WO2026032955A1 - Bohrvorrichtung und bohrverfahren zum erstellen einer vertikalbohrung - Google Patents

Bohrvorrichtung und bohrverfahren zum erstellen einer vertikalbohrung

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WO2026032955A1
WO2026032955A1 PCT/EP2025/072465 EP2025072465W WO2026032955A1 WO 2026032955 A1 WO2026032955 A1 WO 2026032955A1 EP 2025072465 W EP2025072465 W EP 2025072465W WO 2026032955 A1 WO2026032955 A1 WO 2026032955A1
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WO
WIPO (PCT)
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drill string
drill head
drilling
vertical
starting point
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/EP2025/072465
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Frey
Nicolas OSSWALD
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Herrenknecht AG
Original Assignee
Herrenknecht AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Herrenknecht AG filed Critical Herrenknecht AG
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Pending legal-status Critical Current
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/28—Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D1/00—Sinking shafts
    • E21D1/08—Sinking shafts while moving the lining downwards
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D3/00—Raising shafts, i.e. working upwards from the bottom
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D5/00—Lining shafts; Linings therefor

Definitions

  • the invention relates to a drilling device and a drilling method for creating a vertical borehole along a borehole line from a starting point to a target point, wherein the target point is provided below the starting point in an underground accessible cavity.
  • DE3905699C1 discloses a drilling device and a drilling method for creating a vertical borehole, in which a large-diameter underground borehole is created from a starting point above a target point using a drilling device.
  • a pilot borehole is sunk, and then the pilot borehole is expanded by pressure with a drill head from the starting point to the target point.
  • a disadvantage of this method is that, due to the pressure drilling, the drill string must be designed to be correspondingly robust in order to enable precise drilling and stable behavior during the transmission of drive and thrust forces to the drill head. Furthermore, the drilling lengths are limited due to the pressure drilling method.
  • the object of the invention is to improve the aforementioned methods, in particular with regard to drilling length and drilling precision, especially under different rock conditions or unstable rock conditions.
  • the solution according to the invention provides a drilling device with a drive for rotating the drill head in use, wherein the drive is provided at the starting point, and wherein the drive can be connected to a drill string, with a vertical drill head for creating a vertical bore from the starting point to the target point along a created bore or the drilling line, wherein the vertical drill head can be connected to the drill string, with the drill string which is detachably assembled from several drill string elements, KLICKOW & WETZEL, which connects the drill head in drilling operation with the drive for rotating the drill head, and which, during drilling with the drill head, can be extended by inserting drill string elements into the drill string at the starting point according to the drilling progress or shortened by removing drill string elements from the drill string at the starting point, with a pressure force introduction device into the vertical drill head for generating a pressure force to press the vertical drill head against the face to be excavated, wherein the pressure force introduction device has at least one actuator for introducing a defined pressure force into the vertical drill head during drilling
  • a further aspect of the invention provides that a temporary support can be inserted into the pilot bore and/or the reaming bore, preferably in the form of segments made of a drillable material or by spraying on a drillable material, particularly preferably concrete or plastic.
  • a temporary support can be inserted into the pilot bore and/or the reaming bore, preferably in the form of segments made of a drillable material or by spraying on a drillable material, particularly preferably concrete or plastic.
  • the drill string is connected to a lowering element during installation in the pilot bore or the reaming bore, allowing the temporary support to be inserted into the reaming bore.
  • This is a particularly simple and cost-effective way to install the support. This allows the support to be installed in a particularly straightforward manner.
  • a further aspect of the invention provides that the vertical drill head has an element for establishing a detachable connection with the drill string, preferably at least one, preferably two, clamping jaws driven by an actuator, with which a positive-locking and/or force-locking connection between the vertical drill head and the drill string can be detachably established.
  • This enables fast and easy drilling, particularly without having to modify the drill string itself.
  • a further aspect of the invention provides that the vertical drill head is constructed from at least two superimposed segments which are detachable from one another, so that the drill diameter can be reduced. This allows the diameter of the borehole to be easily reduced, for example, if the drilling cannot be continued with the original diameter due to rock conditions.
  • a further teaching of the invention provides that the contact force introduction device has a push unit with the at least one actuator at the starting point, wherein the at least one actuator is connected to at least one force transmission element, and that the contact force introduction device has a force introduction element which is rotatably connected to the vertical drill head on its side facing the target point, and which is non-rotatably connected to the at least one force transmission element on its side facing the starting point, wherein the defined contact force that can be introduced by the at least one actuator is transmitted via the at least one force introduction element and the force transmission element to the KLICKOW & WETZEL
  • the vertical drill head can be transferred. This allows the pressure force to be easily applied from the surface without subjecting the drill string to shear stress. Furthermore, this allows the drill string to be easily stabilized by applying tension.
  • the at least one force transmission element is a lining element, preferably in the form of tunnel segments or lining sections, preferably made of concrete or steel, which are particularly preferably connectable to one another.
  • a simple means of transmitting the pressure force from the surface to the drill head is provided.
  • the lining itself can provide the pressure force through its own weight. The friction of the lining against the borehole wall can preferably be subtracted. If the resulting pressure force is sufficient, advancement by the feed unit can then be dispensed with, at least temporarily.
  • a further aspect of the invention provides that the rotationally fixed connection between the vertical drill head and the force application element is provided via at least one rolling bearing or a sliding bearing. This allows the vertical drill head to rotate relative to the force application element in a simple manner.
  • a further aspect of the invention provides that the force introduction element has an opening, preferably centrally located, for the drill string. This provides a simple way to decouple the drill string from the system for introducing the contact force.
  • the actuator of the thrust unit is at least one hydraulic cylinder.
  • the lifting and lowering device is a stranded lifting/lowering device with at least two units, each with at least one actuator.
  • KLICKOW & WETZEL prefers a lifting/lowering cylinder, each with a wire locking mechanism. This allows for easy provision by lifting.
  • a further aspect of the invention provides that the force application element is constructed from at least two detachable segments, with the lifting and lowering device preferably being connected to the inner segment.
  • the stability is increased in a simple manner by providing tensile-resistant connections.
  • a further aspect of the invention provides that the force application device is a tension unit located at the target point below the pilot bore or reaming bore. This allows the contact force to be applied easily from the starting point of the bore without subjecting the drill string to shear stress. Furthermore, this allows the drill string to be easily stabilized by applying tension.
  • the drill string can be connected to the pulling unit, the pulling unit having an actuator for applying a pulling force via the drill string to the vertical drill head when drilling the vertical bore.
  • a further aspect of the invention provides that the force application device is a thrust unit located at the starting point above the pilot bore or reaming bore. This allows the pressure force to be applied easily from the starting point of the bore.
  • a further aspect of the invention provides that the actuator of the pulling unit is at least one hydraulic cylinder. This allows the necessary pulling force for drilling to be provided in a simple manner.
  • tensioning unit can be braced at the target point between the base and the ridge. This allows for simple stabilization of the tensioning unit.
  • a further aspect of the invention provides that the pulling unit has a rotating element at the target point, which can be connected to the drill string. This allows the rotation of the drill string to be easily controlled and guided at the target point.
  • the lining is made of shotcrete.
  • a further advantage is the provision of a platform above the drill head, from which the shotcrete can be applied. This type of lining is simple, quick, and safe to install.
  • the vertical borehole support consists of support elements, preferably in the form of tunnel segments or lining sections, preferably made of concrete or steel, which can be connected to one another.
  • Such support is easy, quick and safe to install.
  • the lifting and lowering device is a stranded lifting/lowering device with at least two stranded lifting/lowering units, each with at least one actuator, preferably a lifting/lowering cylinder, and a stranded locking mechanism. Surprisingly, it has been found that this makes removal particularly easy, quick, and safe.
  • the solution according to the invention provides a drilling method for creating a vertical borehole from a starting point to a target point, wherein the target point is located in an underground accessible cavity, in particular with a previously described drilling device, comprising the steps of: creating the vertical borehole with final diameter from the starting point to the target point by the drive moving the vertical drill head via the KLICKOW & WETZEL
  • the drill string rotates and the pressure force application device moves the drill string towards the target point with an actuator, preferably with at least one hydraulic cylinder as actuator; a drive for rotating a drill head is provided at the starting point; a vertical drill head is provided at the starting point; a pressure force application device is provided; the drill string is connected to the drive; the vertical drill head is connected to the drill string; the pressure force application device is connected to the vertical drill head; and the vertical bore with final diameter is created from the starting point to the target point by the drive rotating the vertical drill head over the drill string and the pressure force application device moving the drill string towards the target point with an actuator, preferably with at least one hydraulic cylinder as actuator.
  • the drilling method comprises the following steps: providing the pressure force application device in the form of a push unit with the actuator at the starting point, providing a force transmission element, connecting the force application element to the actuator, providing a force application element, connecting the force application element on its side facing the target point to the vertical drill head, thus providing a rotatable connection, connecting the force application element on its side facing the starting point to the force transmission element, thus providing a rotationally fixed connection, and introducing a defined pressure force through the actuator via the force transmission element and the force application element onto the vertical drill head.
  • the at least one force transmission element is provided as a support element, preferably in the form of tunnel segments or support segments, preferably made of concrete or steel, which are particularly preferably connected to each other.
