DE3612762C2 - Teleskopierbares Bohrgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät zum Abbohren von Ankerlöchern, Entspannungs- und Absaugbohrungen sowie Spreng­ bohrungen unter beengten Verhältnissen im untertägigen Berg- und Tunnelbau mit einem Grundrahmen und einer sich auf dem Grundrahmen abstützenden und die Bohrmaschine mit mehrteili­ gem Bohrgestänge haltenden Führungsschiene, an der die Bohr­ maschine über einen Vorschub parallel verfahrbar ist.

Derartige Bohrgeräte werden im untertägigen Berg- und Tunnelbau, insbesondere im Steinkohlenbergbau eingesetzt, um Bohrlöcher ins Gebirge zu stoßen, die dann zum Einbringen von Ankern oder Sprengladungen oder auch zum Einbringen von Kleb- oder Konsilidierungsmaterial dienen. Bekannt sind verschiede­ ne Bohrgeräte, bei denen die eigentliche Bohrmaschine mit dem Bohrgestänge an einer Lafette oder einem ähnlichen Rahmen geführt wird. Derartige Lafetten werden zwischen Hangendem und Liegendem oder sonstigen Widerlagern verspannt, um der Bohrmaschine einen möglichst großen Weg vorzugeben und auf diese Art und Weise mit möglichst nur einer Bohrstange große Abschlaglängen zu erzielen (DE-OS 30 18 615, 25 31 090, 30 15 752 und insbesondere 34 45 970). All diesen Lösun­ gen ist der Nachteil gemeinsam, daß jeweils maximal ein Vor­ trieb etwa in dem Maß möglich ist, den der jeweilige Standort der Bohrmaschine bzw. des Bohrgerätes vorgibt. Die Führungs­ schiene ist mit der Bohrmaschine und dem Bohrgestänge zusam­ men um einen Nocken schwenkbar, um auf diese Art und Weise auch unterschiedliche Neigungen auffahren zu können. Der da­ mit verbundene Aufwand, insbesondere auch was die Abstützung betrifft, ist enorm groß. Das gleiche gilt auch für die aus der DE-OS 29 06 155 bekannte Lösung, bei der das Füh­ rungsgestänge teleskopierbar ausgebildet ist bzw. im wesent­ lichen von einem Arbeitszylinder gebildet wird, dem zusätz­ lich noch ein Führungsgestänge zugeordnet wird. Über den Zy­ linder wird eine Kette jeweils so gespannt gehalten, daß sich der Schlitten mit der Bohrmaschine daran aufwärtsbewegen kann. Der erreichbare Vortrieb ist wiederum von den jeweili­ gen Höhenverhältnissen des Standortes abhängig, so daß bei geringmächtigen Flözen beispielsweise nur sehr kurze Ab­ schlaglängen erreicht werden können. Dieser Nachteil kann auch nicht durch einen schwenkbaren Tragarm gemäß DE-PS 33 36 314 beseitigt werden, weil auch dort die Abschlaglänge quasi durch die Bohrstange und das Führungsgestänge vorgegeben ist. Die Bohrstange ist hier im übrigen in einer zweiten Bohrstan­ ge geführt bzw. mit dieser gemeinsam drehbar, um so in zwei Stufen bohren zu können. Die DE-OS 27 31 170 betrifft eine Bohrmaschine für den Untertagebetrieb, bei der zur Herstel­ lung von großen Untersuchungsbohrungen ein quasi teleskopier­ bares Bohrgestänge zum Einsatz kommt. Eine einigermaßen ge­ naue Führung ist hierbei aber nur möglich, wenn im mehr oder weniger weichem Gestein gebohrt wird oder mit Bohrkronen, die für eine entsprechende Führung selbst sorgen. Ein Bohren von Bohrungen mit normalen Abmessungen ist das Bohren ohne Füh­ rungsgestänge nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, ein insbesondere in Aufhauen einsetzbares, auch bei geringer Mächtigkeit (zum Beispiel 1,2 m) eine Ankerbohrlänge von über zwei Metern in einem Arbeitsgang ermöglichendes Bohrge­ rät zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Grundrahmen und die Führungsschiene zwischen Hangendem und Liegendem verspannbar sind und daß das mehrteilige Bohrge­ stänge aus teleskopierbar ausgebildeten Stangen besteht, die nacheinander mit dem Vorschub zu koppeln und in der Arbeits­ stellung miteinander zu verriegeln sind.

