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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln und Bewerten des günstigsten Abbauverfahrens beim Vortrieb von Strecken oder Tunnels sowie auf eine Vorrichtung zur Durchfüh- rung dieses Verfahrens.
Beim Auffahren von Tunnels unter Tage zählen prinzipiell drei voneinander verschiedene Verfahrensweisen zum Stand der Technik. Neben dem mechanischen Abbruch des lichten Quer- schnittes durch Auffahren mittels Teilschnittschrämmaschinen und dem mechanischen Auffahren mittels Tunnelvortriebsmaschinen, wie beispielsweise Hartgesteinsmaschinen, Schildvortriebsmaschinen und speziellen Einrichtungen, mit welchen das Gestein während des Abbauens gestützt werden kann, wie z. B. EPB-Vortriebsmaschi- nen, ist auch die Verfahrensweise durch Bohren und Schiessen eine konventionelle Methode um untertägige Tunnel oder Strecken aufzufahren. Für die verschiedenen Verfahrensweisen sind unterschiedliche Erfordernisse an die Infrastruktur und die Logistik gestellt und die bekannten Verfahren unterliegen einer Reihe von Beschränkungen.
Insbesondere gilt derzeit als Grenz- wert für den Einsatz von Teilschnittschrämmaschinen eine Gesteinsfestigkeit von etwa 100-150 MPa. Für den Einsatz von Tunnelvortriebsmaschinen, wie beispielsweise Tunnelbohrmaschi- nen, liegt die maximal abbaubare Gesteinsfestigkeit derzeit zwischen ca. 200 MPa und 300 MPa. Eine weitere Vortriebsmaschine ist in der Regel die konventionelle Verfahrensweise durch Bohren und Schiessen anwendbar. Eine derartige einfache Auswahl des jeweils geeigneten Abbauverfahrens in Abhängigkeit von der Gesteinsbeschaffenheit ist aber nicht geeignet die weiteren Kri- terien, die für eine wirtschaftliche Arbeitsweise ausschlagge- bend sind, hinreichend zu berücksichtigen.
Um einen wirtschaft- lichen Vergleich unterschiedlicher Vortriebsmethoden anstellen zu können, ist neben den technischen Parametern, wie beispiels- weise die Gesteinsbeschaffenheit, auch die erforderliche Logi- stik und in weiterer Folge auch der Investitionsaufwand massgeb- lich. Weiters ist zu berücksichtigen, dass ein Vortrieb mit Bohren und Schiessen in aller Regel nur als diskontinuierliches Verfahren durchgeführt werden kann, wobei ein derartiges Ver- fahren weitere zwingende Parameter, die den Einsatz dieses Ver-
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AT 005718Ul fahrens einschränken, wie beispielsweise Bewetterung, Entstau- bung während des Bohrens und Schiessens und Massnahmen zur Gebirgssicherung berücksichtigen muss.
Insgesamt ergibt sich somit, dass mit den konventionellen Abschätzungen der Wirtschaftlichkeit des oder der jeweils an- wendbaren Verfahren eine vollständige Evaluierung nicht ohne weiteres gelingt.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, ein Verfahren der ein- gangs genannten Art zu schaffen, bei welchem eine Reihe zusätz- licher Parameter erfasst und in entsprechend maschinenlesbarer Form eingegeben werden, sodass mit einer einfachen Datenverarbei- tungsanlage eine vollständige Evaluierung unter Berücksichtigung der jeweiligen Randbedingungen und zusätzlichen Parameter gelingt.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass in einem ersten Verfahrens- schritt die Gesteinspararmeter wie Würfeldruckfestigkeit, Zähig- keit, Brüchigkeit ermittelt und in quantifizierter Form gespeichert werden, dass anschliessend umweltspezifische Parameter wie Bewetterung, Entstaubung und Parameter für die Gebirgssiche- rung, wie Einbringen von Ortsbeton oder Setzen von Anker ermittelt und gespeichert werden und dass in einem weiteren Ver- fahrensschritt mit dem Betrieb verbundene Kosten wie Verfügbar- keit, Stillstandszeiten, der Zeitaufwand, Investitionskosten sowie der Aufwand für die Logistik unterschiedlicher Arbeitsver- fahren abgerufen werden,
dass in Abhängigkeit von den Gesteins- parametern unter Berücksichtigung der umweltspezifischen Para- meter und der Parameter für die Gebirgssicherung und der für die Betriebskostenstrukturen relevanten Parameter unterschiedliche Abbauverfahren berechnet und gegenübergestellt werden. Gegenüber einer konventionellen Betrachtungsweise besteht somit das erfin- dungsgemässe Verfahren in einer geeigneten Unterteilung quantifi- zierbarer Grössen und damit in der Möglichkeit nicht nur einzelne Parameter miteinander in Vergleich zu setzen, sondern Gruppen von Parametern für die entsprechende Auswertung heranzuziehen.
