DE3905999C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern unter räumlich beengten Verhältnissen, insbeson­ dere für das Ankern im untertägigen Berg- und Tunnelbau, be­ stehend aus einem Bohrmotor, den Übertragungsteilen und der von einer Lafette geführten Bohrstange, die am dem Gebirge zugewandten Ende eine Bohrkrone trägt und mit einer Innen­ bohrung zur Zuführung des Spülwassers ausgerüstet ist.

Bohrlöchern werden im untertägigen Bergbau für die verschie­ densten Zwecke ins Gebirge gestoßen, und zwar dort, wo es geht, mit Drehbohrmaschinen bzw. bei härterem Gebirge mit Drehschlagbohrmaschinen. Entsprechende Bohrlöcher werden im Streckenvortrieb für die Sprengarbeiten benötigt oder zum Einbringen von Ankern, um auf diese Weise die Strecken oder auch sonstige untertägige Räume zu sichern. Dabei treten im­ mer wieder Probleme auf, weil aufgrund der beengten räumli­ chen Verhältnisse nur relativ kurzbauende Bohrmaschinen bzw. die Bohrstange führende Lafetten einsetzbar sind. Gerade beim Ankern, aber auch bei sonstigen Bohrarbeiten ist auf­ grund dieses Sachverhaltes der Einsatz solcher Anker und ähnlicher Arbeiten begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auch unter beengten Verhältnissen einsetzbare, große Bohrlängen ermög­ lichende Bohrvorrichtung zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bohrstange aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, die an beiden Enden formschlüssig in das benachbarte Segment ein­ greifende Zentrierbüchsen aufweisen und auf einem Zugkräfte übernehmenden Spülschlauch verschiebbar angeordnet sind, der mit dem die Bohrkrone tragenden Führungssegment über eine Drehdurchführung verbunden ist und daß die mit dem ver­ schiebbar daran angeordneten Bohrmotor versehene Lafette als die zugeordneten Segmente festlegende Einheit ausgebildet ist.

Bei einer derartigen Vorrichtung ist die Verwendung von praktisch beliebig langen Bohrstangen möglich, wobei die einzelnen Segmente jeweils im Bereich der Bohrmaschine so miteinander verstarrt werden, daß über die Bohrmaschine die notwendigen Vorschub- und Rotationskräfte übertragen werden können. Da jeweils nur eine relativ kurze Länge der Bohr­ stange verstarrt ist, kann eine solche Vorrichtung auch un­ ter sehr beengten Verhältnissen wirksam eingesetzt werden. Die nachgeordneten, auf dem Spülschlauch verschiebbar ange­ ordneten Segmente drehen nicht mit und können damit zusammen mit dem ebenfalls nicht mitdrehenden Spülschlauch ohne Probleme umgelenkt werden, um jeweils nach dem Abbohren der entsprechenden Bohrlänge nachgezogen, verstarrt und dann ebenfalls ins Bohrloch eingedrückt zu werden. Nach dem Ab­ bohren des Bohrlochs wird die die Segmente festlegende Ein­ heit gelockert bzw. so gelöst, daß die auf dem Spülschlauch verschiebbar angeordneten Segmente aus dem Bohrloch heraus­ gezogen werden können.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung ist vorgesehen, daß der Spülschlauch eine größere Länge als die zugeordneten Segmen­ te der Bohrstange aufweist, wobei sichergestellt ist, daß im Krümmungsteil der Bohrstange die einzelnen Segmente ausein­ andergeschoben angeordnet sind und damit nicht im gegensei­ tigen Eingriff stehen, also nicht mitdrehen. Zum Vermeiden eines Herausgleitens der Segmente ist am Ende des Spülschlauchs ein Endstück vorgesehen.

Um ein Verlegen der aus den einzelnen Segmenten bestehenden Bohrstange um Kurven herum ohne Probleme zu ermöglichen, sind die Segmente endseitig zweckmäßig zusätzlich mit Füh­ rungsteilen ausgerüstet, die eine solche Verlegung der Bohr­ stange erleichtern. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, daß die Führungsteile von einem kugel- und/oder kegelförmig ausgebildeten Ring und entsprechend korrespondierenden Scha­ len in den jeweils sich gegenüberliegenden Enden der Segmente gebildet sind. Gleichzeitig ist damit sichergestellt, daß beim Zusammenschieben der einzelnen Segmente diese auch so einrasten, daß die Zentrierbuchsen bzw. die entsprechenden Vorsprünge und Rücksprünge ineinandergreifen und so das Verzahnen der einzelnen Segmente erbringen.

