CH672814A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bohrgerät zum

Abbohren von Ankerlöchern, Entspannungsbohrungen und Absaugbohrungen sowie Sprengbohrungen unter beengten Verhältnissen im untertägigen Berg- und Tunnelbau, mit einem Grundrahmen, einer über Verspannzylinder zwischen dem sich auf dem Liegenden abstützenden Grundrahmen und dem Hangenden verspannbaren Führungsschiene und der zugeordneten Bohrmaschine mit Bohrgestänge, die über einen Vorschub parallel zur Führungsschiene verfahrbar ist.

Derartige Bohrgeräte werden im untertägigen Berg- und Tunnelbau, insbesondere im Steinkohlenbergbau eingesetzt, um Bohrlöcher ins Gebirge zu stossen, die dann zum Einbringen von Kleb- oder Konsolidierungsmaterial dienen. Bekannt sind verschiedene Bohrgeräte, bei denen die eigentliche Bohrmaschine mit dem Bohrgestänge an einer Lafette oder einem ähnlichen Rahmen geführt wird. Derartige Lafetten werden zwischen dem Hangende und dem Liegende oder sonstigen Widerlagern verspannt, um der Bohrmaschine einen möglichst grossen Weg vorzugeben und auf diese Art und Weise mit möglichst nur einer Bohrstange grosse Abschlaglängen zu erzielen (DE-OS 3 018 615.3, DE-OS 2 531 090.1, DE-OS 3 015 752.9). All diesen Lösungen ist der Nachteil gemeinsam, dass jeweils maximal ein Vortrieb etwa in dem Mass möglich ist, den der jeweilige Standort der Bohrmaschine bzw. des Bohrgerätes vorgibt. Das gleiche gilt auch für die aus der DE-OS 2 906 155.0-24 bekannten Lösung, bei der das Führungsgestänge telesko-pierbar ausgebildet ist bzw. im wesentlichen von einem Arbeitszylinder gebildet wird, dem zusätzlich noch ein Führungsgestänge zugeordnet wird. Über den Zylinder wird eine Kette jeweils so gespannt gehalten, dass sich der Schlitten mit der Bohrmaschine daran aufwärtsbewegen kann. Auch hier ist allerdings der erreichbare Vortrieb jeweils von den vorgegebenen Höhenverhältnissen des Standortes abhängig, so dass bei geringmächtigen Flözen beispielsweise nur sehr kurze Abschlaglängen erreicht werden können. Gerade im untertägigen Steinkohlenbergbau ist es aber aufgrund der beengten Verhältnisse sowie der geologischen Gegebenheiten häufig notwendig, Abschlaglängen vorzugeben, die möglichst über zwei Meter liegen, beispielsweise, um eine wirksame Ankerung des Hangenden zu gewährleisten. Um dies mit den bekannten Bohrgeräten zu erreichen, ist es notwendig, ein aus einzelnen gleich ausgebildeten und miteinander zu verbindenden Bohrstangen bestehendes Bohrgestänge zu verwenden, was ein mehrmaliges Hin- und Herfahren der Bohrmaschine bzw. des Antriebes erfordert, um die einzelnen Bohrstangen nacheinander ins Gebirge zu treiben. Dies erfordert einen hohen Zeitaufwand und hat ausserdem den wesentlichen Nachteil, dass durch das mehrmalige Hin- und Herbewegen der Bohrstange in dem Bohrloch sich dessen Zustand wesentlich verschlechtern kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere in Aufhauen einsetzbares, auch bei geringer Mächtigkeit (z. B. 1,2 m) eine Ankerbohrlochlänge von über zwei Metern in einem Arbeitsgang ermöglichendes Bohrgerät zu schaffen.

Das erfindungsgemässe Bohrgerät entspricht den kennzeichnenden Merkmalen in Patentanspruch 1.

Bei einem derartigen Bohrgerät ist es überraschend möglich, auch bei ungünstigen geologischen Verhältnissen, d. h. bei geringen Mächtigkeiten grosse Abschlaglängen in einem Arbeitsgang zu erzielen. Dazu wird das teleskopierbar ausgebildete Bohrgestänge nacheinander mit einem Vorschub verbunden und der Bohrkrone folgend in das Bohrloch hineingedrückt. Sobald der erste Teilbereich abgebohrt ist, wird das zweite Teil des teleskopierbaren Bohrgestänges mit dem Vorschub verbunden, um nun die restliche Abschlaglänge zu erbohren. Durch das Verstarren bzw. Verriegeln

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

der beiden Teile des Bohrgestänges miteinander ist sichergestellt, dass der Bohrantrieb seine Kraft über die gesamte Abschlaglänge wirksam auf die Bohrkrone überträgt. Bei einer derartigen Ausbildung eines Bohrgerätes wird für den Bohrantrieb und für den Vorschub zweckmässigerweise ein eigener Antrieb verwendet, um einen optimalen Bohrfortschritt in jeder Situation zu gewährleisten. Durch eine geschickte Steuerung ist dabei sicherzustellen, dass beide Antriebe aufeinander abgestimmt jeweils arbeiten.

