книги / III. Internationales Kalisymposium 1965 Teil 2

Bild 3. Prozentuale Vermin­ derung der spezifischen Schnittkraft in Abhängigkeit vom Spanwinkel (nach Pfüller C3H)

Meuskens und Wölfer [/Q bei

ihren Drehbohruntersuchungen

im Hartsalz von Hattorf. In

Bild 4 ist die von ihnen ge­

messene Leistungsaufnahme

einer Säulendrehbohrmä3chine

für Bohrköpfe mit gekerbter

Schneide in Abhängigkeit von

den Spanwinkeln wiedergegeben.

Weiterhin zeigen die Untersuchungen von Pfeiffer Q3], daß

die Schnittkraft wesentlich von der Trennlänge, d.h. von der

Verbindung des Spanquerschnitts mit dem umgebenden Gesteins­

verband, abhängt (Bild 5).

Daraus ergibt sich, daß richtig konstruierte asymmetrische

Bohrköpfe hinsichtlich der Erzielung hoher Bohrgeschwindig­

keiten günstiger sind als symmetrische, da durch die asymme­

trische Gestaltung die Möglichkeit gegeben ist, die Trenn-

Spanwinke!

Bild 4. Leistungsaufnahme (Wirkleistung) einer Säulendreh­ bohrmaschine E 158 in Abhängigkeit vom Spanwinkel einer Schlitzschneide beim Bohren im Hattorfer Hartsalz (1200 mm/min und 520 U/min) (hach Meuskens und Wölfer £1] )

Bild 5* Asymmetrische

Form von Bohrschneiden

(nach Pfeiffer £ 3 3 )

/ '■ N

länge bei gleichbleiben­ dem Vorschub pro Umdre­ hung einzuschränken« Über den Einfluß der Schlitzbreite liegen Un­ tersuchungsergebnisse von Czudaj £23 vor

(Bild 6). Er ermittelt bei Drehbohrversuchen an Rüdersdorfer Kalk­ stein, daß der spezifi­

sche Energieaufwand von Drehbohrköpfen mit konstantem Durch­ messer bei einer bestimmten Schlitzbreite ein Minimum auf­ weist. Dieses Minimum ist abhängig vom Vorschub pro Umdre­ hung, d.h., mit wachsendem Vorschub pro Umdrehung wächst der dem minimalen spezifischen Energieaufwand entsprechende Kerndurchmesser. So stehen für die konstruktive Ausbildung der Bohrköpfe ausreichende Erkenntnisse zur Verfügung. In

$ 3 0 0

5 10 1i Kerndurchmesserdtinmm

(Schlitzbreite)

Bild 6. Spezifischer Energieaufwand in Abhängigkeit vom

Kerndurchmesser

bezug auf die materialmäßige Ausführung wird sich noch manche Verbesserung ergeben, die besonders mit der Entwicklung neu­ artiger Werkstoffe zusammenhängt, so daß der Verschleiß der Schneiden noch verringert werden könnte,

Da im Kalibergbau überwiegend ohne Spülung gebohrt wird, spielt die Form der Bohrgestänge eine wesentliche Rolle für die Bohrkleinabförderung. Maßgebende Faktoren für die Bohr­ klei nabführung sind das Gestängeprofil und die Anzahl der Ge­ stängewindungen je Meter Gestängelänge. Auf Grund ihrer Unter­ suchungen fanden Meuskens und Schulte [X], daß es für jedes Profil und für jede Anzahl von•Doppelwindungen einen Grenzvorsohub gibt, bei dem das anfallende Bohrklein gerade noch ausgetragen wird. Ihre Ergebnisse lassen sich in der nach­ folgenden Tabelle zusammenfassen:

Es zeigt sich, daß das Schwertprofil das beste Transportver­ mögen hat. Außerdem deuten die Zahlenwerte der Tabelle an, daß es in bezug auf die Anzahl der Windungen je Meter Gestän­ ge ein Maximum gibt, bei dessen Überschreitung das Transport­ vermögen eines Bohrgestänges wieder abfällt. Im Hinblick auf die genügende Festigkeit gegen hohe mechanische Beanspruchung ist zu beachten, daß es besonders die GestängeVerbindungen sind, die Sohwächesteilen im Gestängeverband darstellen. Hier ist es erforderlich, daß die Gestängeprofile für Aufsteckge-

Stange einen genügend großen tragenden Querschnitt besitzen« Das ist ein besonderer Nachteil des Schwertprofiles, so daß für Gestänge mit solchem Profil bei kleineren Durchmessern nur die Nasenzapfenverbindung in Frage kommt. Demgegenüber zeichnet sich das Einflügelprofil durch einen größeren tra­ genden Querschnitt aus. Hier ist es möglich, eine stabilere Steckverbindung einzuführen. Als Steokelement wird ein 13 mm Vierkant verwendet, das sich nach Erfahrungen aus dem west­ deutschen Kalibergbau für lange, steil* geneigte Bohrlöcher recht gut bewährt hat. Als weiterer Vorteil für das Bohren solcher Löcher kommt hinzu, daß der Bohrmehltransport nicht wie beim Schwertprofil durch eine hemmende Keilwirkung zwi­ schen Gestänge und Bohrlochwand behindert wird.

