DE3629366A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von bohrloechern aus einer gegenueber der bohrlochachse abgewinkelten position heraus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern aus einer gegenüber der Bohrlochachse abgewinkelten Position heraus, bei welchen das für das Herstellen der Bohrlöcher gewählte maschinen­ techische System über eine raumbewegliche Bohrlafette und eine darauf axial bewegliche Bohrmaschine verfügt.

Abgewinkeltes Bohren ist überall dort notwendig und von Nutzen, wo aus beengten Räumen heraus Bohrlöcher herge­ stellt werden sollen, deren Länge größer ist als die geometrischen Abmessungen der Hohlräume. Hierbei muß je­ doch die Voraussetzung gegeben sein, daß bei enger Be­ grenzung der beiden räumlichen Koordinaten, in deren Ebene das Bohrloch oder die Bohrlöcher hergestellt wer­ den sollen, in Richtung der dritten senkrecht auf dieser Ebene stehenden Koordinate hinreichender Platz für die Bohreinrichtung und den Vorschub der Bohreinrichtung vorhanden ist, welcher der Tiefe des Bohrloches entspre­ chen muß.

Aus den vorgenannten Gründen kommt dem abgewinkelten Boh­ ren - vor allem im Berg- und Tunnelbau - ein sinnvoller Anwendungsbereich zu, da dort bei beengtem Querschnitt der Grubenräume in den meisten Fällen hinreichend Länge zur Verfügung steht, z. B. in Schächten, Blindschächten, Strecken, Tunneln, Aufhauen und Streben.

Wegen der eingangs beschriebenen Schwierigkeiten, vor allem im Berg- und Tunnelbau, Bohrlöcher aus beengten Räumen heraus herzustellen, deren Länge wesentlich größer als die Abmessungen der Grubenräume ist, versucht man schon seit vielen Jahren Bohreinrichtungen zu entwic­ keln, mittels derer die Bohrlöcher aus einer gegenüber der Bohrlochachse abgewinkelten Position heraus herge­ stellt werden können. Alle diese Bemühungen waren bisher nicht erfolgreich bzw. mit Verfahrensnachteilen und relativ hohen Kosten verbunden. Zur betrieblichen Nutzung konnte keine der bisher vorgeschlagenen Einrichtungen ge­ bracht werden.

Ein Bohrverfahren, mit dem jahrelang, bisher jedoch noch nicht erfolgreiche Betriebsversuche durchgeführt wurden, bedient sich einer besonderen "flexiblen Welle", die aus zwei ineinander angeordneten, gegenläufig gewendelten Drahtfedern mit besonderem Drahtquerschnitt besteht. Die­ se Welle ist im Prinzip abwinkelbar; bei Übertragung des zum Bohren notwendigen Drehmomentes soll sich die innere Schraubenwendel aufweiten, während man davon ausgeht, daß sich der Durchmesser der äußeren Schraubenwendel verrin­ gert. Hierdurch soll ein gewisser Versteifungseffekt er­ zielt werden. Die dem Verfahren theoretisch zugeschriebe­ ne Arbeitsweise konnte trotz langjähriger Versuche über viele aufeinander aufbauende Entwicklungsstufen hinweg für die betriebliche Nutzung bisher nicht realisiert wer­ den.