  • a further teaching of the invention provides that a lifting and lowering device, preferably a strand lifting/lowering device with at least two strand lifting/lowering units with at least one actuator each, preferably a lifting/lowering cylinder, and each strand locking device, is provided at the starting point, which is connected to the force introduction element, and with which a tensile force can be introduced into the force introduction element in the direction of the starting point.
  • a lifting and lowering device preferably a strand lifting/lowering device with at least two strand lifting/lowering units with at least one actuator each, preferably a lifting/lowering cylinder, and each strand locking device
  • a further aspect of the invention provides that the force application element is constructed from at least two detachable segments, with the lifting and lowering device preferably being connected to the inner segment.
  • the diameter of the bore can preferably be reduced in a simple manner, for example, if the bore Due to rock conditions, KLICKOW & WETZEL cannot continue with the original diameter.
  • Another teaching of the invention provides a drilling method comprising the following steps: providing the pressure force introduction device in the form of a pulling unit arranged at the target point, connecting the drill string to the pulling unit, wherein the pulling unit pulls the drill string in the direction of the target point with the actuator.
  • the vertical drill head is connected to the drill string on the side facing the target point and on the side facing the starting point, and that the length of the drill string is kept constant by installing a drill string element at the starting point and removing a drill string element at the target point.
  • the vertical drill head is connected to the drill string via an element provided on the vertical drill head for establishing a detachable connection, preferably at least two clamping jaws driven by an actuator, with which a positive-locking and/or force-locking connection between the vertical drill head and the drill string is detachably established, the drive rotates the vertical drill head, and the pulling unit pulls the vertical drill head towards the target point via the actuator.
  • the pulling unit stops the pulling
  • the drive stops the rotation of the vertical drill head
  • the element for establishing the detachable connection with the drill string is opened
  • the drill string is moved a defined distance, preferably the stroke of a hydraulic cylinder, by the actuator of the pulling unit towards the starting point, and the vertical drill head is reconnected to the drill string.
  • the drill string is connected to a rotating element of the pulling unit.
  • the invention further provides a drilling method comprising the following steps: providing a pilot drill head at the starting point, providing drill string elements at the starting point, connecting the pilot drill head to the drive via a drill string that is successively assembled from several drill string elements, creating a pilot bore from the starting point to the target point by rotating the first drill head over the drill string and, if necessary, advancing the drill string towards the target point, whereby the drill string is successively lengthened by inserting drill string elements at the starting point until the target point is reached, and disconnecting the first drill head from the drill string located in the pilot bore at the target point.
  • the invention also advantageously provides a drilling process with the following steps: KLICKOW & WETZEL
  • pilot borehole support or reaming borehole support preferably in the form of concrete segments, is inserted into the pilot borehole or the reaming borehole.
  • a lowering element is provided, that the drill string is connected to a lowering element when being inserted into the pilot bore or the reaming bore, via which the pilot bore support or the reaming bore support is inserted into the pilot or reaming bore.
  • a vertical borehole support is inserted into the vertical borehole, preferably during the drilling of the vertical drill head.
  • the lining consists of shotcrete or lining elements, preferably in the form of tunnel segments or lining sections, preferably made of concrete or steel.
  • Figures 1a to 1d show a schematic representation of the preferred method according to the invention and of a first embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 2 shows a schematic representation of the method according to the invention and an embodiment of the device according to the invention for creating the vertical bore to Figure 1d with a first embodiment of the construction of the vertical bore, KLICKOW & WETZEL
  • Figure 3 shows a schematic representation of the inventive method and an embodiment of the inventive device for creating the vertical bore to Figure 1d with a second embodiment of the construction of the vertical bore
  • Figure 4 shows a sectional view of the drill head according to the invention.
  • Figures 5a to 5c show a schematic representation of the preferred method according to the invention and a second embodiment of the device according to the invention.
  • Figures 1a to 1d show the individual process steps of a preferred drilling method for creating a vertical bore 230, in particular a large hole bore, and the drilling device 10 required for this purpose in a first embodiment.
  • the vertical borehole 230 shown in Figure 1d, is created by first drilling a pilot borehole 210 between a starting point 110 and a target point 120 in an underground mine working 130 (Fig. 1a).
  • the drill cuttings 140 produced during the drilling of the pilot borehole 210 in the rock mass 100 are removed from the pilot borehole 210 during the drilling process using a suitable conveying system (not shown), for example, hydraulically or by means of an airlift system. Only after the pilot borehole 210 has broken through the crown 150 at the target point 120 can drill cuttings 140 fall onto the bottom 160.
  • the pilot drill head 30 is connected via a drill string 40 to a drive 20 of the drilling device 10.
  • Figure 1b shows a preferred second drilling step of the drilling method according to the invention.
  • the pilot bore 210 is enlarged to a reaming bore 220 using a reaming drill head 31, which is connected to the drive 20 at the starting point 110 via the drill string 40.
  • the drill cuttings 140 fall through the already drilled reaming bore 220 onto the level 160 of the underground mine working 130 at the target point 120.
  • This step can also be omitted if the pilot bore 210 is to be reamed directly to the final diameter.
  • the reaming drill head 31 is connected to the drill string 40 at the target point 120 and rotated via the drill string 40 by the drive 20.
  • the drilling progresses in this way KLICKOW & WETZEL by pulling the drill string 40 against the rock 100 by means of at least one actuator 22, preferably a hydraulic cylinder.
  • the drill string 40 consists of drill string elements 41, which are preferably screwed together or otherwise connected to one another. Preferably, recesses are provided on the drill string elements into which elements for creating a positive connection (not shown) can engage. Such elements are provided, for example, in the drive 20 to enable the drill string 40 to be raised or lowered vertically via the actuator 22, or to hold the drill string 40 in position.
  • the actuator 22 can, via the drill string 40, also press the pilot drill head 30 against the bottom of the borehole against the rock to be excavated 100. Additionally, special drill string elements, which have a higher weight, can be provided for the drilling advance during the creation of the pilot bore 210.
  • the reaming drill head 31 When creating the reaming borehole 220, the reaming drill head 31 is pulled against the bottom of the borehole against the rock 100 to be loosened via the actuator 22.
  • the length of drill string 40 is changed by adding drill string elements 41 at the starting point 110 or by removing drill string elements 41 at the starting point 110.
  • Figure 1c shows a further preferred process step, namely the installation of a borehole reamer 300 as a temporary support.
  • This support is formed from support elements 310.
  • these support elements 310 consist of a material that can be removed during the construction of the vertical borehole. This is particularly preferably concrete or plastic. If necessary, or alternatively, this step can also be applied analogously to the pilot borehole.
  • a lowering element 50 connected to the drill string 40, is provided for inserting the stacked support elements 310 to create the borehole reaming support 300.
  • the support elements 310 are stacked on top of each other on the lowering element 50 and lowered from the starting point 110 to the target point 120 by extending the drill string 40 through the installation of drill string elements 41, thereby creating the borehole reaming support 300 as a temporary support.
  • the expansion of the enlargement borehole 220 or the pilot borehole 210 is particularly necessary if the rock is not sufficiently stable and there is a risk that elements from the borehole wall 430 may break off, potentially clogging the pilot borehole 210 or the enlargement borehole, especially during the final construction of the vertical borehole 230.
  • the temporary support is locked in place and the lowering element 50 is disconnected from the drill string 40. If necessary, mortar is placed behind the support 300.
  • Figure 1d shows the process step of widening the widening borehole 220, including the widening borehole support 300.
  • a vertical drill head 32 is provided, which is connected to the drill string 40. The connection is made for the first time at the starting point 110.
  • a pulling unit 60 is arranged at the target point 120 below the borehole opening 240 in the crown 150 as a contact force introduction device 500.
  • the pulling unit 60 preferably and by way of example has a rotary element 61 which is movably connected to a base 63 of the pulling unit 60 via an actuator 62.
  • the actuator 62 which is preferably at least one hydraulic cylinder, allows the rotary element 61 to be moved in the direction of arrow B, so that the drill string 40 can be raised and pulled as a whole.
  • the actuator 62 thus applies a tensile force as a pressure force via the drill string 40 onto the reaming drill head 31 to generate drilling progress.
  • the tensioning unit 60 also has vertical bracing elements 64 at the base 63, with which the tensioning unit 60 is braced between the base 160 and the ridge 150.
  • the pulling unit 60 has a slide 66 onto which the drill cuttings 140 released from the vertical drill head 32 enter and are deflected to the side.
  • the vertical drill head 32 has a conical base body 33 on which drilling tools 34, for example roller chisels, are arranged. Furthermore, preferably at least one driver 35 is arranged on the base body 33, on which drilling tools 36 can also be provided. These can be, in particular, pin chisels or peeling knives. KLICKOW & WETZEL
  • the vertical drill head 32 has an element 37 for establishing a detachable connection with the drill string 40.
  • the element s? comprises at least one clamping jaw 38 which can be pressed against a drill string element 41 of the drill string 40 by means of at least one actuator 39, preferably a hydraulic cylinder, so that a force-fit or form-fit connection between the vertical drill head 32 and the drill string 40 is provided.
  • the vertical drill head 32 can be moved together with the drill string 40, for example by the actuator 62 of the pulling element 60 pulling the vertical drill head 32 against the rock 100 of the drill bottom, so that the drilling tools 34, 36 loosen the rock by the rotational movement of the drill string 40, which is introduced into the drill string 40 by the drive 20.
  • the vertical drill head 32 has a guide element 42 on its base body 33, which has the diameter of the pilot bore 210 or the reaming bore 220.
