用于在山中置入或挖掘空穴的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于在山中挖掘或置入空穴的方法，在该方法中利用电气式等离子发生器将空穴(2)正面熔化。为了在这样的方法中在空穴(2)正面产生足以完全或部分地蒸发存在的岩石的能量密度，本发明专利技术提出：直接在空穴(2)正面上设置热保护罩(4)，该热保护罩与空穴(2)正面构成动压腔(7)，在该动压腔内在大于2bar的压力的情况下通过利用等离子发生器(8)的加热将温度调节到高于2000℃。这个能量供应足够将位于空穴(2)正面的岩石熔化、完全或部分地汽化和从空穴(2)中排出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在山中置入或挖掘空穴的方法和设备
本专利技术涉及一种用于在山中置入或挖掘空穴的方法和设备，在其中将位于空穴正面上的岩石热熔化并借助气态的输送介质从空穴中排出，其中，由至少一个电气式等离子发生器提供用于熔化岩石所需的热量，该电气式等离子发生器配置给掘进头(Vortriebskopf)，该掘进头位于可推入到空穴中的供给装置的前部。山中的空穴在此理解为所有种类的钻孔、钻井、矿井、巷道、隧道、腔室等。
技术介绍
由US-PS3,467,206公知了一种这样的方法和附属的设备。在这种按照现有技术已知的方法中，在掘进头的前部设置有围绕空穴的轴线可扭转的和借助滚轮支撑在空穴正面上的、用于等离子燃烧器的保持架，所述等离子燃烧器的等离子束呈角度地指向空穴的正面和壁并且在保持架扭转时应该持续地熔化空穴的正面。应该借助气态的输送介质将熔化的岩石运出。为此一个相应强有力的气态输送剂流指向空穴的正面。在此经由与掘进头连接的可弯曲的缆线(Kabel)为掘进头提供电能和气态的输送剂。为了加速熔化，此处附加地还向熔化区吹入一种合适的、经粉碎的助熔剂。就能够查明的情况来说，这种前述的方法及附属的设备实际上没能得以实施。大概是不能在与大量的输送介质持续接触的熔化区内产生熔化岩石所需的能量密度。阻碍有针对性的提高能量密度的尤其是：在熔化区的区域中设置有可旋转运动的部件，诸如等离子燃烧器的可旋转运动的支架、支撑辊、它们的轴承等。
技术实现思路
本专利技术的目的是，如下地改进文首述及类型的方法和设备，即，能够在熔化区的区域中产生明显较高的能量密度并且可以放弃使用熔化区的区域中的可旋转运动的部件。为了实现这个目的，本专利技术以文首述及类型的方法为出发点提出：掘进头在前部具有热保护罩，该热保护罩将空穴正面遮盖直到留在周边上的间隙为止并且与该空穴正面构成动压腔，由通过等离子发生器加热的气态的输送介质的分流给位于热保护罩与空穴正面之间的动压腔加载，所述气态的输送介质的分流将位于空穴正面上的岩石熔化，完全或部分地蒸发，经由周围的间隙而从动压腔中排出并引入到所述气态的输送介质主流中。在根据本专利技术的方法中，第一次可以在空穴正面产生很高的能量密度(温度和压力)，该能量密度足够将存在的岩石在空穴正面的整个平面上无问题地熔化和附加地完全或部分地蒸发，以便接着能够借助气态的输送介质将其运出。在此特别有益的是：在热保护罩下的熔化区内不需要可运动的部件。根据本专利技术的方法的一种有益的构造规定：在热保护罩与空穴正面之间的装载空间中，将动压力调整为大于2bar和将温度调整为至少2000℃、优选高于2900℃。高温保障了快速掘进。将压力调整得如此之高，使得它足够将熔化的和完全或部分地蒸发的岩石足够快地经由动压腔的周边的间隙排出并引入到主输送流中。另外规定：对热保护罩的背向空穴正面的那侧进行冷却。通过这种方式保障了：对热保护罩在其背侧和特别是对掘进头的后面的部分进行保护避免过热和由此造成的损坏。适宜地利用液态的冷却介质实施对热保护罩的这个冷却，该冷却介质足够量地储备在配置给掘进头的压力容器内并在需要时借助合适的热交换器由所供给的气态的输送介质保持冷态。气态的输送介质优选为氮气。