Ein weiteres Verfahren geht davon aus, Bohrlöcher mittels der in den letzten zehn Jahren entwickelten "Höchstdruck­ wassertechnik (HDW) herzustellen. Höchstdruckschläuche sind flexibel und von daher gesehen für das abgewinkel­ te Bohren geeignet. Drehdurchführungen, die trotz der hohen Beanspruchungen zufriedenstellende Standzeiten er­ reichen, wurden entwickelt. Das Verfahren läßt beim der­ zeitigen Entwicklungsstand erwarten, daß erfolgreiche Be­ triebsversuche durchgeführt werden können. Obwohl mit dem Prinzip des HDW-Bohrens zum ersten Mal ein aller Wahr­ scheinlichkeit nach betrieblich geeignetes Verfahren zur Herstellung von Bohrlöchern aus einer abgewinkelten Po­ sition heraus entwickelt wurde, müssen doch eine Reihe von verfahrenstechnischen und kostenmäßigen Nachteilen in Kauf genommen werden. Die HDW-Technik hat viele Vorteile, sie erlaubt es jedoch nicht, Bohrlöcher mit glatten Wandungen herzustellen. Somit kann diese Technik vorzugsweise nur zur Herstellung von Ankerbohrlöchern, weniger jedoch zur Herstellung von Sprengbohrlöchern Verwendung finden. Beim ausschließlichen Bohren mit Höchstdruckwasser wird der Bohrfortschritt aufgrund der derzeit vorliegenden Erkennt­ nisse nicht unwesentlich geringer sein als der Bohrfort­ schritt beim drehenden oder drehschlagenden Bohren. Außer­ dem fällt beim ausschließlichen Bohren mit Höchstdruck­ wasser während der Bohrzeiten ein ganz erheblicher Vo­ lumenstrom an Wasser und Bohrklein an, für den gesonderte Abführeinrichtungen vorgesehen werden müssen, da das die Abbaustrecken umgebende Nebengestein häufig wasser­ empfindlich ist, unter Wassereinwirkung einen erheblichen Rückgang der Festigkeit aufweist und zum Quellen neigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorerwähnten, bekannten Verfahren zu vermeiden. Sie ver­ folgt dabei den Leitgedanken, ein flexibles Gestänge ganz besonderer Ausgestaltung, welches die Übertragung von hohen Andruckkräften und hohen Drehmomenten gestattet, in einem fest vorgegebenen Bogen abzulenken und zu führen. Die der Erfindung zugrundeliegende Vorrichtung, welche auf nor­ male (und damit auf bereits vorhandene) Bohrlafetten auf­ gesetzt werden kann, ermöglicht im Gegensatz zu allen anderen bisher vorgeschlagenen Verfahren für das abge­ winkelte Bohren auch die Verwendung des Drehschlag- bzw. des Schlagdrehbohrens. Diese beiden Bohrprinzipien gestatten es im Vergleich zum rein drehenden Bohren und allen anderen, im Zusammenhang mit dem abgewinkelten Bohren bisher er­ arbeiteten Vorschlägen, ganz erheblich höhere Bohrleistungen zu erreichen und Bohrlöcher auch in harten, schwer bohr­ baren Gesteinen mit befriedigendem Bohrfortschritt her­ zustellen.

Das erfindungsgemäße Bohrverfahren eignet sich in besonderem Maße für das Herstellen von Spreng- und Ankerbohrlöchern. Es ist jedoch auch für die Herstellung von Bohrlöchern geeignet, die völlig anderen Zwecken dienen. Eine direkte Notwendigkeit, das Verfahren einzusetzen, ist beispiels­ weise beim Herstellen von Ankerbohrlöchern in Abbaustrecken­ vortrieben mit Teilschnittmaschinen, beim Ankern ausbruch­ gefährdeter Bereiche in Streben und beim Herstellen von Sprenglöchern im Liegenden aufgefahrener Abbaustrecken ge­ geben.

Beim Auffahren von Abbaustrecken mit Teilschnittmaschi­ nen, in denen als ausschließlicher oder zusätzlicher Streckenausbau Gebirgsanker eingebracht werden, ist eine zeitliche Überlappung von Schneidarbeit und Einbringen des Ausbaus nur dann möglich, wenn die gesamte Ausbau­ arbeit auf einen relativ engen Querschnittsbereich am äußeren Rand der Strecke beschränkt wird. Das setzt voraus, daß die Ankerbohrlöcher aus einer zur Strecken­ achse parallelen Position heraus "um die Ecke" in das die Strecke umgebende Gebirge eingebracht und anschließend die Anker in der gleichen Weise gesetzt werden. Die Länge der Ankerbohrlöcher beläuft sich gegenwärtig auf 2,2 bis 2,5 m, längere Anker werden möglicherweise bei den in größeren Teufen zu erwartenden höheren Druckbelastungen erforderlich werden. Der am Streckenmantel zur Verfügung stehende Bereich, aus dem heraus gebohrt und geankert werden muß, hat räumliche Abmessungen von 50 bis 70 cm, d. h. die Bohrlöcher sind mindestens drei- bis fünfmal so lang wie der in der Bohrlochachse zur Verfügung stehende freie Raum.

Das gleiche gilt für Streben in geringmächtigen Flözen, in denen an ausbruchgefährdeten Stellen, insbesondere zwischen Kappe und Kohlenstoß, sowie in gebirgsmechanisch gestörten Bereichen relativ lange Gebirgsanker einge­ bracht werden müssen, deren Länge ein Mehrfaches der Flözmächtigkeit und damit der Streböffnung beträgt. Hier werden bisher kurze Bohrstangen eingesetzt und entspre­ chend dem Bohrlochfortschritt aneinander geschraubt, deren Abmessungen der Streböffnung entsprechen. Das Verfahren ist sehr zeit- und kostenaufwendig, was sich besonders aus dem Grunde negativ auswirkt, daß die Sicherungsarbei­ ten in ausbruchgefährdeten Bereichen sehr schnell und kurzfristig erfolgen müssen.

