DE2230579B1

DE2230579B1 - Verfahren zum Ausbrechen von Hohlräumen aus einem Gesteinskörper und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2230579B1
Application number: DE19722230579
Authority: DE
Inventors: Charles Stuart Berkeley Calif. Godfrey (V.St.A.)
Original assignee: Physics International Co San Leandro Calif (vsta)
Current assignee: Physics International Co San Leandro Calif (vsta)
Priority date: 1972-06-06
Filing date: 1972-06-22
Publication date: 1973-12-20
Also published as: GB1371297A; DE2230579C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auffahren von Hohlräumen durch Ausbrechen von Gestein aus einem Gesteinskörper durch Schlagwirkung von Festkörpern, die in im Abstand von der Gesteinsoberfläche angeordneten Schießeinrichtungen durch Treibmittel beschleunigt werden und beim Einschlagen in den Gesteinskörper das Gestein zerbrechen und Gesteinsbruchstücke ablösen.

Es ist bereits bekannt (USA.-Patentschriften 3 055 442, 2 708 102), Festkörper in im Abstand von einer Gesteinsoberfläche angeordneten Schießeinrichtungen mit Treibmitteln zu beschleunigen und ihre Schlagwirkung beim Einschlagen in einen Gesteinskörper, welche zum Zerstören des Gesteins und zur Ablösung von Gesteinsstücken führt, zum Ausbrechen von Hohlräumen aus dem Gesteinskörper auszunutzen. Als Treibmittel werden dabei Gasstrahlen oder Fluids verwendet, die entweder unmittelbar auf das zu zerstörende Gestein gerichtet werden oder zur Beschleunigung von Geschoßkügelchen verwendet werden, die auf das zu zerstörende Gestein gerichtet werden. Obwohl hierdurch das jeweilige Gestein zerstört und Gesteinsstiicke abgelöst werden können, sind jedoch jeweils nur Hohlräume relativ geringen Querschnitts auffahrbar, und zwar trotz eines relativ hohen Energieaufwands relativ langsam.

Es ist ferner bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1 908 208), zur Gewinnung von Mineralien das mineralhaltige Gestern einer Druckwelle von hoher Energie auszusetzen, durch die das Gestein zerstört und aus dem Gebirgsverband gelöst wird, wobei die Energie der Druckwelle von einer Energiequelle erzeugt und auf das Gestein über ein Übertragungsmittel übertragen wird, das zwischen der Energiequelle und dem betreffenden Gestein angeordnet ist. Die Druckwellen werden dabei durch Schlagwirkung von mit hoher Geschwindigkeit auf das jeweilige Gestein auftreffenden Projektilen er-

zeugt. Die Auftreffgeschwindigkeit des jeweiligen Projektils soll dabei ebenso groß oder größer sein wie bzw. als die Schallgeschwindigkeit. Obwohl in der zuletzt betrachteten Weise eine kontinuierliche Mineralgewinnung ermöglicht ist, werden jedoch auch hierbei nur Hohlräume relativ geringen Querschnitts aufgefahren, und zwar relativ langsam.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die betrachteten bekannten Verfahren so weiterzuentwickeln, daß danach auch Hohlräume größeren Querschnitts aufgefahren werden können, und zwar schneller und mit einem geringeren Energieaufwand als solche nach herkömmlichem Verfahren herzustellen sind.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß nichtexplosive Geschosse großer Masse und mit massiven Köpfen als Festkörper verwendet werden und von einem steuerbaren Geschütz als Schießeinrichtung auf eine Geschwindigkeit von etwa 1,5 km/s beschleunigt werden und aus einer solchen Entfernung abgeschossen werden, daß sie im Gesteinskörper Einschlagdrücke von 45 bis lOOkbar auslösen, und mit einer solchen gegenseitigen Vorgabe auf die Gesteinsoberfläche geschossen werden, daß die zwischen benachbarten Einschlagkratern entstehenden Gesteinswälle mitgeworfen werden, und daß das Haufwerk unmittelbar und kontinuierlich von Fördereinrichtungen abgefördert wird. Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß auf relativ einfache Weise größere Hohlräume in einem Gesteinskörper aufgefahren werden können als bei herkömmlichen Verfahren, und zwar mit einer höheren Geschwindigkeit und geringerem Energieaufwand als bei den betreffenden herkömmlichen Verfahren. Außerdem ist von Vorteil, daß auf relativ einfache Weise eine Beschädigung der die jeweiligen Hohlräume umgebenden Gesteinsbereiche auf einen minimalen Wert herabgesetzt ist.