氮气可以特别经济地得到供应并在化学上呈最大程度地惰性。当然也可以使用其它的惰性气体或混合气体作为输送介质，例如氩气或其它合适的惰性气体。为了保障将熔化的和/或蒸发的岩石可靠地从空穴中运出，另外规定：向位于一方面空穴的壁与另一方面掘进头或者进给和供给装置之间的环形空腔内吹入如此多的气态的输送介质，使得在这个环形空腔内到处产生大于10米/秒、优选大于20米/秒的流速。这个速度足够将熔化的和/或蒸发的岩石可靠地从空穴中排出并防止其在重组(Rekombinieren)或冷凝时粘附在空穴壁、掘进头或推进和供给装置上。等离子发生器适宜地以30kW至1000kW的电功率运行，该电功率经由供给装置输送并在空穴以外根据热需要量得到控制。为了加固空穴壁规定：在装载空间的周边喷出的经加热的输送介质将周围的岩石熔化(玻化)。经过这样加固的壁则在必要时不再需要通过支撑架或套管进行支撑。另外，本专利技术的主题是用于实施上述方法的设备，该设备包括固定在进给和供给装置上的掘进头，该掘进头设有至少一个用于熔化和/或蒸发位于空穴正面的岩石的电气式等离子发生器和用于气态的输送介质的导向装置，这种设备的特征在于：掘进头在前部具有热保护罩，该热保护罩除了留在周边的间隙以外将空穴正面遮盖并且与空穴正面构成动压腔，该动压腔利用气态的输送介质的分流加载，该动压腔借助配属给热保护罩的电气式等离子发生器加热到岩石的蒸发温度并且将熔化的以及完全和至少部分地蒸发的岩石经由周围的间隙从装载空间中排出并引入到气态的输送介质的主流中。本设备的第一可能的实施方式规定：热保护罩作为坚固的块体由耐高热的材料、特别是由碳化钽构成，其在前部设有将动压腔包围的周边的凸缘，并且在该热保护罩的容积内含有多个等离子发生器，这些等离子发生器的经加热的等离子体经由设置在块体内的等离子通道引入由凸缘环绕的动压腔内以及引向空穴正面。热保护罩的这种实施方式具有特别的优点：等离子发生器受到保护地设置在热保护罩的内部并且不直接与熔化的和/或蒸发的岩石接触。将熔化的和蒸发的岩石排出的气态的输送剂的分流在此由等离子发生器供给的等离子气体构成。根据本专利技术的设备的一种备选的实施方式规定：热保护罩作为向下敞开的壳体由耐高热材料、特别是由碳化钽构成，该热保护罩的敞开的前侧面贴靠在空穴正面上并且该热保护罩的后壁配备有等离子发生器，这些等离子发生器的等离子束直接指向空穴正面。由于此处为了填充壳体的内腔需要更多的气态的输送介质，所以作为对由等离子燃烧器供给的气体的补充还将输送介质的一个分流吹入动压腔内。在热保护罩的两种上述实施方式中，热保护罩在其背侧设置有由冷却介质、例如水流过的冷却装置。同样地，为了避免过热，利用在回路中引导的冷却介质、例如水对电气式等离子发生器进行冷却。冷却介质回路本身在必要时经由热交换器由新鲜供给的输送介质进行冷却。根据本专利技术的设备的一种特别优选的构造规定：供给装置具有包括彼此旋紧的双管段的双管钻杆，其包括由导电材料构成的内管和由导电材料构成的外管，该外管间隔开地将内管包围并相对这个内管电绝缘，其中，内管的自由横截面用于供给用于产生等离子的输送介质的分流，在内管与外管之间的环形空腔用于供给输送介质主流，并且内管的和外管的导电的横截面用作供电的电导体且用作数据传输导体。这样构造的双管钻杆能够使进给和供给装置通过简单的方式为掘进头提供所有需要的介质和信息。为了提高作用在空穴正面的等离子体的强度，最后规定：相应地在两个等离子发生器之间设置有附加的阳极，这些阳极沿向着空穴正面的方向可移动地设置。通过这种方式可以将等离子发生器的等离子弧光移动直到直接贴在空穴正面上为止，由此能够显著提高设备的效率。附图说明下文参照附图来进一步阐述根据本专利技术的设备的实施例。