Vorrichtung zur Gewinnung von Mineralien durch ein Bohrloch

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Mineralien durch ein Bohrloch, welche Vorrichtung im wesentlichen aus an einem Bohrgestänge befestigten und gegenseitig gelenkig verbundenen Schüssen (8, 9, 10) besteht, die in gestrecktem Zustand in das bereits im mineralen Gestein niedergebrachte Bohrloch eingebracht werden können und aus Mitteln, mit deren Hilfe die Schüsse anschließend in Zick-Zack-Position gebracht und in axialem Sinne hin- und herbewegt werden, während es an den Gelenkverbindungen der Schüsse Mittel gibt, die das Mineral außerhalb der Bohrlochwandung auflockern und mit Hilfe von Dickspülung durch dieselbe Lochbohrung abführen.
Die vorliegende Erfindung kennzeichnet sich besonders dadurch, daß sich die gegenseitig gelenkig verbundenen Schüsse in gestrecktem Zustand in einer in das Bohrloch hineinpassenden Hülse (5) befinden, welche einen oder mehr Längsschlitze (6, 7) aufweist, durch die die Schüsse aus der Hülse hinausragen können, wobei sie durch mit der Hülse zusammenwirkende Mittel, die eine axiale Kraft auf die äußeren Schüsse ausüben können, umgeknickt werden. Die axiale Bewegung der Vorrichtung kann durch einen hydraulischen Druckzylinder (1,48, 50) in der Nähe der Hülse hervorgerufen werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Mineralien durch ein Bohrloch, welche Vorrichting im wesentlichen besteht aus an einem Bohrgestänge befestigten und gegenseitig gelenkig verbundenen Schüssen, die in gestrecktem Zustand in das bereits mineralen Gestein niedergebrachten Bohrloch eingebracht werden können und aus Mitteln, mit deren Hilfe die SchUsse anschliessend in Zick-Zack-Stellung gebracht und in axialer Richtung hin- und herbewegt werden, während es an den Gelenkverbindungen der SchUsse Mittel gibt, die das Mineral ausserhalb der Bohrlochwandung auflockern und mit Hilfe von DickspUlung durch dieselbe Lochbohrung abfuhren.

[0002] In der amerikanischen Patentschrift 3.961.824 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine ähnliche Vorrichtung eingesetzt wird. Die dort beschriebene Vorrichtung zeigt allerdings unter bestimmten Einsatzbedingungen eine unzureichende Stabilität. Es lassen sich nicht stets sämtliche Kräfte gleichmäsig Uber die Gelenkstellen verteilen und ebensowenig ist es möglich, sämtliche Gelenkverbindungen in gleichem Grade durchbiegen zu lassen. Ausserdem ist durch die Anwesenheit der Kabelkonstruktion, mit deren Hilfe die SchUsse in die Zick-Zack-Position gestellt werden, die Gefahr einer Beschädigung des Kabels sehr gross. Ferner wird die Konstruktion durch Einsatz eines Kabels sehr kompliziert. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist dennauch eine zweckmässigere AusfUhrungsform der Vorrichtung von der eingangsbeschriebenen Art. Dies lässt sich erfindungsgemäss verwirklichen, wenn sich die gelenkig miteinander verbundenen Schüsse in in gestrecktem Zustand innerhalb einer in die Lochbohrung hineinpassende Hülse befinden, welche ein oder mehr Längsschlitze aufweist, durch die die Schüsse aus der Hülse hinausragen können, und anschliessend durch mit der Hülse zusammenwirkende Mittel, die eine axiale Kraft auf die äusseren Schüsse ausüben, ausgeknickt werden.

[0003] Gemäss eine Ausführungsform gibt es drei Schüsse, die in gestrecktem Zustand in der Hülse untergebracht sind. Die Hülse ist dann an gegenüber einander liegenden Seiten mit Längsschlitzen versehen, durch die die drei Schüsse nach entgegengesetzten Seiten in Zick-Zack-Position versetzt werden können. Der mittlere Schuss hat einen in axialer Richtung verlagerbaren Drehpunkt zur HUlse, so dass die entgegengesetzten Schüsse stets in gleichem Masse beidseitig der Hülse hinausragen. Die Schlitze erstrecken sich manchmal so weit, dass der mittlere Schuss fast senkrecht zur Hülse gebracht werden kann.

