DE3917931A1 - Verfahren und anordnung zum bohren eines lochs in einen felsen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren eines Lochs in einen Felsen mit einer Bohr­ vorrichtung, die einen um Gelenke schwenkbaren Ausle­ ger, einen am Ende des Auslegers gegenüber diesem um Gelenke schwenkbaren, in seiner Längsrichtung gegenüber dem Ausleger verschiebbaren Vorschubbalken, eine zum Vorschubbalken parallele, gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschiebbare, mit einer Bohrkrone verse­ hene Bohrstange, Winkelfühler an jedem Gelenk zum Mes­ sen der Schwenkwinkel der Gelenke, Fühler zum Messen der Längslage des Vorschubbalkens gegenüber dem Ende des Auslegers und zum Messen der Längslage der Bohr­ stange gegenüber dem Vorschubbalken und an dem Fühlern angeschlossene Steuerorgane zum Steuern der Bewegungen des Auslegers und des Vorschubbalkens sowie des Bohr­ vorgangs aufweist, bei welchem Verfahren zur Bildung des Grundes des Bohrlochs im wesentlichen an der ge­ wünschten Stelle im Felsen die Bohrstange in eine vorbestimmte Richtung koaxial mit dem vorgeplanten Bohrloch gerichtet wird, dadurch, daß der Ausleger und/oder der Vorschubbalken gegenüber dem Ausleger um Gelenke geschwenkt wird und das Bohren an der vorbe­ stimmten Stelle dadurch begonnen wird, daß der Vor­ schubbalken gegen den Felsen verschoben wird, bis sein Ende die Oberfläche des Felsen berührt, wonach die Bohrstange weiter vorgeschoben wird und der Bohrvorgang fortgesetzt wird, bis sich der Grund des gebohrten Loches im wesentlichen an der vorbestimmten Stelle befindet, wobei sämtliche Gelenke und der Vorschub­ balken in seiner Längsrichtung während des Bohrvorgangs im wesentlichen unbeweglich verriegelt sind. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Anord­ nung zum Durchführen des Verfahrens mit einer Bohrvor­ richtung, die einen mittels Kraftorgane um Gelenke schwenkbaren Ausleger, einen am Ende des Auslegers gegenüber diesem mittels Kraftorgane um Gelenke schwenkbaren, in seiner Längsrichtung gegenüber dem Ausleger mittels eines Kraftorgans verschiebbaren Vorschubbalken, eine zum Vorschubbalken parallele, gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschiebbare, mit einer Bohrkrone versehene Bohrstange, Winkelfühler an jedem Gelenk zum Messen der Schwenkwinkel der Ge­ lenke, Fühler zum Messen der Längslage des Vorschubbal­ kens gegenüber dem Ende des Auslegers und zum Messen der Längslage der Bohrstange gegenüber dem Vorschubbal­ ken und an den Fühlern angeschlossene Steuerorgane zum Steuern der Bewegungen des Auslegers und des Vorschub­ balkens sowie des Bohrvorgangs aufweist, wobei sämt­ liche Gelenke und der Vorschubbalken in seiner Längs­ richtung während des Bohrvorgangs mittels der Kraft­ organe im wesentlichen unbeweglich verriegelt sind.

Beim Bohren eines Loches in einer Felswand ist es zu Beginn des Bohrvorganges vor der Bildung des Loches in der Felswand üblich, daß die Bohrkrone von dem ursprünglich geplanten Berührungspunkt auf der Felsenoberfläche seitlich versetzt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Felsenoberfläche oft uneben und in verschiedenen Weisen geneigt ist, wobei durch die Einwirkung der Vorschubkraft und des Drehens des Bohrers eine die Bohrkrone zur Seite verdrängende Kraftkomponente gebildet wird, die den Ausleger, den Vorschubbalken und auch die Bohrstange biegen. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Bohrstange beim Weiter­ bohren zu der ursprünglich geplanten Bohrrichtung in einem Winkel steht und noch in einem Abstand davon liegt, wobei das Loch nicht an der geplanten Stelle gebildet wird, was beim Sprengen eine schlechtere Spaltung und und gegebenenfalls unnötigen Abbau und zusätzliche Arbeit zur Folge hat. Insbesondere wenn man nach modernen Methoden mit hoher Genauigkeit und möglichst wirtschaftlich arbeiten will beim Abbau von Tunneln und dergleichen, wirkt dieses Phänomen sehr nachteilig und man versucht, es auf verschiedene Weisen zu vermeiden.

Es ist aus der GB-Patentanmeldung 21 03 969 bekannt, um die Bohrstange in der gewünschten Richtung zu halten, für jeden Teil der Bohrvorrichtung, wie z.B. für den Ausleger und den Vorschubbalken einen sog. Steifigkeitsfaktor zu bestimmen, wobei die Winkel­ werte der verschiedenen Gelenke als Funktion der Vor­ schubkraft der Bohrstange korrigiert werden, um die Bohrstange in der Lage zu halten, wo sie ursprünglich festgelegt wurde. Bei der Lösung nach dieser Druck­ schrift wird aber in keiner Weise die seitliche Ver­ schiebung der Bohrstange auf der Felsenoberfläche berücksichtigt, so daß es nicht möglich ist, das da­ durch falsch gerichtete und an falscher Stelle befind­ liche Loch zu kompensieren.

