DE4445420C1 - Verfahren zum verbesserten programmierten Sprenglochbohren beim Auffahren von Strecken im Berg- und Tunnelbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Streckenvortrieb im Bergbau und den Tunnelvortrieb. Die Gewinnung von zum Beispiel Rohsalzen im Kali- und Salzbergbau erfolgt üblicher­ weise durch Bohr- und Sprengarbeit. Dabei werden bekanntermaßen in eine vor­ handene Ortsbrust zunächst ein oder mehrere Großbohrlöcher mit Hilfe eines Großlochbohrwagens gebohrt. Diese Löcher dienen als Einbruch. Möglich ist auch das Sprengen eines keilförmigen Einbruchs, um die notwendige freie Flä­ che für das Sprengen des Abschlags zu schaffen. Nach dem Wegladen des Bohrkleins aus den Großbohrlöchern bohren Streckenbohrwagen die Spreng­ bohrlöcher.

Die bekannten Bohrlafetten sind etwa 9 m lang und weisen eine Nutzbohrlänge von etwa 7 m auf. Die Sprengbohrlöcher werden üblicherweise mit einer gleich­ bleibenden Bohrlochtiefe gebohrt, die der Nutzbohrlänge der Lafette entspricht. In einem weiteren Arbeitsschritt werden die Bohrlöcher mit einem Zünder verse­ hen und mit unpatroniertem Sprengstoff gefüllt. Anschließend wird die eigentli­ che Sprengung des Abschlags durchgeführt.

Für die Leistung und den Erfolg der Bohr- und Sprengarbeit ist das genaue und gleichzeitig schnelle Bohren der Sprenglöcher, die nach einem vorgegebenen Bohrschema (Sprengleitbild) auf der Ortsbrust abgebohrt werden, von entschei­ dender Bedeutung. Die lange Zeit praktizierte Methode des manuellen Einrich­ tens der Bohrlafette auf jeden neuen Ansatzpunkt eines Bohrloches nach Au­ genmaß oder mit Gliedermaßstab und Wasserwaage wurde abgelöst durch pro­ zessorgesteuerte Bohrwagen mit denen die Bohrlochansatzpunkte automatisch angefahren werden. Im Lehrbuch der Bergbaukunde, Erster Band, Verlag Glück­ auf GmbH, Essen, 1989, S. 154, 2. Abschnitt wird eine solche Steuerung eines Bohrwagens beschrieben. Die Positionen von Bohrmaschine, Bohrlafette und Bohrarm werden über Sensoren an einen Rechner gemeldet, der diese Signale verarbeitet und entsprechend dem programmierten Bohrschema die Steuerbefehle an die Stellorgane der Bohrlafette und den Bohrarm gibt. Aus­ gangsposition für die Steuerung ist eine beliebige Grundstellung der Bohrlafette, beispielsweise die Mittelachse eines Großbohrloches. Diese bekannte Steue­ rung dient der automatischen Parallelführung der Bohrlafette beim Schwenken des Bohrarms in horizontaler Richtung, dem automatischen Anfahren der Bohr­ lochansatzpunkte und dem automatischen Bohren des Sprengbohrloches.

Durch den Übergang des manuellen Einrichtens der Bohrlafette zum automati­ schen Einrichten werden die Einrichtzeiten, die bislang ca. 50% des Arbeitsvor­ gangs Sprenglochbohren in Anspruch nahmen, auf etwa 20% verkürzt. Eine Anpassung an plötzlich wechselnde Lagerstättenverläufe ist beim automatischen Bohrbetrieb jedoch bislang nicht möglich und die entstehenden Konturen der neuen Ortsbrust nach dem Sprengen des Abschlags sind nicht immer optimal. Es ist daher die technische Aufgabe zu lösen, das programmierte Sprengloch­ bohren so weiterzubilden, daß eine bessere Anpassung der Sprenglochbohrun­ gen an den Lagerstättenverlauf bzw. wechselnde Richtungen und der Bohrloch­ ansatzpunkte an die Kontur einer vorhandenen Ortsbrust möglich werden. Das erfindungsgemäße Ziel ist die Erhöhung des Abschlagswirkungsgrades und eine Reduzierung des Sprengmittelverbrauchs. Es wurde nun gefunden, daß eine Anpassung des Einrichtens der Bohrlafette auf einen neuen Bohrlochansatz­ punkt entsprechend den Gegebenheiten der Kontur einer vorhandenen Orts­ brust ohne Eingriff in das vorhandene Bohrprogramm möglich wird, wenn zu­ sätzlich zum Ansatzpunktschema die Bohrlochzielpunkte im Bohrlochprogramm gespeichert werden. Analog zur Abbildung der Bohrlochansatzpunkte auf der Grundstellungsebene entsprechend einem vorgegebenen Schema werden nun­ mehr auch die vorbestimmten Sprengbohrlochzielpunkte in der Ebene des Groß­ bohrlochtiefsten gewissermaßen im Programm abgebildet.

