Hydraulisches Gesteinsbohrgerät: Die „hohen Anforderungen“ an Gesteinsbohrwerkzeuge
Im Bergbau und bei großen Infrastrukturprojekten sind hydraulische Gesteinsbohranlagen aufgrund ihrer hohen Bohrleistung unverzichtbar. Die Leistung der zugehörigen Bohrwerkzeuge ist eng mit den Gesamtergebnissen des Betriebs verknüpft. Angesichts knapper Projektbudgets ist die Verbesserung der Bohrwerkzeugleistung zur Steigerung der Gesamtproduktivität und Senkung der Kosten pro Kubikmeter Gesteinsabbau ein entscheidender Faktor für die Kostenkontrolle und die Sicherung der Gewinnmargen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Bohrwerkzeuge drei zentrale Anforderungen erfüllen: herausragende Qualität und Stabilität, optimale Bohrgeschwindigkeit und minimale Bohrlochabweichung.
Werkzeugqualität: Grundlage für die Minimierung von Ausfallzeiten und die Sicherstellung eines kontinuierlichen Betriebs. Die Lohnkosten sind ein wesentlicher Bestandteil der Betriebskosten von hydraulischen Bohranlagen. Da die Lohnsätze tendenziell hoch sind und die Abschreibung der Ausrüstung, die Systemkosten und die Lohnkosten auf die Arbeitsstunden verteilt werden, erhöhen Verluste durch unproduktive Zeiten die Projektkosten direkt. Beispielsweise liegen die durchschnittlichen Stundenkosten einer hydraulischen Gesteinsbohranlage auf dem schwedischen Markt bereits bei 380–450 US-Dollar; häufige Stillstände aufgrund von Werkzeugproblemen verursachen daher erhebliche wirtschaftliche Verluste.
Internationale Effizienzstandards für hydraulische Bohranlagen setzen klare Ziele: Im Einschichtbetrieb bohrt ein einzelner Ausleger typischerweise etwa 50.000 m Bohrloch pro Jahr. Um dieses Niveau zu erreichen, ist eine stabile Standzeit der Bohrwerkzeuge erforderlich – üblicherweise wird eine Mindeststandzeit des Bohrgestänges von 3.000 m gefordert –, um die Häufigkeit von Demontage und Schaftwechsel zu reduzieren und unnötige Ausfallzeiten zu vermeiden.
Darüber hinaus können Defekte an Bohrgestängen oder -meißeln schwerwiegendere Folgewirkungen auslösen. Ein gebrochenes Bohrgestänge führt nicht nur zum Verlust des Meißels, sondern kann auch ein bereits gebohrtes Loch unbrauchbar machen. Obwohl hydraulische Bohranlagen hochautomatisiert sind und den Arbeitsaufwand im Routinebetrieb reduzieren, kostet die Demontage der Ausrüstung zum Austausch eines Schafts, zum Bergen eines gebrochenen Gestänges oder zum Nachschleifen eines Meißels wertvolle Arbeitsstunden und erhöht die Arbeitsbelastung der Bediener erheblich. Daher priorisieren Projektinhaber in der Regel die Produktqualität gegenüber dem Preis, da sie diese als zentrale Voraussetzung für einen kontinuierlichen Betrieb und die Kostenkontrolle betrachten.
Bohrleistung: Der Schlüssel zur Senkung der Fixkosten und Verbesserung der Betriebsrendite. Neben den Kosten für Arbeitskräfte und Werkzeugbeschaffung zählen weitere stündliche Kosten für den Bohranlagenbetrieb – wie Geräteabschreibung, Standortmiete, Verwaltungskosten usw. – zu den Fixkosten und werden unabhängig von der Bohrleistung über die Zeit verteilt. Da die Kosten für Bohrwerkzeuge einen relativ geringen Anteil der gesamten Betriebskosten ausmachen, ist die Steigerung der Bohrleistung der direkteste Weg zur Senkung der Baukosten pro Einheit.
Eine höhere Bohrgeschwindigkeit bedeutet, dass in der gleichen Zeit mehr Bohrungen abgeschlossen werden, wodurch die Fixkosten pro Arbeitseinheit effektiv gesenkt werden. Beispielsweise reduziert eine Steigerung der Bohrgeschwindigkeit um 20 % die Fixkosten pro Produktionseinheit um etwa 20 % und senkt somit direkt die Kosten pro Kubikmeter Gestein. Daher achten Projektträger genau auf die Bohreffizienz verschiedener Werkzeugtypen und streben aktiv nach technischen Verbesserungen, die die Bohrgeschwindigkeit erhöhen, um die Kosteneffizienz zu optimieren.
Bohrlochabweichung: Entscheidend für die Sprengwirkung und die Vermeidung von Ressourcenverschwendung. Bei mitteltiefen bis tiefen Sprenglochbohrungen beeinflusst die Geradlinigkeit des Bohrlochs die Sprengqualität und die Fördermenge direkt. Abweichende Bohrlöcher verursachen zwei Hauptprobleme: Die tatsächliche Bohrlochposition kann von der Planung abweichen, was eine Reduzierung der Sprengladung erforderlich macht; außerdem kann der Bohrlochabstand verringert werden, wodurch die geplante Sprengabdeckung nicht erreicht wird. Beide Probleme reduzieren das geförderte Gesteinsvolumen, führen zu Ressourcenverschwendung und Verzögerungen im Zeitplan. Daher gelten strenge Grenzwerte für die zulässige Abweichung.
Zu den Ursachen von Bohrlochabweichungen zählen Fehler beim Bohrvorgang, Fehlausrichtungen im Bohrlochverlauf und Geradheitsfehler, die von den Bohrwerkzeugen selbst ausgehen. Durch die weitverbreitete Nutzung vollhydraulischer und computergesteuerter Bohranlagen lassen sich die ersten beiden Fehlerquellen durch präzise Gerätesteuerung weitgehend eliminieren, sodass strukturelle Probleme der Werkzeuge die Hauptursache für Abweichungen darstellen. Mit zunehmender Bohrtiefe verstärken sich Geradheitsfehler der Werkzeuge und die Abweichung verschlimmert sich – im schlimmsten Fall muss das Bohrloch komplett abgebrochen werden.
Die wirksame Antwort der Branche ist der Einsatz von führungsgesteuerten Bohrwerkzeugen. Diese Werkzeuge sind so konstruiert, dass sie die Bohrrichtung während des Betriebs korrigieren und so Abweichungen, die durch das Werkzeug selbst verursacht werden, deutlich reduzieren oder eliminieren. Dadurch werden die Sprengwirkung und höhere Fördererträge sichergestellt.
Fazit: Als Kernkomponente von hydraulischen Gesteinsbohranlagen bestimmen die Qualität der Bohrwerkzeuge, ihre Bohrgeschwindigkeit und ihre Fähigkeit zur Kontrolle der Bohrlochabweichung direkt die Wirtschaftlichkeit des Projekts, die operative Effizienz und die Sprengqualität. Unter strengen Budgetvorgaben können nur Werkzeuge, die diese drei grundlegenden Anforderungen erfüllen, Projektträgern helfen, Kosten zu senken und die Effizienz zu steigern, sodass hydraulische Bohranlagen ihre hohe Produktivität voll ausschöpfen können.