Von Vorteil hinsichtlich der Regulierung der Wirkung der Geschosse ist es, wenn man gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung das Ausbruchsprofil eines Hohlraumes mit den Festkörpergeschossen dadurch gezielt herausarbeitet, daß in an sich bekannter Weise in dem Gesteinskörper längs der Profillinie Löcher ausgebohrt werden oder eine Einkerbung eingeschnitten wird. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß es bereits bekannt ist (USA.-Patentschrift 2 426 688, Fig. 3), vor dem Ausbrechen eines Kernes aus einem Gestein zunächst das Profil des beabsichtigten Hohlraumes herauszuarbeiten.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, ein aus einem massiven, nichtexplosiven Festkörper bestehendes Geschoß zu verwenden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine massive, stumpfe Spitze aufweist. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß eine besonders hohe Gesteinsausbrechung bei Verwendung eines solchen Geschosses erzielt wird.

Von Vorteil hinsichtlich eines relativ geringen konstruktiven Aufwands ist es ferner, wenn gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung <ler Erfindung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ein einen Lauf sowie eine Ladeöffnung aufweisendes Geschütz verwendet wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in die Ladeöffnung ein Gemisch aus Sauerstoff und einem kohlenstoffhaltigen Gas über Füllventile einfüllbar ist und eine elektrische Zündeinrichtung zur Zündung des Gemisches vorgesehen ist. In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, daß es bekannt ist (deutsche Offenlegungsschrit 1 908 208), in Schießeinrichtungen zur Gesteinszerstörung dienende Projektile durch explosive Gemische, die durch eine Zündeinrichtung gezündet werden, zu beschleunigen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Einrichtung zum Abteufen eines Schachtes;

Fig. 3 zeigt ein bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 und 2 verwendetes Geschoß;

Fig. 4 zeigt in einem Kurvendiagramm die Abhängigkeit der auf Grund des Einschusses von Geschossen in Gestein freigesetzten Gesteinsmasse von der Geschoßenergie;

Fig. 5 a und 5b zeigen in einer Draufsicht bzw. in einer Seitenansicht Krater, die durch aufeinanderfolgende Geschosse an optimal voneinander in Abstand vorgesehenen Einschußstellen gebildet sind;

Fig. 6a und 6b zeigen in einer Draufsicht bzw. in einer Seitenansicht die Steuerung der Wirkung, die sich aus dem Einschuß eines Geschosses bei Ver-Wendung von gebohrten Löchern in einem Gestein ergibt;

Fig. 7 zeigt schematisch ein Geschütz zum schnellen Ausbrechen von Gestein mit Hilfe von eine hohe Geschwindigkeit besitzenden Geschossen gemäß der Erfindung;

Fig. 8 zeigt in einer Perspektivansicht eine Einrichtung für einen Streckenvortrieb.

In Fig. 1 und 2 ist eine Einrichtung zum Abteufen eines Schachtes gemäß der Erfindung gezeigt. Bei dieser Einrichtung werden eine hohe Geschwindigkeit besitzende Geschosse an eine Gesteinsöberfläche eines auszubrechenden Gesteins abgefeuert, und zwar mit einer Frequenz von etwa zehn Schuß pro Minute. Die von einem Schuß herrührenden Erregungen (Stoßwellen, Drucke usw.) sind zu dem Zeitpunkt, zu dem der nächste Schuß abgefeuert wird, alle abgeklungen. Da die zu irgendeinem Zeitpunkt freigesetzte Energie durch die Geschwindigkeit und die Masse des jeweiligen Geschosses begrenzt ist, wird jeweils eine selektive Gesteinsausbrechung erzielt, während der Betrieb der Beseitigung des Haufwerks fortgesetzt wird.

Die Einrichtung besteht aus einem Bohrturm 10, der über einem Vorbohrloch 11 (Fig. 2) mit Hilfe eines großen Kranes angeordnet ist. Der Kran besteht aus einem bewegbaren Ausleger 12, der mit Förderseilen und Rollen versehen ist und der mit der Plattform bzw. Grundplatte bzw. Unterseite eines aufrechtstehenden fest angeordneten Trägers 13 ver~ bunden ist. Eine Windeneinrichtung 14 liefert die für den Betrieb des Kranes erforderliche Leistung.

Nachdem der Bohrturm in seine Stellung gebracht ist, wird eine zwei Geschütze 16 und 17 tragende Arbeitsbühne 15 in den Vorschacht eingeführt, bis eine sich drehende Räumvorrichtung 18 am Bohrlochmund des Vorbohrloches 11 anliegt und eine Stabilisierungsstange 19 in dem Loch 11 liegt. Um die Vorgänge zu Beginn des Abteufens zu erleich-