Bei einem derartigen Bohrgerät ist es überraschend mög­ lich, auch bei ungünstigen geologischen Verhältnissen, das heißt vor allem bei geringeren Mächtigkeiten, große Abschlaglängen in einem Arbeitsgang zu erzielen. Dazu wird das teleskopierbar ausgebildete Bohrgestänge nacheinander mit einem Vorschub verbunden und der Bohrkrone folgend in das Bohrloch hineinge­ drückt. Sobald der erste Teilbereich abgebohrt ist, wird das zweite Teil des teleskopierbaren Bohrgestänges mit dem Vor­ schub verbunden, um nun die restliche Abschlaglänge zu erboh­ ren. Durch das Verstarren bzw. Verriegeln der beiden Teile des Bohrgestänges miteinander ist sichergestellt, daß der Bohrantrieb seine Kraft über die gesamte Abschlaglänge wirk­ sam auf die Bohrkrone überträgt. Bei einer derartigen Ausbil­ dung eines Bohrgerätes wird für den Bohrantrieb und für den Vorschub zweckmäßigerweise ein eigener Antrieb verwendet, um einen optimalen Bohrfortschritt in jeder Situation zu gewähr­ leisten. Durch eine geschickte Steuerung ist dabei sicherzu­ stellen, daß beide Antriebe aufeinander abgestimmt jeweils arbeiten. Durch die Verspannung von Grundrahmen und Führungs­ schiene direkt zwischen Hangendem und Liegendem wird eine gesonderte Anspannung vermieden. Ein derartiges Bohrgerät kann damit wesentlich einfacher aufgebaut und auch vom Ge­ wicht günstiger gestaltet werden, so daß es wesentlich ein­ facher zu handhaben ist, was gerade in geringmächtigen Flözen von besonderer Wichtigkeit ist.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung trägt die äußere Stange die Bohrkrone und weist eine dem Außenman­ tel der inneren Stange angepaßte Ausnehmung auf. Auf diese Art und Weise ist unabhängig von der jeweiligen Lage beider Stangen die Übertragung der Kräfte des Bohrantriebes sicher­ gestellt, so daß die Bohrkrone im Bohrlochtiefsten vorteil­ haft arbeiten kann. Beide Teile, das heißt die innere und die äußere Stange werden gleichmäßig angetrieben, ohne daß es durch Rutschen oder ähnliches zum Verlust kommen kann. Hierzu ist es besonders zweckmäßig, die innere als Sechskant ausgebildete Stange mit der äußeren Stange formschlüssig zu verbinden, wobei die Ausnehmung in der äußeren Stange entsprechend kor­ respondierend als Sechskant ausgebildet ist. Diese Ausbildung hat darüber hinaus den Vorteil, daß Sechskantbohrlochstähle im untertägigen Bergbau bekannt und damit Bohrausrüstungen dieser Art in herkömmlicher Ausführung zur Anwendung kommen können.

