twickelt worden ist.nigen interaction of these parameters from the corresponding, the ignition dominating thermodynamic potentials is given. Also go the geometric and thermodynamic Boundary conditions and the aerodynamic conditions in the vicinity of the ignitable mixture prevail or determine the aerodynamic behavior of the ignitable mixture. Then there are the Surface of the glowing particles that are exposed when working with a generic roadheading machine, and their trajectory. It is therefore understandable that a doctrine of technical action that applies to the generic Procedures with sufficient safety have not prevented the ignition of mine gas so far has been developed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie das gattungsgemäße Verfahren zu führen ist, damit unter allen Betriebsbedingungen der Teilschnittmaschine des beschriebenen Aufbaus mit ausreichender Sicherheit die Zündung von Grubengas verhindert wird.The invention is based on the object of specifying how the generic method is to be carried out, thus under all operating conditions of the roadheading machine of the structure described with sufficient Security prevents the ignition of mine gas.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß pro Schneidmeißel und pro Minute 0,25 m³ bis 1,0 m³ Luft und 0,2 bis 0,51 Wasser als Gemischstrahl in die zugeordnete Schneidrille eingeführt werden, und zwar mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die um etwa einen Faktor zehn größer ist als die angegebene Schnittgeschwindigkeit, und daß der Gemischstrahl mit einem Strahlwinkel von 40 bis 70° gegen einen Radius zum Umlaufkreis des einzelnen Schneidmeißels vom Befestigungsfuß der einzelnen Schneidmeißel aus in den Winkel zwischen Schneidmeißelspitze und Schneidrille eingeführt wird. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden pro Schneidmeißel und pro Minute etwa 0,4 m³ Luft und etwa 0,31 Wasser zugeführt.To solve this problem, the invention teaches that per cutting chisel and per minute 0.25 m ³ to 1.0 m ^{3 of} air and 0.2 to 0.51 of water are introduced as a mixed jet into the associated cutting groove, at a flow rate which is about a factor of ten greater than the specified cutting speed, and that the mixed jet is introduced with a jet angle of 40 to 70 ° against a radius to the orbit of the individual cutting chisels from the fastening foot of the individual cutting chisels into the angle between the cutting chisel tip and the cutting groove. According to a preferred embodiment of the invention, about 0.4 m ^{3 of} air and about 0.31 of water are supplied per cutting chisel and per minute.

Der Gemischstrahl wird nach bevorzugter Ausführungsform mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 25 bis 35 m/sek, vorzugsweise von etwa 30 m/sek, in die jeweils zugeordnete Schneidrille eingeführt, und zwar vorzugsweise mit einem Strahlwinkel von etwa 50° gegen einen Radius zum Umlaufkreis. — Strömungsgeschwindigkeit des Gemischstrahls meint die Strömungsgeschwindigkeit der Luft des Gemischstrahls beim Austreten aus den Bedüsungsmittelaustrittsdüsen. Im allgemeinen hat in diesem Bereich das mitgeführte, tropfenförmige Wasser die gleiche Geschwindigkeit, doch können sich einzelne Tropfen auch langsamer bewegen. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird sichergestellt, daß mit Wassertropfen im Gemischstrahl gearbeitet wird, deren Masse groß genug ist, um unabhängig von der Ausbreitung des Luftanteils des Gemischstrahls vor der Schneidrille durch Trägheitskräfte auf die Oberfläche der Schneidrille zu gelangen.According to a preferred embodiment, the mixed jet is at a flow velocity of 25 up to 35 m / sec, preferably from about 30 m / sec, introduced into the respective associated cutting groove, namely preferably with a jet angle of about 50 ° against a radius to the orbit. - flow velocity of the mixture jet means the flow velocity of the air of the mixture jet when it exits from the spraying agent outlet nozzles. In general, in this area has the entrained, teardrop-shaped Water has the same speed, but individual drops can also move more slowly. According to a preferred embodiment of the invention it is ensured that with water droplets in the mixed jet is worked, the mass of which is large enough to be independent of the spread of the air portion of the mixture jet to get in front of the cutting groove by inertial forces on the surface of the cutting groove.

