DE3209659A1

DE3209659A1 - Fuehrungsvorrichtung fuer gesteinsbohrer

Info

Publication number: DE3209659A1
Application number: DE19823209659
Authority: DE
Inventors: Bernt Sören 81200 Storvik Liljekvist
Original assignee: Santrade Ltd
Current assignee: Santrade Ltd
Priority date: 1981-03-19
Filing date: 1982-03-17
Publication date: 1982-09-30
Also published as: AU546807B2; FI820973A7; AU8151882A; AT379863B; ATA108082A; BR8201465A; FR2502234B1; FI820973L; NO820871L; ZA821378B; FR2502234A1; SE8101749L; SE442532B; US4441565A; CA1161830A

Description

-5-Führungsvorrichtung für Gesteinsbohrer

Die Erfindung bezieht sich auf eine Führungsvorrichtung für Stoß- bzw. Schlagbohrer und betrifft insbesondere Führungseinrichtungen beim Gesteinsbohren zum Führen einer Schlagbohrkolonne mit einer Führungshülse, die bezüglich der Bohrkolonne drehbar und geeignet derart ausgestaltet ist, daß sie während des Bohrais dieser axial folgt. Spezieil betrifft die Erfindung eine Führungshülse und eine Bohrstange, die geeignet so ausgestaltet sind, daß sie in den Führungseinrichtungen benutzt werden können.

Beim Gesteinsbohren mittels einer Schlagbohrkolonne mit mehreren aufeinanderfolgenden Bohrstangen hat der Bohrkopf normalerweise einen größeren Durchmesser als die Kupplungshülsen, welche die Bohrstangen miteinander verbinden, wodurch die" Möglichkeit geschaffen ist, daß der Abfall aus dem Bohrloch herausgeschwemmt oder herausgeschoben wird und die Bohrstangen gedreht werden. Infolgedessen gibt es ein Risiko, daß die Bohrkolonne gebogen wird mit dem Ergebnis, daß die fortlaufende Geradheit des Loches nicht erreicht wird. Zur Verbesserung dieser Geradlinigkeit ist vorgeschlagen worden, besondere Führungshülsen zu verwenden, die einen größeren Durchmesser als herkömmliche Kupplungshülsen haben und mit sich längs erstreckenden Rippen versehen sind, um einen Beipaß des Abfalls zu erlauben. Eine Führungshülse dieser Art ist in der ÜS-PS 3 136 377 gezeigt. Diese bekannten Führungshülsen sollen im Normal-· betrieb zusammen mit der Bohrkolonne rotieren. Falls jedoch Drehhindernisse für die Führungshülse während des Bohrens auftreten sollten, kann noch weitergebohrt werden, denn die Bohrkolonne kann unabhängig von der Führungshülse rotieren. Man hat jedoch in der Praxis festgestellt, daß die Rippen der Führungshülse tatsächlich eine derart große Reibung gegen die Wand des Bohrloches hervorrufen, daß die Rotation der Bohrkolonne schwieriger ist, und es entsteht großer Abrieb auf der Führungshülse an ihren Endflächen.

Gemäß der US-PS 2 072 320 werden Rollenlager zwischen der Führungshülse und der Bohrkolonne in einer Bohrkolonne für das Drehbohren verwendet. Dies ist eine teure Lösung, die außerdem beim Schlagbohren ungeeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung verbesserter Führungseinrichtungen zum Führen der Schlagbohrkolonnen, welche die vorstehenden Nachteile nicht haben.

Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung, die Führungshülse und eine dieselbe tragende Bohrstange derart auszugestalten, daß eine vereinfachte Montage der Führungshülse erhalten wird. Die vorstehende Aufgabe und die genannten Merkmale sowie andere Zwecke erhält man erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale in den Ansprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert, in welchen als Beispiel eine Ausführungsform gezeigt ist. Es versteht sich, daß diese Ausführungsform nur zur Veranschaulichung der Erfindung dient und verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Figur 1 zeigt das Vorderteil einer Schlagbohrkolonne, die mit den Führungseinrichtungen gemäß der Erfindung versehen ist.