  • the guide element 42 centers the vertical drill head 32 within the pilot bore 210 or the reaming bore 220. If a core is installed in the pilot bore 210 or the reaming bore 220, the guide element 42 is correspondingly smaller in diameter.
  • the element 37 can also represent a wedge connection, in which a detachable connection between the vertical drill head 32 and the drill string 40 is made via interlocking wedge elements.
  • the element 37 enters into a form-fit or force-fit connection with at least one drill string element 41 of the drill string 40, in which, for example, the at least one clamping jaw 38 is pressed against the drill string element 41 by the actuator 39.
  • the drive 20 sets the drill string 40 into rotation, so that the drilling tools 34, 36 move/roll on the rock 100 of the drill bottom and thereby loosen the rock 100 into drill cuttings 140.
  • the loosened drill cuttings 140 slide towards the guide element 42, and move through it into the underlying bore 210, 220 and fall out of the KLICKOW & WETZEL
  • the drivers 35 are optionally arranged on the base body 33 in such a way as to support the movement of the drill cuttings 140 towards the conveyance.
  • the actuator 62 of the pulling element 60 pulls the drill string 40 downwards, thus achieving drilling progress.
  • the drive 20 stops rotating, the element 37 is released, for example, by opening the clamping jaws 38, and the actuator 62 lifts the drill string 40 by the defined distance, for example, the stroke of a hydraulic cylinder.
  • the element 37 then re-establishes a positive and/or non-positive connection with the drill string 40, and the drive 20 sets the vertical drill head 32 back into rotation via the rotation input into the drill string 40.
  • the actuator 62 then re-engages the drill string 40 accordingly, so that drilling continues.
  • the drive 20 comprises a base 21 and a rotary drive 23, which has at least one actuator.
  • the rotary drive 23 has a connecting element 24 with which a drill string element 41 can be connected to the rotary drive 23, so that the rotary drive
  • the drive 20 can, via the actuator 22, move the rotary drive 23 towards or away from the base 21 in the direction of arrow A.
  • This allows, for example, a compressive force to be exerted on the pilot drill head 30 during the creation of the pilot bore 210.
  • the travel height of the actuator 22 is preferably at least the height of a drill string element 41, so that drill string elements 41 can be inserted into and removed from the drill string 40 at the starting point 110 and placed in or removed from a bearing 25.
  • the drive 20 is preferably arranged on a portal 26 above a borehole opening 250.
  • a strand lifting/lowering device 70 ( Figure 1d, 2) consisting of at least two strand lifting/lowering units 73 is further provided, with which a vertical borehole support 400 KLICKOW & WETZEL, consisting of ring-shaped vertical borehole support elements 410, in one piece or in multiple parts, which can be inserted following the drilling progress of the vertical drill head 32.
  • the strand lift/lowering system 70 comprises a strand lift/lowering element 71 on which a lower vertical borehole support element 410 is arranged.
  • the stranded lifting/lowering element 71 is connected via strands 72 to the respective corresponding stranded lifting/lowering units 73. These each have at least one drum 74 on which the strands 72 can be wound up and down.
  • the strand lifting/lowering unit 73 includes an actuator 75, for example a hydraulic cylinder, with which a strand 72, detachably connected to the actuator 75, can be continuously lowered until a defined distance, for example the stroke of a hydraulic cylinder, has been covered.
  • the strand lifting/lowering element 71 can also be raised or temporarily held in a position.
  • the vertical borehole support 400 can be successively installed in the form of individual support elements 410, following the excavation progress of the vertical drill head 32.
  • a platform 80 ( Figure 3) can be provided on strands 81, which can be raised and lowered in the direction of arrow C via a drum system 82 and thus be lifted and lowered in the vertical borehole 230.
  • shotcrete 42 can be applied as vertical borehole lining 400 to the wall 430 of the vertical borehole 230.
  • Figures 5a to 5c show the individual process steps of a preferred drilling method for creating a vertical bore 230, in particular a large hole bore, and the necessary drilling device 10 in a second embodiment.
  • the vertical borehole 230 shown in Figure 5c, is created by first drilling a pilot borehole 210 between a starting point 110 and a target point 120 in an underground mine working 130 (Fig. 5a).
  • the drill cuttings 140 produced during the drilling of the pilot borehole 210 in the rock mass 100 are removed from the pilot borehole 210 during the drilling process using a suitable conveying system (not shown), for example hydraulically or by means of an airlift system. Only after the KLICKOW & WETZEL
  • drill cuttings 140 can fall onto the floor 160.
  • the pilot drill head 30 is connected via a drill string 40 to a drive 20 of the drilling device 10.
  • Figure 5b shows a preferred second drilling step of the drilling method according to the invention.
  • the pilot bore 210 is enlarged to a reaming bore 220 using a reaming drill head 31, which is connected to the drive 20 at the starting point 110 via the drill string 40.
  • the drill cuttings 140 fall through the already drilled reaming bore 220 onto the floor 160 of the underground mine working 130 at the target point 120.
  • This step can also be omitted if the pilot bore 210 is to be reamed directly to the final diameter.
  • the reaming drill head 31 is connected to the drill string 40 at the target point 120 and rotated via the drill string 40 by the drive 20. Drilling progress is achieved by pulling the drill string 40 against the rock 100 by means of at least one actuator 22, preferably a hydraulic cylinder.
  • the drill string 40 consists of drill string elements 41, which are preferably screwed together or otherwise connected to one another. Preferably, recesses are provided on the drill string elements into which elements for creating a positive connection (not shown) can engage. Such elements are provided, for example, in the drive 20 to enable the drill string to be raised or lowered vertically via the actuator 22, or to hold the drill string in position.
  • the actuator 22 can, via the drill string 40, also press the pilot drill head 30 against the bottom of the borehole against the rock to be excavated 100. Additionally, special drill string elements, which have a higher weight, can be provided for the drilling advance during the creation of the pilot bore 210.
  • the reaming drill head 31 When creating the reaming borehole 220, the reaming drill head 31 is pulled against the bottom of the borehole against the rock 100 to be loosened via the actuator 22.
  • the length of drill string 40 is changed by adding drill string elements 41 at the starting point 110 or by removing drill string elements 41 at the starting point 110.
  • a further preferred process step can be provided, namely the insertion of a borehole reamer 300 as a temporary support.
  • This support is formed from support elements 310.
  • these support elements 310 consist of a material that can be removed during the construction of the vertical borehole. This is particularly preferably concrete or plastic. If necessary, or alternatively, this step can also be applied analogously to the pilot borehole.
  • a lowering element 50 connected to the drill string 40 can be provided.
  • the support elements 310 are stacked on the lowering element 50 and lowered from the starting point 110 to the target point 120 by extending the drill string 40 through the installation of drill string elements 41, thereby creating the borehole reaming support 300.
  • the expansion of the enlargement borehole 220 is particularly necessary if the rock is not sufficiently stable and there is a risk that elements from the borehole wall 430 may break off, potentially clogging the pilot borehole 210 or the enlargement borehole, especially during the final construction of the vertical borehole 230.
  • the support is locked in place and the lowering element 50 is separated from the borestring 40.
  • the borestring 40 can then be removed from the starting point. If necessary, grout is placed behind the support 300.
  • Figure 5c shows the process step of widening the widening borehole 220.
  • a vertical drill head 32 is provided, which is connected to the drill string 40. The connection is made for the first time at the starting point 110.
  • the drilling device 10 has a pressure force introduction device 500, which here consists of a push unit 90, a force transmission element 401 and a force introduction element 170 and preferably the strand lift/lowering device 70.
  • a pressure force introduction device 500 which here consists of a push unit 90, a force transmission element 401 and a force introduction element 170 and preferably the strand lift/lowering device 70.
  • the push unit 90 of the pressure force application device 500 is arranged at the starting point 110 above the borehole opening 250.
  • the push unit 90 preferably and by way of example has at least one feed element 91, which is movably connected to an actuator 92 with a base 63 of the pull unit 60.
  • the actuator has an engagement element 93 on one side, which can establish a connection with a force transmission element 94.
  • the actuator 92 is vertically extendable and retractable in direction C.
  • the actuator is connected, for example, to a traversing element 94 opposite the engagement element 93, which is horizontally traversable on a base 95 in direction D.
  • the engagement element 93 engages the force transmission element 401 of the clamping force application device 500 from above, which also acts as a vertical extension 400.
  • the force transmission element 401 is preferably assembled from individual elements 402 to form force transmission element rings 403, which can be mounted, for example, with a crane 55.
  • the force transmission element rings 403 are arranged one above the other in relation to the force transmission element 401 and are connected to each other, for example, in a tensile-resistant manner, by means of connecting elements 404.
  • the force transmission element 401 is preferably extendable by adding rings 403.
  • a protective element 56 is provided for the upper borehole opening, around which the individual elements 402 are mounted to form power transmission element rings 403 and power transmission element 401.
  • the lowest ring 405 of the force transmission element 401 rests on a force introduction element 170 of the contact force introduction device 500.
  • the force introduction element 170 is arranged horizontally above the vertical drill head 32.
  • the force application element 170 has an opening 171 through which the drill string 40 extends. When rotated by the drive 20, the drill string 40 can rotate freely within the opening 171.
  • the actuator 92 of the thrust unit 90 of the pressure force introduction device 500 generates a feed force that acts from above on the force transmission element 401 and pushes the force transmission element 401 downwards in the drilling direction from the starting point 110 to the target point 120.