Die US-Patentschrift 37 24 559 wiederum offen­ bart eine Lösung, bei der die durch die Vorschubkraft bedingte Biegung des Auslegers und die daraus folgende Biegung der Bohrstange mit einem getrennten Detektor indiziert werden, der wiederum die Schwenkung des Auslegers derart steuert, daß die Bohrstange während des gesamten Bohrvorgangs im wesentlichen gerade bleibt. Auch bei der Lösung nach dieser Druckschrift werden die durch die seitliche Verschiebung entstehen­ den Fehler nicht berücksichtigt und können auch nicht beseitigt werden.

Die US-Patentschriften 37 91 460 und 43 43 367 wiederum offenbaren, wie eine automatische Ausrichtung der Auslegeranordnung in einer Gesteinsbohrmaschine erfolgt, um die Bohrstange zu Beginn des Bohrvorgangs in die richtige Lage zu bringen. Keine dieser beiden Druckschriften offenbaren aber in keiner Weise, wie die entstandenen Fehler und die durch die seitliche Verschiebung der Bohrstange bedingten Ausweichungen beseitigt werden könnten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die es ermöglichen, sowohl die durch die Verschiebung der Bohrstange gegenüber der Felsenoberfläche als auch die durch die Biegung des Bohrauslegers entstandenen Fehler zu berücksichtigen und zu korrigieren und den Grund des gebohrten Lochs im wesentlichen an der vorbe­ stimmten Stelle zu bilden. Das beanspruchte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zuerst ein Anfangs­ loch mit solcher Länge gebohrt wird, daß die Bohrkrone darin fest sitzt, ohne sich auf der Oberfläche des Felsen hinsichtlich deren wesentlich zu bewegen, daß wenigstens so eine Anzahl der Gelenke zwischen dem Ausleger und dem Vorschubbalken und/oder der Vorschub­ balken in seiner Längsrichtung frei beweglich gemacht wird, daß der Ausleger und der Vorschubbalken eine freie, wesentlich spannungsfreie Lage einnehmen können, während die Bohrkrone noch im Anfangsloch steckt, daß die von den freigegebenen Gelenken und/oder vom Vor­ schubbalken eingenommenen Lagen gemessen werden, daß aufgrund der eingenommenen Lagen und der Abmessungen des Auslegers und des Vorschubbalkens und der Vorschub­ länge der Bohrstange die wirkliche Lage des Anfangs­ lochs sowie die benötigte Richtung berechnet werden, um von dem Anfangsloch bis zur gewünschten Endstelle des Bohrlochs ein Loch zu bohren, daß die Bohrstange unter Festhalten der Bohrkrone im Anfangsloch durch Schwenken des Auslegers und/oder des Vorschubbalkens um die Gelenke und/oder durch Verschieben des Vorschub­ balkens in seiner Längsrichtung auf die berechnete Richtung gerichtet wird, wonach das Bohren fortgesetzt wird, bis die gewünschte Endstelle des Bohrlochs er­ reicht wird.

Der wesentliche Gedanke beim Verfahren besteht darin, daß im Felsen zuerst ein Anfangsloch gebohrt wird, und zwar unabhängig davon, wie die Bohrkrone hinsichtlich der Felsenoberfläche von der geplanten Bohrungsstelle versetzt wird, wonach das gebildete Bohrloch als Festpunkt dient und die Lage desselben durch Freigeben der Gelenke zwischen dem Ausleger und dem Vorschubbalken bestimmt wird, wobei, während die Bohrkrone in ihrem Anfangsloch festsitzt, der Ausleger und der Vorschubbalken sich wesentlich geraderichten und dabei um die genannten Gelenke schwenken, wobei mit Hilfe der die Gelenkwinkel ermittelnden Fühler die Lage des Auslegers und des Vorschubbalkens zueinander bestimmt und dadurch die wirkliche Lage des Anfangs­ loches mit Hilfe der bereits bekannten Abmessungen des Auslegers und gegebenenfalls der Länge der in Längsrichtung erfolgenden Verschiebebewegung des Vor­ schubbalkens und der Vorschubbewegung der Bohrstange berechnet werden können. Ferner ist es möglich, auf­ grund der auf diese Weise berechneten Lage des Anfangs­ lochs entsprechend zu berechnen, in welcher Richtung das Bohrloch von dem Anfangsloch gebohrt werden soll und wie lang das Loch sein soll, damit sich sein Grund wesentlich an der Stelle befinden würde, wo der Loch­ grund nach dem ursprünglichen Plan sich befinden sollte. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Bohrloch an einer für die Sprengung möglichst opti­ malen Stelle liegt, wobei die Abbauarbeit präzis und ökonomisch erfolgen kann. Weil die Lage der Lochmündung keine sehr wichtige Rolle für die Sprengung spielt, sondern die Sprengladung am Lochgrund gelegt wird, wird dadurch eine erheblich höhere Sprengungsgenauig­ keit erzielt als früher. Dies beruht darauf, daß bei den bekannten Lösungen die Lochmündung ziemlich nahe der geplanten Lochmündung gebildet wird, aber die Lage des Lochgrundes erheblich abweicht von der geplanten Lage des Lochgrundes. Ein weiterer Vorteil der Erfin­ dung besteht darin, daß das Endergebnis fast mit be­ reits bestehenden Steuer- und Meßeinrichtungen erziel­ bar ist und somit keine sehr teuren Änderungen und Investitionen nötig sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie Freigabevorrichtungen aufweist, um wenigstens die Gelenke zwischen dem Ausleger und dem Vorschubbalken und/oder den Vorschubbalken in seiner Längsrichtung frei beweglich zu machen.

