DE3905220A1 - Berg- und tunnelbaumaschine, insbesondere kohlenschraemmaschine mit hochdruckwasserverduesung im schraembereich - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät, insbesondere Zusatzgerät für Bergwerk- und Tunnelbohr- bzw. Auffahrmaschinen, insbesondere Schrämmaschinen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1, sowie eine Bergbau- und Tunnelbaumaschine. Insbesondere ist die Erfindung anwendbar auf Schrämmaschinen zum Schrämen von Gesteinen, insbesondere Kohle, Erz und dergleichen mittels rotierender Schneideeinrichtungen, z.B. Schrämwalzen, die ggf. mit Schneidewerkzeugen, z.B. Schneidezähnen oder Meißeln bestückt sind, insbesondere Streblader, z.B. Walzenschrämlader, kontinuierliche Strebabbaumaschinen (sog. "Continuous Miners"), Streckenvortriebsmaschinen, Tunnel- und Schachtbohrmaschinen und dergleichen.

Bekanntlich (siehe Glückauf-Betriebsbücher Band 6, "Handbuch der Mechanisierung der Kohlengewinnung", (1969), s. 82) läßt sich der Betrieb solcher Maschinen erheblich durch den Einsatz von Hochdruckwasser, welches in den Schrämbereich eingedüst wird, verbessern. Die Hochdruckwassereindüsung verbessert nicht nur die Schneideleistung der Meißel oder der Zähne, sondern verbessert auch die Arbeitsbedingungen durch Verringerung der beim Schneiden an die Luft abgegebenen Staubbelastungen. Mit Wasserdrücken bis zu 60 bar wurden bekanntermaßen gute Ergebnisse erzielt. In jüngerer Zeit wurde festgestellt, daß mit Drücken von 200-2000 bar noch bessere Ergebnisse erzielt werden. Bei etwa 1500 bar Druck stellte man fest, daß die Haltbarkeit der Meißel um ein ca. 10-20faches erhöht wird. Die Belieferung der Schrämwalzen solcher Maschinen bei mittelmäßigen Drücken von 10-60 bar schafft keine ernsten technischen Probleme. In Systemen, die mit solchem mittelmäßigem Wasserdruck arbeiten, ist es üblich, das Druckwasser den Schrämwalzen über Zusatzpumpen zu liefern, die entweder auf der Schrämmaschine selbst oder im Abstand davon montiert sind. In herkömmlichen Kohleschrämmaschinen mit Hochdruckwasser sind die Hochdruckpumpen entweder auf dem Unterbau der Maschine montiert oder in die Schwenkarme zum Anheben oder Senken der Schrämwalzen eingebaut. Falls jedoch das Wasser den Schrämwalzen unter Hochdruck - beispielsweise auf mehr als 200 bar, z.B. 1500 bar hochgespannt, geliefert wird, ergeben sich ernste technische Schwierigkeiten. Je weiter die Pumpe von der Schrämwalze oder dergleichen entfernt ist, desto länger werden die Verbindungsschläuche oder Rohrleitungen, die das Wasser an die Schrämwalzen liefern, und desto größer wird die Gefahr von Rohr- und Leitungsbrüchen, sei es durch Steinschlag oder andere Ursachen. Hier sei besonders darauf hingewiesen, daß Rohr- und Leitungsbrüche bei so hohem Druck lebensgefährliche Folgen haben und schwere Schäden an Maschinen und Geräten verursachen können. Da sich außerdem die Schrämwalzen im Betrieb drehen und die daran angebrachten Düsen jeweils nur während eines Teiles der Walzenumdrehung mit Hochdruck beliefert werden, benötigen diese Systeme teure Hochdruckschwenkgelenke und Folgeventile, die nicht nur teuer, sondern auch störanfällig sind.

