DE3610015A1

DE3610015A1 - Bohreinrichtung zum herstellen von bohrloechern

Info

Publication number: DE3610015A1
Application number: DE19863610015
Authority: DE
Inventors: Heinz-Werner Dipl Ing Kleinert; Klaus Dipl Ing Ketterer
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1987-10-01
Also published as: DE3610015C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohreinrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern beliebigen Durchmessers, beispielsweise einer im Berg- und Tunnelbau üblichen Kleinkaliberbohrung oder einer mittels einer Vollschnittmaschine durchführbaren Bohrung mit mindestens einem auf dem Bohrkopf angeordneten Lösewerkzeug und einer Hochdruckwasserzuführung.

Das Herstellen von Hohlräumen im Gestein, wie z. B. das Abbohren von Bohrlöchern oder das Auffahren einer Strecke bzw. eines Tunnels erfordert die Einleitung mechanisch zugeführter Energie zur Zerkleinerung des Gesteins mittels eines Bohrkopfes sowie weiterhin die Energie zum Abtrans port des zerkleinerten Materials. Das Einleiten der Ener gie erfolgt unter Aufbringung großer Kräfte schlagend, reißend oder schneidend mit Hilfe von hartmetallbewehrten Bohrköpfen oder Meißeln. Die Bohrkronen werden zumeist über ein Gestänge mit hohem Andruck drehend, drehschla gend oder schlagend in das zu bearbeitende Mineral ein geführt, wobei das durch die Bohrtätigkeit entstehende Bohrklein über Luft- oder Wasserspülung oder aber auch durch Bohrgestänge mit aufgeformten Spiralen aus dem Bohr loch abtransportiert wird.

Es ist ebenfalls bekannt, größere Bohrlochdurchmesser mit dem Bohrlochdurchmesser angepaßten Bohrköpfen, die mit schneidenden oder zerdrückenden Lösewerkzeugen wie Diskenscheiben oder -rollen versehen sind, herzustellen.

Bei allen bekannten Verfahren zur Herstellung von Bohr löchern geschieht die Überleitung der Energie auf das bzw. in das Mineral durch direkten Materialkontakt über die Bohr- oder Lösewerkzeuge. Die wesentlichen Nachteile der zur Zeit bekannten Bohrverfahren sind in dem Auftreten von hohen Temperaturen, da die Umwandlung der mechanischen Energie in Wärmeenergie nicht mit einer ausreichend schnel len Ableitung der Wärmeenergie gekoppelt werden kann, sowie in einem hohen Materialverschleiß über Reibung der Werkzeuge am Mineral und durch die Weiterleitung von in das Schneidmaterial reflektierten Hochenergieschwingungen zu sehen. Darüber hinaus ist eine erhebliche Lärm- und Staubentwicklung beim Bohrvorgang in Kauf zu nehmen.

Andererseits ist es bekannt, zur Kühlung sowie zur Verringe rung der Reibung, zur Staubbekämpfung und zum Abtransport von zerkleinertem Material sowie ebenfalls zum Lösen des Minerals Flüssigkeiten, vorzugsweise Wasser, zu ver wenden. Zum Zweck der Kühlung und zur Verringerung der Reibung wird die Flüssigkeit unmittelbar an die Lösewerk zeuge gespritzt. So wird z. B. beim Bohren von Gestein Wasser durch eine zentrale Wasserzuführung im Bohrgestänge oder beim Schneiden Gestein mit meißelbestückten Maschinen durch in den Schneidköpfen verlegte Wasserkanäle bis un mittelbar an die Schneidmeißel geführt.

Darüber hinaus ist es auch bekannt, Flüssigkeit - vorzugs weise Wasser - als Schneidmittel für Gestein zu verwenden. So werden u. a. die Schneidköpfe von Teilschnittmaschinen mit Hochdruckwasser versorgt und die Schneidarbeit im Mineral, vornehmlich im Gestein, wird durch in unmittelba rer Nähe der Schneidmeißel vorgesehene Düsen durch Wasser strahlen mit einem Druck bis zu 2.000 bar unterstützt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Bohrein richtung zum Herstellen von Bohrlöchern beliebigen Durch messers zu schaffen, bei dem die bisher auftretenden Nach teile wie hohe Temperaturen, starker Materialverschleiß sowie der mit den herkömmlichen Verfahren verbundene hohe maschinelle Aufwand hinsichtlich der Dimensionierung der Bohreinrichtungen und der starke Andruck in kostensparender Weise verringert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wasseraustrittsöffnung am Ende der Hochdruckwasser zuführung beweglich angeordnet ist, wobei während des Lösevorganges eine fortwährende, zyklische, kreisförmige oder rotierende Bewegung zur Erzielung einer Wechselbe anspruchung des zu lösenden Minerals erfolgt.

