DE19615624A1 - Impulssprengverfahren mittels Flüssigkeiten oder Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Impulssprengverfahren mittels Flüssigkeiten oder Gasen zum umweltschonenden, erschütterungs- und lärmfreien Zerstören von Festkörpern, vorzugs­ weise Gestein, Mineral, armierten und nicht armierten Beton oder Mauerwerk sowie zum gezielten Herauslösen von Blöcken aus einer großen Festkörpermasse oder einem Verband auf geometrisch vorgegebenen Trennflächen gemäß den Merkmalen im Obergriff des Patentanspruches 1.

Zum Zerstören von Festkörpern, vorzugsweise Gestein, Mineral, Beton oder Mauerwerk bzw. zum gezielten Herauslösen von Blöcken aus großen Festkörpermassen oder Verbänden wird gegenwärtig zum überwiegenden Teil das Sprengverfahren angewandt, bei dem schädliche Gase entstehen und zusätzliche Umweltbelästigungen durch Erschütterungen und Lärm erfolgen. Außerdem sind beim Sprengverfahren aus sicherheitstechnischen Gründen mehr oder weniger große Bereiche um den Anwendungsort herum abzusperren, wodurch eine zum Teil ganz erhebliche Beeinträchtigung der normalen Abläufe, beispielsweise des Verkehrs oder der Arbeiten in gewerblichen Betrieben, erfolgt. Mit wachsendem Umweltbewußtsein und der Verschärfung entsprechender gesetzlicher Vorgaben bzw. Rahmenbedingungen wird die Anwendung des Sprengverfahrens in oder in der Nähe von Wohngebieten und Gewerbe­ betrieben immer schwieriger, dadurch kostenaufwendiger und in zunehmendem Maße eingeschränkt.

Zum Zerstören von Festkörpern bzw. zum Herauslösen von Blöcken aus größeren Verbänden werden auch spanende Verfahren, wie das Lösen mit speziell zu diesem Zweck entwickelten Gewinnungswerkzeugen, oder quetschende Verfahren mittels Rollen- oder Diskenmeißeln sowie in Beton und Mauerwerk das Sägen oder Bohren angewandt. Alle diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie einen sehr hohen spezifischen Energieaufwand erfordern und zu ganz erheblichem Verschleiß der Werkzeuge führen, weil die eingespeiste Energie mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad von den Werkzeugspitzen auf das zu zerstörende oder zu lösende Material übertragen wird. Daher sind die Löseverfahren mit spanend oder quetschend arbeitenden Werkzeugen wesentlich kostenaufwendiger als das Sprengen und bei weitem nicht so leistungsfähig, was die zerstörte bzw. gelöste Menge Material je Zeiteinheit anbetrifft.

Bei den spanend und quetschend arbeitenden Verfahren wird das zu zerstörende bzw. zu lösende Material beim Eindringen der Werkzeuge zunächst auf Druck und später auf Biegung oder Scherung beansprucht. Die Druckfestigkeit bei Gestein, Mineral, Beton und Mauerwerk ist allerdings um den Faktor 20 bis 200 höher als die Zugfestigkeit. Beim Sprengen erfolgt die Zerstörung der Festkörper bzw. das Herauslösen von Blöcken über einen dynamischen plötzlichen Aufbau von Zugspannungen, die auf einem wesentlich geringeren Niveau zur Rißbildung führen. Ein neues zu entwickelndes Verfahren, das die sich aus den vorgeschilderten Zusammenhängen ergebende Bedarfslücke schließt, sollte daher Gestein, Mineral, Beton oder Mauerwerk - ähnlich wie das Sprengverfahren - in möglichst weitgehendem Maße über die zerstörungsfördernden Zugbelastungen zerkleinern.

In Verfolgung dieser Gedankengänge wurden daher bereits vor etlichen Jahrzehnten Verfahren vorgeschlagen und zum Einsatz gebracht, bei denen - ähnlich wie beim Sprengen - Bohrlöcher in einer bestimmten geometrischen Anordnung zueinander hergestellt und in diese Bohrlöcher keilförmige oder zylinderförmige Sonden eingeführt werden. Bei den keilförmigen Sonden handelt es sich um Systeme, die aus zwei oder drei spitzen aneinanderliegenden, in ihrem Querschnitt weitgehend der Bohrlochkontur angepaßten Keilen bestehen, welche durch einen außerhalb des Bohrlochs angeordneten Hydraulikzylinder axial gegeneinander verschoben werden können, wodurch hohe radiale Kräfte auf die Bohrlochwandung ausgeübt werden. Die zylindrischen Sonden, die nur bei größeren Bohrlochdurchmessern zum Einsatz kommen können, bestehen aus zylinderförmigen Körpern, in denen quer zur Achse hydraulisch ausfahrbare Kolben angeordnet sind. Durch das Ausfahren dieser Kolben wird der die Sonden umgebende Festkörperverband hohen Zugbelastungen ausgesetzt, die schließlich zur Rißbildung und Zerstörung führen. Die Verfahren sind zwar umweltschonend, erschütterungs- und lärmfrei, sie verfügen jedoch nur über eine außerordentliche geringe Leistungsfähigkeit, was die gelösten Mengen je Zeiteinheit anbetrifft, und sind zudem sehr kostenaufwendig, so daß sie lediglich in Sonderfällen angewandt werden und die beste­ hende Bedarfslücke nicht ausfüllen können. Zur Zerstörung von stahlarmierten Beton sind diese Verfahren nur in sehr begrenztem Maße anwendbar.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 die Aufgabe gestellt, ein erschütterungs- und lärmfreies Impulssprengverfahren zu entwickeln, bei dem das Entstehen schädlicher Gase oder Schwaden vermieden wird. Das Verfahren soll zum Lösen von in situ anstehendem Gestein oder Mineral aus dem Lagerstättenverband, zum Zerkleinern von Gesteins- oder Mineralbrocken, zum Zerstören von Bauwerken aus Beton oder Mauerwerk und zum gezielten schonenden Herauslösen von Blöcken aus Gesteins- oder Minerallagerstätten dienen, wobei zunächst Bohrlöcher hergestellt und anschließend unter Verwendung von Flüssigkeiten oder Gasen als Druckmedien Impulsschläge in diesen Bohrlöchern zur Wirkung gebracht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen. Danach werden in dem zu gewinnenden in situ anstehenden Gestein oder Mineral, in den zu zerstörenden Bauwerken aus Beton oder Mauerwerk und an den zu erzeugenden Trennflächen von Blöcken, die aus dem Lagerstättenverband herausgelöst werden sollen, zunächst Bohrlöcher hergestellt, die mit Dichteinrichtungen verschlossen und mit druckloser Flüssigkeit oder drucklosem Gas gefüllt werden. Über diese Dichteinrichtungen durchstoßende Druckzuführungsleitungen werden ein oder mehrere aufeinander folgende Impulsschläge hoher Energiedichte in die Bohrlöcher eingeleitet.

