DE2114651B2 - Verwendung einer Bohrmaschine mit mehreren Antrieben zum Großlochbohren - Google Patents

Description

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Erdbohrungen erfordern einen weiten Spielraum in der Drehzahl und im Drehmoment des Bohrers. Es ist z. B. oft notwendig, von einer Größe des Bohrers zu einer anderen überzugehen. Da nun jede Größe des Bohrers am besten bei einer bestimmten Drehzahl und einem bestimmten Drehmoment arbeitet, ist es wünschenswert, diese so einstellen zu können, daß sie unter den besten Bedingungen arbeiten. Änderungen in der Drehzahl und im Drehmoment können auch erforderlich werden, wenn eine neue Formation angeschnitten wird, deren Eigenschaften besondere Anforderungen stellen. Es kann auch erforderlich sein, Drehzahl und Drehmoment zu ändern, um unerwünschte Betriebsverhältnisse, ζ. Β kritische Resonanzschwingungen zu vermeiden. Änderungen können auch erforderlich werden, wenn Teile des Bohrgestänges ein- oder ausgebaut werden. Somit kanu ein veränderlicher Antrieb der Maschine den Bohi-vorgang wesentlich verbessern.

Bohrmaschinen, mit denen Erdbohrungen durchgeführt werden, sollen relativ einfach, betriebssicher und leicht beweglich sein und zuverlässige Einrichtungen zum Ändern der Drehzahl und des Drehmomentes *o haben, wobei diese Eigenschaften besonders für den Einsatz beim »Aufwärtsbohren« wichtig sind. Dieses Aufwärtsbohren (vgl. z.B. US-Patentschrift 32 20 494) dient in Bergwerken mit Stollen oder Abbaustellen, die in verschiedenen Höhenlagen übereinander liegen, « dazu, ein von dem oberen zum unteren Stollen gebohrtes kleineres Führungsloch dadurch zu erweitern, daß man den in dem unteren Stollen eingetretenen kleineren Bohrer durch einen anderen von größerem Durchmesser ersetzt. Dieser wird dann von der so Maschine nach oben gezogen und erweitert somit das Loch. Eine solche Maschine muß eine gedrängte, dem Förderkorb angepaßte Bauart haben und zuverlässig in den begrenzten Räumen eines Bergwerkstollens arbeiten können. Sie muß wegen der Enge des Arbeitsraumes mit einem Minimum an Bedienung und Pflege auskommen und unfallsicher sein, weil Reparaturen in einem Stollen schwierig sind und zu großen Verlusten an Bohrzeit führen.

Wenn das Führungsloch mit dem kleinen Durchmes- eo ser gebohrt wird, muß der Bohrer mit hoher Drehzahl und kleinem Drehmoment arbeiten. Wenn dann das Führungsloch durch das Aufwärtsbohren erweitert wird, muß der Bohrer mit kleiner Drehzahl und hohem Drehmoment arbeiten.

Die bekannte Technik auf diesem Gebiet zeigt keine Antriebssysteme, die einen weiten Spieliaum zum Ändern der Drehzahl und des Drehmomentes haben. Im allgemeinen erfordern diese Bauarbeiten auch großen Raumbedarf.

Eine andere bekannte Technik ist in der US-Patentschrift 3446 284 beschrieben. Hier wird ein hydraulischer Motor benutzt, der mit dem Bohrgestänge durch eine Antriebskette verbunden ist Die Drehzahl und das Drehmoment können durch Auswechseln der Größe der Kettenräder zwischen dem hydraulischen Motor und dem Bohrgestänge verändert werden. Diese Antriebsart weist viele Nachteile auf; insbesondere ist der Zeitaufwand und die Schwierigkeit beim Auswechseln der Kettenräder beachtlich.

