WO2014078880A1 - Vorrichtung zum bohren von ankerlöchern im untertagebau - Google Patents

Vorrichtung zum bohren von ankerlöchern im untertagebau Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device for drilling anchor holes in underground mining with a frame which forms parallel displacement guides on the one hand for a supportable on the surface to be drilled carriage and on the other hand for a drilling device, the feed drive is supported on the carriage
  • EP 1 601854 B1 For the placement of anchors in underground mining, it is known (EP 1 601854 B1) to provide a mountable on a vehicle boom frame with a sliding guide for a carriage, which is supported by a stop on the surface to be drilled and carries the feed drive for a drilling device, the is slidably mounted on a guide parallel to the carriage guide, so that when a hiring of the carriage in its working position, the drilling device taken along its leadership by the carriage and is displaced relative to the carriage, when the feed drive is actuated.
  • the advantage of such a construction is due to the fact that despite a frame-fixed guide the drilling device, the drilling can be made together with the carriage via a control cylinder and therefore the Bohrvorschub has to be made only with respect to the carriage, which allows a compact unit, especially if the feed drive for the drilling device also consists of a control cylinder.
  • the loading amount of the actuating cylinder is measured to hydraulic means for the carriage and the drilling device, which in the case of known dimensions of the actuating cylinder a conclusion allowed on their stroke.
  • the volume of the hydraulic fluid depends on its temperature, making such determinations of the wellbore depth inaccurate.
  • the invention is therefore based on the object, a device for drilling anchor holes of the type described in such a way that without significant intervention in the construction of the device, the hole depth can be accurately determined.
  • the measuring device used for this purpose should be sufficiently protected against rough operation in underground mining.
  • the invention achieves the stated object by a magnetostrictive measuring device with sensors extending along the displacement guides and connected to an evaluation circuit and with the carriage and the drilling device associated with the respective sensor magnetic position sensors.
  • Magnetostrictive measuring devices are based on the fact that the superimposition of a waveguide along a waveguide coaxial magnetic field and a perpendicular, oriented in the longitudinal direction of the waveguide magnetic field due to the magnetostriction creates a mechanical torsion wave propagates in both directions along the waveguide. If a current pulse is conducted by a current conductor connected to a current pulse generator within the tubular waveguide whose magnetic field interacts with the magnetic field of a magnetic position sensor, the position of the position sensor can be determined from the transit time of the current pulse and the returning torsion wave due to the known velocities of the current pulse and the torsion wave be determined with a high resolution.
  • the assignment of the sensor formed by the waveguide to the frame-fixed displacement guides and the position sensor on the one hand to the carriage and on the other hand to the drilling device thus the position of the carriage or the drilling device along the through the Sensor to be determined specific measurement path, and contact-free and wear-free.
  • the assignment of the sensor to the frame-fixed displacement guides represents an advantageous prerequisite for a protected accommodation of these sensors, in particular when the sensors are arranged in a bore or in a covered receiving groove of the sliding guides.
  • the only prerequisite is that the magnetic fields of the position sensor and the sensor do not experience any disturbing shielding, which is not to be feared in the case of conventional displacement guides based on aluminum.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for drilling anchor holes in a schematic longitudinal section
  • Fig. 3 is a section along the line III-III of FIG. 1 on a larger scale and the
  • FIG. 4 and 5 of Fig. 1 corresponding representations of the device in different working positions on a smaller scale.
  • the purely schematically illustrated device for drilling anchor holes has a connectable for example to a vehicle boom frame 1, the parallel sliding guides 2 on the one hand for a carriage 3 and on the other hand for a drilling device 4, which is preferably also mounted on a carriage 5.
  • the drilling tool of the drilling device 4 is denoted by 6.
  • the carriage 3, which can be displaced with the aid of an actuating cylinder 7 along the sliding guide 2, carries a stop 8, via which it can be supported on the surface to be drilled 9, so that employed by means of its actuating cylinder 7 to the surface to be drilled 9
  • Carriage 3 determines a predetermined starting position for the drilling process.
  • the actuating cylinder 7 engages according to the illustrated embodiment of the stop 8.
  • the piston rod 10 of the adjusting cylinder 7 is fixedly connected to the frame 1, as this results in particular from FIG. If the actuating cylinder 7 on the side of the stopper 8 is acted upon by a hydraulic fluid, the actuating cylinder 7 slides along the piston rod 10 against the surface to be drilled 9 until the stop 8 abuts against the surface 9 to be drilled.
  • the drilling device 4 is drivingly connected to the carriage 3 via a feed drive 1 1.
  • This feed drive 1 1 is composed of a control cylinder 12 and a traction mechanism 13 together.