  • the feed force acts on the force introduction element 170. This transmits the feed force to the vertical drill head and generates a pressure force on the drill tools 34, 36 on the rock to be excavated, which is then driven by the drive 20 into the drill string 40.
  • KLICKOW & WETZEL introduced rotation of the vertical drill head 32 as movement of the drilling tools 34, 36 on the rock 100 causes the loosening of the rock.
  • the drill string 40 is placed under tension so that it rotates with the least possible lateral/eccentric deflection.
  • the drilling progress is achieved by pressing the vertical drill head 32 against the rock 100 by means of at least one actuator 92 of the thrust unit and/or the weight force of the force transmission element 401.
  • the force application element 170 is composed of several parts 170a, 170b, 170c. Preferably, parts 170a to 170c are arranged concentrically around each other. The parts 170a, 170b, 170c of the force application element 170 are preferably detachable from one another. They can be separated from wide to narrow to reduce the bore diameter.
  • the strands 72 of the strand lifting/lowering device 70 of the pressure force introduction device 500 can be attached in order to counteract, for example, a counterforce or holding force against the feed force applied by the push unit 90 to the force transmission element 401 and, if applicable, the weight force of the force transmission element 401, in order to provide a defined pressure force on the vertical drill head 32.
  • the defined contact force thus preferably corresponds to the feed force of the thrust unit 90 and the weight force of the force transmission element 401, less the friction of the force transmission element 401 against the borehole wall 430 of the vertical borehole 230, the tensile force in the drill string 40, and the lifting force introduced, for example, into the force application element 170 by the strand lifting/lowering device 70.
  • the forces applied by the actuators 90, 20, 75 are controlled as a function of the weight force and friction.
  • the vertical drill head 32 has a conical base body 33 on which drilling tools 34, for example roller chisels, are arranged. Furthermore, at least one driver 35 can be arranged on the base body 33, on which drilling tools 36 can also be provided. These can be, in particular, pin chisels or peeling knives.
  • the basic body 33 for example, is constructed in three parts, consisting of three superimposed parts 33a, 33b, 33c.
  • the parts 33a, 33b, 33c of the basic body 33 are detachable.
  • KLICKOW & WETZEL from each other. They can be separated from wide to narrow to reduce the drill diameter.
  • the base body On the upper side, the base body has a bearing 43, preferably a rolling or sliding bearing, which is in contact with a force introduction element 170 arranged above it, so that the drill head, when it is rotated via the drive 20, is rotatable relative to the force introduction element 170.
  • a bearing 43 preferably a rolling or sliding bearing, which is in contact with a force introduction element 170 arranged above it, so that the drill head, when it is rotated via the drive 20, is rotatable relative to the force introduction element 170.
  • the drive 20 sets the drill string 40 into rotation, so that the drilling tools 34, 36 move/roll on the rock 100 of the drill bottom and thereby loosen the rock 100 into drill cuttings 140.
  • the loosened drill cuttings 140 slide towards the guide element 42, and move through it into the borehole 210, 220 below and fall from the borehole opening 240 into a vessel or onto the bottom 160, from where it can then be conveyed away accordingly.
  • the possibly provided drivers 35 are arranged on the base body 33 in such a way as to support the movement of the drill cuttings 140 towards the conveyance.
  • the actuator 92 of the thrust unit 90 pushes the force transmission element 401 downwards as described above, so that drilling progress is achieved.
  • the drive 20 comprises a base 21 and a rotary drive 23, which has at least one actuator.
  • the rotary drive 23 has a connecting element 24 with which a drill string element 41 can be connected to the rotary drive 23, so that the rotary drive
  • the drive 20 can, via the actuator 22, move the rotary drive 23 towards or away from the base 21 in the direction of arrow A.
  • This allows, for example, a compressive force to be exerted on the pilot drill head 30 during the creation of the pilot bore 210.
  • the travel height of the actuator 22 is preferably at least the height of a drill string element 41, so that drill string elements 41 from the drill string 40 at the starting point 110 KLICKOW & WETZEL can be installed and removed, and can be placed in or removed from a storage area 25.
  • the drive 20 is preferably arranged on a portal 26 above a borehole opening 250.
  • a strand lifting/lowering device 70 ( Figure 5c) consisting of at least two strand lifting/lowering units 73 is further provided, with which a lifting force can be applied to the force application element 170.
  • the strand lifting/lowering system 70 comprises a strand lifting/lowering element 71 on which a lower vertical bore support element 410 is arranged.
  • the stranded lifting/lowering element 71 is connected via strands 72 to the respective corresponding stranded lifting/lowering units 73. These each have at least one drum 74 on which the strands 72 can be wound up and down.
  • the strand lifting/lowering unit 73 includes an actuator 75, for example a hydraulic cylinder, with which a strand 72, detachably connected to the actuator 75, can be continuously lowered until a defined distance, for example the stroke of a hydraulic cylinder, has been covered.
  • the strand lifting/lowering element 71 can also be raised or temporarily held in a position.
  • the wire 72 is then locked, the actuator 75 is detached from the wire 72, retracted, and reconnected to the wire 72.
  • the power transmission element 401 can be successively extended in the form of individual rings 403, following the progress of the vertical drill head 32.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Vertikalbohrung entlang einer Bohrlinie von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt, wobei der Zielpunkt unterhalb des Startpunkts in einem unterirdischen begehbaren Hohlraum vorgesehen ist, mit einen Antrieb zum Drehen des im Einsatz befindlichen Bohrkopfs, wobei der Antrieb am Startpunkt vorgesehen ist, und wobei der Antrieb mit einem Bohrstrang verbindbar ist, mit einem Vertikalbohrkopf zum Erstellen einer Vertikalbohrung vom Startpunkt zum Zielpunkt entlang einer erstellten Bohrung oder der Bohrlinie, wobei der Vertikalbohrkopf mit dem Bohrstrang verbindbar ist, mit dem Bohrstrang, der aus mehreren Bohrgestängeelementen lösbar zusammengesetzt ist, der den im Bohrbetrieb befindlichen Bohrkopf mit dem Antrieb zum Drehen des Bohrkopfs verbindet, und der beim Bohren mit dem Bohrkopf durch Einsetzen von Bohrgestängeelementen in dem Bohrstrang am Startpunkt gemäß Bohrfortschritt verlängerbar oder durch Ausbauen von Bohrgestängeelementen aus dem Bohrstrang am Startpunkt verkürzbar ist, mit einer Anpresskrafteinleitungsvorrichtung zum Erzeugen einer Anpresskraft zum Anpressen des Vertikalbohrkopfs an die abzubauende Ortsbrust, wobei die Anpresskrafteinleitungsvorrichtung wenigstens einen Aktor zum Einbringen einer definierten Anpresskraft in den Vertikalbohrkopf beim Bohren der aufweist.

Description

KLICKOW & WETZ EL
PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT MBB
PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT- AND TRADEMARK ATTORNEYS
JESSENSTRASSE 4 22767 HAMBURG GERMANY
Anmeldei7-in: Herrenknecht AG www.klickow-wetzel.de
Schlehenweg 2 Telefon: +49 (0)40 380 8715-0 77963 Schwanau Telefax: +49 (0)40 380 8715-25 Deutschland mail@klickow -wetzel.de
HKN-242A-DE
05. August 2025 / pwl.pwl
Bohrvorrichtung und Bohrverfahren zum Erstellen einer Vertikalbohrung
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung und ein Bohrverfahren zum Erstellen einer Vertikalbohrung entlang einer Bohrlinie von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt, wobei der Zielpunkt unterhalb des Startpunkts in einem unterirdischen begehbaren Hohlraum vorgesehen ist.
DE3905699C1 offenbart eine Bohrvorrichtung und ein Bohrverfahren zum Erstellen einer Vertikalbohrung, bei der mit einer Bohrvorrichtung von einem Startpunkt oberhalb eines Zielpunktes eine untertägige Großlochbohrung erstellt wird. Dabei wird eine Pilotbohrung abgeteuft und anschließend wird die Pilotbohrung drückend mit einem Bohrkopf vom Startpunkt zum Zielpunkt aufgeweitet. Nachteilig hierbei ist, dass durch das drückende Bohren das Bohrgestänge entsprechend stark ausgelegt werden muss, um ein präzises Bohren und ein stabiles Verhalten bei der Antriebs- und Vortriebskräfteübertragung an den Bohrkopf zu ermöglichen. Weiterhin sind die Bohrlängen aufgrund des drückenden Bohrens begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere die vorgenannten Verfahren hinsichtlich Bohrlänge und Bohrpräzision insbesondere bei unterschiedlichen Gesteinsbedingungen bzw. nicht sicher standfesten Gesteinsbedingungen zu verbessern.