Die mit der Einführung hochleistungsfähiger Bohrund Spreng - verfahren im Abbau eng verbundenen Langbohrlöcher bringen

das Problem der Richtungsgenauigkeit der Bohrlöcher mit sich. Hiervon hängen im wesentlichen der Sprengerfolg und damit die Leistungsfähigkeit der Gewinnungsmethode ab. Untersuchungen über die Richtungsgenauigkeit horizontaler Langbohrlöcher hat Fulda [5] durchgeführt. Er unterscheidet subjektive und objektive Faktoren für die Bohrlochabweichun­

gen. Erstere treten im wesentlichen beim Einrichten der Bohr­ maschine in Erscheinung. Letztere kommen erst während der Bohrarbeit zur Wirkung und verursachen eine Bohrloohkrümmung. Wie aus den Meßergebnissen von Fulda hervorgeht, weichen die meisten Bohrlöcher nach rechts unten ab (Bild 7). Daraus las­ sen sich die Kräfte ableiten, die ein Ablaufen des Bohrlochs bewirken. An erster Stelle steht dabei die Schwerkraft. Die in Langbohrlöchern vorhandenen langen Gestänge verursachen hohe Auflagedrücke am Bohrkopf. Dadurch beginnen die Neben­ schneiden, sich zunächst in Richtung der Schwerkraft in die Bohrlochwandung einzugraben. In enger Verbindung mit diesem Auflagedruck des Gestänges versucht der Bohrkopf während der Bohrarbeit seitlich auf der Bohrlochwandung abzurollen, d.h.,

Bild 7. Abweichung 16 m

langer Bohrlöcher im

Hartsalz (nach Fulda

CSD

der Bohrkopf versucht, sich auch seitlich, und zwar nach rechts, in das Gebirge einzugraben. Die effektive Abweichungs­ richtung ergibt sich als

J2 Resultierende daraus.

° Zu diesen Grundfaktoren treten einige durch technische Mängel der Bohrausrüstung begün­ stigte Momente hinzu.

Bei den Untersuchungen wurde festgestellt, daß ein Führungsge­ stänge unmittelbar hinter dem Bohrkopf wesentlich zur Erhö­ hung der Richtungsgenauigkeit beiträgt. Dieses Führungsge­ stänge hat einen nur wenig geringeren Durchmesser als der Bohrkopf, wodurch der Widerstand der Bohrausrüstung gegen seitliches Eingraben des Bohrkopfes in die Bohrlochwandung an­ wächst.

Zusammenfassend kann man feststellen, daß sowohl vom Bohrkopf als auch vom Bohrgestänge her alle Voraussetzungen für die Erreichung hoher Bohrgeschwindigkeiten im Salzgestein erfüllt sind. Die Erkenntnisse sind soweit gediehen, daß z.Z. ein Vor­ schub von 4 m/min und mehr bei etwa 40 mm Bohrlochdurchmesser im Salzgestein durchaus erreichbar ist, wenn das dafür ver­ wendete Bohraggregät die entsprechenden Leistungsmerkmale auf­ weist.

Bohrgeräte im Kalibergbau

S ä u l e n d r e h b o h r m a s c h i n e n

Die Bestrebungen zur Verbesserung der Bohrarbeit und Leistungs­ steigerung in der Gewinnung bei Verwendung der Säulendrehbohr­

maschine führten zunächst zu leistungsstarkeren Konstruk­ tionen der Bohrmaschinen. Dies wurde durch Anwendung einer höheren Frequenz für den Antrieb des Elektromotors, die bei 200 Hz liegt, erreicht. Die in der DDR vom VEB Werkö herge­ stellte Standardmaschine SFS ist in ihrer Leistung gegenüber der DIM-Maschine von 2,9 auf 4 kW, also um 38 % gestiegen.

Als Nachteil muß die Einführung eines Frequenzumwandlers in Kauf genommen werden.

Die von der Firma Riso, Hannover, entwickelten Säulendreh­ bohrmaschinen laufen mit Normalfrequenz von 50 Hz und haben für die Sprenglochbohrmaschinen eine Motorleistung von 4,9 kW bei einer Masse von 84,3 kg und können ohne Frequenzumwandler eingesetzt werden. Durch die Verwendung dieser stärkeren Säulendrehbohrmaschinen konnte man den Vorsohub im Salzge­ stein von ehemals 1400 im Durchschnitt auf 1700 bis 3000 mm/ min steigern.