[0004] Die Hülse wird verzugsweise rohrformig ausgebildet sein und einen solchen Durchmesser aufweisen, dass das Rohr sogar bei Schrägbohrung leicht bis ans Ende der Bohrung geschoben werden kann. Die SchUsse haben eine solche Länge, dass deren Breite in Zick-Zack-Position insgesamt ein Vielfaches des HUlsendurchmessers beträgt. Diese Breite kann ggf. schwanken und den Durchmesser der Hülse um einiges aber auch um 20 m oder noch mehr übersteigen.

[0005] Die Mittel zum Auflockern des Minerals; können aus an den Gelenkverbindungen der Schüsse angebrachten Meisseln bestehen. Weil zur Abführung des losgelösten Minerals durch das Bohrloch SpUlflüssigkeit erforderlich ist, sind an den Gelenkstellen vorzugsweise Düsen angeordnet, die das Material durch Strahlrohrwirkung bearbeiten. So lässt sich Steinkohle ziemlich leicht mittels Flüssigkeitsstrahlen auflockern.

[0006] Die Erfindung kennzeichnet sich somit dadurch, dass die Mittel zum Auflockern eines mineralen Stoffs aus Flüssigkeitsdüsen bestehen, die dicht bei den Gelenkverbindungen oder auf den Gelenkstellen der Schüsse angebracht sind und zwar derart, dass der Flüssigkeitsstrahl von der Hülse abgerichtet ist. Es liegt nahe, die Flüssigkeit durch die Schüsse hindurch zu den Düsenteilen zu führen. Die Schüsse sind dazu hohl ausgebildet. Es empfehlt sich, die FlUssigkeit nicht durch die Gelenke zu fuhren, die in diesem Falle eine komplizierte Konstruktion haben müssen und sich somit leicht verstopfen können. Die Gelenke sind vorzugsweise als völlig geschlossenen Kugellager ausgefUhrt. Damit die durch die Schüsse hindurchströmende Flüssigkeit trotzdem die Gelenkverbindungen passieren können, werden flexible Hochdruckschläuche benutzt. Die Schläuche sind an der Innenseite der Gelenke angeordnet, damit sie nicht leicht beschädigt werden.

[0007] Weil die im mineralen Gestein gebildeten Rinnen gewöhnlich weniger hoch sind als das Bohrloch, bleibt die Hülse im ursprünglichen Bohrloch fixiert. Es kann geschehen, dass eine solche Menge Mineral weggenommen wird, dass die Hülse nicht mehr stabil im so entstandenen Raum liegt. Die Reaktionskräfte der SpritzdUsen greifen in der Weise an, dass auf die Vorrichtung ein Moment einwirkt, das in diesem Falle unzureichend aufgegangen wird. Manchmal hat die Anwendung von nur zwei SchUssen den Vorzug, die sich in gestrecktem Zustand in der in das Bohrloch hineinpassende Hülse befinden und weist die HUlse nur einen einzigen Längsschlitz auf, durch den die zwei Schüsse hinausragen können. In diesem Fall bedient man sich nur eine einzigen Düse oder eines DUsensatzes und wird nur an einer Seite des Bohrlochs eine Rinne angebracht. Die HUlse stutzt sich ganz an der nicht bearbeiteten Bohrlochwandung. Auch auf andere Weise, z.B. mit Hilfe einer im Bohrloch angebrachten Führung lassen sich ungewünschte Reaktionskräfte abfangen.

[0008] Die mit der Hülse zusammenwirkenden Mittel, die die äusseren SchUsse axial beanspruchen können, bestehen aus einem mit der HUlse zusammenwirkenden hydraulisch erregten Tauchkolben, der Uber eine Gelenkverbindung eine axiale Kraft auf den dem Bohrgestänge zugewandten Schuss ausübt, wobei der letzte - vom Bohrstänge abgewandte - Schuss sich gelenkig auf das HUlsenende abstützt.

