Verfahren und Vorrichtung zum Messen von quer zu einem Bohrloch verlaufenden Gebirgsbewegungen Es ist ein Verfahren zum Messen von quer zu einem Bohrloch verlaufenden Gebirgsbewegungen be kannt, das darin besteht, dass die durch die Querver schiebung bewirkte Abwinkelung eines durch das Bohr loch gespannten, an der zu messenden Stelle an einer einzigen Stelle gelagerten Drahtes an dieser Messstelle gemessen wird.
Dabei wird der Messdraht an zwei in bestimmtem Abstand zur Mitte seiner Lagerung vorge sehenen Stellen abgetastet und die Abwinkelung des Drahtes wird als Lageänderung der einen Abtaststelle zu einer Geraden gemessen, welche jeweils durch die Lagerstelle des Drahtes und die andere Abtaststelle be stimmt ist.
Es werden dazu vorteilhafterweise minde stens ein elektrischer Indikator und ein in das Bohr loch einzuschiebendes Messgehäuse verwendet, innerhalb welches eine einzige Lagerung für den Messdraht und - in Längsrichtung gesehen - in bestimmtem Abstand hiezu eine Abtastvorrichtung für den Draht sowie eine Einrichtung zum Messen der Abwinkelung des Drahtes an einer seiner Abtaststellen vorgesehen ist.
Diese Vorrichtung bedingt also einen festen Einbau des Mess- gehäuses in das Bohrloch, und weiters lassen sich mit ihr nur Abweichungen in einer Ebene messen.
Dieses Verfahren soll dahingehend nun weiter aus gestaltet werden, dass mit ihm auch der Verlauf eines Bohrloches oder dessen Abweichung von einer Achse genau vermessen werden können, und zwar unabhängig von einer Orientierung der Bohrung nach Azimut und Neigung, also in jeder beliebigen Lage, Richtung und Ebene, und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen.
Die bisher verwendeten herkömmlichen Messgeräte zur Vermessung von Bohrlöchern beruhen auf der Anwendung eines Pendelsystems zur Neigungsmessung und sind meist zusätzlich mit einem Nord-Süd-Kompass ausgerüstet, um das Azimut bestimmen zu können. Beim Anfahren einer Bohrlochabweichung von der Lot rechten ändert das im Instrument eingebaute Pendel seine Lage zu seinem Aufhängepunkt, und es wird diese Lageänderung als Neigungsmesswert für jeden einzelnen Messpunkt im Bohrloch photographisch festgehalten.
Der meist mit dem Pendel in Verbindung stehende Nord-Süd-Kompass misst gleichzeitig mit jeder Pendel stellung auch das Azimut gegen die einzelne Mess- stelle aus. Durch eine Reihe solcher Messergebnisse ent lang der Bohrung kann deren Orientierung bestimmt werden.
Diese Messinstrumente haben jedoch den Nachteil, dass sie auf Grund ihres Pendelsystems nur für lotrechte oder nahezu lotrechte Bohrlöcher verwendet werden können. Auch ist die Verwendung eines Nord-Süd- Kompasses wegen der vorherrschenden störenden Ma gnetfelder im Bohrlochinneren nur begrenzt anwend bar, wodurch ein derartiges Messgerät im Gebirge nicht überall eingesetzt werden kann.
Die Erfindung schafft ein Verfahren, dem diese Nachteile nicht anhaften und erreicht dies dadurch, dass der Messdraht an einer in einem vorbestimmten Abstand von der Lagerung angeordneten Stelle abge tastet wird und dass die Abwinkelung des Drahtes als Lageänderung der Abtaststelle zu einer Geraden ge messen wird, welche durch die Lagerstelle des Drahtes und eine jenseits dieser Lagerstelle liegende Veranke- rungsstelle für den Messdraht bestimmt ist.
Weiters schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeich net ist, dass sie einen Indikator mit einem in das Bohr loch einzuschiebenden Messgehäuse aufweist, innerhalb welches eine einzige Lagerung für den Messdraht und - in Längsrichtung gesehen - in vorbestimmtem Ab stand hiezu auf einer Seite eine Abtastvorrichtung für den Draht sowie eine Einrichtung zum Messen der Lageänderung des Drahtes an dieser Abtaststelle vor gesehen ist.
