DE2624079C2 - Verfahren und Bohrgerät zur Herstellung von Gesteins- und Erdbohrlöchern besonderen Querschnitts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Bohrgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

In der schwedischen Auslegeschrift 3 65 022 ist eine Führungsanordnung zur Führung eines oder mehrerer Bohrer beschrieben, mit der eine Reihe von nahe aneinander angrenzenden Löchern gebohrt werden kann, wobei diese Löcher gemeinsam einen tiefen Graben

oder Spalt bilden, in den eine zapfenförmige Wand eingesetzt werden kann. Die Bohranordnung kann auch dazu verwendet werden, Gräben mit gebogener, kreisförmiger und rechtwinkliger Form usw. zu bilden.

Die Bohranordnung erfordert den Einsatz von Fühleinrichtungen, die während des Bohrvorganges die Konturen eines oder mehrerer zuvor gebohrter Löcher ertasten. Die Führungsanordnung und die Fühleinrichtung sind fest miteinander verbunden und werden bewegbar von dem oder den Bohrern an einer Stelle getragen, die bezüglich der tatsächlich arbeitenden Spitze der Bohrkrone einwärts gelegen 1st, und sie sind während des Bohrvorgangs so angeordnet, daß sie den oder die Bohrer in das Loch bzw. in die Löcher über deren gesamte Tiefe begleiten, wodurch die Bohrkrone bzw. die Bohrkronen jeweils im Abstand voneinander und mit den. korrekten Abständen bezüglich des ertasteten Loches bzw. der ertasteten Löcher geführt werden.

Eine derartige Bohranordnung ist oft für die gerade vorliegende Arbeit nützlich, weist jedoch den Nachteil auf, daß der Bohrvorgang in mehreren verschiedenen Stufen erfolgen muß.

Es sind auch Verfahren bzw. Bohrgeräte der einleitend genannten Art bekannt (DE-OS 16 34 487; FR-PS 13 39 533), bei denen die Bohrstangen während ihres Vorrückens mittels einer allen Bohrstangen gemeinsamen und diese umgebenden Führungseinrichtung geführt werden, die mit dem Bohrgestänge starr verbunden ist, wobei die eigentliche Führungsfläche, die mit der Bohrlochwand in Berührung tritt, in kurzem Abstand hinter der Bohrkrone liegt und eine vergleichsweise kurze axiale Länge hat Eine alle Bohrstangen umgebende Führungseinrichtung ist aber nur nut vergleichsweise großem Aufwand herzustellen, insbesondere wenn die Tiefe der herzustellenden Bohrlöcher vergleichsweise groß ist Eine solche Führungseinrichtung ist auch schwierig zu handhaben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Bohrgerät der einleitend genannten Art so auszuführen, daß einwandfreie Führung auf einfache Weise gewährleistet ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile der Patentansprüche 1 und 11 gelöst

Wenn gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 bzv/. 11 jede Bohrstange während ihres Vorrückens im Bohrloch einzeln entlang der Bohrlochwand des bereits erbohrten Teils des herzustellenden Bohrloches geführt wird, können vergleichsweise einfache Führungseinricht'ingen verwendet werden, beispielsweise in Form von jeden einzelnen Bohrstrang umgebenden Rohren, so daß der bauliche Aufwand gering ist. Solche Führungsrohre können auch dann vergleichsweise einfach hergestellt und gehandhabt werden, wenn sie praktisch eine Länge entsprechend der Bohrlochtiefe haben. Ist ein besonders tiefes Loch zu bohren, so kann die Führungseinrichtung auch in Form mehrerer kürzerer Rohrabschnitte vorhanden sein, die nacheinander in das Bohrloch eingetrieben werden.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung sowie des zur Durchführung des Verfahrens dienenden Bohrgerätes sind in weiteren Ansprüchen unter Schutz gestellt

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

F i g. 1 eine Perspektivansicht zur Darstellung des Bohrens eines im wesentlichen geradlinigen Schlitzes mittels vier Senkbohrern, von denen jeder in einer ihn umgebenden Führungseinrichtung aufgenommen ist;