5 6

tern, ist der Bohrlochmund des Vorbohrlochs 11 auf verwendet, wie sie beim Schachtteufen im Grubenbau einen Durchmesser erweitert, der größer ist als der und bei Bohrvorgängen erprobt worden ist. Es sei Durchmesser der erwähnten Plattform, wie dies an ferner darauf hingewiesen, daß für den auf dem vorder Oberseite des in Fig. 2 dargestellten Vorschach- liegenden Gebiet tätigen Fachmann auch andere tes veranschaulicht ist. Die Arbeitsbühne 15 wird mit 5 Anordnungen ohne weiteres möglich sind und daß Hilfe von (nicht näher dargestellten) Windeneinrich- ferner eme Einrichtung zum Streckenvortrieb ohne tungen abgesenkt, die an dem Bohrturm angebracht weiteres in einer im Zusammenhang mit Fig. 8 zu sind. Wird eine Vielzahl von Förderseilen, deren beschreibenden Weise vorgesehen sein kann. In diejedes mit einer gesonderten Winde verbunden ist, sem Zusammenhang sei bemerkt, daß die in Fig. 8 vorgesehen, so kann ein Servomechanismus zur io dargestellte Einrichtung im übrigen auch ein ständi-Steuerung der Winden und zur Stabilisierung der ges Abfördern von Haufwerk an eine Lastwagen-Arbeitsbühne 15 vorgesehen sein. Der Abstand zwi- Ladestation bewirkt.

sehen der Arbeitsbühne 15 und der Räumvorrich- Bevor mit einer detaillierten Beschreibung von tung 18 kann fest oder verstellbar sein, um nämlich bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weiden jeweils gewünschten Abstand zwischen den Ge- 15 ter fortgefahren wird, die mit hoher Geschwindigkeit schützen 16, 17 und der Oberfläche des Gesteins, auftretende Geschosse sozusagen als Strahlelemente das abgetragen wird, entsprechend zu wählen. Bei verwenden, sei zunächst die Frage betrachtet, ob ein dem betreffenden Abstand handelt es sich um einen Strahl ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von solchen von weniger als etwa 12 m. einigen Größen oder einigen Größenordnungen auf-Den Geschützen 16, 17 wird ein explosives Gas- ao weisen sollte. Im zuletzt genannten Fall wird von gemisch von einem Kraftstoff system 20 her züge- einem »Strahl eines Kalibers 10ⁿ« gesprochen, woführt. Vorzugsweise werden Methan und Sauerstoff bei η eine kleine Zahl ist, und im erstgenannten Fall im Verhältnis von 2 Mol Sauerstoff auf 1 Mol Me- wird von einem »Strahl eines Kalibers n« gesprothan (stoichiometrisch) in die Ladeöffnung eines Ge- chen, wobei η ebenfalls eine kleine Zahl ist, wie 1. Schützes unter einem Druck von 1/10 kbar einge- 25 Der Mechanismus beim Ausbrechen von Gestein blasen bzw. eingeführt. Auf die Zündung des betref- ist bei Strahlen der beiden zuvor erwähnten Arten fenden Gasgemisches mittels eines elektrischen Fun- gänzlich verschieden. Ein Strahl des Kalibers η Überkens steigt der Druck auf 1,5 kbar an. Dies veran- trägt seine gesamte Energie schnell auf das Gestein laßt eine an einem Geschoß befindliche Schublippe und führt zu einem mehr oder weniger herkömmabzubrechen, wodurch das Geschoß, das etwa 1 kg 30 liehen flachen Krater. Ein großer Anteil der abgewiegt, beschleunigt wird. In einer praktisch ausge- führten Gesteinsmenge (etwa 50 ^l0/o) rührt daher, daß führten Anlage weisen die Geschosse einen Durch- einzelne Gesteinssplitter um die Kante des Kraters messer von 10 cm auf, und außerdem sind sie aus herum absplittern. Im Hinblick auf eine Beschreieinem billigen Material hergestellt. In Fig. 3 ist ein bung der Kraterbildung in Gestein auf Grund einer praktisches Geschoß gezeigt, das aus einer Beton- 35 Stoß- bzw. Schlagwirkung sei auf die Zeitschrift masse 21 besteht, die mit einem Kunststoff-Mantel »Proceedings of the Sixth Symposium on Hyper-22 umhüllt ist. Dieser Kunststoff-Mantel 22 weist velocity Impact«, Volume II, Teil 2 (August 1963), einen ringförmigen Scherflansch 23 auf. unter dem Titel »The Partition of Energy of Hyper-Die Geschütze 16, 17 werden in vorprogrammier- velocity Impact Craters Formed in Rock« von ten Intervallen und an durch Servosteuerung festge- 40 D. E. Gau 11 und E. D. Heitowit hingewiesen, legten Stellen jeweils automatisch betätigt. Eine ma- Das Eindringen eines Strahles des Kalibers 10" muelle Übersteuerung ermöglicht, eine Flexibilität in wird normalerweise unter Heranziehung von Begrifdas Schießmuster einzuführen, wenn die Bedingun- fen entsprechend einem hydrodynamischen Dauergen dies erfordern. Ein Verriegelungssystem verhin- zustand erläutert. Diese Begriffe werden aus einer dert das Abfeuern: eines Geschosses in die Räum- 45 Anwendung der Bernoulli-Gleichung gewonnen. Der vorrichtung 18, wenn diese sich um ein Becherwerk betreffende Strahl gibt Energie und einen Impuls 25 dreht. Eine durch einen Motor 27 angetriebene diskret an das Gestein ab, und zwar während seiner Förderschnecke 26 führt das anfallende Haufwerk Dauer. Der auf diese Weise erzielte Hohlraum ist zu dem Becherwerk 25 hin, wenn die Räumvorrich- gewöhnlich tief und von kegeliger Form,
tung 18 um das Becherwerk 25 herum eine Schwen- 50 Da das Verhältnis des bei Aufgabe eines Gekung ausführt. Das Becherwerk 25 fördert das Häuf- Schosses auftretenden Staudrucks zur Festigkeit des werk an eine Stelle oberhalb der Arbeitsbühne 15, jeweiligen Gesteins für die Gesteinsausbrechung wo es einer Abgabeschurre 29 aufgegeben wird, die wichtig sein dürfte, wird ein Vergleich dieses Paradas Haufwerk an einen Förderkübel 30 abgibt. Der meters bezüglich beider Strahltypen vorgenommen. Förderkübel 30 wird dann mit Hilfe einer Schacht- 55 In diesem Zusammenhang sei angenommen, daß winde zur Oberfläche angehoben. Die Schachtwinde beide Strahlen eine Geschwindigkeit von 1,5 km/s ist dabei an einem I-Träger 31 angebracht, entlang besitzen. Zum Zwecke des Vergleichs sei ferner anwelchem der Förderkübel 30 zur Entladung des genommen, daß es sich bei beiden Strahlen um Was-Haufwerks in einen wartenden Kraftwagen in hori- serstrahlenhandelt. Der für den Strahl des Kalibers« zqntaler Richtung bewegt wird, wie dies aus Fig. 1 60 bedeutsame Staudruck kann dadurch erhalten werhervorgeht. Eine an der Aufgabeschurre 29 vorseh- den, daß der Druck für den Fall bestimmt wird, daß bare Verschlußklappe kann automatisch verschlossen eine ebene Wasserwelle mit der betreffenden Gewerden, während die Schurre 29 von einer Kübel- schwindigkeit gegen eme feststehende Gesteins-Halbfüllstelle zu einer zweiten hin gedreht wird. ■ ebene auftrifft. Dieser Druck beträgt im Falle eines Es sei darauf hingewiesen, daß mit Ausnahme der 65 Wasserstrahls etwa 45 kbar. Bei einem Strahl des Geschütze und der Geschosse die soweit beschrie- Kalibers 10" ist die Zeitspanne sehr kurz, wenn ein bene Anlage zur fortwährenden schnellen Abräu- nichtstationärer Druck dieser Größe existiert. Wenn mung von hartem Gestein eine verfügbare Anlage der Strahl den Dauerwert erreicht, sinkt dieser Druck