Eine relativ kurze bzw. in der Länge auch veränderbare, die Segmente festlegende Einheit, wird insbesondere dadurch vor­ gegeben, daß die Lafette endseitig der Bohrmotorführung mit Spannzangen ausgerüstet ist. Über diese Spannzangen kann beim Zusammenschieben und beim Bohrvorgang wechselseitig ei­ ne Festlegung der Segmente erfolgen. Damit ist erreicht, daß die für das Übertragen der Andruck- und Rotationskräfte not­ wendige starre Einheit jeweils vorgegeben ist und als solche in das Bohrloch über dem Bohrmotor eingeschoben wird. Diese Arbeit wird vorteilhaft dadurch erleichtert, daß die Spann­ zangen bei Entlastung die Bohrstange führend geschaltet sind, wodurch das Einrasten der Bohrstangensegmente begün­ stigt bzw. eine genaue Führung der verstarrten Einheit ge­ währleistet ist.

Das Einfahren der lose auf dem Spülschlauch angeordneten Segmente in den Bereich der zu verstarrenden Einheit wird dadurch erleichtert, daß die Lafette ein an die innere Spannzange anschließendes, als Führung für die Segmente wir­ kendes Krümmungsteil aufweist. Dieses Krümmungsteil weist nach außen hin einen trichterförmigen Rand auf, um so das Festhaken der Segmente zu unterbinden und ist am zur inneren Spannzange hinweisenden Ende trompetenförmig erweitert, um die starren Segmente sicher in den Bereich der Spannzangen hineinzulenken.

Eine genaue Verspannung der Bohrvorrichtung ist dadurch möglich, daß der Lafette ein ausfahrbarer Zentrierdorn zuge­ ordnet ist. Dieser beispielsweise hydraulisch ausfahrbare Zentrierdorn ermöglicht so ein Verspannen, insbesondere zwi­ schen Hangendem und Liegendem, so daß eine genaue Einführung der jeweils verstarrten Einheit in das Gebirge gewährleistet ist.

Eine sehr platzsparende, weil von der Seite her auf die Bohrstange einwirkende Antriebseinheit ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, daß der Bohrmotor ein Planetengetriebe mit Kegelradabtrieb oder alternativ beispielsweise ein Stirnradgetriebe aufweist, dem eine Mitnehmerspannzange zu­ geordnet ist. Diese Mitnehmerspannzange sorgt dafür, daß Drehmoment und Andrückkraft form- oder reibschlüssig auf die Bohrstange übertragen werden.

Insbesondere dort, wo ein härteres Gebirge ansteht oder vor­ gefunden wird, kann die Drehbohrarbeit erfindungsgemäß da­ durch erleichtert werden, daß Hochdruckwasser mit eingesetzt wird. Hierzu ist vorgesehen, daß der Spülschlauch als Hoch­ druckschlauch ausgebildet ist. Dadurch kann das drehende Bohren mit Hochdruckwasserunterstützung vorgenommen werden, wobei gleichzeitig durch die entsprechende Ausbildung des Spülschlauches auch die notwendigen Zugkräfte ausreichend von diesem Spülschlauch übernommen werden können, wenn bei­ spielsweise eine eine entsprechende Bohrlänge aufweisende Bohrstange aus dem Bohrloch herausgezogen werden muß.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine sehr platzsparend ausgebildete Bohrvorrichtung geschaf­ fen ist, die somit das Ankern beispielsweise auch im Streb ohne Probleme zuläßt, weil die Länge der Bohrlöcher nicht durch die zugeordnete Lafette oder die Bohrstange vorgegeben ist, sondern vielmehr den jeweiligen Gegebenheiten entspre­ chend eingestellt bzw. gewählt werden kann. Die Bohrstange besteht aus einzelnen Segmenten, die dennoch sicher ineinan­ dergreifen und so starre Einheiten bilden, auf die dann das erforderliche Drehmoment und die erforderliche Andrückkraft aufzubringen ist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgend erläuterten Zeich­ nungen ergänzend beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine zwischen Hangendem und Liegendem verspannte Bohrvorrichtung teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine aus einzelnen Segmenten bestehende, in einer Kurve verlegte Bohrstange, teilweise im Schnitt und

Fig. 3 den Verbindungsbereich zwischen zwei Segmenten der Bohrstange im Schnitt.

Fig. 1 zeigt eine im Streb angeordnete und zwischen Hangen­ dem 1 und Liegendem 3 eingespannte Bohrvorrichtung 2. Die Bohrvorrichtung 2 verfügt über eine Stütze 4, mit der sie auf das Liegende 3 aufgesetzt ist und daß praktisch in die Lafette 5 bzw. die Abstützung der Bohrvorrichtung darstel­ lende Teil übergeht.

In der Lafette 5 ist eine Bohrstange 6 geführt und einge­ spannt angeordnet, die über den Bohrmotor 7 sowohl in Rich­ tung Gebirge, d. h. Hangendem 1, vorgeschoben als auch gleichzeitig gedreht wird. Hierzu sind dem Bohrmotor 7 Über­ tragungsteile 8 und besonders das Planetengetriebe 9 zuge­ ordnet sowie eine entsprechende Spannvorrichtung.