Um eine wirksame Verbindung der beiden Stangen des te­ leskopierbaren Bohrgestänges auch in der auseinandergezogenen Position zu gewährleisten, ist gemäß der Erfindung vorgese­ hen, daß am oberen Ende der Führungsschiene eine rechtwinklig dazu angeordnete Werkzeugführung angeordnet ist, die auch die Verriegelung für die beiden Stangen aufweist. Sobald die äu­ ßere Stange, über den Vorschub in diese Position gebracht, ihre Endstellung erreicht, spricht die Verriegelung an, um so die wirksame Verbindung beider Stangen auch beim Weiterführen zu gewährleisten. Die Werkzeugführung sichert die Bohrstange und verhindert ein nachteiliges Schlagen beim Eindringen der Bohrkrone in das Gebirge. Dabei kann über die Länge der Füh­ rungsschiene gesehen auch eine weitere Führung vorgesehen werden, um so auch durch eine mittige weitere Führung das Schlagen des Bohrgestänges zu unterbinden. Die Verriegelung, das heißt das Verriegeln beider Stangen miteinander könnte auch als Fixierung bezeichnet werden, um diesen Begriff deutlicher von dem nachfolgend erörterten Verriegeln der ersten Tra­ pezgewindespindeln zu unterscheiden.

Als zweckmäßig und den untertägigen Gegebenheiten beson­ ders angepaßt hat sich gemäß der Erfindung herausgestellt, den Vorschub als Trapezgewindespindel auszubilden, die par­ allel zur Führungsschiene verlaufend angeordnet und mit der äußeren Stange und der inneren Stange oder dem Bohrantrieb über einen Tragarm mit Innengewinde zu kuppeln ist. Dabei ist die Trapezgewindespindel über einen Antrieb selbsttätig ange­ trieben, das heißt in Drehung versetzt, so daß zunächst die äuße­ re Stange und dann die innere Stange mit dem Bohrantrieb bei entsprechender Verbindung an ihr hochgeschoben bzw. herunter­ gelassen werden. Vorteilhaft ist dabei, daß durch die Trapez­ gewindespindeln der dazugehörige Antrieb am Boden, das heißt an der Grundkonstruktion verbleiben kann, somit als solcher in seiner Position verbleibt. Dabei dient die Trapezgewindespin­ del gleichzeitig als Führung, da an ihr ja die Stange und nachfolgend der Bohrantrieb geführt verschoben wird, während sie selbst in ihrer Position verharrt. Hierzu ist sie im Be­ reich des Antriebes und der Werkzeugführung drehbar gelagert.

Um sicherzustellen, daß die äußere Stange und dann die innere Stange bzw. der Bohrantrieb verfahren werden bzw. beim Einziehen umgekehrt, ist es von Vorteil, wenn zwei parallel zueinander angeordnete Trapezgewindespindeln vorgesehen sind, von denen eine mit der äußeren Stange und die andere mit dem Bohrantrieb gekuppelt ist. Hierdurch verfügen beide Teile des teleskopierbar ausgebildeten Bohrgestänges über eine eigene Führung bzw. über einen eigenen Verfahrantrieb, die durch gezielte Ausbildung bzw. Steuerung sicher nacheinander angesteuert werden können.

Um für den Vorschub mit einem Antrieb auszukommen, sind in vorteilhafter Weise die Trapezgewindespindeln über ein Verzweigungsgetriebe mit einem als Spindelantrieb dienenden Hydro-Motor verbunden. Damit wird die Zahl der benötigten Antriebseinheiten geringgehalten und gleichzeitig sichergestellt, daß die Bohrkrone jeweils mit dem gleichen Andruck beim Bohrbetrieb belastet ist. Eine einfache Steuerung sieht die Erfindung vor, um nacheinander beide Stangen mit dem Vorschub wirksam zu verbinden und zwar ist eine Verriegelung vorgesehen, die anspricht bzw. geschaltet wird, wenn das untere Ende der äußeren Stange die Werkzeugführung erreicht. Über diese Verriegelung wird die erste Trapezgewindespindel festgehalten, um ein weiteres Wirksamwerden sicher zu unterbinden, da gleichzeitig die zweite Trapezgewindespindel nunmehr wirksam wird, um den Bohrantrieb hochzufahren und damit die innere Stange, die gleichzeitig die äußere Stange und die aufsitzende Bohrkrone in das Gebirge hineindrückt. Hierzu ist vorgesehen, daß die Verriegelung von einem Klemmzylinder gebildet ist, der sich an der Werkzeugführung oder dem Tragarm und einem Klemmring abstützend angeordnet ist. Eine weitere Ausbildung sieht vor, daß die Verriegelung am unteren Ende der äußeren Stange angeordnet und mit dem Vorschub verbunden und mit der äußeren Stange verfahrbar ausgebildet und angeordnet ist. Bei der zuletzt geschilderten Ausbildung ist es auf einfache und zweckmäßige Art und Weise möglich, die beiden Trapezgewindespindeln nacheinander wirksam werden zu lassen, ohne daß man für die beiden einen getrennten Antrieb benötigt.

