DE4015492A1 - Vollschnitt-vortriebsmaschine fuer den strecken- und tunnelvortrieb u. dgl., insbesondere fuer den schildvortrieb von bergbaustrecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vollschnitt-Vortriebsmaschine für den Strecken- und Tunnelvortrieb, insbesondere für den Schildvortrieb von Bergbaustrecken, mit einem an einem angetriebenen rotierenden Bohrkopf angeordneten, ein Vor­ bohrloch im Kern der Ortsbrust herstellenden Vorbohrer und mit am Bohrkopf quer zur Vortriebsrichtung verstellbar gelagerten, gegenüber dem Vorbohrer zurückversetzten Schneidarmen, die vom Vorbohrloch ausgehend dieses auf das Streckenprofil erweitern.

Eine Vollschnitt-Streckenvortriebsmaschine dieser Art, mit der sich Strecken unterschiedlicher Querschnitte und Profile auffahren lassen, ist aus der DE-OS 31 40 707 bekannt. Bei dieser Vortriebsmaschine ist der das Vorbohr­ loch herstellende zentrische Vorbohrer mit seiner ein Rollenbohrwerkzeug tragenden Welle fest mit dem ange­ triebenen Bohrkopf verbunden, so daß er sich mit diesem dreht, während die mit Rollenbohrwerkzeugen bzw. Rollen­ disken bestückten, gegenüber dem Vorbohrer zurückver­ setzten Schneidarme in Gelenken schwenkbar am Bohrkopf gelagert sind, so daß sie vom Vorbohrloch ausgehend dieses bis auf das gewünschte Streckenprofil erweitern. Dabei können die Arbeits- bzw. Schwenkbewegungen der Schneid­ arme mit Hilfe einer elektronischen Prozeßsteuerung gesteuert werden.

Ein Nachteil der bekannten Vollschnitt-Vortriebsmaschine besteht darin, daß nach dem Bohren des Vorbohrlochs die mit Hilfe der Schneidarme bewirkte Erweiterungsarbeit nur ohne gleichzeitige Bohrarbeit durchgeführt werden kann. Das bedeutet, daß bei der Erweiterungsarbeit der im Vor­ bohrloch befindliche Vorbohrer ohne Bohrarbeit frei mitdreht, da während der Erweiterungsarbeit der Bohrkopf nicht in Vortriebsrichtung vorgeschoben werden kann. Die Bohrarbeit mit Hilfe des Vorbohrers und die Erweiterungs­ arbeit mit Hilfe der Schneidarme vollziehen sich in kurzen, in Abhängigkeit von der Schnittvorgabe der an den Schneidarmen angeordneten Rollendisken stehenden Inter­ vallen.

Aufgabe der Erfindung ist es vornehmlich, eine Vollschnitt- Vortriebsmaschine der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß sich mit ihr auch höhere Vortriebsleistungen erzielen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vorbohrer gegenüber dem rotierenden Bohrkopf in Vortriebs­ richtung und in Gegenrichtung verstellbar ist. Vorzugsweise ist dabei der Vorbohrer mit seiner Welle, die zweckmäßig aus einem Teleskoprohr o. dgl. besteht, in einer Teleskop­ führung des Bohrkopfes teleskopartig verschiebbbar geführt und mit dem angetriebenen Bohrkopf, z. B. über eine Viel­ keilverzahnung o. dgl., drehschlüssig verbunden. Der Teleskop-Vorbohrer und der die Schneidarme tragende Bohr­ kopf werden hierbei von dem gemeinsamen Bohrkopfantrieb angetrieben.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vollschnitt- Vortriebsmaschine ergeben sich in verschiedener Hinsicht wesentliche Betriebsvorteile. Das Vorbohrloch im Kern der Ortsbrust kann auch ohne gleichzeitigen Vorschub des die Schneidarme tragenden Bohrkopfes gebohrt werden. Dabei läßt sich die Anordnung, falls erwünscht, auch so treffen, daß die Erweiterungsarbeit mit Hilfe der Schneidarme bei gleichzeitiger aktiver Bohrarbeit des Vorbohrers durchge­ führt wird, der dabei bis zur Erschöpfung seiner Telesko­ pierbarkeit gegenüber dem Bohrkopf vorgefahren werden kann. Auch besteht die Möglichkeit, den Vorbohrer nach Erschöp­ fung seiner Teleskopierbarkeit aus dem Vorbohrloch zurück­ zuziehen und anschließend die Erweiterungsarbeit mit Hilfe der Schneidarme auf größere Abschlaglänge, die von der Tiefe des Vorbohrloches abhängig ist und einem Mehrfachen der Schnittvorgabe der Bohrwerkzeuge der Schneidarme beträgt, zügig durchzuführen. Die Möglichkeit, den Vor­ bohrer aus dem Vorbohrloch in die Strecke zurückzuziehen, erleichtert auch etwaige Wartungs- und Reparaturarbeiten, wie vor allem das Auswechseln der Bohrwerkzeuge des Vorbohrers. Im Ergebnis läßt sich daher die Vortriebs­ leistung der Vollschnitt-Vortriebsmaschine wesentlich erhöhen.