F i g. 2 eine andere Ausführungsform, bei der jeder von zwei Senkbohrern mit einem jeweiligen Bohrstab zusammenarbeitet dem eine Abdichtungsmanschette zugeordnet ist, die so angeordnet ist, daß eine Aufprallwirkung bezüglich einer darunter liegenden Führungseinrichtung entsteht;

F i g. 3 eine Draufsicht von unten einer abgewandelten Ausführungsform mit vier Bohrkronen, die rechtwinklig angeordnet sind, und mit einer dazwischenliegenden Abbaueinrichtung;

Fig!4a—f Beispiele für verschiedene. Formen von Löchern, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Gerät hergestellt werden können; und

Fig.5 eine Perspektivansicht mit weggeschnittenen Teilen zur Darstellung des Bohrens während einer zweiten Phase bei der Herstellung eirjer Lt. wesentlichen geradlinigen Ausnehmung mittels vier Senkbohrern, von denen jeder in einer ihn umgebenden Führungseinrichtung aufgenommen ist wobei :Jn zuvor gebohrtes Loch dazu verwendet wird, die Bohrer 7U führen und die Bohrer drei weitere daran angrenzend angeordnete Löcher bilden.

F i g. 1 zeigt einen Teil eines Bohrgerätes mit vier angrenzend aneinander angeordneten Schwerstangen 1, von denen jeder in einem äußeren Rohr aufgenommen ist das als Führung 2 für die Schwerstange dient Die Schwerstangen werden mittels vier Gelenkbohrstäben 3 in Drehung versetzt, die von einer äußeren nicht dargestellten Kraftquelle angetrieben werden. Druckluft oder irgendein anderes Antriebsfluidmittel, beispielsweise öl, wird über die Gelenkstäbe 3 den Schwerstangen zugeführt Die Führungen 2, die einfache Rohre enthalten können, sind in geeigneter Weise zusammengefügt beispielsweise durch Schweißen.

Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Welle bzw. den Hals einer Bohrkrone 6. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Schmiereinrichtung für die Schwersisngen 1. Auf den Gelenkstäben sind flügelähnliche Flansche 3a angeordnet, die dazu eingerichtet sind. Wandungen eines gebohrten Loches von Erde, Steinen usw. zu reinigen, die dort hineinfallen. Bei einer derartigen Bohranordnung übernehmen die Führungen 2 eine im wesentlichen passive Rolle, da die Bohrkronen nach den Führungen in den Boden getrieben werden. Es kann daher nicht gesagt werden, daß die Führungen 2 irgendeine aSctive Abbautätigkeit ausüben.

Die Bohranordnung ergibt jedoch die einfache Möglichkeit, Löcher mit verschiedenem äußeren Profil zu bohren, indem die Führungen 2 in irgendeiner geeigneten Weise zusammengefügt werden, urn einen Schlitz mit der geeigneten Form zu bilden. Die geschweißten Verbindungen 4 zwischen den Führungen 2 tragen zur Säuberung der gebohrten Löcher bei. Die Bohranordnung ist besonders geeignet zum Bohren von Gestein oder Fels, da die zuvor erwähnte beträchtliche Reibung nicht auf die Führungen wirkt, weil sie keinem Aulprall ausgesetzt sind

Bei der in F i g. 2 gezeigten anderen Ausführungsform sind die Schwerstangen 10 oberhalb der Oberfläche des Bodens angeordnet und begleiten nicht die Bewegung der Bohrkronen. Statt dessen ist jede Schwerstange 10 mit einem sogenannten Halsadapter 11 versehen, der über eine VerbinHungshülse 12 mit einem angelenkten Stab 13 verbunden ist. Die Hülsen 12 sind so angeordnet daß sie Aufprallkräfte gegen die darunterliegenden Führungen 14 der Gelenkstäbe 13 ausüben können. Unterhalb der Führungen 14 sind getrennte Abbaueinrich-

