Erweitern Sie die Grenze

Anfang 2021 bringt Sandvik Mining and Rock Solutions ein neues Außenhammerbohrgerät auf den Markt - Pantera DP1600i. Es ist das neueste Mitglied der Pantera DPi-Familie großer hydraulischer Raupenbohrgeräte, die sich durch hohe Eindringgeschwindigkeiten und fortschrittliche Automatisierungsoptionen für das datenbasierte Flottenmanagement und die Optimierung der Bohrleistung auszeichnen. Deren Bohrlochgrößenbereich war jedoch bisher auf 152 Millimeter (6 Zoll) begrenzt.

Der Ausgangspunkt der Konstruktionsingenieure für Pantera DP1600i war eine sorgfältige Balance zwischen allen drei dominierenden Bestandteilen des Bohrgeräts: dem Träger, dem Bohrhammer und den Gesteinswerkzeugen, um große Lochgrößen zwischen 140 und 178 Millimetern (5,5-7 Zoll) bohren zu können.

Die Lösung für den Träger basiert im Wesentlichen auf der zuverlässigen und bewährten Plattform der Serie Pantera DPi, die um wichtige Teile der Hydraulik und eine neu gestaltete Auslegerstruktur erweitert wurde, um einen leistungsfähigeren Bohrhammer zu tragen. Dies führt zu einer höheren Kapazität und schließlich zu einer größeren Bohrlochgröße, ohne dass die Grundfläche des Bohrgeräts vergrößert wird.

"Wir können auf eine lange Erfolgsbilanz mit bewährten Leistungen beim Überhammerbohren mit den Bohrgeräten der Pantera DPi-Serie zurückblicken, die bereits im Jahr 2008 begann. Daher war es eine natürliche Entscheidung, die bestehende Plattform für diese neue Lösung auf die nächste Stufe zu heben", erklärt Jarno Vii-taniemi, Produktmanager für Außenhammerbohrgeräte bei Sandvik Mining and Rock Solutions.

Der neue Bohrhammer RD1840C stellt sich der Herausforderung, die Schlagenergie beim Bohren zu erhöhen, ohne die physische Größe des Bohrers durch einen längeren und folglich schwereren Bohrkolben zu vergrößern. Geometrie, Länge und Gewicht des Kolbens wurden für die Bohrhämmer und die angestrebte, größere optimale Lochgröße von 165 Millimetern optimiert, was zu einer effektiveren, längeren Schlagwellenform und einer verbesserten Bohrdynamik führt.

"Ein Hauptvorteil des Top Hammer XL-Konzepts ist, dass die drei Hauptbestandteile des Bohrsystems - das Bohrgerät, der Bohrhammer und die Gesteinswerkzeuge - alle überprüft, neu konzipiert und gegenseitig optimiert wurden", sagt Jukka Siltanen,
product line manager rock drills bei Sandvik Mining and Rock Solutions. "Es funktioniert wirklich sehr gut als Ganzes."

Optional ist der RD1840C mit dem Überwachungssystem Sandvik RockPulse Tool Stress ausgestattet, das dem Bediener in Echtzeit Messdaten zu drei wichtigen Bohrparametern liefert: Reaktion der Bohrkrone, Werkzeugbelastung und Vorschubniveau. Das System misst in Echtzeit die Spannungswellen, die durch jeden Kolbenschlag ausgelöst werden, und hilft dem Bediener, schlechten Gesteinskontakt und übermäßige Zugspannungen sowie Über- oder Unterversorgung zu vermeiden.

Das für das Konzept des Außenhammerbohrgeräts XL optimierte Werkzeugsystem ist die neue Sandvik LT90-Familie. Die Herausforderung bei der Entwicklung dieser Felswerkzeuge war die längere, stärkere Schockwelle, die der neue Bohrhammer RD1840C erzeugt. Genauer gesagt ging es darum, wie diese kontrolliert und mit minimalen Energieverlusten auf den Grund des Bohrlochs übertragen werden kann, um die Eindringgeschwindigkeit zu maximieren.