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung einen mit Gleitmitteln zur axialen Halterung in dem Bohrloch versehenen Hauptteil enthalten, von dessen einem Ende sich ein mit Gleitmitteln zur axialen Halterung in dem Bohrloch versehener, mit dem Hauptteil durch einen an diesem kardanisch gelagerten Arm verbundener Kopf und von dessen anderem Ende sich ein zum Einführen der Vorrichtung in das Bohrloch dienender Messstab erstreckt, wobei die Lagerstelle und die Abtaststelle für den Draht in dem Hauptteil angeordnet sind und der Draht zwischen dem Kopf und der in dem Haupt teil angeordneten Verankerungsstelle unter Spannung gehalten wird.
Zweckmässig kann es ferner sein, zur Abtastung im Hauptteil zwischen der Lagerstelle des Drahtes und der Anschlussstelle des kardanisch angelenkten Ar mes einen mit einer Anzeigevorrichtung verbundenen elektrischen Geber vorzusehen. Ein solcher kann in einer auf die Drahtachse im wesentlichen senkrechten Ebene kreuzartig um einen in der Drahtachse liegenden freien Raum angeordnete Solenoide enthalten, und der Draht kann im Bereich der Solenoide mit einem ring förmigen Anker versehen sein.
Es können auch zwei an sich bekannte, die Drehung ihrer Wellen anzeigende Indikatoren vorgesehen und die beiden Wellen mit gegabelten Armen verbunden sein, die kreuzweise einen auf der Welle sitzenden Knopf umgreifen. In diesem Fall wird die Abwinke- lung des Drahtes durch die Verdrehung der einen Welle oder beider durch die gegabelten Arme gemessen.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungs formen der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar stellt Fig. 1 in teilweisem Längsschnitt die Gesamtan ordnung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäss ausgebildeten Gerätes dar.
Fig. 2 ist ein teilweiser Längsschnitt durch den Hauptteil und Kopf allein.
Fig. 3 zeigt in grösserem Massstab und mit Einzel heiten dasselbe wie Fig. 2.
Fig. 4 zeigt in gleichem Massstab das hintere Ende des Gerätes mit seiner Verankerung.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht des Gerätes.
Fig. 6 zeigt in noch grösserem Massstab im Längs schnitt den Hauptteil und den Kopf des Gerätes.
Fig. 7 zeigt schematisch die Art der Messung. Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch einen elektrischen Geber.
Fig. 9 eine Seitenansicht hievon, und Fig. 10 ist eine schaubildliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines elektrischen Gebers.
In Fig. 1 ist im Längsschnitt ein Bohrloch 1 darge stellt, in das die erfindungsgemäss ausgebildete Vor richtung, im wesentlichen bestehend aus einem Hauptteil 50, einem mit diesem mittels eines rohrförmigen Armes 52 verbundenen Kopf 56, einem Messstab 53 und einem Halteflansch 30 mit Verankerungen eingeführt ist. In das Bohrloch 1 ist zu diesem Zweck ein Schutz rohr 2 eingeführt und beispielsweise einzementiert.
In Fig. 2 ist ein Teil der Vorrichtung allein dargestellt, an den Hauptteil 50 ist mittels eines Kabels 73 ein elektrisches Messinstrument 74 angeschlossen, das zur Messung der auftretenden Verschiebungen dient, die durch den in den Hauptteil 50 eingebauten elektrischen Geber angezeigt werden.
Die Fig. 3 bis 6 stellen die konstruktive Ausge staltung einer Ausführungsform der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 dar. Der Hauptteil 50, der in axialer Stellung zu dem Rohr 2 verbleibt, trägt mittels eines beispielsweise durch einen Kardanring 31 gebildeten und durch einen Gummikranz 32 geschützten Univer- salgelenkes einen herausragenden Arm in Form eines Rohres 52, dessen Durchmesser kleiner ist als jener des Gehäuses 51.
