DE3808428A1 - Verfahren und anordnung zur steuerung von gesteinsbohrung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfah­ ren zur Steuerung von Gesteinsbohrung, bei welchem Verfahren ein Vorschubbalken einer Gesteinsbohr­ maschine parallel zu einem zu bohrenden Loch ange­ ordnet wird, so dass eine Bohrstange sich an dem zu bohrenden Loch befindet, wonach der Vorschubbalken in seiner Längsrichtung mittels Verschiebemittel gegen eine zu bohrende Felsenoberfläche verschoben wird, bis das Vorderende des Vorschubbalkens die Felsenober­ fläche berührt und den Vorschubbalken wenigstens zu Beginn der Bohrung auf den Felsen stützt, wonach mit der Bohrung des Lochs angefangen wird.

Ausserdem betrifft die Erfindung eine Anord­ nung zur Steuerung eines Vorschubbalkens einer Ge­ steinsbohrmaschine, wenn der Vorschubbalken verschoben wird, um mit seinem Vorderende eine zu bohrende Fel­ senoberfläche zu berühren, und zwar zum Stützen des Vorschubbalkens während der Bohrung, welche Anordnung Verschiebemittel zum Verschieben des Vorschubbalkens in seiner Längsrichtung und Steuermittel zur Steuerung der Funktion der Verschiebemittel aufweist.

Beim Bohren eines Lochs in ein Gestein ist es besonders beim Anbohren wichtig, das Vorderende des Vorschubbalkens der Bohrmaschine auf den Felsen stützen zu können, damit die Bohrkrone sich nicht beim Rotieren entlang der Felsenoberfläche bewegt, sondern die Bohrung an einer erwünschten Stelle beginnt. Dazu bewirkt eine Bewegung der Bohrkrone an der Bohrstange seitliche Kräfte, auf Grund deren die Bohrstange verdreht oder gebrochen werden kann, wodurch unnötige Kosten und Arbeitsunterbrechungen beim Bohren veran­ lasst werden.

Um das zu vermeiden, wurde der Vorschubbalken sowohl bei manueller als auch automatischer Bohrung zuerst in eine richtige Bohrungslage versetzt und da­ nach in der Längsrichtung gegen den Felsen verschoben, so dass eine am Vorderende des Vorschubbalkens mon­ tierte Bohrstütze, die meistens spitzenförmig war, den Felsen traf und dadurch die Querbewegungen des Vorder­ endes des Vorschubbalkens und somit auch der Bohrkrone verhinderte. Der Bohrarbeiter war gezwungen, diese Massnahme manuell auszuführen, obgleich die Bohrung sonst völlig automatisiert gewesen wäre.

Eine automatische Verschiebung des Vorschubbal­ kens in einen gewissen Abstand von der Felsenober­ fläche ist u.a. aus der GB-Patentanmeldung 21 03 968 an und für sich bekannt, wobei ein Vorschubmechanismus der Bohrstange und ein damit verbundenes Steuerwerk zur Regelung des Abstands des Vorschubbalkens benutzt werden. Bei der Lösung gemäss der Schrift wird der Vorschubbalken zuerst in einige Entfernung vom Felsen in der Bohrrichtung verschoben, wonach man anfängt, die in ihrer hintersten Lage befindliche Gesteins­ bohrmaschine mit ihrer Bohrstange mittels des Vor­ schubbalkens vorwärts zu verschieben, bis die Bohr­ krone an die Felsenoberfläche anstösst. Bei Verschie­ bung der Bohrmaschine wird ihre Verschiebungsstrecke gemessen, wobei der Vorschubbalken, nachdem die Bohr­ krone an den Felsen angestossen ist, eine kürzere Strecke als die Verschiebungsstrecke der Gesteinsbohr­ maschine verschoben wird, so dass zwischen dem Vor­ schubbalken und dem Felsen ein vorbestimmter Abstand bleibt.