Die Firma Minnovations Ltd hat vor kurzem eine Broschüre mit dem Titel "The Minnovation′ Epytensic" ("a high pressure water jet assisted cutting system for Shearer Loaders") bekanntgemacht. ln diesem "Epytensic" System befinden sich die Hochdruckwasserpumpen im Schwenkarm der Schrämmaschine und zwar wird die Pumpe in das epizyklische Getriebe für die Schrämwalze im Schwenkarm eingebaut. Wasserdrücke um 1570 bar kommen zur Anwendung. Durch diese Anwendung wird die Hochdruckverbindung zu den Düsen gegen Steinschlag und ähnliche Einwirkungen geschützt. Auch das Bedienungsmaterial ist gegen eventuelle Leitungsbrüche abgeschirmt. Das System ist jedoch mechanisch aufwendig und hat den Nachteil, daß durch eventuelle Undichtigkeiten Wasser in das Schmieröl der Maschine gelangen kann, was mechanische Schäden verursachen würde. Wegen der Art der Anbringung der Pumpen ist deren Wartung auch umständlich, und nur im begrenzten Umfang möglich. Nach wie vor werden teure Wasserschwenkanschlüsse und Folgeventile benötigt und die Änderungen an z. Zt. üblichen Schrämmaschinengetrieben sind teuer.

Daraus ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät für Maschinen der erwähnten Art zu schaffen, womit das hochgespannte Wasser den Düsen in der rotierenden Schneideeinrichtung, z.B. Schrämwalze, auf einfache und zuverlässige Weise zugeführt wird. Die Herstellung, der Einsatz und die Wartung des Gerätes sollen weniger aufwendig bzw. vereinfacht sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichen im kennzeichnenden Teil gemäß Anspruch 1 gelöst. Im erfindungsgemäßen Gerät ist die radiale Kolbenpumpe in der rotierenden Schneideeinrichtung (z.B. Walze) selbst untergebracht. Die Pumpe besitzt eine Mehrzahl von Kolben­ zylindereinrichtungen, von denen jede eine Düse im Umfangbereich der Walze mit hochgespanntem Wasser beliefert. Für die Zufuhr von Niederdruckwasser zur Pumpe oder von Hochdruckwasser von der Pumpe zu den Düsen findet vorteilhafterweise ein hohler Schaft Verwendung, der seinerseits drehbar zur Antriebshohlwelle der Schneideeinrichtung und in der Bohrung der Hohlwelle untergebracht ist.

Die Einrichtung kann mehr als eine Pumpe besitzen, in welchem Fall die Pumpen vorzugsweise koaxial in Abständen zueinander angeordnet sind. Ansonsten oder außerdem ist es auch möglich, jede Pumpe mit zwei oder mehr in axialer Richtung im gleichen Gehäuse hintereinander angebrachten Kolbenzylindereinrichtungen zu versehen.

Die Anzahl der Kolbenzylindereinrichtungen hängt unter anderem beispielsweise von der Anzahl Düsen, die mit hochgespanntem Wasser versorgt werden sollen, den Größen der Walze oder dergleichen und den Größen jeder Kolbenzylindereinrichtung ab.

Je kleiner die Zahl der Kolbenzylindereinrichtungen, desto ungleichmäßiger wird natürlich die Drucklieferung an die Düsen im Umfangsbereich der Walze. Umgekehrt wird dieser Druck um so gleichmäßiger, je größer die Anzahl der Kolben ist. Damit erhöht sich aber gleichzeitig die Störanfälligkeit der Einrichtung. Um diesbezüglich Abhilfe zu schaffen, kann das Wasser jeder oder einiger der Düsen über Rohrverzweigungen zugeführt werden.

Die erforderliche Drehgeschwindigkeit der rotierenden Einrichtung, z.B. der Walze und damit die Geschwindigkeit, mit der sich die Pumpe bzw. jede der Pumpen dreht, hängt von der Kohle- bzw. Gesteinsart ab, die von der Maschine abgebaut, bzw. geschrämt werden soll. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung hat sich gezeigt, daß für Steinkohle bei einem Walzendurchmesser von 1,8 m eine Drehgeschwindigkeit von 30-50 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise etwa 33 bis etwa 48 Umdrehungen pro Minute, günstig ist. Für andere Anwendungen wird man andere Walzendurchmesser und Umdrehungsgeschwindigkeiten verwenden.

