EP0199771B1 - Teilschnittmaschine zum profilgenauen schneiden eines bogenförmigen streckenquerschnittes - Google Patents

Teilschnittmaschine zum profilgenauen schneiden eines bogenförmigen streckenquerschnittes Download PDF

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EP0199771B1
EP0199771B1 EP85905389A EP85905389A EP0199771B1 EP 0199771 B1 EP0199771 B1 EP 0199771B1 EP 85905389 A EP85905389 A EP 85905389A EP 85905389 A EP85905389 A EP 85905389A EP 0199771 B1 EP0199771 B1 EP 0199771B1
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EP
European Patent Office
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cutting
roller
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section
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Bernhard Schmid
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Saarbergwerke AG
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Saarbergwerke AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1006—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools
    • E21D9/1013—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools on a tool-carrier supported by a movable boom
    • E21D9/1033—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools on a tool-carrier supported by a movable boom by a transversely extending boom being pivotable about a longitudinal axis

Definitions

  • the invention relates to a partial cutting machine for cutting an arcuate section cross section in the underground mining and tunnel construction with cutting rollers that can be moved relative to the machine frame.
  • Seam or mining sections in underground mining are preferably excavated with an arcuate section, since the arch extension is best suited to absorb the high rock pressure or the cross-sectional narrowing (convergence) caused by it.
  • the aim is to expose the extension side parts at an angle, i.e. H. can be tilted more easily to the middle of the cross-section.
  • a so-called overcut of the profile can practically not be avoided with partial boom cutting machines, i.e. the cross-section of the route is usually not cut to the exact profile and too large, so that the route extension cannot be placed, or at least not continuously, flush against the mountain range and it is necessary to backfill the extension with mining mortar.
  • boom section cutting machine Another disadvantage of the boom section cutting machine is that because of the length of the cutting boom required to cover the entire cross-section of the boom, as well as the design-related arrangement of the lifting and swiveling cylinders at the machine end of the cutting boom and the resulting unfavorable lever ratios, only comparatively low contact forces are exerted on the Cutting head can be applied.
  • Boom part-cutting machines can therefore only be equipped with so-called shaft chisels. These chisels, which essentially scratch the mountains, only have an insufficient tool life in solid, abrasive bedrock and also unsatisfactory cutting performance.
  • roller chisels which are also suitable for loosening very hard rock due to their mode of operation, requires considerably higher pressure forces, which cannot be applied to boom section cutters, so that the area of application of these machines is severely restricted.
  • the object of the present invention is the development of a partial cutting machine which allows a precise cutting of an arcuate section profile without additional aids and which also to increase the propulsive power or for use, for. B. can be equipped in hard rock with roller chisels.
  • the upper and lower rollers are thus positively guided along predetermined movement paths and only perform simple, flat movements.
  • the extension to be brought in can be placed flush against the mountains. Additional backfill work is not necessary.
  • the bottom roller can be guided along a straight guide path that runs normally to the machine longitudinal axis.
  • This simple linear movement has the advantage over a possible pivoting movement about a vertical axis that the working face also runs straight in the area of the lower bench and the lower roller z. B. in the middle of the cross section does not have too large an advance compared to the top roller.
  • the drive for the transverse displacement of the lower roller is advantageously carried out by hydraulic cylinders which are arranged in the region of the guideway and directly attack behind the cutting roller.
  • hydraulic cylinders which are arranged in the region of the guideway and directly attack behind the cutting roller.
  • the top roller can also be equipped with roller chisels because of the relatively short required support arm length and thus a short lever length effective for power transmission, so that the part-cutting machine according to the invention can also be used in hard, abrasive rock or the cutting performance can be significantly improved compared to the known part-cutting machines .