tungen 15, 16 angeordnet. Die angelenkten Stäbe 13 sind mit den Halsstücken 19 der jeweiligen Bohrkronen 18 über weitere, untere Verbindungshülsen 17 verbunden. Eine Spülflüssigkeit wird in eine Spülöffnung 22 im Bereich der Führungen 14 eingelassen und gelangt zu den Bohrkronen 18 durch einen zentralen Kanal 21. Diese Ausführungsform ist als flexibler zu bezeichnen als die Ausführungsform nach Fig. 1. Die Führungen 14 übernehmen eine eher aktive Rolle beim Abputzen bzw. Abwaschen des gebohrten Loches, da sie durch die Verbindungshülsen 12 nach unten gehämmert werden. Diese Ausführungsform ist daher besonders geeignet zum Bohren in Erde und in losem Gestein. Die Bohranordnung kann von einer herkömmlichen Maschine angetrieben werden, die oberhalb der Oberfläche des zu bohrenden Bodens angeordnet ist.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist ein geringes axiales Spie! /wischen den Führungen 14 vorgesehen. Dies bedeutet, daß die Führungen 14 keinen Äufprallkräften ausgesetzt werden können, wenn Sie so festgehalten werden, daß sie daran gehindert werden, hochgezogen zu werden.

Wenn eine Führung auf ein Hindernis trifft, so hebt sie die darüberliegende Verbindungshülse 12 nach oben ab. Die Führung 14 ist somit in der Lage, das Hindernis auf ihrem Weg zu zerkleinern. Diese zusätzliche Kraft wird durch die Schwerstangen 10 geliefert, die auf die Führungen 14 über die Verbindungshülsen 12 einwirken. Wenn der Bohrer selbst auf ein Hindernis trifft, so werden die Führungen 14 nicht angehoben. Das Anhebsn der Führungen 14 erfolgt nur, wenn die Führungen selbst ein Hindernis antreffen.

In Fig.3 ist eine Bohranordnung gezeigt, die vier Bohrkronen 20 umfaßt, die in Form eines Rechteckes angeordnet sind. Die Bohrkronen sind in herkömmlieher Weise mit Zapfen 21 und Spüllöchern 22 versehen. Zwischen den Bohrkronen ist eine kreuzförmige Abbauvorrichtung 23 angeordnet, mit einer zentralen Abbaueinrichtung 24, die als Bohrkrone dient und deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Bohrkronen 20.

F i g. 4 zeigt eine Anzahl von Beispielen für Lochgestalten, die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden können. Diese Gestalten sind nur Beispiele, und es können andere Gestalten oder Formen als die hier gezeigten geplant werden.

F i g. 5 zeigt einen Teil des Bohrgerätes mit vier aneinander angrenzend angeordneten Schwerstangen 1, von denen jeder in einer ihn umgebenden Führungseinrichtung 2' aufgenommen ist wobei diese Führungseinrichtungen in besonderer Weise aufgebaut sind. Die Schwerstangen werden mittels vier angelenkten Stäben 3 in Drehung versetzt, die von einer äußeren (nicht dargestellten) Kraftquelle angetrieben werden. Druckluft oder irgendein anderes Arbeitsmedium, beispielsweise ÖL wird den Schwerstangen durch die Gelenkstäbe 3 hindurch zugeführt Das Bezugszeichen 5 bezeichnet die Welle bzw. den Hals jeweils einer Schwerstange. Die Bezugszeichen 10 und 13 bezeichnen aneinander angrenzend angeordnete Löcher, die zuvor mit den vier Schwerstangen gebohrt wurden. Während des Bohrvorganges sind die Wandungen zwischen den nebeneinanderliegenden, zuvor gebohrten Löchern entfernt worden, um eine durchgehende Ausnehmung zu bilden.