Figur 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Figur 1.
30

Figur 3 zeigt die Führungseinrichtungen in Figur 1 in einem vergrößerten Maßstab.

Nach Figur 1 weist die Schlagbohrkolonne, die allgemein mit 10 bezeichnet ist, eine vordere Bohrstange 11 auf, welche eine Gesteinsbohrkrone 12 trägt. Nach rückwärts hin ist die Bohrstange 11 mit einem mit Gewinde versehenen Teil 13 versehen, welches in herkömmlicher Weise mit einem

-i-

Gewindeteil 15 auf einer Bohrstange 16 mittels einer Kupplungshülse 14 verbunden.ist.

Eine Führungshülse 17 ist außerhalb der Kupplungshülse 14 und koaxial zu dieser angeordnet. Die Führungshülse 17 ist mit Rippen 18 versehen, zwischen denen der Abfall während des Bohrens fließen kann. Der Außendurchmesser der Führungshülse 17 fällt beim Messen über die Rippen 18 im wesentlichen mit dem Durchmesser des Bohrloches zusammen. Wegen der Reibung zwischen den Rippen 18 und der Wand des Bohrloches ist die Führungshülse 17 normalerweise gegen Drehung festgehalten bzw. blockiert.

Erfindungsgemäß ist die Führungshülse mit einem radial nach einwärts ragenden Teil 19 versehen, welches sich radial einwärts vom übrigen Teil der Führungshülse erstreckt. Das Teil 19 ist geeignet derart ausgestaltet, daß es zwischen der Kupplungshülse 14 und einer ringförmigen Schulter 20 auf der Bohrstange 11 in Eingriff kommt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Teil 19 am vorderen Ende der Führungshülse angeordnet, wenn man in Bohrrichtung blickt. Wegen der vorgenannten Ausgestaltung ergibt sich eine formschlüssig bzw. durch die Gestaltung begrenzte Verbindung zwischen der Führungshülse 17 und der Bohrkolonne 10, wodurch sichergestellt wird, daß die Führungshülse 17 axial während des Bohrens der Bohrkolonne folgt. Hinsichtlich des restlichen Teils der Führungshülse ist dieser Teil axial frei bewegbar bezüglich der Bohrkolonne 10, und zwar infolge eines Radialspieles, welches zwischen der Kupplungshülse 14 und der Führungshülse 17 vorgesehen ist. Ferner gibt es ein radiales Spiel zwischen dem Teil 19 auf der Führungshülse 17 und einem Zwischenteil 21 auf der Bohrkolonne zwischen der Schulter 20 und der Kupplungshülse Wie man in Figur 3 sehen kann, gibt es ein axiales Spiel einerseits zwischen dem Teil 19 und andererseits der Schulter 20 sowie der Kupplungshülse 14. Während des Bohrens ■ rotiert also die Bohrkolonne frei innerhalb der Führungshülse, während letztere verhindert, daß sich die Bohrkolon—

-δι ne radial verbiegt. Am äußeren Ende der Führungshülse ist das einwärts ragende Teil 19 an seiner Innenkante abgeschrägt bzw. abgefast oder gerundet, wodurch eine Gestaltung vorgesehen wird, die zu einer Ringfläche 22 auf der Schulter 20 passend gemacht ist. Die Oberfläche 22 bildet die Umhüllungsflache eines Kegelstumpfes. Die Fläche 22 kann beliebig ausgestaltet sein, z.B. gerade, konvex oder konkav. An seinem entgegengesetzten Ende ist das Teil 19 mit einer sich radial erstreckenden Endfläche 23 versehen. Während des Bohrens wird die Führungshülse 17 durch die Schläge der Kupplungshülse 14 gegen die Endfläche 23 nach unten gezwungen.

