DE3525595A1

DE3525595A1 - Abteufmaschine zum abteufen von schaechten, insbesondere von blind- und gefrierschaechten

Info

Publication number: DE3525595A1
Application number: DE19853525595
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 4300 Essen Block; Rolf Dipl.-Ing. 4200 Oberhausen Stoltz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1985-07-18
Publication date: 1986-07-03
Also published as: GB2168736B; DE8520715U1; DE3525595C2; GB8531363D0; GB2168736A

Description

Andreiewsld, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abteufmaschine, zum Abteufen von Schächten, insbesondere von Blind- und Gefrierschächten, aus dem Vollen.

Das Teufen von Schächten und insbesondere Gefrierschächten, beispielsweise im Steinkohlebergbau, erfolgt in der Regel mit Bohr-, Spreng- und Greiferarbeit. Es wurden zwar einige Mechanisierungsversuche unternommen, um die genannten Schächte vollmechanisch abteufen zu können, jedoch waren diese Ansätze wenig erfolgreich.

Neben der herkömmlichen Verfahrenstechnik zum Herstellen von Schächten und insbesondere Blindschächten kommt noch das Schachtbohren und das Raise-Bohren in Frage. Beide Verfahren sind jedoch davon abhängig, daß der herzustellende Blindschacht am Grubenende angeschlossen ist. Beim Herstellen von Blindschächten durch einen Vollschnitt auf ein Vorbohrloch mit einem wesentlich kleineren Durchmesser als der des zu erstellenden Schachtes ist es notwendig, daß der herzustellenden Blindschacht von einer Strecke unterfahren ist. Wenn derartige Verhältnisse nicht gegeben sind, läßt sich dieses Verfahren nicht ausführen.

Beim Raise-Bohren besteht eine allgemeine Problematik darin, daß es regelmäßig nur in ungestörtem Gewirge anwendbar ist, da alle Erweiterung von einem Vorbohrloch auf die lichte Weite des zu erstellenden Schachtdurchmessers von unten nach oben durchgeführt werden müssen, so daß der dabei freigeschnittene Schacht im wesentlichen bis zum Einbringen der sich wandseitig abstützenden Auskleidung ohne Abstützung verbleiben muß. Ein dazu notwendiges ungestörtes Gebirge ist im europäischen Steinkohlebergbau mit vielfach unter- und überbauten Flözen selten anzutreffen.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Abteuf maschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche ein vollmechanisches Abteufen, insbesondere von Blind- und Gefrierschächten, derart ermöglicht, daß in Anpassung an jeden zu teufenden Schachtdurchmesser ein optimal großer freier Querschnitt zum Abtransport des beim Abteufen anfallenden Materials durch die Maschine hindurch sichergestellt ist, damit eine solche Maschine für Abteuf arbeiten aus dem Vollen genauso effizient eingesetzt werden kann wie für ein Abteufen, bei dem der Materialabtransport durch ein Vorbohrloch erfolgt.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung sind bei einer Abteufmaschine der gattungsgemäßen Art in den Patentansprüchen, insbesondere im Patentanspruch 1, im einzelnen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße, in Abteuf richtung etwa achsengleich untereinander liegende Anordnung der drei kreisringförmigen Rahmen schafft in Verbindung mit der Schwenk- und Drehbarkeit des Schrämauslegers eine Abteuf maschine, welche beim Abteufen gleichsam konzentrisch zum auszubildenden Schachtquerschnitt angeordnet und in Abteufrichtung vorgetrieben werden kann. Sämtliche für die Verlagerung und den Abbau notwendigen Aggregate sind in optimal kompakter Weise im Umfangsbereich der genannten Rahmen untergebracht, so daß bei der Erfindung ein relativ großer zentraler Anteil des Schachtquerschnittes freibleibt und zur Förderung der Berge, zum Messen der Abteuf richtung usw. genutzt werden kann. Die bei der erfindungsgemäßen Abteufmaschine erzielte hohe Zentrumsfreiheit erlaubt den Einsatz von unterschiedlichen Fördermitteln zum Abtransport der Berge. Es kommt eine Kübelförderung in Verbindung mit einem Ladegerät in Frage, ferner eine vertikale Bandförderung, ein Trogförderer, aber auch eine pneumatische oder hydraulische Förderung.