[0009] Es ist notwendig der Grösse der Ausschwenkbewegung der SchUsse zu beherrschen. Dies lässt sich auf einfache Weise verwirklichen, wenn der Tauchkolben gegen eine BUchse abgedichtet ist, die mit dem unteren Teil des Bohrgestänges verschraubt werden kann, wobei der Gang des Schraubengewindes dem der Verbindungen des Bohrgestänges entgegengesetzt ist, die BUchse drehbar gegenüber Hülse und Schüssen gelagert ist, und ein Anschalg an der BUchse die Hublänge des Tauchkolbens in bezug auf die BUchse begrenzt. Es versteht sich, dass der Tauchkolben hohl ausgebildet sein muss, damit Flüssigkeit durch das Bohrgestänge hindurch zu den Schüssen strömen kann. Der Tauchkolben, der durch die Wirkung des Flüssigkeitsdrucks zu den Schüssen hin verlagert wird, Ubt dabei einen axialen Druck auf diese Schüsse aus. Hierdurch werden die Schüsse ausgeschwenkt. Der Hublänge des Kolbens ist aber durch den Anschlag an der BUchse begrenzt. Wird die BUchse durch Verdrehung des Bohrgestänges axial verstellt so verschiebt sich gleichzeitig der Anschlag, wobei sich auch der Ausschwenkwinkel der Schüsse ändert.

[0010] Die Rinnen bilden sich durch die Wirkung der Wasserstrahlen und durch Hin- und Herbewegung des Bohrgestänges an der Tagesoberfläche. Die am Gestänge befestigte Hülse mit den ausgeschwenkten Schüssen bewegt sich demzufolge im mineralen Gebirge hin und her und es bilden sich durch die Wirkung der Wasserstrahlen lange Rinnen zu beiden Seiten des Bohrlochs (oder in besonderen Fällen, wie schon besprochen, an nur einer Seite des Bohrlochs).

[0011] Das wichtigste Element der Erfindung im Vergleich zum wesentlichen Inhalt der amerikanischen Patentschrift 3.961.824 ist die Anwendung der HUlse mit mehrfacher Funktion und zwar:

1. die ausschwenkbaren Schüsse werden auf gleicher Ebene gehalten und die auf die Gelenkverbindungen wirkenden Kräfte werden verringert;

2. die zur Ausschwenkung der Schüsse erforderliche axiale Kraft wird Ubertragen;

3. die Grösse der Schwenkbewegung dieser Schüsse kann begrenzt werden;

4. die Vorrichtung bleibt im Betrieb gut ausgerichtet;

5. es ist möglich, für die Ausführung der hin- und hergehenden Bewegung mit langem Hub eine einfache Vorrichtung zu benutzen.

[0012] In bezug auf Punkt 5 sei bemerkt, dass statt der hin- und hergehenden Bewegung des Bohrgestänges an der Tagesoberfläche - diese Bewegung ist ziemlich begrenzt - die axiale Bewegung mit Hilfe eines hydraulischen Druckzylinders hervorgerufen werden kann. Dazu wird ein Teil des Bohrgestänges, vorzugsweise der mit der obengenannten BUchse zusammenwirkende Teil, als Zylinder ausgebildet und zwar in der Weise, dass ein Teil des Bohrgestänges die Zylinderwand bildet und der mit der BUchse zusammenwirkende Teil den Tauchkolben, dessen Öffnung zum Durchgang der SchUsse gross genug ist. Indem man den FlUssigkeitsdruck im ringförmigen Raum zwischen Bohrlochwandung und Gestänge abwechselnd erhöht und ermässigt, bzw. den FlUssigkeitsdruck im Bohrgestänge gleichzeitig herabsetzt bzw. steigert, lassen sich Kolben und mithin BUchse und HUlse Uber eine Länge hin- und herbewegen, die der wirksamen Länge des-Zylinders entspricht. Eine grosse Länge, z.B. in der Grössenordnung von einigen zehn Metern, bringt keine Probleme mit sich.

[0013] Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt der HUlle, in der sich die SchUsse mit Düsen in gestrecktem (zusammengeklapptem) Zustand befinden;

Fig. 2 den gleichen Querschnitt, jetzt aber mit den SchUssen in Zick-Zack-Stellung (ausgeschwenkt);

Fig. 3 einen Längsschnitt der hydraulischen Druckvorrichtung;

Fig. 4 einen Längsschnitt des Bewegungsmechanismus;

Fig. 5 einen Schnit durch die ganze Anlage.

