DE2635489A1 - Zusammengesetzte verlaengerungsstange zum ankuppeln eines bohrwerkzeugs und eines ausserhalb eines bohrlochs gelegenen hammers - Google Patents

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Patentanwälte

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503-25.883P 6. 8. 1976

UGIiJE ACIERS, Paris (Prankreich)

Zusammengesetzte Verlängerungsstange zum Ankuppeln eines Bohrwerkzeugs und eines außerhalb eines Bohrlochs gelegenen Bammers

Die Erfindung betrifft eine zusammengesetzte Verlängerungsstange für die Übertragung von Stoßen auf eine in einem Bohrloch befindliche Bohrmeißelschneide, wobei die Stöße durch eine außerhalb des Bohrlochs angeordnete Schlagvorrichtung erzeugt werden.

Es wurden bereits seit langem verschiedene Verfahren und Technologien für das Bohren von Bohrlöchern beschrieben und angewendet, die für das Bohrwerkzeug die Übertragung entweder einer Dreh- oder einer Verschiebebewegung benötigten, verbunden mit einer Schlag- und Drehwirkung.

Für den Fall des Bohrens von Bohrlöchern mit großem Durchmesser 503-(BR 1834)

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und großer Tiefe werden in der Spezialliteratur zahlreiche Verfahren angepriesen, etwa:

das Drehbohren, das die Hauptnachteile aufweist, lang und teuer zu sein;

das Schlagbohren, bei dem das verwendete Werkzeug mit großem Durchmesser durch eine Drehung und wiederholte Schläge eingetrieben wird. Ein derartiges Verfahren bietet jedoch einen langsamen Vorschub des Werkzeugs, dessen Schneide bei Berührung mit hartem Gestein schnell stumpf wird, was ein häufiges Wechseln des Werkzeugs erfordert;

das Bohren mit Bohrmeißel, bei dem das Werkzeug durch die Wirkung eines z.B. pneumatischen Hammers eingetrieben wird, dessen Schlagfolge schnell ist. Dieses Verfahren gestattet sicherlich die wirksame Ausführung einer Probebohrung. Es sei jedoch angegeben, daß beim Bergwerksbetrieb eine Tiefe von 12 m ein Maximum ist, das schwer überschritten werden kann.

Das Tiefbohren jedoch, wie es bei den bisherigen Verfahren ausgeführt wird, wird unmittelbar von der Bodenoberfläche gesteuert, wo sich eine geeignete Ausrüstung befindet, etwa beispielsweise die pneumatischen oder elektrischen Hämmer.

Demzufolge wird der Schlag des Hammers auf das Bohrwerkzeug durch eine Anordnung aneinandergekuppelter Stäbe übertragen, die im allgemeinen mit einem axialen Kanal versehen sind, der den Durchtritt eines gasförmigen oder flüssigen Fluids ermöglicht, das nicht nur zum Kühlen des arbeitenden Werkzeugs, sondern ebenfalls zum Entfernen der sich am Boden des Bohrlochs im Verlauf der Bearbeitung vorfindenden Bohrabfälle erforderlich ist.

Es wurde daher eine gewisse Zerbrechlichkeit der hohlen Stäbe festgestellt, die für das Bohren in großer Tiefe zusam-

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mengebaut sind und entweder in Höhe der Verbindungen oder auch noch außerhalb dieser besonderen Zonen zerbrechen.

Nun ist es aber bekannt, daß die einstückigen hohlen gewalzten oder stranggepreßten Kupplungsstäbe mit rundem oder vieleckigem Außenprofil, deren mit Gewinde versehene Enden zur Aufnahme entweder der Kupplungshülsen oder der Bohrschneide selbst dienen, eine empfindliche Ausführungsform sind aufgrund der erforderlichen mechanischen Eigenschaften, die ihnen eine ausreichende mittlere Lebensdauer verleihen, die mit den Herstellungskosten eines Bohrers vereinbar ist. Es ist tatsächlich schwierig, durch Walzen oder Strangpressen eine Kupplungsstange von 5 bis 6 m Länge mit abschließender Wärmebehandlung (Einsatzhärtung, Abschrecken ...) herzustellen, die an jeder Stelle eine gute Ermüdungsfestigkeit aufweist als Folge der abwechselnden Zug- und Druckkräfte.

Es wurden Lösungen empfohlen zum Beseitigen oder wenigstens Abmildern der genannten Nachteile. So wurde z.B. vorgeschlagen, die Schlagvorrichtung unmittelbar am Schneidwerkzeug so anzubringen, daß die Vorrichtung unmittelbar nach dem von ihr betätigten Werkzeug in das Bohrloch eingeführt und entsprechend dem Vorschub des Bohrers abgesenkt wird.

