NO773799L - Fremgangsmaate og apparat for boring av dype sjakter i fjellgrunn - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og anordning for boring av dype sjakter i fjellgrunn .

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for ved hjelp av en trykkluftmotordrevet fjellboreanordning å bore dype sjakter i fjellgrunnen. Fjellboreanordningen har et sjaktboreaggregat som ved boringen kobles slik til den nedre ende på et sentralt i sjaktens tverrsnitt anbragt, mellom sjaktboreaggregatet og atmosfæren utenfor sjakten forløpende borttran-sportrør, at trykkluft som stammer fra en trykkluftkilde og driver s jaktboreaggregatet, fra dette bringes til å strømme opp gjennom røret til atmosfæren medførende løsboret stenmel. Sjaktboreaggregatet bæres og forflyttes i sjakten av inn-

retninger som ved hjelp av trykkluft holdes i friksjonsinngrep med sjaktveggen.

Fra det tyske patent 96.092 er det kjent en fremgangsmåte og en anordning for fjellboring hvor et sjaktboreaggregat av foran nevnte slag forekommer. For tilførselen av trykkluft ned til aggregatet er der ifølge patentet et rør som fra en trykkluftkilde ovenfor sjakten strekker seg ned gjennom denne parallelt med borttransportrøret. Sistnevnte rør har ikke bare til opp-gave å føre bort den anvendte luft og det løsborede fjellmate-riale - det såkalte stenmel - men utgjør også det organ i hvilket sjaktboreaggregatet er opphengt i sjakten og i forhold til hvilket aggregatets borer roterer under borearbeidet.

Med en slik fra bakken båret fjellboreanordning kan imidlertid bare sjakter med begrenset dybde tilveiebringes. Belastningene på bæreorganet øker nemlig med dets lengde og gjør at organet ved en viss lengde brister på grunn av sin egen vekt. Den lengde hvor dette skjer kalles vanligvis bristelengden og er definert

av følgende enkle forhold: L = ——, hvor L = bristelengden

S ) s

konstruksjonsmaterialets bruddstyrke og f = konstruksjonsma-

terialets volumvekt. For et godt konstruksjonsstål ligger bris-tegrensen f.eks. like over 6000 m. Bristelengden begrenser na-turligvis også lufttilførselsrørets lengde.

Den i fjellgrunnen på dypet forekommende geotermiske energi er en nesten uuttømmelig energikilde som verden nu venter på skal gjøres tilgjengelig for de menneskelige energibehov. En måte å utnytte denne energi på i ikke vulkanske trakter er å bore dype sjakter i det krystallinske, homogene og hete urfjell. I sjaktene installeres derpå f.eks. et sluttet rørsystem i hvilket vann bringes til å sirkulere for å føre varme opptatt nede i sjakten opp til bakken hvor den kan utnyttes. Da temperaturen i fjellgrunnen øker med dybden, f.eks. anslås temperaturgradien-ten i en slik fjellgrunn til 30°C/km, er det ønskelig å kunne bore dype sjakter. Dybder på over 10 000 m er aktuelle i denne forbindelse, dvs. sjaktene må kanskje uttas til dybder som svar-er til den doble bristelengde. Ved boring av så dype sjakter kan fjellboreanordningen og dens med bakken forbundne rør således ikke bæres oppe på bakken men må bæres i selve sjakten.

Fjellboreanordninger som har en bære/forflytningsinnretning

som under friksjonsinngrep med sjaktens vegg ved hjelp av et trykkfluidum i en krypende bevegelse mater frem fjellboreanordningens sjaktboreaggregat i sjakten under selve boringen er kjent, f.eks. fra US patentene 2.946.578, 3.185.225 og 3.827.512. Trykkfluidumet for drift av en slik innretning tilføres denne ved hjelp av en slange som går gjennom sjakten.. I samtlige av disse tilfeller inngår i fjellboreanordningen en enkelt innretning som er direkte koblet sammen med sjaktboreaggregatet og skal arbeide hovedsakelig under boreoperasjonen ved boring av kortere sjakter. Skal lengre sjakter bores med disse fjellboreanordninger anvendes ikke bære/forflytningsinnretningen for å forflytte sjaktboreaggregatet til og fra boreplassen på sjakt-bunnen, men dette skjer med andre midler, f.eks. ved hjelp av et wirespill.