Nach Anspruch 2 trägt die äussere Stange die Bohrkrone und weist eine dem Aussenmantel der inneren Stange ange-passte lichte Weite auf. Auf diese Art und Weise ist unabhängig von der jeweiligen Lage beider Stangen die Übertragung der Kräfte des Bohrantriebes sichergestellt, so dass die Bohrkrone im Bohrlochtiefsten vorteilhaft arbeiten kann. Beide Teile, d. h. die innere und die äussere Stange werden gleichmässig angetrieben, ohne dass es durch Rutschen o. ä. zu Verlusten kommen kann.

Zweckmässig ist es nach Anspruch 3 die innere Stange mit der äusseren Stange formschlüssig zu verbinden und vorzugsweise als Sechskant auszubilden, wobei die Ausnehmung in der äusseren Stange entsprechend korrespondierend ausgebildet ist. Diese Ausbildung hat darüber hinaus den Vorteil, • dass Sechskantbohrlochstähle im untertägigen Bergbau bekannt und damit Bohrausrüstungen dieser Art in herkömmlicher Ausführung zur Anwendung kommen können.

Um eine wirksame Verbindung der beiden Stangen des teleskopierbaren Bohrgestänges auch in der auseinandergezogenen Position zu gewährleisten, ist gemäss Anspruch 4 vorgesehen, dass am oberen Ende der Führungsschiene eine rechtwinklig dazu angeordnete Werkzeugführung angeordnet ist, die auch die Verriegelung für die beiden Stangen aufweist. Sobald die äussere Stange, über den Vorschub in diese Position gebracht, ihre Endstellung erreicht, spricht die Verriegelung an, um so die wirksame Verbindung beider Stangen auch beim Weiterführen zu gewährleisten. Die Werkzeugführung sichert die Bohrstange und verhindert ein nachteiliges Schlagen beim Eindringen der Bohrkrone in das Gebirge. Dabei kann über die Länge der Führungsschiene gesehen auch eine weitere Führung vorgesehen werden, um so auch durch eine mittige weitere Führung das Schlagen des Bohrgestänges zu unterbinden. Die Verriegelung, d. h. das Verriegeln beider Stangen miteinander könnte auch als Fixierung bezeichnet werden, um diesen Begriff deutlicher von dem nachfolgend erörterten Verriegeln der ersten Trapezgewindespindel zu unterscheiden.

Als zweckmässig und den untertägigen Gegebenheiten besonders angepasst hat sich gemäss Anspruch 5 herausgestellt, den Vorschub von einer Trapezgewindespindel zu bilden, die parallel zur Führungsschiene verlaufend angeordnet und mit der äusseren Stange und der inneren Stange mit dem Bohrantrieb über einen Tragarm mit Innengewinde koppelbar ist. Dabei ist die Trapezgewindespindel über einen Antrieb selbsttätig angetrieben, d. h. in Drehung versetzt, so dass zunächst die äussere Stange und dann die innere Stange mit dem Bohrantrieb bei entsprechender Verbindung an ihr hochgeschoben bzw. heruntergelassen werden. Vorteilhaft ist dabei, dass durch die Trapezgewindespindeln der dazugehörige Antrieb am Boden, d. h. an der Grundkonstruktion verbleiben kann, somit als solcher in seiner Position verbleibt. Dabei dient die Trapezgewindespindel gleichzeitig als Führung, da an ihr ja die Stange und nachfolgend der Bohrantrieb geführt verschoben wird, während sie selbst in ihrer Position verharrt. Hierzu ist sie im Bereich des Antriebes und der Werkzeugführung drehbar gelagert. Um sicherzustellen, dass die äussere Stange und dann die innere Stange bzw. der Bohrantrieb verfahren werden bzw. beim Einziehen umgekehrt, ist es von Vorteil,

672814

wenn nach Anspruch 6 der Vorschub von zwei parallel zueinander angeordneten Trapezgewindespindeln gebildet ist, von denen eine mit der äusseren Stange und die andere mit dem Bohrantrieb koppelbar ist. Hierdurch verfügen beide Teile des teleskopierbar ausgebildeten Bohrgestänges über eine eigene Führung bzw. über einen eigenen Verfahrantrieb, die durch gezielte Ausbildung bzw. Steuerung sicher nacheinander angesteuert werden können.