Im Gegensatz zu anderen Verfahren der hydraulischen Gesteinsbearbeitung, bei denen die Zerstörungs- bzw. Lösearbeit durch Abbremsung einer Wassermasse und Umwandlung der kinetischen Energie dieser Masse in Druckenergie erfolgt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der umgekehrte Weg beschritten, indem in der Flüssigkeit oder in dem als Arbeitsmedium verwendeten Gas erzeugte bzw. gespeicherte Druckenergie in kinetische Bewegungsenergie umgewandelt wird.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens können an den Bohrlochwandungen einer oder mehrere achsparallele Bohrlochschlitze hergestellt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die seitlich an den Bohrlochwandungen angebrachten Schlitze mittels Höchstdruckwasserstrahlen hergestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und den dazugehörigen technischen Einrichtungen wird die benötigte Energie vorzugsweise jedoch nicht ausschließlich über Pumpen oder Kompressoren in das System eingebracht, in Energie-Akkumulatoren oder Druckkesseln gespeichert und durch das Brechen von Berstscheiben bzw. das schnelle Öffnen von Ventilen in Impulsschläge umgewandelt, die über Druckzuführungsleitungen in die Bohrlöcher eingeleitet werden. In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens können mehrere Bohrlöcher über mehrere Druckzuführungs­ leitungen mit einer Berstscheibe bzw. einem Ventil verbunden werden, wobei Formgebungen mit geringen Strömungswiderständen gewählt werden. Die Klemm- und Dichteinrichtungen an den freien Enden der Bohrlöcher bestehen aus Elastomeren vorzugsweise aus Gummi; sie können durch außerhalb des Bohrloches angeordnete Spannmuttern oder durch Manipulatoren, welche durch Hydraulikzylinder bewegt werden, angedrückt und zur Dichtwirkung gebracht werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist der lichte Durchmesser der Druckzuführungsleitung nur geringfügig kleiner als der Durchmesser des Bohrloches, um die Impulsschläge möglichst ungeschwächt zur Wirkung bringen zu können. Dabei können die Impulsschläge nicht nur durch Berstscheiben, sondern auch durch Druckbegrenzungsventile und gesteuerte Ventile ausgelöst werden, die sehr schnell öffnen und einen großen Strömungsquerschnitt freigeben.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die Energie für mehrere Impulsschläge, die in mehreren Bohrlöchern gleichzeitig oder nach einem vorgegebenen zeitlichen Ablauf erfolgen, durch nur eine Höchstdruckpumpe erzeugt, in nur einem Energie-Akkumulator gespeichert und über Verbindungsleitungen und Druckzuführungsleitungen in die Bohrlöcher weitergeleitet wird. Dabei kann in einer besonderen Ausführungsform das Auslösen der Impulsschläge in den einzelnen Druckzuführungsleitungen durch Berstscheiben mit geringfügig unterschiedlichem Platzdruck und Drosselrückschlagventile erfolgen. Zwischen den Berstscheiben und den Drosselrückschlagventilen werden in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens Energie-Akkumulatoren angeordnet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung geht davon aus, daß das Platzen der Berstscheiben durch Druckübersetzer ausgelöst wird, die über einen Servokreislauf und 3/3-Wegeventile beaufschlagt werden. Weiterhin können die Impulsschläge für mehrere einander zugeordnete Bohrlöcher durch schnell öffnende ansteuerbare Ventile ausgelöst werden, die einzeln über einen Servokreislauf und Steuergeräte betätigt werden.

In einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Einrichtung kann auf die Höchstdruckpumpe verzichtet werden, indem zwei in einem Gehäuse miteinander verbundene Druckübersetzer den Impulsschlag auslösen, von denen der erste mit einem Ölhydraulikkreislauf verbunden ist, und sich zwischen den beiden Druckübersetzern ein Gasvolumen als Energiespeicher befindet.

Weiterhin kann erfindungsgemaß Kraftstoff, Brennstoff, Explosivstoff oder Gas zur Erzeugung des Impulsschlages mit oder ohne Einschaltung von Berstscheiben benutzt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung wird der Explosivstoff in einer Kartusche mit Zündhütchen angeordnet, die zum Zwecke der Erzeugung des Impulsschlages leicht auswechselbar in einen Kartuschenlager eingelegt werden kann. Dabei besteht die Möglichkeit die Zündung elektrisch oder durch einen Schlagbolzen vorzunehmen.

Das erfindungsgemäße Impulssprengverfahren mittels Flüssigkeiten oder Gasen zum Zerstören von Gestein, Mineral, Beton oder Mauerwerk bzw. zum gezielten Herauslösen von Blöcken aus größeren Verbänden der vorerwähnten Stoffe läßt sich überall dort vorteilhaft einsetzen, wo das Sprengverfahren wegen seiner Umweltbelastung durch die Sprenggase, wegen der beim Sprengen auftretenden Erschütterungen, wegen der Lärmbelästigung oder aus Sicherheitsgründen nicht oder nur in sehr eingeschränktem Maße und mit zusätzlichen kostenaufwendigen behördlichen Auflagen eingesetzt werden kann. Dies gilt einmal für Steinbruch- oder Mine­ ralgewinnungsbetriebe in der Nähe von Wohngebieten oder gewerblichen Einrichtungen und zum anderen auch für die Zerstörung bzw. den Abbruch von Bauwerken aus Beton oder Mauerwerk in ähnlichen Lagen. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren mit dazugehöriger maschineller Einrichtung in ganz besonders vorteilhafter Weise beim Herauslösen von Gesteins- oder Mineralblöcken aus dem Verband der Lagerstätte zur sog. Werksteingewinnung eingesetzt werden. In diesen Lösevorgang müssen je nach Zusammensetzung und Festigkeit des Gesteins oder Minerals ganz erhebliche Kräfte und Energien eingebracht werden, wobei jedoch der abzutrennende Block wegen der späte­ ren Weiterverarbeitung außerordentlich schonend behandelt werden muß, damit keine Risse entstehen, die eine Weiterverarbeitung einschränken oder gar unmöglich machen würden. Das Verfahren eignet sich auch hervorragend zur Zerstörung von stahlarmiertem Beton, weil die sich durch den Impuls beim Brechen der Berstscheibe ergebenden Schläge, Druckstöße und Stoßwellen zu einer räumlich sehr begrenzten dynamischen Beanspruchung mit extrem hoher Energiedichte führen. Die sich daraus ergebende, ebenfalls extrem hohe Beschleunigung der Festkörperteile an der entsprechenden Trennfläche führt zum Zerreißen der Stahlarmierungsstäbe. Bei Verwendung von Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, zum Impulssprengen ist die Energieumwandlung wegen der geringen Kompressibilität bereits nach sehr kurzen Trennwegen abgeschlossen, was sich in hohem Maße lärm- und erschütterungsmindernd auswirkt. Stellt man an der Bohrlochwandung einen oder mehrere Schlitze in einer dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechenden Anordnung her, so wird zum einen die wirksame Fläche und damit die Wirksamkeit des gesamten Verfahrens ganz erheblich vergrößert, zum anderen die Rißausbreitungsrichtung vorgegeben, was insbesondere beim Lösen von Blöcken zur Werksteingewinnung aus dem Lagerstättenverband und bei der Zerstörung von armiertem Beton große Vorteile mit sich bringt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh­ rungsvorschlägen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Impulssprengeinrichtung mittels Druckflüssigkeit einschließlich der Druckerzeugungsanlage und der hydraulischen Energie-Akkumulatoren;

Fig. 2 den schematischen Aufbau einer hydraulischen Impulssprengeinrichtung für die gleichzeitige Beaufschlagung von drei Bohrlöchern über eine Berstscheibe;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für die dichtende und klemmende Verbindung zwischen der Zufuhrleitung des Druckmittels und der Bohrlochwandung am freien Bohrlochende;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die dichtende und klemmende Verbindung zwischen der Zufuhrleitung des Druckmittels und der Bohrlochwandung, die mittels eines Manipulators angedrückt wird;

