WO2024112991A1

WO2024112991A1 - Verfahren zur systematisch selektiven gewinnung von festen mineralischen rohstoffen mittels richtbohrtechnologie

Info

Publication number: WO2024112991A1
Application number: PCT/AT2023/060413
Authority: WO
Inventors: Franz FRIESENBICHLER
Original assignee: Friesenbichler Franz
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2023-11-24
Publication date: 2024-06-06
Also published as: AT526723A1

Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur systematisch selektiven Gewinnung von festen mineralischen Rohstoffen mithilfe eines Bohrgerätes mit Richtbohrtechnologie vorgesehen, bei welchem eine Gewinnungsbohreinheit (19) in einem ersten Schritt eine Gesteinsschicht (5) mit einem Ausrichtungsbohrabschnitt (6) durchbohrt und dabei selektiv und zielgenau in eine Abbauzone gesteuert wird, in einem zweiten Schritt am Ende des Ausrichtungsbohrabschnittes (6) ein 3D-Bohrraster (7) aus mehreren Gewinnungsbohrabschnitten (8) angelegt wird und in einem dritten Schritt dreidimensional zueinander parallel geführte Gewinnungsbohrabschnitte (8) gebohrt werden, wobei zwischen den finalen Außendurchmessern zweier benachbarter Gewinnungsbohrabschnitte (8) ein Abstand von maximal 45 cm angeordnet ist, gemessen in der gemeinsamen Normalrichtung der beiden benachbarten Bohrlochachsenabschnitte, und wobei jeweils ein Gewinnungsbohrabschnitt (8) nach dem anderen gebohrt wird und nach der Fertigstellung eines Gewinnungsbohrabschnittes (8) dieser Gewinnungsbohrabschnitt (8) samt zugehörigem Ausrichtungsbohrsegment (6c) gesichert wird.

Description

Verfahren zur systematisch selektiven Gewinnung von festen mineralischen Rohstof fen mittels Richtbohrtechnologie

Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur systematisch selektiven Gewinnung von festen mineralischen Rohstof fen mithil fe eines Bohrgerätes mit Richtbohrtechnologie .

Die Erfindung betri f ft weiters ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens .

Die Erfindung beschäftigt sich mit der systematischen,

(hoch) selektiven Gewinnung und Aufbereitung von Vorkommen fester mineralischer Rohstof fe im Tagebau oder Untertagebau . Im konventionellen Bergbau auf feste mineralische Rohstof fe werden sowohl im Tagebau wie auch im Untertagebergbau überwiegend große bis sehr große Maschinen eingesetzt . Ziel ist es dabei , die Gewinnungsarbeiten so ef fi zient und die Kosten j e Tonne Gesamt fördermenge so gering wie möglich zu gestalten .

Allein die Dimensionen dieser Geräte führen dazu, dass das Lösen, Hereingewinnen, Laden und Abtransportieren des Wertmineralgesteins nur an groß flächigen Abbauquerschnitten erfolgen kann . Die daraus resultierende Konsequenz ist , dass die Selektivität in der Gewinnung, d . h . das getrennte Hereingewinnen und Abscheiden von hochwertig und gut mineralisiertem Wertmineralgestein von nicht vermarktungs fähigem schlecht oder gar nicht mineralisiertem Gestein sehr stark eingeschränkt ist .

Im konventionellen Untertagebergbau erfolgt zum Beispiel eine selektive , qualitätsgesteuerte Gewinnung von Wertmineralgestein in der Regel an einem Abbaustreckenquerschnitt von 4m mal 4m bzw . rund 16m² . Die Selektivität ist hierbei über weite Strecken sehr gering .

Im konventionellen Untertagebergbau kommt es daher sehr häufig zu einer nicht unbedingt notwendigen Vermischung von hochwertigem Wertmineral mit schlecht oder gering mineralisiertem Wertmineralgestein, d . h . unter der gewünschten Abbauqualitätsschranke bzw . unter dem geplanten Mindestgehalt ( dem „cut-of f grade" ) vererztem Gestein und/oder gar nicht mineralisiertem Taubgestein . Die auf diese Weise abgebaute Gesamt fördermenge eines Abbauquerschnittes bzw . Abbaublockes enthält also eine nicht zu vernachlässigende Menge an gering und gar nicht mineralisiertem Gestein, sogenanntes taubes Gestein .

Dieses Taubgestein, abbaubedingt in die Gesamt fördermenge eingemischt , muss in der Folge aus dem j eweiligen Abbaubereich nach über Tage gefördert werden und belastet damit nicht nur die Betriebsleistung und Kosten der Gewinnung, sondern darüber hinaus in weiterer Konsequenz auch alle nachgeschalteten Prozesse wie Zerkleinerung, Aufbereitung, Veredelung und Entsorgung von Prozessrückständen mit unnötigem, wertlosem Gesteinsmaterial .

Und genau diese zu entsorgenden Aufbereitungs- und Veredelungsrückstände , die in aufwendigen und kostenintensiven Prozessen vom Wertmineral abgeschieden werden müssen, enthalten im Wesentlichen auch das zuvor untertägig wenig selektiv abgebaute gering oder gar nicht mineralisierte Gesteinsmaterial .

Diese unter Tage unnötig abgebauten Taubgesteinsmengen belasten alle nachgeschalteten Prozesse mit unnötig hohen Durchsätzen und erfordern dabei unnötig große Anlagendimensionen .

Darüber hinaus werden vermeidbare Mengen an Maschinen- und Anlagenbetriebsstunden, Wasser, Energie und Aufbereitungschemikalien verbraucht sowie unnötige Mengen an vermeidbaren Emissionen, Prozessrückstanden und sonstigen Umweltbelastungen verursacht .

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben angeführten Nachteile des konventionellen Untertagebergbaus zu reduzieren, in einzelnen Bereichen sogar zu eliminieren oder zumindest auf das technisch absolut geringste Ausmaß zu minimieren .

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, bei welchem eine Gewinnungsbohreinheit in einem ersten Schritt eine Gesteinsschicht mit einem Ausrichtungsbohrabschnitt durchbohrt und dabei selektiv und zielgenau in eine Abbauzone gesteuert wird, in einem zweiten Schritt am Ende des Ausrichtungsbohrabschnittes ein 3D- Bohrraster aus mehreren Gewinnungsbohrabschnitten angelegt wird und in einem dritten Schritt dreidimensional zueinander parallel geführte Gewinnungsbohrabschnitte gebohrt werden, wobei zwischen den finalen Außendurchmessern zweier benachbarter Gewinnungsbohrabschnitte ein Abstand von maximal 45 cm angeordnet ist , gemessen in der gemeinsamen Normalrichtung der beiden benachbarten Bohrlochachsenabschnitte , und wobei j eweils ein Gewinnungsbohrabschnitt nach dem anderen gebohrt wird und nach der Fertigstellung eines Gewinnungsbohrabschnittes dieser Gewinnungsbohrabschnitt samt zugehörigem Ausrichtungsbohrsegment gesichert wird . Die Sicherung erfüllt dabei den Zweck der Wiederherstellung einer ausreichenden Gebirgsstabilität und erfolgt bevorzugt durch vollständige Rückverfüllung des Gewinnungsbohrabschnittes samt zugehörigem Ausrichtungsbohrsegment mittels ( quali fi ziertem) Zementieren .

Bei dem erfindungsgemäßen Bohrverfahren sind also zumindest zwei Bohrlochabschnitte vorgesehen . Ein Abschnitt für die Aus- und Vorrichtung der Gewinnung ( der Ausrichtungsbohrabschnitt ) , in dem ein Bohrraster aus mehreren Gewinnungsbohrabschnitten angelegt wird, und j ener für die Hereingewinnung des Wertmineralgesteins ( der Gewinnungsbohrabschnitt ) , in welchem die Gewinnungsbohrungen gebohrt werden .

Im Regel fall liegt zwischen der Tagesoberfläche und dem geplanten Abbauabschnitt das Deckgebirge . Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass vor dem ersten Schritt eine Deckgebirgsschicht mit einem Aufschlussbohrabschnitt durchbohrt wird, an den der Ausrichtungsbohrabschnitt - wie oben ausgeführt - anschließt . Der Aufschlussbohrabschnitt , der an der Tagesoberfläche oder auch unter Tage ansetzt , durchbohrt bzw . durchörtert bevorzugt das Deckgebirge in beliebiger Richtung, und dient dem Lagerstättenaufschluss , d . h . der Annäherung an die abzubauenden Lagerstättenabschnitte . In diesem Fall sind daher drei Bohrlochabschnitte vorgesehen .

Alle zwei bzw . drei Bohrlochabschnitte werden in der angeführten Reihenfolge durchlaufen, um vom Bohrlochansatzpunkt , dem Bohrlochkopf , der sowohl an der Tagesoberfläche als auch unter Tage liegen kann, zielgenau in den selektiv zu gewinnenden Abbaublock zu gelangen .

Ggf . nach der Durchörterung des Deckgebirges wird über den Ausrichtungsbohrabschnitt ein bestimmter Lagerstättenteil bzw . Abbauabschnitt entwickelt , d . h . für den Abbau aus- und vorgerichtet . Dieser Ausrichtungsbohrabschnitt unterteilt sich bevorzugt in zumindest zwei Segmente . Das erste Segment lenkt in die Richtung der Gewinnungsbohrabschnitte über . Das zweite Segment stellt die Vorrichtung des Abbaus dar und schließt das erste Ausrichtungssegment direkt mit dem Bohrraster der Gewinnungsbohrabschnitte zusammen .

Bevorzugt umfasst der Ausrichtungsbohrabschnitt drei Segmente , wobei das erste Segment in die Richtung der Gewinnungsbohrabschnitte einlenkt und anschließend in zumindest zwei zweite Segmente aufgeteilt wird . Das erste Segment sorgt - wie oben ausgeführt - für die Hauptausrichtung in die geplante Gewinnungsbohrrichtung, die bevorzugt in die Fallrichtung der Hauptmineralisierung weist , während die zweiten Segmente j eweils gezielt in einzelne selektiv zu gewinnende Abbauabschnitte führen . An die zweiten Segmente schließen mehrere dritte Segmente an, die die 3D-Bohrraster ausbilden und damit die hochselektiven Gewinnungsbohrabschnitte vorrichten . Im Gewinnungsbohrabschnitt wird das Wertmineralgestein mithil fe einer Gewinnungsbohreinheit systematisch und höchst selektiv innerhalb des vorgerichteten Abbauabschnittes hereingewonnen .

Das erfolgt in mehr oder weniger dichten Packungen, d . h . durch mehr oder weniger dicht im Raum angeordnete und mehr oder weniger vollständig ausgefüllte 3D-Raster von präzis parallel geführten Gewinnungsbohrabschnitten beliebiger Länge , Orientierung und Verlauf . Das hereingewonnene Material kann anschließend als Bohrklein über eine Bohrspülung nach Obertage in die Aufbereitung ausgefördert werden .

Innerhalb der Bohrraster werden die dreidimensional präzis parallel geführten Gewinnungsbohrabschnitte bevorzugt in sehr engen Abständen hergestellt . Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass der Abstand zwischen den finalen Außendurchmessern zweier benachbarter Gewinnungsbohrabschnitte maximal ca . 40 cm, weiters bevorzugt maximal ca . 30 cm beträgt . Der Abstand zwischen den finalen Außendurchmessern zweier benachbarter Gewinnungsbohrabschnitte wird j eweils in der gemeinsamen Normalrichtung der beiden benachbarten Bohrlochachsenabschnitte gemessen .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass nach der Fertigstellung des Ausrichtungsbohrabschnittes der Ausrichtungsbohrabschnitt gesichert wird . Dies verbessert die Stabilität des Gebirges .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass nach der Fertigstellung des Aufschlussbohrabschnittes der Aufschlussbohrabschnitt gesichert wird . Auch dieser Schritt verbessert die Stabilität des Gebirges .

