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Verfahren und Vorrichtung zum Sprengen von Gebirge Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Sprengen von Gebirge, wie z. B. Kohle, mittels einer starren Patrone,
die über eine Leitung von einer entfernten Stelle aus durch allmähliches Füllen
mit einem Druckgas geladen wird, und besteht insbesondere darin, daß der Ladevorgang
nach Erreichen des für die Sprengung gewünschten Druckes beendet und dann der Patroneninhalt
durch Herabsetzen des Druckes in der Zuleitung von einer entfernten Stelle aus in
das Gebirge entladen wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung dieses
Verfahrens, bei der eine Druckgasquelle über eine Leitung mit einer Sprengpatrone
in Verbindung steht. Erlindungsgemäß besitzt die Vorrichtung eine in der Zuleitung
angeordnete Gassteuervorrichtung zum Unterbrechen der Gaszufuhr und zum Umkehren
des Gasstromes und eine innerhalb der Patrone angebrachte sowie bei Betätigung der
Gassteuervorr ichtung ansprechende Entladevorrichtung.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die in der Patrone
angebrachte Entladevorrichtung ein Ventil auf, das durch Zufuhr von Druckgas in
die Patrone in Schließstellung und durch Umkehr dieses Gasstromes in die Offenstellung
bewegbar ist. Die Erfindung richtet sich ferner darauf, daß die Entladevorichtung
der Patrone ein Steuerglied für die Auslaßöffnung besitzt, das mit einer Fläche
dem Innendruck und mit einer größeren Fläche dem veränderbaren Druck auf der Einlaßseite
der Patrone ausgesetzt ist, sowie ferner ein Rückschlagventil aufweist, das den
Gasdurchtritt von der Einlaßseite in das Patroneninnere durch das Steuerglied hindurch
gestattet.
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;Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung
angegeben.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht, und zwar zeigen: Abb. i die allgemeine Anordnung der Vorrichtung
zur Ausführung des neuen Verfahrens zum Abbau eines Kohlenstoßes, Abb. 2 bis q.
verschiedene Ausführungsformen einer Patrone zum Durchführen des neuen Verfahrens
im Längsschnitt.
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In Abb. i ist ein unterschrämter und abgebohrter Kohlenstoß 2 veranschaulicht,
in dessen Bohrloch eine nach den Abb. 2, 3 oder ,4 ausgebildete Patrone eingebracht
ist. Von der Patrone i führt ein: Rohr 3 zu einem Kompressor 4., der an einer entfernt
gelegeneu, geschützten Stelle aufgestellt ist und die
Patrone mit
Druckluft versorgt. In der Zuleitung 3 sind ein Ventil 5 und ein Manometer 6 vorgesehen.
Letzteres zeigt den Druck in der Leitung 3 bzw. in der Patrone an. In des; einen
Stellung verbindet das Ventil Kompressor q, mit der Leitung 3. In cl` arideren Stellung
-schließt das Ventil 5 die vom Kompressor q. zur Patrone fließende Druckluft ab
und verbindet die Leitung 3 durch einen seitlichen Auslaß 5' mit der Außenluft.
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Die Sprengpatrone besteht bei der Ausführung nach Abb. 2 aus einem
hohlen Stahlkörper 7, dessen eines Ende durch eine Kappe 8 abgeschlossen ist. Das
andere Ende des Patronenkörpers 7 ist mit einer Anzahl radiäl angeordneter Auslaßöffnungen
15 versehen. Eine durch Ventil 13 überwachte Öffnung 14 dient dazu, im Bedarfsfalle
das Innere der Patrone mit den Außlaßöffnungen 15 zu verbinden. Das Ventil
13 ist an dem Ende einer Stange 12 angeordnet, die mit einem im Innern der Patrone
verschiebbaren Kolben j -a verbunden ist. Die Kappe 8 besitzt in der M:itte eine
Bohrung z j, an die mittels einer Überwurfmutter jo die Druckleitung 3 angeschlossen
ist. Die Leitung 3 ist hierbei an eine geeignete Quelle angeschlossen, die unter
hohem Druck stehende Luft oder ein anderes Gas liefert. Die in die Patrone eingeführte
Druckluft wirkt augenblicklich auf den Kolben j2a ein, wodurch dieser durch die
Stange 12 das Ventil 13 fest auf seinen Sitz 1.4 preßt. Da nun der Kolben etwas
lose in die Bohrung der Patrone eingesetzt ist, kann die weiterhin zugeführte Druckluft
zwischen Kolben und Patronenkörper allmählich auf die entgegengesetzte Seite des
Kolbens gelangen und so den Laderäum der Patrone mit Druckgas auffüllen. Hat die
Ladung in der Hauptkammer den gewünschten Druck; so ist sie sprengbereit. Der Sprengvorgang
wird durch Abheben des Ventils 13 von seinem Sitze eingeleitet. Dies geschieht in
einfacher Weise dadurch, daß man den Druck in der kleinen Kammer vor dem . Kolben
verringert. Zu diesem Zwecke wird das Röhr 3 durch das Ventil 5 :mit der Außenluft
verbunden. Dadurch fällt augenblicklich der Druck in der kleinen Kammer vor dein
Kolben, der durch den auf ihn einwirkenden Überdruck nach rechts verschoben wird
und dadurch das Ventil 13 öffnet. Es kann sich dann die in der Patrone aufgespeicherte
Druckluft augenblicklich durch die Auslaßöffnungen 15 entladen und das um die Patrone
liegende Gebirge sprengen.