Hinsichtlich der Bohrvorrichtung sieht die erfindungsgemäße Lösung eine Bohrvorrichtung vor mit einen Antrieb zum Drehen des im Einsatz befindlichen Bohrkopfs, wobei der Antrieb am Startpunkt vorgesehen ist, und wobei der Antrieb mit einem Bohrstrang verbindbar ist, mit einem Vertikalbohrkopf zum Erstellen einer Vertikalbohrung vom Startpunkt zum Zielpunkt entlang einer erstellten Bohrung oder der Bohrlinie, wobei der Vertikalbohrkopf mit dem Bohrstrang verbindbar ist, mit dem Bohrstrang, der aus mehreren Bohrgestängeelementen lösbar zusammengesetzt ist, KLICKOW & WETZEL der den im Bohrbetrieb befindlichen Bohrkopf mit dem Antrieb zum Drehen des Bohrkopfs verbindet, und der beim Bohren mit dem Bohrkopf durch Einsetzen von Bohrgestängeelementen in dem Bohrstrang am Startpunkt gemäß Bohrfortschritt verlängerbar oder durch Ausbauen von Bohrgestängeelementen aus dem Bohrstrang am Startpunkt verkürzbar ist, mit einer Anpresskrafteinleitungsvorrichtung in den Vertikalbohrkopf zum Erzeugen einer Anpresskraft zum Anpressen des Vertikalbohrkopfs an die abzubauende Ortsbrust, wobei die Anpresskrafteinleitungsvorrichtung wenigstens einen Aktor zum Einbringen einer definierten Anpresskraft in den Vertikalbohrkopf beim Bohren der aufweist.
Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, die Bohrlänge zu erhöhen und gleichzeitig das Equipment einfach zu halten.
Vorteilhafterweise sieht die Erfindung einen Bohrvorrichtung vor mit einem Pilotbohrkopf zum Erstellen einer Pilotbohrung vom Startpunkt zum Zielpunkt entlang der Bohrlinie, wobei der Pilotbohrkopf mit dem Bohrstrang verbindbar ist. Weiterhin ist die Bohrvorrichtung mit wenigstens einem Aufweitungsbohrkopf zum Erstellen einer Aufweitungsbohrung entlang der Pilotbohrung vom Zielpunkt zum Startpunkt, der nach dem Erstellen der Pilotbohrung mit dem in der Pilotbohrung befindlichen Bohrstrang verbindbar ist, vorteilhaft, wobei der Durchmesser des Aufweitungsbohrkopfs kleiner als der Durchmesser des Vertikalbohrkopfs und größer als der Durchmesser des Pilotbohrkopfes ist, und wobei der Aufweitungsbohrkopf mit dem Bohrstrang verbindbar ist. Hierdurch kann auf einfache Weise der Aufwand beim ziehenden Bohren vom Start- zum Zielpunkt verringert werden. Durch das Erstellen einer Pilotbohrung wird die Präzision des Bohrens erhöht.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Pilotbohrkopf um einen Bohrkopf mit daran vorgesehen Bohrwerkzeugen zum Lösen von Gestein, bevorzugt Rollenmeißel, und/oder bei dem Aufweitungsbohrkopf um einen Raisebohrkopf oder Räumer mit daran vorgesehen Bohrwerkzeugen zum Lösen von Gestein, bevorzugt Rollenmeißel, handelt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass in die Pilotbohrung und/oder in die Aufweitungsbohrung ein temporärer Ausbau einbringbar ist, bevorzugt in Form von Segmenten aus einem abbohrbaren Material oder durch Aufsprühen eines abbohrbaren Materials, besonders bevorzugt aus Beton oder Kunststoff. Hierdurch kann auf einfache Weise ein Ausbau eingebracht werden, der eine hinreichende Sicherung gegen ein ungeplantes Lösen des Gesteins aus der Wand des Bohrlochs und ein Verstopfen des Bohrlochs im nächsten Bohrschritt verhindert werden, ohne den Aufwand signifikant zu erhöhen. Hierdurch wird auf einfache Weise das Bohrloch bei instabilen Gesteinsbedingungen stabilisiert. KLICKOW & WETZEL
Dabei ist vorteilhaft, dass der Bohrstrang beim Einbau in die Pilotbohrung oder in die Aufweitungsbohrung mit einem Absenkelement verbunden ist, über das der temporäre Ausbau in die Aufweitungsbohrung einbringbar ist. Hierbei handelt es sich um eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit den Ausbau einzubringen. Hierdurch kann der Ausbau auf besonders einfache Weise eingebracht werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Vertikalbohrkopf einen im wesentlich konischen Aufbau mit daran vorgesehen Bohrwerkzeugen zum Lösen von Gestein aufweist. Weiterhin ist vorteilhaft, dass der Vertikalbohrkopf eine Führung in einer Pilotbohrung oder Aufweitungsbohrung und/oder eine zentrische Öffnung zum Abfördern des gelösten Gesteins in die Pilotbohrung oder Aufweitungsbohrung aufweist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Vertikalbohrkopf ein Element zum Herstellen einer lösbaren Verbindung mit dem Bohrstrang aufweist, bevorzugt wenigstens eine, bevorzugt zwei, mit einem Aktor angetriebene Klemmbacke, mit der eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Vertikalbohrkopf und dem Bohrstrang lösbar herstellbar ist. Hierdurch ist ein schnelles und einfaches Bohren erreichbar, ohne insbesondere den Bohrstrang selbst verändern zu müssen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Vertikalbohrkopf an der dem Zielpunkt und an der dem Startpunkt zugewandten Seite mit dem Bohrstrang verbindbar ist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Vertikalbohrkopf aus wenigstens zwei übereinander angeordneten Segmenten aufgebaut ist, die voneinander lösbar sind, so dass der Bohrdurchmesser verkleinerbar ist. Hierdurch kann auf einfache Weise der Durchmesser der Bohrung verringert werden, beispielsweise in dem Fall, dass die Bohrung aufgrund von Gesteinsbedingungen nicht mit dem ursprünglichen Durchmesser fortgesetzt werden kann.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Anpresskrafteinleitungsvorrichtung eine Schubeinheit mit dem wenigstens einen Aktor am Startpunkt aufweist, wobei der wenigstens eine Aktor mit wenigstens einem Kraftübertragungselement verbunden ist, und dass die Anpresskrafteinleitungsvorrichtung ein Krafteinleitungselement aufweist, das auf seiner dem Zielpunkt zugewandten Seite mit dem Vertikalbohrkopf drehbar verbunden ist, und das auf seiner dem Startpunkt zugewandten Seite mit dem wenigstens einen Kraftübertragungselement drehfest verbunden ist, wobei die von dem wenigstens einen Aktor einleitbare definierte Anpresskraft über das wenigstens eine Krafteinleitungselement und das über Krafteinleitungselement auf den KLICKOW & WETZEL
Vertikalbohrkopf übertragbar ist. Hierdurch kann die Anpresskraft auf einfache Weise von über Tage aus eingebracht werden, ohne dass hierfür der Bohrstrang auf Schub belastet werden muss. Weiterhin kann hierdurch der Bohrstrang auf einfache Weise durch unter Zug setzten stabilisiert werden.
Dabei ist vorteilhaft, dass es sich bei dem wenigstens einen Kraftübertragungselement um ein Ausbauelement, bevorzugt in Form von Tübbingen oder Ausbausegmenten, bevorzugt aus Beton oder Stahl, handelt, die besonders bevorzugt miteinander verbindbar sind. Hierdurch wird auf einfache Weise ein Ausbau eingebracht. Weiterhin wird auf einfache Weise eine Übertragungsmöglichkeit der Anpresskraft von über Tage auf den Bohrkopf vorgesehen. Zusätzlich kann der Ausbau über seine Gewichtskraft selbst die Anpresskraft bereitstellen. Hierbei kann bevorzugt die Reibung des Ausbaus gegen die Bohrlochwand abgezogen werden. Ist die resultierende Anpresskraft ausreichend, kann auf ein Vorschieben durch die Vorschubeinheit wenigstens temporär dann verzichtet werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die drehfeste Verbindung zwischen Vertikalbohrkopf und Krafteinleitungselement über wenigstens ein Wälzlager oder ein Gleitlager vorgesehen ist. Hierdurch wird auf einfache Weise ein Drehen des Vertikalbohrkopfs gegenüber dem Krafteinleitungselement bereitgestellt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Krafteinleitungselement eine Öffnung, bevorzugt zentrisch, für den Bohrstrang aufweist. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Entkoppelung des Bohrstrangs vom System zum Einleiten der Anpresskraft bereitgestellt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Aktor der Schubeinheit um wenigstens einen Hydraulikzylinder handelt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass am Startpunkt eine Hub- und Absenkvorrichtung vorgesehen ist, die mit dem Krafteinleitungselement verbunden ist, und mit der eine Zugkraft in das Krafteinleitungselement in Richtung des Startpunktes einbringbar ist. Hierdurch kann auf einfache Weise durch eine Anheben eine Gegenkraft zur 'Reduzierung der Anpresskraft eingebracht werden, wenn durch das Eigengewicht des Kraftübertragungselements die Anpresskraft größer als ein Sollwert wird.
Dabei ist vorteilhaft, dass es sich bei der Hub- und Absenkvorrichtung um eine Litzenhub/absenkvorrichtung mit wenigstens zwei Einheiten mit wenigstens jeweils einem Aktor, KLICKOW & WETZEL bevorzugt ein Hub/absenkzylinder, und jeweils einer Litzenarretierung handelt. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise durch eine Anheben bereitstellen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Krafteinleitungselement aus wenigstens zwei voneinander lösbaren Segmenten aufgebaut ist, wobei bevorzugt die Hub- und Absenkvorrichtung mit dem inneren Segment verbunden ist. Insbesondere durch das Vorsehen von zugfesten Verbindungen wird die Stabilität auf einfache Weise erhöht.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Kraftübertragungselement verlängerbar ist. Hierdurch kann auf einfache Weise die Verbindung zwischen der Schubeinheit und dem Krafteinleitungselement mit fortschreitendem Bohrfortschritt beibehalten werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Krafteinleitungsvorrichtung eine Zugeinheit am Zielpunkt unterhalb der Pilotbohrung oder Aufweitungsbohrung ist. Hierdurch kann die Anpresskraft auf einfache Weise vom Startpunkt der Bohrung aus eingebracht werden, ohne dass hierfür der Bohrstrang auf Schub belastet werden muss. Weiterhin kann hierdurch der Bohrstrang auf einfache Weise durch unter Zug setzten stabilisiert werden.
