DTH-Hammer- und Meißelabstimmung: Warum Probleme beim Hartgesteinbohren meist auf eine unpassende Ausrüstung zurückzuführen sind

Wer schon mal neben einer DTH-Bohranlage in hartem Granit stand und beobachtet hat, wie die Bohrgeschwindigkeit fast zum Stillstand kam, während der Kompressor auf Hochtouren lief, hat wahrscheinlich schon mal jemanden sagen hören: „Dieses Gestein ist einfach zu hart.“ Und manchmal stimmt das auch. Viel häufiger ist das Gestein aber genau so hart, wie es sein soll – das Problem ist nur, dass Hammer und Bohrmeißel für einen anderen Einsatz gedacht waren.

Bohren in Bohrlöchern ist ein komplexes System. Hammer, Bohrmeißel, Luftdruck und Gestein müssen optimal aufeinander abgestimmt sein. Andernfalls treten die Symptome auf, die üblicherweise dem Gestein zugeschrieben werden: geringes Bohrvolumen, festsitzende Bohrmeißel, übermäßiger Verschleiß und unpräzise Bohrungen. Stimmen die Bedingungen, arbeitet das Gestein plötzlich deutlich besser.

Der 115-Millimeter-Standard: Wann ein 4-Zoll-Hammer die klügere Wahl ist

Für Sprenglöcher, Wasserbrunnen und Explorationsbohrungen im Durchmesserbereich von 115 Millimetern durch mittelharte bis harte Gesteinsformationen – Kalkstein, Kohleflöze und die meisten Gold- und Molybdänlagerstätten – ist der 4-Zoll-DTH-Hammer in Kombination mit einem 115-mm-Bohrmeißel diejenige Kombination, die Geschwindigkeit, Kosten und Zuverlässigkeit besser in Einklang bringt als alles andere in seiner Klasse.

Warum 4 Zoll für 115 mm? Der Kolbendurchmesser eines 4-Zoll-Hammers bietet eine ausreichend große Schlagfläche, um eine Schlagenergie zu erzeugen, die der effektiven Absorptionsfähigkeit einer 115-mm-Bohrkopfspitze entspricht. Verwendet man einen kleineren Durchmesser – beispielsweise einen 3,5-Zoll-Hammer, der einen 115-mm-Bohrkopf mithilfe eines Adapters antreibt – ist die Schlagenergie pro Schlag für den Bohrkopfdurchmesser zu gering. Die Bohrkopfspitze erreicht nicht genügend Energiedichte, um in hartem Gestein ausreichend Krater zu erzeugen, und die Bohrgeschwindigkeit leidet, obwohl der Kompressor genauso stark arbeitet.

Verwendet man einen größeren Hammer – beispielsweise einen 5-Zoll-Hammer auf einem 115-mm-Bohrer –, wird dem Bohrer mehr Energie zugeführt, als für den Bohrkörper und die Hartmetalleinsätze ausgelegt sind. Die überschüssige Energie führt nicht zu schnellerem Bohren, sondern zu Stoßbelastungen, die die Hartmetalleinsätze beschädigen, den Bohrerschaft verformen und Vibrationen entlang des Bohrgestänges übertragen. Dies verkürzt die Lebensdauer aller Komponenten oberhalb des Hammers.

Die 4-Zoll/115-mm-Kombination ist optimal. Der Hammer arbeitet schnell genug, um eine hohe Schlagfrequenz zu gewährleisten – wichtig bei hartem Gestein, wo viele Schläge pro Minute nötig sind –, aber jeder einzelne Schlag hat genug Energie, um das Gestein zu brechen, anstatt einfach abzuprallen. Und da das System nicht überdruckt ist, bleibt der Luftverbrauch überschaubar. Man muss den Kompressor nicht die ganze Schicht über auf Hochtouren laufen lassen, nur damit der Hammer in Betrieb bleibt.

In der Praxis bewältigt diese Kombination Kalkstein und Kohleflözgestein problemlos mit mäßigem Luftdruck. Bei härteren Gesteinsformationen wie Granit, Basalt und Quarzit muss der Druck erhöht werden, Hammer und Bohrer sind jedoch dafür ausgelegt. Das Hartmetall-Schneidkopfprofil eines passend spezifizierten 115-mm-DTH-Bohrers für Hartgestein ist sphärisch oder ballistisch und nicht konisch. Dies bietet Schlagfestigkeit, geht aber auf Kosten der Bohrgeschwindigkeit. Dieser Kompromiss lohnt sich, wenn die Alternative abgebrochene Schneidköpfe und ein Herausziehen des Bohrers mitten im Bohrloch wären.

Die 140-Millimeter-Herausforderung: Wenn alles größer sein muss

Bei Bohrungen mit 140 mm Durchmesser in harter Gesteinsformation – Eisenerz, dichtem Kupferporphyr, unverwittertem Basalt – ändert sich die Situation grundlegend. Die Bohrkopffläche vergrößert sich im Vergleich zu 115 mm um fast 50 %, was bedeutet, dass der Hammer pro Schlag proportional mehr Schlagenergie aufbringen muss, um die gleiche Energiedichte an der Gesteinsoberfläche zu erreichen. Ein 4-Zoll-Hammer reicht dafür nicht aus. Man benötigt einen 5-Zoll-Hammer.