Die obenerwähnte Lösung kann auf automatische Bohrung angewandt werden, wobei das Steuerwerk die An­ näherungs-, Mess- und Verschiebungsfunktionen aus­ führt, ohne dass der Bohrarbeiter etwas machen muss.

Ausser in Langsamkeit besteht die Schwäche der Lösung darin, dass der Vorschubbalken nicht auf den Felsen gestützt wird und die Bohrung somit durch Störungen und Schädigungen erschwert wird.

Die Absicht der erfindungsgemässen Lösung ist, ein Verfahren und eine Anordnung zustandezubringen, die es ermöglichen, den Vorschubbalken automatisch in die korrekte Bohrungslage zu verschieben, so dass sein Vorderende sich auf den Felsen stützt und somit das Anbohren erleichtert. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Längs­ bewegung des Vorschubbalkens durch wenigstens ein am Vorderende des Vorschubbalkens angebrachtes Steuerele­ ment gesteuert wird, das beim Berühren der Felsen­ oberfläche die Funktion der Verschiebemittel des Vor­ schubbalkens stoppt.

Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel wenigstens ein Steuerelement aufweisen, das am Vorderende des Vor­ schubbalkens so montiert ist, dass es beim Längsver­ schieben des Vorschubbalkens als erstes die Felsen­ oberfläche berührt und dass das Steuerelement einge­ schaltet ist, die Funktion der Verschiebemittel des Vorschubbalkens zu stoppen, wenn es die Felsenober­ fläche trifft.

Andere Ausführungsformen der Erfindung werden in den Patentansprüchen 2-10 beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden mittels der beigefügten Zeichnung näher beschrieben, wobei Fig. 1 eine Gesteinsbohrvorrichtung mit einem Ausleger und einem Vorschubbalken zeigt,

Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung de­ tailliert zeigt,

Fig. 3 die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform von vorn zeigt,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Erfin­ dung in Seitenansicht zeigt,

Fig. 5 die Ausführungsform der Fig. 4 von vorn zeigt und

Fig. 6 und Fig. 7 die Ausführungsform der Er­ findung gemäss den Fig. 4 und 5 in einer Betriebs­ situation zeigen.

In Fig. 1 wird eine Gesteinsbohrvorrichtung gezeigt, die allgemein mit der Ziffer 1 bezeichnet ist. Zu der Gesteinsbohrvorrichtung gehört ein Aus­ leger 2, an dem ein Vorschubbalken 3 befestigt ist. Der Vorschubbalken 3 kann in seiner Längsrichtung hin­ sichtlich des Endes des Auslegers 2 mittels Ver­ schiebemittel 4 entlang in einer Wiege 5 befindlichen Gleitstücken verschoben werden. Die Verschiebemittel 4 werden im allgemeinen durch einen hydraulischen Zylin­ der oder dergleichen getrieben.

Am Vorderende des Vorschubbalkens ist ein er­ findungsgemässes Steuerelement 6 befestigt, durch das eine an der Gesteinsbohrmaschine befestigte Bohrstange 7 dringt.

Die Funktionen und die Konstruktion der Be­ dienungseinrichtungen der Gesteinsbohrvorrichtung und des Auslegers sowie der sich an die Verschiebemittel des Vorschubbalkens anschliessenden Bedienungsein­ richtungen sind in diesem Bereich allgemein bekannt, und werden somit in diesem Zusammenhang nicht desto genauer erläutert.

In Fig. 2 wird ein erfindungsgemässes Steuer­ element gezeigt. In der Figur läuft die Bohrstange 7 mit einer daran befestigten Bohrkrone 8 durch eine an sich bekannte Bohrsteuerung 9. Am Vorderende des Vor­ schubbalkens 3 vor der Bohrsteuerung 9 ist das Steuer­ element 6 montiert, das ein die Bohrkrone 8 umgeben­ des, hülsenförmiges Stützelement 10, das als Tast­ körper fungiert, und einen Rahmen 11 aufweist, der am Ende des Vorschubbalkens 3 befestigt ist. Am Rahmen 11 hinter dem Stützelement 10 zwischen diesem und dem Rahmen 11 ist eine Feder 12 montiert, die das Stütz­ element 10 vorwärtsschiebt, d.h. von dem Vorschubbal­ ken abwärts. Zur Steuerung der Funktion weist das Stützelement 10 beispielsweise eine ringförmige Nut 13 auf, deren Kante 14 in der vordersten Lage des Stütz­ elements 10 an einem Fühler 15 liegt. Das Stützelement 10 ist achsial beweglich, aber drehungsfrei beispiels­ weise mittels existierender, nicht-gezeigter Nuten und sich durch den Rahmen bis zu den Nuten erstreckender Bolzen 16 am Rahmen 11 montiert.