附图中：图1为根据本专利技术的掘进设备的原理图；图2为第一实施方式的掘进头和热保护罩的轴向剖视图；图3为第二实施方式的掘进头和热保护罩的轴向剖视图；图4为第三实施方式的掘进头、热保护罩和供给装置的轴向剖视图；图5为第四实施方式的掘进头、热保护罩和供给装置的轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在山中置入或挖掘空穴(2)的方法，在该方法中将位于空穴(2)正面的岩石热熔化并借助气态的输送介质(9)从空穴(2)中排出，其中，由至少一个电气式等离子发生器(8)提供用于熔化岩石所需的热量，该等离子发生器配置给掘进头(4)，该掘进头位于能够推入到空穴(2)中的进给和供给装置(3)的前部，其特征在于：掘进头(4)在前部具有热保护罩(5)，该热保护罩除了位于周边的间隙(6)以外将空穴(2)正面遮盖并与该空穴(2)正面构成动压腔(7)，由通过等离子发生器(8)加热的气态的输送介质(9)的分流(9a)给位于热保护罩(5)与空穴(2)正面之间的动压腔(7)加载，并且所述气态的输送介质(9)的分流(9a)将位于空穴(2)正面的岩石熔化，完全或部分地蒸发，经由所述周边的间隙(6)从动压腔(7)中排出并引入到所述气态的输送介质(9)的主流中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.15 DE 102012005044.51.用于在山中置入或挖掘空穴(2)的方法，在该方法中将位于空穴(2)正面的岩石热熔化并借助气态的输送介质(9)从空穴(2)中排出，其中，由至少一个电气式等离子发生器(8，31)提供用于熔化岩石所需的热量，该等离子发生器配置给掘进头(4)，该掘进头位于能够推入到空穴(2)中的进给和供给装置(3)的前部，其特征在于：掘进头(4)在前部具有热保护罩(5)，该热保护罩除了位于周边的间隙(6)以外将空穴(2)正面遮盖并与该空穴(2)正面构成动压腔(7)，由气态的输送介质(9)的通过等离子发生器(8，31)加热的分流(9a)给位于热保护罩(5)与空穴(2)正面之间的动压腔(7)加载，并且所述气态的输送介质(9)的所述分流(9a)将位于空穴(2)正面的岩石熔化，完全或部分地蒸发，经由所述周边的间隙(6)从动压腔(7)中排出并引入到所述气态的输送介质(9)的主流中。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在热保护罩(5)与空穴(2)正面之间的动压腔(7)中，将动压力调整为大于2bar并将温度调整为至少2000℃。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：对热保护罩(5)的背向空穴(2)正面的那侧进行冷却。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：利用冷却液对热保护罩(5)进行冷却。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：为了产生等离子体且作为气态的输送介质而使用氮气。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在位于一方面空穴(2)的壁与另一方面掘进头(4)或者其进给和供给装置(3)之间的环形空腔内吹入气态的输送介质(9)，使得在这个环形空腔内到处产生大于10米/秒的流速。7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：等离子发生器(8，31)以30至1000kW的电功率运行，该电功率经由进给和供给装置(3)来输送并在空穴(2)以外根据热需要量进行控制。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在动压腔(7)的周边喷出的经加热的输送介质(9)将处在周围的岩石熔化并通过这种方式加固空穴(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·格罗特多斯特，
申请(专利权)人：约瑟夫·格罗特多斯特，
类型：发明
国别省市：德国;DE