Beim Einrichten der Lafette kann es vorkommen, daß die Form der Ortsbrust ein Ansetzen des Bohrkopfes (Bohrgestängespitze) an der vom Rechner vorgege­ benen Position nicht zuläßt. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn der Bohrkopf (Anbohrspitze) vor einer zu schrägen Fläche steht und die Gefahr des Abgleitens beim Verspannen gegeben ist, in deren Folge die Lafette aus der vorgegebenen Richtung schwenkt. Es ist auch möglich, daß an der Anbohrstelle eine Bohrlochpfeife vorhanden ist, die aus Sicherheitsgründen nicht angebohrt werden darf. In diesen Fällen kann der vorprogrammierte Ansatzpunkt nicht ein­ gehalten werden. Die Lafette kann nun durch den erfindungsgemäßen Ziel­ punktbetrieb manuell auf den nächstliegenden sicheren Ansatzpunkt gefahren werden, wobei der Zielpunkt im künftigen Bohrlochtiefsten weiterhin automatisch anvisiert und die Vorgabe erhalten bleibt.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das gestaffelte Absetzen der Bohrlöcher, wobei die individuelle Absetzlänge für jedes Bohrloch ebenfalls im Bohrlochprogramm gespeichert ist. Die Absetzlänge nimmt dabei vorteilhafterweise von der Mitte der Ortsbrust zum seitlichen Stoß hin zu. Der Vorteil dieser Verfahrensweise liegt darin, daß ein Oberbohren vermieden, ein höherer Abschlagswirkungsgrad erzielt und Sprengstoff eingespart wird.

Das verbesserte Verfahren zum programmierten Sprenglochbohren wird im fol­ genden anhand der Fig. 1 und 2 näher beschrieben.

Bekanntermaßen werden vor dem Sprenglochbohren ein oder mehrere Groß­ bohrlöcher meist in der Mitte der Ortsbrust gebohrt, die Richtung und die Ansatz­ punkte der Großlöcher werden zum Beispiel durch die geologischer Situation vorgege­ ben. Nach dem Weg laden des Bohrkleins wird der Streckenbohrwagen in einem festgelegten Abstand von der Ortsbrust aufgestellt. Die Querneigung des Fahr­ gestells bestimmt dabei die Querneigung des Bohrprogramms. Die maximale Bohrlochlänge aller Sprengbohrlöcher um die Großlöcher herum wird durch Austasten eines der Großbohrlöcher mit dem Gestänge des Streckenbohrwa­ gens festgestellt und im Programm gespeichert, das heißt indirekt programmiert.

Im eigentlichen Bohrlochprogramm werden die Bohrlochpositionen durch folgen­ de Informationen festgelegt:

• - Rechtswert Ansatzpunkt
• - Hochwert Ansatzpunkt
• - Rechtswert Zielpunkt im Bohrlochtiefsten
• - Hochwert Zielpunkt im Bohrlochtiefsten.