Nach einem weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung ist der Vorbohrer als Spreizkopf ausgebildet, der dabei mit mindestens einem quer zur Achse des Vorbohr­ loches verstellbaren Bohrwerkzeug versehen ist, vorzugs­ weise mit mindestens einem quer zur Achse des Vorbohrloches schwenkbaren Rollenbohrwerkzeug. Spreizbare Bohrköpfe sind für den Einsatz in Rohrvorpreßbetrieben an sich bekannt (DE-OS 38 19 567). Nach der Erfindung wird ein spreizbarer Bohrkopf als Vorbohrer bei einer Vortriebsmaschine der erfindungsgemäßen Gattung verwendet. Mit der Verwendung des Spreizkopfes wird nicht nur das Herausziehen des Vorbohrers aus dem Vorbohrloch und auch das Wiedereinführen desselben in das Vorbohrloch erleichtert; es wird hiermit auch die Möglichkeit geschaffen, das Vorbohrloch mit größerem Durch­ messer anzulegen, so daß genügend Raum im Vorbohrloch für das Einführen der Schneidarm-Rollenwerkzeuge (Rollendisken) geschaffen wird. Beispielsweise kann der spreizbare Vorbohrer ein feststehendes axiales Rollenbohrwerkzeug aufweisen, um das herum mehrere quer verschwenkbare Rollen­ bohrwerkzeuge angeordnet sind, vorzugsweise derart, daß das axiale Rollenbohrwerkzeug den verstellbaren Rollenbohrwerk­ zeugen vorgesetzt ist, so daß letztere das vom axialen Bohr­ werkzeug angelegte Bohrloch auf den Durchmesser des Vorbohr­ loches erweitern.

Für die Werkzeugverstellung werden zweckmäßig hydraulische Stellzylinder verwendet. Dabei ist der Vorbohrer mittels mindestens eines gegen den rotierenden Bohrkopf abgestütz­ ten hydraulischen Vorschubzylinders gegenüber dem Bohrkopf axial verstellbar. Die zur Verschwenkung der verstellbaren Bohrwerkzeuge des spreizbaren Vorbohrers vorgesehenen hydrau­ lischen Stellzylinder können im Inneren des die Welle des Vorbohrers bildenden Teleskoprohres angeordnet werden.

Die Schneidarme werden zweckmäßig in Gelenken mit quer zur Vortriebsrichtung verlaufender Gelenkachse am Bohrkopf ge­ lagert und mittels gegen den Bohrkopf abgestützter hydrau­ lischer Schwenkzylinder verschwenkt, wie dies bekannt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von der Orts­ brust her eine in einem Vortriebsschild ge­ lagerte Vollschnitt-Vortriebsmaschine gemäß der Erfindung in Frontansicht;

Fig. 2 die Vollschnitt-Vortriebsmaschine nach Fig. 1 im Längsschnitt durch ihren Bohrkopf, der nur im ortsbrustseitigen Endbereich dargestellt ist.