  • the machine itself is comparatively small and light.
  • the high forces to be exerted on the cutting tools cannot be absorbed by the dead weight of the machine, as is the case with the boom section cutters, they must rather be derived in a manner known per se via support cylinders into the mountains, this introduction of force expediently via a preliminary expansion, e.g. B. knife shield, takes place, since then the introduction of the final expansion parallel to the tunneling is possible.
  • the bracing system can be divided into two, whereby each subsystem can be braced or relieved independently of the second.
  • Intermediate cylinders acting in the longitudinal direction of the line can then be used to move the machine in a manner known per se in accordance with the progress of the line advance.
  • the usual articulated connections are also provided, so that the machine can follow predetermined changes in inclination and direction of the route to be driven.
  • the partial cutting machine according to the invention also has the advantage that after dismantling the support arm with the top roller and possibly partial disassembly of the upper machine body or the bracing system, the machine can be used to cut a low door frame profile, so that if necessary the machine is also suitable for cutting the subsequent roughening in the driving sequence after the production of a seam section.
  • FIGS. 1 to 3 show a partial cutting machine 1 according to the invention with an upper roller 2 designed as a front roller and a lower roller 3 designed as a two-part cross-cutting roller.
  • Upper roller 2 and the roller bodies 8 of the lower roller 3 are the roller bodies 8 both on the circumference and on the front end face on the butt side additionally equipped with chisels in the outer area 27 of the rear end face.
  • the upper roller 2 is pivotally mounted on a support arm 4 on the inner machine body about an axis of rotation 6 parallel to the longitudinal axis of the machine and, during the pivoting movement, cuts the upper bench 10 of the face 22 with the circular ridge profile 11, which tangentially into the side profile 18 of the cross section cut by the lower roller 3 transforms.
  • the lower roll 3 which cuts the lower bench 12 with the side profile 18, is transversely displaced by means of a slide 7 along a straight guide track 5, which runs parallel to the track base 17 and runs normally to the machine longitudinal axis.
  • Any other suitable drive, e.g. B. a chain can be used.
  • the roller bodies 8 of the lower roller 3 are shaped like a truncated cone, the cone angles and the angle of inclination of the axes of rotation 13 against the track base 17 being coordinated such that on the one hand the lower cone surface line 16 of the roller bodies 8 run parallel to the track base 17, and on the other hand the end faces 9 with the track base 17 include the angle of inclination provided for the side profile 18 of the cross section.
  • the top roller 2 and bottom roller 3 are driven by separate drives 20 and 21, respectively.
  • the part-cutting machine is hydraulically clamped in the route in a manner known per se.
  • the machine is advanced in the direction of advance via hydraulic cylinders 25 which are arranged between the front and rear machine parts. With the exception of position corrections, the rollers do not perform any swiveling or sliding movement while the machine is being fed or when the rollers are cut into the face.
  • articulated connections between the front and rear machine frames about a vertical and transverse axis are provided in the usual way.
  • the lower roller 3 via a cylinder 25 can be raised compared to the front machine housing.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Teilschnittmaschine zum profilgenauen Schneiden eines bogenförmigen Streckenquerschnittes im untertägigen Berg- und Tunnelbau mit relativ zum Maschinenrahmen bewegbaren Schneidwalzen.
  • Flöz- bzw. Abbaustrecken im untertägigen Bergbau werden bevorzugt mit bogenförmigem Streckenquerschnitt aufgefahren, da der Bogenausbau am besten zur Aufnahme des hohen Gebirgsdruckes bzw. der durch diesen verursachten Querschnittsverengung (Konvergenz) geeignet ist. Dabei wird angestrebt, daß die Ausbauseitenteile schräg ausgesetzt, d. h. leichter geneigt zur Mitte des Streckenquerschnittes, gestellt werden können.
  • Das maschinelle Auffahren solcher Streckenprofile erfolgt mit Hilfe von Teilschnittmaschinen, deren Schneidkopf am Ende eines mit der Teilschnittmaschine verbundenen Schneidauslegers angeordnet ist, so daß die gesamte Fläche der Ortsbrust bestrichen werden kann. Die Bewegung des Schneidauslegers erfolgt über Hub- und Schwenkzylinder, die aus kinematischen Gründen am maschinenseitigen Ende des Schneidlagers angreifen (vgl. DE-B-1 261 459).