Bezugsbasis ist die Grundstellung der Lafette für das erste zu bohrende Spreng­ bohrloch. Ausgehend von der Ausgangsstellung 1 der Bohrlafette in Richtung des auszumessenden Großbohrloches senkrecht zur Grundstellungsebene 2 soll die Grundstellungsrichtung stets parallel zum Großbohrloch sein. Ausgehend von dieser Grundstellung wird beim bekannten Bohrbetrieb 5 bei jedem Positionieren der Lafette auf ein neues Bohrloch die Lafette gemäß Bohr­ programm parallel zur Grundstellung selbsttätig eingerichtet. Sobald der pro­ grammierte Ansatzpunkt an einer Stelle der Ortsbrust liegt, an der wegen zu starker Schrägstellung oder einer Bohrlochpfeife nicht gebohrt werden kann, wird der Zielpunktbetrieb aktiviert. Der Bohrwagenbediener steuert die Lafette mit den Befehlen ′rechts′, ′links′, ′aufwärts′, ′abwärts′ auf den nächstliegenden günstigeren Ansatzpunkt und ohne Eingriff in das Programm wird durch den die Lafettenbewegungen 6 überwachenden Rechner die Lafette so bewegt, daß sie während der Bewegung und nach Stillstand immer den sogenannten Zielpunkt 7 im Bohrlochtiefsten des im Bohrprogramm festgelegten, aber noch nicht gebohr­ ten Bohrloches anvisiert.

Bei plötzlichen Richtungsänderungen der Lagerstätte, die bei der Lagerstätte­ nerkundung nicht feststellbar waren, jedoch im Verlauf des Streckenfortschritts sichtbar werden, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr reagiert werden, indem die Richtungen der Bohrungen dem Lagerstättenverlauf derart angepaßt werden, daß die Steuerung das absichtliche Weglassen einer oder mehrerer Bohrlochinformationen dahingehend interpretiert, daß diese fehlenden Informationen aus IST-Werten der Rechts- und Hochwertkoordinaten ersetzt werden.

Bei jeder vorgesehenen Bohrung laufen in der Sequenz die Arbeitsschritte

• - Positionieren der Lafette durch geregeltes Fahren der Bewegungen "Ausle­ ger schwenken", "Ausleger heben/senken" und "Lafette schwenken", "Lafette heben/senken" vor die durch das Bohrprogramm festgelegte neue Bohrloch­ position des in einem Display angezeigten Loches.
• - Verspannen der Lafette durch Drücken der Lafettenspitze an die Ortsbrust
• - Bohren des Sprengloches
• - Zurückziehen des Bohrgestänges
• - Lösen der Lafettenspitze von der Ortsbrust

ab.

Alle Lafettenbewegungen werden durch ein Korrekturverfahren überlagert, durch das die unterschiedlichen Absenkungen der Lafette unter ihrem Eigengewicht ausgeglichen werden. Grundlage der Korrektur sind hochgenaue Vermessungen der Bohreinrichtung und die statistische Analyse der Ergebnisse.

In der erfindungsgemäßen Weise wird die Tiefe jeder Bohrung von der Steue­ rung gemäß programmierter individueller Absetzlänge 3 gegenüber der Ebene 4 des Großbohrlochtiefsten automatisch beim Bohren eingehalten. Die Bohr­ lochlängenüberwachung mit der Absetzlängenprogrammierung verhindert zuver­ lässig das Bohren bis zu einer Ebene 4 oder gar das Überbohren - das heißt das Längerbohren der Sprengbohrlöcher relativ zu den Großbohrlöchern. Ein opti­ males Konturieren der nach der Sprengung entstehenden zukünftigen Ortsbrust durch sogenanntes Absetzen der Sprengbohrlöcher wird nunmehr möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird beim Spülen mit zum Beispiel einem Luft-Wasser-Gemisch während des Bohrvorganges das Wasser vor Beendigung des Bohrvorgangs programmgesteuert abgeschaltet. Da die Steuerung nur sehr schwierig feststellen kann, wann das Bohrloch zeitlich fertiggestellt sein wird, wird das Abschalten des Wassers weg-gesteuert. Für jedes Bohrloch wird im Bohrprogramm eine Wasser-Aus-Länge gespeichert. Diese Länge ist noch zu bohren, wenn die Steuerung das Wasser abschaltet. Umgekehrt schaltet also die Steuerung das Wasser aus, wenn für das aktuelle Bohrloch noch die Was­ ser-Aus-Länge zu bohren ist. Die Größe dieser Länge muß so gewählt werden daß die Rest-Bohrlänge innerhalb der Zeit gebohrt wird, die notwendig ist, um das Wasser aus dem Leitungssystem der Luft-Wasserspülung vollständig aus­ zublasen. Innerhalb eines Bergwerkes oder eines Tunnelvortriebes wird für eine Gesteinsart einmal die richtige Länge experimentell ermittelt und im Programm gespeichert. Zum Spülen kann auch eine andere geeignete Flüssigkeit verwen­ det werden. Durch diese Vorgehensweise wird gewährleistet, daß keine über­ höhte Feuchtigkeit im Bohrlochtiefsten verbleibt, wodurch beispielsweise der unpatronierte ANFO-Sprengstoff auch im Bohrlochtiefsten vollständig detonieren kann. Insgesamt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine deutliche Leistungssteigerung beim Sprenglochbohren in quantitativer und qualitativer Hinsicht erreicht.