Die dargestellte Vollschnitt-Vortriebsmaschine 1 ist im Inne­ ren eines Vortriebsschildes 2 gelagert, der im gezeigten Aus­ führungsbeispiel als Messerschild bekannter Art ausgebildet ist. Der Vortriebsschild 2 weist das Bogenprofil der aufzu­ fahrenden Strecke auf. Von der im Schild angeordneten Voll­ schnitt-Vortriebsmaschine 1 ist lediglich der Bohrkopf 3 mit seinen verschiedenen Bohrwerkzeugen gezeigt. Der Bohr­ kopf 3 ist in üblicher Weise am (nicht dargestellten) Ma­ schinengrundkörper der Vortriebsmaschine gelagert und wird von dem (nicht dargestellten) Bohrkopfantrieb angetrieben. Er dreht sich demgemäß um die Vortriebs- bzw. Schildachse.

An dem angetriebenen Bohrkopf 3 ist ein Vorbohrer 4 gelagert, mit dessen Hilfe im Zentrum der Ortsbrust 5 der Strecke ein Vorbohrloch 6 hergestellt wird, das dann hinter dem Vorboh­ rer 4 mit Hilfe von Schneidarmen 7 auf das gewünschte Bogen­ profil der aufzufahrenden Strecke erweitert wird. Die Schneid­ arme 7 sind in Gelenken 8 mit quer zur Vortriebsrichtung V weisenden Gelenkachsen schwenkbar an der Stirnseite des an­ getriebenen Bohrers 3 gelagert. Sie sind als Winkelarme aus­ gebildet und tragen an ihren freien Enden aus Rollendisken bestehende Rollenbohrwerkzeuge 9. Die Verschwenkung der Schneidarme 7 in den Gelenken 8 erfolgt mittels doppelt­ wirkender hydraulischer Schwenkzylinder 10, die einerseits in Gelenken 11 an der Stirnseite des Bohrkopfes 3 und ande­ rerseits in Gelenken 12 an den Schneidarmen 7 angeschlossen sind. Die Anzahl der am Bohrkopf 3 quer zur Vortriebsrich­ tung V verschwenkbar gelagerten Schneidarme 7 ist an sich beliebig. Im allgemeinen weist der rotierende Bohrkopf 3 mindestens zwei um 180° zueinander versetzte Schneidarme 7 auf, obwohl selbstverständlich auch drei oder mehr Schneid­ arme 7 am Bohrkopf 3 gelagert werden können. Fig. 2 zeigt die Schneidarme 7 in voll eingeschwenkter Schwenklage, in der sie mit ihren Rollenbohrwerkzeugen 9 im Inneren des Vor­ bohrloches 6 liegen. Bei der Erweiterungsarbeit werden die Schneidarme 7 mit Hilfe ihrer Schwenkzylinder 10 gesteuert bis etwa in die strichpunktiert angedeutete Endposition 7′ geschwenkt.

Die vorstehend beschriebene Vollschnitt-Vortriebsmaschine ist insoweit bekannt. Abweichend von der bekannten Vortriebs­ maschine ist die in der Zeichnung gezeigte Vortriebsmaschine mit einem in Richtung der Achse des Vorbohrloches 6, also in Vortriebsrichtung V und in Gegenrichtung teleskopartig ver­ stellbaren Vorbohrer 4 ausgerüstet. Die Welle 13 des Vor­ bohrers 4 ist als Teleskoprohr ausgebildet, das sich in einer zentralen Teleskopführung 14 des angetriebenen Bohr­ kopfes 3 führt und mit Hilfe mindestens eines hydraulischen Vorschubzylinders, der als doppeltwirkender hydraulischer Zylinder ausgebildet ist, in der Teleskopführung 14 in Pfeil­ richtung V gegen die Ortsbrust 5 aus dem Bohrkopf 3 ausfah­ ren oder aber aus dem Vorbohrloch 6 entgegen der Pfeilrich­ tung V in die Strecke bzw. den Schild zurückziehen läßt. Der hydraulische Vorschubzylinder ist in Fig. 2 lediglich durch den Pfeil 15 angedeutet. Er befindet sich im Inneren des Bohrkopfes 3 und stützt sich gegen diesen ab. Das Tele­ skoprohr 13 ist z. B. über eine Vielkeilverzahnung od. dgl. drehschlüssig mit dem Bohrkopf 3 verbunden, so daß es von diesem in Drehrichtung mitgenommen wird.

