DD140682A1 - Drehschlagbohrwerkzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drehschlagbohrwerkzeug, dessen Anwendung es ermöglicht, geologische und hydrogeölogische Bohrungen im Festgestein, insbesondere bei Vorliegen höherer Härtegrade, mit hoher Effektivität herzustellen. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, das leistungsfähige Drehschlagbohren für Bohrungen mit größerem Durchmesser zu nutzen und hierfür ein Bohrwerkzeug zu entwickeln, das ohne zusätzlichen gerätetechnischen Aufwand in Kombination mit üblichen Drehbohrgeräten eingesetzt werden kann, eine hohe Bohrlochgenauigkeit gewährleistet und die für geologische Untersuchungen erforderliche Probenahme aus dem Bohrgut ermöglicht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mehrere druckluftbetriebene Versenkbohrhämmer in an sich bekannter Anordnung an einem Verteilerkopf, der mit einem Sedimentgefäß für die Aufnahme des Bohrgutes kombiniert ist, angeschlossen sind und durch einen Stabilisator arretiert werden, der parallel zur Bohrlochachse angeordnete Nachräumsegmente aufweist. Im Sedimentgefäß befindet sich eine Entleerungsvorrichtung, die an einer Bohrstange geführt wird, über welche der Anschluß an den Bohrstrang eines Drehbohrgerätes erfolgt

Description

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"Drehschlagbohrwerkzeug" · .

Anwendungsgebiet:

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug·, das bei geologischen und hydrogeologischen Bohrungen im Pestgestein, insbesondere bei Vorliegen höherer Härtegrade, Anwendung findet. Es kann als Grundausstattung oder als Zusatzausstattung mit allen üblichen Drehbohrgeräten kombiniert eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Das Abteufen geologischer und hydrogeologischer Bohrungen im Pestgestein erfolgt gegenwärtig entsprechend der fortgeschrittenen Bohrtechnik und -technologie vorwiegend unter Anwendung des Drehbohrverfahrens mit Flüssigkeitsspülung. Als Bohrwerkzeuge kommen dabei Rollenbohrmeißel unterschiedlicher Konstruktion zum Einsatz. Während für geologische Bohrungen in den überwiegenden Fällen das Rechtsspülbohrverfahren mit Tonspülung angewendet wird, hat sich für das Abteufen hydrogeologischer Bohrungen das die wasserführenden Schichten nicht beeinträchtigende Linksspülbohrverfahren mit Klarwasserspülung durchgesetzt. Die Bereitstellung der hierfür erforderlichen Wassermenge, die besonders bei auftretenden Spülungs-Verlusten bis zu 100 m /h betragen kann, deren Abdeckung aus Oberflächenwasser infolge des zunehmenden Verschmutzungsgrades und aus dem Grundwasser mengenmäßig in den überwiegenden Fällen nicht möglich ist, erweist sich in zunehmendem Maße als Nachteil und setzt dieser Bohrtechnik Grenzen. Darüber hinaus hat die erforderliche Mobilität der Bohranlagen zur Folge, daß die Parameter bezüglich der Hubkräfte und damit der spezifischen Meißelbelastung begrenzt sind, wodurch, insbesondere bei anstehenden Gesteinsschichten hoher Härtegrade, Bohrfortschritt und Werkzeugkosten nicht mehr den gewachsenen Produktivitätsanforderungen genügen.

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Es sind Bohreinrichtungen bekannt, die die Anwendung des ursprUnglieh für Sprenglochbohrungen und technische Bohrungen kleineren Durchmessers im Bergbau ent?/ickelte Drehschlagbohrverfahren mit Luftspülung für das Abteufen von Bohrungen mit größerem Durchmesser ermöglichen. Sie weisen mehrere um eine gemeinsame Drehachse konzentrisch angeordnete Versenkbohrhämmer auf und sind für das Abbohren des vollen Bohrlochquerschnittes bzw. für die Gewinnung von Bohrkernen eingerichtet. Die Abführung des Bohrgutes erfolgt je nach Bauart durch einen zentralen Durchgang der Bohreinrichtung über ein speziell ausgebildetes Bohrgestänge bzw. durch den zwischen der Bohreinrichtung und der Bohrlochwandung verbleibenden

4-0 Bingspalt mit freiem Austritt aus dem Bohrloch.

Diese Bohreinrichtungen, die in AT-PS 294 728 sowie in "Schlägel und Eisen" Jg. 1964 Heft 1 näher beschrieben sind, weisen den Nachteil auf, daß sie für ihre Inbetriebnahme und insbesondere für die Bohrlochreinigung Verdichterleistungen bis zu 35 m /min erfordern, was die Installation zusätzlicher Verdichtereinheiten notwendig macht, und dadurch der Bohrprozeß ökonomisch ungünstig belastet wird» Ein weiterer Mangel wird darin gesehen, daß durch Abnutzung ' der hartmetallbesetzten Bohrkronen mit zunehmender Teufe eine stetige Verringerung des Bohrlochdurchmessers eintritt, der notwendige Freischnitt für die Bohreinrichtung und die Abführung des Bohrgutes nicht erreicht wird und Bohrlochhavarien durch Festfahren der Bohreinrichtung nicht ausgeschlossen sind. Darüber hinaus erfordern diese Bohreinrichtungen entsprechend ihrer Konstruktionsmerkmale einen eigenen Drehantrieb und sind in Kombination mit üblichen Drehbohrgeräten nur bedingt einsetzbär.