"Wir haben mehr Energie im gesamten System", sagt Fredrik Björk, Produktmanager für Bohrhämmer im Übertagebau bei Sandvik Mining and Rock Solutions, "wenn man das Gestein nicht mit dieser Energie zerkleinert, zerstört sie stattdessen den Bohrstrang und die Gewinde. Es wird in Wärme umgewandelt."

Die Herausforderung wurde hauptsächlich durch die Verbesserung der Dynamik beim Bohren gelöst, was wiederum eine sorgfältige Abstimmung mehrerer potenziell widersprüchlicher Parameter erfordert. Einer davon ist die Steifigkeit des Bohrstrangs, um gerade Löcher zu erzielen, während gleichzeitig eine übermäßige Steifigkeit vermieden wird, um ein Brechen der Werkzeuge unter Biegung zu verhindern. Die Begrenzung der Steifigkeit bedeutet praktisch auch, dass zu große Durchmesser des Gestänges vermieden werden, da dies zu höheren Spannungen in den Gewindeverbindungen unter Biegung führt.

Bei den Stangengewinden geht es darum, die Gewinde so schlank wie möglich zu machen, aber dennoch stark genug, um die Kopplungseigenschaften des Bohrgestänges zu optimieren. Dies hat den praktischen Vorteil, dass sich das Gestänge und die Bohrer leicht ein- und ausfädeln lassen.

Ein weiteres wichtiges Gleichgewicht besteht zwischen Verschleißbeständigkeit und Härte, da ein zu harter Werkzeugstahl auch zu spröde ist. Ein großer Vorteil für Sandvik in dieser Hinsicht ist das Know-how über Stahlsorten und Wärmebehandlung, das im schwedischen Sandviken vorhanden ist.

Der Bohrhammer RD1840C durchlief Tausende von Teststunden auf dem Prüfstand, und das gesamte Bohrgerät hat mehr als 100.000 Meter Bohren in schwierigem Gestein unter realen Bedingungen hinter sich gebracht. Die Feldtests finden seit Januar 2019 in Nordeuropa statt, was bedeutet, dass die Top Hammer XL-Lösung ein breites Spektrum an Bedingungen aushalten musste, die für subarktische Gebiete typisch sind, darunter zwei Wintersaisons mit Minimaltemperaturen von fast -40 ˚C und auch heißes Sommerwetter mit bis zu 30 ˚C. Die Bohranlage und die Werkzeuge haben die Strapazen gut verkraftet.

Die Ergebnisse zeigen eine 50-prozentige Verringerung des Kraftstoffverbrauchs, eine 25-prozentige Verringerung der Gesamtkosten für das Bohren und eine 15-prozentige Erhöhung der Produktivität im Vergleich zum DTH-Bohrverfahren* (Down-the-Hole). Darüber hinaus bieten die neuen Gesteinsbohrer eine hervorragende Standzeit der Bohrkrone im Vergleich zu konkurrierenden Produkten und Technologien. Um das Ausmaß der Kraftstoffeinsparungen unter typischen Bergbaubedingungen zu verdeutlichen, sind diese mit dem Jahresverbrauch von 107 durchschnittlichen Familienautos vergleichbar. Die Vorteile kommen auch bei Bergbauanwendungen in großen Höhen zum Tragen. Die 50-prozentige Senkung des Kraftstoffverbrauchs hat natürlich auch erhebliche Auswirkungen auf die CO2-Emissionen.

Sandvik ist der erste Erstausrüster, der diese Art von innovativer Top-Hammer-Bohrtechnologie einführt, mit der kosteneffiziente Bohrergebnisse bei großen Bohrlochgrößen im Bergbau erzielt werden können. Top Hammer XL erweitert den Bohrlochgrößenbereich der Top Hammer Bohrtechnologie auf bis zu 178 Millimeter (7 Zoll) und macht die von Natur aus kraftstoffeffizienteren Top Hammer Bohrer zu einer praktikablen Alternative zur DTH-Technologie in einem deutlich größeren Maßstab als bisher.