7 8

jedoch auf einen Wert ab, der durch folgende Glei- treffend Einschläge von Stahlgeschossen in Zement

chung angenähert berechnet werden kann: mit Geschwindigkeiten bis zu 0,3 km/s sei auf die

ρ _ ι/ „ TT2 _ ι/ _n cv ΤΠ² Veröffentlichung »Dynamic Rock Penetration Tests

^{s /2Pt /2Pn ;} ' at Atmospheric Pressure« von B. W. Vanzant in

In der vorstehenden Gleichung bedeuten p_t und Pj 5 »Fifth Symposium on Rock Mechanics« (Charles die Dichte des Zieles bzw. des Strahles, V bedeutet Fairhurst, Ed.), Pergamon Press, New York, Seiten die Geschwindigkeit des Strahles, und U bedeutet die 61 bis 91 (1963), hingewiesen. Gemäß den betref-Geschwindigkeit, mit der die Berührungsfläche, auf fenden Daten ergibt sich folgende Beziehung:
die der Strahl auftrifft, zurückweicht. Löst man diese V = O 0005 E 1 25
Gleichung unter Berücksichtigung der angenomme- io ' ° '
nen Aufschlagparameter auf, so führt dies zu Hierin bedeutet V das Kratervolumen (Kubikzoll) U = 0,5 km/s und P_s = 5 kbar. Bei einer gegebe- und E₀ die kinetische Energie des Geschosses in nen Strahlgeschwindigkeit sind somit die Dauerwert- ft-Ib. Würde man dieselbe Beziehung für Betonbedingungen des Strahls des Kalibers 10" wesentlich geschosse anwenden, so würde das oben angenomweniger wirksam hinsichtlich der Überwindung der 15 mene Geschoß zu einem Krater in Zement mit Festigkeit des Gesteins, als dies für die Hauptauf- einem Volumen von 204 dm³ oder zu einem Haufschlagsbedingungen des Strahls des Kalibers η zu- werk von 500 kg führen,
trifft. Um die Wirkung bzw. das Ausbrechen nahe der

Angesichts der vorstehenden Ausführungen wer- Profillinie eines zu schaffenden Hohlraums zu loka-

den gemäß der Erfindung Geschosse des Kalibers η ao lisieren, kann eine Einkerbung in den Gesteinskörper

mit großer Masse (etwa 1 kg) verwendet, die mit eingeschnitten werden, oder es kann eine Reihe von

etwa 1,5 km/s auf auszubrechendem Gestein zum Löchern 32 längs der betreffenden Profillinie gebohrt

Auf treffen gebracht wird. In Abhängigkeit von dem werden, wie dies aus Fig. 6 a und 6 b hervorgeht.