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Eine vorteilhafte konstruktive Realisierung der erfindungsgemäßen Abteuf maschine ist dann gegeben, wenn der Abstützrahmen, der Tragrahmen und der Drehrahmen aus mehreren Kreisringsegmenten zusammensetzbar ausgebildet sind. Dadurch können durch geeignete Segmentwahl in bestimmten Grenzen Anpassungen der Abteufmaschine an den vorzusehenden Schachtdurchmesser vorgenommen werden. Eine weitere Anpassungsmöglichkeit kann bei der erfindungsgemäßen Abteufmaschine dadurch vorgesehen werden, daß die Spannelemente für den Abstütz- und den Tragrahmen in unterschiedlichen Größen auswechselbar vorgesehen werden, so daß die Abteufmaschine praktisch in alle gängigen Schachtdurchmesser eingespannt werden kann. Ein weiterer Vorteil der genannten Zerlegbarkeit der betreffenden Rahmen der erfindungsgemäßen Abteuf maschine besteht darin, daß dieses in zerlegtem Zustand an ihrem Einsatzort transportiert und dort montiert werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Abteufmaschine gestattet die hohe Zentrumsfreiheit, daß dann, wenn beim Teufen nicht schrämbares Gestein, wie Sandstein oder Störungszonen auftauchen, der Schrämkopf zügig aus dem Sohlenbereich fortgefahren und diese Störzonen ohne große Unterbrechung anschließend, beispielsweise von Hand, durchteuft werden können. Andererseits ist die erfindungsgemäße Abteuf maschine so konzipiert, daß sie auch harte Felsschichten zu schrämen imstande ist, so daß beim Einsatz dieser Maschine in der Regel auf Sprengungen verzichtet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abteufmaschine wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht der Maschine nach den Merkmalen der Erfindung, die in eine Schachtauskleidung eingespannt ist und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Maschine in Abteuf richtung.

Ein durch seine Schachtwand 15 in den Figuren schematisch dargestellter Schacht besitzt einen Durchmesser von etwa 5,5 m, in dessen Innenumfang eine Abteuf maschine, bestehend aus einem kreisringförmigen Abstützrahmen 1, einem in Vorteufrichtung darunterliegenden Tragrahmen 2, einem unterhalb des Tragrahmens 2 vorgesehen Drehrahmen 4 sowie einem an diesem gelagerten Schrämausleger 6, der einen Schrämkopf 7 trägt, eingespannt ist.

Der Abstützrahmen 1 besitzt eine in Fig. 2 sichtbare Kreisringform und weist an seinem Außenumfang vier jeweils in 90°-Winkelabständen über den Umfang verteilt vorgesehen Durchmesser-Spannelemente 11a auf, welche den Abstützrahmen 1 am Innenumfang der Schachtwand 15 festspannen. Der Tragrahmen 2 ist über weitere Durchmesser-Spannelemente 11b an der Schachtwand 15 abgespreizt, wobei auch diese Elemente in 90°-Winkelabständen über den Umfang des Tragrahmens 2 verteilt vorgesehen sind. Je nach der Bodenbelastbarkeit können die Spannkräfte zum Festhalten der Maschine auch auf mehr als vier über den Umfang der Rahmen 1 bzw. 2 verteilt angeordnete Durchmesser-Spannelemente aufgeteilt werden. Ferner können die Umfangssegmentabschnitt der Spannelemente 11a, 11b, die an den gegenüberliegenden Schachtwandabschnitten anliegen, mit einer entsprechend der Bodenbelastbarkeit erforderlichen größeren oder geringeren Fläche ausgestaltet werden. In Fig. 2 sind bei einem an der rechten Schachtwand anliegenden Spannelement 11a, b zwei Spannzylinder sichtbar, welche eine Radialausrichtung der jeweiligen

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Rahmen 1 bzw. 2 innerhalb der Schachtwand steuern, je nachdem, wie weit diese Zylinder im Verhältnis zu den über den Durchmesser gegenüberliegenden Spannzylindern ausgefahren werden. Durch unterschiedliches Ausfahren dieser Spannzylinder kann somit die Maschine der gewünschten Abteufrichtung in gewissen Grenzen nachgeführt werden und somit eine indirekte Steuerung erfolgen. Die genaue Abteufposition läßt sich mittels eines sehr einfachen direkten Meß-""*■ Verfahrens unter Zuhilf nähme eines Lots ermitteln. Zur Betätigung

der Spannzylinder sowie auch noch weiterer Elemente dient ein Hydraulikaggregat 13, das auf dem Abstützrahmen 1 befestigt ist und für den Antrieb aller nicht drehbaren Teile dient, wie nachstehend im einzelnen beschrieben.