Entsprechend der Änderung der Drehgeschwindigkeit der Walze ändert sich natürlich auch der gelieferte Wasserdruck und die Liefergeschwindigkeit.

Niederdruckwasser kann der Pumpe über ein Niederdruckdrehgelenk, welches auf der alter Mann-Seite auf der Walzenachse montiert ist, geliefert werden und das an eine Niederdruckwasserzufuhr angeschlossen ist. Das Niederdruckdrehgelenk kann mit jedem der Zylinder über einen hohlen Schaft verbunden sein, der koaxial im Innern der ebenfalls hohlen Antriebswelle der Walze verläuft. Hierzu kann ein Ende mit dem Niederdruckwasserdrehgelenk verbunden sein und das andere kann eine oder mehrere Durchgänge besitzen, über welche die jeweiligen Zylinder der Pumpe mit der hohlen Stange verbunden sind. Ein Ende der Stange kann dazu eingerichtet sein, in einer von zwei oder mehr möglichen, zueinander winkelversetzten Positionen, fixiert zu werden. Das andere Ende der Stange besitzt vorzugsweise eine Nocke mittels derer die Kolben der Pumpe beim Drehen der Pumpe betätigt werden. Die Nocke ist z.B. zylindrisch ausgebildet und exzentrisch auf der Stange angebracht.

Mit zur Zeit üblichen Strebladerschrämmaschinen, insbesondere Walzenschrämladern, haben sich Wasserfördergeschwindigkeiten von 10-80, vorzugsweise etwa 40 Liter pro Walze pro Minute als zweckmäßig erwiesen. Selbstverständlich muß die Gesamtfördergeschwindigkeit pro Walze zur Errechnung der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit pro Kolben­ zylindereinrichtung, durch die Anzahl Kolben­ zylindereinrichtungen dividiert werden. Je höher die Wasserzufuhrgeschwindigkeit ist, desto geringer wird die Staubbelastung der Umgebung beim Schrämen, desto größer wird jedoch auch die anfallende Wassermenge, die aus dem Abbaustoßbereich weggeleitet werden muß, was u. U. im Untertagebau problematisch sein kann. Das bevorzugte erfindungsgemäße Gerät läßt sich als Zusatzgerät leicht nachträglich in herkömmliche Bergbau- und Tunnelmaschinen einbauen.

Die Erfindung betrifft auch eine Bergbau- bzw. Tunnelbaumaschine gemäß Anspruch 10, ausgestattet mit dem erfindungsgemäßen Gerät.

Im folgenden sei die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teils im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Gerätes, eingebaut in die Schrämwalze eines Walzenschrämladers.

Fig. 2 eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, einer Rotationskolbenpumpe, als Teil eines erfindungsgemäßen Gerätes;

Fig. 3 eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, der Einrichtung gemäß Fig. 1, einschließlich der Schrämwalze und der Rotationskolbenpumpe;

Fig. 4 einen herkömmlichen Walzenschrämlader mit Schrämwalzen und Zusatzgerät gemäß Fig. 1 bis 3;

Fig. 5 im teilweisen Schnitt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gerätes mit einer radialen Kolbenpumpe mit zwei axial hintereinander angeordneten Sätzen von Kolben­ zylindereinrichtungen;

Fig. 6 im teilweisen Schnitt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gerätes mit einer Stange, die jeweils in einer von mehreren Positionen fixiert werden kann; und

Fig. 7 einen schematischen Schnitt einer Schrämwalze einer Strebschrämladermaschine (sog. "Continuous Miner") mit zwei erfindungsgemäß angeordneten Rotationspumpen.

In Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 10 eine Schrämwalze eines Walzenstrebladers, beispielsweise gemäß Fig. 4. Die Schrämwalze 10 befindet sich am Ende eines Schwenkarmes 12 der Schrämmaschine. Im Schwenkarm 12 befindet sich der nicht gezeigte Antrieb für die Schrämwalze 10. Die Schrämwalze 10 ist um die Achse 14 drehbar angeordnet. In einer dem Abbaustoß zugewandten Kammer der Schrämwalze 10 ist eine radiale Kolbenpumpe 16 ko­ axial angeordnet und nach außen hin mittels einer Abdeckung 20 geschützt. Zur Befestigung der Pumpe 16 in der Kammer 18 sind am Gehäuse 24 der Pumpe 16 Ösen 22 (siehe hierzu Fig. 2) angebracht. Je nach der Auslegung der Walze für eine bestimmte Schrämmaschine können natürlich auch andere an sich bekannte Befestigungsmittel vorgesehen sein.

Gemäß Fig. 2 und 3 besitzt die Pumpe 16 zehn radial angeordnete Kolbenzylindereinrichtungen 26. Ein hohler Schaft 28 erstreckt sich axial durch die Walze 10. Ihr eines Ende 30 ist in einer von zwei möglichen zu einander um 180 versetzte Positionen (in der in Fig. 6 abgebildeten Weise) fixierbar. Am anderen Ende besitzt der Schaft 28 eine Nocke 32. Diese ist zylindrisch oder kugelförmig ausgebildet und exzentrisch zum Schaft 28 angebracht.

Der Schaft 28 erstreckt sich durch eine Hohlwelle 34, durch welche die Schrämwalze 10 mit dem im Schwenkarm 12 untergebrachten Antrieb verbunden ist (mit erheblichem zylindrischen Spiel zwischen der inneren Wandung der Hohlwelle 34 und dem hohlem Schaft 28). Niederdruckwasser wird den Zylindern durch einen Schlauch 36, durch ein Niederdruckdrehgelenk 38, den zylindrischen Hohlraum des Schaftes 28 und durch Durchführungen im Gehäuse der Pumpe 16 zugeleitet. Das von den Zylindern gelieferte Hochdruckwasser wird den Düsen 40 über Rohrleitungen 42, z.B. aus Edelstahl, zugeführt. Die Düsen 40 befinden sich jeweils in der Nähe der Meißel 44, die aus dem Mantel 45 der Schrämwalze 10 herausragen. Im Umfang des Pumpengehäuses befindet sich ein ggf. segmentiertes Verteilerrohr. Dieses ist einerseits an die einzelnen Zylinderausgänge durch ein nicht gezeigtes kombiniertes Eingangs-/Ausgangsventil und andererseits an die Rohrleitungen 42 der Düsen 40 angeschlossen.

Jede Kolbenzylindereinrichtung 26 besitzt einen Zylinder 26.1 und einen Kolben 26.2 mit einem Ansatz 26.3, im Eingriff mit der Nocke 32.

Fig. 4 zeigt einen herkömmlichen Walzenstreblader 50 mit zwei Schrämwalzen 10 und Schwenkarmen 12 gemäß Fig. 1. Die Schrämmachine 50 bewegt sich im Betrieb entweder in Pfeilrichtung 52 oder in Pfeilrichtung 54. Erfindungsgemäß ist die Einrichtung gemäß Fig. 1-3 entweder in einer der Walzen oder in beiden Walzen 10 angebracht.

Fig. 5 zeigt teilweise im Schnitt eine Seitenansicht eines Zusatzgerätes mit einer radialen Kolbenpumpe 16′ mit zwei Sätzen von Kolbenzylindereinrichtungen 26. Diese erfindungsgemäße Anordnung bietet eine Lösung an, wo es erwünscht ist, daß jede Düse mit einer Kolbenzylindereinrichtung verbunden ist und die Anzahl der hierzu benötigten Kolbenzylindereinrichtungen größer ist, als die Anzahl, die normalerweise im Durchmesser der Kammer 18 untergebacht werden kann.