Ein weiterer sinnvoller Anwendungsbereich des der Erfin­ dung zugrundeliegenden Verfahrens erschließt sich im Zuge eines Entwicklungstrends, nach dem in größeren Teufen die Abbaustrecken aus gebirgsmechanischen Gründen im Liegen­ den angeordnet werden müssen. Hierbei ist es weiterhin zweckmäßig, dem eigentlichen Auffahrtort der Abbaustrecke, d. h. der Stelle, an welcher der Nachriß des Liegendge­ steins erfolgt, einen Kurzstreb voraus zu führen. Bei diesem Verfahren bietet es sich an, die Sprenglöcher senkrecht zur Streckenachse, d. h. in der sogenannten Strossenbauweise, herzustellen. Das ist bei der Länge der Sprenglöcher nur mit abgewinkeltem Bohren möglich. Bei geringerer Flözmächtigkeit ist es außerdem notwendig, die Ankerbohrlöcher für den vorläufigen Ausbau zwischen vor­ auseilendem Streb und endgültigem Streckenausbau eben­ falls mittels des abgewinkelten Bohrens herzustellen.

Vor allem im Steinkohlenbergbau der Vereinigten Staaten, Australiens und der Republik Südafrika wird zum überwie­ genden Teil Örterpfeilerbau angewendet, bei dem die ent­ stehenden Hohlräume durch Ankerausbau gegen Hereinbrechen der hangenden Gesteinsschichten gesichert werden. Der Ab­ bau findet vielfach in geringmächtigen Flözen statt, wo­ bei zur Sicherung der Abbauräume Anker eingebracht werden müssen, deren Länge erheblich über der Flözmächtigkeit liegt. Auch hier ist ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des abgewinkelten Bohrens mit flexiblem Bohrgestänge gegeben.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

Abb. 1 eine Gesamtansicht des Bohrwagens mit Bohrlafette und aufgesetzter erfindungs­ gemäßer Einrichtung für das abgewinkelte Bohren,

Abb. 2 das vordere Ende der Bohrlafette mit auf­ gesetzter Bogenführung,

Abb. 3 eine Bogenführung für das flexible Bohrge­ stänge unter Verwendung von Wälzlagern,

Abb. 4 eine Bogenführung für das flexible Bohr­ gestänge unter Verwendung einer Gleitlagerung,

Abb. 5 einen Querschnitt durch das flexible Bohr­ gestänge,

Abb. 6 eine Ansicht des flexiblen Bohrgestänges mit aufgesetzter Bohrkrone,

Abb. 7 einen Querschnitt durch einen Wälzlager­ bock und

Abb. 8 ein Ausführungsbeispiel mit Drehdurchfüh­ rung für die zusätzliche Anwendung der Höchst­ druckwassertechnik.

Abb. 1 zeigt die erfindungsgemäße Bohreinrichtung für das abgewinkelte Bohren auf einem Bohrwagen 1 mit einem dreh- und schwenkbaren Ausleger 2 und einer an dessen freiem Ende angebrachten raumbeweglichen Lafette 3. Die erfindungsgemäße Bohreinrichtung kann ebensogut auf einem Bohrwagen mit Radantrieb oder auf einer Vor­ triebsmaschine montiert sein, sie kann in einem Schreit­ gespann angeordnet oder an einer Hängebahn angebracht werden.

Auf der raumbeweglichen Lafette 3 kann in axialer Rich­ tung die an sich bekannte Bohrmaschine 4 verfahren wer­ den, die als Drehbohrmaschine, Drehschlagbohrmaschine oder Schlagdrehbohrmaschine ausgebildet sein kann und die über eingebaute Vorschubeinrichtungen verfügt. Am Ab­ triebswellenstummel der Drehbohrmaschine 4 ist das flexible Bohrgestänge 5 leicht lösbar befestigt, an dessen vorderem Ende die Bohrkrone 6 angeordnet ist. Auf der Bohrlafette 3 sind ferner die Bogenführung 7 befestigt und verschiebbare Lager 8 angeordnet, welche die Führung des flexiblen Bohrgestänges 5 zwischen der Bohrmaschine 4 und der Bogenführung 7 übernehmen. Beim Vorschieben der Bohrmaschine 4 während des Bohr­ vorganges werden die verschiebbaren Lagerböcke 8 zu­ nächst entriegelt und dann von der Bohrmaschine mitgenom­ men und gegen die Bogenführung 7 gefahren, beim Rück­ holvorang des flexiblen Bohrgestänges 5 werden sie dann wieder mitgenommen, in ihre Ausgangsposition ge­ bracht und dort erneut verriegelt.