Die beschriebenen Verfahrensmaßnahmen lassen sich sehr einfach verwirklichen, aufrechterhalten und steuern, wenn der Gemischstrahl mit einem Durchmesser von etwa 5 mm aus der Bedüsungsmittelaustrittsdüse herausgeführt wird. Dann kann die Luft des Gemischstrahls aus einer Druckluftleitung entnommen werden, die gegenüber der Atmosphäre einen Überdruck von 1 bis 2 bar aufweist.The procedural measures described can be implemented, maintained and very easily control when the mixture jet with a diameter of about 5 mm from the nozzle is led out. Then the air of the mixture jet can be taken from a compressed air line, which has an overpressure of 1 to 2 bar compared to the atmosphere.

Im Rahmen der Erfindung können die Druckluft einerseits und das Wasser andererseits über getrennte Bedüsungsmittelaustrittsdüsen austreten und danach zum Gemischstrahl vereinigt werden. Die Vereinigung kann aber auch bereits in den Bedüsungsmittelzuführungskanälen erfolgen. In diesem Zusammenhang ist eine bewährte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft und das Wasser zumindest im Bereich der Bedüsungsmittelaustrittsdüsen gemeinsam in den Bedüsungsmittelzuführungskanal geführt werden und das Wasser an Abreißkanten im Bedüsungsmittelzuführungskanal, vor der Bedüsungsmitteiaustrittsöffnung, in Tropfen zerlegt wird. Dem Wasser kann ein Benetzungsmittel beigegeben werden, die Luft kann mit einem Inertgas, z. B. Stickstoff, durchmischt werden.In the context of the invention, the compressed air can on the one hand and the water on the other hand emerge via separate spraying agent outlet nozzles and thereafter are combined to form a mixed jet. The union can, however, also already take place in the spraying agent supply channels take place. In this context, a proven embodiment of the invention is thereby characterized in that the compressed air and the water at least in the area of the spraying agent outlet nozzles out together in the spraying agent supply channel and the water at tear-off edges in the spraying agent supply channel, in front of the spraying agent outlet opening, is broken down into drops. A wetting agent, air, can be added to the water can with an inert gas, e.g. B. nitrogen, are mixed.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei Verwirklichung der Lehre der Erfindung bei einer Teilschnitt-Streckenvortriebsmaschine des beschriebenen Aufbaus mit ausreichender Sicherheit eine Zündung von Grubengas verhindert wird. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß zur Verhinderung dieser Zündung separate Maßnahmen erforderlich sind, die jedoch in funktioneller Verschmelzung zusammenwirken, nämlich einerseits Zuführung einer ausreichend großen Luftmenge in den Raum hinein, in dem sich die zündfähige Mischung aus Luft und Grubengas befinden könnte, andererseits Zuführung dieser Luftmenge mit einer ausreichend großen kinetischen Energie, die von der Schnittgeschwindigkeit der Schneidmeißel abhängt und etwa das zehnfache der Schnittgeschwindigkeit ausmacht. In Ergänzung dazu ist es erforderlich, eine ausreichend große, aber nicht zu große Wassermenge mit dem Luftstrahl zu vermischen. Ausreichend groß muß die Wassermenge sein, um die Oberfläche der Schneidrille ausreichend zu kühlen. Zu groß darf die Wassermenge deshalb nicht sein, weil sie sonst die Wirkung der strömenden Luft beeinträchtigt. Die Tropfen sollen nicht zu klein sein, damit sie in der angegebenen Weise durch Trägheitskräfte auch auf die Oberfläche der Schneidrille gelangen, was sich unschwer einrichten läßt und sichergestellt ist, wenn neben der Tropfengröße der Gemischstrahl mit dem angegebenen Strahlwinkel in den Winkel zwischen Schneidmeißelspitze und Schneidrille eingeführt wird. Dieser Winkel ist jedoch zugleich für den Einfluß der zugeführten Luft auf die Verhinderung der Zündung des Grubengases von Bedeutung.The advantages achieved are to be seen in the fact that when the teaching of the invention is implemented in a partial-cut road tunneling machine of the structure described, an ignition of mine gas is prevented with sufficient certainty. The invention goes thereby based on the knowledge that separate measures are required to prevent this ignition, which however cooperate in a functional fusion, namely on the one hand supply of a sufficiently large Amount of air into the room in which the ignitable mixture of air and mine gas could be located, on the other hand, supply of this amount of air with a sufficiently large kinetic energy that of the Cutting speed depends on the cutting chisel and is about ten times the cutting speed. In addition to this, it is necessary to use a sufficiently large, but not too large, amount of water to mix with the air jet. The amount of water must be large enough to cover the surface of the cutting groove to cool sufficiently. The amount of water must not be too large because it would otherwise reduce the effect of the flowing air. The drops shouldn't be too small for them to work in the specified way get through inertial forces on the surface of the cutting groove, which is easy to set up and it is ensured that, in addition to the droplet size, the mixed jet with the specified jet angle in the angle between the cutting chisel tip and the cutting groove is introduced. However, this angle is at the same time for the influence of the supplied air on the prevention of the ignition of the mine gas.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung In the following the invention is illustrated by means of a drawing which shows only one exemplary embodiment explained in more detail. It show in a schematic representation

