Verfahren und Vorrichtung zum Lösen von Mineralschichten ohne Detonationssprengstoffe Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lösen von Mineralschichten, wie Gestein, Kohle, ;Beton oder dergleichen, ohne Ver wendung von Detonationssprengstoffen.
Im untertägigen Bergbau bei der Kohlengewinnung sowie dem Hereinbrechen von Gestein und beim Tun nelbau ist das Lösen von Gesteinsschichten mit Hilfe von Detonationssprengstoffen oftmals sehr gefährlich und insbesondere in Steinkohlen-Bergwerksbetrieben zum Teil überhaupt nicht durchführbar.
In neuerer Zeit hat man versucht, das zu brechende Gestein mittels Bohrarbeiten zu perforieren, um es dann mühselig mit Keillochmeisseln zu trennen. Um Gesteinsschichten ein- facher zu lösen, ist man dazu übergegangen, Hydraulik zylinder mit Kolben zu versehen, an deren Kolben stangen noppenartige Druckbolzen hydraulisch ausge fahren werden, um vom Bohrlochinneren her das Ge stein zu brechen. Dieses bekannte Verfahren hatte jedoch auch nicht den gewünschten Erfolg .gebracht.
Das er findungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man Bohrlöcher anbringt, jedes Bohrloch mit einem dehnbaren Expansionsschlauchstück füllt und diese Schlauchstücke dann unter hohem Druck sich ausdehnen lässt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeich net durch ein stabförmiges Expansionsschlauchstück, welches aus mehreren Schichten besteht.
Durch die Erfindung wird es mit einem verhältnis mässig geringen Aufwand möglich, Gesteinsschichten zu lösen. Die Bohrlöcher können je nach der Gesteins festigkeit von etwa 30 bis 100 cm vorgebohrt und dann mit den Expansionsschlauchstücken gefüllt wer den. Diese Schlauchstücke werden dann zweckmässig an ein gemeinsames Hochdruckpumpenaggregat ange schlossen und unter Drücken von z. B. 500 bis 1000 atü von ihrem Ausgangsdurchmesser von 40 auf 60 inm erweitert. Hierdurch wird die gewünschte Vorgabe vom festgewachsenen Gestein abgedrückt.
Nachfolgend werden anhand der schematischen Zeichnung Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Expansionsschlauchstückes.
Fig. 2 zeigt eine Teilschnittansicht durch das in das Bohrloch eingeführte, stabförmige Expansionsschlauch- stück "mit Überdruckventil.
Fig. 3 zeigt eine schematische Anordnung des zwi schen dem Expansionsschlauchstück und der Hoch druckpumpe .geschalteten Flüssigkeits-Akkumulators, und Fig. 4 zeigt eine Teilschnittansicht eines Bohrlochs mit Expansionsschlauchstück und Gleithülse.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht das Expan- sionsschlauchstück aus einer gummielastischen Innen schicht 1 und einer gleichen Aussenschicht 2. Zwischen diesen beiden rohrförmigen Körpern befinden sich zwei Schichten 3 und 4. aus spiralförmig ,gewickelten Stahl litzen. Zwischen den Schichten 3 und 4 ist wiederum eine gummielastische Zwischenschicht 5 angeordnet. An stelle der beiden mit den Stahllitzen versehenen Schich ten 3 und 4 können auch mehr als zwei solcher Schich ten vorgesehen werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, nur eine solche Zwischenschicht zwischen den gummielastischen Innen und Aussenschichten 1 und 2 vorzusehen.
Fig. 2 zeigt die Weiterentwicklung, wobei das rela tiv kurze stabförmige Expansionsschlauchstück 7 ledig lich als Abdichtung des Bohrlochmundes wirkt.
Es wird bei Beaufschlagung durch den Anschluss 6 der Pumpe an die Bohrlochwandung herangedrückt. über den Anschluss 6 wird mittels einer der Einfachheit nicht dargestellten Hochdruckpumpe Wasser oder andere Flüssigkeit in das Bohrlochtiefste eingedrückt. Das Ku- * Prioritäten: Deutschland, 2. Juli, 18. September 1965, 6. April, 17, Mai und 15.
Juni 1966 (H 56463 VIa/5b, H 57209 VIa/5b, H 59040 VIa/5b, H 5917 VIa/5b, H 59674 VIa/5b). gelventil 8 kann beispielsweise auf 100 atü eingestellt werden und gibt erst bei Überschreiten dieser Druck höhe die Flüssigkeit frei. Es ergibt sich somit eine sehr hohe Anpresskraft des Expansionsschlauchstücks 7 ge genüber der Bohrlochwandung, so dass die Flüssigkeit, die aus dem Kugelventil in das Bohrlochtiefste einge drückt wird, das Gestein zum Aufplatzen bringt.
Die durch das Kugelventil 8 hindurchtretende Flüssigkeit ist mit 9 angedeutet.
Zwischen den Anschlussschlauch 15 für das hier nicht näher dargestellte Expansionsschlauchstück 7 und der Pumpe 11 (Fig. 3) wird ein Flüssigkeits-Akkumula- tor geschaltet. Dieser besteht aus einem kesselförmigen Behälter 10 und ist durch einen Schlauch 12 mit der Pumpe 11 verbunden.