Material des Geschosses führen die erzielten Auf- Ein durch ein einziges Geschoß, das an einer Stelle

schlage zu Drucken von 45 bis 100 kbar in hartem 25 34 einschlägt, hervorgerufener Krater 33 würde das

Gestein. in Fig. 6b gezeigte Profil aufweisen. Fig. 6b zeigt

Eine Erklärung für die Wahl eines Geschosses eine Schnittansicht längs einer Linie, die senkrecht

großer Masse ergibt sich aus einer Überprüfung der zu der Löcherreihe und dem Einschlagpunkt 34 ge-

Aufschlagdaten. In Fig. 4 sind in einem Diagramm maß Fig. 6a verläuft.

Daten wiedergegeben, wie sie in einem Artikel von 30 Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der

H. J. M ο r r e, D. E. G a u 11 und E. D. H e i t ο w i t Erfindung wird als Energiequelle ein Gemisch aus

unter dem Titel »Change of Effective Target Strength Sauerstoff und Methan verwendet. Es sei jedoch

with Increasing Size of Hypervelocity Impact Cra- bemerkt, daß auch andere Gemische verwendet

ters« in der Zeitschrift »Proceedings of the Seventh werden können, wie Sauerstoff und Propan.

Hypervelocity Impact Symposium«, Tampa, Florida, 35 Es sei angenommen, daß die Detonationsprodukte

Volume IV, Theory (Februar 1965), angegeben sind. einen Anfangsdruck von 1,5 kbar liefern. Dies dürfte

Die Daten geben die Gesteinsmasse wieder, die durch nicht in einem unmöglichen Wertbereich für den

Einschläge von Geschossen etwa des Kalibers 1 aus Lauf 40 eines in Fig. 7 schematisch dargestellten

Polyäthylen, Aluminium und Stahl in dichtem, in Geschützes 41 liegen, und zwar auch dann nicht,

Frage kommendem Basalt herausgebrochen worden 40 wenn Ubergangsdrucke während der Detonation den

ist. Die in dem Diagramm eingetragene, voll aus- angegebenen Druckwert überschreiten,

gezogene Linie gibt das für die experimentellen Da- Ein stöchiometrisches Gemisch aus Sauerstoff und

ten geeignete kleinste Quadrat wieder, und die ge- Methan bringt nach der Detonation einen 15fachen

strichelte Linie stellt die theoretischen Vorhersagen Druckanstieg mit sich. Demgemäß müssen die Gase

für einen Stoff konstanter Festigkeit dar. Auf der 45 in die Ladeöffnung 42 mit etwa 1/10 kbar eingeführt

Abszisse ist die kinetische Energie des Geschosses werden. Das Methan wird mittels einer Pumpe 43

aufgetragen, und zwar bezüglich der unterschied- durch ein Füllventil 44 eingeführt, und Sauerstoff

liehen Geschoßdichten korrigiert. Durch Kreuze sind wird mittels einer Pumpe 45 durch ein Füllventil 46

im übrigen die entsprechenden Daten zweier Ein- eingeführt. Die Pumpendrucke sind so gewählt, daß

schlage von mit einer Geschwindigkeit von 1,5 km/s 5° das gewünschte Verhältnis von Gas zu Sauerstoff in

auftretenden Beton-Nylon-Geschossen in Granit der dem oben angegebenen Gramm-Molekular-Gewicht

sogenannten Grabsteinqualität angegeben. Es dürfte erhalten wird.

ersichtlich sein, daß die bei Beton-Nylon-Geschossen Bezüglich des Laufes des Geschützes ist angeherausgeschleuderte Gesteinsmasse auf einer Linie nommen, daß dieser einen Durchmesser von 10 cm liegt, die ungefähr mit der Potenz von 1,2 der Ener- 55 besitzt. In die Ladeöffnung 42 wird ein Geschoß 47 gie ansteigt. Bei einem 1000-Gramm-Betongeschoß eingeführt, das aus einem massiven Material besteht, mit einer Geschwindigkeit von 1,5 km/s beträgt die welches billig ist und welches leicht in eine zylindrikorrigierte kinetische Energie 10¹³ erg. Die heraus- sehe Form gebracht werden kann. Die Einführung geschleuderte Gesteinsmasse beträgt etwa 60 kg. des Geschosses 47 in die Ladeöffnung 42 erfolgt mit Demgemäß erhält man bei einer Einschlagenergie 60 Hilfe eines Mechanismus nach Verfahren, wie sie für von 10¹³ erg etwa 60 kg Haufwerk, während bei das Laden im militärischen Geschützwesen entwik-1000 Einschlagen mit einer Einschlagenergie von kelt worden sind. Das erwähnte Geschoß 47 wird 10¹⁰erg lediglich 15 kg Haufwerk erhalten wird. Es dabei in die Ladeöffnung 42 durch eine Öffnung dürfte ersichtlich sein, daß die Verwendung der eingeführt, die nach Wegnahme eines Lauf-Blockes großen Masse der Verwendung einer kleinen Masse 65 49 nicht versperrt ist. Geschosse, die relativ steif und weit überlegen ist, und zwar sowohl im Hinblick auf dicht sind (das ist Beton), sind hinsichtlich des Zerdas Haufwerk als auch im Hinblick auf die Aus- brechens von Gestein wirksamer als eine geringe brechgeschwindigkeit. Im Hinblick auf Daten be- Dichte besitzende plastische Geschosse (das sind