Das Bohrloch 1 wird dadurch vorbereitet, dass ein Gehäuse 2 an Ort und Stelle vergossen wird und ein Grundflansch 29 an dem Ende des Bohrlochs ange bracht wird. An diesem Grundflansch 29 wird ein Halteflansch 30 befestigt, der einen als kurzes Rohrstück mit einander diametral gegenüberliegenden Schlitzen 55 zur Befestigung eines weiter unten beschriebenen Ver- riegelungsgliedes ausgebildeten Sicherungskopf 54 ent hält.
Der Hauptteil 50 ist als zylindrisches Gehäuse 11 ausgebildet und enthält anschliessend an jedes seiner Enden eine Anschlussmuffe 12. Jede Anschlussmuffe trägt drei Kugeln 14, von denen eine federbelastet ist. Sie dienen dazu, den Hauptteil 50 jederzeit in axialer übereinstimmung mit dem Bohrloch 2 zu halten. Der Arm 52 erstreckt sich über eine geeignete Strecke von dem Ende des Hauptteiles 50 und trägt an seinem aufgeweiteten Ende einen Führungskopf 56. Letzterer enthält drei Kugeln 14, die im Kopf 56 gegeneinander um 120 versetzt sind und dazu dienen, diesen in der Achse des Bohrlochgehäuses 2 zu halten. Eine von ihnen ist zu diesem Zweck federbelastet.
Es ergibt sich daraus, dass Änderungen der Achse des Bohrlochs 2 im Bereich des Hauptteiles 50 und des Kopfes 56 ein Abknicken des Universalgelenkes be wirken und dass solche Abknickungen gemessen werden können, wenn das Gerät in das Bohrloch 1 eingeführt wird.
Zum Messen solcher Abknickungen ist ein Draht 6 von dem einen Ende des Kopfes 56 durch den Arm 52 und durch den Hauptteil 50 gespannt. Er wird in axial zentrierter Lage in dem Hauptteil 50 dadurch gehalten, dass er durch eine mit Schneiden 17 ausgestattete Öff nung in einer Scheibe 15 hindurchgeht, die in dem Gehäuse 51 des Hauptteiles 50 anschliessend an den Ring 12 angeordnet ist. Infolgedessen bewirken Ab winkelungen des Armes 52 um das Universalgelenk, dass der Draht 6 bezüglich der Ebene der Scheibe 15 ebenfalls abgewinkelt wird.
Dies ermöglicht es, einen elektrischen Geber in dem Gehäuseteil 51 zwischen der Scheibe 15 und dem Arm 52 anzuordnen, um solche Abwinkelungen zu messen, und eine vorzugsweise Bauart eines solchen Übertrages enthält vier Solenoide 34, die um 90 ge geneinander versetzt um einen auf dem Draht 6 be festigten Anker 35 angeordnet sind. Die Funktion dieses elektrischen Gebers ist weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 8 und 9 näher beschrieben.
Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, Ab winkelungen in zwei Bezugsebenen zu gleicher Zeit zu messen, und infolgedessen kann das Gerät in ein Bohr loch eingeführt werden, ohne dass es notwendig wäre, es zu drehen, obwohl solche Drehungen für die Regi strierung von verschiedenen Messungen wünschenswert sein können. Der Draht 6 erstreckt sich durch die Öffnung 17 und in das Gehäuse 11 und ist mit einer Zugfeder 57 darin verbunden, die ihrerseits an einer in das entgegengesetzte Ende des Hauptteiles 50 einge setzten Platte 58 verankert ist.
Am anderen Ende des Hauptteiles 50 ist an einem Ende eines Ringes 12 ein Messstab 53 befestigt, und zwar vorzugsweise durch ein Universalkardangelenk, das gleich ausgebildet ist wie das oben beschriebene. Dieser Messstab kann aus einer Anzahl von unterein- ander mittels Kupplungen 59 verbundenen rohrförmigen Teilen bestehen, wobei diese Kupplungen von einer Bauart sind, die es nicht ermöglichen, dass sich ein Stab gegenüber den anderen Stäben verdreht.