Der Fühler 15, der zum Beispiel mittels Elek­ trizität oder Licht fungiert, ist eingeschaltet, die Verschiebemittel 4 des Vorschubbalkens 3 so zu steu­ ern, dass durch Verschieben des Stützelements 10 aus seiner vordersten Lage ein Steuerimpuls mittels des Fühlers 15 gegeben wird, welcher Impuls die Funktion der Verschiebemittel 4 stoppt.

Die Anlage fungiert so, dass wenn die Bohrung beispielsweise mit einem automatischen Steuerwerk an­ gelassen wird, der Vorschubbalken 3 sich in die Bohr­ lage so verschiebt, dass die Bohrstange 7 sich an dem zu bohrenden Loch befindet, und zwar parallel dazu, aber in einiger Entfernung von der Felsenoberfläche. Danach werden die Verschiebemittel 4 von dem Steuer­ werk angelassen, mit Hilfe welcher Mittel der Vor­ schubbalken 3 sich den Gleitflächen der Wiege 5 ent­ lang gegen den Felsen verschiebt, bis das Stützelement 10 die Felsenoberfläche trifft. Weil das Stützelement 10 sich achsial hinsichtlich des Rahmens 11 bewegen kann, sinkt es einigermassen einwärts und schiebt die Feder 12 zusammen, wobei die in der Nute 13 der Hülse befindliche Kante 14 sich von der Gegend des Fühlers 15 weg verschiebt. Durch die Verschiebung der Kante 14 weg von der Gegend des Fühlers 15 wird im Fühler ein Steuerimpuls bewirkt, der die Funktion des Verschiebe­ mittel stoppt und den Vorschubbalken dabei lässt, sich mittels des Stützelements 10 auf die Felsenoberfläche zu stützen.

Weiter kann der die Funktion der Verschiebe­ mittel 4 stoppende Steuerimpuls zugleich zum automa­ tischen Anlassen eines Bohrvorgangs benutzt werden, wobei die Gesteinsbohrmaschine und die Bohrstange 7 damit anfangen, sich in einer an sich bekannten Weise dem Vorschubbalken entlang gegen den Felsen zu ver­ schieben und der ganze Bohrvorgang setzt wie üblich fort, bis an das folgende Loch vorgerückt wird.

Wenn das Stützelement 10 gemäss Fig. 2 und 3 als Tastkörper verwendet wird, dessen Bewegung eine Steuerfunktion zum Stoppen einer Vorschubbewegung zu­ standebringt, wird eine einfache und vorteilhafte Lösung erreicht, wobei der Vorschubbalken am Anfang der Bohrung gestützt wird, was das Anbohren leichter macht. Am Ende des Stützelements 10 können gemäss den Figuren spitzenförmige Zacken 17 ausgeformt werden, die vorzugsweise symmetrisch die Achse des Stützele­ ments 10 umgeben, wobei die Zacken zuverlässiger als Bohrstütze fungieren, weil sie sogar in kleine Felsen­ klüfte dringen können.

Das Stützelement 10 kann drehungsfrei befestigt sein, es kann aber auch drehbar montiert werden, wenn es notwendig gefunden wird. Die Aushöhlung oder die Nut 13 kann sich nur an der dem Fühler 15 zugewandten Seite befinden, wenn das Stützelement 10 drehungsfrei montiert ist, sie kann aber auch zu einer die ganze Hülse umgebende Mut ausgeformt werden.