Zu diesem Zweck ist es wesentlich, dass die Gesteinsparameter, wie Würfeldruckfestigkeit, Zähigkeit, Brüchigkeit ermittelt und in quantifizierter Form gespeichert sind und für sich gesehen
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AT 005 718Ul somit einen ersten Datensatz bilden und dass weitere Parameter gleichfalls gesondert gruppiert und entsprechend quantifiziert erfasst und gespeichert werden. Auf diese Weise gelingt es projektbezogene Aussagen zu treffen, wobei in einer derartigen projektbezogenen Aussage die einzelnen Parameter entsprechend gewichtet werden können, da sie gesondert erfasst wurden und gesondert gespeichert wurden.
Die erfindungsgemässe Verfahrens- weise beschränkt sich somit nicht darauf die technischen Para- meter verschiedener Abbauverfahren unmittelbar miteinander zu vergleichen, sondern erlaubt globale Vergleiche anzustellen, welche projektspezifisch sind, wobei in einer derartigen glo- balen Betrachtungsweise auch Parameter wie der Investitionsauf- wand für bestimmte Verfahrensweisen die erforderliche Zeit für die Durchführung der Arbeit und die pro Arbeitseinheit bzw.
Raumeinheit aufzuwendenden Kosten gesondert berücksichtigt werden können. Die Anzahl der für die einzelnen voneinander ver- schiedenen Verfahren notwendigen Erfassungsschritte und die ent- sprechend gespeicherten Parameter können jeweils projektspezi- fisch miteinander in Verbindung gesetzt werden und verknüpft werden, sodass Aussagen möglich werden, wie sie mit bisherigen konventionellen Betrachtungen nicht möglich waren. Insbesondere ist es möglich den Einfluss einzelner der erfassten und in quanti- fizierter Form gespeicherten Parameter für verschiedene Ver- fahrensweisen einer Studie zu unterwerfen, wobei aus dem Ergeb- nis derartiger vergleichender Untersuchungen unter Betrachtung einzelner isolierter Parameter neue Fragestellungen und insge- samt eine neue Form der Evaluierung des jeweils günstigsten Abbauverfahrens erzielt werden können.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren hiezu so durchgeführt, dass die Parameter als quantifizierte Grösse je Zeiteinheit und je Raumeinheit des abzubauenden Materials einge- geben werden, wobei insbesondere in besonders vorteilhafter Weise die Schneid- bzw. Vortriebsleistung der Abbauvorrichtungen erfasst und gespeichert werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, dass sie einen Speicher für vorgegebene Parameter und eine Eingabemaske,
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AT 005718Ul in welche die für den Einzelfall charakteristischen Daten einge- geben werden und einen Komparator enthält, welcher unter Berück- sichtigung von Kennlinienfeldern der einzelnen vorgegebenen Parameter das geeignete Verfahren ermittelt.