Der Tragrahmen 2 steht über Führungs- und Antriebsmittel la, 2a; Ib, 2b, 3 mit dem Abstützrahmen 1 in Verbindung. Dabei sind die Führungsmittel zwischen dem Abstützrahmen 1 und dem Tragrahmen 2 als Rohr/Hülsenelemente ausgebildet und umfassen im einzelnen jeweils ein am Tragrahmen 2 befestigtes Rohrstück 2a und ein dieses Rohrstück längsverschiebbar umgreifendes, am Abstützrahmen 1 befestigtes Hülsenstück la. Diese Rohr/Hülsenelemente sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, über den Umfang der Rahmen 1 bzs. 2 verteilt angeordnet und besitzen einen quadratischen Querschnitt. Die Rohr/ Hülsenelemente führen den Abstützrahmen 1 und den Tragrahmen 2 zueinander fluchtend, wenn sie aufeinander zu bzw. voneinander weg in Abteufrichtung verlagert werden. Die für eine derartige Verj: lagerung dienenden Antriebsmittel umfassen ebenfalls in Umfangs-

richtung auf Winkelabstände verteilt vorgesehene, zwischen den beiden Rahmen 1 und 2 angelenkte Hubzylinder 3. In Fig. 1 ist neben der rechten Schachtwand ein solcher Hubzylinder 3 dargestellt, der über geeignete Anlenkungen Ib, 2b an den entsprechenden Rahmen 1 bzs. 2 angebracht ist. Zur Betätigung dieser Hubzylinder 3 dient

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ebenfalls das oben erwähnte Hydraulikaggregat 13. Damit bei jeder über die Hubzylinder 3 erreichbaren Hublänge auch eine zuverlässige gegenseitige Führung der Rahmen 1 und 2 stattfindet, müssen die Rohrstücke 2a, die in den Hülsenstücken la gleiten, eine Länge über den Abstützrahmen 1 hinaus besitzen, die zumindest der Länge des Arbeitshubs der Zylinder 3 entspricht.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Drehrahmen 4 über eine horizontal und vertikal abstützende Tragrollenlagerung 5 am Tragrahmen 2 drehbar geführt ist. Die Tragrollenlagerung 5 befindet sich im wesentlichen entlang der Innenumfangsfläche des Tragrahmens 2, und ein in Abteufrichtung unterhalb des Tragrahmens 2 abstehender Abschnitt des Drehrahmens 4 erstreckt sich radial nach außen zur Schachtwand 15 hin und endet in etwa bündig mit dem Außenbegrenzungsumfang der Rahmen 1 und 2. Am Innenumfang des Tragrahmens 2 ist ein Triebstockkranz 2c angebracht, dessen wirksame Zylinderebene in Fig. 2 strichpunktiert abgebildet ist. In diesen Triebstockkranz greifen Triebstockritzel 2d eines am Drehrahmen 4 angebrachten Antriebs 8 ein, wobei dieser Antrieb, wie aus Fig. 2 ersichtlich, aus drei in Umfangsrichtung auf Abstände verteilten Drehgetrieben gebildet wird. Am Tragrahmen 2 ist ein weiteres Hydraulikaggregat 9 vorgesehen, welches unter anderem zur Betätigung dieser Drehgetriebe des Antriebs 8 dient. Infolge der horizontal und vertikal abstützenden Wirkung der Tragrollenlagerung 5 läßt sich der Drehrahmen 4 über seinen Antrieb 8 allein in Umfangsrichtung relativ zu den an der Schachtwand 15 festgespannten Rahmen 1 und 2 drehen, wobei die Tragrollenlagerung 5 entsprechend stabil ausgeführt ist, um selbst hohen Belastungen des Drehrahmens 4 widerstehen zu können.

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An dem in Fig. 1 unteren Abschnitt des Drehrahmens 4 ist ein Schrämausleger 6 über eine Rollendrehverbindung 14 schwenkbar gelagert. Dieser Schrämausleger 6 ragt gemäß der Darstellung in Fig. 1 von der Rollendrehverbindung 14 in das Zentrum des Schachtquerschnitts hinein und trägt an seinem Auslegerendabschnitt 6a, 6b einen in Abteufrichtung vorstehenden Schrämkopf 7. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß zwischen dem Drehrahmen 4 und einem Seitenbereich des Schrämauslegers 6 ein Schwenkzylinder 10 angeordnet ist, welcher den Schrämausleger in der in Fig. 2 angedeuteten Weise aus dem Schachtzentrum herausschwenken kann, bis der Schrämkopf 7 ein gewisses Stück über den vorzusehenden Schachtdurchmesser hinaus verschwenkt ist. In Verbindung mit der Drehung des Schrämkopfauslegers 6 durch den Drehrahmen 4 läßt sich im Zusammenwirken mit dem Schwenkzylinder 10 vom Schrämkopf 7 jede Stelle, zumindest innerhalb des Schachtquerschnitts, erreichen. Der Schwenkzylinder 10 wird ebenfalls über das genannte Hydraulikaggregat 9 betätigt.