9 10

Kunststoffgeschosse). Das Geschoß 47 wird durch 58, 59, 60 sind Kreuzgelenkringe 61 und 62 verweneinen Scherflansch 23 oder durch eine spitz zulau- det. Dabei ermöglichen horizontal verlaufende Stifte, fende Form entgegen dem Anfangsladedruck in sei- die die Ringe tragen, eine unabhängige Einstellung ner Lage gehalten. Auf eine durch eine eine elek- bzw. Ausrichtung der Geschütze 51, 52 in der Hötrische Zündeinrichtung darstellende Zündkerze 50 5 henlage mit Hilfe von gesonderten Motoren und ausgelöste Detonation hin wird das Geschoß 47 Zahnradvorgelegen. So enthält z. B. ein an der Stütze durch Abscheren des Scherflansches 23 oder durch 58 angebrachtes Gehäuse 63 einen Elektromotor 64, plastische Verformung im Falle der Verwendung des der ein Zahnradvorgelege 65 zur Ausrichtung des Geschosses mit spitz zulaufender Form freigegeben. Geschützes 51 in der Höhenlage steuert. Durch La-Der Zustand des abgeschossenen Geschosses ist so- io gerzapfen werden die Geschütze in Ringen getragen, lange von nur geringem Interesse, wie das betreffende und zwar längs Achsen, die senkrecht zu den GeGeschoß in dem Lauf des Geschützes nicht in einem schützachsen und zu den horizontalen Stiften der solchen Ausmaß zerbricht, daß der Gasdruck ab- Ringe verlaufen, wie dies für den Lagerzapfen 66 sinkt. zutrifft. Dieser Lagerzapfen 66 kann zur Ausrich-

Um den vorderen Teil des Geschosses 47 in dem 15 rung des Geschützes 51 in der Azimut-Richtung ent-Lauf 40 zu führen, können parallel zur Laufachse sprechend gesteuert werden. Diese Steuerung erfolgt an der Laufwandung Erhebungen vorgesehen sein, durch einen Motor und durch ein Zahnradvorgelege, und zwar in der Art, daß der Abstand von einer das in einem an dem Ring 61 angebrachten Gehäuse Erhebung zu der unmittelbar gegenüberliegenden untergebracht ist. Eine in einer generell mit 70 beErhebung gleich dem Durchmesser des Geschosses 20 zeichneten Kabine befindliche Bedienperson kann an dem vorderen Ende ist. In diesem Fall würden die Geschütze 51, 52 durch Betätigung von geeigin dem ringförmigen Scherflansch 23 an dem hinte- neten Steuereinrichtungen ausrichten, wie sie bei ren Ende des Geschosses entsprechende Nuten vor- elektrischen Servomechanismen üblich sind,
banden sein. Im Unterschied dazu können die Ge- Die Vortriebsmaschine 57 kann ein selbstangetrieschosse auch in einem mehrere Geschoßkammern 25 benes Fahrzeug sein; vorzugsweise handelt es sich enthaltenden Drehzylinder vorgeladen werden, wobei bei der Vortriebsmaschine 57, wie sie in Fig. 8 geeine geeignete Nockensteuereinrichtung dazu heran- zeigt ist, jedoch um eine von einer Zugmaschine gezogen werden kann, den Drehzylinder bzw. Revol- gezogene Einheit, die an der Rückseite eine Zugver an das vordere Ende der Ladeöffnung 42 anzu- kupplung aufweist. Die Vortriebsmaschine 57 wird drücken, wenn eine weitere Geschoßkammer in eine 30 dann von der Rückseite her um einen gewünschten Feuerstellung gedreht ist. Abstand von der Ortsbrust des Tunnels, der ange-

Der Schießzyklus könnte entsprechend einer fahren wird, periodisch weitergeschoben. Zu diesem

Schußfrequenz von etwa zehn Schüssen/Minute bei Zweck können einige oder sämtliche Räder mit Hy-

Verwendung eines schnell arbeitenden Ladeöffnungs- draulikeinrichtungen versehen sein, um die Vor-

Lademechanismus ablaufen. Dies würde bedeuten, 35 triebsmaschine 57 von der Kabine aus zu steuern,

daß 1500 bis 8000 Tonnen Haufwerk in einem Nachdem sie in die richtige Lage gebracht ist, kön-