In Abb. 2 ist das vordere Ende der Bohrlafette 3 mit der Bogenführung 7, den ersten beiden verschieb­ baren Lagern, den Vorschub- und Rückholeinrichtungen so­ wie den Verriegelungseinrichtungen dargestellt. Bei der Bogenführung handelt es sich um die Konzeptvariante mit Lagerböcken 9, zwischen denen Bohrstücke 10 angeordnet, vorzugsweise verschweißt sind. In Abb. 2 sind die Lagerböcke 9 in der Ansicht, die dazwischen befindli­ chen Rohrstücke 10 geschnitten dargestellt. Entsprechend der Knicksteifigkeit des flexiblen Bohrgestänges 5 kann der Abstand der Lagerböcke mehr oder weniger groß sein. Er kann beispielsweise zum Herstellen von Ankerbohrlöchern bei sehr knickstabilen Bohrgestängen 20 bis 30 cm betra­ gen oder bei weniger knickstabilen Bohrgestängen auf Null schrumpfen, d. h. die Lagerböcke 9 stoßen unmittelbar aneinander und die rohrförmigen Zwischenstücke 10 ent­ fallen. Das flexible Bohrgestänge 5 wird konzentrisch durch die Lagerböcke 9 und die rohrförmigen Zwischen­ stücke 10 geführt. Über Befestigungskonsolen 11 ist die Bogenführung mit der Bohrlafette 3 fest verbunden, vorzugsweise verschraubt oder verschweißt.

Die Bohrlafette 3, die als Führungs- und Gleitbahn für die Bohrmaschine und die verschiebbaren Lagerböcke 8 dient, kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein; im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht sie aus zwei nebeneinander angeordneten I-Trägern, deren obere äußere Flanschen 12 von entsprechenden klauenförmigen Füh­ rungselementen 13 der verschiebbaren Lagerböcke 8 und der Bohrmaschine übergriffen werden.

Vorzugsweise an beiden Seiten der verschiebbaren Lager­ böcke 8 befinden sich Rippen 14, an denen unterschied­ lich lange Rückholeinrichtungen 15 angebracht sind. Die Rückholeinrichtungen, welche vorzugsweise ebenfalls beid­ seitig der verschiebbaren Lagerböcke angeordnet sind, können aus Stangen oder Seilen bestehen. Jedem verschieb­ baren Lagerbock 8 ist ein Stangen- bzw. Seilpaar 15 zugeordnet. An ihren nicht dargestellten Enden sind die Stangen bzw. Seile an der Bohrmaschine 4 befestigt. Sie können einseitig, d. h. entweder an der Bohrmaschine 4 oder an den verschiebbaren Lagerböcken 8 fest ange­ bracht sein und müssen an den jeweils anderen Enden in entsprechenden Bohrungen axial verschiebbar sein, damit sie beim Zurückfahren des flexiblen Bohrgestänges 5 in ihre Ausgangsposition zurückgezogen werden können. Im ge­ zeichneten Ausführungsbeispiel sind die Rückholeinrich­ tungen 15 als Stangen ausgebildet und an der Bohrmaschi­ ne 4 fest angebracht, während sie die seitlichen Rip­ pen 14 der verschiebbaren Lagerböcke 8 in Bohrungen 16 durchstoßen. Beim Rückholvorgang legen sich jeweils die Anschlagköpfe 17 der als Rückholeinrichtungen die­ nenden Seile oder Stangen 15 an die seitlichen Rippen 14 der verschiebbaren Lagerböcke 8 an, so daß die Lagerböcke beim Zurückfahren der Bohrmaschine 4 und des flexiblen Bohrgestänges 5 geometrisch genau in ihre in Abb. 2 dargestellte Ausgangsposition zurückgeholt werden.