Fig. 6 zeigt eine kreisförmige Platte 56, die mit dem Schaft 28 fest verbunden ist. Die Platte 56 besitzt Löcher 56.1, 56.2 durch die sie mittels lösbarer Bolzen (nicht gezeigt) mit den Enden 12.1 der Schwenkarme 12 verbindbar ist.

Fig. 7 zeigt schematisch eine Schrämwalze 60 einer Strebladerschrämmaschine (sog. "Continuous Miner"). Die Walze 60 ist in zwei im wesentlichen gleiche Hälften aufgeteilt. Jede Hälfte besitzt eine Hohlwelle 62 und einen hohlen Schaft 64 entsprechend der Welle 34 und dem Schaft 28 gemäß Fig. 1. In jeder Hälfte der Walze 60 befindet sich eine rotierende radiale Kolbenpumpe 66, die über eine Nocke 68 auf dem jeweiligen hohlen Schaft 64 angetrieben wird. Jede Hälfte der Walze 60 besteht ferner aus einem inneren Teil 60.1 und einem äußeren Teil 60.2. Zwischen dem jeweiligen inneren Teil 60.1 und dem äußeren Teil 60.2 befindet sich je ein Getriebe 70.

Der Ausgang jeder der Rotationspumpen 66 ist über Leitungen 62 an ein segmentiertes Verteilerrohr 74 angeschlossen, von wo Teil des Lieferstromes an Druckwasser, beispielsweise zwei Drittel, den Düsen 76 des äußeren Teiles 60.2 der Walze 60 zugeführt wird und der Rest des Lieferstromes über die hohle Stange 64 den Düsen 76 am inneren Teil der Walze 60 zugeleitet wird.

Die Betriebsstellung der Schrämwalzen 10 eines Strebladerschrämers 50 ist so, daß die Meißel 44 sich im Eingriff mit dem Gestein des Abbaustoßes befinden. Die Walze 10 wird über die im Schwenkarm 12 untergebrachten Antriebmittel angetrieben. Die Pumpe 16 dreht sich mit der Schrämwalze 10, während der Schaft 28 in einer der beiden genannten Positionen über die Platte 56 unbeweglich gehalten wird. Die Drehung der Pumpe 16 um die auf dem Schaft 28 stillstehende Nocke 32 verursacht die Hin- und Herbewegung der Kolben 26.2 in den Zylindern 26.1, wodurch das den Zylindern durch den Schlauch 36, die Schwenkverbindung 38 und die Hohlwelle 34 zugeleitete Niederdruckwasser unter Druck gesetzt und durch die Düsen 40 über kombinierte Eintritts- und Austrittsventile und das Verteilerrohr 46 und Rohrleitungen 42 verdüst wird. Das aus den Düsen 40 austretende Wasser wird auf das von den Meißeln 44 zu schneidende Material gesprüht, wodurch die Schneidewirkung der Meißel 44 unterstützt und gleichzeitig die Staubbildung beim Schrämen unterdrückt wird.

Wie man sieht, liefert jede Kolbenzylindereinrichtung 26 nur während der Hälfte der Walzenumdrehung Druckwasser. Während der übrigen Umdrehung, fließt Niederdruckwasser in die jeweiligen Kolbenzylindereinrichtung 26. Die Fixierung des Schaftes 28 wird so gewählt, daß die Wasserverdüsung durch die jeweiligen Düsen 40 erfolgt, die sich in der Nähe der Zähne 44 im Eingriff mit dem zu schrämenden Gestein befinden. Findet die Schrämung der Maschine in der Richtung 52 statt, so ist der Schaft 28 in der einen Stellung fixiert. Sobald die Schrämmaschine 50 in der entgegengesetzten Richtung 54 schrämen soll, wird der Schaft 28 um 180° in die entgegengesetzte Stellung umgedreht und so fixiert, daß die Verdüsung des Wassers über die Düsen 44 auf der entgegengesetzten Seite der Walze 10 stattfindet.