[0014] Fig. 1 zeigt ein Bohrgestänge 1 in einem nicht weiter gezeichneten Bohrloch. Der untere Teil 2 besteht aus einem anhand von Fig. 3 näher zu beschreibenden einstellbaren hydraulischen Druckmechanismus mit Tauchkolben 3. Dieser Druckmechanismus ist bei 4 drehbar mit der rohrförmigen HUlse 5 verbunden, die das Gestell der Gewinnungsanlage bildet. Diese Hülse 5 hat Längsschlitze 6 und 7, die gegenüber einander und zugleich in der Längsrichtung der HUlse 5 in bezug auf einander versetzt angeordnet sind. Durch diese Schlitze 6 und 7 hindurch können die drei Schüsse 8, 9 und 10 ausgeschwenkt werden. Die Länge der Schüsse 8 und 10 beträgt in diesem Beispiel etwa die Hälfte von der des Schusses 9. Schuss 9 hat in der fixen Axialführung 9' verlagerbare Gelenkverbindungen 9", welche als Stifte zu beiden Seiten des zugehörigen Schusses 9 ausgebildet sind. Die Mitte dieses Schusses, bezogen auf die Hülse 5, bleibt dadurch fixiert. Schuss 8 ist bei 4 gelenkig mit Tauchkolben 3 verbunden; Schuss 10 stützt sich bei 12 gelenkig auf Endteil 11 der Hülse 5 und die Schüsse 8, 9 und 10 sind durch Gelenkverbindungen 13 und 14 aneinander angeschlossen. An oder nahe an den Gelenkstellen 13 und 14 sind Düsen oder DUsensätze 15 und 16 in der Weise angeordnet, dass der aus diesen Düsen austretende FlUssigkeitsstrahl möglichst senkrecht von der Hülse 5 ab gerichtet ist.

[0015] Hülse 5 und alle Zubehörteile werden mit Hilfe des Bohrgestänges 1 zur Gewinnung von Mineral (z.B. Steinkohle) in das Bohrloch eingebracht. Die Schüsse 8, 9 und 10 sind dann in der Hülse 5 zusammengeklappt (siehe Fig. 1). Jetzt wird durch Bohrstange 1, Tauchkolben 3 und Schüsse 8 und 9 Flüssigkeit unter hohem Druck den Düsen 15 und 16 zugeführt. Gleichzeitig wird die Hülse 5 durch die auf- und abwärtsgerichtete Bewegung des Gestänges 1 hin- und herbewegt. Durch die Wirkung der aus den Düsen 15 und 16 austretenden Flüssigkeitsstrahlen wird Material aus der Bohrlochwandung losgelöst, so dass beidseitig des Bohrlochs untiefe Rinnen entstehen. Anschliessend werden durch Steuerung des Druckmechanismus und die Wirkung des Tauchkolbens 3 die Schüsse 8, 9 und 10 in die in Fig. 2 dargestellte Zick-Zack-Stellung gebracht. Die Schüsse befinden sich schon teilweise in den gebildeten Rinnen. Diese werden anschliessend durch Auflockerung neuen Materials unter gleichzeitiger Hin- und Herbewegung der Hülse 5 weiter ausgetieft. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Schuss 9 einen ziemlich grossen Winkel zur Hülse bildet; die maximale Rinnenbreite ist dann erreicht. Die Rinnenlänge wird bedingt durch die Hublänge der Hülse 5 und ferner durch die Möglichkeiten des Mechanismus zur Bewegung des Bohrgestänges 1. Das aufgelockerte Material wird zusammen mit der Flüssigkeit aus den Düsen 15 und 16 durch den ringförmigen Raum des Bohrlochs abgeführt.