Verriegelungseinrichtungen 18, welche an jedem ver­ schiebbaren Lagerbock 8 angebracht sind, greifen in entsprechende Bohrungen 19 der äußeren oberen Flanschen des aneinander geschweißten I-Trägerpaares, welches als Führungslafette 3 dient. Über Federn 20 werden die Verriegelungseinrichtungen 18 in die Bohrungen 19 ge­ drückt, so daß eine formschlüssige Verriegelung erfolgt. Während des Bohrvorganges stoßen die Bohrmaschine bzw. die jeweils benachbarten Lagerböcke mit einer entspre­ chenden Nase gegen die Flächen 21 der Verriegelungs­ einrichtungen 18, so daß diese gegen die Kraft der Fe­ dern 20 mit ihren freien Enden aus den Bohrungen 19 herausgedreht und damit die Verriegelungen gelöst werden. Mit einer nicht dargestellten Vorschubeinrichtung drückt anschließend die Bohrmaschine 4 gegen die Stirnfläche 22 des ersten Lagerbocks und jeder Lagerbock 8 gegen seinen in Bohrrichtung angeordneten Nachbarn 8, so daß diese beim weiteren Bohrvorgang mitgenommen werden.

Den bohrlochseitigen Lagerbock am Ende der Bogenführung umgreift eine Dichtungsmanschette 23, die am Lagerbock mittels der Klammern 24 verspannt ist und mit ihren freien Enden 25 das flexible Bohrgestänge 5 dichtend umschließt, damit kein Wasser oder Bohrklein in die Bo­ genführung eindringen kann.

In Abb. 3 ist eine Konstruktionsvariante der Bogen­ führung dargestellt, bei der die Lagerböcke 9 unmittel­ bar nebeneinander angeordnet sind. Um eine biegesteife Bogenführung zu erreichen, sind bei diesem Ausführungs­ beispiel - jeweils um 90 Grad gegeneinander versetzt - zwei kräftige Leistenpaare 26, 27 an den Außenflächen der Lagerböcke 9 angeordnet, von denen das Leistenpaar 26 einen größeren Querschnitt und damit ein größeres Wider­ standsmoment als das Leistenpaar 27 besitzt, weil vom ersteren die aus der Andruckkraft resultierenden Abstütz­ kräfte in der Bogenführung aufgenommen werden müssen. Die Leistenpaare sind über Schrauben 28 an den Lagerböcken 9 befestigt, so daß sich insgesamt gesehen eine äußerst formsteife Bogenführung ergibt. In einem jedem Lagerbock 9 wird das flexible Bohrgestänge von einem drehbaren Führungsstück 29 umschlossen. Zum Zwecke der Abdichtung gegen Wasser und Bohrklein ist die gesamte Bogenführung mit einem ziehharmonikaförmigen Dichtungsschlauch 30 aus Gummi oder Kunststoffmaterial überzogen, der an sei­ nem dem Bohrloch zugewandten Ende in die Dichtungsman­ schette 23 übergeht, die mit ihren Lippen 25 dichtend am flexiblen Bohrgestänge 5 anliegt.

Abb. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Bogen­ führung, bei dem das flexible Bohrgestänge 5 innerhalb eines gebogenen Rohres 31 mit hinreichendem Bewegungs­ spiel gleitgelagert ist. An seinem bohrlochseitigen Ende ist die rohrförmige Bogenführung - ähnlich wie die Aus­ führungsbeispiele gemäß Abb. 2 und 3 - mit einer Dichtmanschette 23 versehen, die mit ihren Lippen 25 dichtend am flexiblen Bohrgestänge 5 anliegt. Ähnlich wie bei den anderen Ausführungsbeispielen (gemäß Abb. 2 und 3) ist die Bogenführung über Stützen 11 fest mit der Bohrlafette 3 verbunden, damit beim Ablenkvorgang in­ folge der Andruckkräfte die entsprechenden Ablenkkräfte in die Bohrlafette 3 übergleitet werden können.

Über eine Schmierleitung 32 und Schmierungsbohrungen 33 wird die rohrförmige Bogenführung mit Schmiermit­ tel, vorzugsweise Schmierfett, versorgt, um die Reibungs­ widerstände und den Reibverschluß zwischen dem flexiblen Bohrgestänge und der Bogenführung zu vermindern. Das Schmiersystem ist an eine nicht dargestellte Schmierpumpe angeschlossen, die von der Bohrmaschine 4 angetrieben wird, so daß während des Bohrens ständig Schmiermittel nachgeführt wird. Auch am bohrmaschinenseitigen Ende der rohrförmigen Bogenführung 31 befindet sich eine Dich­ tungsmanschette 34, damit an dieser Stelle kein Schmier­ mittel austreten kann.