Vergleicht man nun die effektiven Bohrleistungen der einzel­ nen Maschinen miteinander, so ergibt sich bei einer Bohrge­ schwindigkeit von 2400 mm/min gegenüber 1400 mm/min beim Bohren eines 5-m-Bohrloches eine Zeiteinsparung von 38 % und bei einem Satz von 14 Gängen zu je 3 Loch von etwa 30 #. Es lassen sich unter bestimmten Bedingungen mit den stärkeren Säulenbohrmaschinen höhere Hauerleistungen in der Gewinnung erzielen, die z.B. für das Kaliwerk "Thomas Müntzer" mit 14 bis 20 % je nach angewandtem Bohrschema als möglich angege­ ben werden. Wenn man von der Einmannbedienung der DINA.-I- Maschine auf eine Zweimannbedienung bei der SFS-Maschine übergehen muß, dann wird die Hauerleistung natürlich tiefer liegen.

Diese Gegenüberstellung zeigt also, daß mit Einführung der neuen Bohrmaschinen zwar z.T. eine höhere Hauerleistung mög­ lich ist, die sich jedoch in mäßigen Grenzen bewegt und nicht befriedigen kann. Die Bohrleistungen mit einer Säulendreh­ bohrmaschine liegen bei 90 bis 100 Em/MS. Dieser Stand der Entwicklung von Säulendrehbohrmaschinen, wie er mit der Kon­ struktion 4er Riso-Bohrmaschinen erreicht wurde, wird kaum noch zu Uberbieten sein. Die manuelle Bedienung dieser Bohr­ maschinen mit den damit verbundenen Nebenzeiten beim Bohrvor­

gang lassen eine wesentliche Steigerung der Bohrleistungen nicht mehr zu. Die Handhabung der Maschinen erfordert von den Bohrhauern einen Kraftaufwand, der bald nicht mehr zu­ mutbar sein wird. Ein automatischer Betrieb der Säulendreh­ bohrmaschine ist wegen der konstruktiven Ausführung nicht möglich.

D i e H a n d b o h r m a s c h i n e

Die elektrische Handbohrmaschine mit einer Leistung von 1,0 kW und einer Masse von 17 kg kann in besonders milden Salzarten und unter besonderen Bedingungen, z.B. für das

Bohren von Strossenlöchern, ebenfalls in der Gewinnung ein­ gesetzt werden. Auch hier führte die Forderung nach höheren Leistungen zum Bau von Handbohrmaschinen mit höheren Fre­ quenzen (300 Hz), die eine Leistungsaufnahme von 3,4 kW bei einer Masse von 13,5 kg haben. Diese bekannten Bohrmasohinen der Firma Bosch wurden zum Bohren der Sprenglöcher im Stros­ senbau in den niedersächsischen Kaliwerken eingesetzt. Die mit diesen Maschinen erreichten Bohrleistungen waren be­ trächtlich und lagen bei 150 Bm/MS im Sylvinit und 80 bis

90 Bm/MS im Hartsalz, so daß auch die Hauerleistungen in den 10 bis 20 m hohen Strossen sehr hoch lagen. Auch in den sowje­ tischen Gruben Solikamsk und Berezniki werden die Handbohr­ maschinen, ebenfalls mit Schnellfrequenz angetrieben, in der Gewinnung eingesetzt und im Kammerbau der Ortsstoß und die Firste mit diesen Maschinen abgebohrt. Die Verwendung von Säulenbohrmaschinen ist hier wegen des verhältnismäßig mil­ den anstehenden Sylvinits nicht erforderlich. Die erreich­ baren Bohrleistungen liegen bei 200 Bm/MS, wobei eine Hauer­ leistung von 70 bis 140 t/MS erreicht wird. Auch bei der Handbohrmaschine wurde durch die Einführung der Schnellfre­ quenz ein technischer Stand erreicht, der sicher keine we­ sentliche Weiterentwicklung erfahren wird, da dem Einsatz dieser Maschinen Grenzen gesetzt sind. Sowohl beim Bohren

von Sprengbohrlöohern in der Strosse als auch im Vortrieb er­ fordert dieser Arbeitsvorgang einen erheblichen Kraftauf­ wand, wobei auch sicherheitlich bei den leistungsstarken Ma­ schinen mit dem großen Drehmoment einige Unzulänglichkeiten

bestehen. Leistungsmäßig wird keine weitere Steigerung mehr zu erwarten sein.

G r o ß l o c h b o h r m a s c h i n e n

Die Notwendigkeit, Bohrlöcher mit größerem Durchmesser boh­ ren zu können, ergibt sich besonders beim Einbruch im Streckenund Abbauvortrieb. Die SFG-Maschine vom VEB Werkö mit einer Leistung von 4 kW und einer Masse von 92 kg .er­ möglicht das Bohren von Großbohrlöchern bis zu 500 mm Durch­ messer mit einer Bohrgeschwindigkeit von 160 bis 270 ram/min.