Diese Technik, genannt "Hammer außerhalb des Bohrlochs", erlaubt keine Verwendung von kraftvollen Hämmern, weil deren Volumen durch den Durchmesser des gebohrten Bohrlochs begrenzt ist. Die Technik "Hammer am Bohrlochgrund¹¹ ermöglicht dagegen die Verwendung sehr kräftiger Maschinen, insbesondere mit hydraulischen Hämmern.

Die Vergrößerung dieser Bohrleistung gibt dem Fachmann auf, Bohrstangen hoher Festigkeit zu suchen.

Die zusammengesetzte Verlangerungsstange gemäß der vorliegenden Erfindung bringt eine echte Lösung der angetroffenen Schwierig-

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keiten.

Die erfindungsgemäße zusammengesetzte Verlängerungsstange zum Ankuppeln eines Bohrwerkzeugs und eines außerhalb des Bohrlochs gelegenen Hammers, wobei das Bohren bei Untertage- und übertagarbeiten ausgeführt wird, ist gekennzeichnet durch eine mittige Leitung, um die herum mechanisch hochfeste Stangen angeordnet sind, wobei die Anordnung außen ummantelt und an ihren Enden mit Anschlußhülsen versehen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt in der der Kupplung am nächsten gelegenen Zone;

Fig. 2 einen Querschnitt A-A der zusammengesetzten Verlängerungsstange;

Fig. 3 einen Querschnitt einer Kombination aus einer mittigen, auf ihrem Außenumfang mit Ausnehmungen versehenen Leitung und aus massiven zylindrischen Stangen;

Fig. 4 einen Querschnitt einer Kombination aus einer mittigen zylindrischen Leitung und aus massiven Stangen mit halbmondförmigem Profil, deren konkave Oberfläche auf der Außenfläche der mittigen Leitung aufliegt;

Fig. 5 einen Querschnitt einer Kombination aus einer zylindrischen mittigen Leitung und aus massiven Stangen mit einem halbmondförmigen abgeschnittenen Querschnitt;

Fig. 6 einen Querschnitt einer Kombination aus einer zylindrischen mittigen Leitung und aus massiven Stangen, deren Querschnitt trapezförmig mit gekrümmten Grundlinien

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ausgebildet ist;

Fig. 7 und 8 Querschnitte einer Kombination aus einer zylindrischen mittigen Leitung mit gezackter Außenwand und aus massiven zylindrischen Stangen, deren Außenwände ebenfalls gezackt sind. Fig. 8 zeigt vergrößert das Eingreifen zweier massiver Stangen in die mittige Leitung.

Gemäß Fig. 1 besteht eine Verlängerungsstange nach der Erfindung aus einem Stabkörper 1, der an seinen Enden mit einer angesetzten Kupplung 2 versehen ist.

Der Stabkörper 1 besteht aus einer Leitung 3, aus massiven und langgestreckten Stangen 4 und aus einer Ummantelung 5, die den Zusammenhalt zwischen der Leitung 3 und der Anordnung von Stangen 4 sicherstellt.

Die Leitung 3, deren Querschnitt kreisförmig, elliptisch oder vieleckig mit glatter, mit Ausnehmungen versehener oder gezahnter Kontur sein kann, erlaubt ein Fördern eines Bohrfluids bis zum Grund des Hohlraums und gewährleistet somit zwei wesentliche Funktionen, nämlich das Kühlen des Bohrwerkzeugs und das Entfernen der entsprechenden Abbaurückstände.

Insbesondere zeigt Fig. 3 eine Leitung 3 mit mit Ausnehmungen versehener Kontur, wobei jede Ausnehmung 9 als Sitz für eine zylindrische Stange 4 dient und somit eine selbstblockierende Kombination erzeugt.

Gemäß einer weiteren in Fig. 4 gezeigten Variante weist die Leitung 3 eine glatte Innenwand auf, während die massiven Stangen 4 einen halbmondförmigen Querschnitt aufweisen, dessen gekrümmtes konkaves Element 10 in dichter Berührung mit der Leitung 3 steht.

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Fig. 5 zeigt auch noch eine weitere Variante, die eine Leitung 3 mit glatter Wand und massive Stangen 4 mit halbmondförmigem geschnittenem Querschnitt so anordnet, daß ein gekrümmtes konkaves Element 11 in dichter Berührung mit der Wand der Leitung 3 steht, während ein gekrümmtes Element 12 des abgeschnittenen Teils ebenfalls in dichter Berührung mit einem Teil eines konvexen gekrümmten Elements 13 der benachbarten Stange steht.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung der Leitung 3 mit glatter Wand und mit massiven Stangen 14, die einen trapezförmigen Querschnitt mit gekrümmten Grundlinien aufweisen. Dabei steht die kleine gekrümmte Grundlinie 15 in dichter Berührung mit der Außenwand der Leitung 3, während jedes Seitenelement 16 dieser Stange gemeinsam mit der benachbarten Stange ausgebildet ist.