Laborversuche haben gezeigt, daß es sehr wohl möglich ist, bei den Kräften, welche beim Bohren von Spreng- und Ankerlöchern auftreten können, die Bogenführung als fett­ geschmiertes Gleitlager auszubilden.

Abb. 5 zeigt einen möglichen Querschnitt des flexiblen Bohrgestänges 5. Das Bohrgestänge ist nach Art eines Seiles (Spannbetonlitze) aus relativ starken Drähten bzw. Stäben 35 aufgebaut, die mit einem verhältnismäßig geringen Ver­ seilungsfaktor um die als Rohr ausgebildete Seele 36 herum­ gewickelt sind. Die Drehrichtung des Momentes beim drehenden, drehschlagenden oder schlagdrehenden Bohren muß mit der Richtung des Dralls beim Verseilen übereinstimmen. Die Seele 36 ist deshalb als Rohr ausgebildet, damit der Bohrkrone die benötigte Spülflüssigkeit zugeführt werden kann.

Der Verseilungsfaktor kann relativ gering sein; es sind Ausführungsbeispiele möglich, bei denen der Verseilungs­ faktor lediglich zwei bis drei Umdrehungen je Meter flexibles Bohrgestänge beträgt. Als Werkstoff sind - ähnlich wie bei den Spannbetonlitzen - Federstähle oder federstahlähn­ liche Werkstoffe vorgesehen, um den hohen Wechselbiegebe­ anspruchungen, denen das Bohrgestänge im Bereich der Bo­ genführung ausgesetzt ist, widerstehen zu können.

Die Zahl der Stäbe bzw. Drähte 35, die um die Hohlseele 36 herumgewickelt sind, kann sehr unterschiedlich sein. Sie hängt ab vom Bohrlochdurchmesser und den daraus re­ sultierenden Drehmomenten und Andruckkräften. Das flexible Bohrgestänge der vorbeschriebenen Form ist außerordent­ lich knickstabil, so daß gemäß dem in Abb. 2 dar­ gestellten Ausführungsbeispiel der Abstand der Lager­ böcke 9 in der Bogenführung 7 und der Abstand der verschiebbaren Lagerböcke 8 relativ groß sein kann. Die hohe Knicksteifigkeit und der spezielle Aufbau des fle­ xiblen Bohrgestänges gemäß Abb. 5 ermöglichen es, daß über das Gestänge auch Schläge übertragen werden kön­ nen, so daß trotz Abwinklung drehschlagendes und schlag­ drehendes Bohren möglich ist.

In Abb. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für die Be­ festigung der Bohrkrone am flexiblen Bohrgestänge gemäß Abb. 5 dargestellt. Die Bohrkrone 37 steckt mit ihrer genormten Befestigung in der Bohrkronenhalterung 38, die über vier jeweils um 90 Grad versetzte Führungs­ rippen 39 verfügt. Die Bohrkrone kann entsprechend dem zu bohrenden Gestein und dem gewählten Bohrverfahren recht unterschiedlich ausgebildet sein und über zwei oder mehr Bohrschneiden 40 verfügen, die vorzugsweise mit Hartmetallplättchen 41 bestückt sind.

Die Befestigung zwischen Bohrkronenhalterung und flexiblem Bohrgestänge kann ebenfalls sehr unterschiedlich sein. Die innen hohle Bohrkronenhaltung kann aus kalt verform­ barem Stahl bestehen und mit hohen Druckkräften auf das flexible Bohrgestänge (gemäß Abb. 5) aufgepreßt werden. Hierdurch ergibt sich eine hinreichend große Haftung, um die Drehmomente, die Andruckkräfte und die Schlagbelastungen übertragen zu können und beim Zu­ rückziehen des Bohrgestänges nicht abgestreift zu werden.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch mög­ lich, die Bohrkronenhalterung mit dem flexiblen Bohrge­ stänge zu verlöten oder zu verschweißen. Wird das Bohr­ gestänge aus Federstahl oder federstahlähnlichen Werk­ stoffen hergestellt, so empfiehlt sich eine Hartlötver­ bindung.

Die Durchmesser von flexiblem Bohrgestänge, Bohrkronen­ halterung und Bohrkrone sind gegeneinander abgestuft.