Um für den Vorschub mit einem Antrieb auszukommen, sind nach Anspruch 7 die Trapezgewindespindeln über ein Verzweigungsgetriebe mit einem als Spindelantrieb dienenden Hydro-Motor verbunden. Damit wird die Zahl der benötigten Antriebseinheiten geringgehalten und gleichzeitig sichergestellt, dass die Bohrkrone jeweils mit dem gleichen Andruck beim Bohrbetrieb belastet ist. Eine einfache Steuerung sieht die Erfindung vor, um nacheinander beide Stangen mit dem Vorschub wirksam zu verbinden und zwar ist eine Verriegelung vorgesehen, die anspricht bzw. geschaltet wird, wenn das untere Ende der äusseren Stange die Werkzeugführung erreicht. Über diese Verriegelung wird die erste Trapezgewindespindel festgehalten, um ein weiteres Wirksamwerden sicher zu unterbinden, da gleichzeitig die zweite Trapezgewindespindel nunmehr wirksam wird, um den Bohrantrieb hochzufahren und damit die innere Stange, die gleichzeitig die äussere Stange und die aufsitzende Bohrkrone in das Gebirge hineindrückt. Hierzu ist nach Anspruch 8 vorgesehen, dass die Verriegelung von einem Klemmzylinder gebildet ist, der sich an der Werkzeugführung oder dem Tragarm und einem Klemmring abstützend angeordnet ist. Eine weitere Ausbildung sieht nach Anspruch 9 vor, dass die Verriegelung am unteren Ende der äusseren Stange angeordnet und mit dem Vorschub verbunden und mit der äusseren Stange verfahrbar ausgebildet und angeordnet ist. Bei der zuletzt geschilderten Ausbildung ist es auf einfache und zweckmässige Art und Weise möglich, die beiden Trapezgewindespindeln nacheinander wirksam werden zu lassen, ohne dass man für die beiden einen getrennten Antrieb benötigt.

Die für den Vortrieb benötigten Kräfte werden zweckmässigerweise über einen Hydro-Motor aufgebracht, der wie geschildert, über das Verzweigungsgetriebe auf die Spindeln einwirkt. Vorteilhafterweise sollte nach Anspruch 10 auch der Bohrantrieb über einen eine Keilwelle antreibenden Hydro-Motor verfügen, um so im Prinzip gleiche Antriebe zum Einsatz zu bringen und dabei vorteilhaft die benötigten Kräfte zu erzeugen, die ein sicheres Eindringen der Bohrstange bzw. der Bohrkrone in das Gebirge gewährleisten.

Die Trapezgewindespindeln werden sicher vor Verschmutzung geschützt und damit ihre Lebensdauer wesentlich erhöht, wenn nach Anspruch 11 die Trapezgewindespindeln in einem der Führungsschiene zugeordneten geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, das eine Durchführung mit Dichtlippen aufweist. Über die Dichtlippen ist ein Eindringen von Staubteilchen, Wasser u. ä. verhindert und insgesamt der sichere Einschluss der Spindeln gewährleistet, so dass in weiterer vorteilhafter Ausbildung ein gesonderter Schutz der die Spindeln umgebenden Teile der Tragarme nicht benötigt wird. Ein gesondertes Gehäuse um dieses Teil, d. h. die Mutter ist damit nicht erforderlich, was sich sowohl bei der Herstellung als auch bei der späteren Wartung vorteilhaft bemerkbar macht.

Eine wenig Platz erfordernde Ausbildung sieht nach Anspruch 12 vor, dass der Bohrantrieb und der Spindelantrieb für die Trapezgewindespindeln mit einem Winkelgetriebe ausgerüstet um die Führungsschiene verteilt angeordnet sind. Aufgrund dieser kompakten Bauweise kann ein derartiger Bohrantrieb bzw. die gesamte Einrichtung sicher auf dem Liegenden positioniert und hin- und herge3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