Eine weitere bekannte Technik (vgL US-Patentschrift 34 54 114) beschreibt einen Antriebsmotor, der das Bohrgestänge über ein kompliziertes mechanisches Getriebe antreibt, das eine für das Optimum des Bohrvorganges erforderliche Änderung der Drehzahl und des Drehmomentes nicht vorsieht Dieses Getriebe ist mit seinen vielen Teilen häufig der Anlaß zu mechanischen Störungen.

In der US-Patentschrift 34 60 638 ist ein Antrieb mit einem hydraulischen Motor beschrieben, der mit einem Zwischengetriebe verbunden ist, das seinerseits das Bohrgestänge antreibt Dem Antrieb fehlt die einfache Verstellbarkeit, die für das optimale Bohren erforderlich ist

Durch die DE-FS 9 63 593 und die US-PS 33 30 164 sind Drehtischantriebe für Tiefbohranlagen bekannt geworden, bei denen mehrere Motoren eingesetzt sind, die wahlweise dem Antriebsritzel zugeschaltet werden können.

Die US-PS 34 26 857 zeigt eine Bohrvorrichtung mit mehreren auf ein Hauptantriebsrad wirkenden Motoren an einem verfahrbaren Schlitten.

Schließlich ist aus der DE-AS 12 79 578 eine Vorrichtung zum Bohren eines Großloches bekannt bei dem ein Vorloch von oben nach unten gebohrt wird und unter Verwendung des gleichen Bohrgestänges zu einem Großloch in einem eikdgen Aufwärtsgang erweitert wird. Diese Vorrichtung weist einen einzigen Antriebsmotor auf, der das Bohrgestänge über eine Untersetzungsräderfolge antreibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Herstellung von Großlochbohrungen im Bergbau, bei der in einer ersten Stufe von einem höher gelegenen Betriebspunkt aus nach abwärts ein Pilotloch vorgebohrt wird, welches in einer zweiten Stufe in Gegenrichtung auf den endgültigen Bohrlochdurchmesser erweitert wird, eine geeignete, den Betriebserfordernissen angepaßte Möglichkeit zu finden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung einer Bohrmaschine mit mehreren Antrieben, durch die unterschiedliche Drehzahlen und Drehmomente auf das Bohrgestänge übertragbar sind, zur Herstellung von Großlochbohrungen im Bergbau, bei der in einer ersten Stufe mit höherer Drehzahl und kleinerem Drehmoment von einem höher gelegenen Betriebspunkt aus nach abwärts ein Pilotloch vorgebohrt wird, welches in einer zweiten Stufe in Gegenrichtung mit geringerer Drehzahl und größerem Drehmoment auf den endgültigen Bohrlochdurchmesser er weiten wird.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß man durch Änderungen in der hydraulischen oder elektrischen Energiezufuhr zu den Antriebsmotoren Drehzahl und Drehmoment beliebig verändern und den jeweiligen Betriebsverhältnissen anpassen kann.

Diese Vorteile werden dadurch erreicht, daß mehrere

Motoren vorgesehen sind, die wahlweise zum Antrieb des Bohres dienen. Dabei können die Drehzahl und das Drehmoment durch Einstellen der Energiezufuhr zu den einzelnen Motoren geändert werden, und es kann auch eine Kombination der Motoren benutzt werden, die den besten Antrieb für den Bohrer ermöglicht

Einzelheiten der Erfindung werden aus dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ersichtlich, das in der Zeichnu.ig dargestellt ist. In dieser zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Aufwärtsbohrmaschine mit dem Antrieb nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Aufsicht auf den Antrieb nach F i g. I,

F i g. 3 eine Seitenansicht zu F i g. 2,

F i g. 4 ein Schaltschema für die hydraulische Energiezuführung bei dem Antrieb nach F i g. 2 und 3,

F i g. 5 eine andere Ausführungsform des Antriebs,

Fig.6 ein Schaltschema für die Ausführungsform nach F i g. 5,

F i g. 7 eine andere Ausführungsform des Antriebs,

F i g. S ein elektrisches Schaiischema für die Ausführungsform nach F i g. 7 und

Fig.9 eine Ausführungsform des Antriebs mit hydraulischen und elektrischen Motoren.