Fig. 7 und 8 zeigen eine Anordnung mit einer Leitung 3 mit gezahnter Außenwand 17 von gelappter, gezackter, geriffelter usw. Art und massive Stangen 18 mit gezahnter Außenwand 19, wobei jeder erhabene Teil die Eigenschaft hat, in einen hohlen Teil einzudringen.

Die mittige Leitung kann aus sehr unterschiedlichen Materialarten hergestellt werden, die ihm einen physikalischen Zustand erteilen, der von starr bis zu biegsam geht. So kann eine derartige Leitung aus Metall sein. Sie kann aber auch aus einer biegsamen Rohrleitung aus einem Polymermaterial sein, das verstärkt ist durch Metallelemente, z.B. eine biegsame Hülle, ein Geflecht usw., und durch Textilerzeugnisse, etwa mechanisch hochfeste Synthesefasern, Glasfasern oder auch noch weit mehr ausgearbeitete Erzeugnisse, etwa Gitter aus gegossenem Polymermaterial, Gewebe und Vliese. Dies erfolgt in der Weise, daß die Leitung auf dichte Weise den Umlauf des Fluids übernimmt, das zum Kühlen des Einwirkungswerkzeugs und zum Entfernen

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der Abbaurückstände bestimmt ist.

Die massiven und langgestreckten Stangen, deren Querschnitt kreisförmig, elliptisch, vieleckig, halbmondförmig oder beschnitten halbmondförmig mit glatter oder gezackter Kontur sein kann, haben die Aufgabe, die Stöße zu übertragen, die von der Schlagvorrichtung bis zum Bohrwerkzeug übertragen werden, das in Berührung mit dem Grund des aufzuschließenden Bohrlochs stehen.

Diese Stangen können aus verschiedenen·Materialarten bestehen, etwa aus Metallen, mechanisch hochfesten Polymeren, die gegebenenfalls durch eine Bewehrung verstärkt sind, aus Glasfasern und aus gewissen Synthesefasern, die durch hochfeste Kunstharze verbunden sind.

Diese Stangen werden leicht durch wohlbekannte Techniken hergestellt, etwa z.B. durch Walzen, Fließpressen, Ziehen, Verstrecken, Extrudieren oder auch noch Gießen, und weisen somit angemessene mechanische Eigenschaften auf, um den Ermüdungserscheinungen zu widerstehen. Diese mechanischen Eigenschaften sind viel höher als diejenige der für gewöhnlich beim Bohren mit außerhalb des Bohrlochs befindlichem Hammer verwendeten einstückigen hohlen Kupplungsstäbe.

Es ist von Bedeutung festzustellen, daß es gemäß dem Profil der mittigen Leitung und der massiven Stäbe möglich ist, zusammengesetzte Verlängerungsstangen zu erhalten, die einen mehr oder weniger großen Torsionswiderstand aufweisen.

Somit sind beispielsweise bei der Übertragung eines Drehmoments die Stangen einer Torsionswirkung ausgesetzt, die eine gewisse Neigung für ihr Lösen hervorbringen kann. Infolgedessen verhindert eine Konstruktion der in Fig. 2 bis 8 gezeigten Art die gegenseitige Verschiebung der massiven Stangen und der mittigen Leitung und ergibt eine zusammengesetzte Verlängerungs-

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stange von sehr einheitlichem Aufbau, die jeglichen Verformungen völlig widersteht.

Die Ummantelung 5 gewährleistet den Zusammenhalt zwischen der Leitung 3 und der Anordnung der Stangen 4. Sie kann aus einem hochfesten metallischen oder polymeren Material hergestellt werden, das in Form eines MetalJgsfiLechte oder uch noch in Form eines umsponnenen verdrallten oder nicht VerdraTLtenDRahts von geringem Durchmesser und kreisförmigem oder vieleckigem Querschnitt vorliegt. Die Ummantelung kann aber auch durch das Umspinnen eines verdrallten Seils ausgeführt werden.

Im allgemeinen weist die Leitung 3 eine größere Länge als die Länge der Stangen 4 auf. Bei gewissen Anwendungen können jedoch die Längen identisch sein.