Der wesentliche Gedanke bei der Anordnung be­ steht darin, daß wenn in einem üblichen Fall ein Kraft­ organ in jedem Gelenk die auf beiden Seiten des Gelenks befindlichen Teile des Auslegers oder den Ausleger und den Vorschubbalken bzw. in jedem Verschiebeorgan die Wiege des Vorschubbalkens und den Vorschubbalken mit­ einander verbindet, wobei bei normalem, unbeweglichem Zustand des Kraftorgans auch jedes Gelenk bzw. der Vorschubbalken steif und unbeweglich ist, die Gelenke und die Verschiebeorgane dadurch frei schwenkbar und beweglich gemacht werden können, daß die Kraftorgane frei beweglich gemacht werden. Auf diese Weise können der Vorschubbalken und der Ausleger im wesentlichen spannungsfrei werden, so daß sie nur dem durch die Gravitation bewirkten Gewicht ausgesetzt sind. Ein Vorteil der Anordnung besteht darin, daß durch die Verwendung einer bereits bestehenden Anlage durch kleinere Komponentenzusätze leicht eine Anlage erhalten werden kann, mit der sich das Bohren schnell ausführen läßt so, daß sich der Grund des Bohrlochs an der ge­ wünschten Stelle befindet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der bei­ gefügten Zeichnung näher erläutert, wobei zeigen

Fig. 1a bis 1d in schematischer Darstellung die Durchführung des beanspruchten Verfahrens,

Fig. 2 bis 3 in schematischer Darstellung de­ taillierter einen Bohrausleger mit einem Vorschubbalken sowie die bei der Durchführung des Verfahrens einzu­ setzenden Gelenke und Verschiebeorgane und

Fig. 4 eine hydraulische Schaltung, mit der die Hydraulikzylinder der freizugebenden Gelenke der mit hydraulischem Kraftorgan versehenen Auslegeranordnung erfindungsgemäß frei beweglich gemacht werden können.

Fig. 1a zeigt in schematischer Darstellung einen an einem Gestell 1 der Bohrvorrichtung befestigten Aus­ leger 2, der um ein Gelenk 3 gegenüber dem Gestell schwenkbar ist. An dem einen Ende des Auslegers 2 ist um ein Gelenk 4 schwenkbar ein Vorschubbalken 5 ange­ ordnet, längs dessen eine nicht gezeigte Bohrmaschine und eine ebenfalls nicht gezeigte, mit einer Bohrkrone versehene Bohrstange sich bewegen. Zu Beginn des Bohr­ vorganges werden der Ausleger 2 um das Gelenk 3 bzw. der Vorschubbalken um das Gelenk 4 geschwenkt, bis der Vorschubbalken 5 parallel zu einem vorgeplanten Loch, d.h. zu einer Linie La zwischen Punkt A und Punkt B verläuft und die Bohrstange im wesentlichen konzent­ risch mit einer Linie L ist. In dieser Stufe steht der Vorschubbalken 5 in einem Winkel α 1 zum Ausleger 2 und der Ausleger 2 in einem Winkel β 1 zum Gestell 1. Dann wird der Vorschubbalken 5 in seiner Längsrichtung mittels nicht gezeigter, zwischen dem Vorschubbalken 5 und dem Gelenk 4 angeordneter Verschiebeorgane vorwärts verschoben, bis das vordere Ende des Vorschubbalkens 5 die Oberfläche des Felsens 6 trifft. In einer Situa­ tion, wo die Oberfläche des Felsens 6 entsprechend Fig. 1a bis 1d geneigt ist, haben die Vorschubkraft und das Drehen des Bohrers zur Folge, daß die am Ende der Bohrstange angeordnete Bohrkrone längs der Ober­ fläche an eine Stelle versetzt wird, wo die seitliche Verschiebekraft und die durch die Biegung des Bohraus­ legers 2 und des Vorschubbalkens 5 entstandene, in die entgegengesetzte Richtung drehende Kraft im Gleich­ gewicht sind. Wenn die Bohrkrone seitlich versetzt wird, wird gleichzeitig der Vorschubbalken 5 mittels der Verschiebeorgane weiter vorwärts geschoben, damit er möglichst standfest an dem Felsen anliegen würde. Wenn die seitliche Verschiebung ausgesetzt hat, befin­ det sich die Bohrkrone entsprechend Fig. 1b im Punkt C, und der Ausleger 2 und der Vorschubbalken 5 haben sich vom Punkt A in Richtung auf Punkt C gebogen. Die Biegungen sowie die Bewegungen des Auslegers 2 und des Vorschubbalkens 5 sind in Fig. 1a bis 1d in vergrößer­ tem Maßstab gezeigt, um die Sache deutlicher darzustel­ len. In dieser Situation haben die Winkel α 1 und β 2 ihre ursprüngliche Größe und die Schwenkung beruht lediglich auf der Biegung des Auslegers 2 und des Vor­ schubbalkens 5. Wenn die seitliche Bewegung der Bohr­ krone ausgesetzt hat, fängt das eigentliche Bohren an, wobei die Bohrkrone im Punkt C in den Felsen eindringt, wobei die Bohrstange parallel zu einer Linie Lb zwi­ schen Punkt C und Punkt D gerichtet ist und, falls das Bohren in üblicher Weise fortgesetzt würde, würde sich das Bohrloch zwischen den Punkten C und D bilden. Dabei würde sich die Lage im Punkt D des Lochgrundes erheb­ lich abweichen von der geplanten Lage im Punkt B des Lochgrundes.