Die für den Vortrieb benötigten Kräfte werden zweckmäßigerweise über einen Hydro-Motor aufgebracht, der wie geschildert, über das Verzweigungsgetriebe auf die Spindeln einwirkt. Vorteilhafterweise sollte auch der Bohrantrieb über einen eine Keilwelle antreibenden Hydro- Motor verfügen, um so im Prinzip gleiche Antriebe zum Einsatz zu bringen und dabei vorteilhaft die benötigten Kräfte zu erzeugen, die ein sicheres Eindringen der Bohrstange bzw. der Bohrkrone in das Gebirge gewährleisten.

Die Trapezgewindespindeln werden sicher vor Verschmutzung geschützt und damit ihre Lebensdauer wesentlich erhöht, daß die Trapezgewindespindeln in einem der Führungsschiene zugeordneten geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, das eine Durchführung mit Dichtlippen aufweist. Über die Dichtlippen ist ein Eindringen von Staubteilchen, Wasser und ähnlichem verhindert und insgesamt der sichere Einschluß der Spindeln gewährleistet, so daß in weiterer vorteilhafter Ausbildung ein gesonderter Schutz der die Spindeln umgebenden Teile der Tragarme nicht benötigt wird. Ein gesondertes Gehäuse um dieses Teil, das heißt die Mutter, ist damit nicht erforderlich, was sich sowohl bei der Herstellung als auch bei der späteren Wartung vorteilhaft bemerkbar macht.

Eine wenig Platz erfordernde Ausbildung sieht vor, daß der Bohrantrieb und der Spindelantrieb für die Trapezgewindespindeln mit einem Winkelgetriebe ausgerüstet um die Führungsschiene verteilt angeordnet sind. Aufgrund dieser kompakten Bauweise kann ein derartiger Bohrantrieb bzw. die gesamte Einrichtung sicher auf dem Liegenden positioniert und hin- und hergeschoben werden, so daß es insbesondere immer möglich ist, die einzelnen Bohrungen sicher anzusetzen. Über geeignete Hilfsmittel kann die Führung und der Grundrahmen jeweils in eine Neigung gebracht werden, die Bohrungen in jeder Schräglage ermöglichen.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine Bohrvorrichtung geschaffen ist, die sowohl in Aufhauen wie auch in ähnlichen Einsatzbereichen vorteilhaft eingesetzt werden kann, weil sie ohne Nachrüstung, d. h. also in einem Arbeitsschritt weit mehr Abbohren kann, als die Grundlänge des Gerätes an sich hergibt, was dadurch erreicht wird, daß das Bohrgestänge teleskopierbar ist. Es ist somit eine teleskopierbare Verlängerung in einem Verhältnis von ca. 1 : 1,8 möglich. Bei größerer Grundlänge des Bohrgerätes, beispielsweise 1,5 m, können rund 2,7 m lange Bohrlöcher in einem Bohrvorgang abgebohrt werden. Vorteilhaft ist dabei weiter, daß für diese Arbeitsvorgänge keine zusätzlichen Antriebe benötigt werden, sondern das man vielmehr mit einem Bohr- und einem Spindelantrieb bzw. Vorschubantrieb auskommt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Bohrgerätes im eingefahrenen Zustand,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Bohrgerätes mit ausgefahrener erster Stufe,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Klemmzylinders und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Bohrvorrichtung im Bereich des Klemmzylinders.