  • Mit Ausleger-Teilschnittmaschinen läßt sich ein sog. Überschnitt des Profiles praktisch nicht vermeiden, d .h. der Streckenquerschnitt wird im Regelfall nicht profilgenau und zu groß geschnitten, so daß der Streckenausbau nicht oder zumindest nicht durchgehend bündig am Gebirge anliegend gestellt werden kann und ein Hinterfüllen des Ausbaus mit Bergbaumörtel erforderlich wird.
  • Es wird daher versucht, die Profilgenauigkeit durch den Einsatz aufwendiger mechanischer oder elektronischer Profilschnittkontrollen und -steuerungen zu verbessern, die sich jedoch bisher in der Praxis nicht bewährt haben.
  • Ein weiterer Nachteil der Ausleger-Teilschnittmaschine ist, daß wegen der für die Bestreichung des gesamten Streckenquerschnittes erforderlichen Länge des Schneidauslegers sowie der konstruktiv bedingten Anordnung der Hub- und Schwenkzylinder am maschinenseitigen Ende des Schneidauslegers und der sich daraus ergebenden ungünstigen Hebelverhältnisse nur vergleichsweise geringe Anpreßkräfte auf den Schneidkopf aufgebracht werden können. Ausleger-Teilschnittmaschinen können daher nur mit sog. Schaftmeißeln bestückt werden. Diese Meißel, die das Gebirge im wesentlichen ritzen, haben in festerem, abrasivem Nebengestein nur eine ungenügende Standzeit und auch unbefriedigende Schneidleistungen.
  • Der Einsatz von Rollenmeißeln, die aufgrund ihrer Wirkungsweise auch zum Lösen von sehr hartem Gestein geeignet sind, erfordert jedoch wesentlich höhere Andruckkräfte, die bei Ausleger-Teilschnittmaschinen nicht aufgebracht werden können, so daß der Einsatzbereich dieser Maschinen stark eingeschränkt ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung einer Teilschnittmaschine, die ein profilgenaues Schneiden eines bogenförmigen Streckenprofiles ohne zusätzliche Hilfsmittel erlaubt und die darüber hinaus zur Erhöhung der Vortriebsleistung bzw. zum Einsatz z. B. im hartem Gestein mit Rollenmeißeln ausgerüstet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
  • Ober- und Unterwalze sind somit entlang vorgegebener Bewegungsbahnen zwangsgeführt und führen jeweils nur einfache, ebene Bewegungen aus. Durch die erfindungsgemäße Verwendung getrennter Schneidwalzen zum Schneiden der Oberbank mit kreisbogenförmigem Firstprofil und der Unterbank mit geradem Seitenprofil sowie deren Zwangsführung gelingt es somit in einfacher Weise, den Streckenquerschnitt profilgenau zu schneiden, ohne Hilfe aufwendiger Kontroll- und Steuereinrichtungen. Der einzubringende Ausbau kann durchgehend bündig am Gebirge anliegend gestellt werden. Zusätzliche Hinterfüllarbeiten sind nicht erforderlich.
  • Ist ein Streckenprofil für einen Ausbau mit schräg ausgesetzten, d. h. nicht senkrecht auf der Sohle stehenden Seitenteilen vorgesehen, werden kegelstumpfförmige Walzenkörper der Unterwalze eingesetzt, deren Kegelwinkel und Neigungswinkel der Drehachse zur Sohle so gewählt sind, daß sowohl die stoßseitige Stirnfläche mit der Sohle den für das Seitenprofil vorgesehenen Neigungswinkel bildet als auch die untere Mantellinie parallel zur Streckensohle verläuft.
  • Während die Oberwalze zum Schneiden des Firstbogens eine Schwenkbewegung um eine zur Maschinenlängsachse parallele Achse ausführen muß, kann die Unterwalze entlang einer geraden, normal zur Maschinenlängsachse verlaufenden Führungsbahn geführt werden. Diese einfache lineare Bewegung hat gegenüber einer an sich möglichen Schwenkbewegung um eine Hochachse den Vorteil, daß die Ortsbrust auch im Bereich der Unterbank gerade verläuft und die Unterwalze z. B. in der Mitte des Streckenquerschnittes keine zu große Voreilung gegenüber der Oberwalze aufweist.
  • Zweckmäßigerweise werden die Schwenkbewegung der Oberwalze und die Querverschiebung der Unterwalze gegenläufig ausgeführt. Damit kann die Fläche des im Zentrum der Ortsbrust verbleibenden Kreissegmentes, die weder von der Unterwalze noch von der Oberwalze mitgeschnitten wird, am geringsten gehalten werden. Das Gestein dieses nicht geschnittenen Bereiches löst sich nach dem Schneiden der Oberbank und der Unterbank von alleine und bereitet keine Probleme.
  • Der Antrieb für die Querverschiebung der Unterwalze erfolgt vorteilhafterweise durch Hydraulikzylinder, die im Bereich der Führungsbahn angeordnet sind und unmittelbar hinter der Schneidwalze angreifen. Somit können wegen der günstigen Hebelverhältnisse ausreichend hohe Anpreßkräfte auch für eine Bestückung mit Rollenmeißeln auf die Unterwalze aufgebracht werden.
  • Auch die Oberwalze kann wegen der relativ geringen erforderlichen Tragarmlänge und damit einer für die Kraftübertragung wirksamen kurzen Hebellänge mit Rollenmeißeln bestückt werden, so daß die erfindungsgemäße Teilschnittmaschine auch in hartem, abrasiven Gestein eingesetzt werden kann bzw. die Schneidleistung gegenüber den bekannten Teilschnittmaschinen wesentlich verbessert werden kann.