In F i g. I ist die M aschine 10, die besonders zum Aufwärtsbohren geeignet ist, durch die Grundträger 11 mit dem Boden verbunden, in dem zweckmäßig Betonfundamente liegen. An den Trägern 11 sind Tragsäulen 12 und 12' befestigt, die durch Streben 13 und 13' abgestützt werden.

Zwischen den Tragsäulen 12,12' ist ein Schlitten 14 in bekannter Weise durch einen zweiseitig wirksamen Zylinder 15 verschiebbar, der zwischen dem Schlitten 14 und den Trägern 11 angeordnet ist. Der Schlitten 14 trägt den Bohrgestängekopf 16 und die Antriebseinrichtung 17. Das umlaufende Bohrgestänge 18 ist an dem Bohrgestängekopf 16 befestigt und in der Stellung zum Abwärtsbohren in der Zeichnung dargestellt Die einzelnen Abschnitte des Bohrgestänges 18 können während des Bohrvorganges entsprechend der US-PS 34 46 284 ein- oder ausgebaut werden. Der Antrieb 17 dreht den Bohrgestängekopf 16 und das mit ihm verbundene Bohrgestänge 18.

Die Maschine ermöglicht nun die Veränderung der Drehzahl und des Drehmoments des Bohrers und dadurch eine Anpassung an die Änderungen der Betriebsverhältnisse, wie sie einleitend beschrieben wurden. Selbstverständlich können die hier beschriebenen Bohrvorgänge auch beim Bohren in einem Winkel zur Vertikalen oder beim Bohren nach oben angewendet werden.

In Fig.2 ist eine Ausführungsform des Antriebs in vergrößertem Maßstab dargestellt Auf dem Schlitten sind drei hydraulische Motoren 19, 20, 21 zum Antrieb des Bohrgestängekopfes 16 vorgesehen. Für kleine Drehzahlen und hohes Drehmoment wird die hydraulische Flüssigkeit allen drei Motoren in Parallelschaltung zugeführt. Wenn eine hohe Drehzahl und ein niedriges Drehmoment erforderlich ist, wird die hydraulische Flüssigkeit nur durch den Motor 19 geleitet. Der Bohrgestängekopf 16 trägt ein Hauptantriebsrad 22, das in F i g. 2 in gestrichelter Linie dargestellt ist. In dieses greifen drei Zahnräder 23,24, 25 ein. Das Zahnrad 23 ist größer als die beiden anderen und gibt dem Hauptantriebsrad 22 die höchste Drehzahl, z. B. beim Bohren des f>5 Führungsloches. Als Beispiel sei bemerkt, daß das Zahnrad 23 ein Übersetzungsverhältnis von 2 :1 haben kann, während die beiden anderen Zahnräder ein Übersetzungsverhältnis von 3 :1 haben.

Eine Seitenansicht des Antriebs zeigt im Ausschnitt F i g. 3. Die Motoren 19,20,21 sind auf dem Schlitten 14 angeordnet Das große Zahnrad 23 greift in das Hauptantriebsrad 22 ein und ruft eine hohe Drehzahl des Bohrers hervor. Auch die kteinen Zahnräder 24 und 25 greifen in das Hauptantriebsrad ein und rufen ein großes Drehmoment bei kleiner Drehzahl hervor, v/enn alle drei Motoren das Hauptantriebsrad antreiben.