Ähnliche Bohrleistungen beim Bohren von Großbohrlöchern von 170 bis 400 mm Durchmesser lassen sich mit den Bohrmaschinen R 55 L, R 60 L, R 81 L und R 90 L von Riso erreichen, wobei die Motorleistung 5»5 bis 9,0 kW und die Masse der Maschinen 92 bis 120 kg beträgt. Diese Großlochbohrmaschinen können ebenfalls nur mit Bohrsäulen eingesetzt werden, und so haf­ ten auch ihnen alle Nachteile der Säulendrehbohrmaschine an. In Kombination mit den Sprenglochbohrmaschinen lassen sich mit ihnen unter besonderen Bedingungen geringe Leistungs­ steigerungen in der Gewinnung erzielen. Auch hier sind die Grenzen sehr eng gesetzt, so daß die Großlochbohrmaschinen dieser Konstruktionsform keine weiteren Entwicklungschancen mehr haben.Als Hilfslösung kann man eine solche Bohrmaschine noch in eine entsprechende Einrichtung auf ein kleines Fahrzeug wie z.B. den Unimog montieren und dieses Gerät dann in Kombination mit einem zweiarmigen Bohrwagen für die Her­ stellung der Einbruchslöcher verwenden. Es gibt jedoch zweckmäßigere Lösungen, die eine höhere Produktivität ge­ währleisten.

B o h r w a g e n

Der Einsatz von Bohrwagen im Kalibergbau erfolgt in den USA schon seit vielen Jahren. Begünstigt durch die einfacheren Lagerungsund Salzverhältnisse und eine entsprechende Beigmaschinenindustrie,welche für den amerikanischen Steinkohlen­ bergbau Maschinen entwickelt hat, die sich auch für den Ein­ satz im Kalibergbau eigneten, konnten hier frühzeitig der

Bohrwagen und die Schrämmaschine, später auch der Continuous Miner erfolgreich bestehen. Im französischen Kaliberg­ bau werden seit 1952 amerikanische einarmige Bohrwagen der Firma Joy im Kammerpfeilerbruchbau eingesetzt.

Seitdem auch in Europa ein brauchbarer Bohrwagen von der Firma Secoma gebaut wird, hat sich besonders im westdeutschen Kalibergbau dieses Gerät in seinen verschiedenen Varianten bereits bewährt (siehe Tabelle 1).

Diese Bohrwagen können je nach den Erfordernissen konstruk­ tiv ausgeführt werden und haben folgende Grundmerkmale (Bild 8 siehe Bildtafel XVIII): Für die Herstellung der

Sprengbohrlöcher trägt das Gerät ein oder zwei Bohrarme, auf denen hydraulisch angetriebene Bohrmaschinen mit einer nutz­ baren Bohretangenlänge von 3,8 m durch einen Hydraulikzylin­ der ihren Andruck von 800 kp bei Normalausführung der Lafette und 1800 kp bei verstärkter Ausführung für Anhydrit erhalten und eine Bohrgeschwindigkeit von 4 m/min bei 34 bis 42 mm Bohrloohdurohmesser und 2,5 bis 3 m/min bei 55 mm Bohrloch­ durchmesser ermöglichen. Die Rüoklaufgeschwindigkeit des Bohrers kann mit Schnellgang 10 m/min betragen. Für das Boh­ ren von Großbohrlöchern für den Einbruch wird der Wagen noch mit einer entsprechenden Bohrmaschine ausgerüstet, mit der Löcher von 380 mm Durohmesser gebohrt werden können. Die Bohr­ wagen sind raupenfahrbar oder gummibereift und haben je nach ütype eine Fahrgeschwindigkeit von 2 bis 35 km/h. Der Betrieb ist vollhydraulisch, und der Antrieb kann elektrisch mit Schleppkabel oder dieselelektrisch sein; die Antriebsleistung liegt zwischen 35 und 108 PS je nach Anzahl der botriebenen Bohrmaschinen. Die Kombination Dieselantrieb für das Fahr­ werk und elektrischer Antrieb mit Steokkabel für die Bohr­ arbeit ist auch möglich. Jede Bohrlafette wird von einem be­ sonderen Steuerpult aus bedient, das seitlioh oder hinten am Bohrwagen angebracht sein kann. Ein tragbares Bedienungspult mit elektromagnetischer Fernsteuerung läßt sich auoh unmittel­ bar neben der Bohrlafette aufsteilen, so daß der Bohrhauer

aus nächster Nähe am Ortsstoß Bohrmaschine und Bohrarm ein­ richten kann. Dadurch wird ein genaues Ansetzen des Bohrers und ein einwandfreier Verlauf der Bohrlöoher ermöglicht. Für