Wie wählt man ein hydraulisches Felsbohrgerät aus? Kernleitfaden zur Auswahl für den Bergbau und Tunnelbau

Der Kauf eines hydraulischen Bohrhammers allein anhand des technischen Datenblatts führt meist zu einer von zwei vorhersehbaren Enttäuschungen. Entweder übersteigt der Bohrhammer die hydraulische Leistungsfähigkeit des Trägergeräts und arbeitet während seiner gesamten Einsatzdauer nur mit 70 % der angegebenen Schlagleistung – wobei Kraftstoff stillschweigend verschwendet und die Leistung unter dem Sollwert bleibt – oder der Bohrhammer ist zwar korrekt auf das Trägergerät abgestimmt, aber für das jeweilige Gestein zu schwach: Er erzielt akzeptable Ergebnisse in weichen Zonen, erreicht jedoch nicht die vorgegebenen Eindringtiefen, sobald hartes Gestein auftritt.

Beide Fehlschläge haben dieselbe Ursache: Die Auswahlreihenfolge war umgekehrt. Die technischen Datenblätter wurden verglichen, bevor die Formation, der Träger und die Geometrie des Zielbohrlochs festgelegt waren. Diese Anleitung behandelt die vier Eingabeparameter, die zuerst definiert werden müssen – und zwar in der Reihenfolge, die beide Arten von Enttäuschung verhindert.

Eingabe 1: Die Härte der Formation ist die maßgebliche Einschränkung

Die einachsige Druckfestigkeit (UCS) ist die einzige Kennzahl, die am direktesten bestimmt, ob ein bestimmter Bohrhammer eine wirtschaftlich tragfähige Vortriebsgeschwindigkeit erreichen kann. Ein Bohrhammer der Leistungsklasse 20 kW erreicht im Granit mit einer UCS von 250 MPa eine Vortriebsgeschwindigkeit von 1,5–2,5 m/min. Derselbe Bohrhammer bohrt Kalkstein mit einer UCS von 100 MPa mit 2,0–3,0 m/min – so schnell, dass die Wahl zwischen einem 20-kW- und einem 15-kW-Modell die Leistung kaum beeinflusst, jedoch die Betriebskosten deutlich verändert.

Die zweite geologische Variable ist der Abrasivitätsindex (CAI). Hochabrasive Gesteine verschleißen Hartmetall-Knopfbohrer schnell, unabhängig von der Gesteinshärte. Quarzit mit 200 MPa und Granit mit 200 MPa erfordern möglicherweise dieselbe Schlagleistung, verbrauchen jedoch Bohrmeißel in sehr unterschiedlichen Raten, abhängig vom Quarzgehalt. Dies wirkt sich auf die Verbrauchskosten pro Meter aus, nicht jedoch auf die Auswahl des Bohrgeräts – doch diese Kosten müssen von Anfang an in die Projektwirtschaftlichkeit einbezogen werden.

Falls zum Zeitpunkt der Auswahl nur begrenzte geologische Daten vorliegen, verwenden Sie die Lithologie als Ersatzkriterium. Granit: 150–250 MPa. Kalkstein: 60–140 MPa. Basalt: 150–200 MPa. Sandstein: 30–100 MPa, je nach Zementierung. Diese Bereiche stellen konservative Näherungswerte dar, sind jedoch genau genug, um die Leistungsklasse bereits vor Abschluss einer detaillierten Geländebefahrung festzulegen.

Eingabe 2: Bohrlochdurchmesser bestimmt Gewindeprofil und Drehmomentanforderungen

Das Gewindesystem ist keine nachträgliche Überlegung – es stellt die mechanische Schnittstelle zwischen dem Drehmoment des Bohrgeräts und der Fähigkeit des Bohrgestänges dar, dieses Drehmoment zu übertragen, ohne dass es zu Klemmen oder Gewindeausbrüchen kommt. T38-Gewinde eignen sich für Bohrlöcher mit einem Durchmesser von bis zu etwa 51 mm. T45 deckt zuverlässig den Bereich von 51–64 mm ab. Für Produktionsbohrlöcher mit Durchmessern von 76–115 mm sind T51- und GT60-Gewinde erforderlich und müssen Drehmomente von 800–2.500 Nm bewältigen – je nach Gestängelänge und Gesteinsformation; diese Spezifikationen erfüllen ausschließlich mittelschwere bis schwere Bohrgeräte.