Wenn die Bohrkrone so tief im Felsen 6 einge­ drungen hat, daß sie bezüglich der Oberfläche des Fel­ sens 6 seitlich unbeweglich bleibt, wird erfindungs­ gemäß das Gelenk 4 zwischen dem Ausleger 2 und dem Vorschubbalken 5 frei beweglich gemacht, wobei der Ausleger 2 und der Vorschubbalken 5 die in Fig. 1c gezeigte Lage einnehmen. Zu diesem Zweck kann das Boh­ ren z.B. durch Unterbrechen des Vorschubs der Bohr­ stange längs des Vorschubbalkens oder durch Aufhören mit sowohl dem Vorschub als auch dem Drehen ausgesetzt werden. Dabei stehen der Vorschubbalken 6 und entspre­ chend die Bohrstange schräger als zuvor zur gewünschten Bohrungslage und die Bohrstange ist längs einer Linie Lc zwischen Punkt C und Punkt E gerichtet. Wenn der Ausleger 2 und der Vorschubbalken 5 die freie Lage ein­ genommen haben, steht der Ausleger 2 nach wie vor in einem dem Winkel β 1 zum Gestell 1, aber der Winkel zwi­ schen dem Vorschubbalken 5 und dem Ausleger 2 weicht vom früheren ab und beträgt jetzt α 2. In dieser Situa­ tion können mit Hilfe eines im Gelenk 4 vorgesehenen Fühlers der wirkliche Schwenkwinkel α 2 in im wesent­ lichen spannungsfreiem Zustand des Auslegers 2 und des Vorschubbalkens 5 und ferner mit Hilfe eines an den Verschiebeorganen des Vorschubbalkens 5 angeschlossenen Fühlers die Lage des Vorschubbalkens 5 gegenüber dem Ende des Auslegers gemessen werden, wobei die Lage des Punktes C, d.h. des Anfangspunktes des Lochs unter Verwendung der bereits bekannten Geometrie und Längen der Auslegeranordnung und des Vorschubbalkens berechnet werden kann. Dies erfolgt einfach mit einem in der Bohrvorrichtung vorgesehenen Mikrocomputer, mit dem die Steuerung der Auslegeranordnung und des Bohrens auch sonst erfolgt.

Wenn die Lage des Lochs C berechnet worden ist, ist es einfach, in entsprechender Weise mit einem Mik­ rocomputer zu berechnen, in welcher Richtung das Bohr­ loch vom Punkt C zum Punkt B gehen soll, um den Grund des Bohrloches im wesentlichen in dem gewünschten und vorgeplanten Punkt B zu bilden. Gleichzeitig wird auch die vom Punkt C zum Punkt B benötigte Länge des Bohr­ lochs ermittelt. Danach wird der Vorschubbalken 5 durch Schwenken des Auslegers 2 gegenüber dem Gestell 1 um das Gelenk 3 in den Winkel β 2 und ferner durch Schwen­ ken des Vorschubbalkens 5 gegenüber dem Ende des Ausle­ gers 2 um das Gelenk 4 in einen Winkel α 3 umgerichtet, während die Bohrkrone die ganze Zeit in dem Anfangsloch im Punkt C gehalten wird. Der Vorschubbalken 5 wird jetzt also so gerichtet, daß sich die Bohrstange paral­ lel zu einer Linie Ld zwischen den Punkten C und B stellt, und der Vorschubbalken 5 wird in seiner Längs­ richtung mit der Oberfläche des Felsen 6 in Berührung gebracht, wonach das endgültige Loch vom Punkt C zum Punkt B gebohrt wird.

