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.

Der Sandvik-DL422i-Langloch-Produktionsbohrer erzielt im automatisierten Produktionsbohren bis zu 10 % mehr gebohrte Meter pro Schicht – dies wird durch das Stabilisierungssystem des HF1560ST-Drifters ermöglicht, das das Abprallen des Bohrmeißels verhindert, sowie durch die automatisierte Regelungsschleife für Bohrparameter, die den Schlagdruck in Echtzeit anpasst, sobald sich die Gesteinshärte über die gesamte Bohrbank ändert. Für Oberflächen-Bohrbankarbeiten mit Durchmessern von 140–178 mm erzeugt die Langkolben-Schlagimpulsform des RD1840C Spannungswellen, die besser auf Länge des Bohrgestänges und Größe des Bohrmeißels abgestimmt sind als die kürzeren, hochfrequenten Impulse, wie sie bei untertägigen Drifter-Konstruktionen üblich sind.

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.

Der COP MD20 von Epiroc wurde speziell für dieses Betriebsmuster entwickelt: Seine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Freischlag während der Neupositionierung – wenn die Schlagfunktion aktiv ist, die Bohrkrone jedoch noch nicht mit dem Gestein in Kontakt steht – reduziert Gehäuseschäden durch Ermüdung, wie sie bei früheren Generationen während der wiederholten Start-/Stopp-Positionierungssequenz auftraten. Untertägige Entwicklungsjumbos arbeiten typischerweise 6–8 Stunden pro Schicht mit tatsächlicher Schlagtätigkeit; die restliche Zeit entfällt auf Neupositionierung, Aufladen und Wartung. Ein Drifter, der die Neupositionierungsphase gut bewältigt, behält auch bei hoher Schichtauslastung seine volle Schlagbetriebsdauer bei.

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.

Die Wasser-Spülung beim Tunnelbohren transportiert feinen Gesteinsstaub und manchmal erhöhte Mineralgehalte aus der geologischen Formation. Wenn das Rückschlagventil im Spülkreislauf ausfällt oder die Dichtungen im Spülkasten verschlissen sind, wandert dieses Wasser rückwärts in den Schlagkreislauf und kontaminiert das Hydrauliköl sowie die Schlagdichtungen – und zwar deutlich schneller als bei normaler abrasiver Abnutzung. Die Inspektionsintervalle für Dichtungen bei Tunnelanwendungen sollten bei 350–400 Schlagstunden liegen, im Gegensatz zu den üblichen 450–500 Stunden bei trockenen Oberflächenbohrungen. HOVOO liefert Dichtungssätze für die Drifter-Modelle, die in allen drei Anwendungsbereichen – Oberfläche, Untertage und Tunnel – eingesetzt werden; die Wahl des Dichtungswerkstoffs richtet sich nach Betriebstemperatur und Fluidumgebung. Vollständige Referenzen unter hovooseal.com.