Dabei ist vorteilhaft, dass mit der der Bohrstrang mit der Zugeinheit verbindbar ist, wobei die Zugeinheit einen Aktor zum Einbringen einer Zugkraft über den Bohrstrang auf den Vertikalbohrkopf beim Bohren der Vertikalbohrung aufweist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Krafteinleitungsvorrichtung eine Vortriebseinheit am Startpunkt oberhalb der Pilotbohrung oder Aufweitungsbohrung ist. Hierdurch kann die Anpresskraft auf einfache Weise vom Startpunkt der Bohrung eingebracht werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Zugeinheit ein Umlenkelement, bevorzugt eine Rutsche, für das gelöste Gestein an der Ausgangsöffnung der Pilot- oder Aufweitungsbohrung zur Abförderung aufweist. Hierdurch kann der Abtransport des gelösten Gesteins am Zielort auf einfache Weise sicher durchgeführt werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Aktor der Zugeinheit um wenigstens einen Hydraulikzylinder handelt. Hierdurch kann auf einfache Weise die notwendige Zugkraft zum Bohren bereitgestellt werden. KLICKOW & WETZEL
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Zugeinheit am Zielpunkt zwischen Sohle und Firste verspannbar ist. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Stabilisierung der Zugeinheit erreicht werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Zugeinheit am Zielpunkt ein Drehelement aufweist, das mit der Bohrstrang verbindbar ist. Hierdurch kann auf einfache Weise die Drehung des Bohrstrangs kontrolliert und am Zielpunkt geführt werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass in die Vertikalbohrung ein Vertikalbohrungsbohrungsausbau, bevorzugt während des Bohrens mit dem Vertikalbohrkopf, einbringbar ist. Hierdurch kann auf einfache Weise das Bohrloch oberhalb des Vertikalbohrkopfs gesichert werden.
Dabei ist vorteilhaft, dass es sich bei dem Ausbau um Spritzbeton handelt. Dabei ist weiterhin vorteilhaft, dass eine Bühne oberhalb des Bohrkopfes vorgesehen ist, von der aus der Spritzbeton einbringbar ist. Derartiger Ausbau ist einfach, schnell und sicher einbringbar.
Alternativ ist vorteilhaft, dass es sich bei dem Vertikalbohrungsbohrungsausbau um Ausbauelemente, bevorzugt in Form von Tübbingen oder Ausbausegmenten, bevorzugt aus Beton oder Stahl, handelt, die besonders bevorzugt miteinander verbindbar sind. Derartiger Ausbau ist einfach, schnell und sicher einbringbar.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass am Startpunkt eine Hub- und Absenkvorrichtung zum Einbringen der Ausbauelemente in die Vertikalbohrung vorgesehen ist. Hierdurch kann der Ausbau auf einfache und sichere Weise schnell kontrolliert im Schacht abgesenkt werden.
Dabei ist vorteilhaft, dass es sich bei der Hub- und Absenkvorrichtung um eine Litzenhub/absenkvorrichtung mit wenigstens zwei Litzenhub/absenkeinheiten mit wenigstens jeweils einem Aktor, bevorzugt ein Hub/absenkzylinder, und einer Litzenarretierung handelt. Hierbei hat es sich überraschend gezeigt, dass hierdurch der Ausbau besonders einfach, schnell und sicher einbringbar ist.
Hinsichtlich des Bohrverfahrens sieht die erfindungsgemäße Lösung ein Bohrverfahren zum Erstellen einer Vertikalbohrung von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt, wobei der Zielpunkt in einem unterirdischen begehbaren Hohlraum vorgesehen ist, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Bohrvorrichtung, mit den Schritten: Erstellen der Vertikalbohrung mit finalem Durchmesser vom Startpunkt zum Zielpunkt, indem der Antrieb den Vertikalbohrkopf über den KLICKOW & WETZEL
Bohrstrang rotiert und die Anpresskrafteinleitungsvorrichtung den Bohrstrang in Richtung des Zielpunktes mit einem Aktor bewegt, bevorzugt mit wenigstens einem Hydraulikzylinder als Aktor, Bereitstellen eines Antriebs zum Drehen eines Bohrkopfs Antrieb am Startpunkt, Bereitstellen eines Vertikalbohrkopfs am Startpunkt, Bereitstellen einer Anpresskrafteinleitungsvorrichtung, Verbinden des Bohrstrangs dem Antrieb, Verbinden des Vertikalbohrkopfs mit dem Bohrstrang, Verbinden der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung mit dem Vertikalbohrkopf, Erstellen der Vertikalbohrung mit finalem Durchmesser vom Startpunkt zum Zielpunkt, indem der Antrieb den Vertikalbohrkopf über den Bohrstrang rotiert und die Anpresskrafteinleitungsvorrichtung den Bohrstrang in Richtung des Zielpunktes mit einem Aktor bewegt, bevorzugt mit wenigstens einem Hydraulikzylinder als Aktor.
Vorteilhafterweise sieht das Bohrverfahren dabei die folgenden Schritte vor: Bereitstellen der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung in Form einer Schubeinheit mit dem Aktor am Startpunkt, Bereitstellen eines Kraftübertragungselements, Verbinden des Krafteinleitungselements mit dem Aktor, Bereitstellen eines Krafteinleitungselement, Verbinden des Krafteinleitungselement auf seiner dem Zielpunkt zugewandten Seite mit dem Vertikalbohrkopf, so dass eine drehbare Verbindung bereitgestellt wird, Verbinden des Krafteinleitungselements auf seiner dem Startpunkt zugewandten Seite mit dem Kraftübertragungselements, so dass eine drehfeste Verbindung bereitgestellt wird, und Einleiten einer definierte Anpresskraft durch den Aktor über das Kraftübertragungselement und das Krafteinleitungselement auf den Vertikalbohrkopf.
Weiterhin ist dabei vorteilhaft, dass das wenigstens eine Kraftübertragungselement als ein Ausbauelement bereitgestellt wird, bevorzugt in Form von Tübbingen oder Ausbausegmenten, bevorzugt aus Beton oder Stahl, die besonders bevorzugt miteinander verbunden werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass am Startpunkt eine Hub- und Absenkvorrichtung, bei der es sich bevorzugt um eine Litzenhub/absenkvorrichtung mit wenigstens zwei Litzenhub/absenkeinheiten mit wenigstens jeweils einem Aktor, bevorzugt ein Hub/absenkzylinder, und jeweils einer Litzenarretierung handelt, bereitgestellt wird, die mit dem Krafteinleitungselement verbunden wird, und mit der eine Zugkraft in das Krafteinleitungselement in Richtung des Startpunktes eingebracht werden kann.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Krafteinleitungselement aus wenigstens zwei voneinander lösbaren Segmenten aufgebaut ist, wobei bevorzugt die Hub- und Absenkvorrichtung mit dem inneren Segment verbunden ist. Hierdurch ist ein einfacher Aufbau des Krafteinleitungselements möglich. Weiterhin kann bevorzugt auf einfache Weise der Durchmesser der Bohrung verringert werden, beispielsweise in dem Fall, dass die Bohrung KLICKOW & WETZEL aufgrund von Gesteinsbedingungen nicht mit dem ursprünglichen Durchmesser fortgesetzt werden kann.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht ein Bohrverfahren vor mit den die Schritten: Bereitstellen der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung in Form einer am Zielpunkt angeordneten Zugeinheit, Verbinden des Bohrstrangs mit der Zugeinheit, wobei die Zugeinheit den Bohrstrang in Richtung des Zielpunktes mit dem Aktor zieht.
Dabei ist vorteilhaft, dass der Vertikalbohrkopf an der dem Zielpunkt und an der dem Startpunkt zugewandten Seite mit dem Bohrstrang verbunden wird und die Länge des Bohrstrangs konstant gehalten wird, indem am Startpunkt ein Bohrstrangelement eingebaut wird, und am Zielpunkt ein Bohrstrangelement ausgebaut wird. Alternativ ist vorteilhaft, dass der Vertikalbohrkopf über ein am Vertikalbohrkopf vorgesehenes Element zum Herstellen einer lösbaren Verbindung, bevorzugt wenigstens zwei mit einem Aktor angetriebene Klemmbacken, mit denen eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Vertikalbohrkopf und dem Bohrstrang lösbar hergestellt wird, mit dem Bohrstrang herstellt, der Antrieb den Vertikalbohrkopf dreht und die Zugeinheit den Vertikalbohrkopf über den Aktor in Richtung des Zielpunktes zieht.