In Fig. 1a bis 1d ist das Verfahren der Einfach­ heit und der Veranschaulichung halber nur in einer Ebe­ ne dargestellt, wobei sie dementsprechend auch nur zu dieser einen Ebene senkrechte Gelenke zeigt, um welche der Ausleger 2 und der Vorschubbalken 5 schwenkbar sind. Auch eine dreidimensionale Ausführung ist aber in entsprechender Weise dadurch möglich, daß zur Ermit­ tlung der verschieden gerichteten Bewegungen und der Änderungen von an sich bekannten Auslegeranordnungen Winkel und Längen von zwei quer zueinander verlau­ fenden, vorzugsweise senkrechten Ebenen verwendet werden. Dabei sind sowohl der Ausleger 2 als auch der Vorschubbalken 5 um zu den beiden Ebenen senkrecht stehende Gelenke schwenkbar. Entsprechend erfolgen die Winkelmessungen und die Berechnung der Lage des An­ fangslochs und der Richtung und der Entfernung des zu bohrenden Lochs bezüglich der beiden Ebenen so, daß eine der Wirklichkeit entsprechende, in einem dreidi­ mensionalen Koordinatensystem erfolgende Dimensionie­ rung des Bohrlochs in gewünschter Weise erhalten wird.

Fig. 2 und 3 zeigen einen typischen Bohrausleger für eine Gesteinsbohrvorrichtung, wobei auf einem Ge­ stell 1 mittels eines Kraftorgans 7 um ein Gelenk 3 und mittels eines Kraftorgans 9 um ein Gelenk 8 ein Ausle­ ger 2 schwenkbar angeordnet ist. Ferner ist an dem einen Ende des Auslegers 2 mittels eines Kraftorgans 10 um ein Gelenk 4 und mittels eines Kraftorgans 12 um ein Gelenk 11 schwenkbar ein Vorschubbalken 5 angeord­ net. Zwischen dem Vorschubbalken 5 und dem Gelenk 11 ist eine Wiege 13 vorgesehen, längs deren der Vorschub­ balken 5 in seiner Längsrichtung mittels eines Kraft­ organs 14 verschoben werden kann. Auf dem Vorschubbal­ ken sind eine Bohrmaschine 15 und eine von der Bohr­ maschine durch eine am vorderen Ende des Vorschubbal­ kens angeordnete Bohrsteuerung 16 verlaufende Bohr­ stange 17 angeordnet, die an ihrem Ende eine Bohrkrone 18 aufweist. Der Ausleger 2 kann auch mit einem sog. Zoom, d.h. mit Mitteln zur Verlängerung des Auslegers 2 in seiner Längsrichtung versehen sein, obwohl sie als an sich bekannt nicht näher gezeigt worden sind.

Bei der Durchführung des Verfahrens mit der Vor­ richtung gemäß Fig. 2 und 3 wird der Vorschubbalken 5 zuerst durch Schwenken des Auslegers 2 um die Gelenke 3 und 8 sowie durch Schwenken des Vorschubbalkens 5 um die Gelenke 4 und 11 so gestellt, daß die Bohrstange 17 hinsichtlich ihrer Richtung und Länge parallel zu dem vorgeplanten Bohrloch verläuft und mit diesem im wesentlichen koaxial ist. In dieser Stufe sind die Gelenke 4 und 8 nach der Schwenkung im wesentlichen unbeweglich verriegelt, weil Absperrventile der Kraft­ organe 10 und 12 in an sich bekannter Weise die Strö­ mung von Hydraulikflüssigkeit von der einen Zylinder­ kammer in die andere verhindern, und wegen der lnkom­ pressibilität der Flüssigkeit können die Kolben sich nicht wesentlich in ihrer Längsrichtung bewegen. Dabei können die Schwenkungen des Vorschubbalkens um die Gelenke im Prinzip nur insofern erfolgen, als die Materialien nachgeben, was für die Erfindung fast ohne Bedeutung ist. Dann wird der Vorschubbalken 5 mittels der Verschiebeorgane 14 bezüglich der Wiege 13 in der Längsrichtung des Vorschubbalkens 5 vorwärts geschoben, wobei das vordere Ende des Vorschubbalkens 5 die Fels­ wand so trifft, daß sich die Bohrkrone 18 im wesent­ lichen an der vorgeplanten Stelle der Bohrlochmündung befindet. Anschließend wird mit dem Bohren angefangen, wobei, wenn die Bohrkrone entlang der Oberfläche des Felsen 6 verschoben wird, der Vorschubbalken 5 und der Ausleger 2 sich biegen. Bei Bedarf kann der Vorschub­ balken 5 die ganze Zeit in seiner Längsrichtung vor­ wärts geschoben werden, wobei auch er bei der seit­ lichen Verschiebung der Bohrkrone 18 der Oberfläche des Felsen 6 zu folgen versucht, bis die seitliche Verschiebung aussetzt und die Bohrkrone 18 unter Bil­ dung des Anfangslochs in den Felsen 6 eindringt. Da­ nach wird das Bohren vorzugsweise unterbrochen, wobei die Vorschubbewegung der Bohrstange 17 längs des Vor­ schubbalkens 5 ausgesetzt wird oder sowohl die Vor­ schubbewegung als auch das Drehen der Bohrstange 17 unterbrochen werden. Dies bedeutet in den beiden Fäl­ len, daß die Bohrstange 17 von der darauf wirkende Vorschubkraft befreit wird. Anschließend werden die Kraftorgane 11 und 12 der Gelenke 4 und 11, die Druck­ mediumzylinder, typisch Hydraulikzylinder sind, so geschaltet, daß das Druckmedium von dem einen Zylinder­ raum in den anderen frei fließen kann und daß die Kol­ ben somit durch Einwirkung der durch die Biegungen des Auslegers 2 und des Balkens 5 entstandenen Kräfte frei verschoben werden können, bis der Ausleger 2 und der Vorschubbalken 5 im wesentlichen spannungsfrei sind. In allen Gelenken 3, 8, 4 und 11 sowie in den Verschie­ beorganen 14 des Vorschubbalkens und in den am Ausleger 2 gegebenenfalls vorgesehenen Längsverschiebeorganen sind zur Messung der Bewegungen dieser Teile Fühler vorgesehen, mit deren Hilfe die Winkel und die Längs­ verschiebungen ermittelt und mit deren Hilfe die Rich­ tung und die Lage des Vorschubbalkens 5 bzw. der Bohr­ stange 17 bestimmt werden können. Weil man bei der Planung des Bohrens dem in der Bohrvorrichtung vorge­ sehenen Mikrocomputer die Koordinate und Richtungen des gewünschten Bohrloches gegeben hat, aufgrund deren der Mikrocomputer den Ausleger 2 und den Vorschubbalken 5 in die ursprüngliche Ausgangslage des Bohrens ge­ steuert hat, kann aufgrund der nach der Freigabe der Kraftorgane 10 und 12 erhaltenen Winkelwerte bestimmt werden, an welcher Stelle sich das gebildete Anfangs­ loch in der Tat befindet. Ferner ist es möglich, auf­ grund der Werte dieses Lochs die benötigte Richtung und die Länge des neuen Bohrlochs zu berechnen, wonach der Ausleger mittels der Kraftorgane 7 und 9 um die Gelenke 3 und 8 und der Vorschubbalken 5 mittels der Kraftorgane 10 und 12 um die Gelenke 4 und 11 ge­ schwenkt werden, während gleichzeitig der Vorschubbal­ ken 5 bei Bedarf mittels der Verschiebeorgane 14 in seiner Längsrichtung verschoben wird und der Ausleger gegebenenfalls mittels der nicht gezeigten Längsver­ schiebeorgane so verlängert wird, daß die Bohrkrone 18 die ganze Zeit in dem bereits gebohrten Anfangsloch fest sitzt. Wenn die Bohrstange 17 wieder parallel zu dem berechneten Loch liegt, wobei die Bohrkrone 18 schon im Anfangsloch steckt, wird der Vorschubbalken 5 gegen den Felsen geschoben, und das Bohrloch wird durch Weiterbohren des bereits begonnenen Lochs gebohrt.