  • the actuating cylinder 12 is non-slidably connected to the carriage 3, in accordance with FIG. 2 with the actuating cylinder 7 for the carriage drive.
  • an annular piston 14 is arranged, which carries at its over the cylinder 12 projecting portion guide rollers 15 for the traction mechanism 13. Since the traction means of the traction mechanism 13 according to FIG.
  • the adjusting cylinder 7 of the carriage 3 is acted upon to make the carriage 3 from the starting position according to FIG. 1 to the surface 9 to be drilled according to FIG. 4. Thereafter, the feed drive 1 1 can be operated for the drilling device 4, wherein a corresponding anchor hole is drilled, as indicated in FIG. 5.
  • the anchor holes have a predetermined depth, on the one hand, the path of the carriage 3 and on the other hand, the feed of the drilling device 4 along the displacement guides 2 must be detected.
  • the displacement guides 2 sensors 17 of a magnetostrictive measuring device, the magnetic position sensor 18 on the one hand to the carriage 3 and on the other hand, the drilling device 4 and the carriage 5 are assigned.
  • the measuring signals of the measuring sensor 17 can thus be connected to an evaluation circuit, via which the respective position of the carriage 3 and the drilling device 4 along the displacement guides 2 can be accurately determined and used for feed control of the drilling device 4. Since the waveguide of the probe 17 can be accommodated in a bore 19 of the sliding guides 2, a simple, protected arrangement of the magnetostrictive measuring device results, which is thus advantageously suitable for rough operation in underground mining.
  • drilling tool 6 is replaced by a holder for an anchor, then with the aid of the device and corresponding anchor in the drilled holes can be accurately positioned.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Bohren von Ankerlöchern im Untertagebau mit einem Gestell (1) beschrieben, das parallele Verschiebeführungen (2) einerseits für einen an der zu bohrenden Fläche (9) abstützbaren Schlitten (3) und anderseits für eine Bohreinrichtung (4) bildet, deren Vorschubantrieb (10) am Schlitten (3) abgestützt ist. Um die Bohrlochtiefe genau bestimmen zu können, wird eine magnetostriktive Messeinrichtung mit entlang der Verschiebeführungen (2) verlaufenden, an eine Auswerteschaltung angeschlossenen Messfühlern (17) und mit dem Schlitten (3) und der Bohreinrichtung (4) zugehörigen, mit dem jeweiligen Messfühler (17) zusammenwirkenden magnetischen Lagegebern (18) vorgeschlagen.

Description

Vorrichtung zum Bohren von Ankerlöchern im Untertaqebau
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bohren von Ankerlöchern im Untertagebau mit einem Gestell, das parallele Verschiebeführungen einerseits für einen an der zu bohrenden Fläche abstützbaren Schlitten und anderseits für eine Bohreinrichtung bildet, deren Vorschubantrieb am Schlitten abgestützt ist
Zum Versetzen von Ankern im Untertagebau ist es bekannt (EP 1 601854 B1 ), ein auf einem Fahrzeugausleger befestigbares Gestell mit einer Verschiebeführung für einen Schlitten vorzusehen, der über einen Anschlag an der zu bohrenden Fläche abstützbar ist und den Vorschubantrieb für eine Bohreinrichtung trägt, die auf einer zur Schlittenführung parallelen Führung verschiebbar gelagert ist, sodass bei einem Anstellen des Schlittens in seine Arbeitsstellung die Bohreinrichtung entlang ihrer Führung durch den Schlitten mitgenommen und erst gegenüber dem Schlitten verlagert wird, wenn der Vorschubantrieb betätigt wird. Der Vorteil einer solchen Konstruktion liegt darin begründet, dass trotz einer gestellfesten Führung der Bohreinrichtung die Bohreinrichtung zusammen mit dem Schlitten über einen Stellzylinder angestellt werden kann und daher der Bohrvorschub lediglich gegenüber dem Schlitten zu erfolgen hat, was eine kompakte Baueinheit ermöglicht, insbesondere wenn der Vorschubantrieb für die Bohreinrichtung ebenfalls aus einem Stellzylinder besteht. Um eine Information über die Bohrlochtiefe zu erhalten, wird die Beaufschlagungsmenge der Stellzylinder an Hydraulikmittel für den Schlitten und die Bohreinrichtung gemessen, was bei bekannten Abmessungen der Stellzylinder einen Rückschluss auf deren Stellhub erlaubt. Allerdings hängt das Volumen des Hydraulikmittels von seiner Temperatur ab, was solche Bestimmungen der Bohrlochtiefe ungenau macht.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bohren von Ankerlöchern der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass ohne maßgeblichen Eingriff in die Konstruktion der Vorrichtung die Bohrlochtiefe genau bestimmt werden kann. Außerdem soll die hierfür eingesetzte Messeinrichtung gegenüber dem rauen Betrieb im Untertagebau ausreichend geschützt werden können.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine magnetostriktive Messeinrichtung mit entlang der Verschiebeführungen verlaufenden, an eine Auswerteschaltung angeschlossenen Messfühlern und mit dem Schlitten und der Bohreinrichtung zugehörigen, mit dem jeweiligen Messfühler zusammenwirkenden magnetischen Lagegebern.