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass nach der Fertigstellung des Aufschlussbohrabschnittes und des Ausrichtungsbohrabschnittes bevorzugt sowohl der Aufschluss- als auch der Ausrichtungsbohrabschnitt gesichert werden .

Schlecht oder nur gering, d . h . unterhalb eines bestimmten Cut- Of f Grade-Gehaltes mineralisierte oder gar nicht mineralisierte ( Taubgesteins- ) Zonen werden bevorzugt selektiv ausgespart , umfahren und damit nicht abgebaut oder nur mit kleinstmöglichem Bohrlochquerschnitt durchbohrt bzw . durchörtert . Dies verringert insbesondere die geförderte Taubgesteinsmenge und erhöht damit die umweit- und energierelevante Ef fi zienz des Verfahrens .

In gleicher Weise können auch geologische und/oder hydrogeologische Problemzonen und/oder bekannte oder unbekannte natürliche oder künstlich geschaf fene Hohlräume ausgespart bzw . umfahren werden .

Das gegenständliche Verfahren erlaubt eine Abbauquerschnitts fläche von rund Im² . Die Selektivität des Verfahrens der gegenständlichen Erfindung ist also um das 16- fache höher, detaillierter und präziser als herkömmliche Verfahren, bei denen eine Abbauquerschnitts fläche von rund 16m² angewandt wird . Der Anteil an Taubgestein in der Gesamt fördermenge wird damit bereits in der untertägigen Gewinnung auf ein Minimum reduziert . Dies ergibt einen wesentlich höheren Wertmineralgehalt in der Gesamtf ördermenge . Gleichzeitig werden alle nachgeschalteten Prozesse durch eine signi fikant geringere Taubgesteins fördermenge entlastet .

Die Sicherung, d . h . die gebirgsmechanische Stabilisierung des Bohrlochs und des unmittelbar angrenzenden Gesteins ist essenziell , um zu verhindern, dass die Bohrungen bspw . in of fene oder schlecht stabilisierte benachbarte Bohrlöcher abdri ften . Diese Gefahr besteht insbesondere bei der Bohrung der Gewinnungsbohrabschnitte , die mit sehr geringem Abstand zueinander gebohrt werden . Darüber hinaus ist die Stabilisierung fertiggestellter Bohrungen auch erforderlich, um die Gesamtstabilität des Abbaubereichs zu gewährleisten . Verbrechende , d . h . kollabierende Bohrungen würden den Abbau im unmittelbaren Abbaubereich unmöglich machen . Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass unmittelbar nach der Fertigstellung eines Gewinnungsbohrabschnittes dieser Gewinnungsbohrabschnitt gesichert wird . Je nach den vorliegenden Gebirgsverhältnissen ist weiters vorgesehen, dass (unmittelbar ) nach der Fertigstellung der Aufschluss und Ausrichtungsbohrabschnitte auch diese Bohrabschnitte gesichert werden .

Bevorzugt sind zur Sicherung der Bohrabschnitte folgende vier Stabilisierungsmaßnahmen vorgesehen :

1 . Die erfindungsgemäße Anordnung der Gewinnungsbohrabschnitte ,

2 . Die quali fi zierte Sicherung j edes Bohrlochs ,

3 . Die Herstellung des finalen Außendurchmessers zumindest eines Gewinnungsbohrabschnittes mithil fe eines Bohrlocherweiterungsverfahrens , und

4 . Das „Pad Drilling" Verfahren .

Ad 1 . Geotechnische Stabilitätsstudien, die auf die vorherrschenden Gebirgsverhältnisse , das geplante Lagerstättenausbringen, die gewählte Bohrtechnologie und andere Anforderungen des Umweltschutzes Bezug nehmen, definieren für j ede Lagerstätte und j eden Gewinnungsabschnitt die minimal zulässigen Bohrlochabstände sowie die maximal zulässigen Bohrlochdurchmesser .

Die erfindungsgemäße Anordnung der Gewinnungsbohrabschnitte erfolgt dementsprechend bspw . la ) im 3D-Standardbohrraster mit konstantem Bohrlochabstand und konstantem Durchmesser, oder davon abweichend lb ) in j eder Variation und Mischung verschiedener Abstände und Durchmesser für nicht standardmäßige 3D-Raster, wobei lc ) die Bündel an parallel geführten Gewinnungsbohrabschnitten dabei j ede Länge haben und j ede Richtung nehmen können, von vertikal , geneigt ( steil oder flach) bis hori zontal , aber auch in alle Richtungen leicht gekrümmt , und ld) die Bohrreihenfolge bzw . Sequenzierung der Bohrungen im 3D- Raster ganz wesentlich zur Gebirgsstabilität beiträgt .

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass j eweils ein Gewinnungsbohrabschnitt nach dem anderen gebohrt wird . Bevorzugt wird zunächst ein erster Gewinnungsbohrabschnitt gebohrt und anschließend ein vom ersten Gewinnungsbohrabschnitt in einem bestimmten Sequenzierungsabstand entfernt liegender zweiter Gewinnungsbohrabschnitt . In einem 3D-Standardbohrraster wird dieser Sequenzierungsabstand bspw . zwischen den finalen Außendurchmessern des ersten Gewinnungsbohrabschnittes und des zweiten Gewinnungsbohrabschnittes gemessen, und zwar in der gemeinsamen Normalrichtung der beiden benachbarten Bohrlochachsenabschnitte , und dieser ist bevorzugt größer als der finale Außendurchmesser des ersten oder des zweiten Gewinnungsbohrabschnittes . Das Gebirge , das den Sequenzierungsabstand aufbaut , kann dabei entweder aus unverritztem oder aus großteils durch quali fi zierte Bohrlochverfüllung stabilisiertem Gebirge bestehen . Durch die Sequenzierung wird die Stabilität des Gebirges während des Bohrvorganges gewährleistet . le ) Die vertikale Bohrreihenfolge der Bohrlöcher bzw . Bohrlochabschnitte und Bohrlochbündel kann j eder beliebigen Reihenfolge folgen, muss j edoch den Anforderungen der Stabilitätsstudie entsprechen . Am ehesten beginnt sie j edoch am höchsten Abbaupunkt und wird nach unten sequenziert . Je geringer die Bohrlochabstände sind, desto höher ist das sogenannte Lagerstättenausbringen, das bei leichter Überlappung der Gewinnungsbohrabschnitte bis zu 90% betragen kann .

Durch die Anordnung und Abfolge der Bohrungen sowie ihre sofortige Sicherung, kann j ederzeit ein ausreichendes Maß an Gebirgsstabilität zwischen den Bohrlochabschnitten aufrechterhalten werden .

Ad 2 . ) Die quali fi zierte Sicherung j edes Bohrlochs gilt als Standard zur Gewährleistung einer ausreichenden Gebirgsstabilität sowohl für das Bohren j eder Einzelbohrung als auch das Gesamtverfahren .

2a ) Das vollständige Rückverfüllen eines Gewinnungsbohrabschnittes samt zugehörigem Ausrichtungsbohrsegment durch quali fi ziertes Zementieren gilt als Standardverfahren zur Gewährleistung oder auch Verbesserung der Gebirgsstabilität für präzis parallel gerichtetes Bohren mit engen Abständen .

Die vollständige Rückverfüllung bzw . Zementierung erfolgt unmittelbar nach Fertigstellung des Gewinnungsbohrabschnittes und absorbiert so viel zuvor in den Bohrungen hereingewonnenes Taubgestein ( in Form von abgeschiedenen Aufbereitungsrückständen j eder Korngröße ) wie nur möglich, wodurch die Anforderungen an die Verhaldung, d . h . die Deponie von Taubgestein und Aufbereitungsrückständen an der Tagesoberfläche minimiert wird . Die Anforderungen an die quali fi zierte Festigkeit der Bohrlochverfüllung ( Zementierung) ergeben sich aus den Ergebnissen der geotechnischen Stabilitätsstudie .

2b ) Je nach vorliegender Gebirgs festigkeit und gefordertem Umweltschutz kann auch ohne Bohrlochverfüllung gearbeitet werden, d . h . mit of fenbleibenden Bohrungen, sofern die geotechnische Stabilitätsstudie und andere Umweltschutzanforderungen dies zulassen .

2c ) In anspruchsvollen Gebirgsverhältnissen und/oder für spezielle Anforderungen kann eine einfache Bohrlochverfüllung wie folgt verbessert werden : und zwar durch

2cl ) Verwendung von faserbewehrter Zementierung und/oder 2c2 ) zusätzlicher Verrohrung ( d . h . auch einer verfüllten Verrohrung) ;

2d) In anspruchsvollen Gebirgsverhältnissen einschließlich natürlicher oder künstlicher Hohlräume oder Gebirgsauflockerungen sowie zur Maximierung des Lagerstättenausbringens kann die Gebirgsstabilisierung auch durch teilweise oder gänzliche Bohrlochverrohung erfolgen, wobei dies entweder mit oder ohne Rückgewinnung der Verrohrung durchgeführt werden kann .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass unmittelbar nach der Fertigstellung eines Gewinnungsbohrabschnittes dieser Gewinnungsbohrabschnitt samt zugehörigem Ausrichtungsbohrsegment durch quali fi ziertes Zementieren vollständig verfüllt wird .

Ad 3 . ) Bevorzugt ist vorgesehen, dass der finale Außendurchmesser zumindest eines Gewinnungsbohrabschnittes mithil fe eines Bohrlocherweiterungsverfahrens hergestellt wird . Ein Bohrlocherweiterungsverfahren ist für das Verfahren der Erfindung förderlich und ermöglicht zwei bevorzugte Vorteile :

3a ) Eine stufenweise Erweiterung des Bohrlochdurchmessers ermöglicht es , in einer ersten Bohrphase mithil fe eines kleineren Bohrlochdurchmessers bei noch guter Gebirgsstabilität und gut erzielbarer Lagegenauigkeit einen größeren Bohrlochabstand einzuhalten und einen finalen größeren Außendurchmesser mit engerem Abstand erst in einer nachfolgenden zweiten Bohrphase herzustellen, die den kleineren, ersten Bohrlochdurchmesser als Führung benützt ; und

3b ) eine stufenweise Bohrlocherweiterung steigert die Selektivität des erfindungsgemäßen Verfahrens , indem kleine Taubzonen, die nicht umfahren werden können, mit dem kleinsten Bohrlochdurchmesser durchörtert und nach der Taubzone liegende Lagerstättenbereiche gewonnen werden können .

Ad 4 . ) Das bevorzugt vorgesehene „Pad Drilling" Verfahren in Kombikation mit der Semi-Mobilität der eingesetzten Bohrgeräte ist für das Verfahren der Erfindung sehr förderlich und ermöglicht zwei bevorzugte Vorteile :

4a ) einerseits die ausreichende Aushärtung der Bohrlochverfüllung zur Gebirgsstabilisierung vor Beginn der nächsten Bohrung in unmittelbarer Nähe dazu, und

4b ) die Bereitstellung der erforderlichen Bohrkapazität für ein geplantes j ährliches Produktionsvolumen .

Eine Lagerstätte wird für ihren Abbau in der Regel in mehrere Abbauabschnitte unterteilt , innerhalb der j eweils homogene geologische und geotechnische Verhältnisse vorliegen, und die dem gewählten Gewinnungsverfahren und der angewandten Technologie genügen .

Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die Lagerstätte in im Wesentlichen homogene Abbauabschnitte unterteilt wird . Dies erfolgt bevorzugt vor dem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens . In der Folge wird innerhalb j edes Abbauabschnittes ein sogenanntes „Pad Drilling" Verfahren angewandt .

Zu diesem Zweck unterteilt die Abbauplanung vor dem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens j eden Abbauabschnitt in einen oder mehrere Bohrblöcke bzw . „Pads" , die in ihrer Gesamtheit die Ausdehnung der Mineralisierung im gesamten Abbauabschnitt abdecken .