Innerhalb des Behälters 10 ist eine Gasblase 13 vorgesehen, die beim Einführen der Flüssigkeit in den Behälter 10 zusammengedrückt und komprimiert wird. Wird nach dem innerhalb des Kes sels anstehenden Druck das nur angedeutete Ventil 14 geöffnet, so ergibt sich :eine schlagartige Entladung des aus der Gasblase 13 wirksamen Druckes auf die Flüssigkeit 10 und damit durch den Schlauch 15, der zu dem Expansionsschlauchstück 7 führt, in das zum Platzen bringende Gestein.
Da das herauszubrechende Gestein auch gerade in nerhalb des Bohrlochs oftmals rissig ausgebildet ist, besteht bei den bisher vorhandenen Pumpenaggregaten die Möglichkeit, dass innerhalb des Bohrlochs der für das Herausbrechen des Gesteins erforderliche Flüssig keitsdruck nicht aufgebracht werden kann, da die Flüs sigkeit durch die entsprechenden Risse in das Gestein abweicht. Um jedoch tatsächlich den erforderlichen Druck schlagartig zu .erzielen, müssten unwahrschein lich grosse Pumpenaggregate aufgebaut werden.
Zweck mässig werden ein oder mehrere Doppelbohrlöcher so eingesetzt, dass die zwischen je zwei Bohrlöchern ver bleibenden Materialstärken unter 10 D der Bohrlöcher, vorzugsweise bei hartem Gestein 0,5-1,5 D, aufwei sen.
Hierdurch soll die jeweils erforderliche Kraft auf ein Minimum herabgedrückt und die Risslänge mit eini germassen zutreffender Sicherheit vorgegeben werden.
Durch diese Art der Bohrlochansetzung erzwingt man die gewünschte Lage der Rissbildung. Die Doppel bohrlochanordnung kann entsprechend der Länge des abzugrenzenden Gesteins anzahlmässig gegliedert wer den. Bei einpaariger Ausführung hat sich im harten Ge stein bei der Versuchsreihe nach diesem System bereits gezeigt, dass Risslängen von mehr als 2 m erzielt werden können.
Das Verfahren durch diese Anordnung der Bohr lochabstände bringt bei übersteigen der Zugfestigkeit in der Mittelachse zwischen den beiden Expansions- schlauchstücken hier zuerst den Bruch, so dass dann schlagartig eine Verlagerung .der Spannung auf die vom Bohrloch nach aussen verlaufende Aussenwand auftritt. Auch hierbei ist die Beanspruchung in der Aussen sehne wesentlich höher als beim normalen Sprengen mittels vereinzelt wahlweise angesetzter Bohrlöcher. Es kommt hierbei zusätzlich zu der erhöhten Spannung eine Biegebeanspruchung, so dass hier sofort der Bruch eintritt.
Da beim Sprengen oftmals sehr hohe Drücke er forderlich sind, besteht die Möglichkeit, dass die gummi- elastischen Expansionsschlauchstücke durch Reibung an der verhältnismässig rauhen Bohrlochwandung beschä digt und zerstört werden. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird zwischen dem Expansionsschlauchstück 7 und der Bohrlochwandung eine Gleithülse,(17) eingebracht.
Diese Gleithülse kann entweder am Expansionsschlauch stück 7 befestigt oder auch von diesem getrennt in das Bohrloch 16 eingebracht werden (Fig.4). Die Gleit- hülse 17 kann mit dem Schlauchstück 7 keine Ein heit bilden, jedoch gemeinsam mit demselben in das Bohrloch 16 eingebracht werden.
Zweckmässig wird eine Gleithülse verwendet, die zumindest an ihrer Innenfläche glatt ausgebildet ist. Es kann auch eine Gleithülse verwendet werden, die aus Kunststoff besteht und die mit einem Gleit- mittel versehen ist. Das Expansionsschlauchstück kann mit einer übergestülpten Gleithülse kombiniert sein, wobei die Gleithülse vorzugsweise in radialer Richtung dehnbar ausgebildet ist.
Method and device for dissolving mineral layers without detonation explosives The present invention relates to a method and a device for dissolving mineral layers, such as rock, coal, concrete or the like, without using detonation explosives.
In underground mining for coal extraction as well as collapsing rock and in tunnel construction, the loosening of rock layers with the help of detonation explosives is often very dangerous and in part not even feasible in hard coal mining operations.
In recent times, attempts have been made to perforate the rock to be broken by means of drilling, in order to then laboriously separate it with wedge-shaped chisels. In order to loosen rock layers more easily, there has been a move to equipping hydraulic cylinders with pistons, on whose piston rods knob-like pressure pins are hydraulically extended in order to break the rock from inside the borehole. However, this known method had not produced the desired success either.
The method according to the invention is characterized in that boreholes are drilled, each borehole is filled with an expandable piece of expansion hose and these pieces of hose can then be expanded under high pressure.
