Versagen Bohrstangen im Bergbau immer wieder? Ein Artikel zum Verständnis von Fehlerarten und Abhilfemaßnahmen
Im Bergbau sind Bohrstangen unverzichtbare Komponenten, deren Leistung sich direkt auf Effizienz und Sicherheit auswirkt. Im Vergleich zu Tunnel-/Vortriebsbohrstangen kommt es bei Bergbaubohrstangen zwar seltener zu ungewöhnlichen Ausfällen, dennoch können auftretende Probleme erhebliche Produktionsstörungen verursachen. Dieser Artikel untersucht häufige Ausfallarten von Bergbaubohrstangen, deren Ursachen und Gegenmaßnahmen zur Vermeidung von Produktionsausfällen.
Verschleiß von Innen- und Außengewinden: die häufigste Ursache für Verschleiß. Unter den verschiedenen Defekten an Bohrstangen in Bergbauanlagen ist der Verschleiß von Innen- und Außengewinden die häufigste Ursache, wobei der Verschleiß des Innengewindes überwiegt. Es ist wie bei einer Schraube, die Sie täglich verwenden: Ihr Gewinde nutzt sich mit der Zeit ab, wird locker und lässt sich nur noch schwer festziehen. Bei Bohrstangengewinden verhält es sich genauso.
Wovon hängt die Verschleißfestigkeit eines Bohrstangengewindes ab?
Der Herstellungsprozess als Grundlage: Die Wärmebehandlungshärte der Stange, die Einsatztiefe (Aufkohlungstiefe), die Oberflächenbeschaffenheit des Gewindes und die Präzision der Gewindepassung sind allesamt Schlüsselfaktoren, die die Verschleißfestigkeit beeinflussen. Wie bei der Herstellung eines langlebigen Werkzeugs entscheiden die Materialauswahl und die Prozessqualität direkt über die Lebensdauer.
Harte Betriebsbedingungen: Die Härte des Gesteins und die geologische Komplexität spielen eine entscheidende Rolle. Unter schwierigen Bedingungen kommt es leicht zu Verklemmungen und Lochabweichungen, die wie Schleifpapier wirken und den Gewindeverschleiß beschleunigen.
Der Bediener spielt eine wichtige Rolle: Die Fähigkeiten des Bedieners und die verwendeten Einstellungen (Vorschub-/Vorschubdruck, Spülwasserdruck usw.) können den Gewindeverschleiß beeinflussen. Unsachgemäße Bedienung wirkt wie eine Folterung der Stange und führt zu übermäßigem Verschleiß.
Vorsicht bei Verwendung und Wartung: Wenn Bohrer nicht rechtzeitig nachgeschliffen werden, verringert sich nicht nur die Eindringtiefe, sondern es kommt auch zu Lochabweichungen. Das Mischen abgenutzter und neuer Stäbe oder die Verwendung von Stäben verschiedener Hersteller – aufgrund unterschiedlicher Gewindetoleranzen und Passungsspielräume – beschleunigt den Gewindeverschleiß.
Außengewindewurzelbruch: Die Folge von Überbeanspruchung. Ein Bruch an der Wurzel von Außengewinden ist eine weitere häufige Ausfallursache. Er tritt oft auf, wenn eine Stange ihre typische Länge bereits erreicht hat, aber noch verwendet wird. Normalerweise verschleißen Innen- und Außengewinde, bevor es zu einem Wurzelbruch kommt. Bei einigen Produkten, deren Gewinde nicht abgenutzt sind, kann es jedoch auch bei fortgesetzter Nutzung zu Wurzelbrüchen kommen. Hauptursachen sind:
Der Herstellungsprozess ist entscheidend: Der Grad der Wärmebehandlung bestimmt die Dauerfestigkeit der Stange. Entscheidend ist, ob die wärmebehandelte Mikrostruktur ausreichende Zähigkeit und Dauerfestigkeit bietet. Die ideale Struktur ist eine kohlenstoffreiche martensitische Oberfläche mit einem Kern aus niedrigem Bainitanteil und einer breiten, glatten Übergangszone dazwischen. Auch die Oberflächenbeschaffenheit des Gewindes beeinflusst die Leistung.
Die Betriebsbedingungen sorgen für zusätzliche Probleme: Komplexe Bedingungen mit häufigem Verklemmen oder Lochabweichungen führen zu anormalen Ermüdungsbrüchen am Gewindegrund.
Einsatz und Wartung bergen Risiken: Wird der Bohrer nicht rechtzeitig nachgeschliffen, kann es zu Lochabweichungen und dadurch zu anormalen Wurzelbrüchen der Stangengewinde kommen.
Bruch an der Innengewindeentlastung (Leerschnitt) – eine strukturelle Schwachstelle. Ein Bruch an der Innengewindeentlastung (der Hinterschnitt-/Leerschnittbereich) ist eine weitere Ausfallart, die in der Regel durch zwei Faktoren verursacht wird. Erstens kann das Außengewinde beim Bohren Kräfte auf den strukturell schwächeren und daher bruchgefährdeten Bereich der Innengewindeentlastung ausüben. Zweitens verringert starker Verschleiß an der Außenseite des Innengewindes die Festigkeit des Entlastungsbereichs weiter und erhöht das Bruchrisiko. Eine praktische Gegenmaßnahme ist die Auswahl von Stangen mit verlängertem Innengewinde: Die längere Eingriffslänge hilft, die Lasten zu verteilen und die Spannungskonzentration an der Schwachstelle zu reduzieren, wodurch der gefährdete Bereich effektiv verstärkt wird.
Pleuelbruch: Qualitätskontrollfehler Pleuelbrüche sind selten und werden meist durch Probleme mit dem Stahl selbst oder unsachgemäße Walz-/Schmiedeprozesse verursacht. Sie treten typischerweise als Einzelfälle auf. Treten Pleuelbrüche jedoch chargenweise auf, deutet dies wahrscheinlich auf ein erhebliches Problem bei der Wärmebehandlung oder der Prozesskontrolle hin. Eine detaillierte Überprüfung des Wärmebehandlungsprozesses und der Qualitätskontrollen ist dann erforderlich, um Mängel zu identifizieren und zu beheben.
Gestängebiegung: Der versteckte Killer im Serienbetrieb. Bergbaubohrgestänge werden häufig in Reihen verwendet, üblicherweise bestehend aus 10–20 miteinander verbundenen Gestängen. Verbiegt sich ein Gestänge, wird es nicht nur selbst unbrauchbar, sondern kann auch zu anormalen Ausfällen bei anderen Gestängen führen. Daher sind Geradheit und Konzentrizität entscheidende Qualitätskriterien für Bergbaugestänge. Die Einhaltung dieser geometrischen Toleranzen verbessert die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit im Dauerbetrieb deutlich.
Um ein Verbiegen der Stäbe zu verhindern, sind während der Herstellung mehrere Richtvorgänge erforderlich. Ankommendes Rohmaterial kann verzogen sein und muss vor der Weiterverarbeitung gerichtet werden. Stäbe können sich während der Wärmebehandlung verformen und müssen anschließend präzise gerichtet werden, um strenge Geradheitsnormen zu erfüllen. Darüber hinaus müssen Transport und Lagerung so gesteuert werden, dass die Geradheit erhalten bleibt und ein Verbiegen vermieden wird.