  • Die Maschine selbst baut vergleichsweise klein und leicht. Die an den Schneidwerkzeugen (Rollenmeißeln) aufzubringen den hohen Kräfte können nicht, wie bei den Ausleger-Teilschnittmaschinen, über das Eigengewicht der Maschine aufgenommen werden, sie müssen vielmehr in an sich bekannter Weise über Stützzylinder in das Gebirge abgeleitet werden, wobei diese Krafteinleitung zweckmäßigerweise über einen vorläufigen Ausbau, z. B. Messerschild, erfolgt, da dann das Einbringen des endgültigen Ausbaus parallel zum Streckenvortrieb möglich ist.
  • Das Verspannsystem kann zweigeteilt sein, wobei jedes Teilsystem unabhängig vom zweiten verspannt bzw. entlastet werden kann. Durch zwischengeschaltete in Streckenlängsrichtung wirkende Zylinder kann dann die Maschine in an sich bekannter Weise selbstschreitend dem Fortschritt des Streckenvortriebes entsprechend bewegt werden. Ebenso sind die üblichen Gelenkverbindungen vorgesehen, so daß die Maschine vorgegebenen Neigungs- und Richtungsänderungen der aufzufahrenden Strecke folgen kann.
  • Sei entsprechender Konstruktion des Maschinenkörpers und des Verspannsystems bietet die erfindungsgemäße Teilschnittmaschine darüber hinaus den Vorteil, daß nach Demontage des Tragarmes mit der Oberwalze und ggf. Teildemontage des oberen Maschinenkörpers bzw. des Verspannsystems die Maschine zum Schneiden eines niedrigen Türstockprofiles eingesetzt werden kann, so daß ggf. die Maschine nach Herstellung einer Flözstrecke auch zur Schneiden des sich in der Auffahrfolge anschließenden Aufhauens geeignet ist.
  • Im folgenden wird die erfindungsgemäße Teilschnittmaschine anhand eines in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargesellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine erfindungsgemäße Teilschnittmaschine 1 mit einer als Stirnwalze ausgebildeten Oberwalze 2 und einer als zweigeteilte Querschneidwalze ausgebildeten Unterwalze 3. Oberwalze 2 sowie die Walzenkörper 8 der Unterwalze 3 sind sowohl am Umfang als auch der vorderen, stoßseitigen Stirnseite, die Walzenkörper 8 zusätzlich im Außenbereich 27 der hinteren Stirnseite mit Meißeln bestückt. Die Oberwalze 2 ist über einen Tragarm 4 am inneren Maschinenkörper um eine zur Maschinenlängsachse parallele Drehachse 6 schwenkbar gelagert und schneidet während der Schwenkbewegung die Oberbank 10 der Ortsbrust 22 mit dem kreisbogenförmigen Firstprofil 11, das tangential in das von der Unterwalze 3 geschnittene Seitenprofil 18 des Streckenquerschnittes übergeht.
  • Die die Unterbank 12 mit dem Seitenprofil 18 schneidende Unterwalze 3 wird demgegenüber mittels eines Schlittens 7 entlang einer geraden, zur Streckensohle 17 parallelen und zur Maschinenlängsachse normal verlaufenden Führungsbahn 5 querverschoben. Als Antrieb zur Verschiebung der Unterwalze 3 dient dabei ein im Bereich der Führungsbahn 5, unmittelbar hinter der Unterwalze 3, angreifender Hydraulikzylinder 14, der sich am Maschinenrahmen 15 abstützt. Es kann auch jeder andere geeignete Antrieb, z. B. eine Kette, eingesetzt werden.
  • Die Walzenkörper 8 der Unterwalze 3 sind kegelstumpfartig ausgebildet, wobei die Kegelwinkel sowie der Neigungswinkel der Drehachsen 13 gegen die Streckensohle 17 so abgestimmt sind, daß einerseits die untere Kegelmantellinie 16 der Walzenkörper 8 parallel zur Streckensohle 17 verlaufen, andererseits die Stirnflächen 9 mit der Streckensohle 17 den für das Seitenprofil 18 des Streckenquerschnittes vorgesehenen Neigungswinkel einschließen.
  • Der Drehantrieb von Oberwalze 2 und Unterwalze 3 erfolgt durch getrennte Antriebe 20 bzw. 21.
  • Die Schwenkbewegung der Oberwalze 2 und die Querverschiebung der Unterwalze 3 in der Schneidebene werden gegenläufig durchgeführt, da dann der im Zentrum der Ortsbrust 22 verbleibende Bereich 19, der weder von der Oberwalze 2 noch von der Unterwalze 3 mit geschnitten wird, minimal gehalten werden kann. Das Gestein dieses Bereiches 19 bricht nach dem Schneiden von Oberbank 10 und Unterbank 12 von alleine aus und bereitet keine Probleme. Das gelöste Gestein wird über den Förderer 28 abtransportiert.
  • Die Teilschnittmaschine ist in an sich bekannter Weise hydraulisch in der Strecke verspannt. Der Vorschub der Maschine in Vortriebsrichtung erfolgt über Hydraulikzylinder 25, die zwischen dem vorderen und hinteren Maschinenteil angeordnet sind. Während des Vorschubes der Maschine bzw. beim Einschneiden der Walzen in die Ortsbrust führen die Walzen, mit Ausnahme von Positionskorrekturen, keine Schwenk- bzw. Schiebebewegung aus.
  • Um vorgegebenen Änderungen der Richtung und Neigung der aufzufahrenden Strecke folgen zu können, sind in der üblichen Weise Gelenkverbindungen zwischen vorderen und hinteren Maschinenrahmen um jeweils eine Hoch- und Querachse vorgesehen. Darüber hinaus kann die Unterwalze 3 über einen Zylinder 25 gegenüber dem vorderen Maschinengehäuse angehoben werden.