Bei der gezeigten Ausführungsform sind alle Führungseinrichtungen "X mit einer Anzahl von Abst?-ndseinrichtungen 2'a in Form von radial und axial sich erstreckenden Vorsprüngen bzw. Flanschen auf den äußeren Oberflächen der Führungseinrichtungen versehen. Die Flansche 2'a des in das zuvor gebohrte Loch 13 eingesetzten Bohrers gelangen in Eingriff mit den verbleibenden Wandungen der Löcher, um die gesamte Bohranordnung bezüglich dieses Loches 13 zu führen, wodurch alle Bohrerspitzen 6 zentriert und bezüglich der Achse der zuvor gebohrten Löcher ausgerichtet werden. Aufgrund der Tatsache, daß nur die Flansche bzw. Abstandseinrichtungen 2'a mit den Wandungen der Löcher in Eingriff gelangen, wird eine beträchtliche Reduzierung der Reibungsverluste während eines Bohrvorganges erreicht. Hierbei führen die Flansche bzw. Abstandseinrichtungen 2'a die Bohrer für die weiteren Löcher. Dadurch wird eine genaue Führung erhalten, auch wenn zusammengefallene Teile des Gesteins oder Bodens vorhanden sind. Die Führungseinrichtung kann auch leicht in die gewünschte Tiefe eingesetzt werden.

Aufgrund der Tatsache, daß bei der dargestellten Ausführungsform alle Führungseinrichtungen 2' mit Abstandselementen in Form von Flanschen versehen sind, tragen diese ferner zum Abbau der gebohrten Löcher bei.

Wenn eine genauere Führung gewünscht wird, so können zwei oder mehr mit Abstandselementen versehene Führungseinrichtungen in die zuvor gebohrten Löcher eingesetzt werden. Es ergibt sich auch der zusätzliche Vorteil der Führung der Bohrerspitzen, die neue Löcher in der gewünschten Weise bohren sollen, beispielsweise mit einer bestimmten Neigung bezüglich der zuvor gebohrten Löcher. Die Führungseinrichtungen der Bohrstäbe sind in diesem Falle in der Lage, bezüglich ihres Winkels zu der Führungseinrichtung, die in die zuvor gebohrten Löcher (nicht dargestellt) eingesetzt sind, eingestellt zu werden.

Es ist leicht einzusehen, daß die Abstandselemente eine andere Form aufweisen können als die von sich in axialer Richtung erstreckenden Flanschen. Wahlweise können die Abstandselemente Teile umfassen, die von den Führungseinrichtungen getrennt sind. In bestimmten Fällen brauchen sie sich nicht in axialer Richtung zu erstrecken sondern können mehr oder weniger punktlinear sein.

Als Beispiel für die sich aus der Erfindung ergebenden Vorteile soll erwähnt werden, daß eine in der Praxis verwendete Bohrkrone mit einem Durchmesser von 25 cm 35 000 schwedische Kronen kostet (Mai 1976). Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dasselbe Ergebnis durch Anwendung von vier kleineren Bohrkronen in Standardausführung erreicht werden, die in einer rechteckähnlichen Weise angeordnet sin'V wobei diese Bohrkronen zusammen 5000 schwedische Kronen kosten. Aus Gründen der Vollständigkeit muß natürlich erwähnt werden, daß die Kosten für die Führungseinrichtung usw. zu dieser Summe hinzugerechnet werden müssen. Es ist jedoch leicht einzusehen, daß diese zusätzlichen Kosten vernachlässigbar sind im Vergleich zu dem Gewinn, der durch die Erfindung bei den Kosten für die Bohrerkronen erzielt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gesteins- und Erdbohrlöchern besonderen Querschnitts, bei dem zwei oder mehr mit Bohrkronen versehene Bohrstangen einzeln angetrieben werden, wobei die Gesamtheit der einzelnen Bohrlochquerschnitte kleiner gehalten wird als die Grundfläche des sich ergebenden Gesamtbohrlochs, bei dem des weiteren die einzelnen Bohrkronen umfangsmäßig in Kontakt zueinander oder radial in einem kleinen Abstand voneinander und im wesentlichen auf derselben Höhe gehalten werden, und bei dem die Bohrstangen während ihres Vorrückens im Bohrloch entlang der Bohrlochwand des bereits erbohrten Teils des herzustellenden Bohrlochs geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bohrstange während ihres ,Vorrückens im Bohrloch einzeln entlang der Bohriofclfwand des bereits erbohrten Teils des herzustellenden Bohrlochs geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Führungseinrichtungen miteinander verbunden werden, wobei eine gemeinsame Führung gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtungen so zu der gemeinsamen Führung verbunden werden, daß ein geringes axiales Spiel zwischen den einzelnen Teilen der gemeinsemen Führung verbleibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß t»e einzelne Führungseinrichtung bzw. die gemeinsame Führung entlang der Wandung des während des iohrvorganges bereits gebohrten Lochteils geführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere lappenartige Flansche entlang den Bohrstangen angeordnet und dazu verwendet werden, die Wandungen des während des Bohrvorganges bereits gebohrten Lochteils zu säubern.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung bzw. die Führungseinrichtungen während des Bohrvorganges als Abbaueinrichtungen verwendet werden, durch die Zwischenbereiche abgetragen werden, die zwischen den gebohrten Löchern vorhanden sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bohrkrone von einer Schwerstange belastet wird, die innerhalb der ihr zugeordneten Führungseinrichtung in das Bohrloch vorrückt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Drehen und Vortreiben der Bohrstangen komprimierte Luft verwendet wird, die einen Schmierstoff enthält, wobei ein Teil des komprimierten Luft/Schmierstoff-Gemisches dazu verwende» wird, einen Schmierfilm zwischen der Führungseinrichtung und der Schwerstange sowie zwischen dieser und der Bohrstange zu bilden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für das Bohren von zwei oder mehr Löchern, die angrenzend an eines oder mehrere zuvor gebohrte Löcher liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung mit einem Abstandselement versehen und in eines der zuvor gebohrten Löcher eingesetzt wird, wobei das Abstandselement den Bohrer beim Bohren von weiteren Löchern durch Eingriff mit den verbliebenen Wandteilen des zuvor gebohr-" ten Loches fuhrt