In F i g. 4, die das Schema des Flüssigkeitsstronies für den Antrieb nach Fig.2 und 3 zeigt, sind für kleine Drehzahlen und hohes Drehmoment die Ventile 26 und 27 geöffnet Sie leiten den Flüssigkeitsstrom, der von einer in ihrer Geschwindigkeit verstellbaren Pumpe 28 kommt durch die Motoren 19, 20, 21 in Parallelschaltung, wodurch eine kleine Drehzahl des Bohrers bei hohem Drehmoment hervorgerufen wird. Wenn eine hohe Drehzahl bei niedrigem Drehmoment verlangt wird, werden die Ventile 26 und 27 geschlossen. Dann strömt die gesamte Flüssigkeit ve- der Pumpe 28 zu dem Motor 19. Ein geringer Überd'uck ist für die Motoren 20 und 21 durch die Pumpe 29 vorgesehen, damit in diesen eine Kavitation vermieden wird. Dabei sei bemerkt daß verschiedene Kombinationen und eine beüeb'ge Zahl von Motcren vorgesehen werden kann, ohne daß man dadurch den Gedanken der Erfindung verläßt So kann ein unbegrenzter Spielraum von Drehzahlen und Drehmomenten erreicht werden, die ein Optimum der Bohrbedingungen gewährleisten.

In der hier beschriebenen Ausführungsform werden die Motoren hydraulisch abgeschaltet wenn sie nicht zum Drehen des Bohrgestänges benutzt werden. Ansteile des hydraulischen Abschaltens können auch mechanische Kupplungen benutzt werden. In F i g. 5 ist eine Ausführungsform mit zwei Motoren 30 und 31 dargestellt. Diese sind auf einem Fahrgestell 32 angeordnet und treiben das Bohrgestänge ähnlich, wie vorstehend beschrieben, an, wobei durch die Zahnräder 33 und 34 das Hauptantriebsrad 35 angetrieben wird. Der Motor 30 ist auf einer ersten Lagerplatte 36 angeordnet die auf einer zweiten Lagerplatte 37 verschiebbar ist Zum Verschieben der Lagerplatte 36 dient ein Gewindebolzen 38, der in ein mit innengewinde versehenes Loch des Rahmenteils 39 eingreift und mit seinem Ende in der ersten Lagerplatte drehbar, aber unverschiebbar festgelegt ist Durch entsprechendes Drehen des Gewindebolzens 38 kann das Zahnrad 33 gegenüber dem Hauptantriebsrad 35 zum Eingriff oder außer Eingriff gebracht werden. Es können aber auch andere mechanische Einrichtungen zum Ein- bezw. Ausschalten des Zahnrades 33 benutzt werden, ohne daß der Gedanke der Erfindung verlassen wird.

Ip F i g. 6 ist schematisch der Flüssigkeitsstrom für die Ausführungsform nach F i g. 5 dargestellt Eine in ihrer Geschwindigkeit "eranderliche Pumpe 40 versorgt die Motoren 30 und 31 in Parallelschaltung für niedrige Drehzahl und hohes Drehmoment. Wenn eine hohe Drehzahl gewünscht wird, werden die Ventile 41 und 42 geschlossen, und Jer ganze Flüssigkeitsstrom wird dem Motor 31 zugeführt. Dabei kann, wie vorstehend beschrieben, der Motor 30 mechanisch von dem Hauptantriebsrad 35 abgekoppelt werden. In diesem Falle ist ein Flüssigkeitsdruck an dem Motor 30 nicht erforderlich.

In Fig. 7 ist eint Ausführungsform dargestellt, die vier Gleichstrommotoren 43, 44, 45,46 benutzt. Sie sind auf einem Teil des Schlittens 47 angeordnet und tragen Zahnräder 48. 49. 50. 51. die zum Anirirh dpi

Bohrgestänges mit dem Hauptantriebsrad 52 zum Eingriff gebracht werden. Dazu ist jeder der vier Motoren auf dem Schlitten 47 durch Gewindeelemente verschiebbar. So kann z. B. der Motor 43 mit dem Hauptantriebsrad 52 durch Verstellen des Gewindeelements 53 zum Eingriff gebracht werden. Wenn eine hohe Drehzahl des Bohrers und ein niedriges Drehmoment benötigt werden, kann ein einziger Motor 43 mit dem Hauptantriebsrad 52 zum Eingriff gebracht werden. Wird ein größeres Drehmoment verlangt, werden die anderen Motoren zugeschaltet.

