Anwendung der PDC-Meißeltechnologie mit Luftkühlung und Bohrgutabfuhr
Bei der Erdgasentnahmebohrung in Kohlebergwerken erfolgt die Kühlung des Bohrmeißels derzeit üblicherweise durch Wasser- oder Lufteinblasung, abhängig von den geologischen Gegebenheiten und den Prozessanforderungen. Ziel ist es, eine übermäßige Wärmeentwicklung durch die Reibung bei hohen Drehzahlen zu verhindern und dadurch Verschleiß, Absplitterungen oder den Verlust der PDC-Schneidwerkzeuge zu vermeiden.
Bei der Wasserinjektionsbohrung führen Schwankungen des Injektionsvolumens und Unterschiede in der Gesteinshärte häufig zu Verstopfungen, da sich wasserempfindliches Gestein ausdehnt. Zudem ist der Rückfluss des Bohrguts bei Bohrungen mit negativem Winkel und vertikalen Bohrlöchern oft gering, was leicht zu Festklemmen führen kann. Wird der Bohrvorgang unterbrochen, kann sich das mit Wasser vermischte Bohrgut verfestigen und das Bohrgestänge blockieren. Aus diesen Gründen ist die Wasserinjektionsbohrung in vielen Fällen für den Einsatz mit PDC-Meißeln ungeeignet.
Beim konventionellen Luftbohren wird Druckluft durch das Bohrgestänge zum PDC-Meißel geleitet. Aufgrund von Dichtungsproblemen und der langen Übertragungsstrecke kommt es jedoch häufig zu Luftverlusten, wodurch die Kühlleistung hinter den Erwartungen zurückbleibt. Gleichzeitig können große Belüftungsöffnungen eine ungleichmäßige Luftverteilung verursachen und den effizienten Bohrguttransport erschweren.
Aufbauend auf langjähriger Zusammenarbeit mit Anwendern im Kohlebergbau hat unser Unternehmen einen PDC-Meißel für den luftbetriebenen Bohrkleintransport entwickelt. Dessen Hauptmerkmal ist ein unterhalb des Schneidkopfes positionierter Luftauslass mit einem Durchmesser von maximal 2 mm und einem spezifischen Winkelverhältnis zwischen Auslass und Schneidkopf. Im Betrieb wird durch die 2-mm-Düse ein Hochdruckluftstrahl erzeugt, der auf den Schneidwinkel des Schneidkopfes gerichtet ist und so eine schnelle Kühlung ermöglicht.
Dieser luftgekühlte PDC-Bohrmeißel mit Bohrgutabfuhr besteht im Wesentlichen aus einem Kronenkörper, einer Luftdüsenanordnung und PDC-Schneidmessern. Der Kronenkopf ist mit einer segmentierten Mehrblattflügelkonstruktion versehen, wobei die Schneidmesser optimal positioniert sind. Hochdruckluft tritt unterhalb der Schneidmesser aus und sorgt für eine direkte Kühlung. Dadurch werden Meißelbrand und übermäßiger Verschleiß durch unzureichenden Luftstrom oder zu geringe Luftgeschwindigkeit wirksam verhindert. Darüber hinaus reduziert die Hochdruckluftkühlung Festklemmprobleme beim Bohren in Verwerfungszonen deutlich und ist in der Regel 4- bis 5-mal effizienter als Wasserkühlung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieser luftgekühlte und späneabführende PDC-Meißel thermisch bedingte Schneidwerkzeugschäden beim Bohren wirksam behebt. Durch die Kombination von hohem Luftdruck und verbessertem Späneabtransport steigert er zudem die Bohreffizienz und unterstützt gleichzeitig Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung.