Erfindungsgemäß ist eine vereinfachte Montage der Führungshülse 17 vorgesehen. Während der Montage wird die Führungshülse zuerst zum Anschlag gegen die Schulter.20 bewegt, woraufhin die Führungshülse axial durch Aufschrauben der Kupplungshülse 14 auf die Bohrstange 11 festgelegt wird.

In vorteilhafter Weise kann die Erfindung bei einem in Figur 1 veranschaulichten System angewendet werden, welches einen axial verlängerten Bohrkopf 12 aufweist, z.B. einen Bohrkopf mit einer verbesserten Führungseigenschaft, eine Bohrstange 11, die kürzer als die anderen Bohrstangen in der Bohrkolonne ist, und die Führungshülse 17. Der verlängerte oder ausgedehnte Bohrkopf 12 verbessert die Führung während des Anfanges des Bohrloches, d.h. während des Beginnens eines neuen Loches und beim ersten Eindringen in das Gestein oder Durchbohren desselben, und die kurze Bohrstange 11 arbeitet gegen ein seitliches Verbiegen der Bohrkolonne zwischen dem Bohrkopf 12 und der Führungshülse 17.

Anstelle der Ausdehnung nach rückwärts vom Teil 19 nach außerhalb der Kupplungshülse 14 wird angenommen, daß der Hauptteil der Führungshülse 17 sich auch nach vorn vom Teil 19 erstrecken könnte mit einem gewissen Radialspiel bezüglich der Bohrstange 11. Ferner wird angenommen, daß das Teil 19 zwischen der hinteren Endfläche des Bohrkopfes

12 und einer Schulter auf der Bohrstange 11 axial blockiert werden könnte. In einem solchen Falle erstreckt sich der Hauptteil der Führungshülse nach rückwärts vom Teil 19 mit einem leichten Radialspiel bezüglich der Bohrstange 11. 5

Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Führungshülse 17 im wesentlichen dieselbe axiale Ausdehnung nach rückwärts wie die Kupplungshülse 14. Zum Zwecke einer automatischen Abtrennung oder einem selbsttätigen Loskuppeln der Kupplungshülse, wenn dies notwendig ist, kann es zweckmäßig sein, die Führungshülse kürzer zu gestalten, beispielsweise in der Größenordnung der halben Länge der Kupplungshülse.

Der Bohrkopf 12 ist in der dargestellten Ausführungsform so ausgestaltet, als habe er eine Führungsfunktion. Dievselbe Führungswirkung kann man erhalten, wenn man einen Normbohrkopf zusammen mit einer Führungshülse gemäß der Erfindung verwendet. In diesem Falle wird die Führungshülse bezüglich der in Figur 1 gezeigten Position so gedreht, daß ihr einwärts ragendes Teil 19 zwischen der rückwärtigen Endfläche des Bohrkopfes und einem Kragen oder Bund auf der Bohrstange in Eingriff kommt, welcher in Zuordnung zum Bohrkopf vorgesehen ist. Das vom Teil 19 nach vorn ragende Teil der Führungshülse wird dann außerhalb des hinteren engeren Teiles des Bohrkopfes angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise in die Nachbarschaft des Kopfteils des Bohrkopfes bzw. des Bohrers.

Der Bohrkopf 12 ist rückwärtig mit Schneideinrichtungen versehen, um das Herausziehen der Bohrkolonne zu erleichtern. Analog kann auch die Führungshülse an ihrem rückwärtigen Ende mit Schneideinrichtungen versehen sein, wenn sie auf den Bohrkopf montiert werden sollte. In diesem Falle kann in zweckmäßiger Weise eine Klauenkupplung zwischen der Führungshülse und dem Bohrkopf vorgesehen werden, wobei die Kupplung eine relative Drehung zwischen der Führungshülse und dem Bohrkopf während des Bohrens erlaubt, aber die Führungshülse beim Herausziehen der Bohrkolonne vmdrehbar

•ιοzum Bohrkopf sichert.

