DE3330802C2

DE3330802C2 - Verfahren zur Beurteilung gebirgsschlaggefährlicher Spannungen und Meßvorrichtung

Info

Publication number: DE3330802C2
Application number: DE19833330802
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. Bräuner; Gerhard Dipl.-Ing. 4300 Essen Klammer
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1983-08-26
Filing date: 1983-08-26
Publication date: 1986-07-10
Also published as: DE3330802A1

Abstract

Zur Beurteilung gebirgsschlaggefährlicher Spannungen werden neben der aufgewendeten Energie und der Drehzahl des Bohrwerkzeuges auch das Drehmoment und der Andruck gemessen und ausgewertet. Damit sind zwei unabhängig voneinander stattfindende Teilmeßverfahren gegeben, die sowohl technische Mängel wie auch menschliche Unzulänglichkeiten weitgehend ausschalten. Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Meßvorrichtung, bei der der Bohrmaschine ein Kraftmesser zur Ermittlung des Andrucks und nötigenfalls eine Meßwelle zur Ermittlung des Drehmomentes zugeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung gebirgsschlaggefährlicher Spannungen, insbesondere im untertägigen Steinkohlenbergbau, durch Einbringen von Bohrungen und Feststellung, Registrierung und Vergleichen der dabei anfallenden Kenngrößen für die aufgewendete Energie und/oder die Umdrehungen des Bohrwerkzeuges sowie ggfs. der anfallenden Bohrmehlmenge.

Gebirgsschläge treten durch die explosionsartige Auslösung von Spannungen im Gebirge auf. Dabei erfolgt gleichzeitig das Ausschleudern erheblicher Kohle- und Gesteinsmengen die Mensch und Material erheblich gefährden. Es sind Verfahren entwickelt worden, mit denen die Gefahr auf ein Mindestmaß beschränkt werden soll, indem die gebirgsschlaggefährdeten Bereiche rechtzeitig ermittelt, z. B. durch Testbohrungen, und dann Gegenmaßnahmen, meist sogenannte Eritspännungsbohrungen, vorgenommen werden. Bei diesen Test- und Entspannungsbohrungen werden in der Praxis zur Zeit die je Bohrmeter anfallende Bohrmehlmenge sowie die hierbei ausgelösten Entspannungsgeräusche und »andere Anzeichen« notiert und als Aufschlüsse über den Druckzustand des Kohlenstoßes verwendet. Hierzu sind Richtlinien des Landesoberbergamtes Nordrhein-Westfalen entwickelt worden.

In Ergänzung oder als Ersatz zu diesen bekannten Verfahren ist, wie die DE-PS 31 00 984 wiedergibt, die Erfassung von Meßgrößen für derartige Bohrungen vorgeschlagen worden, wobei die aufgewendete Energie und/oder die Umdrehungszahlen des Bohrwerkzeuges automatisch ermittelt und zur Beurteilung .">erangezogen werden. Während die Ermittlung der Bohrmehlmenge und die Beachtung der Entspannungsgeräusche unter Umständen arbeitsaufwendig und das Ergebnis mit menschlichen Unzulänglichkeiten behaftet ist, gibt die Erfassung der Kenngrößen Energieaufwand und/ oder Drehzahl nicht in allen Fällen einen eindeutigen Zusammenhang mit dem Gebirgsdruck oder den Bohrmehlmengen. Eine insbesondere von der menschlichen Unzulänglichkeit unabhängige Beurteilung de«· gebirgsschlaggefährlichen Spannungen ist somit nur bedingt erreichbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit des Testbohrverfahrens gegen menschliche Unzulänglichkeiten und gegen technische Mängel wesentlich zu erhöhen und geeignete Meßvorrichturigen dafür zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß neben der aufgewendeten Energie je Meter Bohrfortschritt und/oder der Zahl der Umdrehungen des Bohrwerkzeuges je Meter Bohrfortschritt auch der Andruck und oder das Drehmoment gemessen werden.