Claims (5)

1. Verfahren zum verbesserten programmierten Sprenglochbohren beim Auf­ fahren einer Strecke oder eines Tunnels durch Bohr- und Sprengarbeit, wo­ bei entsprechend einem vorprogrammierten Bohrschema zunächst nach indi­ vidueller Angabe und geologischer Situation meist in der Mitte der Ortsbrust in vorgegebener Richtung ein oder mehrere Großbohrlöcher gebohrt werden oder ein keilförmiger Einbruch gesprengt wird, das auf der Sohle angefallene Bohrklein entfernt wird und der Streckenbohrwagen in einem festgelegten Abstand von der Ortsbrust positioniert wird, die Bohrlafette vom Bohrwagen­ fahrer auf die Grundstellung des ersten nach einem bestimmten Bohrschema zu bohrenden Sprengloches parallel zu den Großbohrlöchern bzw. in bezug auf den Einbruch eingerichtet wird, nach Bohren des ersten Sprengloches die Lafette entsprechend dem Bohrschema auf das nachfolgend vorgesehe­ ne Bohrloch schwenkt und das Bohrklein beim Sprenglochbohrvorgang durch eine Luft-Flüssigkeits- oder reine Flüssigkeits-Spülung aus der Bohrung ent­ fernt wird, gekennzeichnet dadurch, daß im Bohrlochprogramm die Bohrloch­ positionen mit den Koordinaten der Ansatzpunkte und Endpunkte im Bohr­ lochtiefsten bezogen auf die Grundstellung des Bohrwagens in einem Com­ puter gespeichert sind und eine darauf aufbauende Steuerung die Bohrlafet­ te automatisch nach jeder Bohrung stets auf den nächsten aktuellen Ansatz­ punkt einrichtet, gleichzeitig der dazugehörige Zielpunkt im Bohrlochtiefsten anvisiert und bei Bedarf durch den Bohrwagenfahrer der Ansatzpunkt unter Beibehaltung der Zielpunktvisur verändert wird und beim Bohrvorgang die zu Beginn des Sprenglochbohrens durch indirektes Ausmessen des Großbohr­ loches oder des Einbruchs mit dem Gestänge festgestellte im Programm gespeicherte maximale Bohrlochlänge für jedes Bohrloch gestaffelt um eine sogenannte Absetzlänge, die für jedes gespeicherte Bohrloch im Programm hinterlegt ist, reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß im Bohrlochpro­ gramm die Endpunkte im Bohrlochtiefsten mittels Rechts- und Hochwertkoor­ dinaten definiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, daß in Abhängigkeit vom Profil der Oberfläche der Ortsbrust der jeweils vorgegebene ideale An­ satzpunkt verlassen werden kann und ein beliebiger neuer Ansatzpunkt ma­ nuell eingestellt wird, der festgelegte dazugehörige Zielpunkt im künftigen Bohrlochtiefsten jedoch durch das Programm automatisch weiter anvisiert und das Zielpunktschema erhalten bleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, daß mit dafür vorberei­ teten Bohrlochprogrammen bei lagerstättenbedingten Änderungen eine oder mehrere Bohrlochinformationen, wie zum Beispiel einzelne Koordinaten des Ansatz- und/oder des Zielpunktes durch lst-Werte der letzten Bohrung oder der letzten Lafettenstellung ersetzt werden und dadurch ohne Eingriff in die Bohrlochprogrammierung und Steuerung an den Lagerstättenverlauf ange­ paßte Bohrungen möglich sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeitszu­ fuhr der Spülung beim Bohrvorgang in einem festgelegten programmierten Abstand des Bohrkopfes zum Bohrlochtiefsten selbsttätig abgeschaltet wird.