DE102009008146A1 - Verfahren und Einrichtung zur Probenahme in einem Haufwerk - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Probenahme in einem Haufwerk.
- Für eine optimale Feuerungsführung in Kohlekraftwerken ist eine Qualitätsanalyse des Brennstoffs unerlässlich. Hierzu wird üblicherweise der Aschegehalt und der Heizwert/Brennwert der Kohle bestimmt. Eine Kohleanalyse des geförderten Brennstoffs ist aber auch zwecks besserer Ausnutzung der Lagerstätte bzw. Minimierung der Lagerstättenverluste unerlässlich. Hierzu wird üblicherweise der in Halden vorgehaltene Rohstoff beprobt.
- Beim Betrieb von Braunkohlenhalden ist es beispielsweise bekannt, eine Probenahme oberflächennah und händisch durchzuführen, wobei ggf. die Probenahme mit Erdbaugeräte-Unterstützung erfolgt. Bei der bekannten Vorgehensweise der Probenahme von Hand hängt die Qualität der Probe vom Geschick des Probennehmers ab, zumal es beim Ziehen der Proben auf herkömmliche Art und Weise häufig zu einer Entmischung des Materials kommt. Darüber hinaus ergibt sich durch unterschiedliche Verdichtung im Haufwerk häufig eine unproportionale Mengenaufteilung des Probegutes.
- Schließlich hat es sich als schwierig, wenn nicht gar unmöglich, herausgestellt, eine repräsentative Probe über den Querschnitt der Halde bzw. über einen Großteil des Querschnitts der Halde zu ziehen.
- Eine repräsentative Beprobung eines geschütteten Haufwerks mit inhomogener Dichteverteilung ist grundsätzlich schwierig.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Probenahme in einem Haufwerk bereitzustellen, mit welchen die Reproduzierbarkeit der Probennahme verbessert wird. Darüber hinaus sollen der Inhomogenität des Haufwerks entsprechend repräsentativere Proben erzielbar sein.
- Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein Verfahren zur Probenahme in einem Haufwerk, umfassend die Schritte Einbringung einer Bohrung in das Haufwerk, Ausbringen und Auffangen des bei der Bohrung anfallenden Bohrkleins sowie Teilen des Bohrkleins für die gesamte Länge der erbrachten Bohrung repräsentativen Probe.
- Im Gegensatz zu der bisherigen Vorgehensweise wird das für die Probe verwendete Material des Haufwerks sukzessive aus dem Haufwerk ausgebracht und entsprechend geteilt. Bei den bekannten Verfahren wurde bislang von Hand oder mit einem Erdbaugerät ein Probenblech in die Halde getrieben, wobei beim Herausziehen des Probenblechs aus der Halde bereits eine Entmischung der Probe stattfand. Erfindungsgemäß hingegen ist nun vorgesehen, das bei der Bohrung sukzessive anfallende Bohrklein entsprechend dem Bohrfortschritt aufzufangen.
- Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das aus der Bohrung ausgetragene Bohrklein entsprechend dem Bohrfortschritt bei der Bohrung der Länge nach geschüttet hintereinander auf eine Probenteilereinrichtung aufgebracht wird.
- Bei einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die durch die Probenteilung erhaltene Probemenge wenigstens dem kleinsten zu erwartenden Volumenaustrag an Bohrklein entspricht. Die darüber hinausgehende Menge der Probe wird zweckmäßigerweise verworfen. Damit wird der schwankenden Dichte des Haufwerks Rechnung getragen. Bei hoher Haufwerksdichte fällt eine entsprechend große Menge an Bohrklein an, wohingegen bei geringerer Haufwerksdichte eine geringere Menge an Bohrklein anfällt. Durch Probenteilung auf den kleinsten zu erwartenden Volumenstrom, werden diese Schwankungen in vorteilhafter Art und Weise egalisiert.
- Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Einrichtung zur Probennahme in einem Haufwerk, umfassend wenigstens eine Bohreinrichtung mit wenigstens einem Antrieb, mit wenigstens einem mittels des Antriebs drehbaren Bohrgestänge, mit wenigstens einer an dem Bohrgestänge angeschlagenen Bohrkrone und Mittel zum Vorschub der Bohreinrichtung in das zu beprobende Haufwerk, wobei das Bohrgestänge ein bezogen auf dieses dreh fest angeordnetes Standrohr durchsetzt und zum Transport des Bohrkleins in dem Standrohr ausgebildet ist.