Durch die Einbeziehung der weiteren Meßgrößen Andruck und ggfs. Drehmoment ist eine eindeutige Interpretation der Gefahrensituation gegeben, wobei durch die automatische Ermittlung dieser Meßgrößen die menschlichen Unzulänglichkeiten weiter erheblich eingeschränkt sind. Die Umdrehung der Bohrstange je Längeneinheit Bohrfortschritt ist bei gleichbleibendem Drehmoment der Energie proportional. Das Drehmoment ändert sich aber, wenn sich dir Druck, der in der Kohle herrscht, ändert, wobei dies bis zum Festklemmen der Bohrstange führen kann. Die Messung des Drehmomentes gibt somit Aufschluß über die Gebirgsdruckwirkungen, die auch den Energieverbrauch mitbestimmen. Normalerweise wird bei einem zu geringen Andruck nur wenig Bohrklein losgelöst, während bei einem übermäßigen Andruck der Bohrmaschine ein zu hohes Drehmoment abverlangt wird. Der Energieverbrauch oder die Umdrehungszahl muß daher stets auf den Andruck bezogen werden. Beim Bohren unter hohem Gebirgsdruck kommt noch hinzu, daß die Materialeigenschaften wechseln, sobald die Kohle wegen dieses Gebirgsdruckes spontan in das Bohrlochtiefste hineinbricht. Dann geht der Andruck in charakteristischer Weise zurück und kann sogar negativ werden. Dies wird als Ziehen des Gestänges bezeichnet. Mit Hilfe dieser Kenngrößen sowie der aufgewendeten Energie und/ oder der Drehzahl kann in vorteilhafter Weise eine ausreichend genaue Bestimmung der gebirgsschlaggefährlichen Spannungen vorgenommen werden.

Nach einer Ausbildung der Erfindung wird zusätzlich zu den Kenngrößen Drehzahl, Energie, Drehmoment -und Andruck parallel auch die je Meter Bohrfortschritt anfallende Bohrmehlmenge ermittelt. Dies bringt eine optimale Bewertung und Beurteilung der gebirgsschlaggefährlichen Spannungen. Da nun mehrere miteinander im Zusammenhang stehende Kenngrößen zur Verfügung stehen, die darüber hinaus auch noch weitgehend unabhängig von menschlicher Beeinflussung ermittelt

werden, ist auch bei Ausfall des einen oder anderen Wertes eine sichere Beurteilung gegeben. Gefährliche Flözspannungen geben sich stets durch erhöhte Bohrmehlmengea zu erkennen. Umgekehrt können erhöhte Bohrmehlmengen beim Testbohren aber auch auftreten, wenn die Spannungen ungefährlich, die Kohle aber sehr locker ist Das kann zum Beispiel in tektonisch gestörten Zonen der Fall sein. Da nun durch die zusätzlichen Kennwerte auch bei solchen Verhältnissen eine einwandfreie Beurceilung der gebirgsschlaggefährlichen Spannungen möglich ist kann auch bei solchen Situationen auf Entspannungsbohrungen verzichtet werden, die ansonsten bei nur Bohrmehlmengenermittlung vorsichtshalber vorgenommen werden müßten. Allein hierin liegt schon ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, weil mit derartigen, vorsichtshalber vorgenommenen Entspannungsbohrungen ein erheblicher Kostenaufwand verbunden wäre. Abgesehen davon, kann bei ungünstigen Verhältnissen auf die Ermittlung der Bohrmehlmenge ganz verzichtet werden, insbesondere wenn durch sehr starken Wetterzug das Bohrmehl teilweise weggeweht wird. Die anderen Kenngrößen lassen dann immer noch eine einwandfreie Beurteilung zu. Die Bohrmehlmessungen könnest in solchen Fällen auf die Testbohrungen oder Teiltestbohrungen beschränkt werden, die Gefahren anzeigende Bohrkenngiößen hervorbringen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Meßvorrichtung, bei der der Bohrmaschine eine Meßwelle und ein Kraftmesser zugeordnet ist Ober die Meßwelle wird das Drehmoment ermittelt, während über den Kraftmesser der Andruck zu ermitteln und festzuhalten ist

Dabei wird die Meßwelle zweckmäßig zwischen Bohrstange und Bohrmaschine angeordnet, um das Drehmoment sicher zu ermitteln. Auch der Kraftmesser ist zweckmäßig an dem in der Bohrmaschine geführten Ende der Bohrstange oder in der die Bohrstange aufnehmenden Bohrung innerhalb der Bohrmaschine angeordnet.

Um den meßtechnischen Aufwand möglichst zu beschränken, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Meßwertaufnehmer für Drehmoment und Andruck mit denen für die Drehzahl und/ oder den Energiebedarf kombiniert ausgebildet sind. Dabei kann sowohl Drehzahl und Andruck, wie auch Drehmoment und Drehzahl oder Drehmoment und Andruck oder auch alle Werte gleichzeitig mit einem derartigen komplexen Meßwertaufnehmer ermittelt und zur Auswertestelle weite^eleitet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher prläutert.

In der einzigen Figur ist eine Testbohrung wiedergegeben. Hierzu wird in den Kohlenstoß 1 ein Bohrloch 2 getrieben, wobei das im Bohrlochtiefsten 3 anfallende Bohrklein kontinuierlich aus dem Bohrloch 2 herausgetragen wird. Hierzu weist die Bohrmaschine 5 eine Bohrstange 6 mit Schneckengewinde auf, das dafür Sorge trägt, daß das von der Bohrschneide 7 gelöste Bohrklein kontinuierlich abgefördert wird.