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Abb. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform einer nach dem gleichen
Prinzip arbeitenden Patrone. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform nach
Abb. 2 nur in der Ausbildung des Kolbens und seines Ventils. Auch hier bildet das
Ende des verjüngten abgesetzten Teiles 16 des Kolbens ein Absperr-"'i entil 16a,
das dem Ventil 13 der ersten Aus-`. f hrungsform entspricht. In diesem Falle ist
,jedoch der Kolben j66 mittels Ledermanschetten 2o, die durch Ringe 21 gehalten
werden, in der Bohrung des Patronenkörpers dicht geführt. Um hierbei die Druckluft
hinter den Kolben in den Laderaum übertreten zu lassen, ist in dem Kolben ein Rückschlagventil
17 angeordnet, das für gewöhnlich durch eine Feder 23 gegen einen mit Ventilsitz
versehenen Ring 18 gepreßt wird und eine Anzahl Öffnungen 22 steuert, die bei geöffnetem
Ventil 17 beide Kolbenseiten miteinander verbinden.
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Wird Druckluft durch das Röhr 3 in die Kammer 25 vor den Kolben geleitet,
so wird der Kolben axial verschoben, bis das Ventil j3 bzw. 16a die Ladekammer 24
abschließt: Erhöht sich bei fortgesetzter Zufuhr von Druckluft der Druck in der
Kammer 25, so öffnet das Ventil 17 entgegen der Einwirkung der Feder 23.
Nun kann die Druckluft von der Kammer 25 durch die Öffnungen 22 in die Ladekammer
24 übertreten. Ist in dieser der gewünschte Ladedruck erreicht, so wird die Luftzufuhr
durch das Rohr 3 abgestellt: Durch den auf dem Kolben lastenden Überdruck bleibt
das Ventil 13 geschlossen, da die Kolbenfläche in der Kammer 25 größer ist als die
Kolbenfläche in der Kammer 24. Außerdem ist der Druck in der Kammer 25 gewöhnlich
höher als der Druck in der Kammer 24, und zwar um so viel, als der zum Öffnen des
Ventils 17 entgegen der Einwirkung der Feder 23 nötige Druck beträgt.
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Die Entladung der Patrone wird auch hier dadurch herbeigeführt, daß
die Kammer 25 bzw. das Rohr 3 mit der Außenluft verbunden wird, so da.ß 'der jetzt
von innen ,auf den Kolben wirkende Überdruck ein Öffnen des Ventils 13 bewirkt.
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Die in Abb. ¢ gezeigte Patrone besteht aus einem Hohlkörper 7, einer
Endkappe 8 und einer mit radial angeordneten Auslaßöffnungen 15 versehenen Entladekappe26.
Im Innern der Patrone ist eine durch Differenzdruck wirkende Ventilanordnung eingebaut.
Diese besteht aus einer die Patrone durchsetzende Stange 28, deren eines Ende ein
die axiale Bohrung der Entladekappe 26 abschließendes Ventil 2c9 trägt. Das andere
Ende der Stange trägt einen Kolben 3o, der in einer Bohrung der Endkappe 8 verschiebbar
gelagert ist. Dieser Kolben 30 ist mit einer Anzahl Durchtrittsöffnungen
32 versehen, die durch eine unter dem Druck einer Feder 34 stehende Ringscheibe
33 verschlossen gehalten werden. Die Feder 34 findet hierbei ihre Gegenlage an
einer
an der Stange 28 angebrachten Mutter 35.
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An die Endkappe 8 ist die von einer geeigneten Hochdruckquelle 39
kommende Druckleitung 38 angeschlossen, von der aus durch eine Bohrung 36 von verhältnismäßig
kleinem Durchmesser Druckluft in die Kammer 31 vor den Kolben 30 gelangen
kann, wenn das Ventil q.o die Verbindung zur Kraftquelle 39 herstellt. Die zuströmende
Druckluft wirkt zunächst auf den Kolben' 30 ein, verschiebt ihn nach rechts,
wodurch das Ventil 29 den Bohrungsrand 26d der Entladekappe 26 abschließt.