Ein Bohrblock bzw . Pad ist eine Bohrstelle , die die Bohrlochköpfe für eine bestimmte Anzahl von Aufschlussbohrungen an der Tagesoberfläche gruppiert und diese dabei in sehr kleinen Abständen zueinander zusammenfasst . In j edem Pad wird nur ein Bohrgerät eingesetzt , und durch Überstellen werden damit alle Bohrungen des Bohrblockes abgeteuft . Je kleiner also die Abstände zwischen den Bohrungen sind, desto kleiner sind die Überstellwege und desto ef fi zienter ist das Verfahren .

Ein Pad kann in der Regel fünf bis zehn Aufschlussbohrungen bzw . deren Bohrlochköpfe zusammenfassen, von denen j eder Bohrlochkopf Zugang zu mehreren parallelen Gewinnungsbohrabschnitten unter Tage herstellt .

Sobald an einem Bohrlochkopf eine oder mehrere dieser Gewinnungsbohrabschnitte unter Tage fertiggestellt und verfüllt sind, kann das fertig montierte , bohrbereite Bohrgerät mithil fe eines semi-mobilen Transportelements zum nächsten Bohrlochkopf überstellt werden . Die semi-mobilen Transportelemente sind bzw . umfassen bspw . hydraulische Raupen- , Schreit- , Gleit- oder Schienensysteme .

Das „Pad"-Bohrverf ahren ermöglicht es , Gruppen von Bohrlöchern einerseits sehr ef fi zient zu bohren und andererseits den gesamten ökologischen Fußabdruck des Verfahrens an der Tagesoberfläche zu minimieren .

Zu diesem Zweck ist bevorzugt ein Trassensystem zwischen den Bohrlochköpfen eines Bohrblockes vorgesehen, um das Bohrgerät bohrbereit zum nächsten Bohrlochkopf überstellen zu können . Um die erforderliche Produktionskapazität pro Monat oder Jahr zu gewährleisten, kann in mehreren Pads mit j eweils einem Bohrgerät gleichzeitig produziert werden . Pad-Bohrverfahren erlauben es also , einen großen Bereich untertägiger Wertmineralreserven gleichzeitig zu gewinnen und dabei die Auswirkungen an der Tagesoberfläche so gering wie nur möglich zu halten .

Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass das Bohrgerät semi-mobile Transportelemente aufweist und in einem vierten Schritt mithil fe seiner semi-mobilen Transportelemente an einen neuen Bohrlochkopf überstellt wird, an dem erneut die Gewinnungsbohreinheit in einem ersten Schritt eine Gesteinsschicht mit einem Ausrichtungsbohrabschnitt durchbohrt und dabei selektiv und zielgenau in eine Abbauzone gesteuert wird, in einem zweiten Schritt am Ende des Ausrichtungsbohrabschnittes ein 3D-Bohrraster aus mehreren Gewinnungsbohrabschnitten angelegt wird und in einem dritten Schritt dreidimensional zueinander parallel geführte Gewinnungsbohrabschnitte gebohrt werden, wobei zwischen den finalen Außendurchmessern zweier benachbarter Gewinnungsbohrabschnitte ein Abstand von maximal 45 cm angeordnet ist , gemessen in der gemeinsamen Normalrichtung der beiden benachbarten Bohrlochachsenabschnitte , wobei j eweil s ein Gewinnungsbohrabschnitt nach dem anderen gebohrt wird und nach der Fertigstellung eines Gewinnungsbohrabschnittes dieser Gewinnungsbohrabschnitt samt zugehörigem Ausrichtungsbohrsegment , bevorzugt durch vollständiges Zementieren, gesichert wird .

Der Abstand zwischen den Außendurchmessern zweier zum Abbau des Wertmineralgesteins präzis parallel geführter Bohrlochabschnitte beträgt bevorzugt maximal ca . 45 cm besonders bevorzugt maximal ca . 40 cm, weiters bevorzugt maximal ca . 30 cm, unabhängig davon, ob diese gerade oder, bspw . der Richtung der Mineralisierung folgend, beliebig gekrümmt verlaufen, ob sie vertikal , geneigt oder flach angeordnet sind, ob sie von der Tagesoberfläche an oder erst unter einer beliebig mächtigen ( dicken) Überlagerung untertägig beginnend ansetzen, oder ob sie kurz oder mehrere hundert Meter lang sind .

Vor allem bei langen bzw . tiefen Bohrlochlängen kommt es beim Einsatz der konventionellen Richtbohrverfahren zu großen Abweichungen zwischen der realen und der geplanten Bohrlochposition . Mit den üblicherweise eingesetzten Technologien sind Abweichungen von rund 70cm auf 1000m Bohrlänge keine Seltenheit . Diese Abweichungen ergeben sich hauptsächlich aus der Messgenauigkeit für den Neigungs- und Azimutwinkel sowie der Fehlerfortpf lanzung in der Vermessung des Bohrlochverlaufs .

Bei längeren Bohrlöchern besteht bei bekannten Verfahren daher die Notwendigkeit , dass die einzelnen Bohrlöcher relativ weit voneinander entfernt sein müssen, da einerseits die Gefahr einer Kollision mit anderen parallel geführten Bohrlöchern besteht und andererseits , dass der geplante enge Bohrlochverlauf nicht eingehalten werden kann . Dadurch wird die Ef fi zienz der Bohrungen allerdings deutlich vermindert , da die Zwischenräume zwischen den Bohrungen nicht abgebaut werden können .

Um die Abweichungen zwischen dem j eweiligen Messergebnis und der tatsächlichen Position des Bohrlochmesspunktes entlang des gesamten Bohrlochverlaufs so klein wie nur möglich zu halten und damit kleinere Abstände zwischen den einzelnen Bohrlöchern auch bei größeren Bohrlochlängen zu ermöglichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Richtbohrtechnologie des Bohrgerätes mehrere Messeinheiten mit unterschiedlichen Sensorsätzen aufweist . Die Messeinheiten sind in der Gewinnungsbohreinheit angeordnet , erfassen die vermessungstechnischen Navigations- und geophysikalische Gesteinsinformationen im Bohrloch und senden diese an ein über Tage angeordnetes Steuerungselement .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass für die Lagebestimmung des

Verlaufs der Bohrlochachse eines Bohrloches während des Bohrens eine Reihe von Messungen durch eine erste Navigationsmesseinheit und eine zweite Navigationsmesseinheit durchgeführt wird, sodass innerhalb eines Bohrlochs eine erste Messwertreihe durch die erste Navigationsmesseinheit und eine zweite Messwertreihe durch die zweite Navigationsmesseinheit erhalten wird . Es sind hierfür zwei vermessungstechnische Navigationsmesseinheiten in der Gewinnungsbohreinheit installiert , mit deren Hil fe während des Bohrens zwei voneinander unabhängige Messungen für den gleichen Bohrlochabschnitt durchgeführt werden . Der Verlauf der Bohrlochachse eines Bohrlochabschnittes wird also zweimal voneinander unabhängig vermessen, wodurch es möglich ist , die Lagegenauigkeit des Bohrlochverlaufes durch Mehrfachvermessung zu erhöhen . Hierdurch wird der Lagemess fehler sowie die Größe der Fehlerfortpf lanzung einer einzelnen Navigationsmesseinheit deutlich reduziert , sodass eine genauere Bestimmung der Position j edes Bohrlochsegmentes durch Mittellageberechnung gelingt und die Wahrscheinlichkeit einer zu großen Abweichung der tatsächlichen Position von der gemessenen Position reduziert wird . Infolgedessen wird insbesondere die Gefahr einer Kollision zwischen zwei Bohrlöchern deutlich vermindert . Durch dieses Verfahren wird es möglich, den Abstand zwischen zwei Bohrlochabschnitten, die insbesondere präzis parallel geführt werden, auch für lange Bohrlochlängen auf 45 cm oder weniger zu reduzieren .

Die Navigationsmesseinheiten messen entlang einer Messwertreihe j eweils die gleichen Variablen, bspw . den Neigungswinkel und den Azimutwinkel . Die Navigationsmesseinheiten können weiters j eweils mehrere Sensoren umfassen, bspw . einen Sensor für den Neigungswinkel und einen für den Azimutwinkel , um die j eweilige Position eines Messpunktes möglichst genau bestimmen zu können . Die Positionssensoren können bspw . auch Gyroskop-Sensoren umfassen .

Je nach Genauigkeitsanforderung können zusätzlich zu den zwei Navigationsmesseinheiten in der Gewinnungsbohreinheit weitere Messeinheiten in beliebiger Anzahl und in beliebigem Abstand zum Bohrmeißel hintereinander im Bohrstrang angeordnet sein . Darüber hinaus kann die Anzahl der Mehrfachvermessungen dadurch gesteigert werden, dass der gesamte Bohrstrang ein- oder mehrmalig rückwärts angehoben und anschließend vorwärts wieder abgesenkt wird, insbesondere nach j eder Bohrstange bzw . vor j eder Bohrstrangverlängerung oder - wie in den Gewinnungsbohrabschnitten bevorzugt angewandt - nach Verlängerung eines Gewinnungsbohrabschnittes um eine bestimmte Bohrlochsegmentlänge .

Beispielsweise ist die Standardabweichung eines Vermessungsparameters , der durch Mittelwertbildung aus sechs unabhängigen Einzelmessungen berechnet wird, um ca . 60% gegenüber der Einzelmessung reduziert .

Diese Steigerung der Lagegenauigkeit um ca . 60% wird im dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Gewinnungsbohrabschnittes bevorzugt wie folgt angestrebt .

Ausgangspunkt eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist bevorzugt ein konventionelles Lagerstättenmodell , das in einem ersten Anpassungsschritt in ein hochauflösendes Modell konvertiert wird . Basierend auf diesem angepassten Modell wird geplant , in welchen Abbauabschnitten Wertmineralgestein hereingewonnen werden soll . Aufgrund der erfindungsgemäßen Verfahrensanordnung ist es möglich, die einzelnen Gewinnungsbohrabschnitte selektiv und zielgenau in die geplanten Abbaublöcke zu steuern und unter Tage nur das gewünschte Wertmineralgestein hereinzugewinnen und nach über Tage aus zufördern . Abschnitte mit zu geringem oder keinem Wertmineralgehalt werden von den Gewinnungsbohrabschnitten selektiv ausgespart bzw . umfahren und damit nicht abgebaut . Falls nötig, können derartige Bereiche nur mit kleinstmöglichem Bohrlochdurchmesser durchbohrt bzw . durchörtert werden, um einerseits die Menge an gefördertem Taubgestein zu minimieren und andererseits den nach der Taubzone noch befindlichen Lagerstättenbereich trotzdem mittels Bohrlocherweiterungsverfahren gewinnen zu können .

Das Verfahren ermöglicht es , auch kleine , d . h . in der Menge geringe Rohstof fvorkommen zu gewinnen, die für herkömmliche Verfahren nicht rentabel sind . Im Vergleich zu einem herkömmlichen Untertagebergbaudesign benötigt das erfindungsgemäße Verfahren keine sehr kapitalintensive Anfangsinvestitionen für langlebige untertägige Bergbauanlagen, wie zum Beispiel Schachtanlagen und/oder Rampenauf fahrungen sowie die Lagerstättenabschnitte großräumig erschließenden Aus- und Vorrichtungseinrichtungen samt den zugehörigen Förder- , Wasserhaltungs- und Bewetterungsanlagen . Das erfindungsgemäße Verfahren kann zu j eder Zeit nach Fertigstellung und Sicherung der zuletzt erfindungsgemäß hergestellten Bohrabschnitte eingestellt oder unterbrochen und zu einem späteren Zeitpunkt fortgesetzt werden, ohne dass verbleibende Lagerstättenteile durch Gebirgsinstabilitäten unbauwürdig werden oder untertägig investiertes Kapital verlustreich wertberichtigt werden muss .

Unter einem Bohrgerät werden im Rahmen der Erfindung alle erforderlichen Elemente zur Herstellung einer Bohrung verstanden . Das Bohrgerät umfasst somit bspw . das eigentliche Bohrgerät mit Bohrturm über dem Bohrlochkopf an der Tagesoberfläche , das Standrohr zur Sicherung des Bohrlochkopfes an der Tagesoberfläche , den Bohrstrang bestehend aus den einzelnen Bohrstangen und Schwerstangen und schlussendlich die Gewinnungsbohreinheit zwischen der letzten Bohr- bzw . Schwerstange und dem Bohrlochtiefsten .