Der Auslegerarm 6a des Schrämauslegers 6 ist an seinem dem Schrämkopf 7 benachbarten Endabschnitt 6b, wie aus Fig. 1 ersichtlich, etwa rechtwinklig angeknickt ausgebildet, und am stirnseitigen Ende dieses abgeknickten Auslegerendabschnittes 6b ist der Schrämkopf 7 drehbar und gegebenenfalls in Längsrichtung verschiebbar angeordnet. Außerdem kann der Auslegerarm 6a um seine radial bezüglich des Drehrahmens 4 verlaufende Auslegerachse a schwenkbar ausgeführt sein, wobei diese Schwenkbarkeit im Bereich des in Fig. 1 sichtbaren Flansches, der zum größeren Durchmesser des Schrämauslegers 6 führt, vorgesehen sein kann. Durch diese Schwenkbarkeit des Auslegerarms 6a um seine Auslegerachse a kann der Schrämkopf 7 auch mit seinem in Abteufrichtung abgerundeten Ende bei ent-

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sprechender Schwenkbewegung des Auslegerarms an den Schachtwänden angreifen, was insbesondere bei hartem Gebirge eine vorteilhafte Abbaufunktion erreichen läßt.

Der gesamte Schrämausleger 6 besteht aus einem Hohlprofil, das in seinem Innenraum sämtliche Antriebe für den Auslegerarm und den Schrämkopf 7 enthält. Beispielsweise umfassen diese Antriebe einen wassergekühlten polumschaltbaren Elektromotor, eine Gelenkwelle, ein Winkelgetriebe und ein Planetengetriebe. Alle diese, im einzelnen nicht dargestellten Antriebselemente benötigen infolge ihrer Unterbringung innerhalb des Schräumauslegers 6 keine separaten Gehäuse oder Schutzvorrichtungen.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Abteufmaschine kann auf folgende Weise eingesetzt werden: In den Durchmesser eines beispielsweise von Hand vorgeteuften Schachtanfangs oder in eine oberhalb des abzuteufenden Schachts aufgesetzte, dem Schachtdurchmesser in etwa entsprechende Einfassung wird der Abstützrahmen 1 mittels der Durchmesser-Spannelemente 11a festgespannt. Der Tragrahmen 2 befindet sich zunächst dicht unter dem Abstützrahmen 1 und wird entsprechend des Abteuffortgangs am Schräumkopf 7 über die Hubzylinder 3 relativ zum Abstützrahmen 1 verlagert. Während der Verlagerung sind die Durchmesser-Spannelemente 11b am Tragrahmen 2 von der Schachtwand 15 gelöst und werden nach erfolgter Verlagerung über die Spannzylinder 12 wieder angepreßt. Über die Relativverlagerung zwischen dem Abstützrahmen 1 und dem Tragrahmen 2 wird somit ein Vertikalabbau am Schrämkopf 7 gesteuert. Jeder innerhalb des Schachtdurchmessers liegende Abschnitt läßt sich

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durch eine entsprechende Drehung des Drehrahmens 4 in Umfangsrichtung und eine radial dazu erfolgende Verschwenkung des Schräinauslegers 6 mittels des Schwenkzylinders 10 um die Rollendrehverbindung 14 erreichen.

Durch den in Fig. 2 besonders anschaulichen weiten freien Innendurchmesser läßt sich der Abbau mit den einleitung erwähnten Fördermitteln rasch abtransportieren.

Claims

Patentansprüche :

1. Abteuf maschine zum Abteufen von Schächten, insbesondere von Blind- und Gefrierschächten, aus dem Vollen, gekennzeichnet durch einen auf einen vorzusehenden Schachtdurchmesser einstellbaren kreisringförmigen Abstützrahmen (1) mit an seinem Außenumfang vorgesehenen Spannelementen (lla), einen ebenfalls auf den entsprechenden Schachtdurchmesser einstellbaren kreisringförmigen Tragrahmen (2), welcher in Abteuf richtung etwa achsengleich unterhalb bzw. vor dem Abstützrahmen (1) vorgesehen und relativ zu diesem über Führungs- und