Dabei ist vorteilhaft, dass, wenn ein definierter Bohrfortschritt mit dem Aktor der Zugeinheit erreicht ist, bevorzugt der Hub eines Hydraulikzylinders, die Zugeinheit den Zug stoppt, der Antrieb die Rotation des Vertikalbohrkopfs stoppt, das Element zum Herstellen der lösbaren Verbindung mit dem Bohrstrang geöffnet wird, der Bohrstrang eine definierte Strecke, bevorzugt der Hub eines Hydraulikzylinders, durch den Aktor der Zugeinheit in Richtung des Startpunktes bewegt wird und der Vertikalbohrkopf wieder mit dem Bohrstrang verbunden wird. Vorteilhaft ist dabei, dass der Bohrstrang mit einem Drehelement des Zugelements verbunden wird.
Vorteilhaft ist sieht die Erfindung weiterhin ein Bohrverfahren vor mit den Schritten: Bereitstellen eines Pilotbohrkopfs am Startpunkt, Bereitstellen von Bohrgestängeelementen am Startpunk, Verbinden des Pilotbohrkopfs mit dem Antrieb über einen sukzessive aus mehreren Bohrgestängeelementen lösbar zusammengesetzter Bohrstrang, Erstellen einer Pilotbohrung vom Startpunkt zum Zielpunkt, indem der Antrieb den ersten Bohrkopf über den Bohrstrang rotiert und ggf. den Bohrstrang in Richtung des Zielpunktes vorschiebt, wobei der Bohrstrang durch ein Einsetzen von Bohrgestängeelementen am Startpunkt sukzessive verlängert wird, bis der Zielpunkt erreicht ist, Abschlagen des ersten Bohrkopfs vom in der Pilotbohrung befindlichen Bohrstrang am Zielpunkt.
Vorteilhaft ist sieht die Erfindung weiterhin ein Bohrverfahren vor mit den Schritten: KLICKOW & WETZEL
Bereitstellen eines Aufweitungsbohrkopfs am Zielpunkt, Verbinden des Aufweitungsbohrkopfs mit dem Bohrstrang, Erstellen einer Aufweitungsbohrung vom Zielpunkt zum Startpunkt vor dem Erstellen der Vertikalbohrung, indem der Antrieb den Aufweitungsbohrkopf über den Bohrstrang rotiert und den Bohrstrang in Richtung des Startpunktes zieht, wobei der Bohrstrang durch ein Ausbauen von Bohrgestängeelementen am Startpunkt sukzessive verkürzt wird, bis der Startpunkt erreicht ist, Abschlagen des zweiten Bohrkopfs vom Bohrstrang am Startpunkt, und Einbringen des Bohrstrangs in die Aufweitungsbohrung bis der Zielpunkt erreicht ist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass in die Pilotbohrung oder in die Aufweitungsbohrung ein Pilotbohrungsausbau oder Aufweitungsbohrungsausbau, bevorzugt in Form von Betonsegmenten, eingebracht wird.
Dabei ist vorteilhaft, dass ein Absenkelement bereitgestellt wird, dass der Bohrstrang beim Einbringen in die Pilotbohrung oder in die Aufweitungsbohrung mit einem Absenkelement verbunden wird, über das der Pilotbohrungsausbau oder der Aufweitungsbohrungsausbau in die Pilot- oder Aufweitungsbohrung eingebracht wird.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass in die Vertikalbohrung ein Vertikalbohrungsbohrungsausbau, bevorzugt während des Bohrens des Vertikalbohrkopfs, eingebracht wird.
Dabei ist vorteilhaft, dass es sich bei dem Ausbau um Spritzbeton oder um Ausbauelemente, bevorzugt in Form von Tübbingen oder Ausbausegmenten, bevorzugt aus Beton oder Stahl, handelt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1a bis 1d eine schematische Darstellung des bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens und einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erstellung der Vertikalbohrung zu Figur 1d mit einer ersten Ausführungsform des Ausbaus der Vertikalbohrung, KLICKOW & WETZEL
Figur 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erstellung der Vertikalbohrung zu Figur 1d mit einer zweiten Ausführungsform des Ausbaus der Vertikalbohrung,
Figur 4 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Bohrkopfes, und
Figur 5a bis 5c eine schematische Darstellung des bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens und einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Figuren 1a bis 1d zeigen die einzelnen Verfahrensschritte eines bevorzugten Bohrverfahrens zum Erstellen einer Vertikalbohrung 230, insbesondere einer Großlochbohrung, und die dafür notwendige Bohrvorrichtung 10 in einer ersten Ausführungsform.
Die Vertikalbohrung 230, die in Figur 1d gezeigt ist, wird dabei erstellt, indem zuerst eine Pilotbohrung 210 zwischen einem Startpunkt 110 und einem Zielpunkt 120 in einem untertägigen Grubenbau 130 erstellt wird (Fig. 1a).
Das beim Bohren der Pilotbohrung 210 im Gebirge 100 anfallende Bohrklein 140 wird dabei mit einer geeigneten Abförderung (nicht dargestellt) während des Vortriebs aus der Pilotbohrung 210, beispielsweise hydraulisch oder mittels Lufthebeverfahren, entfernt. Lediglich nach dem Durchbruch der Pilotbohrung 210 durch die Firste 150 am Zielpunkt 120 kann Bohrklein 140 auf die Sohle 160 fallen.
Der Pilotbohrkopf 30 ist über einen Bohrstrang 40 mit einem Antrieb 20 der Bohrvorrichtung 10 verbunden.
In Figur 1 b ist ein bevorzugter zweiter Bohrschritt des erfindungsgemäßen Bohrverfahrens gezeigt. Dabei wird die Pilotbohrung 210 zu einer Aufweitungsbohrung 220 mit einem Aufweitungsbohrkopf 31 , der über den Bohrstrang 40 mit dem Antrieb 20 am Startpunkt 110 verbunden ist, aufgebohrt. Das Bohrklein 140 fällt dabei durch die bereits aufgefahrene Aufweitungsbohrung 220 auf die Sohle 160 des untertägigen Grubenbaus 130 am Zielpunkt 120. Dieser Schritt kann aber auch entfallen, wenn die Pilotbohrung 210 direkt auf den finalen Durchmesser aufgebohrt werden soll.
Der Aufweitungsbohrkopf 31 wird am Zielpunkt 120 mit dem Bohrstrang 40 verbunden und über den Bohrstrang 40 durch den Antrieb 20 in Rotation versetzt. Der Bohrfortschritt erfolgt dabei KLICKOW & WETZEL durch Anziehen des Bohrstrangs 40 gegen das Gebirge 100 mittels wenigstens eines Aktors 22, bevorzugt ein Hydraulikzylinder.
Der Bohrstrang 40 setzt sich aus Bohrstrangelementen 41 zusammen, die miteinander bevorzugt verschraubt sind oder anderweitig miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind an den Bohrstrangelementen Vertiefungen vorgesehen, in die Elemente zum Herstellen eines Formschlusses (nicht dargestellt) eingreifen können. Derartige Elemente sind beispielsweise im Antrieb 20 vorgesehen, um den Bohrstrang 40 über den Aktor 22, vertikal anheben oder absenken zu können, oder den Bohrstrang 40 in Position halten zu können.
Beim Erstellen der Pilotbohrung kann der Aktor 22 über den Bohrstrang 40 den Pilotbohrkopf 30 auch gegen die Bohrsohle an das zu lösende Gestein 100 drücken. Zusätzlich können spezielle Bohrstrangelemente, die ein höheres Gewicht aufweisen, für den Bohrvortrieb beim Erstellen der Pilotbohrung 210 vorgesehen sein.
Beim Erstellen der Aufweitungsbohrung 220 wird der Aufweitungsbohrkopf 31 über den Aktor 22 gegen die die Bohrsohle an das zu lösende Gestein 100 gezogen.
Der Bohrstrang 40 wird durch Hinzufügen von Bohrstrangelementen 41 am Startpunkt 110 oder durch Entfernen von Bohrstrangelementen 41 am Startpunkt 110 in der Länge verändert.
Wenn der Aufweitungsbohrkopf 31 am Startpunkt 110 angekommen ist, wird dieser vom Bohrstrang 40 entfernt.
Figur 1c zeigt einen weiteren bevorzugten Verfahrensschritt, nämlich das Einbringen eines Aufweitungsbohrungsausbau 300 als temporären Ausbau. Dieser ist aus Ausbauelementen 310 gebildet. Bevorzugt bestehen diese Ausbauelemente 310 aus einem Material, das beim Erstellen der Vertikalbohrung mit abbaubar ist. Hierbei handelt es sich besonders bevorzugt um Beton oder Kunststoff. Sofern notwendig oder auch alternativ kann dieser Schritt auch bereits für das Pilotbohrloch analog entsprechend angepasst angewendet werden.
Zum Einbringen der übereinander angeordneten Ausbauelemente 310 zum Erstellen des Aufweitungsbohrungsausbau 300 ist ein Absenkelement 50 vorgesehen, dass mit dem Bohrstrang 40 verbunden ist. Auf dem Absenkelement 50 werden die Ausbauelemente 310 übereinander angeordnet und mit dem Absenkelement 50 durch Verlängern des Bohrstrangs 40 durch Einbauen von Bohrstrangelementen 41 vom Startpunkt 110 zum Zielpunkt 120 abgesenkt, wodurch der Aufweitungsbohrungsausbau 300 als temporärer Ausbau erstellt wird. KLICKOW & WETZEL
Der Ausbau der Aufweitungsbohrung 220 oder der Pilotbohrung 210 ist insbesondere dann notwendig, wenn das Gebirge nicht hinreichend standfest ist und zu befürchten ist, dass sich entweder Elemente aus der Bohrlochwand 430 lösen, wodurch diese dann gegebenenfalls die Pilotbohrung 210 oder die Aufweitungsbohrung, insbesondere beim finalen Erstellen der Vertikalbohrung 230, verstopfen könnten.