F i g. 1 die Seitenansicht eines in einen Meißelhalter eingesetzten Schneidmeißels bei einer Teilschnittmaschine des beschriebenen Aufbaus,F i g. 1 shows the side view of a cutting chisel inserted in a chisel holder in a partial hacking machine the structure described,

F i g. 2 in gegenüber der F i g. 1 vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach F i g. 1 im Schnitt.F i g. 2 in opposite to FIG. 1, on an enlarged scale, the section A from the object according to FIG. 1 on average.

In den Figuren erkennt man von einer Teilschnitt-Streckenvortriebsmaschine, die einen aufundnieder sowie um eine vertikale Achse schwenkbaren Schneidarm aufweist, ein Teilstück des Scheidkopfes 1, daran befestigt einen sogenannten Meißelhalter 2 und im Meißelhalter 2 einen Schneidmeißel 3. Dem Schneidmeißel 3 ist ein Bedüsungsmittelzuführungskanal 4 zugeordnet, der in einer Bedüsungsmittelaustrittsdüse 5 endet. Als Bedüsungsmittel werden Druckluft und Wasser eingesetzt, ein Gemischstrahl 6 tritt wie angedeutet aus der Bedüsungsmittelaustrittsdüse 5 aus und in den Winkel zwischen Schneidmeißelspitze 7 und Schneidrille 8 ein. In der F i g. 1 ist diese Schneidrille 8 ebenso wie die Rotationsrichtung angedeutet worden. Pro Schneidmeißel 3 und pro Minute werden etwa 0,25 m³ bis 1,0 m³ Luft und 0,2 bis 0,5 1 Wasser zugeführt. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Gemischstrahl 6 mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die um etwa einen Faktor zehn größer ist als die Schnittgeschwindigkeit, aus der Bedü-The figures show a section of the cutting head 1, attached to a so-called chisel holder 2 and a cutting chisel 3 in the chisel holder 2, of a partial cut road tunneling machine, which has a cutting arm that can be swiveled up and down and about a vertical axis assigned, which ends in a spraying agent outlet nozzle 5. Compressed air and water are used as the spraying agent; a mixed jet 6 emerges from the spraying agent outlet nozzle 5, as indicated, and enters the angle between the cutting chisel tip 7 and the cutting groove 8. In FIG. 1, this cutting groove 8 as well as the direction of rotation has been indicated. ^{About 0.25 m 3} to 1.0 m ^{3 of} air and 0.2 to 0.5 1 of water are fed in per cutting chisel 3 and per minute. The arrangement is made so that the mixture jet 6 with a flow speed that is about a factor of ten greater than the cutting speed, from the pressure