Der Querschnitt des Stützelements 10 kann eine runde, eckige, elliptische oder jede beliebige andere erwünschte Form aufweisen. Wenn es mit Zacken 17 ver­ sehen ist, sind sie vorzugsweise 3 oder mehrere.

Als Fühler 15 kann ein elektrischer, elektro­ magnetischer oder mit Hilfe von Licht fungierender Fühler benutzt werden, wobei entsprechend die einen Steuerimpuls bewirkende Stelle des Stützelements 10 in einer für den Gebrauch des Fühlers erforderlichen Weise ausgeformt oder konstruiert werden kann. Der Fühler kan auch ein hinter dem Tastkörper befindlicher Schalter oder dergleichen Fühler sein, wobei der Tast­ körper beim Pressen oder Annähern des Fühlers eine Steuerfunktion bewirkt.

Anstatt aus einem hülsenförmigen Stützelement, kann der Tastkörper aus einem separaten, beispielweise spitzenförmigen Stück oder aus einem Stück von einer anderen Form bestehen, das am Vorderende des Vorschub­ balkens seitwärts von dem Axialpunkt der Bohrstange montiert ist, so dass es sich zur Vorderseite der in ihrer hintersten Lage befindlichen Bohrkrone 8 er­ streckt und somit beim Verschieben des Vorschubbalkens gegen den Felsen als erstes die Felsenoberfläche be­ rührt. Dass ein solcher Tastkörper den Felsen trifft, kann in den früher erwähnten Weisen abgetastet werden, und somit kann die Funktion der Anlage in den ent­ sprechenden Weisen gesteuert werden. In den Fig. 4 und 5 wird eine von drei separaten Fühlgliedern ausge­ formte Konstruktion gezeigt, wobei der Tastkörper sym­ metrisch um die Bohrkrone 8 herum angeordnet ist. Jedes Fühlglied weist einen Tastkörper 10′ und einen Rahmen 11′ auf. Das Ende des Tastkörpers 10′ kann spitzenförmig sein oder sie kann mit spitzenförmigen Zacken oder dergleichen versehen sein.

Die Fühlglieder sind eingeschaltet, die Ver­ schiebemittel des Vorschubbalkens 3 so zu steuern, dass sogar wenn ein einziger Tastkörper 10′ den Felsen trifft, die Verschiebebewegung des Vorschubbalkens ge­ stoppt wird. Weiter können die Steuerelemente einge­ schaltet werden, den Bohrvorgang so zu steuern, dass wenn ein oder mehrere Tastkörper 10′ am Ende der Ver­ schiebebewegung des Vorschubbalkens den Felsen nicht berühren, das Steuerwerk den Vorschubbalken verschiebt und ihn in der Richtung der Tastkörper 10′ dreht, die den Felsen nicht berührt haben. Dabei dreht sich die Bohrstange näher der senkrechten Achse der Felsenober­ fläche, was das Anbohren erleichtert. Bei automa­ tischer Bohrung ist es besonders leicht, das Drehen und Verschieben des Vorschubbalkens zu beachten, weil der Vorschubbalken von der ursprünglich geplanten Boh­ rungsachse zur Seite verschoben und die Verschiebung so beachtet werden kann, dass das Ende des wirklichen Bohrlochs sich wesentlich an derselben Stelle befindet wie das Ende des Bohrlochs gemäss dem ursprünglichen Plan. Die obenbeschriebene Tätigkeit wird in den Fi­ guren 6 und 7 dargestellt, wobei in Fig. 6 ein Tast­ körper 10′ die Felsenoberfläche getroffen hat, der an­ dere aber nicht. Wegen der Berührung des Tastkörpers 10′, der die Felsenoberfläche getroffen hat, ist die Bewegung des Vorschubbalkens gegen den Felsen ge­ stoppt, aber der Vorschubbalken befindet sich zu schräg hinsichtlich der Oberfläche, damit es möglich ist, mit dem Bohren zuverlässig anzufangen. Auf der Basis der Lage des Tastkörpers ohne Berührung dreht die Steuervorrichtung den Vorschubbalken und ver­ schiebt ihn seitlich hinsichtlich der Wandung so, dass die beiden Tastkörper die Felsenoberfläche treffen und die Bohrung gestartet werden kann.