672814

schoben werden, so dass es insbesondere immer möglich ist, die einzelnen Bohrungen sicher anzusetzen. Über geeignete Hilfsmittel kann die Führung und der Grundrahmen jeweils in eine Neigung gebracht werden, die Bohrungen in jeder Schräglage ermöglichen.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Bohrvorrichtung geschaffen ist, die sowohl in Aufhauen wie auch in ähnlichen Einsatzbereichen vorteilhaft eingesetzt werden kann, weil sie ohne Nachrüstung, d. h. also in einem Arbeitsschritt weit mehr Abbohren kann, als die Grundlänge des Gerätes an sich hergibt, was dadurch erreicht wird, dass das Bohrgestänge teleskopierbar ist. Es ist somit eine teleskopierbare Verlängerung in einem Verhältnis von ca. 1 :1,8 möglich. Bei grösserer Grundlänge des Bohrgerätes, beispielsweise 1,5 m, können rund 2,7 m lange Bohrlöcher in einem Bohrvorgang abgebohrt werden. Vorteilhaft ist dabei weiter, dass für diese Arbeitsvorgänge keine zusätzlichen Antriebe benötigt werden, sondern dass man vielmehr mit einem Bohr- und einem Spindelantrieb bzw. Vorschubantrieb auskommt.

Nachfolgend werden anhand von Zeichnungsfiguren Aus-fürungsbeispiele des erfindungsgemässen Bohrgeräts beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des Bohrgerätes im eingefahrenen Zustand,

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Bohrgerätes mit ausgefahrener erster Stufe,

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Klemmzylinders und Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Bohrvorrichtung im Bereich des Klemmzylinders.

Fig. 1 zeigt das Bohrgerät 1 in Seitenansicht, wobei der untere Teil der Spindeln, d. h. der Spindelantrieb im Schnitt wiedergegeben ist. Nur angedeutet ist der Grundrahmen 2, an dem die Führungsschiene 3 befestigt ist. Die Führungsschiene 3 gibt dem gesamten Grundrahmen 2 die notwendige Festigkeit, wobei sich das von der Bohrmaschine 4 in Drehung versetzte Bohrgestänge 5 parallel zu der Führungsschiene 3 bewegen lässt. Oben auf dem Bohrgestänge 5 sitzt die Bohrkrone 6, die über den Vorschub 7 in Richtung eines hier nicht wiedergegebenen Gebirges verschoben wird.

Um das eigentliche Bohrgerät, d. h. den Grundrahmen 2 und die Führungsschiene 3 zwischen Hangendem und Liegendem festsetzen zu können, ist ein weiterer Zylinder notwendig, der hier nicht wiedergegeben ist. Mit Hilfe dieses Verspannzylinders ist es möglich, den Dorn 8 so gegen das Hangende zu drücken, dass der gesamte Grundrahmen und die Führungsschiene 2,3 festgesetzt sind.

Um ein Schlagen des Bohrgestänges 5 zu vermeiden, ist am oberen Ende der Führungsschiene 3 eine Werkzeugführung 9 vorgesehen. In ihr ist sowohl die äussere Stange 10 als auch die innere Stange 11 des Bohrgestänges sicher geführt.

Wie bereits erwähnt, ist das Bohrgestänge 5 teleskopierbar ausgeführt, d. h. die Stange 11 ist in die Stange 10 einführbar ausgebildet. Hierzu weist die äussere Stange 10 eine lichte Weite 12 auf, die dem Aussenmantel 14 der inneren Stange 11 entsprechend ausgebildet ist. Fig. 2 verdeutlicht dabei,

dass der Aussenmantel 14 einen Sechskant darstellt, während der Aussenmantel 13 der äusseren Stange 10 kreisförmig ist.

Achsparallel zu dem teleskopierbar ausgebildeten Bohrgestänge 5 und zur Führungsschiene 3 verlaufen die als Vorschub dienenden Trapezgewindespindeln 18,20. Diese Trapezgewindespindeln 18,20 sind in Lagern 17,19 so gelagert, dass sie jeweils die äussere Stange 10 über den Tragarm 24 bzw. den Bohrantrieb 22 über den Tragarm 23 in Richtung Werkzeugführung 9 bzw. auch in die umgekehrte Richtung verschieben. Über diese Gewindespindeln lässt sich der Vorschub günstig realisieren. Es lässt sich dabei ohne weiteres ein Andruck von 15 k/N aufbringen. Ausserdem lässt sich der Vorschub der Tra-einem Hydro-Motor gut regeln. Die Dichtung der Trapezgewindespindeln 18,20 entfällt durch eine neue Alternative und zwar über Lippendichtungen, die einem die Trapezgewindespindeln umgebenden Gehäuse zugeordnet sind. Die Trapezgewindespindel 18, die über den Tragarm 24 mit der äusseren Stange 10 verbunden ist, wird wirksam über die Verriegelung 25 festgehalten, und zwar mit einer einfachen und zweckmässigen hydraulischen Haltevorrichtung, die die Trapezgewindespindel 18 bei Bedarf klemmt. Dies ist dann erforderlich, wenn die äussere Stange 10 ihre oberste Position erreicht hat, die aus Fig. 2 zu ersehen ist. Dann nämlich muss die Trapezgewindespindel 18 festgesetzt werden, damit die Trapezgewindespindel 20 wirksam wird und über den Spindelantrieb 27 das Verzweigungsgetriebe 26 bewegt, um den Bohrantrieb 22 in Richtung Werkzeugführung 9 zu transportieren. Dadurch wird die innere Stange 11, d. h. der Mehrkant mitgenommen und damit die gesamte Bohrstange weiter in Richtung Gebirge gedrückt.