[0016] Die Schüsse 8, 9 und 10 können als eine Einheit entfernt werden. Dazu bedient man sich des in Fig. 3 dargestellten Fangkopfes 20 auf dem Kolben 3, mit dessen Hilfe der ausschwenkbare Teil völlig mit Hilfe einer durch das Rohrgestänge eingebrachten Einfangvorrichtung unter Benutzung eines Seiles hinausgezogen wird. Gleiches geschieht beim Zurückgewinnen der hochziehbaren Kernrohre, ohne dass dabei die Drehbohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt werden. Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines einstellbaren hydraulischen Druckmechanismus für die ausschwenkbaren Schüsse 8, 9 und 10. Die Hülse 5 ist bei 21 drehbar an den unteren Teil 22 des Bohrgestänges 1 oder einen entsprechenden Teil (40) angeschlossen. Dieser Teil 22 ist an der Innenseite mit linkem Schraubengewinde 23 mit grosser Ganghöhe ausgestattet. Dieses Gewinde arbeitet mit entsprechendem Schraubengewinde 24 der BUchse 25 zusammen. In der BUchse 25 kann sich der Kolben 3 axial bewegen. Dieser Kolben ist mit ein oder mehr O-Ringen 26 gegen die BUchse abgedichtet. Ausserdem ist der Kolben 3 gelenkig mit dem ausschwenkbaren Schuss 8 verbunden, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird. Wird der Tauchkolben 3 (mit noch geschlossenen Überdruckventil 27) durch das Böhrgestänge 1 mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagt, so bewegt er sich in Richtung der SchUsse 8, 9 und 10, die dadurch ausschwenken. Sie schwenken so weit aus, bis der Tauchkolben 3 mit Kragen 28 an den Rand 29 der BUchse 25 aufprallt. Durch die Zunahme des Flüssigkeitsdrucks wird sich Ventil 27 öffnen, so dass die Flüssigkeit durch Kolben 3 und die Schüsse 8 und 9 Zutritt zu den Düsen 15 und 16 hat. Die ganze Vorrichtung wird anschliessend hin- und herbewegt, wobei sich die schon genannten Rinnen bilden oder bestehende Rinnen vergrössert werden.

[0017] Um die Schüsse 8, 9 und 10 noch weiter ausschwenken zu können, werden Bohrgestänge 1 und somit auch Teil 22 nach rechts gedreht. Die BUchse 25 kann nicht mitdrehen. Der Kolben 3 ist nämlich einseitig gelenkig mit den Schüssen 8, 9 und 10 verbunden. Diese Schüsse sind in der entstandenen Rinnen fixiert. Der Tauchkolben 3 kan also auch nicht drehen. Keil 30 van BUchse 25, die in einer Keilnute 31 des Kolbens 3 mit diesem Kolben zusammenwirkt, sorgt dafür, dass auch die Büchse 25 nicht drehen kann. Das Drehen des Bohrgestänges 1 hat zur Folge, dass die Büchse sich zur Hülse 5 hin verlagert. Der Anschlag 29 verlagert sich gleichfalls und der Kolben 3 kann sich weiter zur Hülse 5 hin bewegen, so dass die SchUsse 8, 9 und 10 auch weiter ausschwenken.

[0018] Der Kolben 3 ist mit einem Fangkopf 20 ausgestattet, damit dieser und die SchUsse auf die bereits genannte Weise aus dem Bohrloch entfernt werden können. Der Kopf 20 hat eine Durchlass- öffnung 32 für die Flüssigkeit.

[0019] Zur Hin- und Herbewegung der Hülse 5 wird das Bohrgestänge 1 an der Tagesoberfläche mechanisch durch eine Winde nach oben und nach unten bewegt. Diese Axialbewegung lässt sich besser durch einen hydraulischen im Bohrloch angebrachten Zylinder verwirklichen. Der betreffende Mechanismus ist in Fig. 4 dargestellt. Teil 40 des Bohrgestänges 1 ist jetzt nicht mehr unmittelbar an das Rohrgestänge angeschlossen, sondern wird in diesem Gestänge untergebracht. Jetzt kann der ringförmige Raum 48 zwischen den O-Ringen 41 und 42 als hohler hydraulischer Zylinder dienen. Die aus Teil 40, Hülse 5, BUchse 25, Tauchkolben 3 und den Schüssen 8, 9 und 10 bestehende Gewinnungsanlage, stützen sich auf den unteren Anschlag 43 mittels Anschlag 44. Durch Steigerung des Drucks im ringförmigen Raum öffnet sich das Rückschlagventil 45. Die hineinströmende Flüssigkeit wird die Gewinnungsanlage in ihrer Totalität nach oben drücken und vom Anschlag 45 zurückgehalten werden. Anschliessend wird durch Steigerung des Flüssigkeitsdrucks im Bohrgestänge 1, also während der DUsenwirkung der ausgeschwenkten Schüsse, die ganze Anlage sich in entgegengesetzter Richtung bewegen. Die Flüssigkeit wird den Raum 48 durch schmale Öffnungen in den Düsen langsam verlassen, bis der Kolben 50 durch die Anschläge 44 und 46 abgestoppt wird. Infolge Druckwirkung und Reibung zwischen beiden Anschlägen kann sich Teil 40 mit dem Bohrgestänge 1 herumdrehen, wodurch wie schon gesagt die Schüsse 8, 9 und 10 sich weiter ausschwenken können. Der leergedrUckte Raum 48 kann sich wieder füllen, wenn der Druck im Rohrgestänge abgelassen wird und der im ringförmigen Raum wieder zunimmt, wodurch zuerst die ausgeschwenkten Schüsse in die gestreckte Position versetzt werden und danach die Feder des Absperrventils 45 so stark eingedrückt wird, dass sich das Ventil öffnet und Flüssigkeit erneut in den Raum 48 einfliesst. Diese Anfangssituation wurde bereits oben erwähnt.