De kjente fjellboreanordninger som vises og beskrives i de foran nevnte US patenter er således også de eneste som egner seg for boring av sjakter til dybder mindre enn bristelengden.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å eliminere foran nevnte ulemper ved å tilveiebringe en fjellborefremgangsmåte og en fjellboreanordning av det innledningsvis nevnte slag hvilken muliggjør boring av vertikale sjakter til dybder større enn bristelengden og dermed adkomst til den i urfjellet lagrede geotermiske energi.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og en anordning for tilførsel av trykkluft frem til alle trykkluftmotorer som arbeider i en slik dypboret sjakt, hvor spesielle trykklufttilførselsrør mellom trykkluftmotorene og trykkluftkilden helt kan unnværes. Derved spares såvel utgift-ene til trykklufttilførselsrørene som deres vedlikehold, samt en vesentlig del bære- og forflytningsenergi for fjellboreanordningen.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved de i hovedkravet og under-kravene angitte karakteristiske trekk.

Fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen skal nu beskrives nærmere under henvisning til tegningen som viser en for-delaktig utførelsesform av oppfinnelsen. Tegningen viser skjematisk et lengdesnitt gjennom en fjellboreanordning ifølge oppfinnelsen som i fjellgrunnen borer en vertikal meget dyp sjakt.

På tegningen betegner 1 en i tverrsnitt sirkulær sjakt som ver-tikalt bores dypt ned i den faste krystallinske fjellgrunn la, f.eks. til over 10 000 m dybde ved hjelp av en fjellboreanordning 2 ifølge oppfinnelsen som drives med trykkluftmotorer. Fjellboreanordningen omfatter et trykkluftmotordrevet sjaktboreaggregat 4 som er forsynt med fire samvirkende fjellborer 3 og som ved hjelp av et teleskoprør 7b er festet til den ene ende av et borttransportrør 7 av stål, hvilket går gjennom den borede sjakt samt med sin andre ende munner ut i atmosfæren 5 ovenfor bakken 6. Borttransportrøret er bygget opp av delrør 7a som er skjøtt sammen med trykklufttette hurtigskjøter. Med jevne mellomrom er det mellom delrørene anbragt trykkluftmotordrevne bære/forflytningsinnretninger 8 som er i friksjonsinngrep med sjaktveggen og samvirker med hverandre. Disse innretninger 8

er anordnet for ved hjelp av organ 8a i friksjonsinngrep med

sjaktveggen å bære fjellboringsanordningen resp. forflytte denne nedad og oppad i sjakten. Fordelaktige slike innretninger vises og beskrives utførlig i ansøkerens samtidig søkte svenske patent (patentansøkning 7612372-8), hvorfor bære/forflytningsinnretning-ene her på tegningen bare er skjematisk tegnet. Innretningenes luftmotorer 9 har trykkluftutløpsrør 10 som, i likhet med trykk-luf tutløpene 11 for sjaktboreaggregatets trykkluftmotorer 12,

er forbundet med borttransportrøret. Til borttransportrøret er også koblet sugerør 12a, for oppsugning av løsboret stenmel, hvilke rør er strukket frem til boreaggregatets fjellborer 3. Trykkluftmotorenes innløpsrør 13, 14 åpner seg alle mot den borede sjakt 1. Innløpsrørene er på kjent måte forsynt med ikke vist luftrenser samt beskyttende struktur mot eventuelt nedfal-lendeStener. Bære/forflytningsinnretningenes samvirkende bæring/forflytning av borttransportrøret og sjaktboreaggregatet samt sjaktboreaggregatets borefunksjon, fjernstyres ved felles påslag resp. avstengning av ikke viste trykkluftreguleringsven-tiler for innretningenes og sjaktboreaggregatets trykkluftmotorer.

