Bergbaubohrungen und Tunnelbohrungen: Vollständiger Anwendungsleitfaden für hydraulische Felsbohrgeräte

Beim Bergbau-Bohren und beim Tunnelbohren werden hydraulisch ähnliche Geräte eingesetzt, die jedoch in Betriebsumgebungen mit grundlegend unterschiedlichen Bedingungen arbeiten – und diese umweltbedingten Unterschiede wirken sich auf jede Wartungs- und Auswahlentscheidung aus. Beim Tagebau arbeitet eine Bohranlage im Freien mit direktem Zugang für Wartungsarbeiten, relativ stabilen Bodenverhältnissen und Bohrmustern, die sich von Bank zu Bank wiederholen. Beim Tunnelbohren arbeitet ein Jumbo hingegen in einem engen Raum, in einer Luft, die möglicherweise Abgase und feinen Gesteinsstaub enthält, an einer Tunnelwand, deren Geologie sich bei jeder Sprengrunde ändert, wobei die Anlage nur bei schwerwiegenden Störungen außerhalb des Tunnels gewartet werden kann.

Zu verstehen, welche Parameter in jeder Umgebung entscheidend sind – und welche Eigenschaften des Bohrgeräts (Drifters) speziell zur Bewältigung dieser Anforderungen entwickelt wurden – ist der entscheidende Unterschied zwischen einer Geräteauswahl, die lediglich auf einem technischen Datenblatt beruht, und einer Auswahl, die auf fundiertem Anwendungswissen basiert.

Tagebau-Bohren: Förderleistung als Hauptvariable

Oberflächen-Bohrbankbohrung für Tagebau und Steinbruchmaßnahmen bewertet die Leistung anhand einer zentralen Kenngröße: der Bohrleistung in Metern pro Betriebsstunde über den gesamten Schichtzyklus hinweg, einschließlich Umrüstung, Stangenwechsel und Wartung der Bohrstähle. Alle anderen Aspekte – Kraftstoffverbrauch, Wartungsintervalle, Wirtschaftlichkeit des Bohrgestänges – werden anhand dieser primären Leistungsgröße bewertet.

Die Sandvik Die Langloch-Produktionsbohrmaschine DL422i erzielt im automatisierten Produktionsbohren bis zu 10 % mehr gebohrte Meter pro Schicht – bedingt durch das Stabilisierungssystem des HF1560ST-Drifters, das das Bit-Hüpfen eliminiert, sowie durch die automatische Regelung der Schlagdruckparameter in Echtzeit, während sich die Gesteinshärte über die Sohle hinweg ändert. Für Oberflächensohlenarbeiten mit Bohrdurchmessern von 140–178 mm erzeugt die Langkolben-Schlagimpulsform des RD1840C Spannungswellen, die besser auf Länge der Bohrrohre und Größe des Bits abgestimmt sind als die kürzeren, höherfrequenten Impulse von untertägigen Drifter-Konstruktionen.

Die Auswahl des Gewindesystems für Oberflächenarbeiten richtet sich nach der Gesteinshärte: R25/T38 für leichte Arbeiten in weichen Formationen, T45 für mittelharte Kalksteine und Sandsteine, T51/GT60 für die Gewinnung harter Granite und Basalte. Eine falsche Zuordnung des Gewindesystems – beispielsweise der Einsatz leichter T38-Stangen in hartem Granit – führt zu beschleunigtem Gewindeverschleiß, der den Produktionsvorteil des geringeren Gewichts der Stangensäule übersteigt.

Bohrarbeiten im Untertagebergbau: Zykluszeit und Platzbeschränkungen

Bei Untertageentwicklungsarbeiten – beim Vorantreiben von Strecken, Querschlägen und Schächten – stellt der Bohrzyklus nur einen Teil einer Abfolge dar, zu der außerdem das Laden, Sprengen, Lüften, Ausbringen und Nachbrechen gehören. Die Geschwindigkeit des Bohrgeräts ist durch diesen Gesamtzyklus begrenzt und nicht unabhängig optimiert. Entscheidend sind vielmehr die Zuverlässigkeit über den gesamten Schichtzyklus hinweg sowie die Fähigkeit, das Gerät rasch zwischen den Bohrlöchern neu zu positionieren, ohne das Schlagmodul zu beschädigen.

