DE602004006857T2

DE602004006857T2 - Gesteinsbohreranordnung

Info

Publication number: DE602004006857T2
Application number: DE602004006857T
Authority: DE
Inventors: Lars Holmgren
Original assignee: Atlas Copco Secoroc AB
Current assignee: Epiroc Drilling Tools AB
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2024-04-08
Also published as: AU2004233182A1; US20070175664A1; ATE364125T1; CA2522572A1; CL43064B; US7445063B2; DE602004006857D1; SE0301167D0; PE20050174A1; EP1616072A1; WO2004094772A1; SE525099C2; SE0301167L; EP1616072B1; ZA200303737B

Description

Die Erfindung betrifft eine Gesteinsbohrerbaugruppe, und insbesondere eine Gesteinsbohrerbaugruppe, die mehrere so genannte Gesteinsschneideinrichtungen oder Spaltmeißel aufweist, die an einer Räumeinrichtung (Aufreibeinrichtung) oder Trommel für Arbeiten in Fels oder Gestein montiert sind.
Bei einem Bohren in Gestein ist es, insbesondere in Bezug auf das Bohren von großen Löchern, beispielsweise beim Räumen (Aufreiben) von Löchern oder im Fall eines Bohrens von Förderlöchern, bei dem Gesteinstücke losgebrochen werden sollen, wichtig, dass der Eingriff in das zu bearbeitende Gestein so effektiv wie möglich ist. Es ist allgemein bekannt, dass sich die verschiedenen Gesteinsarten beträchtlich voneinander in Bezug auf ihre mechanische Festigkeit unterscheiden, abhängig davon, ob das Gestein einer Druckkraft oder einer Zugkraft ausgesetzt wird. Diese Unterschiede können in der Größenordnung von mehr als dem Zehnfachen liegen.
Bei einem Versuch, das größtmögliche Volumen an Fels oder Gestein von einem rechteckigen Block mit Hilfe eines Vorschlaghammers und eines Meißels abzuspalten, wird bald klar, dass die effektivste Weise darin besteht, benachbart einer Kante des Blockes zu beginnen, und schräg nach außen zur Kante hin auf den Meißel zu schlagen.
Geräte, welche dieses Prinzip verwenden, sind auch kommerziell verfügbar. Das Prinzip, gemäß dem derartige Geräte arbeiten, ist in 1 dargestellt. Derartige Geräte weisen jedoch relativ geringe Effizienz auf.
Aus US-A-4,363,367 ist auch ein Bohrmeißel von großem Durchmesser bekannt, bei dem mehrere Schneideinrichtungen an der Oberfläche des Bohrmeißels in bogenförmigen Kanälen helixförmig angeordnet sind. Die ses Dokument betrifft die Probleme in Bezug auf Kühlen und Reinigen der Kanäle und somit der in diesen angeordneten Schneideinrichtungen, um die Effizienz des Bohrmeißels zu verbessern. Jedoch befinden sich die Schneideinrichtungen in den Kanälen in entsprechenden Positionen, und mit diesen wird daher ein Schneidvorgang des Gesteins nicht mit größtmöglicher Wirksamkeit erzielt.
Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine neuartige Gesteinsbearbeitungs-Bohrmeißelbaugruppe bereitzustellen, mit der ein äußerst effektives Räumen oder Bohren eines Förderloches bewerkstelligt werden kann, um beispielsweise zu ermöglichen, dass große Mengen an Gestein in effektiver Weise weggebrochen werden können.
Dieses Ziel wird mittels einer Bohrer- oder Bohrmeißelbaugruppe erzielt, bei der mehrere Schneid- oder Spalteinrichtungen rotierbar an einer Bohrmeißelbaugruppe montiert sind, wobei die Schneideinrichtungen relativ zueinander in ihrer Rotationsrichtung derart angeordnet sind, das nachfolgende Schneid- oder Spalteinrichtungen mit einer Kante in Eingriff kommen, die beim Wegschneiden von Gestein mit Hilfe einer vorhergehenden Schneideinrichtung erzeugt wurde.
Die Schneideinrichtungen sind in geeigneter Weise entlang einer oder mehreren helixförmigen Linien auf der Oberseite der Räumeinrichtung angeordnet. Unter "Räumeinrichtung" ist ein Werkzeug zum Räumen ( = Aufreiben/Ausfräsen) oder Erweitern von gebohrten Löchern zu verstehen, wobei die Räumeinrichtung unter Drehen nach oben gezogen wird.
Im Fall einer Bohrmeißelbaugruppe in Form einer zylindrischen Trommel sind die Schneideinrichtungen in geeigneter Weise entlang einer oder mehrerer helixförmiger Linien auf der Außenfläche der Trommel angeordnet.
Nachfolgend wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf zwei nicht einschränkende Ausführungsformen, sowie mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben; diese zeigen:
1a und 1b jeweils die Prinzipien, gemäß denen eine rotierende Bohrmeißelbaugruppe gegen die Kante eines Gesteinskörpers wirkt;
2 eine Draufsicht einer Räumeinrichtung, die eine Mehrzahl von Gesteinsschneid- oder –spalteinrichtungen beinhaltet, die gemäß der Erfindung montiert sind;
3 die Räumeinrichtung von 2, und zwar in schematischer und perspektivischer Ansicht;
4 eine Seitenansicht einer zylindrischen Trommel, die eine Mehrzahl von gemäß der Erfindung montierten Schneideinrichtungen aufweist; und
5 eine perspektivische Ansicht der in 4 dargestellten Trommel.