Fig. 4 zeigt eine hydraulische Schaltung, mit deren Hilfe die Hydraulikzylinder zur Durchführung des Verfahrens frei beweglich gemacht werden können. Der Zylinder 10 weist einen Kolben 19 auf, der den Innen­ raum des Zylinders 10 in zwei Kammern 20 und 21 auf­ teilt. Aus einem Druckmediumbehälter 22 wird Druck­ medium bei Bedarf mittels einer Pumpe 23 über ein Um­ steuerventil 24 in ein druckgesteuertes Absperrventil 25 gepumpt, das bei unterbrochener Druckmediumzufuhr in die Kammern 20 und 21 führende Kanäle absperrt und dadurch das Fließen des Druckmediums in die Kammern oder aus diesen verhindert. Der Aufbau und die Arbeits­ weise dieser Komponenten sind an sich allgemein bekannt und werden daher nicht näher erläutert.

Um den Zylinder 10 frei beweglich zu machen, wird ein Freigabeventil 26 verwendet, das über ge­ trennte Kanäle 27 bzw. 28 mit den Kammern 20 und 21 in Verbindung steht. Andererseits steht das Ventil 26 über einen getrennten Kanal 29 mit dem Druckmediumbe­ hälter 22 in Verbindung. Das Ventil 26 wird mit einem getrennten Signal über eine Linie 30 gesteuert, wobei als Steuersignal zum Beispiel ein elektrisches Signal dienen kann, oder das Ventil kann, in Abhängigkeit von dem zu verwendenden Ventil, mit Druckmedium gesteuert werden. Bei der Betätigung des Ventils 26 setzt es die Kammern 20 und 21 des Zylinders 10 über die Kanäle 27 und 28 miteinander in Verbindung, während es die beiden mit dem Druckmediumbehälter 22 in Verbindung setzt. Dies ist daher nötig, daß die Volumenänderungen in den Kammern 20 und 21 durch die Einwirkung der Stange des Kolbens 19 bei gleicher Länge des Hubes des Kolbens 19 verschieden sind und Druckmedium je nach der Bewegungs­ richtung entweder aus dem Zylinder 10 ausgelassen oder in diesen eingelassen werden soll. Durch diese Schal­ tung kann das Druckmedium je nach Bedarf frei in beiden Richtungen fließen und somit ist die Bewegung des Zy­ linders 10 frei.