24-Stunden-Tag abgefördert werden können. Bei nen die Räder festgestellt werden, und zwar eben-

einem Ausbruchsprofil eines Hohlraumes mit einem falls von der Kabine aus mit Hilfe von hydraulischen

Durchmesser von etwa 2,4 m würde dies bedeuten, Einrichtungen. Sodann wird eine generell mit 71

daß eine tägliche Strecke von etwa 1200 bis 600 m 40 bezeichnete Fördereinrichtung in Vorwärtsrichtung

pro Tag abgefördert würde. Sollte dieser Wert nicht von Rollen 72 angetrieben. Der Antrieb erfolgt mit

ausreichen, so könnten zwei oder mehr Geschütze Hilfe von auf jeder Seite vorgesehenen hydrauli-

verwendet werden, um die Menge an Haufwerk zu sehen Motoren 73. Die Fördereinrichtung 71 wird

erhöhen. In diesem Zusammenhang sei noch be- genügend weit in Vorwärtsrichtung gefahren, um

merkt, daß durch die oben erläuterte Verwendung 45 eine horizontal liegende Radschaufel 74 an der Orts-

des Methan-Sauerstoff-Gasgemischs bei der Verbren- brüst in Stellung zu bringen. Wenn die Ladeschaufel

nung 10 bis 50 Joule für das Ausbrechen von ein 74 genügend beladen ist, wird sie mit Hilfe eines

Gramm Gestein verbraucht werden. hydraulischen Motors 75, der an der Fördereinrich-

Im folgenden sei Fig. 8 näher betrachtet, in der tung 71 angebracht ist, in eine etwa vertikale Lage in einer Perspektivansicht eine Einrichtung gemäß 50 angehoben. Dadurch fällt das zuvor aufgenommene der Erfindung gezeigt ist, die für einen Streckenvor- Haufwerk in einen Behälter 76 ein, der einen Durchtrieb dient und die mit hoher Geschwindigkeit austre- laß 77 aufweist, welcher das an einen Gurtförderer tende Geschosse verwendet, welche mit Hilfe von 78 abgegebene Haufwerk zuteilt. Der Gurtförderer zwei Geschützen 51 und 52 gegen die Ortsbrust ab- 78 dient zum Abtransport des Haufwerks zur Rückgefeuert werden. An den Enden der Geschütze 51, 55 seite der Vortriebsmaschine. In diesem Zusammen-52 sind Düsen 53 und 54 angebracht, die mit Roh- hang sei bemerkt, daß die Fördereinrichtung 71 weren 55 und 56 verbunden sind. Diese Rohre 55 und sentlich länger ist als das Fahrwerk der Vortriebs-56 sind wiederum an an dem hinteren Teil der Ge- maschine 57, damit es eine im rückwärtigen Bereich schütze 51, 52 vorgesehenen Wasserschläuchen an- vorgesehene Fördereinrichtung für den Weitertransgebracht. Damit kann Wasser auf das Haufwerk ge- 60 port (nicht gezeigt) auch in dem Fall erreicht, wenn sprüht werden, das durch die von den Geschützen sich die Schaufel 74 in ihrer vordersten möglichen 51, 52 abgefeuerten Geschosse gebildet worden ist. Stellung befindet.

Auf diese Weise wird der in der Umgebungsluft Zur Zuführung von Geschossen an die Geschütze

auftretende Staub vermindert. 51, 52 von der Rückseite der Kabine 70 her sind

Gemäß Fig. 8 trägt eine generell mit 57 bezeich- 65 zwei Gleitbahnen bzw. Gleitrinnen 81 und 82 mit

nete Vortriebsmaschine mit vier Rädern die Ge- flexiblen Abschnitten 83 und 84 vorgesehen. Für

schütze 51, 52 auf drei Stützen 58, 59 bzw. 60. Zur ein derartiges Geschoß-Zuführsystem können Stan-

Anbringung der Geschütze 51, 52 auf den Stützen dardverf ahren aus der Waffentechnik angewandt wer-

den. In Abweichung davon kann auch ein vorgeladenes Magazin an jedem Geschütz angebracht sein, wobei dann ebenfalls Standard-Verfahren angewandt werden können. Die Verwendung von Gleitrinnen wird jedoch bevorzugt, da diese eine große Flexibilität in der Handhabung der Geschosse ermöglichen. So kann z. B. das Ladesystem für die Gleitrinnen entweder manuell oder automatisch mit Hilfe hydraulisch betätigter Schubstangen gesteuert werden. Diese Schubstangen sind mit den Ladeöffnungs-Lademechanismen der Geschütze synchronisiert, wenn die Gravitationskraft nicht ausreicht, um die Reibung in den betreffenden Gleitrinnen zu überwinden und die Geschosse in der in Frage kommenden Laufladestellung des jeweiligen Geschützes zu halten.