Magnetostriktive Messeinrichtungen beruhen darauf, dass bei der Überlagerung eines entlang eines Wellenleiters verlaufenden, zum Wellenleiter koaxialen Magnetfeldes und eines dazu senkrechten, in Längsrichtung des Wellenleiters ausgerichteten Magnetfeldes aufgrund der Magnetostriktion eine mechanische Torsionswelle entsteht, die sich in beiden Richtungen entlang des Wellenleiters ausbreitet. Wird durch einen an einen Stromimpulsgenerator angeschlossenen Stromleiter innerhalb des rohrförmigen Wellenleiters ein Stromimpuls geführt, dessen Magnetfeld mit dem Magnetfeld eines magnetischen Lagegebers zusammenwirkt, so kann aus der Laufzeit des Stromimpulses und der rücklaufenden Torsionswelle aufgrund der bekannten Geschwindigkeiten des Stromimpulses und der Torsionswelle die Lage des Lagegebers mit einer hohen Auflösung bestimmt werden. Mit der Zuordnung der durch die Wellenleiter gebildeten Messfühler zu den gestellfesten Verschiebeführungen und der Lagegeber einerseits zum Schlitten und anderseits zur Bohreinrichtung kann somit die Lage des Schlittens bzw. der Bohreinrichtung entlang der durch die Messfühler bestimmten Messstrecke bestimmt werden, und zwar berührungslos und verschleißfrei. Die Zuordnung der Messfühler zu den gestellfesten Verschiebeführungen stellt eine vorteilhafte Voraussetzung für eine geschützte Unterbringung dieser Messfühler dar, insbesondere, wenn die Messfühler in einer Bohrung oder in einer abgedeckten Aufnahmenut der Verschiebeführungen angeordnet sind. Einzige Voraussetzung ist, dass die Magnetfelder der Lagegeber und der Messfühler keine störende Abschirmung erfahren, was bei üblichen Verschiebeführungen auf Aluminiumbasis nicht zu befürchten ist.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bohren von Ankerlöchern in einem schematischen Längsschnitt,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 in einem größeren Maßstab und die
Fig. 4 und 5 der Fig. 1 entsprechende Darstellungen der Vorrichtung in unterschiedlichen Arbeitsstellungen in einem kleineren Maßstab.
Die rein schematisch dargestellte Vorrichtung zum Bohren von Ankerlöchern weist ein beispielsweise an einen Fahrzeugausleger anschließbares Gestell 1 auf, das parallele Verschiebeführungen 2 einerseits für einen Schlitten 3 und anderseits für eine Bohreinrichtung 4 trägt, die vorzugsweise ebenfalls auf einem Schlitten 5 gelagert wird. Das Bohrwerkzeug der Bohreinrichtung 4 ist mit 6 bezeichnet. Der Schlitten 3, der mit Hilfe eines Stellzylinders 7 entlang der Verschiebeführung 2 verlagert werden kann, trägt einen Anschlag 8, über den er an der zu bohrenden Fläche 9 abgestützt werden kann, sodass der mit Hilfe seines Stellzylinders 7 an die zu bohrende Fläche 9 angestellte Schlitten 3 eine vorgegebene Ausgangsstellung für den Bohrvorgang bestimmt. Der Stellzylinder 7 greift gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel am Anschlag 8 an. Die Kolbenstange 10 des Stellzylinders 7 ist mit dem Gestell 1 fest verbunden, wie sich dies insbesondere aus der Fig. 2 ergibt. Wird der Stellzylinder 7 auf der Seite des Anschlags 8 mit einem Hydraulikmittel beaufschlagt, so gleitet der Stellzylinder 7 entlang der Kolbenstange 10 gegen die zu bohrende Fläche 9, bis der Anschlag 8 an der zu bohrenden Fläche 9 anschlägt.