Die hydraulische Schaltung gemäß Fig. 4 stellt eine Schaltung für nur einen Zylinder 10 dar. Entspre­ chend kann für jeden eventuell freizugebenden Zylinder oder Antriebsvorrichtung, wie für einen hydraulischen Vorschubmotor, ein Freigabeventil vorgesehen werden, das die Zylinderkammern und den Druckmediumbehälter mit Hilfe eines Steuersignals miteinander verbindet. Dabei können jede der Ventile gleichzeitig oder jeweils ein oder mehrere bei Bedarf eingeschaltet werden.

Vorstehend sind nur einige Beispiele von Verfah­ ren und Anordnung nach der Erfindung beschrieben worden und die Erfindung ist in keiner Weise auf nur diese beschränkt. Die Erfindung kann in entsprechender Weise im Rahmen der Patentansprüche auf allerlei Bohrvorrich­ tungen mit zugehörigen Bohrauslegern, einschließlich verschiedener drehbarer und in ihrer Länge veränder­ barer Ausleger und Vorschubbalken, angewendet werden. Entsprechend kommen als freizugebende Gelenke nicht nur die Gelenke zwischen dem Vorschubbalken und dem Ausleger in Frage, sondern auch Gelenke zwischen dem Ausleger und dem Gestell und Drehvorrichtungen des Auslegers oder des Vorschubbalkens können zu erfin­ dungsgemäßen Zwecken verwendet werden. Nach dem Verfah­ ren können die Gelenke einzeln oder in einer vorgewähl­ ten Anzahl gleichzeitig freigegeben werden. Bei der Ausführung der Erfindung kann die Freigabe auch während des Drehens des Bohrers erfolgen, obwohl der Bohrstan­ genvorschub ausgesetzt worden ist. Ferner, wenn eine Messung nach der Freigabe zeigt, daß die Lage des ge­ bildeten Anfangslochs so viel von der geplanten Lage abweicht, daß das Loch entweder wegen des Ausleger­ aufbaus oder wegen des Bohrens der weiteren Löcher oder aus irgendeinem anderen Grund viel schräger als geplant gebildet wird oder das Bohren der weiteren Löcher beeinträchtigen kann, ist es möglich, das Bohren zu unterbrechen und in bekannter Weise an einer neuen Stelle wieder anzufangen. Bei der Freigabe der Gelenke besteht natürlich die Gefahr, daß die Bohrkrone nicht im Anfangsloch stecken bleibt, sondern daraus entfernt wird, wobei der Vorschubbalken durch Einwirkung der Gravitation frei zu schwenken beginnt. In diesem Fall zeigen die Fühler eine Bewegung an, die schneller als üblich ist, wobei die Gelenke wieder fest gemacht werden und somit gesteuert sind, und das Bohren wird in üblicher Weise wieder angefangen. Ferner, obwohl die Erfindung in Verbindung mit hydraulisch angetrie­ benen Auslegern dargestellt ist, kann das Verfahren nach dieser Erfindung auch in Verbindung mit in anderen Weisen und mit anderen Antriebsvorrichtungen verwirk­ lichten Bohrauslegern durchgeführt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Bohren eines Lochs in einen Felsen (6) mit einer Bohrvorrichtung, die einen um Gelenke (3, 8) schwenkbaren Ausleger (2), einen am Ende des Auslegers (2) gegenüber diesem um Gelenke (4, 11) schwenkbaren, in seiner Längsrichtung gegenüber dem Ausleger (2) verschiebbaren Vorschubbalken (5), eine zum Vorschubbalken (5) parallele, gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschiebbare, mit einer Bohrkrone (18) versehene Bohrstange (17), Winkelfühler an jedem Gelenk (3, 4, 8, 11) zum Messen der Schwenkwinkel (α, β) der Gelenke (3, 4, 8, 11), Fühler zum Messen der Längslage des Vorschubbalkens (5) gegenüber dem Ende des Ausle­ gers (2) und zum Messen der Längslage der Bohrstange (17) gegenüber dem Vorschubbalken (5) und an den Füh­ lern angeschlossene Steuerorgane zum Steuern der Bewe­ gungen des Auslegers (2) und des Vorschubbalkens (5) sowie des Bohrvorgangs aufweist, bei welchem Verfahren zur Bildung des Grundes des Bohrloches im wesentlichen an der gewünschten Stelle im Felsen (6) die Bohrstange (17) in eine vorbestimmte Richtung koaxial mit dem vor­ geplanten Bohrloch gerichtet wird, dadurch, daß der Ausleger (2) und/oder der Vorschubbalken (5) gegen­ über dem Ausleger (2) um Gelenke (3, 4, 8, 11) geschwenkt wird und das Bohren an der vorbestimmten Stelle dadurch begonnen wird, daß der Vorschubbalken (5) gegen den Felsen (6) verschoben wird, bis sein Ende die Ober­ fläche des Felsen (6) berührt, wonach die Bohrstange (17) weiter vorgeschoben wird und der Bohrvorgang fortgesetzt wird, bis sich der Grund des gebohrten Loches im wesentlichen an der vorbestimmten Stelle befindet, wobei sämtliche Gelenke (3, 4, 8, 11) und der Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung während des Bohrvorgangs im wesentlichen unbeweglich verriegelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zuerst ein Anfangsloch mit solcher Länge ge­ bohrt wird, daß die Bohrkrone (18) darin fest sitzt, ohne sich auf der Oberfläche des Felsen (6) hinsicht­ lich deren wesentlich zu bewegen,
• - wenigstens so eine Anzahl der Gelenke (4, 11) zwischen dem Ausleger (2) und dem Vorschubbalken (5) und/oder den Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung frei beweglich gemacht wird, daß der Ausleger (2) und der Vorschubbalken (5) eine freie, wesentlich span­ nungsfreie Lage einnehmen können, während die Bohrkrone (18) noch im Anfangsloch steckt,
• - die von den freigegebenen Gelenken (4, 11) und/oder vom Vorschubbalken (5) eingenommenen Lagen gemessen werden,
• - aufgrund der eingenommenen Lagen und der Ab­ messungen des Auslegers (2) und des Vorschubbalkens (5) und der Vorschublänge der Bohrstange (17) die wirkliche Lage des Anfangslochs sowie die benötigte Richtung be­ rechnet werden, um von dem Anfangsloch (C) bis zur ge­ wünschten Endstelle (B) des Bohrlochs ein Loch zu bohren,
• - die Bohrstange (17) unter Festhalten der Bohr­ krone (18) im Anfangsloch durch Schwenken des Auslegers (2) und/oder des Vorschubbalkens (5) um die Gelenke (3, 4, 8, 11) und/oder durch Verschieben des Vorschubbal­ kens (5) in seiner Längsrichtung auf die berechnete Richtung gerichtet wird, wonach das Bohren fortgesetzt wird, bis die gewünschte Endstelle (B) des Bohrlochs erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gelenke (4, 11) eines nach dem anderen der Reihe nach und/oder der Vorschubbalken (5) in sei­ ner Längsrichtung freigegeben werden, bis ein im we­ sentlicher spannungsfreier Zustand erreicht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Bohrstange (17) von der darauf wirkenden Vorschubkraft befreit wird.

4. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Bohrvorrichtung, die einen mittels Kraftorgane (7, 9) um Gelenke (3, 8) schwenkbaren Ausleger (2), einen am Ende des Auslegers (2) gegenüber diesem mittels Kraftorgane (10, 12) um Gelenke (4, 11) schwenkbaren, in seiner Längsrichtung gegenüber dem Ausleger (2) mittels eines Kraftorgans (14) verschieb­ baren Vorschubbalken (5), eine zum Vorschubbalken (5) parallele, gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschiebbare, mit einer Bohrkrone (18) versehene Bohrstange (17), Winkelfühler an jedem Gelenk (3, 4, 8, 11) zum Messen der Schwenkwinkel (α, β) der Gelenke (3, 4, 8, 11), Fühler zum Messen der Längslage des Vor­ schubbalkens (5) gegenüber dem Ende des Auslegers (2) und zum Messen der Längslage der Bohrstange (17) gegen­ über dem Vorschubbalken (5) und an den Fühlern ange­ schlossene Steuerorgane zum Steuern der Bewegungen des Auslegers (2) und des Vorschubbalkens (5) sowie des Bohrvorgangs aufweist, wobei sämtliche Gelenke (3, 4, 8, 11) und der Vorschubbalken (5) in seiner Längsrich­ tung während des Bohrvorgangs mittels der Kraftorgane (7, 9, 10, 12 und 14) im wesentlichen unbeweglich verrie­ gelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie Freigabevor­ richtungen (26, 30) aufweist, um wenigstens die Gelenke (4, 11) zwischen dem Ausleger (2) und dem Vorschubbalken (5) und/oder den Vorschubbalken (5) in seiner Längs­ richtung frei beweglich zu machen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Freigabevorrichtungen (26-30) dazu dienen, die Kraftorgane (10, 12, 14) frei beweglich zu machen, wobei entsprechend die Gelenke (4, 11) und der Vorschubbalken (5) in seiner Längsrichtung frei beweg­ lich sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie ferner Freigabevorrichtungen auf­ weist, um die Bohrstange (17) von der darauf wirkenden Vorschubkraft zu befreien.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Kraftorgane (7, 9, 10, 12 und 14) Druckmediumzylinder sind, die in Druckmediumkanälen in auf beiden Seiten des Kolbens (19) befindlichen Druckmediumkammern (20, 21) ein Absperrventil (25) aufweisen, das im Ab­ sperrzustand des Zylinders die Kammern (20, 21) von einer Druckmediumquelle (23) und von einem Druckmedium­ behälter (22) trennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabevorrichtungen (26-30) für jeden gegebenenfalls frei beweglich zu machenden Druckmediumzylinder (10, 12, 14) ein Freigabeventil (26) aufweist, das in den zu den Druckmediumkammern (20, 21) führenden Druck­ mediumkanälen zwischen dem Absperrventil (25) und den Druckmediumkammern (20, 21) und entsprechend im Druck­ mediumbehälter (22) angeordnet ist und das zur Freigabe des Zylinders (10, 12, 14) so steuerbar ist, daß es die Kammern (20, 21) und den Behälter (22) miteinander in Verbindung setzt.