The device according to the invention is characterized by a rod-shaped expansion hose piece, which consists of several layers.
The invention makes it possible to loosen rock layers with relatively little effort. Depending on the rock strength, the boreholes can be pre-drilled from about 30 to 100 cm and then filled with the expansion hose pieces. These pieces of hose are then expediently connected to a common high pressure pump unit and pressurized z. B. 500 to 1000 atm expanded from its initial diameter of 40 to 60 inm. As a result, the desired specification is pressed from the solid rock.
In the following, exemplary embodiments of the method and the device are described with reference to the schematic drawing.
Fig. 1 shows a perspective partial view of an expansion hose piece.
2 shows a partial sectional view through the rod-shaped expansion hose piece "with overpressure valve" introduced into the borehole.
Fig. 3 shows a schematic arrangement of the between tween the expansion hose piece and the high pressure pump .geschaltet liquid accumulator, and Fig. 4 shows a partial sectional view of a borehole with expansion hose piece and sliding sleeve.
As can be seen from FIG. 1, the expansion hose piece consists of a rubber-elastic inner layer 1 and an identical outer layer 2. Between these two tubular bodies there are two layers 3 and 4 made of spiral-shaped, wound steel strands. A rubber-elastic intermediate layer 5 is again arranged between layers 3 and 4. Instead of the two layers 3 and 4 provided with the steel strands, more than two such layers can also be provided.
It is of course also possible to provide just one such intermediate layer between the rubber-elastic inner and outer layers 1 and 2.
Fig. 2 shows the further development, with the rela tively short rod-shaped expansion hose piece 7 single Lich acts as a seal of the borehole mouth.
When it is acted upon by the connection 6 of the pump it is pressed against the borehole wall. Via the connection 6, water or other liquid is pressed into the deepest part of the borehole by means of a high pressure pump, not shown for simplicity. The Ku- * Priorities: Germany, July 2, September 18, 1965, April 6, May 17 and May 15, 1965.
June 1966 (H 56463 VIa / 5b, H 57209 VIa / 5b, H 59040 VIa / 5b, H 5917 VIa / 5b, H 59674 VIa / 5b). Gel valve 8 can be set to 100 atmospheres, for example, and only releases the liquid when this pressure level is exceeded. This results in a very high contact pressure of the expansion hose piece 7 ge compared to the borehole wall, so that the liquid that is pressed from the ball valve into the deepest of the borehole causes the rock to burst.
The liquid passing through the ball valve 8 is indicated by 9.
A liquid accumulator is connected between the connection hose 15 for the expansion hose section 7 (not shown here) and the pump 11 (FIG. 3). This consists of a kettle-shaped container 10 and is connected to the pump 11 by a hose 12.
Inside the container 10, a gas bubble 13 is provided which is compressed and compressed when the liquid is introduced into the container 10. If the only indicated valve 14 is opened after the pressure within the boiler, the result is: a sudden discharge of the pressure effective from the gas bubble 13 onto the liquid 10 and thus through the hose 15, which leads to the expansion hose section 7, into the bursting rocks.
Since the rock to be broken out is often cracked inside the borehole, there is the possibility with the previously existing pump units that the liquid pressure required for breaking out the rock cannot be applied within the borehole, as the liquid flows through the corresponding cracks deviates into the rock. However, in order to actually suddenly achieve the required pressure, it would be unlikely that large pump units would have to be installed.
One or more double drill holes are expediently inserted so that the material thicknesses remaining between each two drill holes are below 10 D of the drill holes, preferably 0.5-1.5 D in the case of hard rock.
This is intended to reduce the force required in each case to a minimum and to specify the length of the crack with a certain degree of certainty.
This type of drill hole preparation forces the desired position of the crack formation. The double borehole arrangement can be divided into numbers according to the length of the rock to be delimited. In the case of a single-pair design in the hard rock, the series of tests using this system has already shown that crack lengths of more than 2 m can be achieved.
The method by this arrangement of the borehole spacing causes the break in the center axis between the two expansion hose pieces when the tensile strength is exceeded, so that a sudden shift of the tension on the outer wall from the borehole to the outside occurs. Here, too, the stress on the outer tendon is significantly higher than with normal blasting by means of occasionally optionally added drill holes. In addition to the increased stress, there is also a bending load, so that the break occurs immediately.
Since very high pressures are often required when blasting, there is a possibility that the rubber-elastic expansion hose pieces will be damaged and destroyed by friction on the relatively rough borehole wall. To remedy this situation, a sliding sleeve (17) is inserted between the expansion hose section 7 and the borehole wall.
This sliding sleeve can either be attached to the expansion hose piece 7 or also be introduced separately from this into the borehole 16 (FIG. 4). The sliding sleeve 17 cannot form a unit with the hose piece 7, but can be introduced into the borehole 16 together with the same.
A sliding sleeve is expediently used which is smooth at least on its inner surface. A sliding sleeve made of plastic and provided with a lubricant can also be used. The expansion hose piece can be combined with a slipped sliding sleeve, the sliding sleeve preferably being designed to be expandable in the radial direction.