Epiroc Der COP MD20 von ’s wurde speziell für dieses Betriebsmuster entwickelt: Seine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Freischlag beim Neupositionieren – also dann, wenn die Schlagbohrung läuft, die Bohrkrone aber noch nicht mit dem Gestein in Kontakt steht – reduziert Gehäuse-Spannungsbrüche, wie sie bei früheren Generationen während wiederholter Start-/Stopp-Positionierungszyklen auftraten. Unterirdische Entwicklungsjumbos laufen typischerweise 6–8 Stunden tatsächliche Schlagbohrzeit pro Schicht; die restliche Zeit entfällt auf Neupositionierung, Aufladen und Wartung. Ein Drifter, der die Neupositionierungsphase gut bewältigt, behält seine Schlagbohr-Lebensdauer auch bei hoher Schichtauslastung.

Bohrarbeiten im Tunnelbau: Präzision bei Geometrie und Sprengkonzept

Der Tunnelbau für Straßen, Eisenbahnen und unterirdische Infrastruktur stellt eine Einschränkung dar, die weder der Tagebau noch der Untertageerzabbau in gleichem Maße betonen: Die Genauigkeit des Bohrmusters bestimmt die Sprenggeometrie, diese wiederum das Tunnelprofil und dieses schließlich das Ausmaß des Überbruchs, der durch Beton- oder Spritzbetonfüllung ausgeglichen werden muss. Ein Bohrmuster, bei dem einzelne Bohrlöcher um 150 mm von der vorgesehenen Position abweichen, kann pro Sprengzyklus ein messbares Volumen an Überbruch verursachen – und bei den Kosten im Tunnelbau ist dieser Überbruch teuer.

Die Ausrichtung des Vorschubrahmens ist beim Tunnelbau entscheidend, da der gleiche Bohrjumbo pro Schlag ein komplettes Gesichtsmuster aus 50–150 Bohrlöchern erstellt; jeder systematische Fehler bei der Positionierung des Bohrarms summiert sich daher über alle Löcher auf. Die Technologie „Measurement While Drilling“ (MWD), die an modernen Bohrjumbos verschiedener Hersteller verfügbar ist, zeichnet während jedes Bohrvorgangs Schlagdruck, Vorschubdruck und Drehdruck auf – wodurch ein Protokoll entsteht, das Gesteinswechsel identifiziert und Bohrlöcher markiert, bei denen Abweichungen der Parameter auf ein Problem hindeuten. Die iSure-Plattform von Sandvik nutzt diese Daten für die PERFECT SHAPE-Tunnelnavigation und liefert vor jedem Schlag eine grafische Darstellung des Tunnelquerschnitts sowie die Verifikation des Bohrplans.

Anwendungsvergleich: Wichtige Auswahlkriterien nach Einsatzkontext

Spülsysteme: Wo Bergbau und Tunnelbohrung sich am stärksten unterscheiden

Das Spülen des Bohrlochs – also das Entfernen der Gesteinsbruchstücke und das Kühlen des Bohrmeißels – erfolgt bei den drei Anwendungsarten unterschiedlich. Im Tagebau wird Druckluft oder ein Wasser-Luft-Nebel verwendet; im Untertagebergbau und beim Tunnelbohren kommt üblicherweise eine Wasserspülung mit einem Druck von 10–25 bar zum Einsatz. Der Spüldruck und die Wasserqualität sind für die Wartung des Drifters wichtiger, als den meisten Betreibern bewusst ist.

Das Spülen mit Wasser beim Tunnelbohren transportiert feinen Gesteinsstaub und manchmal erhöhte Mineralgehalte aus der geologischen Formation. Wenn das Rückschlagventil im Spülkreislauf ausfällt – oder die Dichtungen der Spülbox verschlissen sind – wandert dieses Wasser rückwärts in den Schlagkreislauf, verunreinigt das Hydrauliköl und beschleunigt den Verschleiß der Schlagdichtungen erheblich stärker als normaler abrasiver Verschleiß. Die Inspektionsintervalle für Dichtungen bei Tunnelanwendungen sollten bei 350–400 Schlagstunden liegen, nicht bei den üblichen 450–500 Stunden für trockenes Oberflächenbohren. HOVOO liefert dichtungssets für die Drifter-Modelle, die in allen drei Anwendungsbereichen – Oberfläche, Untertage und Tunnel – eingesetzt werden, wobei die Wahl der Dichtungswerkstoffe sich nach Betriebstemperatur und Fluidumgebung richtet. Vollständige Referenzen unter hovooseal.com.