Fig. 1 zeigt das Bohrgerät (1) in Seitenansicht, wobei der untere Teil der Spindeln, das heißt der Spindelantrieb im Schnitt wiedergegeben ist. Nur angedeutet ist der Grundrahmen (2), an dem die Führungsschiene (3) befestigt ist. Die Führungsschiene (3) gibt dem gesamten Grundrahmen (2) die notwendige Festigkeit, wobei sich das von der Bohrmaschine (4) in Drehung versetzte Bohrgestänge (5) parallel zu der Führungsschiene (3) bewegen läßt. Oben auf dem Bohrgestänge (5) sitzt die Bohrkrone (6), die über den Vorschub (7) in Richtung hier nicht wiedergegebenes Gebirge verschoben wird.

Um das eigentliche Bohrgerät, das heißt den Grundrahmen (2) und die Führungsschiene (3) zwischen Hangendem und Liegendem festsetzen zu können, ist ein weiterer Zylinder notwendig, der hier nicht wiedergegeben ist. Mit Hilfe dieses Verspannzylinders ist es möglich, den Dorn (8) so gegen das Hangende zu drücken, daß der gesamte Grundrahmen (2) und die Führungsschiene (3) festgesetzt sind.

Um ein Schlagen des Bohrgestänges (5) zu vermeiden, ist am oberen Ende der Führungsschiene (3) eine Werkzeugführung (9) vorgesehen. In ihr ist sowohl die äußere Stange (10) wie die innere Stange (11) des Bohrgestänges sicher geführt.

Wie bereits erwähnt ist das Bohrgestänge (5) teleskopierbar ausgeführt, das heißt die Stange (11) ist in die Stange (10) einführbar ausgebildet. Hierzu weist die äußere Stange (10) eine Ausnehmung (12) auf, die dem Außenmantel (14) der inneren Stange (11) entsprechend ausgebildet ist. Fig. 2 verdeutlicht dabei, daß der Außenmantel (14) einen Sechskant darstellt, während der Außenmantel (13) der äußeren Stange (10) kreisförmig ist.

Achsparallel zu dem teleskopierbar ausgebildeten Bohrgestänge (5) und zur Führungsschiene (3) verläuft bzw. verlaufen die als Vorschub (7) dienenden Trapezgewindespindeln (18, 20). Diese Trapezgewindespindeln (18, 20) sind in Lagern (17, 19) so gelagert, daß sie jeweils die äußere Stange (10) über den Tragarm (24) bzw. den Bohrantrieb (22) über den Tragarm (23) in Richtung Werkzeugführung (9) bzw. auch in die umgekehrte Richtung verschieben. Über diese Gewindespindeln läßt sich der Vorschub günstig realisieren. Es läßt sich dabei ohne weiteres ein Andruck von 15 k/N aufbringen. Außerdem läßt sich der Vorschub der Gewindespindeln (18, 20) über ein Verzweigungsgetriebe mit einem Hydro-Motor gut regeln. Die Dichtung der Gewindespindeln (18, 20) entfällt durch eine neue Alternative und zwar über Lippendichtungen, die einem die Gewindespindeln umgebendem Gehäuse zugeordnet sind. Die Trapezgewindespindel (18), die über den Tragarm (24) mit der äußeren Stange (10) verbunden ist, wird wirksam über die Verriegelung (25) festgehalten und zwar mit einer einfachen und zweckmäßigen hydraulischen Haltevorrichtung, die die Trapezgewindespindel (18) bei Bedarf klemmt. Dies ist dann erforderlich, wenn die äußere Stange (10) ihre oberste Position erreicht hat, die aus Fig. 2 zu ersehen ist. Dann nämlich muß die Trapezgewindespindel (18) festgesetzt werden, damit nun die Trapezgewindespindel (20) wirksam wird und über den Spindelantrieb (27) und das Verzweigungsgetriebe (26) bewegt den Bohrantrieb (22) in Richtung Werkzeugführung (9) zu transportieren. Dadurch wird die innere Stange (11), das heißt der Mehrkant mitgenommen und damit die gesamte Bohrstange weiter in Richtung Gebirge gedrückt.