Eine Bohrstange gemäß der Erfindung kann auch zusammen mit einer Führungshülse verwendet werden, die einen kleineren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Führungshülse hat. Eine solche Führungshülse ist zwischen der vorderen Endfläche der Kupplungshülse und der Ringschulter angeordnet, in welchem Fall der Axialabstand zwischen dem rückwärtigen Gewindeteil der Bohrstange und der Schulter somit größer ist als der in den Figuren 1 und 3 gezeigte Abstand.

Unabhängig von der Führungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 ist erfindungsgemäß auch eine Führungshülse vorgesehen zum Führen einer Schlagbohrkolonne und dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse 17 an ihrem einen Ende mit einem radial einwärts ragenden Teil 19 versehen ist, welches sich radial nach einwärts von dem übrigen Teil der Führungshülse erstreckt, wobei der übrige Teil geeignet derart ausgestaltet ist, daß er sich entweder nach außerhalb einer Kupplungshülse 14 und koaxial zu dieser mit einem radialen Spiel dazwischen erstreckt, wobei die Kupplungshülse zwei aufeinanderfolgende Bohrstangen in der Bohrkolonne miteinander verbindet, oder sich nach außerhalb eines Bohrkopfes erstreckt, der von der Bohrkolonne getragen wird, und koaxial zu diesem mit einem radialen Spiel dazwischen. Eine solche Führungshülse kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß das radial einwärts ragende Teil 19 abgeschrägt, abgefast bzw. gerun-

3" det ist und zwar an der Innenkante der äußeren Endfläche der Führungshülse, wobei dieses Teil an seinem entgegengesetzten Ende mit einer im wesentlichen sich radial erstrekkenden Endfläche 23 versehen ist.

Weiterhin unabhängig von der Führungsvorrichtung und auch der letztgenannten Führungshülse ist eine Bohrstange, die geeignet derart ausgestaltet ist, um einen Gesteinsbohrkopf 12 zu tragen und mittels einer Kupplungshülse 14 mit

-11-

einer zweiten Bohrstange 16 verbunden zu werden, wobei

die Stange mit einem Gewindeteil 13 an ihrem Ende versehen ist, welches mit der Kupplungshülse 14 und/oder dem Bohrkopf zusammenwirkt, wobei eine solche Bohrstange, dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Bohrstange 11 mit einem radial nach auswärts ragenden Teil 20 versehen ist, welches axial einwärts von dem Gewindeteil nächstliegend zu diesem angeordnet ist, wobei der Axialabstand zwischen dem Gewindeteil 13 und dem herausstehenden oder herausragenden Teil 20 erheblich kleiner ist als die Länge der Kupplungshülse 14
bzw. des Bohrkopfes 12, und daß der Bohrkopf derart ausgestaltet ist, daß ein nach radial einwärts ragender Teil 19 auf einer Führungshülse 17, welcher die Bohrkolonne führt, zwischen dem radial auswärts ragenden Teil 20 und einer

Endfläche auf der Führungshülse 14 bzw. dem Bohrkopf 12

aufgenommen werden kann. Dabei ist es zweckmäßig, wenn eine solche Bohrstange ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß
die Endfläche 22 des herausragenden Teiles 20, welches zum Gewindeteil 13 gerichtet ist, die Umhüllungsfläche eines

Kegelstumpfes bildet.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

15 1. Führungsvorrichtung für das Gesteinsbohren zum Führen einer Schlagbohrerkolonne (10) mit einer Führungshülse (17), die bezüglich der Bohrkolonne drehbar und geeignet derart ausgestaltet ist, daß sie während des Bohrens axial der Bohrkolonne folgt, dadurch g e -