Aufgrund der ein- gangs vorausgesetzten Ermittlung und Speicherung der jeweils charakteristischen Parameter in quantifizierter Form und geson- dert voneinander und aufgrund der bereits angedeuteten Möglich- keit den Einfluss einzelner dieser Parameter zu analysieren, wird durch die erfindungsgemässe Verfahrensweise die Voraussetzung geschaffen Kennlinienfelder zu speichern, sodass der Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtung unmittelbar zu sinnvollen Aussagen führt. Der erfindungsgemäss vorausgesetzte Komparator kann näm- lich unter Berücksichtigung von Kennlinienfeldern der einzelnen vorgegebenen Parameter jeweils das geeignete Verfahren ermitteln, wodurch die eingangs vorausgesetzte globale Betrach- tungsweise zur korrekten Ermittlung und Bewertung des günstig- sten Abbauverfahrens gelingt.
Die Anzahl der jeweils in den einzelnen Kennlinienfeldern berücksichtigten Abhängigkeiten von- einander unterschiedlicher Parameter kann beliebig gesteigert werden und neben umweltspezifischen Daten und für die benötigte Zeit, um das gewünschte Ziel zu erreichen, charakteristischen Daten auch Limitationen, wie beispielsweise Beschädigungen der Umwelt bei Verwendung bestimmter Verfahren mit Sicherheit erfassen. Wesentlich ist hiebei, dass für unterschiedliche Aus- wertungen jeweils die Parameter einzeln miteinander verknüpft werden können, um auf diese Weise aufgrund von gesonderten Berechnungen der einzelnen Abhängigkeiten eine entsprechend ganzheitliche Sicht zu ermöglichen.
Zu dieser ganzheitlichen Betrachtung zählen naturgemäss auch Fragen des Abtransportes des abgebauten Materiales und die mit diesen Fragen verbundene Logistik, die Stillstandszeiten, die möglichen Arbeitszeiten pro Tag sowie die erforderlichen Ausbauarbeiten zur Sicherung und Stützung des Gesteins bis zur Fertigstellung des Tunnels. Geson- dert erfassbar und in die Kalkulation integrierbar sind naturge- mäss auch Logistikdaten, wie die erforderliche Belüftung der Strecke bzw. der Ortsbrust und die Wahl der geeigneten Abbau- werkzeuge bei Wahl eines bestimmten Abbauverfahrens, insbeson-
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dere die Wahl geeigneter Meissel und der günstigsten Betriebs- parameter, wie Rotationsgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindig- keit in Abhängigkeit von jeweils ausgewählten weiteren Parametern.
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The invention relates to a method for determining and evaluating the most favorable mining method when driving routes or tunnels, and to a device for carrying out this method.
In principle, when driving tunnels underground, three different procedures belong to the state of the art. In addition to the mechanical breaking off of the clear cross-section by driving up with part-cutting machines and the mechanical driving up with tunnel boring machines, such as hard rock machines, shield boring machines and special devices with which the rock can be supported during mining, e.g. B. EPB tunneling machines, the procedure by drilling and shooting is also a conventional method for driving underground tunnels or lines. The different procedures have different infrastructure and logistics requirements and the known procedures are subject to a number of restrictions.
In particular, a rock strength of around 100-150 MPa is currently the limit value for the use of part-cutting machines. For the use of tunnel boring machines, such as tunnel boring machines, the maximum degradable rock strength is currently between approx. 200 MPa and 300 MPa. Another tunneling machine is usually the conventional procedure by drilling and shooting applicable. However, such a simple selection of the appropriate mining method depending on the nature of the rock is not suitable to adequately take into account the other criteria that are crucial for an economical working method.
In order to be able to make an economic comparison of different tunneling methods, in addition to the technical parameters, such as the nature of the rock, the necessary logistics and, subsequently, the investment costs are also decisive. It should also be taken into account that tunneling with drilling and firing can generally only be carried out as a discontinuous process, with such a process further mandatory parameters that determine the use of this process.
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AT 005718Ul restrict driving, such as ventilation, dedusting during drilling and shooting, and measures to protect the mountains.
All in all, it follows that conventional assessments of the economic viability of the method or methods that can be used in each case do not make a complete evaluation easy.