Fig. 5 verschiedene Anordnungen von seitlichen Schlitzen an der Bohrlochwandung zur Erhöhung der wirksamen Flächen;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung der seitlichen Bohrlochschlitze mittels Höchstdruckwasserstrahlen;

Fig. 7 eine schematische Darstellung für die Impulsauslösung mittels Druckbegren­ zungsventil;

Fig. 8 eine schematische Darstellung für die Impulsauslösung mittels angesteuertem Ventil;

Fig. 9 eine hydraulische Folgeschaltung mittels entgegen der Strömungsrichtung eingebauter Drossel-Rückschlagventile;

Fig. 10 eine hydraulische Folgeschaltung zur zeitlichen Aneinanderreihung der Impulsschläge für mehrere Bohrlöcher;

Fig. 11 eine weitere hydraulische Folgeschaltung mit sequentieller Impulsauslösung;

Fig. 12 eine Ausführungsvariante unter Benutzung eines Druckübersetzers an Stelle der Hydraulikpumpe;

Fig. 13 eine schematische Darstellung für eine Verfahrensvariante, bei der Kraft­ bzw. Explosivstoff mittelbar über einen Kolben zur Erzeugung des Hydraulikimpulses benutzt wird;

Fig. 14 eine schematische Verfahrensvariante, bei der Kraft- bzw. Explosivstoff unmittelbar zur Erzeugung des Hydraulikimpulses benutzt wird;

Fig. 15 eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante, bei der auf Druckspeicher verzichtet werden kann weil die Energie für den Impulsschlag durch eine mit Explosivstoff gefüllte Kartusche erzeugt wird;

Fig. 16 eine schematische Darstellung einer Verfahrensvariante für die Verwendung von Gas als Druckmedium;

Fig. 17 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Block- bzw. Werksteingewinnung.

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Anwen­ dung des erfindungsgemäßen Impulssprengverfahrens und der dazugehörigen technischen Einrichtung, bei welcher in dem Gestein, Mineral, Beton oder Mauerwerk (1) ein Bohrloch (2) hergestellt worden ist. Über eine Klemm- und Dichteinrichtung (3), für die in Fig. 3 und 4 Ausführungsbeispiele dargestellt werden, ist die Druckzuführungsleitung (4) im Bohrloch (2) in der Nähe des freien Bohrlochendes (5) dichtend verspannt. Das Bauteil (6) enthält eine leicht auswechselbare Berstscheibe (6a). Diese Berstscheibe (6a) wird durch einen speziellen konischen Haltering (6d), der in Fig. 1 nicht erkennbar ist, dichtend in dem aus den Verschraubungskomponenten (6e und 6f) bestehenden Bauteil (6) fixiert. Über die Verbindungsleitung (7) ist das die Berstscheibe (6a) enthaltende Bauteil (6) hydraulisch mit einem hydraulischen Energie- Akkumulator (8), vorzugsweise einem Kolben- oder Blasenspeicher (8) sowie mit einer Hoch- oder Höchstdruckpumpe (9) verbunden, welcher die Flüssigkeit aus dem Tank (10) zugeführt wird.

Verfahren und Einrichtung arbeiten nach dem sog. offenen System, d. h. die verbrauchte Druckflüssigkeit wird nicht in den Tank zurückgeführt. Zur Durchführung des hydrauli­ schen Impulssprengverfahrens werden das Bohrloch (2) und die Druckzuführungsleitung (4) bis hin zur Berstscheibe (6a) mit Druckflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gefüllt (vgl. Fig. 3). Hierbei verhindert die Klemm- und Dichteinrichtung (3), daß Druckflüssigkeit aus dem Bohrloch austreten kann. Anschließend wird über die Höchstdruckpumpe (9) der Druck in der Verbindungsleitung (7) und im hydraulischen Energie-Akkumulator (8) bis zu dem Punkt erhöht, an dem die Berstscheibe (6a) platzt. Durch geeignete Gestaltung und Werkstoffauswahl der Berstscheibe (6a) kann der für den jeweiligen Anwendungsfall erforderliche Höchstdruck eingestellt werden. Auch der hydraulische Energie-Akkumulator (8) wird danach bemessen, welche Energie für die Durchführung des Verfahrens bei der jeweiligen Anwendung benötigt wird, vorzugsweise danach, ob das hydraulische Impulssprengen in einem oder in mehreren Bohrlöchern gleichzeitig erfolgt.

Mit dem Platzen der Berstscheibe (6a) wird auf die in der Druckzuführungsleitung (4) und im Bohrloch (2) anstehende Flüssigkeit ein Impulsschlag ausgeübt, der zu einer außerordentlich hohen dynamischen Beanspruchung des das Bohrloch umgebenden Gesteins, Minerals, Betons oder Mauerwerks führt und der über Zugbelastungen ein Reißen bzw. eine Zerstörung bewirkt. Je nach Platzdruck der Berstscheibe (6a), Bohrlochgeometrie und Speicherkapazität können dabei auch Stoßwellen in der Druckflüssigkeit auftreten, durch welche die Zerstörungswirkung nochmals ganz erheblich erhöht wird.

Unmittelbar nach dem Entstehen der Risse im zu zerstörenden Material bricht der Druck im System zusammen, wobei die Druckflüssigkeit über die Rißöffnungen abfließt. Im Gegensatz zum Sprengen tritt keine weitere Expansion und damit verbundene Beschleunigung der durch den Impulsschlag voneinander getrennten Teile auf. Hierdurch werden Erschütterungen und Lärm vermieden und Absperrungen - von Sonderfällen abgesehen - überflüssig.

Auf Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei der das Impulssprengen gleichzeitig in drei Bohrlöchern (2a, 2b und 2c) erfolgt, die über ebenfalls drei Druckzuführungsleitungen (4a, 4b und 4c) mit in diesem Falle nur einer Berstscheibe (6a) verbunden sind. Je nach Anwendungsfall können auch noch mehr Bohrlöcher mit einer Berstscheibe verbunden werden. Es ist aber auch möglich, gemäß Fig. 1, jedem Bohrloch eine eigene Berstscheibe (6a) zuzuordnen. Weiterhin ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen System gemäß Fig. 9 bis 11 durch Druckdiffe­ renzen oder gesteuerte Ventile ein in zeitlicher Abfolge vorgegebenes, nacheinander er­ folgendes Platzen der Berstscheiben (6a) zu erreichen. Das kann insbesondere beim Be­ tonsprengen und bei der Block- bzw. Werksteingewinnung zu ganz erheblichen betrieblichen Vorteilen führen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist ein Anwendungsfall dargestellt, bei dem die drei Bohrlöcher (2a, 2b und 2c) in einer Ebene liegen und mit relativ kurzen, ebenfalls in dieser Ebene liegenden seitlichen Bohrlochschlitzen (11a, 11b, 11c) versehen sind, die zwar zur Vergrößerung der aktiven Bohrlochfläche noch nicht viel beitragen, die jedoch infolge ihrer geometrischen Anordnung die Rißausbreitungsrichtung vorgeben und als Kerben eine zusätzliche Schwachstelle im zu zerstörenden Festkörper bilden. Die seitlichen Bohrlochschlitze (11a bis 11c) können sowohl mit mechanisch wirkenden spanenden Werkzeugen als auch mittels Höchstdruckwasserstrahlen hergestellt werden. Die letztgenannte Ausführungsvariante wird in Fig. 5 und Fig. 6 beschrieben.