Die Spannvorrichtung wird von einer vorderen, der Bohrkrone 11 zugeordneten Spannzange 10 und einer hinteren Spannzange 13 sowie der dazwischen angeordneten und die Andruckkräfte und das Drehmoment übertragenden Mitnehmerspannzange 14. Auf diese Weise ist es möglich, die Bohrstange in Richtung Han­ gendes 1 zu verschieben, wobei zunächst einmal die aus ein­ zelnen Segmenten bestehende Bohrstange 6 zusammengefahren und dann als starre Einheit über die Mitnehmerspannzange 14 bzw. dem Bohrmotor 7 beeinflußt wird. Der Bohrmotor 7 wird dann zusammen mit der Bohrstange 6 über die Mitnehmerspann­ zange 14 an der Bohrmotorführung 15 entlang verfahren, wobei die Bohrstange 6 gleichzeitig ins Gebirge eingestoßen wird. Das Einstoßen wird dabei erleichtert und eine genaue Anord­ nung erreicht, indem im Bereich der Bohrkrone 11 ein Zen­ trierdorn 12 angeordnet ist, der hydraulisch ausfahrbar ist und damit auch gleichzeitig ein Verspannen der gesamten Bohrvorrichtung 2 zwischen Hangendem 1 und Liegendem 3 er­ möglicht.

Die Bohrstange 6 besteht, wie bereits weiter oben angedeu­ tet, aus mehreren Segmenten, wobei das Führungssegment 16 nur einseitig, die anderen Segmente 17, 19 dagegen beidsei­ tig Schalen 27 aufweisen. Mittig durch die Segmente 16, 17, 19 hindurch ist ein Spülschlauch 21 geführt, auf dem die einzelnen Segmente, wie in Fig. 1 angedeutet, verschoben werden können. Die Verzahnung 20 ist dabei so ausgebildet, daß im zusammengeschobenen Zustand der Segmente 16, 17, 19 ein Verkrallen bewirkt wird, so daß die schon erwähnte starre Einheit zwischen den Spannzangen 10, 13 entsteht. Auf diese starre Einheit werden dann die Andruck- und Drehkräfte aufgebracht. Der Spülschlauch 21 weist an seinem Ende ein Endstück auf, um ein Herausgleiten der Segmente 16, 17, 19 zu verhindern.

Außerhalb der Spannzangen 10, 13 sitzen die Segmente 19 lose auf dem Spülschlauch 21 auf, so daß sie begünstigt durch das Krümmungsteil 22 um praktisch beliebige Kurven herumgeführt werden können. Dadurch ist es möglich, wie in Fig. 1 ge­ zeigt, die Bohrstange 6 in Form ihrer ineinander verkrallba­ ren Segmente 16, 17, 19 am Liegenden 3 zu führen und dann in die Senkrechte zu bringen, um sie miteinander verkrallt dann über den Bohrmotor 7 zu beeinflussen.

Beim Anbohren sitzt der Bohrmotor 7 mit geöffneter Mitneh­ merspannzange 14 am Ende der Lafette 5. Die vordere Spann­ zange 10 ist leicht geöffnet, die hintere Spannzange 13 ist geschlossen, damit die Bohrstange 6 bzw. die eine starre Einheit bildenden Segmente 16, 17 nicht zurückgleiten können. Wird nun die Mitnehmerspannzange 14 geschlossen, öffnet sich die hintere Spannzange 13 und der Bohrmotor 7 kann einge­ schaltet werden. Das Anbohren erfolgt mit mäßiger Andruck­ kraft. Erst nach vollem Eingriff des Bohrkopfes bzw. der Bohrkrone 11 wird die Andrückkraft erhöht.

Nach Erreichen der vorderen Endstellung wird der Bohrmotor 7 abgeschaltet und die vordere Spannzange 10 und auch die hin­ tere Spannzange 13 geschlossen, damit die Bohrstange 6 fixiert ist. Nun wird die Mitnehmerspannzange 14 geöffnet und die Bohrvorrichtung 2 fährt in die Ausgangsstellung zu­ rück. Die Mitnehmerspannzange 14 wird geschlossen und die hintere Spannzange geöffnet. Die einzelnen Segmente 17, 19 werden mit niedriger Drehzahl von der Bohrvorrichtung soweit zusammengefahren bis sie sich ineinander verkrallt haben und eine formschlüssige Verbindung ergeben. Nun wird die vordere Spannzange 10 geöffnet und der Bohrvorgang kann mit der er­ forderlichen Drehzahl und Andrückkraft fortgesetzt werden. Der gesamte Vorgang kann mit einer Folgesteuerung automa­ tisch ablaufen.