Um die notwendige Übereinstimmung zu erhalten, ist eine durch gehende Längsmarke 60 an jedem einzelnen Messstab 53 vorgesehen, und zum Messen der Tiefe des Ein schubes des Gerätes sind Abstandmarken 61 an jedem Stab längs der Marke 60 vorgesehen.
Das Gerät wird durch eine mit Feststellschrauben 65 und einem Zeiger 66 versehene Hülse 63 festge halten, an der einander diametral gegenüberliegende Arme 64 mit Handgriffen 62 angeordnet sind. Dadurch kann die Hülse 63 in jeder gewünschten Tiefe an dem Messstab befestigt und in die Schlitze 55 gedrückt wer den, und zwar in eine Stellung, die ein Ablesen ermög licht. Das Gerät kann durch einen nicht dargestellten elektrischen Stromkreis vervollständigt sein, der sich von dem Mund des Bohrloches vorzugs-, aber nicht notwendigerweise in den Messstab ersteckt.
Die Betätigung dieses Gerätes ist sehr einfach. Es wird in das Bohrlochgehäuse 2 eingeführt und wird entweder in vorbestimmten Zeiträumen oder kontinuier lich abgelesen. Die Ablesungen der Abwinkelung zeigen die Abweichungen der Lage des Gehäuses an, sie werden durch die Bewegungen des Führungskopfes 56 bezüg lich des Hauptteiles 50, wie er durch die Abwinkelung des Drahtes 6 an den Schneiden 17 der öffnung herbei geführt wird, gemessen.
Die Fig. 7 zeigt schematisch die Art der Ablesung, das Anzeigeinstrument 74 kann auf die Messung in der X-X- bzw. Y-Y-Ebene umgeschaltet werden, so dass man das Gerät in dem Bohrloch nicht zu drehen braucht.
In den Fig. 8 und 9 ist der elektrische Geber, der auch bei anderen Geräten verwendet werden kann, näher dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die mit den Schneiden 17 versehene Platte 15 an einem Arm 67 befestigt, und an der Platte 15 ist das rohrför- mige Gehäuse 51 angeschraubt. Die vier um 90 ge geneinander versetzten Solenoide 34 sind mittels ge eigneter Einstellschrauben 33 am anderen Ende des rohrförmigen Gehäuses 51 befestigt, wodurch sie am Beginn einer Prüfung eingestellt werden können.
Der Draht 6 trägt einen kleinen ringförmigen Anker 35, der zwischen den Solenoiden 34 aufgehängt ist und deren induktive Wirkung verändern kann. Es ist er sichtlich, dass schon sehr kleine Bewegungen des Ankers 35 in irgendeiner Richtung Reaktionen an den Solenoi- den 34 herbeiführen, die mit irgendeinem Anzeige instrument verbunden sein können, so dass sie die ab solute Bewegung des Drahtes 6 oder deren Kompo nenten in vorbestimmten Ebenen, wie beispielsweise in horizontaler und vertikaler Ebene, anzeigen. Solche Anzeigevorrichtungen können einen hohen Grad von Empfindlichkeit und Genauigkeit aufweisen.
Fig. 10 stellt einen anderen sehr empfindlichen Typ eines elektrischen Gebers zur Messung von Abwinke lungen dar, der nach demselben Prinzip wie der vorher beschriebene arbeitet, jedoch drehbare Indikatoren 68 anstelle von Solenoiden verwendet. Bei dieser Aus führungsform sind zwei übliche drehbare Indikatoren 68 auf einer Platte 15 derart befestigt, dass sie aus dieser herausstehen, wobei ihre Achsen parallel zu dem Draht 6 liegen und sie in bestimmten Bezugsebenen, wie bei spielsweise der durch den Draht 6 hindurchgehenden horizontalen und vertikalen Ebene, arbeiten. Jeder dieser Indikatoren 68 enthält in seiner Achse eine Welle 69, die einen gegabelten Arm 70 trägt.
Die Finger 71 jedes Armes umfassen einen Knopf 72, der an dem. Draht 6 derart angeordnet ist, dass schon sehr kleine Bewegungen des Drahtes 6 in einer beliebigen Richtung eine Drehung einer oder beider Wellen 69 der Indikatoren bewirken.