Unabhängig davon, ob die Bohrlochschlitze (11a bis 11c) breiter oder weniger breit sind, muß an den Stellen (12a bis 12c) ein hinreichender Sicherheitsabstand zwischen den Schlitzen und den Klemm- und Dichteinrichtungen (3a bis 3c) vorhanden sein. Die Druckzuführungsleitungen (4a, 4b und 4c) werden kurz vor dem die Berstscheibe enthaltenden Bauteil (6) in einer solchen Weise zusammengeführt, daß die Abwinkelungen so gering wie möglich sind und dadurch der Energieverlust im Bereich der Auffächerung bei der Fortleitung des Impulsschlages bzw. der Stoßwellen relativ klein bleibt. Das Bauteil (6), in welchem die Berstscheibe (6a) angeordnet ist, entspricht vom prinzipiellen Aufbau her gesehen der Anordnung gemäß Figur I. Die Höchstdruckpumpe (9) und der hydraulische Energie-Akkumulator (8) sind auf Fig. 2 nicht dargestellt.

Fig. 3 gibt aus der Vielzahl der Möglichkeiten ein Ausführungsbeispiel für die Klemm- und Dichteinrichtung (3) wieder. Über diese Vorrichtung wird die Druckzuführungsleitung (4) in der Nähe des freien Bohrlochendes (5) im Bohrloch (2) justiert und verspannt sowie der Bohrlochraum (2) gegenüber der Umgebung abgedichtet. Die Klemm- und Dichteinrichtung kann in einer besonders vorteilhaften Alternativlösung auch so ausgeführt sein, daß sie die Berstscheibe enthält. Ein aus einem Elastomer, vorzugsweise Gummi, bestehender Dichtring (13) wird auf der einen Seite durch den auf der Druckzuführungsleitung (4) befestigten Ring (14) abgestützt und auf der anderen Seite durch die verschiebbare Hülse (15) mit einer Kraft beaufschlagt, die ihn an die Wandung des Bohrloches (2) drückt. Die Justierung der Druckzufüh­ rungsleitung (4) im Bohrloch (2) erfolgt durch den Ring (14) und die dem Dichtring (13) zugewandte Seite der verschiebbaren Hülse (15). Die Funktionen Dichten und haftendes Verspannen übernimmt der durch die Hülse (15) zusammengepreßte Dichtring (13). Die Axialkraft zur Verschiebung der Hülse (15) wird durch die Spannmutter (16) erzeugt, die sich auf der ebenfalls an der Druckzuführungsleitung (4) befestigten Gewindehülse (17) abstützt. Zur Befüllung des Bohrloches (2) und der Druckzuführungsleitung (4) mit Wasser dienen die Fülleitung (18) und das Absperrventil (19). Die Fülleitung (18) hat gegenüber der Druckzuführungsleitung (4) einen außerordentlich geringen Durchmesser und ist an der Stelle (20) spitzwinklig an­ gebracht, um beim Brechen der Berstscheibe (6a) zu vermeiden, daß der hydraulische Impulsschlag bzw. die Stoßwellen eine Rückwirkung auf die Fülleitung (18) und das Absperrventil (19) haben.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für die klemmende und dichtende Verbindung zwischen der Druckzuführungsleitung (4) und der Bohrlochwandung ist auf Fig. 4 dargestellt. Hier wird ein ebenfalls aus einem Elastomer, vorzugsweise Gummi, bestehender Dichtring (21) gegen die Oberfläche des zu zerstörenden Gesteins, Minerals, Betons oder Mauerwerks (1) gedrückt. Der Dichtring (21) ist in einer flanschartigen Erweiterung (22) der Druckzuführungsleitung (4) angeordnet. Diese Ausführungsform hat den außerordentlichen verfahrenstechnischen Vorteil, daß der Durchmesser der Druckzuführungsleitung (4) nur geringfügig kleiner zu sein braucht als der Durchmesser des Bohrloches (2), so daß der Impulsschlag verlustarm von der Druckzuführungsleitung (4) in das Bohrloch (2) weitergeleitet wird. Die Druckzuführungsleitung (4) und die flanschartige Erweiterung (22) mit dem Dichtring (21) werden über einen durch Hydraulikzylinder (23a und 23b) aktivierten Manipulator (24) an die Oberfläche des zu zerstörenden Körpers gedrückt. Hierdurch wird eine wirtschaftlich sehr vorteilhafte Mechanisierung der Vorbereitungsarbeiten für das hy­ draulische Impulssprengen erreicht.

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Auswahl verschiedener möglicher Anordnungen von seitlichen Schlitzen an der Wandung des Bohrloches (2), die zunächst den Vorteil haben, die wirksame Fläche beim Impulssprengen zu erhöhen und die Rißentstehung durch Kerbwirkung ganz erheblich zu verstärken. Darüber hinaus wird durch die seitlichen Schlitze die Rißausbreitungsrichtung vorgegeben, so daß beim Zusammenwirken mehrerer Bohrlöcher mit seitlichem Schlitzen eine gute und glatte Ausbildung der Trennflächen erreicht werden kann. Die Schlitze (25) sind mit mechanischen Werkzeugen hergestellt worden.

Bei Verwendung von Höchstdruckwasserstrahlen lassen sich gemäß der in Fig. 6 be­ schriebenen Verfahrenstechnik Schlitze (26) herstellen, deren wirksame Fläche zehnmal so groß ist wie die wirksame Fläche des Bohrloches (2). Für bestimmte Anwendungszwecke, beispielsweise bei der Block- oder Werksteingewinnung (vgl. Fig. 7) oder beim gezielten Zerstören von armiertem Beton oder Mauerwerk, können die seitlichen Schlitze (27) in einer dem jeweiligen Verfahren entsprechenden Weise angeordnet und den Spitzen der nicht dargestellten Nachbarbohrlöcher zugeordnet werden. Will man anstehendes Gestein oder Mineral, Beton oder Mauerwerk lediglich zerstören, so können die Schlitze (28) strahlenförmig um ein Bohrloch (2) herum angeordnet werden.

Aus Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung der seitlichen Bohrlochschlitze mittels Höchstdruckwasserstrahlen ersichtlich. In das Bohrloch (2) wird zur Herstellung des Schlitzes (26) eine Kerblanze (29) eingeführt, die über eine Leitung (30) mit einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe verbunden ist und die an ihrem freien Ende eine nicht erkennbare seitlich angeordnete Düse extrem kleinen Durchmessers trägt, durch die der Höchstdruckwasserstrahl (29a) austritt. Durch ein- oder mehrfaches axiales Hin- und Herbewegen der Kerblanze (29) wird der seitliche Schlitz (26) erzeugt. Zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Schlitze können bei entsprechender Leistungsfähigkeit der Hochdruckpumpe an der Kerblanze (29) auch mehrere Düsen angeordnet werden.

Fig. 7 zeigt ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ein­ richtung für das hydraulische Impulssprengen, bei dem die Impulsauslösung durch ein speziell für derartige Zwecke konzipiertes Druckbegrenzungsventil (31) erfolgt.