Fig. 2 zeigt die Bohrstange 6 in Einzeldarstellung, wobei deutlich wird, daß zusätzlich zu den Zentrierbüchsen 18, 20 Führungsteile 25 vorgesehen sind, um die bogenförmige Füh­ rung der einzelnen Segmente 17, 19 zu begünstigen. Diese Führungsteile 25 bestehen einmal aus einem kugel- oder kegelförmigen Ring 26 und an dem gegenüberliegenden Ende der Segmente 17, 19 angeordneten Schale 27. Beide Teile sind so korrespondierend ausgebildet, daß sie gleichzeitig auch das Ineinanderfassen der Verzahnung 20 begünstigen.

Innerhalb der einzelnen Segmente 16, 17, 19 der Bohrstange 6 verläuft der Spülschlauch 21, der im Bereich des Führungs­ segmentes 16 über eine Drehdurchführung 24 mit diesem Seg­ ment verbunden ist. Dadurch wird das Mitdrehen des Spül­ schlauches 21 wirksam unterbunden und sichergestellt, daß nur die jeweils zwischen den Spannzangen 10, 13 angeordneten Segmente sich mitdrehen. Die Stärke des Spülschlauches 21 kann so bemessen sein, daß ein drehendes Bohren mit Hoch­ druckwasserunterstützung möglich ist. Beim Zurückfahren der einzelnen Segmente 16, 17, 19 der Bohrstange 6 nach fertig­ gestelltem Bohrloch kann der Spülschlauch eventuell die Seg­ mente aus dem Bohrloch herausschieben.

Fig. 3 zeigt die Verbindung zwischen zwei Segmenten 17, 19 in vergrößerter Darstellung, wobei insbesondere auch die Ausbildung des Führungsteils 25 sowie Verzahnung 20 verdeutlicht ist. Innerhalb der Bohrung der Bohrstange 6 verläuft der Spülschlauch 21.

Bezugszeichenliste:

1 Hangendes
2 Bohrvorrichtung
3 Liegendes
4 Stütze
5 Lafette
6 Bohrstange
7 Bohrmotor
8 Übertragungsteil
9 Planetengetriebe
10 Spannzange vorn
11 Bohrkrone
12 Zentrierdorn
13 Spannzange hinten
14 Mitnehmerspannzange
15 Bohrmotorführung
16 Führungssegment
17 Segment
19 Segment
20 Verzahnung
21 Spülschlauch
22 Krümmungsteil
24 Drehdurchführung
25 Führungsteil
26 kugel- oder kegelförmiger Ring
27 Schale

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern unter räum­ lich beengten Verhältnissen, insbesondere für das Ankern im untertägigen Berg- und Tunnelbau, bestehend aus einem Bohrmotor, den Übertragungsteilen und der von einer La­ fette geführten Bohrstange, die am dem Gebirge zugewand­ ten Ende eine Bohrkrone trägt und mit einer Innenbohrung zur Zuführung des Spülwassers ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrstange (6) aus mehreren Seg­ menten (16, 17, 19) zusammengesetzt ist, die an beiden Enden formschlüssig in das benachbarte Segment eingrei­ fende Führungsteile (25) aufweisen und auf einem Zug­ kräfte übernehmenden Spülschlauch (21) verschiebbar an­ geordnet sind, der mit dem die Bohrkrone (11) tragenden Führungssegment (16) über eine Drehdurchführung (24) verbunden ist und daß die mit dem verschiebbar daran an­ geordneten Bohrmotor versehene Lafette (5) als die zuge­ ordnete Segmente festlegende Einheit ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülschlauch (21) eine größere Länge als die zugeordneten Segmente (16, 17, 19) der Bohrstange (6) und am Ende ein Endstück aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (16, 17, 19) endseitig zusätzlich mit Führungsteilen (25) ausgerüstet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsteile (25) von einem kugelförmig und/oder kegelförmig ausgebildeten Ring (26) und entsprechenden korrespondierenden Schalen (27) in den sich gegenüberliegenden Enden der Segmente (16, 17, 19) gebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lafette (5) endseitig der Bohrmotorführung (15) mit Spannzangen (10, 13) ausgerüstet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzangen (10, 13) bei Entlastung die Bohrstange (6) führend geschaltet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 3 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lafette (5) ein an die innere Spannzange (13) anschließendes, als Führung für die Segmente (19) wirkendes Krümmungsteil (22) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lafette (5) ein ausfahrbarer Zentrierdorn (12) zuge­ ordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrmotor (7) ein Planetengetriebe (9) mit Kegelrad­ antrieb und/oder ein Stirnradgetriebe aufweist, dem eine Mitnehmerspannzange (14) zugeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülschlauch (21) als Hochdruckschlauch ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung des Drehmomentes von der Mitnehmerspann­ zange (14) auf die Bohrstange (6) Form- und/oder Reib­ schluß vorgesehen ist.