Der 5-Zoll-DTH-Hammer verfügt über einen größeren Kolben mit längerem Hub und liefert so die tieferen, kräftigeren Schläge, die eine 140-mm-Bohrkopffläche benötigt, um hartes Gestein effizient zu brechen. Die Schlagfrequenz ist geringer als bei einem 4-Zoll-Hammer – dies ist der Kompromiss für die höhere Energie pro Schlag –, aber bei hartem Gestein mit großem Durchmesser ist die Schlagenergie wichtiger als die Schlagfrequenz. Hundert kräftige Schläge, die das Gestein tatsächlich brechen, bringen das Bohrloch schneller voran als zweihundert leichte Schläge, die nur die Oberfläche absplittern.

Auch die Konstruktion des Bohrers ändert sich. Ein 140-mm-DTH-Bohrer für Hartgestein benötigt einen robusteren Körper mit tieferen Bohrlochschlitzen, um das höhere Bohrgutvolumen pro Meter zu bewältigen. Die Spülbohrungen sind größer und so positioniert, dass die Luft genau dorthin geleitet wird, wo die Messreihe gekühlt werden muss. Die äußeren Druckknöpfe leisten pro Umdrehung mehr Arbeit als die mittleren, da sie einen längeren Weg zurücklegen und daher eine aktivere Kühlung benötigen. Wenn die Spülung nicht genau an der Messreihe erfolgt, überhitzen die äußeren Druckknöpfe und verschleißen vorzeitig, und der Bohrlochdurchmesser beginnt sich innerhalb der ersten zwanzig Meter zu verringern.

Bei Tiefbohrungen mit 140 mm Durchmesser kommt eine weitere Schwierigkeit hinzu: der Abtransport des Bohrkleins über große Entfernungen. Ab 50 Metern kann die Luftgeschwindigkeit im Ringraum so weit sinken, dass sich schwerere Späne absetzen, anstatt abgeführt zu werden. Der höhere Luftverbrauch des 5-Zoll-Hammers – der bei flachen Bohrungen ein Kostenfaktor ist – erweist sich bei tiefen Bohrungen als Vorteil, da das höhere Luftvolumen eine bessere Ringraumgeschwindigkeit aufrechterhält und das Bohrloch sauberer hält.

Wie man eine Fehlbesetzung erkennt, bevor sie einen Schichtverlust verursacht.

Die Anzeichen für eine schlechte Übereinstimmung zwischen Hammer und Geißel werden schnell sichtbar, wenn man weiß, worauf man achten muss:

Die Eindringgeschwindigkeit sinkt in hartem Gestein rapide ab, aber der Kompressor läuft einwandfrei.Der Hammer ist für den Bohrmeißeldurchmesser zu klein. Die Schlagenergie reicht nicht aus, um das Gestein zu brechen, daher hämmert der Bohrmeißel im Grunde nur an Ort und Stelle.

Die Hartmetallknöpfe splittern oder zerbrechen bereits nach den ersten paar Löchern.Der Hammer ist für den Bohrer zu groß. Die Schlagenergie ist zu hoch, und die Hartmetalleinsätze – die für einen bestimmten Energiebereich ausgelegt sind – werden überlastet. Abhilfe schafft entweder ein kleinerer Hammer oder ein Bohrer mit robusteren Hartmetalleinsätzen, die für höhere Schlagzahlen ausgelegt sind.

Das Loch driftet, insbesondere in der Tiefe.Das kann am Hammer (der Kolben schlägt nicht richtig) oder am Bohrer (die Anschlagreihe verschleißt ungleichmäßig) liegen, häufig ist es aber ein Abstimmungsproblem, bei dem die Schlagenergie des Hammers nicht mittig auf die Massenverteilung des Bohrers wirkt. Achten Sie darauf, dass die Schaftlänge des Bohrers und das Bohrfutter des Hammers zusammenpassen – ein Bohrer, der zu kurz oder zu lang für den Hammer ist, trifft nicht mittig.

Übermäßiger Luftverbrauch ohne entsprechende Verbesserung der Luftdurchdringung.Sie arbeiten mit einem höheren Druck als nötig, meist weil jemand versucht, eine Fehlanpassung durch Hochdrehen des Kompressors auszugleichen, anstatt die Hammer-Meißel-Kombination zu korrigieren. Mehr Luft behebt keine grundsätzlich falsche Hammergröße.

Fazit

Beim DTH-Bohren bilden Hammer und Bohrmeißel ein perfekt aufeinander abgestimmtes Paar. Sie sind als System konzipiert, als System getestet und arbeiten als System. Marken oder Größen zu mischen, nur weil es irgendwie passt oder weil es gerade im LKW war, macht aus einem routinemäßigen Bohrvorgang schnell eine Fehlersuche. Wählen Sie den Hammer passend zum Bohrlochdurchmesser, den Bohrmeißel passend zum Gestein und stellen Sie sicher, dass beide aufeinander abgestimmt sind. Dann ist hartes Gestein kein Problem mehr – es wird einfach zur Aufgabe.