Das Ziel der vorgesehenen Bohreinrichtung besteht darin, daß durch die überlagerte Bewegung eines Sprühstrahles einerseits und der mit einer Schneidfläche versehenen Bohrkopfbewegung andererseits eine möglichst vollstän dige Bearbeitung des Minerals geschaffen wird. Abweichend von der Drehzahl herkömmlicher Bohreinrichtungen ist es vorstellbar, die Bohreinrichtung mit einer geringeren Drehzahl laufen zu lassen, so beispielsweise mit 20 bis 30°/Min. oder überhaupt keine vollständige Umdrehung ma chen zu lassen, sondern nur eine Hin- und Rückdrehung der Bohrköpfe um einige Grad vorzunehmen. Der wesentli che mit einer Hin- und Rückdrehung des Bohrkopfes um we nige Grade verbundene Vorteil läge darin, daß für die Zuführung des Hochdruckwassers keine aufwendigen teuren und verschleißanfälligen Drehdurchführungen für die Ein leitung in drehende Maschinenteile benötigt würden.

Die am Ende einer Hochdruckwasserzuführung in Verbindung mit einer Düse durch das Austreten eines Wasserstrahls mit ent sprechend hohem Druck entstehenden Kräfte werden erfindungs gemäß durch in Abstand von der Schneidfläche angeordnete ver schiedenartig auszuführende Führungen so gelenkt, daß eine hin- und hergehende bzw. oszillierende Wasserstrahlbewegung oder eine bei kreisförmiger Führung rotierende Bewegung des Wasserstrahlen geschaffen wird. So ist es möglich, die Wasserdüsen als unterstützende Lösewerkzeuge so anzuordnen, daß mit der Überlagerung der Bewegung des Bohrkopfes planmäßig nicht nur die gesamte Gesteins fläche bearbeitet wird, sondern daß sich die Bearbeitung auf konzentrische Ringe beschränkt, zwischen denen even tuell stehengebliebene ringförmige Rippen mechanisch durch Keilwirkung herausgebrochen werden. So ist es vor stellbar auf einer Schneidfläche eines Bohrkopfes für Bohrungen großen Durchmessers, beispielsweise auf der Schneidfläche eines Bohrkopfes einer Streckenvortriebsma schine, neben einer Anzahl von als Lösewerkzeuge ausge bildeten Wasserdüsen, mechanische Lösewerkzeuge, wie Rollen, Disken oder Meißel anzubringen. So ist es weiterhin vorstellbar, die mechanischen Lösewerkzeuge, wie Rollen und Meißel, die sich neben den Wasserdüsen auf der Schneid fläche befinden, pendelnd auf der Schneidfläche anzulenken, wodurch bei einer Hin- und Rückbewegung des Bohrkopfes in beiden Richtungen eine Bearbeitung des Minerals statt finden kann. Die im wesentlichen als unterstützende Wirkung zu bezeichnende Einwirkung von oszillierenden Wasserstrahlen ist auch bei Kleinkaliberbohrungen ausnutzbar, wenn auf die mit zentraler Spülbohrung versehenen Bohrstangen Bohr kronen spezieller Ausführungen aufgebracht werden. Dazu ist es erforderlich, die an einem lose geführten Ende einer Wasserzuführung anzuordnende Wasserdüse in einer Führung derart anzuordnen, daß auch hier eine pendelnde oder rotierende Bewegung durchgeführt werden kann.

Der technische Fortschritt der Erfindung ist im wesentlichen darin zu sehen, daß derartige Bohreinrichtungen im Gegensatz zu heutigen Bohreinrichtungen mit sehr geringer Drehzahl oder gar hin- und herdrehend arbeiten können und trotzdem mit Hilfe der zusätzlichen Werkzeuge einen ausreichenden Bohrfortschritt erzielen. Darüber hinaus können die An druckkräfte der Bohrköpfe gegen das Mineral erheblich niedriger gestaltet werden als bei einer rein mechanischen Bearbeitung des Minerals, so daß ein wesentlich geringerer Verschleiß von Lösewerkzeugen auftritt oder teilweise ganz entfällt und daß weiterhin die überhöhten Temperaturen mit den entsprechenden Nachteilen an den Werkzeugen nicht mehr auftreten. Die Zielvorstellung der Vermeidung hoher Schneidtemperaturen liegt insbesondere in dem Kampf gegen das im Steinkohlenbergbau latent vorhandene Gefahrenpoten tial einer Entzündung von CH₄-Luftgemischen und Kohlenstaub.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeich nungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Bohrkopfes zum Herstellen von Bohrlöchern großen Durchmessers, und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Bohrkrone für die Herstellung von Bohrlöchern kleinen Durchmessers.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Bohrkopf 1, beispielsweise einer Vollschnittmaschine zum Auffahren von untertägigen Strecken und Tunnels, ist die Schneidfläche 2 neben Löse werkzeugen herkömmlicher Art, beispielsweise Meißeln 6 und Rollenwerkzeugen 7, mit die Schneidwirkung unterstützen den Hochdruckwasserdüsen 3 bestückt. Die Hochdruckwasser düsen 3 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in schlitzartigen Führungen 5 unterhalb der Schneidfläche 2 verlagert und führen pendelnde oder zyklische Bewegun gen aus.