Am ortsbrustseitigen Ende der aus dem Teleskoprohr bestehen­ den Welle 13 trägt der Vorbohrer 4 mehrere Rollenbohrwerk­ zeuge. Dabei ist der Vorbohrer 4 als Spreizkopf ausgebildet, der mit mindestens einem quer zur Achse des Vorbohrloches, also quer zur Vortriebsrichtung V verstellbaren Bohrwerkzeug versehen ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der spreizbare Vorbohrer 4 ein in der Achse der Welle 13 feststehendes, um die Wellenachse drehbares zentrales Rollen­ bohrwerkzeug 16 auf, das an einem feststehenden Werkzeug­ träger 17 gelagert ist. Ferner ist der Vorbohrer 4 mit meh­ reren gegenüber dem zentralen Rollenbohrwerkzeug 16 zurück­ versetzten Rollenbohrwerkzeugen 18 bestückt, die jeweils an einem Schwenkarm 19 gelagert sind, so daß sie in Richtung der Pfeile 20 gegenüber der Welle 13 quer zur Wellenachse ver­ schwenkt werden können. Die Verschwenkung der spreizbaren Rollenbohrwerkzeuge 18 kann mit Hilfe mindestens eines hydrau­ lischen Stellzylinders erfolgen, der im Inneren der rohrför­ migen Welle 13 angeordnet werden kann. Der Verstellmechanis­ mus kann demjenigen nach der DE-OS 38 19 567 entsprechen.

Beim Streckenvortrieb wird zunächst der Vorbohrer 4 mit aus­ gespreizten bzw. ausgeschwenkten Rollenbohrwerkzeugen 18 gegen die Ortsbrust 5 teleskopartig aus dem rotierenden Bohr­ kopf 3 ausgefahren, so daß das Vorbohrloch 6 mit dem gewünsch­ ten Durchmesser im Kern der Ortsbrust gebohrt wird. Bei einer bestimmten Tiefe des Vorbohrloches 6 werden die Rollenbohr­ werkzeuge 9 der Schneidarme 7 in das Vorbohrloch 6 einge­ schwenkt, so daß sie im Schatten hinter den Bohrwerkzeugen des Vorbohrers 4 liegen. Durch gesteuertes Ausschwenken der Schneidarme 7 können dann bei rotierendem Bohrkopf 3 die Er­ weiterungsschnitte hergestellt werden, die das Vorbohrloch 6 stufenweise auf den gewünschten Streckenquerschnitt erweitern, wie dies bekannt ist. In Fig. 2 ist strichpunktiert bei 21 die Schnittlinie eines Erweiterungsschnittes angedeutet. Wäh­ rend dieser Erweiterungsarbeit kann der Vorbohrer 4 bis zur Erschöpfung seines Hubes weiter aus dem rotierenden Bohrkopf 3 teleskopartig ausgefahren werden, so daß gleichzeitig mit der Erweiterungsarbeit das Vorbohrloch 6 tiefer gebohrt wird. Nach jedem Erweiterungsschnitt wird der Bohrkopf 3 um die Schnitt­ vorgabe der Rollenbohrwerkzeuge 9 gegen die Ortsbrust vorge­ fahren, worauf der nächstfolgende Erweiterungsschnitt durch­ geführt wird.