Weiter kann das Fühlglied 6 zur Steuerung der Funktion der Bohranlage in einem solchen Fall benutzt werden, wenn unter dem beim Anbohren als Bohrstütze fungierenden Fühler ein Stein so abbricht, dass der Tastkörper 10, 10′ in seine vorderste Lage dringt. Da­ bei besteht die Gefahr, dass die Bohrstange bei Mangel an ausreichender Stütze beschädigt wird und somit eine Unterbrechung bei der Bohrung veranlasst.

In einem solchen Fall kann die Funktion bei­ spielsweise so gesteuert werden, dass die Länge der Vorschubbewegung der Bohrmaschine, d.h. die Vorrückung der Bohrstange, gemessen wird, und wenn die Vorrückung kürzer ist, als im voraus bestimmt wurde, wird die Bohrung unterbrochen, die Bohrstange in ihre Hinter­ lage gezogen und danach der Vorschubbalken nochmals vorwärts verschoben, bis der Tastkörper wieder an den Felsen anstösst und es möglich ist, die Funktion wie bei ursprünglicher Bohrung fortzusetzen.

Wenn die Bohrung aber weiter vorgerückt ist als im voraus bestimmt, kann ausschliesslich durch Vor­ wärtsverschieben des Vorschubbalkens weitergebohrt werden, bis der Tastkörper 10 an die nach dem Ab­ brechen eines Felsenstücks entstandene Oberfläche anstösst.

Es ist möglich zu bewirken, dass die beiden Funktionen automatisch erfolgen, wobei die Vorrückung des Tastkörpers die Funktion anlasst, und zwar ab­ hängig von der Strecke, die die Bohrstange zurückge­ legt hat, und ein Vorwärtsschieben des Vorschubbalkens im Fall einer zu kurzen Bohrung beispielsweise unter der Einwirkung eines die Hinterlage der Gesteinsbohr­ maschine abtastenden Impulses und im Fall einer länge­ ren Bohrung als im voraus bestimmt durch einen von dem Tastkörper beim Vorrücken gegebenen Steuerimpuls erfolgt.

Das Verfahren und die Anordnung gemäss der Er­ findung können auch bei einer Gesteinsbohranlage be­ nutzt werden, wobei keine separate Verschiebevorrich­ tung zum Längsverschieben des Vorschubbalkens vorhan­ den ist. Dabei wird eine Längsbewegung des Vorschub­ balkens beispielsweise durch Drehen des Auslegers hin­ sichtlich der Unterlage der Anlage und durch dessen gleichzeitige Verlängerung sowie durch weiteres Drehen des Vorschubbalkens hinsichtlich des Auslegerendes zu­ standegebracht. Besonders bei computergesteuerten An­ lagen kann dies leicht verwirklicht werden und dabei fungiert der Ausleger als Verschiebemittel der Längs­ bewegung des Vorschubbalkens.

Ausserdem können sowohl die Verschiebevorrich­ tung als auch der Ausleger miteinander als Verschiebe­ mittel einer Längsbewegung des Vorschubbalkens benutzt werden.