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Antriebsmittel (la, 2a; Ib, 2b, 3) verlagerbar ausgebildet ist und an seinem Außenumfang weitere Durchmesser-Spannelemente (lib) aufweist, einen in Abteuf richtung unterhalb bzw. vor dem Tragrahmen

(2) und an diesem in seiner Umfangsrichtung drehbar gelagerten kreisringförmigen Drehrahmen (4) und einen an einem Kreisringabschnitt des Drehrahmens (4) schwenkbar gelagerten Schrämausleger (6), der einen von seinem Schwenklagerbereich radial in den von den genannten Rahmen (1, 2 und 4) umspannten Durchmesser zumindest bis in dessen Zentrum hinein abstehenden Auslegerarm (6a) besitzt, der an seinem dem Schwenklageranlenkbereich gegenüberliegenden Ende einen Schrämkopf (7) trägt.

2. Abteuf maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel zwischen dem Abstützrahmen (1) und dem Tragrahmen (2) über den jeweiligen Kreisringumfang auf Winkelabstände verteilte Rohr/Hülsenelemente umfassen, von denen jedes ein am Tragrahmen befestigtes und in Richtung auf den Abstützrahmen (1) abstehendes Rohrstücke (2a) und ein dieses Rohrstück längs verschiebbar umgreifendes, am Abstützrahmen (1) befestigtes Hülsenstück (la) aufweist, daß die Antriebsmittel mehrere, ebenfalls in Umfangsrichtung auf Winkelabstände verteilte und in Verschiebungsrichtung zwischen diesen beiden Rahmen (1 und 2) angelenkte Hubzylinder

(3) aufweisen, die über ein in Abteuf richtung hinter dem Abstützrahmen (1) mitbeweglich angeordnetes Hydraulikaggregat (13) betätigbar sind und daß die Länge der über die Hülsenstücke (la) hinausragenden, eine Längsverschiebung führenden Abschnitte der Rohrstücke (2a) zumindest so groß ist wie der Arbeitshub der Hubzylinder (3).

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3. Abteuf maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrahmen (4) über eine horizontal und vertikal abstützende Tragrollenlagerung (5) am Tragrahmen (2) drehbar geführt ist, daß am Innenumfang des kreisringförmigen Tragrahmens (2) ein Triebstockkranz (2c) befestigt ist, in welchen mindestens ein entsprechendes Triebstockritzel (2d) eines am Drehrahmen (4) angebrachten Antriebs (8) eingreift.

4. Abteuf maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb drei über den Umfang des Drehrahmens (4) verteilt angeordnete Drehgetriebe (8) aufweist sowie ein am Tragrahmen (2) angebrachtes weiteres Hydraulikaggregat (9) zur entsprechenden Betätigung dieser Getriebe.

5. Abteuf maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrämausleger (6) an der dem Antrieb (8) abgewandten Seite des Drehrahmens (4) über eine Rollendrehverbindung (14) am Drehrahmen schwenkbar gelagert ist, daß zwischen dem Drehrahmen und dem Schrämausleger (6) ein Schwenkzylinder (10) angeordnet ist, welcher ebenfalls über das weitere Hydraulikaggregat (9) betätigbar ist.

6. Abteuf maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslegerarm (6a) des Schrämauslegers (6) an seinem dem Schrämkopf (7) benachbarten Ende (6b) etwa rechtwinklig abgeknickt ausgebildet ist, daß am stirnseitigen Ende dieses abgeknickten Ausleger-Endabschnitts der Schrämkopf (7) zumindest drehbar gelagert angebracht ist und daß der Auslegerarm (6a) ferner um seine radial bezüglich des Drehrahmens (4) verlaufende Auslegerachse (a) schwenkbar ausgebildet ist.

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7. Abteuf maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrämausleger (6) insgesamt aus einem Hohlprofil besteht und daß im Innenraum dieses Hohlprofils sämtliche Antriebe für den Auslegerarm (6a) und den Schrämkopf (7) untergebracht sind.

8. Abteuf maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abstützrahmen (1) und der Tragrahmen (2) sowie der Drehrahmen (4) aus mehreren Kreisringsegmenten zusammensetzbar ausgebildet sind, daß Durchmesser-Spannelemente (11a, lib) mit unterschiedlicher radialer Größe zur Anpassung an verschiedene Schachtdurchmesser auswechselbar und mit verschieden großen Spannflächenabschnitten zur Anpassung an unterschiedlich feste Durchmesserwandungen vorgesehen sind und daß zur Verspannung der Durchmesser-Spannelemente (11a, lib) von den genannten Hydraulikaggregaten (9 und/oder 13) betätigbare Spannzylinder (12) vorgesehen sind.