[0020] Der Bewegungsmechanismus und die Gewinnungsvorrichting bilden konstruktiv eine Einheit, wie Fig. 5 zeigt. Obwohl in dieser Anmeldung ausschliesslich von der Auflockerung des Materials durch die DUsenwirkung einer Flüssigkeit gesprochen wird, ist der gleichzeitige Gebrauch von Meisseln keineswegs ausgeschlossen. Es versteht sich, dass weiter noch Mittel vorgesehen sind, die Position der Schlitze in der HUlse orientieren zu können. Hierfür können bekannte Mittel und Konstruktionen aus der Ölindustrie angewandt werden.

Funktionsmöglichkeit der Gewinnungsanlage

[0021] Von der Tagesoberfläche aus wird mit Hilfe eines schräg stehenden Bohrturms ein 56 cm grosses Bohrloch im Streichen unter einem Winkel von 30° niedergebracht. In einer Teufe von 230 m wird ein 40,6 cm grosses Standrohr einbetonniert. Im Streichen wird ein 37,5 cm grosses Loch gebohrt und die Neigung des Bohrlochs wird alle 30 m um 2 Grad vergrössert, wobei moderne Schrägbohrgeräte eingesetzt werden. In einer Teufe von 600 m unter der Tagesoberfläche und horizontal 700 m von der Mündung des Bohrlochs entfernt wird eine Bohrlochneigung von 80⁰ erreicht. Auf dieser Teufe wird ein 1 m mächtiges Flöz angebohrt mit einer Neigung von ca. 10⁰, entsprechend dem Streichen des Bohrlochs. Man zementiert jetzt ein 27,3 cm langes Auskleidungsrohr und führt die Bohrung weiter in Richtung des Flözneigung. Es kann z.B. zum Auflockern der Kohle in einer Flözlänge von 1000 m ein 24,8 cm grosser und mit DUsenteilen ausgestatteter Meissel eingesetzt werden. Weil sich Steinkohle im allgemeinen leichter durch Spritzen lockern lässt als das Liegendgestein, wird der Meissel vorzugsweise genau dem Flözeinfallen folgen. Meistens kann das Flöz nach etwaigen Störungen mit Hilfe der bekannten Schrägbohrungsgeräte wieder zurUckfinden.

[0022] Es wird jetzt ein 21,9 cm grosses Führungsrohr mit Hilfe von 11,4 cm grossen Drehbohrrohren bis ans Ende des 1000 m langen Kratzerraums eingebracht. Angenommen, man will jetzt eine 20 m breite Rinne machen. Zur Bildung und Ausweitung dieser Rinne benutzt man eine Reihe von erfindungsgemässen Vorrichtungen mit in Länge zunehmenden Schüssen. Bei diesem Rechenbeispiel wird ausschliesslich die letzte Phase in Betracht gezogen, wo die Rinne van 10 auf 20 m ausgeweitet wird. Die Hülse 5 hat einen Aussendurchmesser von 14 cm. Ausgenommen ist hier Zylinder 50, dessen Aussendurchmesser 11,4 cm beträgt. Das an den 11,4 cm grossen Drehbohrern befestigte Bohrgestänge 1 besteht aus einem 17,8 cm grossen 'extreme line' Auskleidungsrohr. Wenn die Schüsse 8, 9 und 10 maximal unter einem Winkel von 60 in bezug auf einander ausschwenken können, beträgt die Länge des längsten schwenkbaren Schusses 23 m und die der kürzeren schwenkbaren Schüsse 11,50 m.