Mit der vorstehend beschriebenen Vollschnitt-Vortriebsmaschine kann auch so gearbeitet werden, daß zunächst das Vorbohrloch 6 mit Hilfe des Vorbohrers 4 auf voller Abschlaglänge gebohrt wird, die abhängig ist von dem Maß, um das der Vorbohrer 4 aus dem angetriebenen Bohrkopf 3 teleskopartig ausgefahren werden kann. Bei Erschöpfung der Teleskopierbarkeit kann dann der Vorbohrer 4 mit seinen Rollenbohrwerkzeugen 16 und 18 aus dem Vorbohrloch 6 in die Strecke bzw. in den Schild zurück­ gezogen werden, wobei die Schneidarme 7 entsprechend nach außen ausgeschwenkt sind. Anschließend kann dann bei zurück­ gefahrenem Vorbohrer 4 die Erweiterungsarbeit mit Hilfe der schwenkbaren Schneidarme 7 in aufeinanderfolgenden Schnitten bis zu einer Abschlaglänge durchgeführt werden, die etwa der Tiefe des zuvor hergestellten Vorbohrloches 6 entspricht. Beim Zurückfahren des Vorbohrers 4 werden die spreizbaren Rollenbohrwerkzeuge 18 mit ihren Schwenkarmen zurückge­ schwenkt, so daß sie sich von dem die Wandung des Vorbohr­ loches 6 bildenden Gestein lösen. Entsprechendes gilt bei einem Wiedereinfahren des spreizbaren Vorbohrers 4 in das Vorbohrloch 6. Der Vorbohrer 4 ist demgemäß durch Verschwen­ ken der Rollenbohrwerkzeuge 18 in seinem Durchmesser ver­ änderlich einstellbar.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vollschnitt-Vortriebsmaschine lassen sich Strecken, Tunnel oder Stollen u. dgl. mit unter­ schiedlichen Querschnitten und Profilen auffahren. Das profil­ genaue Schneiden der Strecken u. dgl. erfolgt zweckmäßig mit Hilfe eines rechnergestützten elektrohydraulischen Steuer­ systems, wie dies ebenfalls bekannt ist.

Claims (9)

1. Vollschnitt-Vortriebsmaschine für den Strecken- oder Tunnelvortrieb u. dgl., insbesondere für den Schildvor­ trieb von Bergbaustrecken, mit einem an einem angetrie­ benen rotierenden Bohrkopf angeordneten, ein Vorbohrloch im Kern der Ortsbrust herstellenden Vorbohrer und mit am Bohrkopf quer zur Vortriebsrichtung verstellbar gelager­ ten, gegenüber dem Vorbohrer zurückversetzten Schneid­ armen, die vom Vorbohrloch ausgehend dieses auf das Streckenprofil erweitern, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorbohrer (4) gegenüber dem rotierenden Bohrkopf (3) in Vortriebsrichtung (Pfeil V) und in Gegenrichtung verstellbar ist.

2. Vollschnitt-Vortriebsmaschine nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vor­ bohrer (4) mit seiner, vorzugsweise aus einem Teleskop­ rohr bestehenden Welle (13) in einer Teleskopführung (14) des Bohrkopfes (3) teleskopartig verschiebbar geführt und mit dem angetriebenen Bohrkopf (3), z. B. über eine Viel­ keilverzahnung od. dgl., drehschlüssig verbunden ist.

3. Vollschnitt-Vortriebsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbohrer (4) als Spreizkopf ausgebildet ist, der mit mindestens einem quer zur Achse des Vorbohrloches (6) verstellbaren Bohrwerkzeug (18) versehen ist.

4. Vollschnitt-Vortriebsmaschine nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der spreizbare Vorbohrer (4) mit mindestens einem quer zur Achse des Vorbohrloches (6) schwenkbaren Rollenbohrwerk­ zeug (18) versehen ist.

5. Vollschnitt-Vortriebsmaschine nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der spreiz­ bare Vorbohrer (4) ein feststehendes axiales Rollenbohr­ werkzeug (16) aufweist, um das herum mehrere quer verschwenk­ bare Rollenbohrwerkzeuge (18) angeordnet sind.

6. Vollschnitt-Vortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbohrer (4) mittels mindestens eines gegen den rotierenden Bohrkopf (3) abgestützten hydraulischen Vor­ schubzylinders (15) gegenüber dem Bohrkopf (3) axial ver­ stellbar ist.

7. Vollschnitt-Vortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem oder den verstellbaren Bohrwerkzeugen (18) des Vorbohrers (4) ein hydraulischer Stellzylinder zugeordnet ist.

8. Vollschnitt-Vortriebsmaschine nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stell­ zylinder im Inneren der aus dem Teleskoprohr bestehenden Welle (13) angeordnet ist.

9. Vollschnitt-Vortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidarme (7) in Gelenken (8) mit quer zur Vor­ triebsrichtung verlaufender Gelenkachse am Bohrkopf (3) gelagert und mittels gegen den Bohrkopf (3) abgestützter hydraulischer Schwenkzylinder (10) gegenüber dem Bohrkopf verschwenkbar sind.