MICON Rotary Vertical Drilling System (RVDS)

Das Konzept eines automatisch steuernden Vertikalbohrsystems wurde in den 80er Jahren für den Kohlebergbau in Deutschland erstmalig von der DMT in Essen entwickelt und eingesetzt.

Ein ebenfalls selbststeuerndes Vertikalbohrsystem, mit zusätzlich integriertem Untertage-Bohrmotor und erheblich höherem Komplexitätsgrad, wurde von der Baker-Hughes Company in Celle für den Einsatz in der kontinentalen Tiefbohrung in Deutschland entwickelt und erfolgreich in den Jahren 1991-1994 genutzt.

Seit 1994 entwickelt die MICON Mining & Construction Products GmbH & Co. KG mit Sitz in Celle, später in Nienhagen, ein für den Einsatz im Berg- und Tunnelbau optimiertes Vertikalbohrsystem, welches speziell für die besonderen Anforderungen des Bergbaus konstruiert wurde.

Ein Vertikalbohrsystem für 15" (381 mm) Bohrlochdurchmesser für das Abteufen von Pilotbohrungen im Rotary Bohrverfahren für Schächte im Bergbau wurde mit Finanzierung unter anderem durch den südafrikanischen Bergbaukonzern Murray and Roberts, entwickelt und seit 2000 sehr erfolgreich weltweit durch die MICON eingesetzt.

Zwischenzeitig stehen auch Vertikalbohrsysteme für Bohrlochdurchmesser von 8.1/2"-9.7/8", 12.1/4"-13.3/4" und 15"-17.1/2" zur Verfügung. Ein System für Bohrlochdurchmesser von 6.1/8"-8.1/2" befindet sich in der Entwicklungsphase.

Seit dem ersten Einsatz des Rotary Vertical Drilling Systems (RVDS) wurde das System durch kontinuierliche Weiterentwicklung verbessert, so dass heute das MICON RVDS für die Bereiche Bergbau, Tunnelbau und Geothermie zur Verfügung steht.

Das MICON RVDS besteht prinzipiell aus zwei Komponenten, welche einerseits das Steuermodul und andererseits die Energieversorgung und die Datenübertragungs-Einrichtung beinhalten. Für die Erzeugung der hydraulischen und elektrischen Energie sowie für die Datenübertragung wird der Spülungsstrom verwendet.

Die durch das Gerät strömende Spülung treibt über eine Turbine einen Generator und eine Hydraulikpumpe an. Die erzeugte elektrische Energie wird für die Steuereinheit, Speichermodule und Sensorik verwendet. Damit wird die vertikale Position des RVDS kontinuierlich überwacht und bei einer Abweichung die Hydraulik angesteuert. Da keine Energie aus der Bohrstrang-Rotation erzeugt wird, kann die Datenübertragung auch bei stillstehendem Strang erfolgen. Der steuerbare Stabilizer wird durch die erzeugte hydraulische Energie aktiviert. Dieser besteht aus vier gleichzeitig und unabhängig voneinander ausfahrbaren Rippen und ist direkt hinter dem Bohrmeißel angeordnet. Der Stabilizer ist im RVDS-Gehäuse drehbar gelagert und dreht sich daher nicht mit dem Bohrstrang mit. Die im RVDS aufgenommenen Messdaten und Steuersignale werden gespeichert und zu einem internen Encoder weitergeleitet. Dieser Encoder wandelt die Messwerte über ein Ventil in Druckpulse um, welche über die Spülungssäule nach Übertage übermittelt werden. Über einen an der Steigleitung montierten Aufnehmer werden die Druckpulse in elektrische Impulse umgewandelt, welche von einem PC angezeigt und ausgewertet werden. Dies erlaubt dem Operator die Überwachung der Messdaten und Steuersignale ohne Zeitverlust.

Das MICON RVDS ist als selbständiges System entwickelt worden. Zu Projektbeginn wird das System mobilisiert und mit den Zielvorgaben initialisiert, danach arbeitet das RVDS vollständig autonom bis zum Projektende. Die aktuelle Position des RVDS und eventuelle Abweichungen von der Vertikalen werden ständig an den Operator übermittelt. Falls eine Fehlfunktion auftreten sollte wird dieses ebenfalls dem Operator übermittelt. Kann das Problem nicht durch eine definierte Prozedur behoben werden, wird das RVDS gegen ein Reserve-RVDS ausgetauscht. Durch die ständige Vorhaltung eines Reserve-RVDS werden die Ausfallzeiten erheblich reduziert. Sollte in einer anschließenden Überprüfung vor Ort die Einsatzbereitschaft des RVDS immer noch nicht wiederhergestellt werden können, muss eine Überholung in einer Werkstatt bzw. bei MICON in Nienhagen erfolgen. Die durchschnittliche Einsatzdauer eines RVDS liegt bei etwa 250 Stunden. Üblicherweise wird das RVDS bei einem Meißelwechsel gegen das Reservegerät ausgetauscht. Die längste bislang erzielt Einsatzdauer eines Systems wurde in Nordamerika mit 641 Laufstunden erzielt.

MICON bietet zur Schulung auf das RVDS ein dreitägiges Operator-Training an. Ein Service-Ingenieur von MICON ist dann zur Bedienung des RVDS nicht erforderlich.

Seit 2000 wurde das MICON RVDS in mehr als 150 Projekten eingesetzt. Die Geräte arbeiteten erfolgreich in vielen Bergbaugebieten der Welt, wie z.B. Südamerika, Australien, Südafrika, Nordamerika, Kanada, Schweden und Marokko. Die erreichte Abweichung vom Zielpunkt betrug durchschnittlich unter 0,5 ‰. In der Schweiz z.B. wurde bei einer Pilotbohrung für das Projekt Alptransit eine Abweichung von 0,38 m bei einer Teufe von 785 m (= 0,48 ‰) gemessen. In Südafrika auf der Premier Mine eine Abweichung von 0,07 m bei 709 m Teufe (= 0,09 ‰).

Seit 2005 ist eine neue Generation von RVDS-Werkzeugen verfügbar. In dieser neuen Generation wurden hauptsächlich Vereinfachungen an den mechanischen Baugruppen durchgeführt, so dass sich Lebensdauer und die Wartungsintervalle des Systems verlängern.