Das elektrische Schaltschema zu Fig. 7 zeigt Fig.8. Der Strom kann den einzelnen Motoren 43, 44, 45, 46 durch die Zuleitung 55 zugeführt werden. Der jedem Motor zugeführte Strom wird durch besondere Schalter 56, 57, 58, 59 eingeschaltet. Wenn beim Bohren eines Führungslochs eine hohe Drehzahl mit niedrigem Drehmoment erforderlich ist, wird z. B. nur der Motor 43 mit dem Hauptantriebsrad 52 zum Eingriff gebracht. Dabei ist der Schalter 56 geschlossen und das Hauptantriebsrad 52 läuft nur durch den Motor 43 mit hoher Geschwindigkeit. Wenn aber ein hohes Drehmoment mit niedriger Geschwindigkeit erforderlich ist. bringt man alle vier Motoren mit dem Hauptantriebsrad in Hingriff. Dabei sind die Schalter 56, 57, 58, 59 geschlossen, so daß alle Motoren das Hauptantriebsrad 52 mit hohem Drehmoment antreiben. Durch entsprechende Schaltung kann man auch weitere Kombinationen der Antriebsmotoren herbeiführen.

F i g. 9 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei elektrischen Motoren 60 und 61 und zwei hydraulischen Motoren 62 und 63. Infolge der charakteristischen Antriebseigenschaften dieser beiden Motortypen erreicht man durch diese Kombination einen Antrieb mit einem weiten Spielraum hinsichtlich ί der Drehzahl und des Drehmoments. So können die beiden Flektromotoren 60 und 61 mit dem Haiiptantriebsrad 64 zum Eingriff gebracht werden. Die Gewindeeinrichtungen 65, 66, 67, 68 bewirken das Ein- und Ausrücken der Zahnräder 69 und 70. Die Zahnräder

ίο 75 und 76 der hydraulischen Motoren 62 und 63 können mit dem Hauptantriebsrad 64 durch Betätigung der Gewindeeinrichtungen 71, 72, 73, 74 zugeschaltet werden. Wenn hohes Drehmoment und niedrige Drehzahl erforderlich ist. sind die Zahnräder 69, 70, 75,

ι -, 76 mit dem Hauptantriebsrad 64 in Eingriff. Wenn hohe Drehzahl und niedriges Drehmoment erforderlich sind, ist ein einziges Zahnrad mit dem Hauptantriebsrad nur durch einen Motor in Eingriff.

Die Motoren und die Zahnräder sind für hohe

jo Geschwindigkeiten besonders angepaßt. So ist z. B. das Zahnrad 69 des Elektromotors 60 größer als die anderen Zahnräder. Wird dieser Motor eingeschaltet, so ruft er eine hohe Drehzahl des Bohrers hervor. Die anderen Zahnräder 70, 75,76 sind kleiner und können deshalb ein

.»-, höheres Drehmoment erzeugen. Wenn alle vier Motoren eingeschaltet sind, wird auf das Hauptantriebsrad das größte Drehmoment ausgeübt. So bewirkt die Vielzahl der Motoren eine ausgeglichene Kraftwirkung auf das Hauptantriebsrad, die allen Bedürfnissen des

in Bohrvorganges angepaßt werden kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Verwendung einer Bohrmaschine mit mehreren Antrieben, durch die unterschiedliche Drehzahlen und Drehmomente auf das Bohrgestänge übertragbar sind, zur Herstellung von Großlochbohrungen im Bergbau, bei der in einer ersten Stufe mit höherer Drehzahl und kleinerem Drehmoment von einem höher gelegenen Betriebspunkt aus nach abwärts ein Pilotloch vorgebohrt wird, welches in einer zweiten Stufe in Gegenrichtung mit geringerer Drehzahl und größerem Drehmoment auf den endgültigen Bohrlochdurchmesser erweitert wird.