Sjakten omfatter en øvre del 15 og en nedre del 16, hvilke begge

i ferdig stand har samme diameter. Den øvre sjaktdel, som f.eks. kan være ca. 2 000 m lang, er forboret gjennom en øvre del 17 av fjellgrunnen hvilken vanligvis inneholder ofte vann-fylte sprekker 18, samt et lite stykke ned i underliggende, homogen fjellgrunn 19, i hvilken eventuelle sprekker er sammenpres-set av det høye fjelltrykk. Den øvre sjaktdel utbores i fjellet med større diameter enn den nedre sjaktdel og fores efter boringen til riktig diameter ved hjelp av en trykklufttett vegg, som f.eks. på kjent måte er bygget opp av stålplate-sylinderrør 20 med en bakenforliggende betongstøpning 21. Den boreanordning og den borefremgangsmåte som prinsipielt beskrives i det foran nevnte tyske patent anvendes fortrinnsvis for å for-bore den øvre sjaktdel.

Når den nedre sjaktdel 16 skal bores i den homogene fjellgrunn til dybder større enn bristelengden, kommer boreanordningen og

-fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen til anvendelse. Det bores da i et homogent fjell som i seg selv praktisk talt er trykklufttett. Den forborede øvre sjaktdel som ved hjelp av den

foran beskrevne foring har trykklufttette vegger, er da oppe ved bakken 6 forsynt med et trykklufttett lukkeorgan, fortrinnsvis i form av en luftsluse 22 av kjent slag. Denne som likeledes kan være utført av stålplate som ovenfor fjellet er omstøpt av en armert betongring 23, har nedre 24, samt øvre sving- og delbare luker 25. Disse er anordnet for, manøvrert av ikke viste ar-beidssylindre, i lukket stilling å tette såvel mot et borttran-sportrør 7 som går gjennom luken som mot hverandre ved hjelp av ikke viste alternative tetninger. I åpen stilling kan lukene slippe igjennom såvel bære/forflytningsinnretningene 8 samt sjaktboreaggregatet 4, og luftslusen er gitt en slik lengde at den kan romme innretningene ved en forflytning nedad hhv. oppad av hele fjellboreanordningen, uten at forflytningsbevegelsen behøver å stanse mellom på hverandre følgende lukemanøvreringer. Fra en på bakken plassert trykkluftkilde 26, f.eks. en luftkom-pressor, er det lagt et trykklufttilførselsrør 27 til luftslusen og et annet trykklufttilførselsrør 28 til den øvre sjaktdel 15. Trykklufttilførselsrørene har hver sin avstengningsventil 29 resp. 30. Et med en avstengningsventil 31 forsynt utløpsrør 32 for trykkluft er ført fra luftslusen ut til atmosfæren 5. Virkemåten for fjellboreanordningen ifølge oppfinnelsen skal nu beskrives, idet det antas at sjaktens 1 øvre del 15 er uttatt og avtettet mot den sprukne fjellgrunn slik som beskrevet, og at boringen av sjaktens nedre del 16 påbegynnes. Luftslusens 22 luke 24 stenges trykklufttett og trykkluft fra trykkluftkilden 26 føres ved åpen avstengningsventil 29 gjennom trykklufttil-førselsrøret 28 ned i den nu lukkede trykklufttette sjakt. Denne fylles suksessivt med trykkluft og er efter en kortere tid satt under trykk med luft av nødvendig overtrykk for såvel drift av fjellboreanordningens trykkluftmotorer 12, 9, som for opptransport av løsboret stenmel. De øvre luker 25 i luftslusen åpnes, og det nederste delrør 7a av borttransportrøret 7 som i den nedre ende ved hjelp av et teleskoprør 7b bærer sjaktboreaggregatet 4 og den nederste bære/forflytningsinnretning 8, løftes ned i luftslusen som stenges. De øvre luker samt avstengningsventilen 31 på utløpsrøret 32 fra luftslusen stenges, og trykkluft inn-føres i luftslusen via avstengningsventilen 30 og trykklufttil-førselsrøret 27. Når trykket er likt på begge sider av de nedre luker 24, åpnes disse og bære/forflytningsinnretningen føres ned til f riks jonsinngrep med s jaktveggen-. Innretningens 8 trykkluftmotorer 9 slås på ved hjelp av dens fjernmanøvrerte trykkluftreguleringsventil, slik at trykkluften i sjakten via trykkluftmotorenes 9 innløpsrør 13 som munner ut i sjakten, får drive trykkluftmotorene. Innretningens og dermed fjellboreanordningens klatring nedad i sjakten kan derved begynne. Nye delrør 7a av borttransportrøret 7 skjøtes på efterhvert under nedklatring-en, likesom nye bære/forflytningsinnretninger 8, inntil sjaktboreaggregatet når sjaktens bunn. Der startes selve boringen ved at sjaktboreaggregatets trykkluftreguleringsventil åpnes ved hjelp av fjernstyring, slik at trykkluften i sjakten på samme måte, via trykkluftmotorenes 12 felles innløpsrør 14 som munner ut i sjakten, når aggregatets trykkluftmotorer. Løsboret stenmel 33 suges opp av sugerørene 12a og blåses opp gjennom bort-transportrøret •av trykkluften som har passert gjennom trykkluftmotorene, til en på bakken plassert ikke vist cyklonseparator, hvor det separeres fra trykkluften. Sjaktboringen er innrettet for å skje i trinn hvis boredybde er bestemt av teleskoprørets 7b lengde. Når teleskoprøret under boringen er blitt helt ut-trukket, fjernstyres fjellboreanordningens bære/forflytnings-innretning til å forflytte borttransportrøret nedad inntil tele-skoprøret igjen er skjøvet sammen og neste boretrinn kan startes. Alt eftersom sjaktboreaggregatet på denne måte eter seg ned gjennom fjellgrunnen skjøtes nye delrør i borttransportrøret, likesom nye bære/forflytningsinnretninger, hvis trykkluftmotorer alle tilføres trykkluft gjennom den trykklufttette, trykk-luf tfylte sjakt. Trykkluft fra trykkluftkilden.26 tilføres sjakten kontinuerlig slik at overtrykket i denne holdes forholds-vis konstant. Da fjellboreanordningen bærer seg selv og trykkluften til dens trykkluftmotorer samt for opptransport av løs-boret stenmel, er tilgjengelig i den borede sjakt, er der, hvis trykkluftkildens effektivitet er tilstrekkelig, ingen grense for hvor dyp sjakten kan bores.