[0023] Zur Montage der DUsenteile dienen Aufsätze, die möglichst dicht bei jeder der zwei ausragenden Gelenkstellen auf dem schwenkbaren Schuss angebracht sind. Jeder Aufsatz hat sieben in einem Bogen angeordnete Düsen mit einem Querschnitt von je 3 mm. Bei einem Druckgefälle der Flüssigkeit von 20 MPa wird eine Reaktionskraft von 970 N ausgelöst. Die effektive Reaktionskraft wird dann infolge der bogenweisen Anordnung Dreiviertel von 970 N = 735 N je Aufsatz betragen. Die Düsen sind in der Weise im Aufsatz zu montieren, dass sie möglichst nahe am Stoss liegen. Um ein Druckgefälle von 20 MPa erreichen zu können, wird eine Menge von 1,1 m Wasser je Minute umgewälzt.

[0024] Das hydraulische Vermögen der Düsen gegen dem Kohlenwand beträgt ca. 365 kW. Die Druckverluste im Drehbohrer betragen ca. 1,0 PMa und 0,05 MPa im ringförmigen Raum. Die turbulente Strömung im ringförmigen Raum ist in der Lage, Kohleteilchen von 2 cm Durchmesser noch hochzufördern, so dass der Abtransport des aufgelockerten Materials keine Schwierigkeiten bereitet. Das erforderliche Vermögen wird von der Flüssigkeit geliefert, ein Elektrokabel, wie erwähnt in der genannten amerikanischen Patentschrift, erübrigt sich also. Der Energiebedarf entspricht dem in einer traditionellen Kohlenzeche zu verzeichnenden Energieaufwand.

[0025] Die auf die Schüsse wirkenden Kräfte lassen sich anhand der Reibungswiderstandszahl zwischen Flöz und Kratzerschüssen berechnen. Angenommen diese Zahl beträgt 0,4. Wenn im Falle einer Neigung von 10° das Gewicht der Vorrichtung die Reibung teilweise zu beheben vermag, lässt sich berechnen, ob die Schüsse einer Druck- oder einer Ziehkraft ausgesetzt sind. Es zeigt sich nun, dass der untere Schuss im dem Augenblick, wo er zu arbeiten anfängt, d.h. bei einer Rinnenbreite von 10 m, einer Druckwirkung von 755 N ausgestzt ist. Auf diesen Schuss wirkt ein Druck von 176 N, wenn die Rinne 20 m breitgeworden ist. Weil ein 11,50 m langer Schuss vor Erreichung des Knickpunktes eine Druckkraft von 20,6 KN aufzufangen vermag, sind Druckkräfte von dieser Grösse selbstverständlich akzeptierbar. Auf den zweiten und längsten schwenkbaren Schuss wirkt im Falle einer 10 m breiten Rinne ein Druck von 1167 N. Bei einer 20 m breiten Rinne beträgt die Druckwirkung immerhin noch 814 N. Schliesslich hat der obere Schuss im Falle einer 10 m breiten Rinne ein Druck von 1285 N und bei einer 20 m breiten Rinne ein Druck von 471 N aufzufangen. Es ist aber auch möglich, den Reibungskoefizienten zu erniedrigen, z.B. durch Anbringen einer Zinkschicht auf die ausschwenkbaren StahlschUsse oder durch Benutzung von Kunststoffen oder anderen Mitteln, die eine Verringerung der Reibung bewirken. Ein zusätzlicher Vorteil dabei ist, dass die ausschwenkbaren Schüsse einem geringeren Verschleiss unterliegen.

[0026] Es ist auch festgelegt, wie schnell der Druckzylinder den Kratzer zuruckbewegt. Angenommen, es wirkt ein Überdruck von 20 MPa auf den Kratzer; in diesem Fall wird der Druck im Druckzylinder etwas Uber 40 MPa liegen. Bei Anwesenheit von 3 Austrittsöffnungen (49) von je 1,2 mm Durchmesser wird sich die Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/sec am Stoss entlangbewegen. Dies bedeutet im Falle eines 18 m langen Zylinders, dass der Kratzer diese Länge von 18 m in drei Minuten bewältigt. Der Kratzer kann mit Überdrucken im ringförmigen Raum vonl bis 2 MPa in die Anfangsposition zurückgebracht werden.