Fig. 2 verdeutlicht die Ausbildung des Bohrantriebes 22, der ebenfalls über einen Hydro-Motor verfügt, der eine Keilwelle 28 und damit das Bohrgestänge 5 dreht.

Die Fig. 3 und 4 verdeutlichen die Verriegelung 25, die durch einen Klemmzylinder 30 mit Klemmring 31 gebildet wird. Bei Betätigen des Klemmzylinders 30 wird bei wirksamer Verbindung mit dem Mehrkant bzw. dem Bohrgestänge sichergestellt, dass die Trapezgewindespindel 18 festgeklemmt ist, so dass dann, wie weiter oben erwähnt, die Trapezgewindespindel 20 wirksam werden kann.

4

s io

15

20

25

30

35

40

45

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

672814 PATENTANSPRÜCHE

1. Bohrgerät zum Abbohren von Ankerlöchern, Entspannungsbohrungen, Absaugbohrungen und Sprengbohrungen unter beengten Verhältnissen im untertägigen Berg- und Tunnelbau, mit einem Grundrahmen, einer über Verspannzylinder zwischen dem sich auf dem Liegenden abstützenden Grundrahmen und dem Hangenden verspannbaren Führungsschiene sowie mit der zugeordneten Bohrmaschine mit Bohrgestänge, die über einen Vorschub parallel zur Führungsschiene verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgestänge (5) aus mindestens zwei teleskopierbaren Stangen (10,11) bestehend ausgebildet ist, die nacheinander mit dem Vorschub (7) koppelbar und in der Ausfahrstellung miteinander verriegelbar sind.

2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Stange (10) die Bohrkrone (6) trägt und eine dem Aussenmantel (14) der inneren Stange (11) angepasste lichte Weite (12) aufweist.

3. Bohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Stange (11) mit der äusseren Stange (10) formschlüssig verbunden ist und vorzugsweise als Sechskant ausgebildet ist.

4. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der Führungsschiene (3) eine rechtwinklig dazu angeordnete Werkzeugführung (9) angeordnet ist, die auch die Verriegelung (25) für die beiden Stangen (10, 11) aufweist.

5. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub (7) von einer Trapezgewindespindel (18, 20) gebildet ist, die parallel zur Führungsschiene (3) verlaufend angeordnet und mit der äusseren Stange (10) und der inneren Stange (11) mit dem Bohrantrieb (22) über einen Tragarm (23,24) mit Innengewinde koppelbar ist.

6. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub (7) von zwei parallel zueinander angeordneten Trapezgewindespindeln (18,20) gebildet ist, von denen eine mit der äusseren Stange (10) und die andere mit dem Bohrantrieb (22) koppelbar ist.

7. Bohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trapezgewindespindeln (18,20) über ein Verzweigungsgetriebe (26) mit einem als Spindelantrieb (27) dienenden Hydro-Motor verbunden sind.

8. Bohrgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelung (25) von einem Klemmzylinder (30) gebildet ist, der sich an der Werkzeugführung (9) oder dem Tragarm (24) und einem Klemmring (31) abstützend angeordnet ist.

9. Bohrgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelung (25) am unteren Ende der äusseren Stange (10) angeordnet und mit dem Vorschub (7) verbunden und mit der äusseren Stange (10) verfahrbar ausgebildet und angeordnet ist.

10. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrantrieb (22) über einen eine Keilwelle (28) antreibenden Hydro-Motor verfügt.

11. Bohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieTrapezgewindespindeln (18,20) in einem der Führungsschiene (3) zugeordneten geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, das eine Durchführung mit Dichtlippen aufweist. ,

12. Bohrgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrantrieb (22) und der Spindelantrieb (27) für die Trapezgewindespindeln (18,20) mit einem Winkelgetriebe ausgerüstet um die Führungsschiene (3) verteilt angeordnet sind.