sungsmittelaustrittsdüse 5 austritt. Der Strahlwinkel a liegt im Bereich zwischen 40 und 70°, im Ausführungsbeispiel ziemlich genau bei 50°, gemessen gegen den Radius r zum Umlaufkreis des einzelnen Schneidmeißels 3.solvent outlet nozzle 5 exits. The beam angle a is in the range between 40 and 70 °, in the exemplary embodiment almost exactly 50 °, measured against the radius r to the orbit of the individual cutting chisel 3.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden die Druckluft und das Wasser zumindest im Bereich der Bedüsungsmittelaustrittsdüse 5 gemeinsam in dem Bedüsungsmittelzuführungskanal 4 geführt. In der F i g. 2 erkennt man eine Abreißkante 9. Dadurch wird erreicht, daß das Wasser im Bedüsungsmittelzuführungskanal 4, unmittelbar vor der Bedüsungsmittelaustrittsöffnung 10, in Tropfen zerlegt wird, die nicht zu groß sind. Im Ergebnis wird mit Wassertropfen im Gemischstrahl 6 gearbeitet, deren Masse groß genug ist, um, unabhängig von der Ausbrei- tung des Luftanteils des Gemischstrahls 6 vor der Schneidrille 8 durch Trägheitskräfte auf die Oberfläche der Schneidrille 8 zu gelangen.In the exemplary embodiment and according to a preferred embodiment of the invention, the compressed air and the water at least in the area of the spraying agent outlet nozzle 5 together in the spraying agent supply channel 4 led. In FIG. 2 you can see a tear-off edge 9. This ensures that the water in the spraying agent supply channel 4, immediately in front of the spraying agent outlet opening 10, broken down into droplets that are not too big. As a result, work is carried out with water droplets in the mixed jet 6, whose Mass is large enough to, regardless of the propagation of the air portion of the mixture jet 6 before the Cutting groove 8 to reach the surface of the cutting groove 8 by inertial forces.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Patent claims:

1. A method for reducing the ignition of mine gas when working a partial-cut line tunneling machine, which has a cutting arm that can be swiveled up and down and about a vertical axis and at least one rotating cutting head, which is equipped with at least 30 cutting bits, which are at the greatest circumference with a cutting speed of Move 2 to 3 m / sec and create cutting grooves in the face when gaining the rock, which individual cutting chisels are assigned spraying agent supply channels and spraying agent outlet nozzles, with compressed air and water being used as spraying means and an air / water mixture being introduced into the individual cutting grooves as a mixed jet , characterized in that per cutting chisel and per minute 0.25 m ³ to 1.0 m ^{3 of} air and 0.2 to 0.51 of water are introduced as a mixed jet into the associated cutting groove, at a flow rate of about one A factor of ten is greater a Is the specified cutting speed, and that the mixed jet is introduced with a jet angle of 40 to 70 ° against a radius to the orbit of the individual cutting chisel from the fastening foot of the individual cutting chisels into the angle between the cutting chisel tip and the cutting groove.

2. The method according to claim 1, characterized in that about 0.4 m ^{3 of} air and about 0.31 of water are supplied per cutting chisel and per minute.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the mixed jet with a flow velocity of 25 to 35 m / sec, preferably of about 30 m / sec, into the cutting groove is introduced.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the mixed jet with introduced into the cutting groove at a jet angle of about 50 ° against a radius to the circumferential circle will.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that with water droplets in the Mixed jet is worked, the mass of which is large enough to, regardless of the spread of the Air portion of the mixture jet in front of the cutting groove, due to inertial forces on the surface of the To get cutting groove.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the mixed jet with a diameter of about 5 mm is led out of the spraying agent outlet nozzle.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the mixed jet from is taken from a compressed air line which has an overpressure of 1 to 2 bar.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the compressed air and the Water at least in the area of the spraying agent outlet nozzles together in the spraying agent supply channel and the water at tear-off edges in the spraying agent supply channel, in front of the spraying agent outlet opening, is broken down into drops.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the water is a wetting agent is added.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the air is an inert gas is added.