Entsprechend den beim Strebausbau des untertägigen Steinkohlenbergbaus in Druckbereichen bis 500 bar bereits bewährten Gebirgsschlagventilen ist das Druckbegrenzungsventil (31) so aufgebaut, daß nach dem Öffnen in extrem kurzer Zeit ein sehr großer Durchflußquerschnitt freigegeben wird, damit die im Energie- Akkumulator (8) gespeicherte Energie schlagartig frei werden und über die Druckzuführungsleitung (4) in das Bohrloch (2) geleitet werden kann. Diese Arbeitsweise des Druckbegrenzungsventils (31) wird dadurch erreicht, daß über eine Drossel (31a) Druck in dem kleinen Raum (31b) auf der Rückseite des Ventilkörpers (31c) aufgebaut wird, der einen Ventilsitz (31d) mit großem Öffnungsquerschnitt verschließt. Steigt der Druck bis zum gewünschten Öffnungsdruck an, so öffnen die Vorsteuerventile (31e) und lassen den Gegendruck im Druckraum (31b) sehr schnell zusammenbrechen. Dadurch wird der Ventilkörper (31c) außerordentlich schnell beschleunigt und am Ventilsitz (31d) kurzzeitig ein großer Durchströmungsquerschnitt freigegeben. Der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils (31) wird - ähnlich wie der Berstdruck der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Berstscheibe (6a) - entsprechend den verfahrenstechnischen Anforderungen festgelegt. Beim gleichzeitigen oder kurz hintereinander erfolgenden Impulssprengen in mehreren Bohrlöchern können die Öffnungsdrücke der jeweiligen Druckbegrenzungsventile (31) leicht unterschiedlich gestaffelt aufeinander abgestimmt werden. Dann müssen allerdings zusätzliche Sperrventile eingebaut werden.

Das ebenfalls sehr vorteilhafte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 zeigt ein angesteuertes Hydraulikventil, durch welches die hydraulischen Impulsschläge ausgelöst werden. Insbesondere dann, wenn die hydraulischen Impulsschläge in einer ganzen Reihe von Bohrlöchern gleichzeitig oder in einer genau vorgegebenen zeitlichen Abfolge erfolgen sollen, können derartig angesteuerte Ventile parallel geschaltet und mit Erfolg eingesetzt werden. Über die Verbindungsleitung (7) ist das Ventil mit dem nicht dargestellten Energie-Akkumulator (8) und der ebenfalls nicht dargestellten Höchstdruckpumpe (9) (vgl. Fig. 1) verbunden, während die Druckzuführungsleitung (4) in das ebenfalls nicht dargestellte Bohrloch (2) führt (vgl. Fig. 1). Der Ventilkörper (32) wird vor dem Druckaufbau in der Verbindungsleitung (7) durch die in Kraft und Federkennlinie genau auf die Arbeitsweise des angesteuerten Ventils abgestimmte Feder (33) auf den Ventilsitz (34) gedrückt. Bei Aufbau des Druckes in der Verbindungsleitung (7) erhöht sich die Andruckkraft zwischen dem Ventilkörper (32) und dem Ventilsitz (34) in einer solchen Weise, daß auch bei höchsten Drücken die Dichtheit des Ventils gewährleistet ist. Das schlagartige Abheben des Ventilkörpers (32) und Freigeben eines großen Durchströmungsquerschnittes erfolgt durch einen hydraulischen Servokreislauf, der aus der Pumpe (35), dem Tank (36) dem zusätzlichen Hydraulikspeicher (37) und dem 3/3-Wegeventil (38) besteht. Das 3/3-Wegeventil (38) wird durch Federn (39a und 39b) in der geschlossenen Normalstellung gehalten. Bei Betätigen des Stellmagneten (40) wird das 3/3-Wegeventil (38) in die Schaltstellung (41) bewegt und der Kolben (42) auf seiner Ringfläche schlagartig mit Druck beaufschlagt, so daß der Ventilkörper (32) sehr schnell vom Ventilsitz (34) abhebt und einen großen Durchströmungsquerschnitt freigibt. Hierbei sind die den Andruck des Ventilkörpers (32) bewirkende Fläche und die Ringfläche des Kolbens (42) so aufeinander abgestimmt, daß der Druck der Pumpe (35) mit Unterstützung durch den Hydraulikspeicher (37) in der Lage ist, das Öffnen des Ventilkörpers (32) auch bei dem sehr hohen in der Verbindungsleitung (7) herrschenden Druck schnell und effektvoll herbeizuführen. Die Schaltstellung (41) des 3/3-Wegeventils (38) dient dazu, das servogesteuerte Ventil bei druckloser Verbindungsleitung (7) wieder zu schließen.

Auf Fig. 9 ist als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine ebenfalls sehr vorteilhafte hydraulische Folgeschaltung dargestellt, die es mittels entgegen der Strömungsrichtung eingebauter Drosselrückschlagventile (43a, 43b und 43c) erlaubt, die Berstscheiben (6a, 6b und 6c) zum Platzen zu bringen. Dabei haben die Berstscheiben (6a, 6b und 6c) leicht unterschiedliche, aufeinander abgestimmte oder durch Fertigungstoleranzen bedingte Berstdrücke. In der Verbindungsleitung (7) wird durch die nicht dargestellte Höchstdruckpumpe (9) der Druck aufgebaut. Die Drosseln in den Rückschlagventilen (43a, 43b und 43c) bewirken, daß sich der Druckaufbau bis zu den Berstscheiben (6a, 6b und 6c) fortsetzen kann. Die Energie-Akkumulatoren (8a, 8b und 8c) können dabei sowohl in der auf Fig. 9 dargestellten Weise als auch in den Ab­ schnitten (7a, 7b und 7c) der Verbindungsleitung (7) angeordnet werden. Die Drosselrückschlagventile sind so gestaltet, daß sich ihr Schließverhalten in stärkerem Maße an der Strömungsgeschwindigkeit als an der Druckdifferenz orientiert.

Platzt beispielsweise die Berstscheibe (6a), dann wird der Impulsschlag in das entspre­ chende Bohrloch weitergeleitet. Unmittelbar danach wird die Strömungsgeschwindigkeit im Drosselrückschlagventil (43a) sehr groß, und das Ventil schließt. Die im Energie- Akkumulator (8a) gespeicherte Energie ist für den Impulsschlag verbraucht worden. Die im Drosselrückschlagventil (43a) eingebaute Drossel läßt lediglich einen Volumenstrom über die entspannte Zuführungsleitung (4a) abfließen, der weit mehr als eine Zehnerpotenz unter dem Volumenstrom der nicht dargestellten Höchstdruckpumpe (9) liegt. Die in den Energie-Akkumulatoren (8b und 8c) gespeicherte Energie steht damit unvermindert für die Impulsschläge der beiden anderen Bohrlöcher zur Verfügung, zu denen die Druckzuführungsleitungen (4b und 4c) führen.

Bei weiterem Ansteigen des Druckes in der Verbindungsleitung (7) platzt dann zunächst die Berstscheibe (6b), die aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus und ihres Werkstoffes einen geringfügig höheren Platzdruck als die Berstscheibe (6a) hat. Anschließend wiederholt sich am Drosselrückschlagventil (43b), beim Energie-Akkumulator (8b) und in der Druckzuführungsleitung (4b) der gleiche Vorgang. Bei weiterem Ansteigen des Druckes in der Verbindungsleitung (7) wiederholt sich der Vorgang mit dem Platzen der Berstscheibe (6c) dann auch beim Drosselrückschlagventil (43c), beim Energie- Akkumulator (8c) und in der Druckzuführungsleitung (4c). Das dargestellte System kann verständlicherweise auch bei mehr als drei Bohrlöchern eingesetzt werden.