1a und 1b stellen das Grundprinzip des Losbrechens von Gesteinsbruchstücken dar. Eine rotierbare Bohrmeißelbaugruppe 1 beinhaltet eine oder mehrere scheibenförmige Schneid- oder Spalteinrichtungen 2, welche die Form von schräg positionierten Stahlscheiben (1a) oder Scheiben haben können, die an ihrem Umfang mit Hartmetallstiften versehen sind (1b) und am Umfang der rotierbaren Bohrmeißelbaugruppe montiert sind. Die Bohrmeißelbaugruppe 1 wird so gesteuert, dass die Spalteinrichtungen 2 mit dem Gestein 3 in der Nähe von dessen Kante in Eingriff kommen, derart, dass die von den Spalteinrichtungen auf das Gestein ausgeübten Stoßkräfte schräg nach oben in das Gestein 3 gerichtet sind, so dass ermöglicht wird, dass Bruchstücke 4 des Gesteins losgebrochen werden. Somit wird beabsichtigt, das die Stoßkräfte, die durch die scheibenförmige Spalteinrichtung 2 auf das Gestein aufgebracht werden, Risse erzeugen, die bis zu einer freien Kante des Gesteins reichen, wodurch ermöglicht wird, dass ein Bruchstück des Gesteins losgebrochen wird.
Es ist beabsichtigt, dass die Bohrmeißelbaugruppe der Erfindung gemäß denn gleichen Prinzip arbeitet, jedoch in einem viel größeren Ausmaß und mit Hilfe einer Mehrzahl von zusammenarbeitenden, Kraft aufbringenden Werkzeugen.
2 und 3 stellen eine Räumeinrichtung 5 dar, die verwendet wird, um ein Bohrloch zu erweitern oder zu räumen. Die Räumeinrichtung 5 wird von einer zentral positionierten Stange ('Stachel') 6 getragen, die in ein vorgebohrtes Pilotloch vorsteht und mit deren Hilfe die Räumeinrichtung 5 um ihre Achse rotiert wird und nach oben gegen das überlagernde Gestein gezogen wird und mit dieser das Gestein weggeschnitten wird. Das Gestein wird mittels mehrerer Spalt- oder Schneideinrichtungen 7 bearbeitet, die auf der Oberseite der Räumeinrichtung 5 angeordnet sind. Um zu gewährleisten, dass die Räumeinrichtung 7 das Gestein so effektiv wie möglich schneidet, sind die Schneideinrichtungen 5 relativ zueinander derart angeordnet, dass eine nachfolgende Schneideinrichtung 7b, in Drehrichtung gesehen, mit einer Kante in Eingriff kommt, die durch die Schneidwirkung einer vorhergehenden Schneideinrichtung 7a ausgebildet ist. Im dargestellten Fall wird die Räumeinrichtung 5 im Gegenuhrzeigersinn rotiert, und die erste Schneideinrichtung, die mit der Kante eines vorgebohrten Pilotlochs in Eingriff kommt, ist die Schneideinrichtung 7a, die sich am weitesten zur Mitte hin befindet. Während die Räumeinrichtung 5 rotiert und die erste Schneideinrichtung 7a ein Gesteinsbruchstück losbricht, wird eine frische Bruchkante erzeugt, mit der die nächste Schneideinrichtung in der Abfolge der Schneideinrichtungen, d. h. die Schneideinrichtung 7b, in Eingriff kommt und ein "frisches" Bruchstück losbrechen kann, wonach die nächste Schneideinrichtung 7c in der Reihe mit der frischen Bruchkante in Eingriff kommt, usw.
Die Schneideinrichtungen 7 sind vorzugsweise in einer helixförmigen Linie an der Oberseite der Räumeinrichtung 5 angeordnet, wie in 2 und 3 dargestellt. Die Schneideinrichtungen sind damit relativ zueinander so angeordnet, dass aufeinanderfolgende Schneideinrichtungen mit einer Kante in Eingriff kommen, die mit Hilfe der Schneid- oder Losbrechwirkung einer vorhergehenden Schneideinrichtung ausgebildet wurde. Es ist ebenfalls denkbar, die Schneideinrichtungen entlang mehr als einer einzigen helixförmigen Linie zu positionieren.
Die Erfindung kann auch auf andere Typen von Bohrmeißelbaugruppen angewandt werden, beispielsweise zylindrische Trommeln 8, wie in 4 und 5 dargestellt. Diese zylindrischen Trommeln 8 sind an ihren jeweiligen Trommeloberflächen mit einer großen Anzahl von Schneideinrichtungen 9 versehen, die relativ zueinander derart angeordnet sind, dass nachfolgende Schneideinrichtungen 9b, in Drehrichtung der Trommel gesehen, mit einer Kante in Eingriff kommen, die durch die Schneid- oder Losbrechwirkung einer vorhergehenden Schneideinrichtung 9a erzeugt wurde. Wie aus den Figuren zu ersehen, sind die Schneideinrichtungen 9 entlang einer helixförmigen Linie angeordnet, die sich an der äußeren Trommelfläche der zylindrischen Trommel 8 erstreckt. Dies erfüllt die grundlegende Anforderung zur Positionierung der Schneideinrichtung, und zwar dass die Schneideinrichtungen relativ zueinander so angeordnet sind, dass eine nachfolgende Schneideinrichtung 9b, in Drehrichtung gesehen, mit einer Kante in Eingriff kommt, die durch die Schneid- oder Losbrechwirkung einer vorhergehenden Schneideinrichtung 9a erzeugt wurde. Es ist in diesem Fall ebenfalls möglich, die Schneideinrichtungen entlang mehr als einer einzigen helixförmigen Linie auf der zylindrischen Trommel zu platzieren.
Zylindrische Trommeln 8, die mit gemäß der Erfindung angeordneten Schneideinrichtungen 9 versehen sind, werden in geeigneter Weise zum Bohren von Förderlöchern verwendet. Die die Schneideinrichtungen tragende Trommel 8 wird rotiert und wird gleichzeitig in seitlicher Richtung durch den gerade bearbeiteten Gesteinskörper bewegt, wodurch das Gestein losgebrochen wird, wobei dabei kein Sprengen erforderlich ist.
Dadurch, dass die Schneideinrichtungen relativ zueinander auf einer Bohrmeißelbaugruppe gemäß der Erfindung so angeordnet sind, dass eine nachfolgende Schneideinrichtung, in Rotationsrichtung gesehen, mit einer Kante in Eingriff kommt, die durch die Wirkung einer vorhergehenden Schneideinrichtung erzeugt wurde, wird eine äußerst effektive Anordnung für ein direktes Schneiden und Brechen von Gestein bereitgestellt.
Es versteht sich, dass die Bohrmeißelbaugruppe der Erfindung auch mit weiteren Typen von Bohrmeißelbaugruppen, abgesehen von den zwei zuvor beispielhaft beschriebenen Anordnungen, verwendet werden kann.