Die Erfindung eignet sich ausser zur automa­ tischen Bohrung auch zur manuellen Bohrung, wobei der Vorschubbalken bedeutend schneller als bis jetzt gegen die Felsenoberfläche angeordnet werden kann. Wenn der Bohrarbeiter eine Bewegung zum Längsverschieben des Vorschubbalkens startet, wird sie fortgesetzt, bis das Fühlglied einen die Bewegung stoppenden Steuerimpuls gibt und zum Beispiel ein Anzeigelicht anzündet und/oder die Bohrung anlasst.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung von Gesteinsbohrung, bei welchem Verfahren ein Vorschubbalken (3) einer Gesteinsbohrmaschine parallel zu einem zu bohrenden Loch angeordnet wird, so dass eine Bohrstange (7) sich an dem zu bohrenden Loch befindet, wonach der Vorschubbalken (3) in seiner Längsrichtung mittels Verschiebemittel (4) gegen eine zu bohrende Felsen­ oberfläche verschoben wird, bis das Vorderende des Vorschubbalkens (3) die Felsenoberfläche berührt und den Vorschubbalken (3) wenigstens zu Beginn der Bohrung auf den Felsen stützt, wobei die Längsbewegung des Vorschubbalkens (3) mittels eines am Vorderende des Vorschubbalkens (3) montierten Steuerelements (6) gesteuert wird, das bei Berührung der Felsenober­ fläche die Funktion der Verschiebemittel (4) des Vorschubbalkens (3) stoppt, wonach mit der Bohrung des Lochs angefangen wird, dadurch gekenn­ zeichnet, dass als Steuerelement (6) eine am Vorderende des Vorschubbalkens (3) um eine Bohrkrone (8) herum montierte, hülsenförmige Bohrstütze (10) verwendet wird, die achsial beweglich in der Längs­ richtung der Bohrstange (7) befestigt ist, wobei die achsiale Bewegung der Bohrstütze (10) hinsichtlich des Vorschubbalkens (3) die Verschiebebewegung des Vor­ schubbalkens (3) steuert, wenn die Stütze (10) den Felsen berührt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (6) dazu die Bohrung des Lochs so steuert, dass das Steuerelement (6) beim Stoppen der Funktion der Ver­ schiebemittel des Vorschubbalkens (3) die Bohrung des Lochs anlasst.

3. Anordnung zur Steuerung eines Vorschubbal­ kens (3) einer Gesteinsbohrmaschine, wenn der Vor­ schubbalken (3) verschoben wird, um mit seinem Vorder­ ende eine zu bohrende Felsenoberfläche zu berühren, und zwar zum Stützen des Vorschubbalkens (3) während der Bohrung, welche Anordnung Verschiebemittel (4) zum Längsverschieben des Vorschubbalkens (3) und Steuer­ mittel zur Steuerung der Funktion der Verschiebemittel (4) aufweist, wobei die Steuermittel ein Steuerelement (6) aufweisen, das am Vorderende des Vorschubbalkens (3) so montiert ist, dass es beim Längsverschieben des Vorschubbalkens (3) als erstes die Felsenoberfläche berührt, und das eingeschaltet ist, die Funktion der Verschiebemittel (4) des Vorschubbalkens (3) zu stop­ pen, wenn es die Felsenoberfläche trifft, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (6) eine in der Längsrichtung des Vorschubbalkens (3) beweglich montierte, eine Bohrkrone (8) in ihrer hin­ tersten Lage umgebende, hülsenförmige Bohrstütze (10), die sich beim Treffen der Felsenoberfläche hinsicht­ lich des Vorschubbalkens (3) in dessen Längsrichtung rückwärts verschiebt, und ein Element (12), das die Bohrstütze (10) in ihre vorderste Lage schiebt, und ein Fühlglied (15) aufweist, das die Verschiebung der Bohrstütze (10) abtastet und das eingeschaltet ist, die Verschiebemittel (4) des Vorschubbalkens (3) zu steuern.

4. Anordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrstütze (10) eine Nut oder eine Aushöhlung (13) aufweist und dass das Fühlglied (15) montiert ist, die Verschiebung der Kante (14) der Nut oder Aushöhlung (13) abzutasten.

5. Anordnung nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ele­ ment (12), das die Bohrstütze (10) schiebt, eine Feder ist.

6. Anordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkante der hülsenförmigen Bohrstütze (10) wenigstens drei spitzenförmige Zacken aufweist, die sich hinsichtlich der Längsachse der Bohrstütze (10) wesentlich symmetrisch befinden.