Sind der oder die Energie-Akkumulatoren (8, 8a, 8b oder 8c) in der Verbindungsleitung (7) oder in deren Abschnitten (7a, 7b, 7c) angeordnet, dann werden als Drossel­ rückschlagventile (43a, 43b und 43c) Ventile mit einer trägen Schließcharakteristik benutzt, die so bemessen ist, daß beim Platzen einer der Berstscheiben (6a, 6b oder 6c) der hydraulische Impulsschlag unbeeinflußt durch die Ventile hindurchgeleitet werden kann und ein Schließen erst dann erfolgt, wenn der Druck im dazugehörigen Bohrloch und in der entsprechenden Druckzuführungsleitung (4a, 4b oder 4c) in Folge der Rißentstehung, d. h. Zerstörung des Festkörpers, zusammenbricht. Es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, Druckspeicher sowohl in der in Fig. 9 dargestellten Weise als zusätzlich auch noch in der Verbindungsleitung (7) oder den Verzweigungsabschnitten (7a, 7b und 7c) anzuordnen.

Auf Fig. 10 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dazugehörigen Einrichtung für das hydraulische Impulssprengen mit vorgegebener zeitlicher Abfolge in mehreren Bohrlöchern dargestellt. In Strömungsrichtung eingebaute Rückschlagventile (44a, 44b und 44c) sind in den Abschnitten (7a, 7b, 7c) der Verbindungsleitung (7) eingebaut. Außerdem befindet sich zwischen der Verbindungsleitung (7) und den Abschnitten (7a, 7b und 7c) ein Absperrventil (45), durch das die Verbindung zwischen der nicht dargestellten Höchstdruckpumpe (9) und den Abschnitten (7a, 7b und 7c) vor Beginn des hydraulischen Impulssprengens unterbrochen wird. Die jeweils durch das Platzen der Berstscheiben (6a, 6b und 6c) von den Druckzuführungsleitungen (4a, 4b und 4c) in die dazugehörigen nicht dargestellten Bohrlöcher übertragenen hydraulischen Impulsschläge werden dadurch ausgelöst, daß drei hydraulische, durch die Pumpe (46) gespeiste Servo­ kreisläufe die Druckübersetzer (47a, 47b und 47c) auf der Primärseite mit Druck beauf­ schlagen. Das Flächenverhältnis dieser Druckübersetzer zwischen Primär- und Sekundärseite ist so bemessen, daß sich die Kolben der Sekundärseite in die Druckräume hineinbewegen, die auf der einen Seite durch die Rückschlagventile (44a, 44b und 44c) und auf der anderen Seite durch die Berstscheiben (6a, 6b und 6c) abgesperrt sind. Das Ansteuern der Druckübersetzer (47a, 47b und 47c) erfolgt durch magnetbetätigte 4/3- Wegeventile (48a, 48b und 48c), die in der Neutralstellung - wie in Fig. 10 dargestellt - auf drucklosen Umlauf geschaltet sind und die vorzugsweise durch elektrische Steuerimpulse betätigt werden. Diese Steuerimpulse können in ihrer zeitlichen Abfolge über ein vorgegebenes Programm oder durch eine oder mehrere,­ genau aufeinander abgestimmte Zeitschaltuhren (49a, 49b und 49c) ausgelöst werden. Wird beispielsweise das 4/3-Wegeventil (48a) durch die Zeitschaltuhr (49a) betätigt, dann bewegt sich der Druckübersetzer (47a) in den Druckraum zwischen der Berstscheibe (6a) und dem Rückschlagventil (44a) hinein. Hierdurch wird der Druck bis zum Platzen der Berstscheibe (6a) erhöht, wobei die im Energie-Akkumulator (8a) gespeicherte Hydraulikenergie den hydraulischen Impulsschlag freisetzt.

In Fig. 11 ist eine weitere vorteilhafte Systemvariante dargestellt, bei der ein zeitlich abgestaffeltes hydraulisches Impulssprengen über eine elektrohydraulische sequentielle Impulsauslösung erfolgt. Die Abschnitte (7a, 7b und 7c) der Verbindungsleitung (7) sind mit dem nicht dargestellten Energie-Akkumulator (8) und der ebenfalls nicht dargestellten Höchstdruckpumpe (9) verbunden. Die ansteuerbaren Ventile (50a, 50b und 50c) entsprechen in Aufbau und Arbeitsweise genau den in Fig. 8 dargestellten Ventilen. Sie werden über einen hydraulischen Servokreislauf betätigt, der von der Pumpe (46) gespeist wird. Die elektromagnetisch betätigten 3/3-Wegeventile (38a, 38b und 38c) entsprechen in Aufbau und Arbeitsweise dem 3/3-Wegeventil (38) in Fig. 8. Durch die Federn werden sie in der Neutralstellung geschlossen gehalten. Der erste Impuls wird über die elektrische Signalleitung (51) ausgelöst, durch welche das Ventil (38a) in die Schaltstellung (41a) gebracht wird. Durch die Pumpenleistung und die im Hydraulikspeicher (37) gespeicherte Energie wird der Kolben (42a) des Ventils (50a) außerordentlich schnell an seinen Anschlag bewegt und der Ventilkörper (32a) in gleicher Weise vom Ventilsitz (34a) abgehoben. Hierdurch wird der hydraulische Impulsschlag mit der im nicht dargestellten hydraulischen Energie-Akkumulator (8) gespeicherten Energie über die Druckzuführungsleitung (4a) auf das erste Bohrloch weitergeleitet. Die daraus resultierende Druckerhöhung in der Druckzuführungsleitung (4a) wird von dem elektrischen Drucksensor (52a) registriert, in einen Steuerbefehl um­ gewandelt und zur Betätigung des 3/3-Wegeventils (38b) benutzt. Direkt oder mit einer geringen zeitlichen Verzögerung wird über den gleichen Impuls des elektrischen Druck­ sensors (52a) das 3/3-Wegeventil (38a) zunächst in die Schaltstellung (43a) und danach wieder in seine geschlossene Neutralstellung zurückbewegt. Mit dem Öffnen des gesteuerten Wegeventils (50b) erfolgt der hydraulische Impulsschlag in der Druckzuführungsleitung (4b), und der elektrische Sensor (52b) gibt den Schaltimpuls auf das 3/3-Wegeventil (38c) weiter und löst direkt oder mit außerordentlich geringer zeitlicher Verzögerung den Schließimpuls für das 3/3-Wegeventil (38b) aus. Über den hieraus resultierenden dritten Impulsschlag in der Druckzuführungsleitung (4c) spricht der elektrische Sensor (52c) an, der die nächste Sequenz in einer nicht dargestellten vierten Druckzuführungsleitung auslösen würde. Die Zahl der elektrohydraulischen Sequenzen kann dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechend beliebig erhöht werden.