Die Bohrmaschine .5 weist eine Bohrung 8 auf, in die die Bohrstange 6 eingeführt ist. In diesem Bereich ist die Meßwelle 9 zur Ermittlung des Drehmomentes und der Kraftmesser 10 zur Ermittlung des Andruckes angeordnet, wobei beide wie im dargestellten Beispiel erläutert in einer Vorrichtung kombiniert sein können.

Mit Hilfe einer derartigen Meßvorrichtung kann darüber hinaus auch gleichzeitig wie erläutert die Drehzahl und der Energiebedarf ermittelt werden. Sowohl der Energiebedarf als auch die Drehzahl je Längeneinheit Bohrfortschritt werden von dem Andruck in Bohrrich tung, dem der Maschine abverlangten Drehmoment und der Festigkeit des zu durchbohrenden Materials beeinflußt. Beim Bohren unter erhöhtem Gebirgsdruck ist diese Festigkeit veränderlich. Die Kohle kann dann nämlich im Bohrlochtiefsten spontan zerbrechen, so daß nur noch gelockerte Kohle zu durchbohren ist Der Andruck geht dann in charakteristischer Weise zurück und kann sogar negativ werden. Weiterhin kann die Bohrlochwand sich unter der Wirkung des Gebirgsdruckes verengen und dadurch das Gestänge im äußersten Fall festklemmen. Hier erfährt das Drehmoment einen charakteristischen Verlauf, der eine Interpretation des Spannungszustandes des Gebirges zuläßt Die Messung der Kennwerte Andruck und Drehmoment ist deshalb für die Beurteilung des Zusammenhangs zwischen Energieverbrauch und gebirgsschlaggefährlichen Spannungen erforderlich. Der Andruck gibt Aufschluß darüber, inwieweit die Energie noch zum Lc_£ ^J,ösen der Kohle verbraucht wird. Bei ziehendem Gestänge wird die Energie fast nur noch für das Abfördern der spontan hereingebrochenen Kohle verbraucht und ein großer Verbrauch oder eine große Umdrehungszahl zeigen dann an daß viel Kohle hereingebrochen ist und die Gebirgsspannungen entsprechend hoch sind. Das Drehmoment gibt zu erkennen, ob ein Festklemmen droht und läßt dadurch Rückschlüsse auf die Gebirgsspannungen im bereits durchbohrten Teil des Bohrloches zu.

Damit können Testbohrergebnisse erreicht werden, die für rechtzeitige Sicherheitsvorkehrungen und für wirtschaftliche Maßnahmen von großer Tragweite sind. Durch zwei voneinander unabhängige Meßvorgänge ist die Sicherheit weiter erhöht, wobei verschieden geartete, aber miteinander in Beziehung stehende Meßgrößen erfaßt und zur Beurteilung herangezogen werden.

1	Kohlenstoß
40 2	Bohrloch
3	Bohrlochtiefsten
5	Bohrmaschine
6	Bohrstange
7	Bohrschneide
45 8	Bohrung
9	Meßwelle
10	Kraftmesser

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beurteilung gebirgsschlaggefährlicher Spannungen, insbesondere im untertägigen Steinkohlenbergbau, durch Einbringen von Bohrungen und Feststellung, Registrierung und Vergleichen der dabei anfallenden Kenngrößen für die aufgewendete Energie und/oder die Umdrehungen des Bohrwerkzeuges sowie ggfs. der anfallenden Bohrmehlmenge, dadurch gekennzeichnet, daß neben der aufgewendeten Energie je Meter Bohrfortschritt und/oder der Zahl der Umdrehungen des Bohrwerkzeuges je Meter Bohrfortschritt auch der Andruck und/oder das Drehmoment gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Kenngrößen Drehzahl, Energie, Drehmoment und Andruck parallel auch die je Meter Bohrfortschritt anfallende BohriüchlniengE ermittelt wird.

3. Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrmaschine (5) eine Meßwelle (9) und ein Kraftmesser (10) zugeordnet sind.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwelle (9) zwischen Bohrstange (6) und Bohrmaschine (5) angeordnet ist.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftmesser (10) an dem in der Bohrmi -rinne (5) geführten Ende der Bohrstange (6) oder in der die Bohrstange aufnehmende Bohrung (8) in der Bohrmaschine \5) angeordnet ist.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßweriaufnehmer(9,10) für Drehmoment und Andruck mit denen für die Drehzahl und/oder den Energiebedarf kombiniert ausgebildet sind.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftmesser (10) und/oder die Meßwelle (9) in der Bohrmaschine (5) angeordnet sind.