- Anders als bei einer Kernbohrung ist vorgesehen, dass das Standrohr sich bei der Bohrung nicht dreht.
- Bei einer zweckmäßigen Variante der Einrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bohrkrone so ausgebildet ist, dass diese einen Freischnitt zum Vorschub des Standrohrs in das zu beprobende Haufwerk erzeugt. Das Standrohr erfüllt also zweierlei Funktionen, nämlich einerseits die Festlegung der insgesamt zu fördernden Bohrkleinmenge, zumindest in etwa, und andererseits den Transport des Bohrkleins aus dem Haufwerk.
- Eine besonders vorteilhafte Variante der Einrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch eine Auffangeinrichtung für das aus dem Standrohr austretende Bohrklein aus.
- Die Auffangeinrichtung kann beispielsweise als sich im Wesentlichen unterhalb der Bohreinrichtung erstreckende offene Auffangrinne ausgebildet sein. Je nach Querschnitt der Auffangrinne lässt sich entweder das gesamte Bohrklein oder nur ein Teilvolumen desselben der Länge nach auf der Auffangrinne aufschütten.
- Bei einer bevorzugten Variante der Einrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auffangeinrichtung bzgl. der Bohreinrichtung ortsfest angeordnet ist, so dass bei Vorschub und Rückschub der Bohreinrichtung eine Relativbewegung zwischen der Bohreinrichtung und der unterhalb dieser angeordneten Auffangeinrichtung stattfindet. Zweckmäßigerweise ist das Standrohr so ausgebildet, dass dessen nacheilendes Ende einen Austrag auf die Auffangeinrichtung bildet, wobei das betreffende Ende des Standrohres ebenso die zuvor beschriebene Relativbewegung bzgl. der Auffangeinrichtung beschreibt.
- Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Auffangeinrichtung als Probenteiler ausgebildet ist.
- Das Volumen der Auffangeinrichtung kann beispielsweise auf den kleinsten zu erwartenden Volumenstrom an Bohrklein ausgelegt sein. Damit wird in vorteilhafter Art und Weise der sich ändernden Dichte des Haufwerks über den Bohrfortschritt Rechnung getragen. Wie eingangs bereits erwähnt, wird auf diese Art und Weise sichergestellt, dass die, bezogen auf den Bohrfortschritt, erhaltene Probemenge im Verhältnis zu der Dichte des Haufwerks an der betreffenden Stelle der Bohrung steht.
- Vorzugsweise ist zum Vorschub der Bohreinrichtung wenigstens eine Lafette vorgesehen, auf welcher die Bohreinrichtung verfahrbar geführt ist.
- Die Auffangeinrichtung kann sich wenigstens über eine Länge erstrecken, die einer Lafetten-Vorschublänge entspricht.
- Um einen entsprechenden Bohrfortschritt im Haufwerk zu erzielen, ist es zweckmäßig, wenn weiterhin Mittel zum Vorschub der Lafette vorgesehen sind.
- Bei Vorschub der Bohreinrichtung in das Haufwerk wird sich zunächst ein verzögerter Austrag an Bohrklein einstellen, da dieses zunächst einmal den Weg von der Bohrkrone bis zum Austrag des Standrohres überwinden muss. Ist der maximale Bohrfortschritt erreicht, wird sich ein entsprechender Nachlauf an Bohrklein einstellen.
- Bei einer bevorzugten Variante der Einrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bohrgestänge als Transportschnecke ausgebildet ist. Als Bohrgestänge kann ein an und für sich bekannter Wendelbohrer (landläufig auch als Spiralbohrer bezeichnet) Anwendung finden.
- Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Bohrkrone wenigstens zwei Schälmesser umfasst, die sich etwa rechtwinklig zur Längsachse des Bohrgestänges erstrecken.
- Obwohl vorstehend der Begriff Bohrgestänge verwendet wurde, kann die Bohrkrone auch mit einer einzelnen Bohrstange verbunden sein.
- Es ist vorteilhaft und zweckmäßig, wenn die Bohrkrone einen Durchmesser aufweist, der geringfügig größer als der Durchmesser des Standrohres ist, um den Freischnitt für das Standrohr zu schaffen und ein Eindringen desselben in das Haufwerk zu ermöglichen und zu erleichtern.