Das Bohrgerät ist mit einer Richtbohrtechnologie ausgestattet , die eine präzise Richtungsablenkung und Richtungskontrolle während j eder Phase des Bohrvorganges ermöglicht . Bevorzugt wird eine (hoch) präzise Richtbohrtechnologie verwendet . Insbesondere ist es damit möglich, Bohrungen bzw . Bohrlochabschnitte in j eder beliebigen Länge sowohl in vertikaler, in hori zontaler als auch in j eder beliebig schrägen oder gekrümmten Richtung herzustellen .

Die Gewinnungsbohreinheit umfasst in seiner Grundausstattung bevorzugt einen Bohrmeißel am Bohrlochtiefsten und in unmittelbarer Nähe dahinterliegend eine Bohrlenkeinheit und eine erste Navigationsmesseinheit , darüber hinaus kann im Anschluss an die erste Navigationsmesseinheit bevorzugt auch eine geophysikalische Messeinheit , eine zweite Navigationsmesseinheit , eine erste Bohrlocherweiterungseinheit und ggf . eine zweite Bohrlocherweiterungseinheit eingebaut sein, wobei eine erste Erweiterungseinheit immer hinter den vermessungstechnischen und geophysikalischen Messeinheiten angeordnet ist , und eine zweite Erweiterungseinheit immer am Ende der Gewinnungsbohreinheit eingebaut ist . Der Abstand zwischen erster und zweiter Erweiterungseinheit entspricht bevorzugt der typischen Länge eines Bohrlochsegmentes zur Verlängerung eines Gewinnungsbohrlochabschnittes .

Der Bohrmeißel weist in die geplante , reguläre Bohrrichtung und bohrt den ersten, inneren Bohrlochdurchmesser eines Gewinnungsbohrlochabschnittes . Während des Bohrvorganges misst die erste Navigationsmesseinheit eine erste Messwertreihe entlang des zugehörigen Bohrlochverlaufs in regulärer Bohrrichtung . Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass eine zweite , dahinterliegende Navigationsmesseinheit dementsprechend eine zweite Messwertreihe misst und eine geophysikalische Messeinheit eine erste Gesteinsmesswertreihe des soeben durchbohrten Gesteinssegmentes registriert .

Während dieser Phase sind ggf . die Aufweitvorrichtungen der ersten und zweiten Bohrlocherweiterungseinheit eingestellt ( inaktiv gestellt ) , und die gesamte Bohrung wird im ersten Bohrlochdurchmesser um eine bestimmte Länge eines Bohrlochsegmentes in regulärer Bohrrichtung verlängert . Im Bereich der ersten Schwerstange , die nach hinten an die Gewinnungsbohreinheit anschließt , sind bevorzugt durch vorangegangene Bohrphasen bereits ein erstmalig erweiterter Bohrlochdurchmesser, der größer als der erste , innere Bohrlochdurchmesser ist , sowie ggf . ein zweitmalig erweiterter Bohrlochdurchmesser ausgebildet , der größer als der erstmalig erweiterte Bohrlochdurchmesser ist .

Um die Genauigkeit der Positionserfassung durch die Navigationsmesseinheiten weiter zu verbessern, ist bevorzugt vorgesehen, dass nach Erfassung der ersten Messwertreihe und der zweiten Messwertreihe der Bohrf ortschritt gestoppt und anschließend die Gewinnungsbohreinheit in Richtung vom Bohrlochtiefsten weg rückwärts bewegt wird, wobei während der Rückwärtsbewegung der Gewinnungsbohreinheit bevorzugt j eweils eine Reihe von Messungen durch die erste Navigationsmesseinheit und durch die zweite Navigationsmesseinheit durchgeführt wird, sodass eine dritte Messwertreihe sowie eine vierte Messwertreihe innerhalb des Bohrloches erhalten werden . Gleichzeitig kann hierbei mit der geophysikalischen Messeinheit eine zweite Gesteinsmesswertreihe des zugehörigen Gebirgssegmentes gemessen werden .

Nach Erfassung der ersten Messwertreihe und der zweiten Messwertreihe sowie der Fertigstellung der Bohrlochverlängerung um das geplante Bohrlochsegment wird der Bohrf ortschritt also kurz gestoppt , wobei j edoch die Bohrlochspülung aufrecht bleibt . Es ist bevorzugt vorgesehen, dass sodann die Aufweitvorrichtungen der ersten Erweiterungsstufe ausgestellt ( aktiv gestellt ) werden und anschließend die Gewinnungsbohrtätigkeit rückwärts , d . h . entgegengesetzt der regulären Bohrrichtung vom Bohrlochtiefsten weg fortgesetzt wird . Dabei wird das zugehörige Bohrlochsegment im Rückwärtsschnitt auf den Bohrlochdurchmesser der ersten Erweiterungsstufe erweitert . Hierbei ist also bevorzugt vorgesehen, dass das Bohrloch während der Rückwärtsbewegung durch eine in der Gewinnungsbohreinheit angeordnete erste Bohrlocherweiterungseinrichtung erweitert wird .

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass nach Erfassung der dritten Messwertreihe und der vierten Messwertreihe die Rückwärtsbewegung der Gewinnungsbohreinheit gestoppt und anschließend erneut in Bohrrichtung zum Bohrlochtiefsten hin bewegt wird, wobei während der Bewegung zum Bohrlochtiefsten wieder eine Reihe von Messungen durch die erste Navigationsmesseinheit und durch die zweite Navigationsmesseinheit durchgeführt wird, sodass eine fünfte Messwertreihe sowie eine sechste Messwertreihe innerhalb des Bohrloches erhalten werden . Dies verbessert die Genauigkeit der Positionsmessungen im Bohrloch weiter . Gleichzeitig wird hierbei mit der geophysikalischen Messeinheit bevorzugt eine dritte Gesteinsmesswertreihe des zugehörigen Gebirgssegmentes gemessen .

Hierbei ist bevorzugt auch vorgesehen, dass die Aufweitvorrichtungen der zweiten Erweiterungsstufe ausgestellt ( aktiv gestellt ) werden, j ene der ersten Erweiterungsstufe ausgestellt bleiben und der zugehörige Bohrlochabschnitt während der Vorwärtsbewegung durch eine am Ende der Gewinnungsbohreinheit angeordnete zweite Bohrlocherweiterungsstufe nochmals erweitert wird . Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass das Bohrloch während der Vorwärtsbewegung durch eine in der Gewinnungsbohreinheit angeordnete zweite Bohrlocherweiterungseinrichtung erweitert wird .

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Messwertreihe sowie ggf . die zweite Messwertreihe , die dritte Messwertreihe , die vierte Messwertreihe , die fünfte Messwertreihe sowie die sechste Messwertreihe einem zentralen Steuerungselement an der Tagesoberfläche zugeführt werden, wobei im zentralen Steuerungselement aus den erhaltenen Messwertreihen die mittlere räumliche Lage der Bohrlochachse des j eweiligen Bohrlochsegments berechnet wird . Dies verbessert die Genauigkeit der Lagebestimmung der Bohrlochachse im zugehörigen Bohrlochsegment signi fikant .

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass das Bohrgerät durch das zentrale Steuerungselement , basierend auf den erhaltenen Messergebnissen, angesteuert wird . Dies ermöglicht es , dass , basierend auf der höheren Genauigkeit der Lagebestimmung des aktuellen Bohrlochverlaufs , das Bohrgerät häufiger und frühzeitiger zur Regelung bzw . Korrektur der aktuellen Bohrrichtung angesteuert werden kann, um unerwünschte Bohrlochablenkungen rechtzeitig korrigieren und den geplanten Bohrlochverlauf so genau wie möglich einhalten zu können .

Für zwei Bohrlöcher, die sehr nahe zueinander angeordnet sind, werden hinsichtlich der relevanten bohrtechnischen Parameter mit größter Wahrscheinlichkeit nahezu idente oder zumindest sehr ähnliche geologische und geotechnische Bedingungen vorliegen .

Die beim Herstellen eines ersten Bohrloches , bspw . eines Gewinnungsbohrlochabschnittes ermittelten vermessungs technischen und geophysikalischen Messwertreihen, insbesondere j ene , die die unerwünschten Bohrlochablenkungen vom geplanten Bohrlochverlauf charakterisieren, können sehr verlässlich zur Planung und Steuerung einer in einem zweiten Bohrloch geführten Gewinnungsbohreinheit genutzt werden, das sehr nahe zum ersten Bohrloch angeordnet ist . Insbesondere kann eine erwartbare Ablenkung im zweiten Bohrloch, die bspw . aus den Messergebnisse des ersten Bohrloches schon bekannt ist , bereits vor dem Entstehen durch Planung und entsprechendes Gegensteuern vermieden bzw . verringert werden, sodass der geplante Verlauf des zweiten Bohrloches besser eingehalten werden kann .

Bevorzugt erfolgt die Messung und Korrektur im Wesentlichen in Echtzeit . Neben den Messergebnissen der Navigations- und geophysikalischen Gesteinsparameter können hierzu auch Messwerte anderer Sensoren des Bohrgerätes genutzt werden, die insbesondere den Bohrlochverlauf beeinflussen und charakterisieren .

Diese sogenannten „vorausschauend erwartbaren Bohrlochablenkungen" , die bei Vorliegen gewisser geologischer Verhältnisse entlang des Bohrlochverlaufs unvermeidbar sind, können durch deren Vorwegnahme , d . h . deren bereits vorauseilenden Berücksichtigung in der Berechnung der Orientierungsdaten des geplanten Bohrlochverlaufs vermieden bzw . minimiert werden . Dabei wird der erwartbare Ablenkwinkel in der Raumebene zwischen Ablenkung und Sollorientierung an der Sollrichtung gespiegelt und in der Berechnung der Planorientierung als erforderlicher Rückstellwinkel in die Sollorientierung berücksichtigt . Oder mit anderen Worten, die Richtung der geplanten Bohrung wird in die gespiegelte Ablenkrichtung orientiert und erfordert die erwartete Ablenkung, um in der Sollrichtung zu landen .

Die erwartbaren Bohrlochablenkungen können aus folgenden Daten ziemlich gut vorausschauend abgeschätzt werden : a ) ganz allgemein auf Basis der kontinuierlichen, operativen Erfahrung betref fend die Ablenkung beim Durchbohren bekannter Gebirgs formationen mit bekannten lagerstättengeologischen und geotechnischen Eigenschaften einerseits , und b ) den genau bekannten, gemessenen, tatsächlichen Bohrlochablenkungen andererseits , die im digital integrierten System der Erfindung mit den historischen, operativen Bohrlochdaten in unmittelbar benachbarten Bohrungen dokumentiert sind .

Bei diesem bevorzugten Verfahren werden eine Reihe von Plan- und I st-Daten in einem holistisch digital integrierten System verknüpft . So werden bspw . die durch Sensoren erfassten Werte und Parameter des Bohrlochabteufens ebenso integriert wie j ene der Navigation des Bohrlochs zielgenau in die geplanten Abbaublöcke hinein oder ene der im Bohrloch gemessenen geophysikalischen Gesteinsmerkmale . Die Gesamtheit all dieser Planungs- und Messsysteme samt ihren digitalen Datensätzen wird schlussendlich mit den digitalen Labordaten des Qualitätsmanagements ganzheitlich integrierend verknüpft .

In den operativen Prozessen der Gewinnung, Aufbereitung und Qualitätssteuerung kann hierbei unter anderem auch ein digital ganzheitlich integriertes Sensorsystem vorgesehen sein, das der hochselektiven sensorgesteuerten Identi fikation der verschiedenen Wertmineral- und Taubgesteinscharakteristika unter Tage im Bohrloch und der ebenfalls hochselektiven sensorbasierten Sortierung von Wertmineralgestein und Abscheidung von Taubgestein in der Aufbereitung über Tage dient .