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr mit Abstandselementen versehene Führungseinrichtungen miteinander verbunden und die Führungseinrichtungen mit den Abstandselementen in eine entsprechende Anzahl von zuvor gebohrten Löchern eingesetzt we·, den.

11. Bohrgerät zur Durchführung des Verfahrens ίο nach den Ansprüchen 1 bis 10, mit zwei oder mehr Bohrstangen, die jeweils mit einer Bohrkrone versehen sind, welche im wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet sind sowie miteinander in Kontakt stehen oder radial nur durch einen relativ geringen Abis stand voneinander getrennt sind, und die des weiteren eine Drehbewegung jeweils nur um ihre eigene Achse ausführen, wobei zumindest eine Einrichtung zum Führen der Bohrstangen entlang der Wandung des bereits hergestellten Bohrlochteils vorgesehen ist. dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelnen Bohrstange (3,13) für die Führung entlang der Bohrlochwand des bereits erbohrten Teils des herzustellenden Bohrlochs eine separate Führungseinrichtung (2,14) zugeordnet ist.

12. Bohrgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Führungseinrichtungen (2) radial miteinander verbunden sind und sich die Bohrstangen (3) jeweils axial durch eine der Führungseinrichtungen (2) erstrecken.

13. Bohrgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Führungseinrichtung (2) zusätzlich zur Bohrstange (3) noch eine Schwerstange (1) umgibt.

14. Bohrgerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine. Anzahl von Schwerstangen (10) mit Halsadaptern (11) und mit Verbindungshülsen (12) versehen ist, wobei die Führungseinrichtung (14) jeweils unterhalb der Hülse (12) vorgesehen und von dieser mit einer Schlagkraft beaufschlagbar ist

15. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der zum Einsetzen in ein zuvor gebohrtes Loch bestimmten Führungseinrichtungen (2) mit einem Ab-Standselement (2'a) versehen ist, das an die verbleibende Wandung des gebohrten Loches anlegbar ist

16. Bohrgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement sich radial nach außen erstreckende Vorsprünge (2'a^an der Mantelfläche der Führungseinrichtung (2) aufweist.

17. Bohrgerät nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (2') einer zum Bohren eines neuen Loches vorgesehenem Bohrstange bezüglich der in dem bereits zuvor gebohrten Loch eingesetzten Führungseinrichtung (2') winkelmäßig einstellbar ist