- Vorteilhaft ist es, wenn die Bohrkrone ein etwa mittig angeordnetes Zentriermesser oder einen etwa mittig angeordneten Zentrierdorn aufweist, der sich in Längsrichtung des Bohrgestänges erstreckt.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert:
- Es zeigen:
-
1 eine schematische vereinfachte Ansicht der Einrichtung zur Probennahme gemäß der Erfindung, -
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus1 , -
3 eine Schnittansicht entlang der Linien III-III in2 , -
4 eine Schnittansicht entlang der Linien IV-IV in2 , -
5 eine vergrößerte Ansicht des Bohrgestänges mit Bohrkrone, teilweise im Schnitt, und -
6 eine Ansicht in Richtung des Pfeils VI in5 . - Wie insbesondere der
1 zu entnehmen ist, ist die Bohreinrichtung1 als Anbaugerät an einem Bagger7 mit Raupenfahrwerk vorgesehen. Mit2 ist schematisch das zu beprobende Haufwerk dargestellt. - Die Bohreinrichtung
1 umfasst einen hydraulischen Antrieb3 , ein Bohrgestänge4 und eine Bohrkrone5 , die am führenden Ende des Bohrgestänges4 angeschlagen ist. Das Bohrgestänge4 erstreckt sich innerhalb eines drehfest mit dem Antrieb3 verbundenen Standrohres6 und ist innerhalb des Standrohres6 frei drehbar. - Der Antrieb
3 und mit diesem das Bohrgestänge4 sowie das Standrohr6 sind an einer Lafette8 geführt, welche dem Vorschub der Bohreinrichtung1 in das Haufwerk2 dient. Die Lafette8 ist wiederum mittels einer Kolben-Zylinderanordnung9 bzgl. einer Aufnahme10 verschiebbar angeordnet. Der Gesamtvorschub der Bohreinrichtung ergibt sich aus der Summe des durch die Lafette8 erzielten Vorschubs und des durch die Kolben-Zylinderanordnung9 erzielten Vorschubs. Der Antrieb3 der Bohreinrichtung1 ist an der Lafette8 in bekannter Art und Weise durch eine umlaufende Kette verschiebbar angeordnet. Der Lafettenantrieb sowie Hydraulik für die Kolben-Zylinderanordnung9 sind aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt. - Die Aufnahme
10 ist in bekannter Art und Weise gelenkig an einen Ausleger11 des Baggers7 angeschlagen. - Das sich innerhalb des Standrohres
6 erstreckende Bohrgestänge4 kann beispielsweise als sog. Spiralbohrer ausgebildet sein. Dieser umfasst einen Schneckengewindegang12 , der im vorliegenden Fall ausschließlich dem Transport des von der Bohrkrone5 gelockerten Bohrkleins dient. - Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Bohrgestänge
4 als eine einzige Stange mit einem einzigen Schneckengewindegang12 ausgebildet, die Erfindung ist allerdings so zu verstehen, dass das Bohrgestänge aus mehreren Bohrstangen zusammengesetzt sein kann. Darüber hinaus kann der Spiralbohrer mehrgängig ausgebildet sein, d. h. mit mehreren Schneckengewindegängen versehen sein. - In Gebrauchslage unterhalb der Bohreinrichtung
1 ist ein Probenteiler13 in Form einer Rinne mit einem etwa V-förmigen Querschnittsprofil vorgesehen. Der Pro benteiler13 bzw. die Auffangrinne erstreckt sich über etwa die gesamte Länge der Lafette8 unterhalb derselben und ist bzgl. der Lafette8 ortsfest, so dass sich beim Betrieb die Bohreinrichtung1 entsprechend dem Bohrfortschritt relativ zu der Auffangrinne13 bewegt. - Wie dies insbesondere den
5 und6 zu entnehmen ist, umfasst die Bohrkrone2 sich etwa radial in Bezug auf das Bohrgestänge4 erstreckende Schälmesser14 , die sich über den Umfang des Standrohres6 so weit hinaus erstrecken, dass die Bohrkrone5 beim Betrieb einen Freischnitt für das Standrohr6 erzeugt. Die Schälmesser14 sind mit nicht dargestellten Hartmetallschneiden versehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt zwei Schälmesser14 vorgesehen, es ist jedoch im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die Anzahl der Schälmesser variiert werden kann. Die Schälmesser14 besitzen etwa 15° Schränkung und etwa 10° Freischliff. - Beim Betrieb der Bohreinrichtung