Auf jeder Seite der Vortriebsmaschine vorgesehene Zylinder 85 und 86 enthalten Methan bzw. Sauerstoff. Die betreffenden Zylinder sind zum

Zwecke ihrer Nachfüllung auswechselbar; vorzugsweise werden die betreffenden Zylinder periodisch aufgefüllt, wie jeweils nach vier oder acht Stunden. Dies erfolgt durch flexible Schläuche von größeren Vorratsbehältern her, die in einem sicheren Abstand von der Rückseite der Vortriebsmaschine auf Waggons vorgesehen sind.

Die Hauptprodukte der Verbrennung von Methan und Sauerstoff sind Wasser, CO., und CO. Das Vorhandensein von CO., ist selbst nicht gefährlich, wenn genügend Sauerstoff zum Atmen verbleibt. Das CO kann durch Verbrennen eines an Sauerstoff reichen Gasgemisches auf einen minimalen Wert herabgesetzt werden. Es ist jedoch möglich, daß es von dem Arbeitspersonal vorgezogen wird, in einem abgeschlossenen Raum zu arbeiten, in welchem eine generelle Atmosphäre herrscht. Ein derartiger abgeschlossener Raum kann aber auch auf Grund von Sicherheits-Vorsichtsmaßregeln erforderlich sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auffahren von Hohlräumen durch Ausbrechen von Gestein aus einem Gesteinskörper durch Schlagwirkung von Festkörpern, die in im Abstand von der Gesteinsoberfläche angeordneten Schießeinrichtungen durch Treibmittel beschleunigt werden und beim Einschlagen in den Gesteinskörper das Gestein zerbrechen und Gesteinsbruchstücke ablösen, dadurch gekennzeichnet, daß nichtexplosive Geschosse (47) großer Masse und mit massiven Köpfen als Festkörper verwendet werden und von einem steuerbaren Geschütz (16,17) als Schießeinrichtung auf eine Geschwindigkeit von etwa 1,5 km/s beschleunigt werden und aus einer solchen Entfernung abgeschossen werden, daß sie im Gesteinskörper Einschlagdrücke von 45 bis lOOkbar auslösen, und mit einer solchen gegenseitigen Vorgabe auf die Gesteinsoberfläche geschossen werden, daß die zwischen benachbarten Einschlagkratern anstehenden Gesteinswälle mitgeworfen werden, und daß das Haufwerk unmittelbar und kontinuierlich von Fördereinrichtungen (26, 29, 30) abgefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbruchsprofil eines Hohlraumes mit den Festkörpergeschossen dadurch gezielt herausgearbeitet wird, daß in an sich bekannter Weise in dem Gesteinskörper längs der Profillinie Löcher (32) ausgebohrt werden oder eine Einkerbung eingeschnitten wird.

3. Geschoß zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, bestehend aus einem massiven, nichtexplosiven Festkörper, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß eine massive, stumpfe Spitze aufweist.

4. Geschoß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis seiner Länge zu seinem Durchmesser etwa 1 beträgt.

5. Geschoß nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 1 kg wiegt.

6. Geschoß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Kunststoff-Mantel (22) umhüllt ist, der einen Scherflansch (23) trägt.

7. Geschoß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschoßkern aus Beton hergestellt ist.

8. Geschütz zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, welches einen Lauf sowie eine Ladeöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ladeöffnung (42) ein Gemisch aus Sauerstoff und einem kohlenstoffhaltigen Gas über Füllventile (44, 46) einfüllbar ist und eine elektrische Zündeinrichtung (50) zur Zündung des Gemisches vorgesehen ist.

9. Geschütz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Laufes (40) kleiner ist als die Ladeöffnung (42) und der Übergang als Dichtanschlag (48) ausgebildet ist.

10. Schachtteuf einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 unter Verwendung der Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 3 bis 9, bestehend aus einer Abfördereinrichtung, die zum Abtransport des

Haufwerkes dient und ein kontinuierlich arbeitendes, vertikales Becherwerk, welches das Haufwerk von der Schachtsohle bis oberhalb der Arbeitsbühne fördert, eine dort angeordnete Aufgabeschurre, die das Haufwerk dem Förderkübel aufgibt, sowie eine Räumschnecke zum Abräumen der Schachtsohle umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikal bewegliche Arbeitsbühne (15) die steuerbaren Geschütze (16, 17) trägt und zu deren Einstellung dient.

11. Streckenvortriebsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 unter Verwendung der Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 3 bis 9, bestehend aus einem Fahrgestell, das eine Ladeschaufel und einen Gurtförderer zum Abtransport des Haufwerkes bis zu einer hinter der Vortriebsmaschine angeordneten Übergabestelle trägt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Vortriebsmaschine (57) drei steuerbare Geschütze (51, 52) verlagert sind, die Vortriebsmaschine (57) als Einstelleinrichtung dient und der Gurtförderer (78) mit der Ladeschaufel (74) bis zur Ortsbrust ausfahrbar ist.