Obwohl die Erfindung unter besonderem Hinweis auf rotierende Schneidewalzen, insbesondere Schrämwalzen, erläutert wurde, deren Schneidewirkung im wesentlichen senkrecht zum Walzenumfang stattfindet, wobei dieser mit Schneidewerkzeugen, insbesondere Meißeln, bestückt ist, läßt sich die Erfindung auch auf rotierende Schneideeinrichtungen anwenden, deren Schneidewirkung in axialer Richtung stattfindet, wie im Falle bekannter Schmalschnittbohrschrämlader für Kohle oder auch härtere Gesteine, Schachtbohrer, Tunnelbohrer, Streckenvortriebmaschinen und dergleichen.

Die Erfindung ist auch nicht auf rotierende Schneideeinrichtungen beschränkt, die mit pickelartigen Meißeln bestückt sind. Je nach der Art des zu schneidenden Gesteins können die Hochdruckwasserdüsen auch mit beliebigen anderen damit kombinierbaren Gesteinsschneideeinrichtungen an sich bekannter Art verwendet werden, einschließlich Rollmeißeln, Scheibenmeißeln, Schneidezähnen für Hartgestein, wobei diese Schneidewerkzeuge gegebenenfalls durch Vibration aktiviert werden können.

Claims (10)

1. Zusatzgerät für Abbaumaschinen, insbesondere Schrämmaschinen für Bergwerk oder Tunnelbohr- bzw. Auffahrzwecke wie Walzenschrämlader, Teilschnittstreckenvortriebmaschinen, "Continuous Miners" und dergleichen mit einer rotierenden Schneideeinrichtung, insbesondere Schrämwalze und einer radialen Kolbenpumpe mit Kolbenzylindereinrichtungen, von denen jede eine auf das zu schneidende Gestein gerichtete Düse mit hochgespanntem Wasser beliefert, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Kolbenpumpe (16) im Innern der rotierenden Schneideeinrichtung, beispielsweise Schrämwalze (10), vorzugsweise koaxial, montiert wird.

2. Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere Pumpen (16) besitzt, die koaxial in Abständen zueinander angeordnet sind.

3. Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (16) bzw. Pumpen jeweils zwei oder mehr in axialer Richtung im gleichen Gehäuse hintereinander angebrachte Kolbenzylindereinrichtungen besitzen.

4. Gerät gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser jeweils mehreren Düsen (40) über eine Rohrverzweigung (46) zugeführt wird.

5. Gerät gemäß einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Niederdruckwasser der Pumpe über ein Niederdruckdrehgelenk (38) zugeführt wird, das auf der alter Mann Seite der Walzenachse angebracht und mit einer Niederdruckwasserleitung (36) verbunden ist.

6. Gerät gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederdruckdrehgelenk (38) mit jedem der Zylinder über eine hohle Stange (28) verbindbar ist, die ihrerseits in einer als Antriebsachse für die Schrämwalze (10) dienenden hohlen Achse (34) untergebracht wird.

7. Gerät gemäß Anspruch 6, daß das eine Ende der hohlen Stange (28) einen oder mehrere Durchgänge besitzt, von denen jeder mit einem Zylinder (26) der Pumpe (16) verbunden ist, während das andere Ende der Stange mit dem Drehgelenk (28) verbindbar ist.

8. Gerät gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Stange (28) dazu eingerichtet ist, in einer von zwei oder mehr zueinander winkelversetzten Positionen fixiert zu werden, während das andere Ende der Stange eine Nocke (32) besitzt zur Hin-und Herbewegung der Kolben (26.2) der Pumpe (16), während diese sich dreht.

9. Gerät gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocke (32) zylindrisch ausgebildet und exzentrisch auf der Stange (28) angebracht ist.

10. Bergbau- bzw. Tunnelauffahrmaschine, insbesondere Schrämma­ schine, beispielweise Walzenschrämlader, Teilschnitt- Streckenvortriebsmaschine, "Continuous Miners" oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer oder mehreren der Einrichtungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 ausgestattet ist.