Das Verfahren stützt sich dabei bevorzugt auf drei Sätze von Sensoren . Der erste Satz befindet sich im Wesentlichen im Bohrlochtiefsten und ist bevorzugt in unmittelbarer Nähe zum Bohrmeißel in der Gewinnungsbohreinheit installiert . Der zweite Satz befindet sich über Tage bspw . in der Prozesseinheit zur Trennung des Bohrkleins von der Bohrspülung, und der dritte Satz in der Wertmineralaufbereitung zur Trennung von Wertmineralgestein und Taubgestein und zur Herstellung der Wertmineralkonzentrate .

Abgesehen von den bohr- und navigationstechnischen Sensoren ist j eder der drei genannten Sensorsätze mit denselben oder ähnlichen Sensoren ausgestattet , die geeignet sind, dieselben oder ähnliche geophysikalischen Signale zu messen . Dies können bspw . Dichtesensoren, Magnetfeldsensoren, Schallwellensensoren, Infrarotsensoren, Röntgen- oder Gammastrahlungssensoren sein . Die geophysikalischen Signale des ersten Sensorsatzes , die mittels einer Reihe von verschiedenen Sensoren kontinuierlich im Bohrlochtiefsten gemessen werden, charakterisieren die tatsächlich angetrof fenen und hereingewonnenen Wertminerale , Wertmineralgehalte und/oder Gesteine . Durch diese Sensorsignale werden die wesentlichen Rohstof f- und Gesteinscharakteristika einer sehr kleinen Abbaueinheit direkt am Abbauort im Bohrloch identi fi ziert und gemessen .

Neben diesen aktuell gemessenen Signalen liegen bevorzugt für diese aktuell gerade erbohrte Abbaueinheit auch die kalibrierten Schätzwerte ( Planwerte ) für diese Signale aus dem Lagerstättenmodell und der Abbauplanung vor, und dazu zusätzlich auch die im Qualitätslabor präzise bestimmten Qualitätsdaten aller in unmittelbarer Nähe (mit weniger als einem Meter Abstand) zu dieser Abbaueinheit bereits abgebauten und aufbereiteten Abbaublöcke .

Alle diese Daten werden bevorzugt zum integrierten Datenabgleich, zur Datenveri fi zierung und zur kontinuierlichen Verbesserung des Prozessmanagements in Datenabgleichschlei fen verwendet , und zwar sowohl für die Simulation ( Planung) wie auch die operative Steuerung, Überwachung und Optimierung der Prozesse und Prozessergebnisse .

Dieselben oder ähnlichen Sensoren und Signale werden auch in den nachgeschalteten Prozessen verwendet .

Der zweite Sensorsatz ist bevorzugt über Tage in der Prozesseinheit zur Trennung des Bohrkleins von der Bohrspülung installiert . Diese Sensorsignale dienen der raschen Identi fi zierung, Veri fi zierung und Abscheidung von reinem Taubgestein ohne Wertmineralgehalt , noch bevor dieses in die nachgeschalteten Aufbereitungsprozesse aufgegeben wird .

Der dritte Sensorsatz wird bevorzugt in der sensorbasierten Wertmineralsortierung und Taubgesteinsabscheidung zur Herstellung der Konzentrate eingesetzt .

Die Aufbereitung der abgebauten Abbaueinheit erfolgt in Form des Bohrkleins bevorzugt im direkten Anschluss und im direktem Zusammenhang mit der Bohrtätigkeit des j eweiligen Bohrgerätes . Es erfolgt bevorzugt kein Zusammenfassen oder Vermischen mit anderen Abbaueinheiten bzw . Abbaublöcken, d . h . j eder gewonnene Abbaublock wird getrennt aufbereitet .

Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass der Bohrf ortschritt an einem Punkt eines Gewinnungsbohrabschnittes gestoppt wird, wobei das Spülen des Bohrloches ununterbrochen fortgesetzt wird, und nach einer definierten Zeitdauer der Bohrvorgang wieder fortgesetzt wird, sodass das vor dem Stopp des Bohrvorganges ausgebrachte Bohrklein von j enem nach dem Stopp des Bohrvorganges eindeutig unterschieden werden kann . Hierdurch kann auf einfache Art und Weise das im Bohrloch in den einzelnen Abbaublöcken erbohrte Bohrklein voneinander getrennt werden und in weiterer Folge über Tage voneinander getrennt aufbereitet werden .

Im Rahmen des Qualitätsmanagements in der Aufbereitung können für j eden Abbaublock die systemrelevanten Massenströme repräsentativ beprobt werden .

Die Qualitätslaboranalysen dieser Produktions- und Produktbeprobung stellen in ihrer Gesamtheit die tatsächliche Rohstof f Charakteristik des abgebauten Abbaublocks dar . Diese tatsächliche Charakteristik wird bevorzugt im Rahmen einer oder mehrerer Datenabgleichschlei fen, die besonders bevorzugt kontinuierlich digital integriert zwischen den einzelnen Prozessen ablaufen, den tatsächlich gemessenen Sensorsignalen zugeordnet . Die Abgleichschlei fen sind bevorzugt wie folgt aufgebaut . Bevorzugt werden eine oder mehrere dieser Schlei fen durchgeführt . In einer ersten Datenabgleichschlei fe werden die finalen Rohstof fparameter eines Abbaublockes , die sich aus den Qualitätslabordaten ableiten, mit j enen Daten und Signalen abgeglichen, die mit der Sensorik im Bohrlochtiefsten gemessen werden .

In einer zweiten Abgleichschlei fe werden die finalen Rohstof fparameter eines Abbaublockes auch mit den Daten und Signalen der Sensorik in der Wertmineral- und Gesteinssortierung abgeglichen .

In einer dritten Abgleichschlei fe werden sodann die finalen Rohstof fparameter eines Abbaublockes , einschließlich der Daten und Signale der Sensorik im Bohrlochtiefsten und in der Gesteinssortierung, mit den zugehörigen Schätzwerten des Lagerstättenmodells und der Abbauplanung abgeglichen .

In einer vierten Abgleichschlei fe werden im Lagerstättenmodell schließlich die Schätzwerte für den aktuell gewonnenen und aufbereiteten Abbaublock durch die zugehörigen I st-Daten ersetzt und mittels einer Neuberechnung bzw . automatischen Re- Modellierung neue , verfeinerte Schätzwerte für zukünftige Abbaublöcke ermittelt .

Damit ist der Ausgangspunkt für den nächsten Verfahrensdurchlauf geschaf fen, allerdings mit einer verfeinerten Datenbasis für Abbauplanung und Prozesssteuerung .

Auch wenn ein oder zwei Sensorsätze defekt sind und/oder unbrauchbare Signale liefern, bleibt die Funktionalität des Systems uneingeschränkt aufrecht und voll einsatzfähig, da die präzisen Rohstof fdaten aller in unmittelbarer Nähe zur aktuellen Abbaueinheit liegenden und bereits abgebauten Abbaublöcke einen zuverlässigen Datenersatz bereitstellen . Das Verfahren kann daher auch in diesem Fall ohne Probleme durchgeführt werden . Die bevorzugte integrierte Funktionalität des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst für den kontinuierlich digitalen Datenabgleich einerseits a ) rasche Echtzeitdatenabgleichschlei fen innerhalb einzelner Prozessabschnitte und andererseits b ) Datenabgleichschlei fen im Batchmodus .

Die oben erläuterten vier Datenabgleichschlei fen beschreiben den Batchmodus und können erst erfolgen, wenn sinnvoller Weise die Labordaten zumindest eines Abbaublockes einer Gewinnungsbohrung vorliegen .

Echtzeitdatenabgleichschlei fen dienen der Prozesssteuerung, Überwachung und Korrektur in Echtzeit .

Der Echtzeitdatenabgleich von Plandaten mit aktuellen I st-Daten gilt im Regel fall als „Validierung" der Plandaten und im Falle einer geringfügigen Abweichung als Echt Zeiterfassung einer Prozessabweichung von geplanten Sollwerten .

In den Datenabgleichschlei fen werden bevorzugt validierte Plandaten durch ihre aktuellen ermittelten I st-Daten ersetzt , während identi fi zierte Abweichungen die Berechnung von Korrekturf aktoren auslösen und in weiterer Folge zu einer Neuberechnung von korrigierten Plandaten führen .

Über eine Prozessintervention und die Anwendung der korrigierten Planwerte können sodann Abweichungen rückgestellt und der ursprüngliche Planverlauf wiederhergestellt werden, oder einfach weniger genaue Plandaten durch nunmehr genauere Ist-Daten ersetzt werden .

Bevor das Verfahren durchgeführt wird, wird das Sensorsystem bevorzugt in all seinen Komponenten zuverlässig kalibriert . Dies kann in zwei Schritten erfolgen : in a ) der initialen Kalibrierung der Sensoren an den bestehenden Proben und Daten und des konventionellen Lagerstättenmodells , und b ) der finalen Kalibrierung des Gesamtsystems für den Betrieb, die an einer oder mehreren Pilotbohrungen erfolgt , die in unmittelbarer Nähe von bestehenden Kernbohrlöchern abgeteuft werden .

Bei der initialen Kalibrierung werden die Sensoren auf der Basis der für das konventionelle Lagerstättenmodell verfügbaren Gesteinsproben samt zugehöriger Laboranalysen in umfangreichen Versuchen getestet und kalibriert .

Bei der finalen Kalibrierung für den Betrieb durch eine oder mehrere Pilotbohrungen wird in unmittelbarer Nähe zu einem bestehenden Kernbohrloch, das den tatsächlichen Status der Geologie und Mineralisierung an dieser spezi fischen geologischen Position widerspiegelt , eine Pilotbohrung positioniert und gebohrt . Der Abstand zwischen der Pilotbohrung und der bestehenden Kernbohrung sollte 2 m nicht überschreiten, um höchste Genauigkeit und Zuverlässigkeit für die Datenkorrelation zu gewährleisten .

Für den bevorzugten Kalibrierungsprozess (und später auch für den bevorzugten Echtzeitabgleich) von besonderer Bedeutung sind die für j edes Gestein bzw . Bohrlochsegment gemessenen Sensorsignale im Bohrloch (mit dem ersten Sensorsatz ) , am Bohrlochkopf bei der Abscheidung des Bohrkleins von der Bohrspülung (mit dem zweiten Sensorsatz ) und schließlich in der sensorbasierten Wertmineralsortierung (mit dem dritten Sensorsatz ) .

Die tatsächlich im Pilotbetrieb gemessenen Sensorsignale der drei Sensorsätze werden den tatsächlich in der Kernbohrung an dieser Stelle identi fi zieren Rohstof f- und Lagerstättencharakteristika zugeordnet und so das System für den Betrieb kalibriert .

Weiters ist bevorzugt ein System zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, umfassend ein Bohrgerät mit Richtbohrtechnologie , welches ausgebildet ist, um eine Bohrlocherweiterung herzustellen, sowie Vorrichtungen zur Sicherung der Bohrlöcher .

Das System umfasst ein Bohrgerät mit Richtbohrtechnologie im Sinne der Erfindung und ist unter anderem so ausgebildet , dass Bohrlocherweiterungen hergestellt und die Sicherung der Bohrlöcher unterstützt werden können .

Weiters umfasst das System bevorzugt eine Gewinnungsbohreinheit , eine Viel zahl vom Verfahren genutzte Sensoren und eine zentrale Steuerungseinheit .

Das System umfasst bevorzugt zumindest eine erste Navigationsmesseinheit sowie eine zweite Navigationsmesseinheit .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Gewinnungsbohreinheit einen Bohrmeißel , eine Bohrlenkeinheit , eine erste Navigationsmesseinheit , eine geophysikalische Messeinheit , eine zweite Navigationsmesseinheit , eine erste Bohrlocherweiterungseinheit und eine zweite Bohrlocherweiterungseinheit umfasst .