Claims (2)

1. Teilschnittmaschine zum profilgenauen Schneiden eines bogenförmigen Streckenquerschnittes im untertägigen Berg- und Tunnelbau mit einer als Stirnwalze ausgebildeten, über einen Tragarm (4) um eine zur Maschinenlängsachse parallele Drehachse schwenkbaren Oberwalze (2) zum Schneiden der Oberbank (10) mit dem Firstprofil und einer aus zwei Walzenkörpern (8) gebildeten, entlang einer ebenen, zur Streckensohle (17) parallelen Bahn verschieblichen Unterwalze (3) zum Schneiden der Unterbank (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Unterwalze (3) als zweigeteilte Querschneidwalze mit sich zur Streckenmitte verjüngenden kegelstumpfartigen Walzenkörpern (8) mit ebenen, stoßseitigen Stirnflächen (9) ausgebildet ist, daß die unteren Mantellinien (16) der Walzenkörper (8) zur Streckensohle (17) parallel verlaufen und der Winkel zwischen den stoßseitigen Stirnflächen (9) und der Streckensohle (17) dem vorgesehenen Neigungswinkel (a) zwischen dem Seitenprofil (18) und der Streckensohle (17) entspricht.
2. Teilschnittmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung der Oberwalze (2) und die Querverschiebung der Unterwalze (3) gegenläufig sind.
EP85905389A 1984-10-26 1985-10-24 Teilschnittmaschine zum profilgenauen schneiden eines bogenförmigen streckenquerschnittes Expired EP0199771B1 (de)

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EP0199771A1 EP0199771A1 (de) 1986-11-05
EP0199771B1 true EP0199771B1 (de) 1989-01-04

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ID=25825982

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