Abb. 7 zeigt ein Schnittbild eines möglichen Ausfüh­ rungsbeispieles für die Lagerböcke 8 und 9. In dem durch einen Deckel 42 verschlossenen Gehäuse 43 sind zwei Schulterlager 44 angeordnet, die es gemeinsam gestat­ ten, Axialkräfte in beiden Richtungen aufzunehmen. Innerhalb der Schulterlager befindet sich ein als Gleit­ büchse ausgebildetes Führungsstück 29, das vorzugsweise aus Lagermetall besteht und das über wendelförmige Aus­ nehmungen 45 verfügt, in denen die schwachverseilten Stäbe bzw. Drähte 35 des flexiblen Bohrgestänges 5 axial gegenüber den Lagerböcken 8 und 9 bewegt werden können. Ein Schmiersystem mit den Bohrungen 46 und 47 sorgt dafür, daß sowohl die Schulterlager 44 aus­ reichend mit Schmiermittel versorgt werden als auch die für die Axialbewegung zwischen dem Bohrgestänge 5 und dem Führungsstück 29 vorgesehenen Ausnehmungen 45 Schmiermittel erhalten. Beidseitig der Lagerböcke ange­ ordnete Dichtungsringe 48 verhindern das Eindringen von Wasser und Schmutz und das Austreten von Schmiermitteln.

Anstelle der Schulterlager können in einem anderen Aus­ führungsbeispiel auch Pendelrollenlager eingesetzt wer­ den.

Um die Arbeit der Bohrschneiden 40 an der Bohrkrone 37 durch Höchstdruckwasserstrahlen zu unterstützen und damit den Bohrfortschritt noch einmal wesentlich steigern zu können besteht die Möglichkeit, auf die Bohrmaschine 4 eine Höchstdruck-Drehdurchführung gemäß Abb. 8 auf­ zusetzen. Der Unterstützung des drehenden oder drehschla­ genden Bohrens durch Höchstdruckwasserstrahlen zum Zwecke der Steigerung der Bohrleistung haften die Einschränkun­ gen der HDW-Technik, welche im Abschnitt 2 beschrieben worden sind, nicht an.

Die Drehdurchführung besteht - wie an sich bekannt - aus 2 × 3 Dichtungspaketen 49, 50, die symmetrisch beidseitig der Höchstdruckwasserzuführung 51 angeordnet sind. Die beiden der HDW-Zuführung am nächsten angeordneten Dichtungssätze 50 werden auf ihrer Rückseite von hochviskosem Öl be­ aufschlagt, welches in einem Druckübersetzer 52 auf einen gegenüber dem Höchstdruckwasser 5 bis 10% erhöhten Druck gebracht wird. Auf diese Weise werden die am meisten ge­ fährdeten Dichtungen 50 druckentlastet und gleichzeitig geschmiert.

Claims (28)

1. Verfahren zum Herstellen von Bohrlöchern aus einer gegenüber der Bohrlochachse abgewinkelten Position heraus, bei welchem das für das Herstellen der Bohrlöcher gewählte maschinentechnische System über eine raumbewegliche Bohr­ lafette (3) und eine darauf axial bewegliche Bohrmaschine (4) verfügt, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrge­ stänge (5) flexibel ausgebildet ist und in einer auf der Bohrlafette (3) befestigten Bogenführung (7) aus der Drehachse der Bohrmaschine (4) in die Achse des Bohr­ loches umgelenkt wird.

2. Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern aus einer gegenüber der Bohrlochachse abgewinkelten Position heraus, bei welcher das für das Herstellen der Bohrlöcher gewählte maschinentechnische System über eine raumbewegliche Bohrla­ fette (3) und eine darauf axial bewegliche Bohrmaschine (4) verfügt, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Bohrgestänge aus einer als Rohr ausgebildeten Seele (36) und um diese Seele herumgewickelten Drähten bzw. Stäben (35) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verseilungsfaktor der Drähte bzw. Stäbe (35) re­ lativ gering ist und beispielsweise nur zwei bis drei Umdrehungen je Meter Bohrgestänge beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das als Seele dienende Rohr (36) und die um dieses Rohr herumgewickelten Drähte bzw. Stäbe (35) aus Federstahl oder federstahlähnlichem Werkstoff bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsteckvorrichtung (38) für die Bohrkrone (37) und das Einsteckende in die Bohrma­ schine (4) aus kalt verformbarem Werkstoff bestehen und auf das flexible Bohrgestänge (5) aufgepreßt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ diesen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsteckvorrichtung (38) für die Bohrkrone (37) und das Einsteckende in die Bohrmaschine (4) durch Hartlöt- oder Schweißverbindung an dem flexiblen Bohrgestänge (5) befestigt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsteckvorrichtung (38) für die Bohrkrone (37) über an sich bekannte Führungsrippen (39) verfügt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bogenführung (7) Lagerböcke (9) vorgesehen sind, welche Wälzlager (44) ent­ halten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lagerböcken (9) Distanzrohre (10) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Distanz­ rohre (10) kleiner ist als die kritische Knickbelastung des flexiblen Bohrgestänges (5) unter den auftretenden Mo­ menten, Andruckkräften und Schlagbeanspruchungen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Bohrloch nächste Lagerbock über eine Dichtungsmanschette (23) verfügt, die mit ihren Lippen (25) dichtend am flexiblen Bohrgestänge (5) anliegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerböcke (9) über vier jeweils um 90 Grad versetzte gebogene Leisten (26, 27) miteinander verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenführung als rohrförmiges Gleitlager (31) mit Dichtungsmanschetten (23, 34) an den beiden Enden ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Bogen­ führung an besonders geeigneten Stellen über Schmiermittel­ zuführungen (33) verfügt, die mit einer Schmiermittelleitung (32) verbunden sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bohrgestänge (5) in seinem der Bohrlafette (3) parallel verlaufenden Bereich verschiebbare Lagerböcke (8) zugeordnet sind, deren gegen­ seitiger Abstand ebenfalls geringer ist als die kritische Knicklänge des Bohrgestänges (5) unter den auftretenden Belastungen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbaren Lager­ böcke auf Konsolen stehen, welche die Bohrlafette (3) mit hinreichendem Bewegungsspiel mittels der klauenförmigen Führungselemente (13) umgreifen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß an den Konsolen der ver­ schiebbaren Lagerböcke (8) ver- und entriegelbare Arre­ tierungseinrichtungen (18) angebracht sind, welche in ent­ sprechende Ausnehmungen (19) der Bohrlafette (3) greifen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrich­ tungen (18) über Steuernocken (21) beim Auftreffen ent­ sprechender Bauteile der Bohrmaschine (4) bzw. der Nachbar­ böcke (8) entriegelt werden und die verschiebbaren Lager­ böcke (8) anschließend in Richtung auf die Bogenführung (7) auf der Bohrlafette (3) verfahren werden können.

19. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zum Vorschie­ ben der Lagerböcke (8) an deren Stirnflächen (22) von der Bohrmaschine (4) oder den Nachbarböcken (8) aufgebracht und übertragen wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerböcke (8) über verschieden lange Rückholeinrichtungen (15) mit der Bohr­ maschine (4) verbunden sind, welche beim Zurückholen des flexiblen Bohrgestänges (5) die verschiebbaren Lagerböcke (8) mitnehmen und in ihren ursprünglichen Positionen er­ neut fixieren.

21. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Bohrma­ schine (4) und den verschiebbaren Lagerböcken (8) vorge­ sehenen Rückholeinrichtungen (15) an ihrem einen Ende fest angebracht und an ihrem anderen Ende kraftschlüssig in entsprechenden Bohrungen (16) mit als Anschläge dienenden Köpfen (17) angeordnet sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lagerböcken (8, 9) Wälzlager angeordnet sind, an deren Innenseite ein Führungs­ stück (29) umlaufen kann, welches an der Innenfläche über wen­ delförmige Ausnehmungen (45) verfügt, in denen die Stäbe bzw. Drähte (35) des flexiblen Bohrgestänges (5) axial verschoben werden können.

23. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsstück (29) vorzugsweise aus Gleitlagermetall besteht.

24. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerböcke (8, 9) aus zwei lösbaren Teilen (42, 43) bestehen, um die Wälzlager (44) und die Distanzbüchsen sowie das Führungsstück (29) einbauen zu können.

25. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß Schmiermittelbohrungen (46, 47) vorgesehen sind, mittels derer die Wälzlager (44) und die Gleitnuten (45) sowie die Drähte (35) des flexiblen Bohrgestänges (5) geschmiert werden können.

26. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerböcke (8, 9) über Dichtungsringe (48) gegen das Eindringen von Wasser bzw. Schmutz und das Austreten von Schmiermittel geschützt wer­ den.

27. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager (44) als Schulterlager ausgebildet sind, welche die Aufnahme von Axial­ kräften in beiden Richtungen ermöglichen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß in oder vor der Bohr­ maschine (4) eine an sich bekannte, symmetrisch aufgebaute Drehdurchführung für Höchstdruckwasser vorgesehen ist, deren Hauptdichtungen (50) mittels eines Druckübersetzers (52) und eines Hilfskreislaufs von hochviskosem Öl druckent­ lastet werden.