Die angesetzte Kupplung 2 bekannter Bauart wird leicht durch übliche Bearbeitungs- und Wärmebehandlungsverfahren hergestellt und ist ein mechanisches Teil geringer Länge, das mit einem Aufnehmer 6 versehen ist, der auf das Ende der zusammengesetzten Verlängerungsstange 1 paßt. Versehen mit einer Leitung 7 mit demselben Durchmesser wie die Leitung 3 für den Umlauf des Bohrfluids durch die verschiedenen Verlängerungsstangen, kann die Kupplung 2 ebenfalls mit einer Dichtung 8 versehen sein, die die Abdichtung zwischen den Leitungen 3 und 7 herstellt.

Die angesetzte Kupplung 2 ist im allgemeinen am Ende der zusammengesetzten Verlängerungsstange 1 gemäß einem Verfahren befestigt, das dem Hartlöten, Verleimen, mechanischen Bördeln oder jedem anderen Mittel entspricht, das besonders an diese Befestigungsart angepaßt ist.

Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, zwischen der Kupplung 2 und der zusammengesetzten Verlängerungsstange 1 eine Hülse aus synthetischem Material, etwa z.B. Kautschuk, Neopren, Poly-

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urethan, Polyamide, Polyvinylchlorid usw. anzuordnen, wobei diese Hülse die grundlegende Eigenschaft hat, die Querschwingungen der Anordnung zu dämpfen und den Lärm abzuschwächen.

Befindet sich die Schlagvorrichtung außerhalb des Bohrlochs, so werden infolgedessen die Stöße über das Bündel aus Stangen 4 auf die Schneide übertragen, während das Bohrfluid in der Leitung 3 gefördert wird, die erfindungsgemäß einen weitaus größeren Innendurchmesser aufweisen kann, der eine starke Verminderung des Druckabfalls dieses Bohrfluids ermöglicht.

Somit wird unabhängig von der Art des außerhalb des Bohrlochs angeordneten schlagenden Hammers das Entfernen der Abfälle allein durch Erhöhen des eingeführten Volumens des Bohrfluids erleichtert, und zwar unabhängig von der erreichten Tiefe, während die zusammengesetzten Verlängerungsstangen nicht mehr Gefahr laufen, unter der Wirkung der Schlagkraft zu zerbrechen, die auf das Bündel der massiven Stangen 4 verteilt ist.

Die Verlängerungsstange nach der Erfindung ist besonders gut an die moderne Bohrtechnik mit einem auf einer Gleitbahn angebrachten hydraulischen oder pneumatischen Hammer angepaßt. Die Gleitbahn ist ihrerseits, allein oder in Begleitung mit mehreren ähnlichen Gleitbahnen, auf einem unabhängigen Wagen befestigt. Das Ganze bildet eine allgemein als Bohr-Jumbo bezeichnete Maschine, die heute laufend zum Aushöhen von Stollen und Tunneln verwendet wird.

Ansprüche:

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Claims (7)

1. Ansprüche

   (\Ί Zusammengesetzte Verlängerungsstange zum Ankuppeln eines Bohrwerkzeugs und eines außerhalb eines Bohrlochs gelegenen Hammers, wobei das Bohren bei Untertage- und Übertagearbeiten ausgeführt wird, gekennzeichnet durch eine mittige Leitung (3), um die herum mechanisch hochfeste Stangen (4; 14; 18) angeordnet sind, wobei die Anordnung außen ummantelt und an ihren Enden mit Anschlußhülsen versehen ist.
2. 2. Verlängerungsstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Leitung (3) und die mechanisch hochfesten Stangen (4; 14; 18) einen Querschnitt haben, der kreisförmig, elliptisch oder vieleckig ist mit glatter, mit Ausnehmungen versehener oder gezackter Kontur.
3. 3. Verlängerungsstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Leitung (3) aus einem biegsamen Polymer hergestellt ist.
4. 4. Verlängerungsstange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Leitung (3) verstärkt ist durch Gitter aus einem Metall oder einem Polymer, durch mechanisch hochfeste Synthesefasern, durch Glasfasern, durch Gewebe oder durch Vliese.
5. 5. Verlängerungsstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Leitung (3) aus metallischem Material hergestellt ist.
6. 6. Verlängerungsstange nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (4; 14; 18) aus Metallen, aus mechanisch hochfesten Polymeren, aus durch eine Armierung verstärkten Polymeren, aus Glasfasern und aus gewissen

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   durch hochfeste Kunstharze verbundene Synthesefasern bestehen.
7. 7. Verlängerungsstange nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ummantelung (5) ausgeführt ist durch ein Metallgitter, durch Umspinnen mit einem dünnen Draht mit glattem kreisförmigen oder vieleckigem Querschnitt, oder durch Umspinnen mit einem verdrallten Seil.

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