Claims

Bohrerbaugruppe zum direkten Entfernen von Gestein mittels einer rotierbaren Bohrerbaugruppe (5; 8), die mehrere Schneid- oder Spalteinrichtungen (7; 9) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schneideinrichtungen (7; 9) an der Bohrerbaugruppe (5; 8) so bezüglich zueinander angeordnet sind, dass eine nachfolgende Schneideinrichtung, in Rotationsrichtung gesehen, mit einer Kante in Eingriff kommt, die beim Wegschneiden von Gestein mit Hilfe einer vorhergehenden Schneideinrichtung erzeugt wurde.
Bohrerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrerbaugruppe eine Räumeinrichtung (5) und Schneid- oder Spalteinrichtungen (7) aufweist, die auf der Oberfläche der Räumeinrichtung angeordnet sind.
Bohrerbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtungen (7) entlang einer oder mehreren helixförmigen Linien auf der Oberfläche der Räumeinrichtung (5) montiert sind.
Bohrerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrerbaugruppe aus einer zylindrischen Trommel (8) und Schneid- oder Spalteinrichtungen (9) besteht, die auf der äußeren Trommelfläche der Trommel (8) angeordnet sind.
Bohrerbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtungen (9) entlang einer oder mehreren helixförmigen Linien auf der Trommeloberfläche angeordnet sind.