Eine besonders interessante und effektvolle Systemvariante stellt die in Fig. 12 dargestellte Konzeption dar, bei der ein Druckübersetzer (53) anstelle der Höchstdruckpumpe (9) benutzt wird, welche den auf Fig. 1 bis 11 dargestellten Ausführungsvarianten der Erfindung zugrundeliegt. Mit dieser Ausführungsvariante lassen sich hydraulische Impulsschläge mit Drücken realisieren, die in der Größenordnung von 10.000 bar liegen. Auf der Primärseite (54) ist der Druckübersetzer (53) an einen konventionellen Ölhydraulikkreislauf angeschlossen, dessen Betriebsdruck bei etwa 300 bar liegt. Das Übersetzungsverhältnis der Kolbenfläche (54) zur Kolbenfläche (55) auf der Sekundärseite liegt bei etwa 1 : 4 oder 1 : 5, so daß sich in dem von den beiden Kolben (55) und (56) eingeschlossenen Gasvolumen (57) ein Druck von etwa 1200 bis 1500 bar einstellt. Der Druck im Ringraum (58), der mit Druckmedium, vorzugsweise Wasser, gefüllt ist, liegt um das Kolben-Ringflächen-Verhältnis des Kolbens (56) höher als der Gasdruck im Raum (57). Das Druckbegrenzungsventil (31) (vgl. Fig. 7) öffnet bei einem vorgegebenen Druck und gibt schlagartig einen großen Querschnitt frei, so daß das unter Höchstdruck stehende Gasvolumen (57) den Kolben (56) in extrem kurzer Zeit beschleunigen und in Richtung auf den Anschlag (59) vorwärtstreiben kann. Hierbei ergibt sich in Folge des Flächenverhältnisses zwischen den Kolbenseiten (56) und (60) eine weitere Druckerhöhung, die bewirkt, daß der Impulsschlag, der vom Druckraum (61) auf die Druckzuführungsleitung (4) gegeben wird, die Größenordnung von 10.000 bar erreichen kann. Das Druckbegrenzungsventil (31) schließt rechtzeitig genug, so daß im Ringraum (58) eine Restmenge Druckflüssigkeit verbleibt, die ein Polster beim Auftreffen des Kolbens (56) auf den Anschlag (59) bildet.

Die technische Einrichtung für eine weitere, ebenfalls sehr vorteilhafte Systemvariante des hydraulischen Impulssprengens ist auf Fig. 13 dargestellt. Auch bei dieser Systemvariante können Impulsschläge bis zur Größenordnung von 10.000 bar in die Druckzuführungsleitung (4) und damit in das nicht dargestellte Bohrloch eingeleitet werden. In einem außerordentlich starkwandigen Zylinder (62) befindet sich ein Kolben mit den Kolbenflächen (63) und (64), die ein Übersetzungsverhältnis von etwa 1 : 4 oder 1 : 5 haben. Auf der Primärseite, d. h. unter der Kolbenfläche (63) wird Kraftstoff, Brennstoff oder Explosivstoff gezündet, der zuvor durch die Öffnung (65) zugeführt worden ist. Unter dem Explosionsdruck des Kraft-, Brenn- oder Explosivstoffes wird der Kolben blitzschnell gegen seinen Anschlag (66) bewegt und dabei durch die Kolbenfläche (64) der hydraulische Impulsschlag ausgelöst, der über die Druckzu­ führungsleitung (4) in das nicht dargestellte Bohrloch weitergeleitet wird. Das erneute Befüllen der Impulseinrichtung erfolgt durch die Zuleitung (67), die durch das Absperrventil (68) verschlossen werden kann. Das System arbeitet sowohl mit als auch ohne Berstscheibe sehr vorteilhaft.

Fig. 14 zeigt die gleiche Impulsschlageinrichtung (62), jedoch ohne den Kolben gemäß Fig. 13, dessen zu beschleunigende Masse auch bei noch so impulsgerechter Bauweise eine gewisse, wenn auch sehr kleine Verzögerung in das dynamische System des Impuls­ schlaggerätes (62) bringt. Durch die Öffnung (65) wird Explosivstoff in den mit Hydraulikmedium, vorzugsweise Wasser, gefüllten Raum (69) eingeführt. Hierbei kann sich ein nicht dargestellter Trennspiegel zwischen den Explosivgasen und dem Druckmedium befinden. Nach dem Zünden des Explosivstoffs bildet sich ein schnell expandierendes Gasvolumen und eine Druckwelle im Raum (69) aus, die das Druckmittel in Form eines hydraulischen Impulsschlages mit extrem hohem Druck über die Druckzuführungsleitung (4) in das nicht dargestellte Bohrloch treibt. Die erneute Befüllung nach erfolgtem Impulsschlag geschieht über die Zuleitung (67), die nach dem Füllen durch das Absperrventil (68) verschlossen werden kann. Der Explosivstoff kann auch in Form einer Kartusche in die Öffnung (65) einschoben werden (vgl. Fig. 15). Auch mit dieser Einrichtung lassen sich Impulsschläge in der Größenordnung von etwa 10.000 bar realisieren.

Auch in Fig. 15 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante zur Durchführung des Impulssprengverfahrens dargestellt, bei der die Druckenergie nicht durch eine Pumpe sondern durch eine mit Explosivstoff gefüllte Kartusche (82) mit Zündplättchen (83) erzeugt wird, die elektrisch oder durch einen Schlagbolzen gezündet werden kann. Die Kartusche ist schnell auswechselbar in einem für diese Zwecke besonders ausgebildeten Kartuschenlager (84) angeordnet, das über eine Flanschverbindung (85) am Vorratsgefaß (86) befestigt ist, welches die primärseitig vor der Berstscheibe (6a) mit Druck zu beaufschlagende Flüssigkeitsmenge (87) enthält. Die Energieladung des Explosivstoffs in der Kartusche (82) und das mit Druck zu beaufschlagende Flüssigkeitsvolumen (87) können verändert und dem jeweiligen Anwendungsfall optimal angepaßt werden. Zwischen dem Kartuschenlager (84) und der mit Druck zu beaufschlagenden Flüssigkeitsmenge (87) kann ein Trennspiegel (88) angeordnet sein, der die Explosivgase von der nach dem Platzen der Berstscheibe (6a) auszutreibenden Flüssigkeitsmenge (87) trennt.

Das Kartuschenlager (84) und das Rohr (86) sind über die Flansche (89) mit der Klemm- und Dichteinrichtung (3) verbunden, in der die Berstscheibe (6a) leicht austauschbar angeordnet ist.

Nach Zünden des Explosivstoffs in der Kartusche (82) wird die Flüssigkeitsmenge (87) durch die Explosivgase mit extrem hohem Druck beaufschlagt, der bei Verwendung von Wasser zu einer Kompression führt. Beim Platzen der Berstscheibe (6a) entsteht der Impulsschlag im vorzugsweise mit Flüssigkeit gefüllten Raum (2) des Bohrloches und anschließend wird das Flüssigkeitsvolumen (87) in das Bohrloch (2) hineingetrieben.

Eine Ausführungsvariante, bei der Gas als Druckmedium benutzt wird, zeigt Fig. 16. Ein Höchstdruckkompressor (70), an dessen Stelle auch eine Gasflasche (71) treten kann, saugt über einen Filter (72) Luft an. Diese wird komprimiert und über die Verbindungsleitung (7) in den dickwandigen Druckkessel (73) gepumpt. Auch bei Verwendung einer Gasflasche (71) wird der Druckkessel (73) benötigt, um beim Platzen der Berstscheibe (6a) schlagartig ein hinreichend großes Gasvolumen zur Verfügung stellen und über die Druckzuführungsleitung (4) in das Bohrloch (2) drücken zu können. Bei Verwendung einer Gasflasche (71) können auch andere Gase als Luft benutzt werden, z. B. Inertgase wie CO₂. Das Verwenden von Gasen zum Impulssprengen hat den Nachteil, daß durch das nach der Rißentstehung expandierende Gas eine gewisse Lärmbelästigung entsteht.