1 dreht sich, wie vorstehend erwähnt, das Standrohr6 nicht mit. Dieses ist durch eine Grundplatte mit einer Rohrklemme drehfest mit dem Antrieb3 verbunden. - Die Probenahme geht nun wie folgt vonstatten. Die Bohreinrichtung
1 wird mit dem Bagger7 , wie dies in1 dargestellt, an das Haufwerk2 herangefahren. Sodann wird das Bohrgestänge4 über den Antrieb3 in Drehung versetzt. Gleichzeitig wird die gesamte Bohreinrichtung1 über den nicht dargestellten Lafettenantrieb auf der Lafette8 in das Haufwerk2 verfahren. Das von der Bohrkrone5 gelöste Bohrklein wird über den Schneckengewindegang12 des Bohrgestänges4 von dem führenden Ende15 des Standrohrs6 zu dem nacheilenden Ende16 des Standrohres6 transportiert. - Wie dies insbesondere der
4 zu entnehmen ist, ist an dem nacheilenden Ende16 des Standrohres6 ein Schurrenblech17 angeordnet, über welches das Bohrklein in die Auffangrinne13 gelangt. Das Schurrenblech17 ist fest mit dem nacheilenden Ende16 des Standrohres6 verbunden und beschreibt mit dem Standrohr6 zunächst eine Vorschubbewegung relativ zu der ortsfest angeordneten Auffangrinne13 . Wie eingangs bereits erwähnt, ist die Auffangrinne13 als Probenteiler ausgebildet, d. h. diese hat einen definierten Querschnitt, der so bemessen ist, dass die Auffangrinne13 einen Volumenstrom an Bohrklein aufnehmen kann, der insgesamt dem geringsten zu erwartenden Volumenstrom entspricht. - Da die Bohreinrichtung
1 gemäß der Erfindung zum Bohren in lockerem Haufwerk Anwendung findet, und die Schüttdichte des Haufwerks naturgemäß inhomogen ist, ergibt sich daraus, dass mit unterschiedlicher Dichte des Haufwerks über den Bohrfortschritt der Bohreinrichtung1 zeitlich schwankende Volumenströme an Bohrklein anfallen. Diejenige Menge an Bohrklein, die das Fassungsvermögen der Auffangrinne13 übersteigt, wird nicht in der Auffangrinne gehalten, sondern fällt sozusagen daneben und wird somit verworfen. - Bei der Vorschubbewegung der Bohreinrichtung
1 wird zunächst die Auffangrinne13 der Länge nach mit Bohrklein befüllt, und zwar mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, da zunächst während des Vorschubs der Bohreinrichtung1 das Bohrklein vom führenden Ende15 des Standrohrs6 zum nacheilenden Ende16 des Standrohrs6 transportiert werden muss. Bei einem Lafettenvorschub von etwa 2,70 m wird Bohrklein erfahrungsgemäß erst nach etwa 20 cm Vorschubweg ausgetragen. Bei vollständigem Vorschub sind demnach etwa 2,50 m der Länge der Auffangrinne13 , deren Länge zweckmäßigerweise dem Lafettenvorschubweg entspricht, mit Bohrklein befüllt. Konstruktionsbedingt ist danach ein Anhalten der Bohreinrichtung1 und des Antriebs3 erforderlich. Die Auffangrinne13 wird sodann entleert. Anschließend wird die Lafette8 mittels der Kolben-Zylinderanordnung nachgesetzt, d. h. der Bohrstrang verbleibt im Haufwerk, der Bagger7 bleibt stehen und die Kolben-Zylinderanordnung schiebt die Lafette8 nach vorne, was einen Rückschub der Bohreinrichtung1 bewirkt. Danach wird mit Lafettenvorschub weiter gebohrt, am Ende des Lafettenvorschubs wird die Auffangrinne13 nochmals entleert. Sodann erfolgt ein Nachsetzen des Baggers7 , d. h. der Bohrstrang verbleibt im Haufwerk2 , die Kolben-Zylinderanordnung9 bleibt unbetätigt. Mit gleichzeitigem Vorfahren des Baggers7 wird die Bohreinrichtung1 auf der Lafette zurückgesetzt. Es wird wiederum mit Lafettenvorschub gebohrt. Am Ende der Vorschubbewegung wird die Auffangrinne13 entleert. Sodann wird das Bohrgestänge4 unter gleichzeitiger Betätigung der Kolben-Zylinderanordnung9 und mit laufendem Antrieb3 herausgezogen, wodurch das noch im Standrohr6 verbliebene Bohrklein rückwärts auf der Auffangrinne13 aufgehäuft wird. - Wie den
5 und6 zu entnehmen ist, ist die Bohrkrone5 mit einem mittig angeordneten Zentriermesser18 versehen. -
- 1
- Bohreinrichtung
- 2
- Haufwerk
- 3
- Antrieb
- 4
- Bohrgestänge