Ved fjellboreanordningens klatring oppad i sjakten forsynes dens trykkluftmotorer selvsagt på samme måte med trykkluft fra sjakten som ved den beskrevne nedklatring. Borttransportrørets del-rør og bære/forflytningsinnretningene demonteres ovenfor luftslusen kontinuerlig fra fjellboreanordningen under oppklatringen, inntil den siste rørdel med siste bære/forflytningsinnretning og sjaktboreaggregatet kan løftes ut av den åpnede luftsluse.

Den beskrevne nedad- resp. oppadklatring i sjakten, hvilken for-flytter sjaktboreaggregatet til resp. fra boreplassen, foretas ved boring av en 10 000 m dyp sjakt kanskje en tretti ganger for utskifting av dets nedslitte boreverktøy.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for ved hjelp av en trykkluftmotordrevet fjellboreanordning (2) å bore dype sjakter (1) i fjellgrunnen, hvilken fjellboreanordning har et sjaktboreaggregat (4) som ved boring kobles slik til den nedre ende av et sentralt i sjaktens tverrsnitt anbragt, mellom sjaktboreaggregatet og atmosfæren (5) utenfor sjakten forløpende borttransportrør (7), at trykkluft som stammer fra en trykkluftkilde (26) og driver sjaktboreaggregatets trykkluftmotorer, bringes til fra aggregatet å strømme° PP gjennom røret til atmosfæren medførende løsboret stenmel (33), hvilket sjaktboreaggregat bæres og forflyttes i sjakten av innretninger som ved hjelp av trykkluft holdes i friksjonsinngrep med sjaktveggen, karakterisert ved at en gjennom og forbi utett fjellgrunn (17) forløpende øvre del (15) av sjakten (1) bores samt trykklufttett avtettes, dels mot fjellgrunnen (17) og dels mot atmosfæren (5) samt borttransport-røret (7) ved sjaktmunningen, at den trykkluftavtettede sjakt forbindes med en trykkluftkilde (26) samt fylles kontinuerlig med trykkluft fra denne for drift av bære/forflytningsinnret-ningenes og sjaktboreaggregatets trykkluftmotorer, at for boring av den følgende sjaktdel (16) som går ned gjennom en homogen fjellgrunn (19), anbringes trykkluftinnlø p (13, 14), som er åpne mot sjakten, på de trykkluftmotorer (9, 12) som skal bringes til å arbeide i den borede sjakt, samt at nevnte trykkluftmotordrev-