Wie aus dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen ist, ist innerhalb eines Bohrkopfes 1 für kleine Bohrlochdurchmesser unterhalb der Schneidfläche 2, die beispielsweise in der Vorderansicht kreisförmig ausgebildet ist, eine Führung 5 vorgesehen, in welcher die am Ende eines beispielsweise als Schlauch ausgebil deten Hochdruckwasserzuführung 4 angebrachte Hochdruck wasserdüse 3 in der entsprechenden Richtung zwangsweise hin- und herpendeln kann. Die Hochdruckwasserdüse 3 ist zur Verschleißminderung mit einem entsprechenden Dämpfungs element 10 versehen. Der Bohrkopf 1 ist, wie das Ausfüh rungsbeispiel weiter zeigt, mit einem Gewinde 9 versehen und ist auf das mit einer zentralen Wasserzuführung ver sehene Bohrgestänge aufschraubbar.

1 Bohrkopf
2 Schneidfläche
3 Hochdruckwasserdüse
4 Hochdruckwasserzuführung
5 Führung
6 Meißel
7 Rollen
8 Wasserstrahl
9 Gewinde
10 Dämpfungselement

Claims

1. Bohreinrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern belie bigen Durchmessers, beispielsweise einer im Berg- und Tunnelbau üblichen Kleinkaliberbohrung oder einer mit tels einer Vollschnittmaschine durchführbaren Bohrung mit mindestens einem auf dem Bohrkopf angeordneten Lösewerkzeug und einer Hochdruckwasserzuführung, da durch gekennzeichnet, daß die Wasseraustrittsöffnung am Ende der Hochdruckwasserzuführung beweglich angeordnet ist, wobei während des Lösevorganges eine fortwährende, zyklische, kreisförmige oder rotierende Bewegung zur Erzielung einer Wechselbeanspruchung des zu lösenden Minerals erfolgt.

2. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für beispielsweise eine zyklische Bewegung der als Wasserdüse (3) ausgebildeten Wasseraustritts öffnung vorgesehene Führung (5) als konisch sich ver größernder Schlitz ausgebildet ist.

3. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für eine rotierende Bewegung der Wasseraus trittsöffnung (3) innerhalb des Bohrkopfes (1) vorge sehene Führung (5) sich konisch erweiternd mit einem kreisförmigen Querschnitt versehen ist.

4. Bohreinrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern großen Durchmessers mittels einer Vollschnittmaschine auf deren Schneidfläche eine Vielzahl von Lösewerkzeugen in Form von Meißeln und/oder Rollen sowie die zusätzliche Unterstützung von Hochdruckwasserstrahlen angeordnet sind nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Schneidfläche (2) verteilt angeordnete, in Führungen (5) bewegbare, an Hochdruckwasserzuführungen (4) an geschlossene Hochdruckwasserdüsen (3) vorgesehen sind.

5. Bohreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die meißel- und/oder rollenartigen Lösewerkzeuge (6, 7) pendelnd auf dem Bohrkopf (1) befestigt sind und der Bohrkopf (1) nur eine Hin- und Rückbewegung durchführt.

6. Bohreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (1) mit einer von der üblichen Drehzahl abweichenden geringen Drehzahl umläuft.

7. Bohreinrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern großen Durchmessers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidfläche (2) des Bohrkopfes (1) nur mit als Hochdruckwasserdüsen (3) ausgebildeten Lösewerk zeugen besetzt ist.

8. Bohreinrichtung zum Herstellen von kleinkalibrigen Bohrlöchern, die aus einer mit einem Bohrgestänge ver bindbaren Bohrkrone und einer zentralen Hochdruckwas serzuführung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß an die Hochdruckwasserzuführung angeschlossen eine die Hochdruckwasserdüse (3) tragende Hochdruckwasserzu führung (4), beispielsweise in Schlauchform, vorgese hen ist, die in einer Führung (5) bewegbar angeordnet ist.

9. Bohreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die Hochdruckwasserdüsen (3) mit den Führungen (5) angepaßten Dämpfungselemen ten (10) versehen sind.