20 kennzeichnet, daß die Führungshülse (17) an ihrem einen Ende mit einem radial nach einwärts ragenden Teil (19) versehen ist, wobei das Teil von dem übrigen Teil der Führungshülse sich radial einwärts erstreckt, daß die Führungshülse (17) mit der .Bohrkolonne

25 (10) während des Zuführens der Bohrkolonne (10) sowie

während, des Herausziehens derselben durch dieses einwärts ragende Teil (19) formschlüssig verbunden ist und daß die Führungshülse (17) entweder außerhalb einer Kupplungshülse (14), welche zwei aufeinanderfolgende ( Bohrstangen (11, 16) verbindet, oder einem von der Bohrkolonne getragenen Bohrkopf angeordnet ist und koaxial zu diesen angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radial einwärts ragende Teil (19) geeignet derart ausgestaltet ist, daß es zwischen zwei gegenüberliegend radial auswärts ragenden Teilen (14, 20) auf der Bo.hrkolönne (10) in Eingriff bringbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (17) mit der Bohrkolonne (10), in der Bohrrichtung gesehen, an ihrem vorderen Ende formschlüssig verbunden ist und im übrigen Teil seiner axialen Erstreckung bezüglich der Bohrkolonne (10) frei beweglich ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkolonne (10) eine erste Bohrstange (11) aufweist, die mindestens an ihrem einen Ende mit Gewinde versehen ist, an welchem sie mittels der mit entsprechendem Gewinde versehenen Kupplungshülse (14) mit der zweiten Bohrstange (16) verbunden ist, daß das eine auswärtsragende Teil auf der Bohrkolonne (10), vorzugsweise in Bohrrichtung gesehen das vordere Teil, durch eine Ringschulter (20) auf der ersten Bohrstange (11) gebildet ist, daß das andere auswärtsragende Teil auf der Bohrkolonne (10), in Bohrrichtung gesehen vorzugsweise das hintere Teil, durch die Kupplungshülse (14) gebildet ist und daß die Führungshülse (17) außerhalb der Kupplungshülse (14) und koaxial zu dieser angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein radialer Spalt zwischen dem einwärtsragenden Teil

(19) auf der Führungshülse (17) und einem Zwischenteil

(21) auf der Bohrkolonne vorgesehen ist und daß das Zwischenteil (21) zwischen den gegenüberliegenden, radial auswärts ragenden Teilen (14, 20) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in Bohrrichtung gesehene hintere vorspringende Teil auf der Bohrkolonne durch eine Ringschulter auf der ersten Bohrstange in der Bohrkolonne gebildet ist und daß das vorn herausstehende Teil auf der Bohrkolonne durch eine Bohrkrone gebildet ist, die von der ersten Bohrstange getragen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das radial einwärts ragende Teil (19) an der Innenkante der äußeren Endfläche der Führungshülse abgeschrägt, abgefast oder gerundet ist und daß■ das Teil an seinem gegenüberliegenden Ende mit einer im wesentlichen sich radial erstreckenden Endfläche (23) versehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrstange (11) mit einem radial nach auswärts ragenden Teil (20) versehen ist, welches axial einwärts des mit Gewinde versehenen Teiles nächst zu diesem angeordnet ist, wobei der Axialabstand zwischen dem mit Gewinde versehenen Teil (13) und dem herausstehenden Teil (20) erheblich kleiner ist als die Länge der Kupplungshülse (14) bzw. des Bohrkopfes (12) und daß die Bohrstange derart ausgestaltet ist, daß ein radial einwärts vorspringendes Teil (19) auf einer Führungshülse (17), welches die Bohrkolonne führt, zwischen dem radial auswärts ragenden Teil (20) und einer Endfläche aus der Führungshülse (14) bzw. dem Bohrkopf (12) aufgenommen werden kann.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche (22) des herausstehenden Teiles (20) zu

dem mit Gewinde versehenen Teil (13) gerichtet ist und die Umhüllungsfläche eines Kegelstumpfes bildet.