Die Bohreinrichtung 4 ist mit dem Schlitten 3 über einen Vorschubantrieb 1 1 antriebsverbunden. Dieser Vorschubantrieb 1 1 setzt sich aus einem Stellzylinder 12 und einen Zugmitteltrieb 13 zusammen. Der Stellzylinder 12 ist verschiebefest mit dem Schlitten 3 verbunden, und zwar gemäß der Fig. 2 mit dem Stellzylinder 7 für den Schlittenantrieb. In diesem Stellzylinder 12, der den Stellzylinder 7 koaxial umschließt, ist ein Ringkolben 14 angeordnet, der an seinem über den Zylinder 12 vorstehenden Abschnitt Umlenkrollen 15 für den Zugmitteltrieb 13 trägt. Da das Zugmittel des Zugmitteltriebs 13 gemäß der Fig. 1 einerseits mit dem Schlitten 5 für die Bohreinrichtung 4 und anderseits nach einer Umlenkung um eine Rolle 16 mit dem Stellzylinder 12 zugfest verbunden ist, wird bei einer Beaufschlagung des Stellzylinders 12 auf der vom Anschlag 8 abgekehrten Zylinderseite der Ringkolben 14 gegen den Anschlag 8 aus dem Stellzylinder 12 ausgeschoben und der mit dem Zugmitteltrieb 13 verbundene Schlitten 5 für die Bohreinheit 4 entlang der Verschiebeführung 2 verlagert, und zwar wegen der Zugmittelumlenkung um die Umlenkrolle 15 entsprechend dem doppelten Hub des Ringkolbens 14. Wegen der verschiebefesten Verbindung des Stellzylinders 12 mit dem Schlitten 3 wird die Bohreinrichtung 4 über den Stellzylinder 7 zusammen mit dem Schlitten 3 entlang der Verschiebeführungen 2 verlagert und erst gegenüber dem Schlitten 3 verschoben, wenn der Stellzylinder 12 beaufschlagt wird.
Zum Bohren eines Ankerlochs wird zunächst der Stellzylinder 7 des Schlittens 3 beaufschlagt, um den Schlitten 3 aus der Ausgangsstellung nach der Fig. 1 an die zu bohrende Fläche 9 gemäß der Fig. 4 anzustellen. Danach kann der Vorschubantrieb 1 1 für die Bohreinrichtung 4 betätigt werden, wobei ein entsprechendes Ankerloch gebohrt wird, wie dies in der Fig. 5 angedeutet ist. Damit die Ankerlöcher eine vorgegebene Tiefe aufweisen, muss einerseits der Weg des Schlittens 3 und anderseits der Vorschub der Bohreinrichtung 4 entlang der Verschiebeführungen 2 erfasst werden. Zu diesem Zweck weisen die Verschiebeführungen 2 Messfühler 17 einer magnetostriktiven Messeinrichtung auf, deren magnetische Lagegeber 18 einerseits dem Schlitten 3 und anderseits der Bohreinrichtung 4 bzw. deren Schlitten 5 zugeordnet sind. Die Messsignale der Messfühler 17 können somit an eine Auswerteschaltung angeschlossen werden, über die die jeweilige Lage des Schlittens 3 bzw. der Bohreinrichtung 4 entlang der Verschiebeführungen 2 genau ermittelt und zur Vorschubsteuerung der Bohreinrichtung 4 herangezogen werden kann. Da der Wellenleiter der Messfühler 17 in einer Bohrung 19 der Verschiebeführungen 2 untergebracht werden kann, ergibt sich eine einfache, geschützte Anordnung der magnetostriktiven Messeinrichtung, die somit für den rauen Betrieb im Untertagebau vorteilhaft geeignet ist.
Wird das Bohrwerkzeug 6 durch eine Halterung für einen Anker ersetzt, so können mit Hilfe der Vorrichtung auch entsprechende Anker in den gebohrten Bohrlöchern genau positioniert werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zum Bohren von Ankerlöchern im Untertagebau mit einem Gestell (1 ), das parallele Verschiebeführungen (2) einerseits für einen an der zu bohrenden Fläche (9) abstützbaren Schlitten (3) und anderseits für eine Bohreinrichtung (4) bildet, deren Vorschubantrieb (1 1 ) am Schlitten (3) abgestützt ist, gekennzeichnet durch eine magnetostriktive Messeinrichtung mit entlang der Verschiebeführungen (2) verlaufenden, an eine Auswerteschaltung angeschlossenen Messfühlern (17) und mit dem Schlitten (3) und der Bohreinrichtung (4) zugehörigen, mit dem jeweiligen Messfühler (17) zusammenwirkenden magnetischen Lagegebern (18).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messfühler (17) in einer Bohrung (19) oder in einer Aufnahmenut der Verschiebeführungen (2) angeordnet sind.
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