Ziel der Erfindung:

Es ist das Ziel der Erfindung, die der bekannten Bohrtechnik anhaftenden Mangel weitestgehend zu vermeiden und ohne zusätzlichen gerätetechnischen Aufwand bei der Niederbringung geologischer, insbesondere hydrogeologischer Bohrungen im Pestgestein einen Produktivitätszuwachs zu erreichen.

Wesen der Erfindung:

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das leistungsfähige Drehschlagbohren bei der. Niederbringung geologischer, insbesondere hydrogeologischer Bohrungen im Pestgestein zu nutzen und hierfür

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ein Bohrwerkzeug zu entwickeln, das als Grundausstattung oder als Zusatzausstattung in Kombination mit allen üblichen Drehbohrgeräten eingesetzt werden kann, eine hohe Bohrlochgenauigkeit gewährleistet, Bohrlochhavarien weitestgehend ausschließt und die für geologische Untersuchungen erforderliche Probenahme aus dem Bohrgut ermöglicht«

Merkmale der Erfindungt

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Drehschlagbohrwerkzeug gelöst, das mehrere druckluftbetriebene Versenkbohrhämmer aufweist, die in einer an sich bekannten Anordnung an einem Verteilerkopf angeschlossen sind und durch einen Stabilisator arretiert werden, an dessen Umfang, in gleichen Abständen zueinander, mit Hartmetallstiften besetzte Nachräumsegmente angeordnet sind. An der der Bohrlochsohle abgewandten Seite ist der Verteilerkopf mit einem Sedimentgefaß für die Aufnahme des Bohrgutes kombiniert. In diesem Sedimentgefäß befindet sich eine Entleerungsvorrichtung, die an einer Bohrstange geführt wird, über welche der Anschluß an den Bohrstrang eines üblichen Drehbohrgerätes erfolgt. Die sich konstruktionsbe- · dingt ergebenden Zwischenräume zwischen den Versenkbohrhämmern sind zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse und zur Vermeidung sich festsetzenden Bohrgutes, durch Verkleidungssegmente abgeschlossen. Das Drehschlagb.ohrwerkzeug wird über den Bohrstrang eines üblichen Drehbohrgerätes mit der erforderlichen Druckluft für den Antrieb der Versenkbohrhämmer und für die Bohrlochreinigung versorgt« Die an der Bohrlochsohle austretende Abluft bewirkt einen Auftrieb des Bohrgutes in dem zwischen Bohrlochwandung und Drehschlagbohrwerkzeug vorhandenen Ringspalt, welches infolge eintretender Druckentspannung oberhalb des Sedimentgefäßes absinkt und sich in diesem in umgekehrter Folge der durchbohrten Gesteinsschichten ablagert.

Der hierfür erforderliche Druckluftbedarf kann von einem Verdichter mittlerer Leistung geliefert werden, der zur Grundausstattung jeder Drehbohranlage gehört. Die Entleerung des Sedimentgefäßes erfolgt außerhalb des Bohrloches durch Ziehen der im Sedimentgefäß angeordneten Entleerungsvorrichtung, wobei die aus dem Bohrgut erforderliehen Proben für geologische Untersuchungen entnommen werden können. Durch die am Stabilisator der Versenkbohrhämmer angeordneten Nachräumsegmente wird auch bei eintretender Abnutzung der Gesteinsbohrköpfe der erforderliche Freischnitt im Bohrloch sowie ein gleichbleibender Bohrlochdurchmesser über die gesamte Bohrlochteufe

-4- .209719 erreicht· Darüber hinaus erhält das Drehschlagbohrwerkzeug durch diese Nachräumsegmente eine zusätzliche Führung im Bohrloch, wodurch Abweichungen von der Bohrlochachse weitestgehend vermieden werden, .