Fig. 17 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie das hydraulische Impulssprengverfahren mit seitlich geschlitzten Bohrlöchern zur Block- bzw. Werksteingewinnung benutzt werden kann. Der Block (74) ist durch die Bohrlöcher (75, 76, 77, 78 und 79) mit seitlichen Schlitzen sowie weitere nicht dargestellte Bohrlöcher in den Ebenen (80 und 81) für das hydraulische Impulssprengverfahren vorbereitet worden. Mittels der in Fig. 1 bis 15 dargestellten Varianten des Impulssprengverfahrens und der dazugehörigen Ausführungsformen für die Einrichtungen kann das Absprengen durch gleichzeitiges Auslösen der Impulsschläge für alle Bohrlöcher oder durch eine sequentielle Folge mit extrem kurzen Zeitunterschieden der Impulsschläge erfolgen. Insbesondere bei dem hydraulischen Impulssprengverfahren erfolgt das Lösen außerordentlich schonend und ohne Rißbildung in dem abzusprengenden Block bzw. Werkstein.

Dem jeweiligen Verfahren angepaßt, kann das Impulssprengverfahren auch in Steinbruch- und Mineralgewinnungsbetrieben, beim Zerstören von armierten Beton und Mauerwerk sowie beim Vortreiben von untertägigen Strecken benutzt werden, wobei sich die Bohrlochanordnung und Schlitzung sowie die Energieladung der Schlagimpulse und das benutzte Sprengsystem nach dem jeweiligen Anwendungsfall richten.

Claims (20)

1. Erschütterungs- und lärmfreies Impulssprengverfahren, bei dem das Entstehen schädlicher Gase oder Schwaden vermieden wird, zum Lösen von in situ anstehendem Gestein oder Mineral aus dem Lagerstättenverband, zum Zerkleinern von Gesteins- oder Mineralbrocken, zum Zerstören von Bauwerken aus Beton oder Mauerwerk und zum gezielten, schonenden Herauslösen von Blöcken aus Gesteins- oder Minerallagerstätten, bei dem zunächst Bohrlöcher hergestellt und anschließend unter Verwendung von Flüssigkeiten oder Gasen als Druckmedien Impulsschläge in diesen Bohrlöchern zur Wirkung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die durch Klemm- und Dichteinrichtungen (3) verschlossenen und mit druckloser Flüssigkeit oder drucklosem Gas gefüllten Bohrlöcher (2) über Druckzuführungsleitungen (4, 4a, 4b, 4c) ein Impulsschlag oder mehrere aufeinander folgende Impulsschläge hoher Energiedichte eingeleitet werden.

2. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsschlag bzw. die Impulsschläge aus einer steilen Wellenfront bestehen, welche durch Umwandlung von vorzugsweise gespeicherter potentieller Druckenergie in kinetische Bewegungsenergie entsteht.

3. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher (2) an der Bohrlochwandung mit einem oder mehreren achsparallelen Bohrlochschlitzen (11a, 11b, 11c, 25, 26, 27, 28) versehen sind.

4. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Bohrlochwandungen seitlich angebrachten Schlitze durch Höchstsdruckwasserstrahlen hergestellt werden.

5. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, , dadurch gekenn­ zeichnet, daß die durch Pumpen (9 oder 35) erzeugte und in Energie- Akkumulatoren (8) oder Druckkesseln (73) gespeicherte Energie durch das Brechen von Berstscheiben (6a, 6b, 6c) bzw. das schnelle Öffnen von Ventilen (31, 43a, 43b, 43c, 50a, 50b, 50c) in Impulsschläge umgewandelt und über Druckzuführungsleitungen (4, 4a, 4b, 4c) in die Bohrlöcher (2) eingeleitet wird.

6. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bohrlöcher (2a, 2b, 2c) über Druckzuführungsleitungen (4a, 4b, 4c) mit geringen Strömungswiderständen mit einer Berstscheibe (6a) bzw. einem Ventil verbunden sind.

7. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemm- und Dichteinrichtung (3) durch einen Dichtring (13) aus Elastomer, vorzugsweise Gummi, gebildet wird, der über eine außerhalb des Bohrloches angeordnete Spannmutter (16) und Gewindehülse (17) gegen die Wandung des Bohrloches (2) gepreßt wird.

8. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung an der Oberfläche des zu zerstörenden Gesteins, Minerals, Betons oder Mauerwerks über einen Dichtring (21) erfolgt, der mittels einer flanschartigen Erweiterung (22) zentrisch zur Bohrlochachse und zur Druckzuführungsleitung (4) über einen Manipulator (24) und entsprechende Hydraulikzylinder (23a, 23b) angepreßt wird.

9. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Durchmesser der Druckzuführungsleitung (4, 4a, 4b, 4c) nur geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Bohrloches (2).

10. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckbegrenzungsventil (31) oder ein gesteuertes Wegeventil (50) den Impulsschlag durch schnelles Freigeben eines großen Strömungsquerschnittes auslöst.

11. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Energie für mehrere Impulsschläge, die in mehreren Bohrlöchern (2) gleichzeitig oder nach einem vorgegebenen zeitlichen Ablauf erfolgen, durch nur eine Höchstdruckpumpe (9) erzeugt, in nur einem Energie- Akkumulator (8) gespeichert und über Verbindungsleitungen (7a, 7b, 7c) und Druckzuführungsleitungen (4a, 4b, 4c) in die Bohrlöcher (2) weitergeleitet wird.

12. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Auslösen der Impulsschläge in den einzelnen Druckzuführungsleitungen (4a, 4b, 4c) durch Berstscheiben (6a, 6b, 6c) mit geringfügig unterschiedlichem Berstdruck und Drosselrückschlagventile (43a, 43b, 43c) erfolgt.

13. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Berstscheiben (6a, 6b, 6c) und den Drosselrückschlagventilen (43a, 43b, 43c) Energie-Akkumulatoren (8a, 8b, 8c) angeordnet sind.

14. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Platzen der Berstscheiben (6a, 6b, 6c) durch Druckübersetzer (47a, 47b, 47c) ausgelöst wird, die einzeln über einen Servokreislauf und 3/3-Wege­ ventile (48a, 48b, 48c) beaufschlagt werden.

15. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Impulsschläge für die einzelnen Bohrlöcher (2) durch schnell öffnende, ansteuerbare Ventile ausgelöst werden, die einzeln über einen Servokreislauf und Steuergeräte (38a, 38b, 38c) betätigt werden.

16. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Impulsschlag durch zwei in einem Gehäuse miteinander verbundene Druckübersetzer erzeugt wird, deren erster auf der Kolbenfläche (54) der Primärseite mit einem normalen Ölhydraulikkreislauf verbunden ist, der auf der Kolbenfläche (55) der Sekundärseite ein Gasvolumen (57) komprimiert, das beim Ansprechen eines Überdruckventils den Kolben (56) des zweiten Druckübersetzers kurzzeitig beschleunigt, der mit seiner Sekundärkolbenseite (60) den Impulsschlag auslöst.

17. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Sprengstoff zur Erzeugung des Impulsschlages benutzt wird.

18. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Explosivstoff in einer Kartusche (82) mit Zündplättchen (83) befindet, die leicht auswechselbar in einem Kartuschenlager (84) angeordnet ist, wobei die Zündung elektrisch oder durch Schlagbolzen erfolgen kann.

19. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Brenn- oder Sprengstoff auf der Primärseite (63) eines Druckübersetzers gezündet wird, dessen Sekundärseite (64) den Impulsschlag auf das Druckmedium ausübt und direkt oder über eine oder mehrere Berstscheiben (6, 6a, 6b, 6c) in das oder in die Bohrlöcher weiterleitet.

20. Verfahren und Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Gas zur Erzeugung des Impulsschlages direkt oder über eine oder mehrere Berstscheiben (6, 6a, 6b, 6c) benutzt wird.