Funktionsweise eines DTH-Bohrgeräts: Das Prinzip des Bohrlochaufpralls erklärt
Bohrgeräte für die Tiefbohrung werden im Hoch- und Tiefbau, im Eisenbahnbau, im Straßenbau, bei Wasserprojekten, in Wasserkraftwerken, im Bergbau und in Steinbrüchen eingesetzt. Sie bohren Ankerlöcher, Felsankerlöcher, Sprenglöcher, Verpresslöcher und andere Öffnungen in hartem Gestein.
Das Bohrgerät mag wie eine herkömmliche Drehbohrmaschine aussehen, aber der wichtigste Unterschied besteht darin, wo die Aufprallenergie erzeugt wird.
Der Aufprallmechanismus funktioniert im Inneren des Lochs.
Bei einem herkömmlichen Gesteinsbohrhammer befindet sich der Schlagmechanismus an der Oberfläche. Die Schlagenergie muss sich durch das Bohrgestänge ausbreiten, bevor sie den Bohrmeißel erreicht. Mit zunehmender Bohrtiefe können Energieverluste und Vibrationen im Bohrgestänge deutlich zunehmen.
Bei einer DTH-Bohranlage wird der Schlaghammer direkt hinter dem Bohrmeißel am Bohrlochgrund positioniert. Der Kolben schlägt im Bohrloch auf den Meißel, während Druckluft den Hammer antreibt und beim Abtransport des Bohrkleins hilft.
Da der Aufprall nahe der Gesteinswand erfolgt, geht weniger Energie über das Bohrgestänge verloren. Deshalb erzielt das DTH-Bohrverfahren auch in tiefen Hartgesteinsbohrungen eine hohe Leistungsfähigkeit.
Eine typische DTH-Bohrvorrichtung umfasst:
Bohrer
DTH-Hammer
Bohrstangen
Luftanschluss
Luftzuleitung
Druckregel- oder Zufuhrzylinder
Bohrrahmen
Hammer und Bohrmeißel müssen auf Bohrlochdurchmesser, Gesteinsformation, Kompressor und Bohranlagenkapazität abgestimmt sein. Ein leistungsstarker Hammer kann eine unzureichende Luftzufuhr oder einen ungeeigneten Bohrmeißel nicht ausgleichen.
Hauptkomponenten einer großen DTH-Oberflächenanlage
Eine große, auf einem Raupenfahrzeug montierte DTH-Anlage enthält mehrere Systeme, die zusammenarbeiten.
Bohrrahmen:Der Bohrrahmen dient als Führungsschiene für den Drehkopf, das Vorschubsystem und das Bohrgestänge. Er muss während des Bohrvorgangs starr und ausgerichtet bleiben.
Schieber oder Wagen:Der Schlitten ist üblicherweise eine geschweißte Kastenkonstruktion, die den Bohrrahmen stützt und mit der Hauptmaschine verbindet.
Drehkopf:Das Rotationssystem besteht üblicherweise aus einem Hydraulikmotor, einer Spindeleinheit, einer Stangenverbindung, einer Gleitplatte und einem zentralen Luftkanal. Der Rotationskopf dreht das Bohrgestänge, während Druckluft durch die Hohlstangen strömt.
Zuführungssystem:Ein hydraulischer Vorschubmotor, Kettenräder, eine Kette und Pufferfedern bewegen den Drehkopf und das Bohrgestänge entlang des Rahmens. Die Vorschubkraft muss gleichmäßig sein. Zu hoher oder ungleichmäßiger Vorschub kann zu verstärkter Gestängeverbiegung und erhöhtem Verschleiß des Bohrers führen.
Vorrichtung zum Wechseln oder Entfernen der Stäbe:Größere Bohranlagen verwenden möglicherweise obere und untere Gestängeheber, Gestängeklemmen und Hydraulikzylinder, um Gestänge effizienter hinzuzufügen oder zu entfernen.
Staubkontrollsystem:Beim DTH-Bohren entstehen Gesteinsstaub und Bohrklein. Je nach Standort können auf der Bohranlage Trockenabsaugung, Nassabscheidung, Kombinationssysteme oder Schaumstaubabscheidung eingesetzt werden.
Raupenfahrsystem:Ein Raupenfahrgestell umfasst im Allgemeinen den Fahrrahmen, Hydraulikmotoren, Planetengetriebe, Ketten, Antriebsräder, Leiträder und Kettenspannkomponenten.
Hauptchassis:Der Luftkompressor, der Staubabscheider, der Hydrauliktank, die Pumpengruppe, die Ventilgruppe und die Fahrerkabine sind auf dem Hauptrahmen montiert.
Maschinenschwenksystem:Ein Schwenkmotor, eine Bremse, ein Untersetzungsgetriebe, ein Ritzel und ein Schwenklager ermöglichen es dem Oberwagen, sich relativ zum Unterwagen zu drehen.
Schwenkmechanismus des Bohrmaschinenrahmens:Schwenkzylinder, Drehzapfen und Halterungen ermöglichen die seitliche Bewegung des Rahmens und die Anpassung des Bohrwinkels.
Druckluft- und Hammersystem:Ein Schraubenkompressor versorgt den DTH-Hammer üblicherweise mit Druckluft. Dasselbe Druckluftsystem kann auch die Rückblas- oder Reinigungsfunktion eines Laminarströmungs-Staubabscheiders unterstützen.