Um die Selektivität des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Tage weiter zu steigern, weist die Gewinnungsbohreinheit bevorzugt weitere Sensoren auf , die ausgebildet sind, um die Art des Umgebungsgesteins bzw . des durch das Bohrgerät erbohrten Gesteinsmaterials zu erfassen . Der bzw . die weiteren Sensoren sind bevorzugt ausgebildet , um Wertmineralanreicherungen im Bohrloch zu erfassen und zu identi fi zieren . Diese Sensoren sind für das Verfahren essenziell und ermöglichen es , dass Wertmineralanreicherungen im Bohrloch erfasst und identi fi ziert werden können . Hierdurch kann die tatsächliche Beschaf fenheit unter Tage mit dem Lagerstättenmodell abgeglichen und dieses , bevorzugt im Batchmodus , kontinuierlich angepasst werden . Hinsichtlich der zur Anwendung kommenden weiteren Sensoren können bspw . Sensoren zur Messung der Hackenlast am Bohrturm bzw . des Anpressdrucks des Bohrmeißels sowie der Rotation des Bohrkopfes vorgesehen sein, oder es sind Beschleunigungssensoren, Sensoren zur Messung der Dichte , der Leitfähigkeit , des Magnetfeldes , der Schallwellen oder von Infrared- , Near- Infrared- , Gamma-Ray- oder X-Ray- Strahlung vorgesehen .

Die Navigationsmesseinheiten und/oder weitere Sensoren sind bevorzugt austauschbar mit der Gewinnungsbohreinheit verbunden, um bei Bedarf ein Auswechseln zu ermöglichen . Insbesondere können die Sensoren an die beim j eweiligen Gewinnungsvorhaben zu erwartenden Gesteinsmaterialien angepasst werden, um zuverlässige Messergebnisse zu erhalten .

Das System kann hierbei alle durch Sensoren gewonnenen Daten sowie die aus vorbereitenden Modellen, angefangen vom Lagerstättenmodell über die Abbauplanung, den Bohrbetrieb selbst bis hin zur Sortierung und Aufbereitung des gewonnenen Materials , in einer zentralen Steuerungseinheit sammeln, korrelieren und miteinander abgleichen, um einerseits die Modelle und andererseits die konkreten operativen Prozesse zu steuern und zu verbessern . Hierdurch wird ein holistisch integriertes System bereitgestellt , bei welchem die einzelnen Prozessabschnitte bei der Gewinnung und Aufbereitung von Rohstof fen, insbesondere festen mineralischen Rohstof fen, digital miteinander verknüpft sind . Dies ermöglicht ein System, bei welchem in einem Abschnitt des Verfahrens gemessene Daten in allen Abschnitten verwendet werden können, um die aktuell durchgeführte Gewinnung und die j eweiligen Modelle bzw . Simulationen durch reale Daten zu verbessern . Bevorzugt umfasst das System weiters eine dem Bohrbetrieb nachgeschaltete Sortier- bzw . Aufbereitungsanlage , in welcher das geförderte Material , insbesondere das geförderte Gestein, zerkleinert , klassiert , sortiert und zum Konzentrat aufbereitet wird . Die Aufbereitungsanlage ist bevorzugt über Tage angeordnet . Durch die ganzheitlich integrierte Verknüpfung der Daten über die gesamte bergbautechnische Wertschöpfungskette wird eine höhere Selektivität sowohl in der Gewinnung als auch in der Aufbereitung erzielt und damit insbesondere eine signi fikante Reduktion der Menge an gefördertem Taubgestein bewirkt .

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf eine bestimmte Form oder Art der Mineralisierung oder Lagerstätte beschränkt . Das erfindungsgemäße Verfahren kann

• auf j ede Lagerstätte in j eglicher Form, Größe und Tiefe angewandt werden, unabhängig davon, ob diese an der Tagesoberfläche ausbeißt bzw . ansteht , oder ohne Ausbiss an der Tagesoberfläche von mächtigem Deckgebirge überlagert ist , unabhängig davon, oder diese unter Wasser ( d . h . unter Flüssen, Seen oder Of fshore ) oder unter einer anderen an der Tagesoberfläche als sensible ausgewiesenen Vorbehalts zone zu liegen kommt , darüber hinaus auch

• unterhalb bzw . außerhalb der finalen Abbaumodellgrenz flächen von bestehenden Tagebauen ( insbesondere unterhalb der tiefsten Abbauebene oder Lagerstättenabschnitte unter hohen Endböschungen, die von mächtigen Gebirgsschichten überlagert sind) , mit dem Ziel , die Nutzung bestehender Anlagenwerte zu verlängern und zu maximieren, und die

• Gewinnung in j eder Tiefe , sogar unterhalb der tiefsten Ebene des heutigen konventionellen Untertagebergbaus .

Die Anwendbarkeit ist an eine Art der Mineralisierung gebunden, die einen selektiven Abbau und eine selektive Wertmineralsortierung ermöglicht . Darüber hinaus ist sie durch die Gebirgs festigkeit und den Marktwert der gesamten vermarktungs fähigen Metall- und Mineralgehalte , die in der Gesamt f ödermenge des Bergbaus enthalten sind, limitiert .

Das Verfahren bzw . das System kann bei Bohrungen j eder Art , bevorzugt bei der Gewinnung von festen mineralischen Rohstof fen eingesetzt werden . Insbesondere sind das Verfahren bzw . das System unabhängig

• von der Bauart , der Größe oder dem Gesamtgewicht des Bohrgerätes ,

• vom angewandten Bohrverfahren, bspw . drehend, schlagend oder drehschlagend,

• vom eingesetzten Spülverfahren, bspw . trocken mit Druckluft , oder feucht mit Druckluft , oder Druckluft mit Schaum, oder im Revers-Circulation-Verf ahren, oder nass mit einer Standardbohrspülung der Erdöl- und Erdgasbohrtechnologie ,

• vom gewählten Antriebssystem, bspw . ob der Antrieb für schlagendes , drehschlagendes oder drehendes Bohren von Obertage aus oder im Bohrloch erfolgt ,

• von j eder Art , j edem Design und j edem Durchmesser des Bohrmeißels oder generell j edem anderen Bohr- oder Schneidwerkzeug auf der Bohrlochsohle ,

• vom finalen Bohrlochdurchmesser einer die Gewinnung vorbereitenden Bohrung oder eines dazu dienenden Bohrlochsegmentes oder einer direkt dem Abbau dienenden Gewinnungsbohrung oder auch nur eines dazu dienenden Gewinnungsbohrlochsegmentes , welches mit gleichbleibendem Durchmesser in nur einem kontinuierlich ganzen Durchlauf oder in nur einem Durchlauf , welcher in Teilabschnitte unterteilt bzw . unterbrochen ist , hergestellt wird, oder in - wie vorhin für einen kontinuierlich ganzen oder in Teilabschnitten unterteilten, unterbrochenen - einmaligem Durchlauf mit zusätzlicher ein- oder mehrstufiger Bohrlocherweiterung, oder - wie vorhin für einen einmaligen kontinuierlich ganzen oder in Teilabschnitten unterteilten, unterbrochenen Durchlauf - in zwei oder mehreren Durchläufen mit j eweils ein- oder mehrstufiger Bohrlocherweiterung (Under-Reaming) , wobei in den zwei oder mehreren Durchläufen für j eden Durchlauf zusätzlich auch ein Tausch der gesamten Bore-Hole-Assembly (BHA) Einheit erfolgen kann, gegebenenfalls auch wahlweise mit dem zusätzlichen Tausch der ein- oder mehrstufigen Bohrlocherweiterungstechnik,

• von j eder Art , Technologie , Dimension und Qualität einer angewandten Bohrlochverrohrung,

• von j eder Art , Technologie und Spezi fikation der angewandten Bohrlochverfüllung bzw . Zementierung,

• von j eder Art der Kombination von Bohrlochverrohung und Bohrlochverfüllung,

• von der Korngröße und/oder Korngrößenverteilung des Bohrschmands bzw . Bohrkleins ,

• von j eder Anzahl und Art der Integration bzw . des Einbaus von Navigations-/Orientierungsmesseinheiten in den Bohrstrang,

• von j eder Art der verwendeten Technologie zur Navigationsüberwachung, Bohrlochablenkung und Richtungskorrektur des Bohrlochstranges bzw . des Bohrlochmeißels ,

• von j eder Art , Technik, Anordnung, Bestückung, Präzision und Integration von Sensoreinheiten in den Bohrstrang zum Zwecke der Navigation und des Logging While Drilling und/oder Measurement While Drilling,

• von j edem Abstand, den zwei und/oder mehrere Bohrlöcher, die zur Vorbereitung und/oder der direkten Gewinnung von festen mineralischen Rohstof fen dienen, an der Tagesoberfläche zueinander aufweisen,

• davon, ob Bohrungen, die direkt der Gewinnung von festen mineralischen Rohstof fen dienen, direkt an der Tagesoberfläche ansetzen oder erst unterhalb einer beliebig mächtigen

De ckgebirgs schicht ,

• davon, wie sich das Lagerstättenausbringen ( die ore recovery rate ) über eine Testperiode und/oder der regulären Betriebs zeit entwickelt , und unerheblich, ob diese zu irgendeinem beliebigen Zeitpunkt entlang dieser Zeitlinie nur wenige Prozente oder gar knapp an 100% heranreicht , • davon, ob eine einzelne Bohrung und/oder eine erste Bohrung in beliebiger Kombination mit anderen Bohrungen, die j ede für sich selbst oder in ihrer Kombination mit anderen dem Faktum und/oder der Möglichkeit der Vorbereitung und/oder der direkten Gewinnung von festen mineralischen Rohstof fen dient oder dienen könnte , als Pilot- , Test- , Explorations- oder Infill- Untersuchungsbohrung bezeichnet bzw . als solche begründet und abgeteuft bzw . hergestellt wird, und erst später - wann auch immer - in einem oder mehreren nachfolgenden Durchläufen mit den verfügbaren Technologien der sukzessiven Bohrlocherweiterung aufgeweitet wird oder aufgeweitet werden könnte ,

• davon, ob ein eingesetztes Richtbohrfahren die Funktionalität und Fähigkeit erfüllt , die parallel zu führenden Bohrungen tatsächlich genau parallel herzustellen, oder dies nur annähernd parallel erfolgt oder diese in alle Richtungen und in beliebigen Abweichungen unkontrolliert um den Soll- bzw . Planverlauf os zillieren und sich dabei zueinander annähern, berühren, überkreuzen oder auseinander dri ften, und unerheblich, über welch kleine oder große Bohrlochabstände oder Bohrlochlängen das erfolgt , und unerheblich, ob sich dies in einzelnen, mehreren oder sehr vielen Bohrungen ereignet , und unerheblich, ob dies in einer Bohrung wenig häufig, sehr häufig oder regelmäßig passiert .

Die Erfindung leistet einen bahnbrechenden Beitrag zur „verantwortungsvollen und nachhaltigen Beschaf fung von kritischen Metallen und Mineralien" , so wie es weltweit die ESG- Anf orderungen ( „Environmental , Social and Governance"- Anf orderungen) für nachhaltige Investitionen und modernes verantwortungsvolles Industriemanagement in den Bereichen Green Technology, Renewable Energy, E-Mobility, Digitalisierung und Dekarbonisierung unmissverständlich fordern .

Die Erfindung bietet damit eine stark nachgefragte Alternative zur konventionellen Gewinnung und Aufbereitung von kritischen Metallen und Mineralien der modernen Industrie . Es ist eine disruptive Innovation, die ganz allgemein einen hohen Beitrag für mehr nachhaltige und digitale Verfahren im Bergbau leistet .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus führungsbeispiels näher erläutert . In dieser zeigt Fig . 1 einen ersten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens , Fig . 2 einen zweiten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens , Fig . 3 einen dritten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens , Fig . 4 eine Querschnittsdarstellung eines 3D-Bohrrasters , Fig . 5 bis Fig . 9 verschiedene Möglichkeiten eines 3D-Bohrrasters , Fig . 10 einen Querschnitt eines 3D-Bohrraster mit Sequenzreihenfolge , Fig . 11 einen Querschnitt eines Bohrrasters mit Bohrlocherweiterungen, Fig . 12 einen Vertikalschnitt einer Abbauplanung, Fig . 13 eine Übersicht eines bevorzugten Verfahrens im Längsschnitt , Fig . 14 ein weiteres bevorzugtes Verfahren zur semi-mobilen Überstellung des Bohrgerätes und Fig . 15 bis Fig . 18 ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren im Bohrloch .