Steigt der Druck in der Kammer 31, dann überwindet er das Rückschlagventil33, wodurch
die Durchtrittsöffnungen -3a freigegeben werden und ein Auffüllen der Ladekammer
¢r der Patrone erfolgt, bis der gewünschte, durch einen Druckmesser feststellbare
Druck erreicht ist. Um dann die Sprengung herbeizuführen, wird das Ventil 40 so
umgestellt, daß seine Öffnung .4ö die Druckleitung 38 mit der Außenluft verbindet,
was eine beträchtliche Druckminderung in der Kammer 31 zur Folge hat. Der in der
Kammer .a.1 herrschende Überdruck bewirkt eine sofortige Verschiebung des Kolbens
30 nach links, wodurch die öffnungen 15 der Entladekappe 26 freigegeben
werden und die Druckluft aus der Kammer 41 ausströmen kann.
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Infolge des geringen Querschnitts der Bollruiig 36 erfolgt bei der
im Bruchteil einer Sekunde erfolgenden Entladung der Kammer 41 in dieser ein stärkerer
Druckabfall als in der Kammer 3r. Sobald dieser Zustand eintritt, wirkt auf den
Kolben 30 ein Druck ein, der ihn sofort in der entgegengesetzten axialen
Richtung verschiebt und wieder einen Abschluß der Entladekappe 26 herbeiführt.
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Bei dieser Art des Entladevorganges kann es infolge des engen Querschnitts
der Bohrullg 36 vorkommen, daß beim Lüften des iZohres 38 der Druck in der Entladekanimer
.Ir rascher absinkt als in der Entlüftungshammer 3 r, so daß das Ventil z9@ geschlossen
und bei weiterem Absinken des Druckes in der Entlüftungskairimer wieder geöffnet
wird. Es finden daher eine Reihe gesonderter Entladungen statt, die rasch hintereinander
stoßweise erfolgen lind deren Anzahl- von der iNIenge und der Höhe des Druckes des
in die Patrone eingeführten Gases abhängen.
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Die Erfahrung hat bewiesen, daß bei einer Ladung von Luft mit 7oo
Atmosphären Druck in der Kammer 41 der Patrone nacheinander vier bis fünf Entladungen
sich fortschreitend verringernder Kraft stattfinden; die rasch aufeinander folgen,
daß sie als eine Entladung in Erscheinung treten.
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Wie eingangs erwähnt, kann- die Patrone, nachdem sie in einer Bohrung
in dem zu sprengenden oder abzubrechenden Gebirge untergebracht ist, von einer entfernten
Stelle aus potentieller Energie aufgeladen werden, und zwar in der jeweils erforderlichen
oder erwünschten Höhe, die durch einen Druckmesser angezeigt wird.
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Die Erfindung ermöglicht daher, jede Entladung so stark zu gestalten,
um die gewünschte Wirkung zu erhalten. Beim Sprengen von Kohle kommt es bei den
bisher bekannten Verfahren z. B. häufig vor, daß, nachdem eine Anzahl von Bohrungen
hergestellt und in diese Sprengstoff untergebracht worden ist, die Explosion in
einigen der Bohrungen oft wirkungslos ist, weil die Sprengung durch die Explosion
in den übrigen Bohrungen bewerkstelligt wurde. In solchen Fällen bietet das vorliegende
V erfahren die Möglichkeit, die zum Erreichen der beabsichtigten Wirkung nötige
Kraft genau zu bestimmen.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Inneneinrichtung der bei
diesem Verfahren verwendeteten Patronen nicht so genau ausgebildet zu sein braucht,
als wenn die Ladung in der Patrone auf längere Zeit in ihr eingeschlossen bleiben
muß. So ist z. B. ein geringes Lecken des an dem Entladungsende der Patrone befindlichen
Ventils kaum von Bedeutung, da dies nur während der Dauer der verhältnismäßig raschen
Füllung mit Druckluft stattfinden würde und die Patrone sofort nach deni Erreichen
des gewünschten Ladungsdruckes wieder entladen wird.
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Da die Patrone ständig an die Druckleitung 3 angeschlossen bleiben
kann, so kann sie so oft, als gewünscht, geladen und wieder entladen werden.
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Zweckmäßig ist das Zufuhrrohr biegsam und gepanzert, so daß es den
außerordentlich hohen Drücken m.it Sicherheit standhalten kann.
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Das neue Verfahren ist auch billig durchzuführen, da lediglich Druckluft
bzw. Druckgas in einer dein jeweiligen Bedürfnis genau angepaßten Menge verbraucht
wird.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß zwei oder mehrere Patronen zur
gleichen Zeit entladen werden können, wenn diese Patronen gemeinsam an ein einziges
Zufuhr- bzw. Entlüftungsrohr angeschlossen werden. Ein Versagen einer der Patronen
ist ausgeschlossen. 3a beim Absinken des Druckes in der Steuerkammer die Entladung
zwangsläufig eintreten muß. Bei den meisten bekannten Sprengeinrichtungen gibt es
veränderliche Faktoren, die ein zuverlässiges gleichzeitiges Entladen von zwei oder
mehr Patronen unmöglich machen.
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Die die Druckluft oder das Druckgas für die Patrone liefernde Quelle
-kann ein Kompressor oder auch ein sonstiger Kraftspeicher sein.