[0027] Schliesslich sei noch bemerkt, dass bei der Kohlegewinnung ein Druckgefälle in den Düsen in der Grössenordnung von 20 MPa zu bevorzugen ist. Der effektive Abstand kann das Vier- bis Zwölffache der DUsendurchmesser betragen, d.H. ca. 1,2 bis 3,6 cm. Ausserdem wird sich bei solchen Abständen die Strömung am Stoss gegenüber den Düsen zu 100% und in der Mitte der Düsen zu 75% verringern, was zum Auflockern des Minerals ausreicht.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Mineralien durch ein Bohrloch, welche Vorrichtung im wesentlichen aus an einem Bohrgestänge befestigten und gegenseitig gelenkig verbundenen Schüssen besteht, die in gestrecktem Zustand in das bereits im mineralen Gestein niedergebrachte Bohrloch eingebracht werden können und ferner aus Mitteln besteht, mit deren Hilfe die Schüsse anschliessend in Zick-Zack-Stellung versetzt und in axialer Richtung hin- und herbewegt werden, während es an den Gelenken der Schüsse Mittel gibt, die das Mineral ausserhalb der Bohrlochwandung auflockern und mit Hilfe von Spülung durch dieselbe Lochbohrung abführen können, dadurch gekennzeichnet, dass sich die gegenseitig gelenkig verbundenen SchUsse (8, 9, 10) in gestrecktem Zustand innerhalb einer in die Lochbohrung hineinpassenden Hülse (5) befinden, welche ein oder mehr Längsschlitze (6, 7) aufweist, durch die die Schüsse (8, 9, 10) aus der Hülse (5) hinausragen können, und anschliessend durch mit der Hülse zusammenwirkende Mittel die eine axiale Kraft auf die äusseren Schüsse ausüben, geknickt werden.

2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbewegung der Vorrichtung durch einen hydraulisch wirkenden Druckzylinder (1, 48, 50) in der Nähe der Hülse (5) hervorgerufen wird.

3. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass es drei Schüsse (8, 9, 10) gibt, die sich in gestrecktem Zustand in der Hülse (5) befinden.

4. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Schuss (9) einen in axialem Sinne verlagerbaren Drehpunkt (9") zur Hülse (5) aufweist.

5. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die HUlse (5) rohrförmig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die SchUsse (8, 9, 10) eine solche Länge haben, dass deren Breite in Zick-Zack-Stellung ein Vielfaches des HUlsendurchmessers (5) beträgt.

7. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Auflockern des mineralen Gesteins aus an den Gelenkstellen (13, 14) angebrachten DUsen (15, 16) bestehen, die in der Weise aufgestellt sind, dass der Flüssigkeitsstrahl von der Hülse (5) ab gerichtet ist.

8. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüsse (8, 9, 10) hohl sind und in FlUssigkeitsverbindung mit einander stehen.

9. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Schüsse gibt, die sich im gestrecktem Zustand in der Hülse (5) befinden und die Hülse einen einzigen Langsschlitz aufweist.

10. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Hülse (5) zusammenwirkenden Mittel, die die äusseren Schüsse (8, 10) in axialer Richtung mit Druck beaufschlagen können, aus einem mit der Hülse (5) zusammenwirkenden hydraulisch erregten Tauchkolben (3) bestehen, der über eine Gelenkverbindung einen axialen Druck auf den dem Bohrgestänge (1) zugewandten Schuss ausübt, während sich der letzte - vom Bohrgestänge - abgewandten Schuss gelenkig auf das Ende (11) der Hülse (5) abstützt.

11. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkolben (3) gegen eine BUchse (25) abgedichtet ist, die durch Schraubengewinde (24) mit dem unteren Teil des Bohrgestänges zusammenwirken kann, wobei der Gang dieses Schraubengewindes (24) dem der Verbindungen des Rohrgestänges (1) entgegengesetzt ist, während die BUchse (25) drehbar in bezug auf die Hülse (5) der Schüsse angeordnet ist, und ein Anschlag (29) auf der BUchse (25) die Hublänge des Tauchkolbens (3) in bezug auf die BUchse (25) einschränkt.

12. Vorrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Druckzylinder durch einen Teil (40) des Bohrgestänges (1) als Zylinderwand und einen anderen Teil (50) als Kolben gebildet wird und dass Mittel zur Bewegung des Kolbens (50) vorgesehen sind und zwar in dem Sinne, dass den Flüssigkeitsdruck im Bohrgestänge (1) bzw. im ringförmigen Raum zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwandung abwechselnd erhöht und erniedrigt wird, wobei Mittel (45) und (49) anwesend sind, die FlUssigkeit dem Zylinderraum (48) zuzuführen und wieder aus diesem Raum abzuführen.

13. Vorrichtung, wie sie im Texte beschrieben und anhand der Zeichnung erläutert wurde.

Zeichnung