Ausführungsbeispiel:

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drehschlagbohrwerkzeuges mit vier Versenkbohrhämmern für einen Bohrlochdurchmesser von 295 mm ist in der zugehörigen Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Pig, 1 - eine Darstellung im Schnittverlauf A-B Pig» 2 - die Anordnung der Versenkbohrhämmer 3 - die Anordnung der Nachräumsegmente

._./ Die Versenkbohrhämmer 1; 1a, deren Bohrkronen 2 in der Rotationsebene den vollen Bohrlochquerschnitt überdecken, sind mit dem Verteilerkopf 3 lösbar verbunden. Sie sind derart angeordnet, daß der Versenkbohrhammer 1, der an einem Vorsprung 3a des Verteilerkopfes 3 angeschlossen ist und als Zentrumsbohrer dient, den Versenkbohrhämmern 1a, die auf einem Kreis um gleiche V/inkel versetzt um diesen gruppiert sind, um etwa einen Bohrkronendurchmesser vorauseilt. Die freistehenden Schäfte der Versenkbohrhammer 1; 1a werden durch einen Stabilisator 4 zusätzlich arretiert. An seinem Umfang befinden sich, in gleichen Abständen zueinander, mit Hartmetallstiften besetzte Nachräumsegmente 5, die auswechselbar angeordnet sind. Sie gewährleisten den erforderlichen Freischnitt im Bohrloch und

^ einen gleichbleibenden Bohrlochdurchmesser über die gesamte Bohr-

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lochteufe. Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse und zur Vermeidung sich festsetzenden Bohrgutes sind die Öffnungen zwischen den Versenkbohrhämmern 1a durch Verkleidungssegmente 6 abgeschlossen. Sie werden in Ringnuten, die am Verteilerkopf 3 und am Stabilisator 4 angeordnet sind, gehalten. Der Verteilerkopf 3 ist auf der der Bohrlochsohle abgewandten Seite mit einem Sedimentgefäß 7 versehen, dessen Inhalt etwa der Menge des abgebohrten Gesteins eines Bohrmarsches entspricht.

Im Sedimentgefäß 7 befindet sich eine Entleerungsvorrichtung 8, Sie wird an der Bohrstange 9 geführt, die am Verteilerkopf 3 angeschiossen ist und der Luftzuführung für die Versenkbohrhämmer 1; 1a

.,. 2 0 9719.

sowie der Übertragung des Drehmomentes für das Drehschlagbohrwerkzeug dient. Das erfindungsgemäße Drehschlagbohrwerkzeug v/ird über ein nicht dargestelltes Übergangsstück an den Bohrstrang eines Drehbohrgerätes angeschlossen und über diesen mit. der erforderliehen Druckluft versorgt. Sie wird von einem Verdichter mittlerer leistung geliefert, der zur Grundausstattung jeder Drehbohranlage gehört. Die an der Bohrlochsohle austretende Abluft der Versenkbohrhämmer 1; 1a, bewirkt im Ringspalt 10 einen Auftrieb des Bohrgutes, das infolge eintretender Entspannung über dem Sedimentgefäß 7 absinkt und sich in diesem, auf dem Boden der Entleerungsvorrichtung 8, ablagert. Die Ablagerung des Bohrgutes erfolgt dabei in umgekehrter Polge der durchbohrten Gesteinsschicht. Bei der Entleerung des Sedimentgefäßes 7, die außerhalb des Bohrloches durch Ziehen der Entleerungsvorrichtung 8 erfolgt, können die für geologische Untersuchungen erforderlichen Proben aus dem Bohrgut entnommen werden.

Das erfindungsgemäße Drehschlagbohrwerkzfeug ermöglicht Bohrungen mit größerem Durchmesser im Pestgestein, insbesondere bei Vorliegen höherer Härtegrade, mit hoher Effektivität herzustellen. Es kann an den Bohrstrang üblicher Drehbohrgeräte angeschlossen werden, ohne daß besondere Voraussetzungen zu schaffen sind. Das' ständige Nachräumen der Bohrlochwandung gewährleistet eine hohe Bohrlochgenauigkeit über die gesamte Bohrlochteufe und beugt aufwendigen Nachbohrarbeiten vor. Der geringe Druckluftbedarf für den Antrieb der Versenkbohrhämmer und die Bohrlochreinigung macht den Einsatz des erfindungsgemäßen Drehschlagbohrwerkzeuges besonders wirtschaftlich.

- Hierzu 1 Blatt Zeichnung -

Claims (3)

-ΖΌ97 1 9 ·*·-. Erfindungsanspruch:

1. Drehschlagbohrwerkzeug für Festgestein, mit mehreren an einem Verteilerkopf angeordneten druckluftbetriebenen Versenkbohrhämmern, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Versenkbohrhämmer (1; 1a) arretierender Stabilisator (4), parallel zur Bohrlochachse angeordnete, auswechselbare, mit Hartmetallstiften besetzte Nachräumsegmente (5) aufweist und am Verteilerkopf (3), auf der der Bohrlochsohle abgev/andten Seite, ein Sedimentgefäß (7) für die Aufnahme des Bohrgutes angeordnet ist·

2· Drehschlagbohrwerkzeug nach Punkt 1, gekennzeichnet durch eine im Sedimentgefäß (7) angeordnete Entleerungsvorrichtung (8).

3· Drehschlagbohrwerkzeug nach Punkt 1, gekennzeichnet durch Verkleidungssegmente (6), die zwischen Verteilerkopf (3) und Stabilisator (4) angeordnet sind.