Wie der Bohrzyklus gesteuert wird
Beim Bohren dreht der Drehkopf die Gestänge und den Bohrmeißel, während das Vorschubsystem eine kontrollierte Kraft ausübt. Der DTH-Hammerkolben schlägt wiederholt auf den Bohrmeißel und bricht so das Gestein am Bohrlochgrund.
Druckluft erfüllt zwei Aufgaben:
Es treibt den Hammerkolben an.
Es transportiert Bruchstücke von Gestein und Staub aus dem Loch heraus.
Ist das Luftvolumen zu gering, kann die Schlagfrequenz des Hammers sinken und das Bohrloch nicht richtig gereinigt werden. Bohrspäne können sich um den Bohrer herum ansammeln, was zu Nachschleifen, verringerter Bohrtiefe, erhöhtem Verschleiß und möglichen Blockierungen führen kann.
Auch das Vorschubsystem ist wichtig. Der Bohrer sollte mit einer Geschwindigkeit vorrücken, die der Fähigkeit des Meißels entspricht, das Gestein zu brechen und abzutragen. Zu viel Vorschubkraft kann Meißel und Gestänge überlasten. Zu wenig Kraft kann zu ineffizientem Kontakt und unnötigen Vibrationen führen.
Wie eine universelle DTH-Anlage aufgebaut ist
Ein Standard-DTH-Bohrgerät besteht im Allgemeinen aus dem Bohrgestänge, dem Knopfmeißel und dem DTH-Hammer sowie Dreh-, Luft-, Hebe- und Druckregelungssystemen.
Die Drehluftversorgungseinheit kann einen Drehmotor, ein Drehgetriebe und einen Luftdrehkopf umfassen. Der Luftdrehkopf nutzt ein Gehäuse, Dichtungen, eine Hohlspindel und eine Stangenverbindung, um Druckluft durch das rotierende Bohrgestänge zu leiten.
Eine pneumatische Stangenklemme kann beim Verbinden und Entfernen der Stange helfen.
Das Hebe- und Druckregelungssystem besteht aus einem Hubmotor, einem Getriebe, einer Hubkette, einem Druckzylinder und einer Seilzuganordnung. Im Normalbetrieb wirkt der Druckzylinder über das Seilzugsystem, um einen kontrollierten Vorschub und eine Druckentlastung beim Bohren zu gewährleisten.
Diese Anordnung ermöglicht es dem Bediener, Rotation, Vorschub, Heben und Anpressdruck als einen koordinierten Prozess zu steuern.
Warum die Bauteilabstimmung wichtig ist
Die Leistungsfähigkeit von DTH-Bohrungen hängt vom Zusammenspiel aller wichtigen Komponenten ab.
Bevor Sie ein Bohrgerät auswählen oder einen Hammer austauschen, sollten Sie Folgendes überprüfen:
Erforderlicher Lochdurchmesser
Lochtiefe und Winkel
Gesteinshärte und Abrasivität
Erwartete Durchdringungsrate
Kompressordruck und Luftvolumen
Bohrstangendurchmesser und Gewinde
Bit-Tastenbelegung
Staub- und Späneentfernungsmethode
Verfügbare Vorschubkraft
Zugang zum Gelände und Mobilität
Hammer, Bohrmeißel, Bohrgestänge, Schaftverbindung, Kompressor und Staubabsaugungssystem sollten als Gesamtpaket ausgewählt werden.
Ein für abrasiven Granit konzipierter Bohrer ist beispielsweise für gebrochenen Kalkstein möglicherweise nicht geeignet. Ein langes Bohrgestänge mit schlechter Ausrichtung kann Energie verlieren und Abweichungen verursachen, selbst wenn der Bohrhammer selbst korrekt arbeitet.
Die Wartung beginnt mit Luftdruck, Ausrichtung und Verschleiß.
Eine DTH-Anlage sollte regelmäßig auf Folgendes überprüft werden:
Luftleckagen an Drehpunkten und Verbindungen
Abgenutzte Gewindestangen
Gebogene Bohrstangen
Lose Führungskomponenten
Ungewöhnliches Hammergeräusch
Verringerte Penetrationsrate
Schlechte Staubabsaugung
Verschleiß an Schienen oder Zuführsystem
Der Bohrmeißel sollte nach dem Bohren überprüft werden. Verschleiß am Druckknopf, Materialverlust, Beschädigungen am Meißelkörper und ein ungleichmäßiges Verschleißbild können darauf hindeuten, dass die Meißelkonstruktion oder die Bohrparameter nicht zur Gesteinsformation passen.
DTH-Bohrungen für moderne Felsprojekte
DTH-Bohranlagen sind nach wie vor wichtig, da sie eine hohe Durchschlagskraft beim Bohren mit flexiblen Bohrlochwinkeln, guter Mobilität und effizienter Bohrkleinabfuhr kombinieren.
Sie werden im Bergbau und in Steinbrüchen, bei Gründungspfählen, Hangverankerungen, im Tunnelbau, im Brunnenbau, im Straßenbau und bei Infrastrukturprojekten eingesetzt. In jedem Anwendungsfall erzielt man das zuverlässigste Ergebnis, indem man Bohrgerät und Werkzeugstrang optimal auf das Gestein abstimmt, anstatt die Komponenten allein nach Größe oder Preis auszuwählen.