Der Einsatz von T51-Stangen an einem unterdimensionierten Drehmotor ist einer der häufigsten Auswahlfehler bei mittelschweren Anwendungen. Der Motor kann das Gewindedrehmoment in geraden, sauberen Bohrlöchern bewältigen. Fügt man jedoch ein 20 Meter langes Gestänge, eine tonhaltige Klüftung und einen verkanteten Bohrkopf hinzu, kommt es bei der kombinierten Drehmomentbelastung zum Stillstand des Drehmotors oder zum Ausbrechen des Gewindes. Dies ist kein Betriebsversagen, sondern ein Auswahlversagen, das bereits vor Ankunft der Maschine auf der Baustelle erfolgte.

Auswahlmatrix: Zuordnung der Bohrgerät-Klasse zu den Standortbedingungen

Eingang 3: Hydraulische Abtriebsleistung des Trägerfahrzeugs für Bohrhammer

Ein Bohrhammer mit einer Leistungsangabe von 18 kW benötigt zum Betrieb gemäß Spezifikation etwa 140–160 L/min bei 180–200 bar. Die tatsächliche Leistungsgrenze ergibt sich aus der Pumpen-Durchfluss-Druck-Kennlinie des Trägerfahrzeugs bei Betriebsdrehzahl – nicht aus der theoretischen Spitzenleistung. Lastgeregelte, verstellbare Hubpumpen, die an modernen Untertagebohrgeräten bei 250–350 bar arbeiten, können den Anforderungen der meisten Bohrhämmer gerecht werden. Bagger unterscheiden sich stark voneinander: Einige 18-Tonnen-Maschinen liefern im Hammerkreislauf 160 L/min, andere derselben Maschinengewichtsklasse nur 90 L/min.

Die praktische Prüfung ist einfach und dauert 20 Minuten: Beschaffen Sie das hydraulische Datenblatt des Trägerfahrzeugs, ermitteln Sie den verfügbaren Durchfluss und den Druck bei der vorgesehenen Motordrehzahl und prüfen Sie, ob diese Werte die minimalen Betriebsanforderungen des Bohrgeräts um mindestens 15 % überschreiten. Diese 15-prozentige Sicherheitsreserve berücksichtigt Viskositätsänderungen an heißen Tagen, die abgenutzte volumetrische Pumpeneffizienz sowie gleichzeitig laufende Funktionen. Ohne diese Reserve arbeitet das Bohrgerät an jedem Tag, der nicht ideal ist – was auf die meisten Arbeitsbedingungen zutrifft – mit einem Schlagdruck unterhalb des Nennwerts.

Noch ein weiterer Aspekt, der geprüft werden sollte: Untertagebergwerke, die elektrisch-hydraulische Bohranlagen einsetzen, profitieren von einer konstanten Leistungsabgabe, die von der Höhe unbeeinflusst bleibt. Dieselbetriebene Trägerfahrzeuge in 4.000 Metern Höhe verlieren etwa 12–16 % ihrer Motorleistung, was sich direkt in einer reduzierten Pumpenleistung niederschlägt. Falls das Projekt in großer Höhe durchgeführt wird, überprüfen Sie die hydraulische Leistung des Trägerfahrzeugs in der angepassten (herabgesetzten) Ausführung für Höhenlagen – nicht dessen Angaben für Meereshöhe.

Eingabe 4: Servicezugang und Versorgung mit Verbrauchsmaterialien während der gesamten Gerätelebensdauer

Ein Drifter ohne lokale Liefermöglichkeit für Dichtungssätze birgt bei jedem Wartungsintervall ein Risiko für Ausfallzeiten. Das klingt offensichtlich, wird jedoch selten bereits in der Auswahlphase berücksichtigt – erst wenn das Projekt läuft. Für den Betrieb in Südostasien, Westafrika oder Südamerika – Regionen, in denen OEM-Servicezentren möglicherweise weit entfernt sind – entscheidet die Frage, wer vor Ort Dichtungssätze für Bohrgeräte liefert, innerhalb welcher Lieferzeit und in welchen Werkstoffvarianten (PU für Standardanwendungen, HNBR für heiße Klimazonen), maßgeblich über die tatsächliche Fahrzeugverfügbarkeit während einer fünfjährigen Gerätelebensdauer.

HOVOO liefert Dichtungssätze für Drifter-Modelle von Epiroc, Sandvik, Furukawa und Montabert mit werkseitig abgestimmten Abmessungen sowie PU-/HNBR-Werkstoffvarianten für den weltweiten Einsatz. Der Aufbau dieser Lieferbeziehung noch vor der Inbetriebnahme beseitigt eine der vorhersehbarsten Ursachen für verlängerte Ausfallzeiten bei Projekten an abgelegenen Standorten. Die vollständige Modellübersicht finden Sie unter hovooseal.com.