- 5
- Bohrkrone
- 6
- Standrohr
- 7
- Bagger
- 8
- Lafette
- 9
- Kolben-Zylinderanordnung
- 10
- Aufnahme
- 11
- Ausleger
- 12
- Schneckengewindegang
- 13
- Auffangrinne
- 14
- Schälmesser
- 15
- führendes Ende des Standrohrs
- 16
- nacheilendes Ende des Standrohrs
- 17
- Schurrenblech
- 18
- Zentriermesser oder Zentrierdorn
Claims (17)
- Verfahren zur Probenahme in einem Haufwerk, umfassend die Schritte Einbringen einer Bohrung in das Haufwerk, Ausbringen und Auffangen des bei der Bohrung anfallenden Bohrkleins sowie Teilen des Volumenstroms des anfallenden Bohrkleins zu einer für die gesamte Länge der erbrachten Bohrung repräsentativen Probe.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Bohrung ausgetragene Bohrklein entsprechend dem Bohrfortschritt bei der Bohrung der Länge nach hintereinander aufgeschüttet auf eine Probenteilereinrichtung aufgebracht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Probenteilung erhaltene Probenmenge wenigstens entsprechend dem kleinsten zu erwartenden Volumenaustrag an Bohrklein bemessen ist.
- Einrichtung zur Probenahme in einem Haufwerk (
2 ), umfassend wenigstens eine Bohreinrichtung (1 ) mit wenigstens einem Antrieb (3 ) mit wenigstens einem mittels des Antriebs (3 ) drehbaren Bohrgestänge (4 ), wenigstens einer an dem Bohrgestänge (4 ) angeschlagenen Bohrkrone (5 ) und Mittel zum Vorschub der Bohreinrichtung (1 ) in das zu beprobende Raufwerk (2 ), wobei das Bohrgestänge (4 ) wenigstens ein bezogen auf dieses drehfest angeordnetes Standrohr (6 ) durchsetzt und zum Transport des Bohrkleins in dem Standrohr (6 ) ausgebildet ist. - Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrkrone (
5 ) so ausgebildet ist, dass diese einen Freischnitt zum Vorschub des Standrohrs (6 ) in das zu beprobende Raufwerk (2 ) erzeugt. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Auffangeinrichtung für das aus dem Standrohr (
6 ) austretende Bohrklein. - Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangeinrichtung als sich im Wesentlichen unterhalb der Bohreinrichtung (
1 ) erstreckende, offene Auffangrinne (13 ) ausgebildet ist. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangeinrichtung bzgl. der Bohreinrichtung (
1 ) ortsfest angeordnet ist, so dass bei Vorschub und Rückschub der Bohreinrichtung (1 ) eine Relativbewegung zwischen der Bohreinrichtung (1 ) und der unterhalb dieser angeordneten Auffangeinrichtung stattfindet. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangeinrichtung als Probenteiler ausgebildet ist.
- Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Auffangeinrichtung auf den kleinsten zu erwartenden Volumenstrom an Bohrklein ausgelegt ist.
- Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vorschub der Bohreinrichtung (
1 ) wenigstens eine Lafette (8 ) vorgesehen ist, auf welcher die Bohreinrichtung (1 ) verfahrbar geführt ist. - Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangeinrichtung sich wenigstens über eine Länge erstreckt, die einer Lafettenvorschublänge entspricht.
- Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin Mittel zum Vorschub der Lafette (
8 ) vorgesehen sind. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgestänge (
4 ) als Transportschnecke ausgebildet ist. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrkrone (
5 ) wenigstens zwei Schälmesser (14 ) umfasst, die sich etwa rechtwinklig zur Längsachse des Bohrgestänges (4 ) erstrecken. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrkrone (
5 ) einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser des Standrohres (6 ) ist. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrkrone (
5 ) ein Zentriermesser (18 ) oder einen Zentrierdorn aufweist, der sich in Längsrichtung des Bohrgestänges (4 ) erstreckt.
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