The invention therefore aims to create a method of the type mentioned at the outset, in which a number of additional parameters are recorded and entered in a correspondingly machine-readable form, so that with a simple data processing system, a complete evaluation taking into account the respective boundary conditions and additional parameters succeed.
To achieve this object, the method according to the invention essentially consists in that in a first process step the rock parameters such as cube compressive strength, toughness, brittleness are determined and stored in quantified form, and then that environmental-specific parameters such as ventilation, dedusting and parameters for the mountain safety - How the placing of in-situ concrete or the setting of anchors are determined and saved and that in a further procedural step, costs associated with the operation such as availability, downtimes, the time required, investment costs and the effort for the logistics of different working methods are called up become,
that depending on the rock parameters, taking into account the environmental parameters and the parameters for rock protection and the parameters relevant for the operating cost structures, different mining methods are calculated and compared. Compared to a conventional approach, the method according to the invention thus consists in a suitable subdivision of quantifiable variables and thus in the possibility not only of comparing individual parameters with one another, but of using groups of parameters for the corresponding evaluation.
For this purpose, it is essential that the rock parameters, such as cube compressive strength, toughness, brittleness, are determined and stored in a quantified form and seen in isolation
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AT 005 718Ul thus form a first data record and that further parameters are also grouped separately and recorded and stored appropriately quantified. In this way, it is possible to make project-related statements, the individual parameters being able to be weighted accordingly in such a project-related statement, since they were recorded separately and stored separately.
The method according to the invention is therefore not limited to directly comparing the technical parameters of different mining methods, but rather allows global comparisons to be made which are project-specific, with such a global approach also including parameters such as the investment required for certain methods the time required to carry out the work and the time per work unit or
Space unit costs can be taken into account separately. The number of acquisition steps required for the different methods and the correspondingly saved parameters can be linked and linked to each other in a project-specific manner, making it possible to make statements that were not possible with previous conventional considerations. In particular, it is possible to subject the influence of individual parameters recorded and stored in quantified form for different procedures to a study, whereby new questions and a new form as a whole result from the result of such comparative investigations considering individual isolated parameters the evaluation of the most favorable mining method can be achieved.
The method according to the invention is advantageously carried out in such a way that the parameters are entered as a quantified size per unit of time and per unit of space of the material to be mined, the cutting or propelling power of the mining devices being recorded and stored in a particularly advantageous manner.
The device according to the invention for performing this method is essentially characterized in that it has a memory for predetermined parameters and an input mask,
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AT 005718Ul in which the data characteristic of the individual case are entered and contains a comparator which determines the suitable method taking into account characteristic curve fields of the individual predetermined parameters.
On the basis of the determination and storage of the respective characteristic parameters in a quantified form and separately from one another and on the basis of the already indicated possibility of analyzing the influence of individual parameters, the procedure according to the invention creates the prerequisite for storing characteristic fields so that the use of the device according to the invention leads directly to meaningful statements. The comparator required according to the invention can determine the appropriate method, taking into account characteristic curve fields of the individual predetermined parameters, as a result of which the global view assumed at the outset succeeds in correctly determining and evaluating the most favorable dismantling method.
The number of interdependencies of different parameters taken into account in the individual characteristic curve fields can be increased as desired and, in addition to environmentally specific data and for the time required to achieve the desired goal, characteristic data also limitations, such as damage to the environment when using certain methods grasp with certainty. It is essential here that the parameters can be individually linked to each other for different evaluations, in order in this way to enable a corresponding holistic view based on separate calculations of the individual dependencies.
This holistic view naturally also includes questions about the removal of the dismantled material and the logistics associated with these questions, downtimes, the possible working hours per day and the necessary expansion work to secure and support the rock until the tunnel is completed. Logistics data, such as the required ventilation of the route or the face and the choice of suitable dismantling tools when selecting a specific dismantling method, are of course also separately recordable and can be integrated into the calculation.
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the choice of suitable chisels and the most favorable operating parameters, such as rotation speed and feed speed, depending on the other selected parameters.