ne bære/forflytningsinnretninger (8)v som er i friksjonsinngrep med sjaktveggen, påsettes borttransportrø ret med jevne mellomrom langs røret ned til sjaktboreaggregatet, hvilke innretninger (8) er anordnet for sammen å bære/forflytte fjellboreanordningen i sjakten.

2. Anordning ved en trykkluftmotordrevet fjellboreanordning (2) for utøvelse av fremgangsmåten som angitt i krav 1, hvilken fjellboreanordning omfatter et sjaktboreaggregat (4) som bæres av, og har sine trykkluftmotorers (12) utløp (10) koblet til den nedre ende av et sentralt i sjaktens tverrsnitt anbragt bort-transportrør (7) som forløper gjennom den borede sjakt fra sjaktboreaggregatet opp til atmosfæren (5) ovenfor denne, idet sugerør (12a) er koblet til borttransportrøret for at trykkluft som stammer fra en trykkluftkilde (26) og driver sjaktboreaggregatets trykkluftmotorer når den fra aggregatet strømmer oppad i borttransportrøret skal føre med seg løsboret stenmel (33) fra sjakten, hvilke sugerør (12a) strekker seg ned til sjaktboreaggregatets fjellborer (3), og sjaktboreaggregatet er koblet til bære/forflytningsinnretninger som har gripeorganer hvilke er anordnet for ved hjelp av trykkluft automatisk å føres til og fra friksjonsinngrep med sjaktveggen for bæring og forflytning av sjaktboreaggregatet i sjakten, karakteri-,sert ved at en gjennom og forbi sprukken fjellgrunn (18) forboret øvre del (15) av sjakten (1) har en trykklufttett vegg-foring (20, 21) som tåler f riks jonsinngrep, samt. at sjakten mot atmosfæren (5) og mot borttransportrøret (7), ved sin munning er forsynt med et trykklufttett lukkeorgan (22), at for boring av den følgende ned gjennom en homogen fjellgrunn (19) forløpende sjaktdel (16) har de trykkluftmotorer (9, 12) som skal arbeide i den borede sjakt, trykkluftinnløp (13, 14) som er åpne mot sjakten, idet den trykkluftavtettede sjakt er forbundet med trykkluftkilden (26) samt anordnet for kontinuerlig å fylles med trykkluft fra denne for drift av bære/forflytningsinnret-ningenes og sjaktboreaggregatets (4) trykkluftmotorer, at det på borttransportrøret med jevne mellomrom langs røret ned til sjaktboreaggregatet er festet de trykkluftmotordrevne bære/forflyt-ningsinnretninger (8) som har organer (8a) i friksjonsinngrep med sjaktveggen, hvilke for samtlige bære/forflytningsinnretning-er er anordnet for samordnet å fjernstyres slik at bære/for-flytningsinnretningene sammen bærer/forflytter fjellboreanordningen (2) i sjakten.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at det trykklufttette lukkeorgan (22) omfatter en luftsluse av i og for seg kjent type som tillater passasje av sjaktboreaggregatet (4) og bære/forflytningsinnretningene (8) med stort sett bibeholdt lufttrykk i sjakten.