In Fig . 1 ist ein bevorzugt vorgesehener Schritt vor dem ersten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt , bei welchem ein Aufschlussbohrabschnitt 2 am Bohrlochkopf 3 an der Tagesoberfläche 1 ansetzt und über ein Standrohr 4 vertikal durch eine Gesteinsschicht 5 gebohrt wird . An einen Aufschlussbohrabschnitt 2 schließt ein Ausrichtungsbohrabschnitt 6 an ( Fig . 2 ) .

In Fig . 2 ist ein erster Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt , wobei im Anschluss an einen Ausrichtungsbohrabschnitt 6 ein 3D-Bohrraster 7 aus mehreren Gewinnungsbohrabschnitten 8 vorbereitet wird . Der Ausrichtungsbohrabschnitt 6 weist hierbei ein gekrümmtes erstes

Segment 6a und mehrere gekrümmte zweite Segmente 6b auf , mit welchen der 3D-Bohrraster 7 angelegt wird . In Fig . 3 ist ein dritter Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt , bei welchem die im zweiten Schritt vorbereiteten Gewinnungsbohrabschnitte 8 durchgeführt werden . Bei der dargestellten Aus führung sind mehrere Segmente 6a, 6b, 6c des Ausrichtungsbohrabschnitts 6 vorgesehen, die j eweils in einem 3D-Bohrraster 7 von mehreren Gewinnungsbohrabschnitten 8 enden .

In Fig . 4 ist ein beispielhafter Bohrraster 7 in einer Querschnittsansicht dargestellt . Die einzelnen Gewinnungsbohrabschnitte 8 können, wie dargestellt , unterschiedliche Durchmesser aufweisen . Weiters sind die Gewinnungsbohrabschnitte 8 lediglich in Bereichen mit ausreichender Mineralisierung angeordnet , während Taubgesteinsbereiche 9 entweder ausgespart sind oder lediglich mit einem geringen Bohrlochquerschnitt durchbohrt bzw . durchörtert werden können .

In Fig . 5 ist ein erster 3D-Bohrraster 7 dargestellt , bei welchem alle Gewinnungsbohrabschnitte 8 den gleichen Durchmesser sowie den gleichen Abstand voneinander aufweisen . Die Gewinnungsbohrabschnitte 8 sind j eweils in Bündeln 10 zu sieben Gewinnungsbohrabschnitten 8 angeordnet , bei welchen um einen zentralen Gewinnungsbohrabschnitt 8a sechs Gewinnungsbohrabschnitte 8b gleichmäßig angeordnet sind .

In Fig . 6 ist ein zweiter 3D-Bohrraster 7 dargestellt , wobei im Unterschied zum 3D-Bohrraster 7 gemäß Fig . 5 die Abstände zwischen den Gewinnungsbohrabschnitten 8 nicht immer gleich sind, sondern ein Taubgesteinsbereich 9 ausgespart ist . Hierzu sind die Bündel 10 j eweils wie in der Aus führung gemäß Fig . 5 ausgebildet , zwischen den einzelnen Bündeln 10 ist allerdings teilweise ein größerer Abstand .

In Fig . 7 ist ein dritter 3D-Bohrraster 7 dargestellt , bei welchem im Unterschied zur Ausbildung gemäß Fig . 6 die einzelnen Bündel 10 nicht vollständig ausgebildet sind, sondern einzelne Gewinnungsbohrabschnitte 8b fehlen, wie durch die Kreise 11 dargestellt ist .

In Fig . 8 ist ein vierter 3D-Bohrraster 7 dargestellt . Hierbei sind im Unterschied zu der Aus führung gemäß Fig . 5 j eweils die zentralen Gewinnungsbohrabschnitte 8a der Bündel 10 mit einem größeren Durchmesser als die übrigen Gewinnungsbohrabschnitte 8b ausgebildet .

In Fig . 9 ist ein fünfter 3D-Bohrraster 7 dargestellt , wobei ein Bündel 10 mit sieben j eweils gleich großen Gewinnungsbohrabschnitten 8 , ein Bündel 10 mit einem größeren zentralen Gewinnungsbohrabschnitt 8a sowie ein Bündel 10 mit einem größeren zentralen Gewinnungsbohrabschnitt 8a sowie fünf den zentralen Gewinnungsbohrabschnitt 8a umgebende Gewinnungsbohrabschnitte 8 ausgebildet sind, wobei die Gewinnungsbohrabschnitte 8c teilweise mit dem zentralen Gewinnungsbohrabschnitt 8a überlappen und die Gewinnungsbohrabschnitte 8d einen kleineren Durchmesser als die Gewinnungsbohrabschnitte 8c aufweisen .

In Fig . 10 ist ein weiterer 3D-Bohrraster 7 gezeigt , wobei die einzelnen Gewinnungsbohrabschnitte 8 mit Buchstaben A, B, C, D, E bezeichnet sind, die eine von vielen möglichen Bohrreihenfolgen angeben . Die Reihenfolge beginnt mit der Sequenz „A" und allen mit „A" bezeichneten Gewinnungsbohrabschnitten 8b auf der linken Seite in der oberen Reihe und setzt sich nach rechts fort , gefolgt von der nächsten Reihe direkt darunter und j e nach Bedarf so weiter, bis die letzte Reihe gebohrt ist . Diese Reihenfolge sorgt einerseits für genügend großen Abstand zwischen den Bohrungen, die in der Reihenfolge „A" zeitlich unmittelbar aufeinander gebohrt werden, und andererseits hat ggf . das Verfüllen/ Zementieren der fertiggestellten Bohrungen ausreichend Zeit zum Aushärten bis das näher benachbarte Bohrloch der Reihenfolge „B" gebohrt wird . Nach Abschluss der Sequenz „A" beginnt die Sequenz „B" mit allen mit „B" bezeichneten Gewinnungsbohrabschnitten 8b oben links in gleicher Weise . Nach Abschluss der Sequenz „B" ist die gesamte Ringstruktur aller Bündel 10 vollständig . In den folgenden Sequenzen „C" , „D" und „E" wird der verbleibende Zwischenraum innerhalb der Bündel 10 durch Gewinnungsbohrabschnitte 8a abgebohrt . Das kann j e nach Bedarf mit gleichem Durchmesser wie die Sequenzen „A" und „B" erfolgen, oder auch mit größerem Durchmesser, der bis an die Gewinnungsbohrabschnitte 8b heranreicht oder diese auch leicht überlappt . Je geringer die Abstände sind, desto höher ist das sogenannte Lagerstättenausbringen, das bei leichter Überlappung bis zu 90% betragen kann . Durch die Abfolge der Bohrungen und die sofortige Sicherung j edes Gewinnungsbohrabschnittes 8 durch vollständige Zementierung wird j ederzeit ein ausreichendes Maß an Gebirgsstabilität auf recht erhalt en .

In Fig . 11 ist ein weiterer 3D-Bohrraster 7 dargestellt , wobei die einzelnen Gewinnungsbohrabschnitte 8 mit Buchstaben A, B, C bezeichnet sind, die die Bohrreihenfolge angeben . Weiters ist eine Bohrlocherweiterung der Gewinnungsbohrabschnitte 8 gezeigt . Die mit A und B bezeichneten äußeren Gewinnungsbohrabschnitte 8b werden mit einer Erweiterungsstufe der Gewinnungsbohreinheit auf den finalen Außendurchmesser erweitert . Der zentrale Gewinnungsbohrabschnitt 8a wird mit zwei Durchläufen und zwei Erweiterungsstufen hergestellt .

Wie die Sequenzierung der Bohrungen hat auch die Art und Weise , wie der finale Bohrlochdurchmesser von parallel angeordneten Bohrungen mit engen Abständen hergestellt wird, eine große Bedeutung für die Gewährleistung einer j ederzeit ausreichenden Gebirgsstabilität während des Bohrvorganges . Bevorzugt werden die finalen Außenbohrlochdurchmesser einer erfindungsgemäßen Bohrung oder eines erfindungsgemäßen Bohrlochsegmentes im Bohrlocherweiterungsverfahren gemäß Fig . 11 hergestellt . In Fig . 12 ist ein Vertikalschnitt einer Abbauplanung eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch im Einfallen dargestellt , bei welchem die Gewinnungsbohrabschnitte 8 in den 3D-Bohrrastern 7 j eweils parallel geführt sind und ihre vertikale Anordnung im Blockmodell eines konventionellen Lagerstättenmodells dargestellt ist .

In Fig . 13 ist ein erfindungsgemäßes Abbauverfahren schematisch im Längsschnitt dargestellt , bei welchem das Bohrverfahren mittels mehrerer Bohrgeräte gleichzeitig an mehreren Stellen durchgeführt wird . Die Lagerstätte ist hierbei in vier Abbauabschnitte 12 von bspw . j eweils rund 200m Länge in Fallrichtung der Lagerstätte unterteilt . Die Richtung der Gewinnungsbohrabschnitte 8 folgt der generalisierten Fallrichtung der Lagerstätte bzw . Mineralisierung . Zwischen den Abbauabschnitten 12 in Fallrichtung bleibt ein Sicherheitspfeiler 13 von rund 30m bestehen, der nicht systematisch abgebaut wird . In Streichrichtung, also in der hori zontalen Normalrichtung zum Einfallen, ist die Lagerstätte in Abbauabschnitte von bspw . j eweils 125m Breite unterteilt , wobei j eder dieser Abbauabschnitte mittels vier Bohrblöcke 14 ( sogenannter „Pads" ) von der Tagesoberfläche aus aufgeschlossen ist . In Streichrichtung verbleibt zwischen den Abbauabschnitten kein Sicherheitspfeiler . Die vier Abbauabschnitte 12 im Einfallen stehen gleichzeitig in Verhieb bzw . Abbau und sind aus Gründen der Gebirgsstabilität im Streichen j eweils abwechselnd um die Pad-Trassenlänge von 125m versetzt . In einer nachfolgenden Abbauphase werden die dargestellten Bohrblöcke 14 entlang der Verbindungstrasse 15 in j eweils gegenüberliegenden Abbauabschnitten abgebaut . Somit werden insgesamt acht Abbauabschnitte in zwei aufeinanderfolgenden Phasen zu j eweils vier Abschnitten innerhalb einer Gesamtabbaufläche von bspw . 22 , 5ha abgebaut . Zwischen den vier im Streichen dargestellten Bohrblöcken 14 ist eine Verbindungstrasse 15 im Einfallen angeordnet . Von dieser aus werden die j eweils 125m langen Pad- Trassen 16 in Streichrichtung erschlossen . In j eder Pad-Trasse 16 sind vier Bohrblöcke 14 in Richtung der Pad-Trasse 16 angeordnet .

In Fig . 14 ist eine beispielhafte Anordnung der Bohrlochansatzpunkte bzw . Bohrlochköpfe 17 innerhalb eines Bohrblockes ( eines sogenannten Pads ) 14 im Detail dargestellt . Jeder Bohrblock ( Pad) 14 umfasst hierbei fünf geplante Bohrlochköpfe 17 , die in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind und zwischen welchen ein Bohrgerät mittels semimobiler Transporteinheiten im betriebsbereiten Zustand überstellt werden kann . Die dargestellten Bohrlochköpfe 17 sind in Richtung der Pad-Trasse 16 angeordnet , wobei ein Bohrlochkopf

17 in Mittellage angeordnet ist und beidseitig j eweils zwei Bohrlochköpfe 17 symmetrisch zur Mittellage angeordnet sind . Durch den gleichzeitigen Betrieb j eweils eines Bohrgerätes auf mehreren Bohrblöcken 14 , sowie deren rasche betriebsbereite Überstellungen zwischen den Bohrlochköpfen 17 eines Bohrblockes 14 wird die erforderlich Produktionskapazität bereitgestellt .