Fig. 2 verdeutlicht die Ausbildung des Bohrantriebes (22), der ebenfalls über einen Hydro-Motor verfügt, der eine Keilwelle (28) und damit das Bohrgestänge (5) dreht.

Die Fig. 3 und 4 verdeutlichen die Verriegelung (25), die durch einen Klemmzylinder (30) mit Klemmring (31) gebildet wird. Bei Betätigen des Klemmzylinders (30) wird bei wirksamer Verbindung mit dem Mehrkant bzw. dem Bohrgestänge sichergestellt, daß die Trapezgewindespindel (18) festgeklemmt ist, so daß dann wie weiter oben erwähnt die Trapezgewindespindel (20) wirksam werden kann.

Claims (12)

1. Bohrgerät zum Abbohren von Ankerlöchern, Ent­ spannungs- und Absaugbohrungen sowie Sprengbohrungen unter beengten Verhältnissen im untertägigen Berg- und Tunnelbau, mit einem Grundrahmen und einer sich auf dem Grundrahmen ab­ stützenden und die Bohrmaschine mit mehrteiligem Bohrgestänge haltenden Führungsschiene, an der die Bohrmaschine über einen Vorschub parallel verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundrahmen (2) und die Führungsschiene (3) zwischen Hangendem und Liegendem verspannbar sind und daß das mehrtei­ lige Bohrgestänge (5) aus teleskopierbar ausgebildeten Stan­ gen (10, 11) besteht, die nacheinander mit dem Vorschub (7) zu koppeln und in der Ausfahrstellung miteinander zu verrie­ geln sind.

2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stange (10) die Bohrkrone (6) trägt und eine dem Außenmantel (14) der inneren Bohrstange (11) angepaßte Ausnehmung (12) aufweist.

3. Bohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere als Sechskant ausgebildete Stange (11) mit der äußeren Stange (10) formschlüssig verbunden ist.

4. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende der Führungsschiene (3) eine rechtwinklig dazu angeordnete Werkzeugführung (9) angeordnet ist, die auch die Verrieglung für die beiden Stangen (10, 11) aufweist.

5. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub (7) von einer Trapezgewindespindel (18, 20) gebildet ist, die parallel zur Führungsschiene (3) verlaufend angeordnet und mit der äußeren Stange (10) und der inneren Stange (11) oder dem Bohrantrieb (22) über einen Tragarm (23, 24) mit Innengewinde zu kuppeln ist.

6. Bohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel zueinander angeordnete Trapezgewindespin­ deln (18, 20) vorgesehen sind, von denen eine mit der äußeren Stange (10) und die andere mit dem Bohrantrieb (22) gekoppelt ist.

7. Bohrgerät nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trapezgewindespindeln (18, 20) über ein Verzwei­ gungsgetriebe (26) mit einem als Spindelantrieb (27) dienen­ den Hydro-Motor verbunden sind.

8. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung (25) von einem Klemmzylinder (30) gebil­ det ist, der sich an der Werkzeugführung (9) oder dem Tragarm (24) und einem Klemmring (31) abstützend angeordnet ist.

9. Bohrgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung (25) am unteren Ende der äußeren Stange (10) angeordnet und mit dem Vorschub (7) verbunden und mit der äußeren Stange (10) verfahrbar ausgebildet und angeordnet ist.

10. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrantrieb (22) über einen eine Keilwelle (28) an­ treibenden Hydro-Motor verfügt.

11. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trapezgewindespindel (18, 20) in einem der Führungs­ schiene (3) zugeordneten geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, das eine Durchführung mit Dichtlippen aufweist.

12. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrantrieb (22) und der Spindelantrieb (27) für die Trapezgewindespindeln (18, 20) mit einem Winkelgetriebe aus­ gerüstet um die Führungsschiene (3) verteilt angeordnet sind.