[发明专利]用于在山中置入或挖掘空穴的方法和设备

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

由US-PS 3,467,206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。

发明内容

本发明的目的是，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，本发明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。

在根据本发明的方法中，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。

根据本发明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。