Fig . 15 veranschaulicht eine erste Phase einer erfindungsgemäßen Anwendung einer Gewinnungsbohreinheit 19 . In der Lagerstätte 18 ist eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Gewinnungsbohreinheit 19 schematisch dargestellt , die am Ende des Bohrstranges zwischen einer letzten Bohrstange 20 und dem Bohrlochtiefsten 21 angeordnet ist . Die Gewinnungsbohreinheit 19 umfasst einen Bohrmeißel 22 , eine Bohrlenkeinheit 23 , eine erste Navigationsmesseinheit 24 , eine geophysikalische Messeinheit 25 , eine zweite Navigationsmesseinheit 26 , eine erste Bohrlocherweiterungseinheit 27 und am Ende der Gewinnungsbohreinheit 19 eine zweite Bohrlocherweiterungseinheit 28 . Der Pfeil 29 weist in die reguläre Bohrrichtung . Der Bohrmeißel 22 bohrt den ersten Bohrlochdurchmesser 30 . Während des Bohrvorganges misst die erste Navigationsmesseinheit 24 eine erste Messwertreihe entlang des Bohrlochverlaufes in Richtung des Pfeils 29 . Die zweite Navigationsmesseinheit 26 misst entsprechend eine zweite Messwertreihe und die geophysikalische Messeinheit 25 misst eine erste Gesteinsmesswertreihe . Während dieser Phase sind die erste Erweiterungsstufe 27 und die zweite Erweiterungsstufe 28 eingestellt und die gesamte Bohrung wird im ersten Bohrlochdurchmesser 30 um das Bohrlochsegment in der Länge des Pfeils 29 in regulärer Bohrrichtung verlängert . Im Bereich der Bohrstange 20 sind bereits ein zweiter Bohrlochdurchmesser 31 , der größer als der erste Bohrlochdurchmesser 30 ist , sowie ein dritter Bohrlochdurchmesser 32 , der größer als der zweite Bohrlochdurchmesser 31 ist , ausgebildet .

In Fig . 16 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Phase eines erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet . Nach Fertigstellung der Bohrlochverlängerung um das Bohrlochsegment der Pfeillänge 29 wird der Bohrf ortschritt kurz gestoppt , die Bohrlochspülung bleibt aber aufrecht . Die Aufweitvorrichtungen der ersten Erweiterungsstufe 27 werden ausgestellt , die Bohrtätigkeit wird rückwärts in entgegengesetzter Bohrrichtung, d . h . in Richtung des Pfeils 33 fortgesetzt und dabei das Bohrloch im Rückwärtsschnitt um das Bohrlochsegment der Pfeillänge 33 auf den ersten erweiterten Bohrlochdurchmesser 31 erweitert . Gleichzeitig wird mit der ersten Navigationsmesseinheit 24 eine dritte Messwertreihe , mit der zweiten Navigationsmesseinheit 26 eine vierte Messwertreihe und mit der geophysikalische Messeinheit 25 eine zweite Gesteinsmesswertreihe gemessen .

In Fig . 17 ist eine schematische Darstellung einer dritten Phase eines erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet . Nach Fertigstellung der ersten Bohrlocherweiterung 31 wird der Bohrf ortschritt erneut kurz gestoppt , die Aufweitvorrichtungen der ersten Erweiterungsstufe 27 bleiben aber ausgestellt und die Bohrlochspülung bleibt aufrecht . Nunmehr werden die Aufweitvorrichtungen der zweiten Erweiterungsstufe 28 ausgestellt , die Bohrtätigkeit wird in regulärer Bohrrichtung vorwärts , d . h . in Richtung des Pfeils 29 wieder fortgesetzt und dabei das Bohrloch im Vorwärtsschnitt auf den finalen zweiten erweiterten Bohrlochdurchmesser 32 erweitert . Gleichzeitig wird mit der ersten Navigationsmesseinheit 24 eine fünfte Messwertreihe , mit der zweiten Navigationsmesseinheit 26 eine sechste Messwertreihe und mit der geophysikalischen Messeinheit 25 eine dritte Gesteinsmesswertreihe gemessen .

Fig . 18 stellt eine schematische Darstellung einer vierten Phase eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar . Nach Fertigstellung der finalen zweiten Bohrlocherweiterung 32 wird der Bohrf ortschritt wiederum kurz gestoppt , die Bohrlochspülung bleibt aber aufrecht , die beiden Aufweitvorrichtungen der ersten Erweiterungsstufe 27 und der zweiten Erweiterungsstufe 28 werden eingestellt und danach die gesamte Bohrung im ersten Bohrlochdurchmesser 30 um das nächste Bohrlochsegment in regulärer Bohrrichtung verlängert .

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur systematisch selektiven Gewinnung von festen mineralischen Rohstoffen mithilfe eines Bohrgerätes mit Richtbohrtechnologie, bei welchem eine Gewinnungsbohreinheit

(19) in einem ersten Schritt eine Gesteinsschicht (5) mit einem Ausrichtungsbohrabschnitt (6) durchbohrt und dabei selektiv und zielgenau in eine Abbauzone gesteuert wird, in einem zweiten Schritt am Ende des Ausrichtungsbohrabschnittes (6) ein 3D- Bohrraster (7) aus mehreren Gewinnungsbohrabschnitten (8) angelegt wird und in einem dritten Schritt dreidimensional zueinander parallel geführte Gewinnungsbohrabschnitte (8) gebohrt werden, wobei zwischen den finalen Außendurchmessern zweier benachbarter Gewinnungsbohrabschnitte (8) ein Abstand von maximal 45 cm angeordnet ist, gemessen in der gemeinsamen Normalrichtung der beiden benachbarten Bohrlochachsenabschnitte, und wobei jeweils ein Gewinnungsbohrabschnitt (8) nach dem anderen gebohrt wird und nach der Fertigstellung eines Gewinnungsbohrabschnittes (8) dieser Gewinnungsbohrabschnitt (8) samt zugehörigem Ausrichtungsbohrsegment (6c) gesichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewinnungsbohrabschnitt (8) samt zugehörigem Ausrichtungsbohrsegment (6c) durch vollständige Rückverfüllung mittels Zementieren gesichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Schritt eine Deckgebirgsschicht (5) mit einem Aufschlussbohrabschnitt (2) durchbohrt wird, an den der Ausrichtungsbohrabschnitt (6) , bevorzugt mit den Segmenten (6a, 6b, 6c) , anschließt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den finalen Außendurchmessern zweier benachbarter Gewinnungsbohrabschnitte (8) maximal 40 cm, bevorzugt maximal 30 cm beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Fertigstellung des Ausrichtungsbohrabschnittes (6) der Ausrichtungsbohrabschnitt

(6) gesichert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Fertigstellung des Aufschlussbohrabschnittes (2) der Aufschlussbohrabschnitt (2) gesichert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der finale Außendurchmesser zumindest eines Gewinnungsbohrabschnittes (8) mithilfe eines Bohrlocherweiterungsverfahrens hergestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgerät semi-mobile Transportelemente aufweist und in einem vierten Schritt mithilfe der semi-mobilen Transportelemente an einen neuen Bohrlochkopf überstellt wird, an dem erneut die Gewinnungsbohreinheit (19) in einem ersten Schritt eine Gesteinsschicht (5) mit einem Ausrichtungsbohrabschnitt (6) durchbohrt und dabei selektiv und zielgenau in eine Abbauzone gesteuert wird, in einem zweiten Schritt am Ende des Ausrichtungsbohrabschnittes (6) ein 3D- Bohrraster (7) aus mehreren Gewinnungsbohrabschnitten (8) angelegt wird und in einem dritten Schritt dreidimensional zueinander parallel geführte Gewinnungsbohrabschnitte (8) gebohrt werden, wobei zwischen den finalen Außendurchmessern zweier benachbarter Gewinnungsbohrabschnitte (8) ein Abstand von maximal 45 cm angeordnet ist, gemessen in der gemeinsamen Normalrichtung der beiden benachbarten Bohrlochachsenabschnitte, und wobei jeweils ein Gewinnungsbohrabschnitt (8) nach dem anderen gebohrt wird und nach der Fertigstellung eines Gewinnungsbohrabschnittes (8) dieser Gewinnungsbohrabschnitt (8) samt zugehörigem Ausrichtungsbohrsegment (6c) gesichert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtbohrtechnologie des Bohrgerätes mehrere Messeinheiten (24,25,26) mit unterschiedlichen Sensorsätzen aufweist, die in der Gewinnungsbohreinheit (19) angeordnet sind, und vermessungstechnische Navigations- und geophysikalische Gesteinsinformationen in einem Bohrloch erfassen und an ein über Tage angeordnetes Steuerungselement senden .

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bohrens eine Reihe von Messungen durch eine erste Navigationsmesseinheit (24) und eine zweite Navigationsmesseinheit (26) durchgeführt wird, sodass eine erste Messwertreihe und eine zweite Messwertreihe innerhalb des Bohrloches erhalten wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erfassung der ersten Messwertreihe und der zweiten Messwertreihe der Bohrf ortschritt gestoppt und anschließend die Gewinnungsbohreinheit (19) in Richtung vom Bohrlochtiefsten (21) weg rückwärts bewegt wird, wobei während der Rückwärtsbewegung der Gewinnungsbohreinheit (19) jeweils eine Reihe von Messungen durch die erste Navigationsmesseinheit (24) und durch die zweite Navigationsmesseinheit (26) durchgeführt wird, sodass eine dritte Messwertreihe sowie eine vierte Messwertreihe innerhalb des Bohrloches erhalten werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrloch während der Rückwärtsbewegung durch eine in der Gewinnungsbohreinheit (19) angeordnete erste Bohrlocherweiterungseinrichtung (27) erweitert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erfassung der dritten Messwertreihe und der vierten Messwertreihe die Rückwärtsbewegung der Gewinnungsbohreinheit ( 19 ) gestoppt und anschließend erneut in Bohrrichtung zum Bohrlochtiefsten ( 21 ) hin bewegt wird, wobei während der Bewegung zum Bohrlochtiefsten ( 21 ) eine Reihe von Messungen durch die erste Navigationsmesseinheit ( 24 ) und durch die zweite Navigationsmesseinheit ( 26 ) durchgeführt wird, sodass eine fünfte Messwertreihe sowie eine sechste Messwertreihe innerhalb des Bohrloches erhalten werden .

14 . Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet , dass das Bohrloch während der Vorwärtsbewegung durch eine in der Gewinnungsbohreinheit ( 19 ) angeordnete zweite Bohrlocherweiterungseinrichtung ( 28 ) erweitert wird .

15 . Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14 , dadurch gekennzeichnet , dass die erste Messwertreihe sowie ggf . die zweite Messwertreihe , die dritte Messwertreihe , die vierte Messwertreihe , die fünfte Messwertreihe sowie die sechste Messwertreihe einem zentralen Steuerungselement zugeführt werden, wobei im zentralen Steuerungselement aus den erhaltenen Messwertreihen die mittlere räumliche Lage der Bohrlochachse des j eweiligen Bohrlochsegments ermittelt wird .

16 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 , dadurch gekennzeichnet , dass der Bohrf ortschritt an einem Punkt eines Gewinnungsbohrabschnittes gestoppt wird, wobei das Spülen des Bohrloches ununterbrochen fortgesetzt wird, und nach einer definierten Zeitdauer der Bohrvorgang wieder fortgesetzt wird, sodass das vor dem Stopp des Bohrvorganges ausgebrachte Bohrklein von enem nach dem Stopp des Bohrvorganges eindeutig unterschieden werden kann .

17 . System zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 , umfassend ein Bohrgerät mit Richtbohrtechnologie , welches ausgebildet ist , um eine Bohrlocherweiterung herzustellen, sowie Vorrichtungen zur Sicherung der Bohrlöcher .