Ist der Aufweitungsbohrungsausbau 300 als temporärer Ausbau vollständig eingebracht und das Absenkelement 50 am Zielpunkt 120 angekommen, wird der temporäre Ausbau entsprechend arretiert und das Absenkelement 50 vom Bohrstrang 40 getrennt. Ggf. wird Mörtel hinter den Ausbau 300 eingebracht.
Figur 1d zeigt den Verfahrensschritt der Aufweitung der Aufweitungsbohrung 220 inklusive des Aufweitungsbohrungsausbaus 300. Hierfür ist ein Vertikalbohrkopf 32 vorgesehen, der mit dem Bohrstrang 40 verbunden ist. Das Verbinden erfolgt erstmalig am Startpunkt 110.
Am Zielpunkt 120 ist in dieser Ausführungsform als Anpresskrafteinleitungsvorrichtung 500 eine Zugeinheit 60 unterhalb der Bohrlochöffnung 240 in der Firste 150 angeordnet. Die Zugeinheit 60 weist bevorzugt und beispielhaft ein Drehelement 61 auf, das über einen Aktor 62 mit einer Basis 63 der Zugeinheit 60 bewegbar verbunden ist.
Über den Aktor 62, bei dem es sich hier bevorzugt um wenigsten einen Hydraulikzylinder handelt, ist das Drehelement 61 in Pfeilrichtung B bewegbar, sodass der Bohrstrang 40 als Ganzes angehoben und angezogen werden kann. Über den Aktor 62 wird entsprechend eine Zugkraft als Anpresskraft über den Bohrstrang 40 auf den Aufweitungsbohrkopf 31 zum Erzeugen eines Bohrfortschritts aufgebracht.
Die Zugeinheit 60 weist des Weiteren an der Basis 63 vertikale Verspannelemente 64 auf, mit denen die Zugeinheit 60 zwischen Sohle 160 und Firste 150 verspannt wird.
Weiterhin weist die Zugeinheit 60 eine Rutsche 66 auf, auf die das vom Vertikalbohrkopf 32 gelöste Bohrklein 140 auftritt, und zur Seite abgelenkt wird.
Der Vertikalbohrkopf 32 weist einen konischen Grundkörper 33 auf, an dem Bohrwerkzeuge 34, hier beispielsweise Rollenmeißel, angeordnet sind. Weiterhin ist bevorzugt am Grundkörper 33 wenigstens ein Mitnehmer 35 angeordnet, an dem ebenfalls Bohrwerkzeuge 36 vorgesehen sein können. Hierbei kann es sich insbesondere um Stiftmeißel oder Schälmesser handeln. KLICKOW & WETZEL
Weiterhin weist der Vertikalbohrkopf 32 ein Element 37 zum Herstellen einer lösbaren Verbindung mit dem Bohrstrang 40 auf. Das Element s? umfasst wenigstens eine Klemmbacke 38, die mittels wenigstens eines Aktors 39, bevorzugter ein Hydraulikzylinder, gegen ein Bohrstrangelement 41 des Bohrstrangs 40 gepresst werden kann, sodass eine kraft- oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Vertikalbohrkopf 32 und dem Bohrstrang 40 bereitgestellt wird.
Ist die Klemmbacke 38 geschlossen, kann der Vertikalbohrkopf 32 zusammen mit dem Bohrstrang 40 bewegt werden, indem beispielsweise der Aktor 62 des Zugelements 60 den Vertikal bohrkopf 32 gegen das Gestein 100 der Bohrsohle zieht, sodass die Bohrwerkzeuge 34, 36 durch die Rotationsbewegung des Bohrstrangs 40, die vom Antrieb 20 in den Bohrstrang 40 eingebracht wird, das Gestein lösen.
Weiterhin weist der Vertikalbohrkopf 32 am Grundkörper 33 ein Führungselement 42 auf, das den Durchmesser der Pilotbohrung 210 oder der Aufweitungsbohrung 220 aufweist. Mit dem Führungselement 42 wird der der Vertikalbohrkopf 32 gegenüber der Pilotbohrung 210 oder der Aufweitungsbohrung 220 in dieser zentriert. Sollte in der Pilotbohrung 210 oder der Aufweitungsbohrung 220ein Ausbau eingebracht sein, ist das Führungselement 42 im Durchmesser entsprechend kleiner gewählt.
Alternativ zu den Klemmbacken 38 kann das Element 37 auch eine Keilverbindung darstellen, bei dem eine lösbare Verbindung zwischen dem Vertikalbohrkopf 32 und dem Bohrstrang 40 über sich verkeilende Keilelemente erfolgen.
Zum Einleiten des Bohrens geht das Element 37 eine form- oder kraftschlüssige Verbindung mit wenigstens einem Bohrstrangelement 41 des Bohrstrangs 40 ein, in dem beispielsweise die wenigstens eine Klemmbacke 38 gegen das Bohrstrangelement 41 durch den Aktor 39 gepresst wird.
Der Antrieb 20 versetzt den Bohrstrang 40 in Rotation, sodass die Bohrwerkzeuge 34, 36 auf dem Gestein 100 der Bohrsohle sich bewegen/abrollen und dabei das Gestein 100 zu Bohrklein 140 lösen.
Aufgrund der konischen Form des Grundkörpers 33 und der Anordnung der Bohrwerkzeuge 34, 36 auf dem Grundkörper rutscht das gelöste Bohrklein 140 hin zum Führungselement 42, und bewegt sich durch dieses hindurch in die darunterliegende Bohrung 210, 220 und fällt aus der KLICKOW & WETZEL
Bohrlochöffnung 240 auf die Rutsche 66 und von dort in ein Gefäß oder auf die Sohle 160, von wo es dann entsprechend abgefördert werden kann.
Die Mitnehmer 35 sind gegebenenfalls auf dem Grundkörper 33 so angeordnet, dass sie die Bewegung des Bohrkleins 140 hin zur Abförderung unterstützen.
Ist der Vertikalbohrkopf 32 in Rotation versetzt, zieht der Aktor 62 des Zugelements 60 den Bohrstrang 40 nach unten, sodass ein Bohrfortschritt erreicht wird.
Hat der Aktor 62 einen definierten Weg zurückgelegt, beispielsweise der Hub eines Hydraulikzylinders, stellt der Antrieb 20 die Rotation ein, das Element 37 wird gelöst, beispielsweise, in dem die Klemmbacken 38 geöffnet werden, und der Aktor 62 hebt den Bohrstrang 40 den definierten Weg, beispielsweise den Hub eines Hydraulikzylinders, an. Anschließend führt das Element 37 wieder eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Bohrstrang 40 herbei und der Antrieb 20 versetzt den Vertikalbohrkopf 32 über die Rotationseinleitung in den Bohrstrang 40 wieder in Rotation. Der Aktor 62 zieht dann entsprechend den Bohrstrang 40 wieder an, sodass das Bohren fortgesetzt wird.
Der Antrieb 20 umfasst eine Basis 21 und einen Drehantrieb 23, die über wenigstens einen Aktor
22 miteinander verbunden sind. Der Drehantrieb 23 weist ein Verbindungselement 24 auf, mit dem ein Bohrstrangelement 41 mit dem Drehantrieb 23 verbindbar ist, sodass der Drehantrieb
23 eine Drehbewegung in den Bohrstrang 40 einleiten kann.
Parallel kann der Antrieb 20 über den Aktor 22 eine Bewegung des Drehantriebs 23 hin zur Basis 21 oder von dieser weg in Pfeilrichtung A durchführen. Hiermit kann beispielsweise während des Erstellens der Pilotbohrung 210 eine Druckkraft auf den Pilotbohrkopf 30 ausgeübt werden. Gleiches gilt auch beim Erstellen der Aufweitungsbohrung 220 auf den Aufweitungsbohrkopf 31. Die Bewegungshöhe des Aktors 22 ist dabei bevorzugt wenigstens die Höhe eines Bohrstrangelements 41 , damit Bohrstrangelemente 41 aus dem Bohrstrang 40 am Startpunkt 110 ein und ausgebaut werden können, und in ein Lager 25 abgelegt oder aus diesem entnommen werden können.
Der Antrieb 20 ist dabei bevorzugt auf einem Portal 26 über einer Bohrlochöffnung 250 angeordnet.
Bevorzugterweise ist weiterhin ein Litzenhub/absenkvorrichtung 70 (Figur 1d, 2) aus wenigstens zwei Litzenhub/absenkeinheiten 73 vorgesehen, mit dem ein Vertikalbohrungsausbau 400 KLICKOW & WETZEL bestehend aus ringförmigen Vertikalbohrungsausbauelementen 410, einstückig oder mehrteilig, dem Bohrfortschritt des Vertikalbohrkopfs 32 folgend einbringbar ist. Das Litzenhub/absenksystem 70 umfasst ein Litzenhub/absenkelement 71 , an dem ein unteres Vertikalbohrungsausbauelement 410 angeordnet ist.
Das Litzenhub/absenkelement 71 ist über Litzen 72 mit den jeweilig korrespondierenden Litzenhub/absenkeinheiten 73 verbunden. Diese weisen jeweils wenigstens eine T rommel 74 auf, auf denen die Litzen 72 auf- und abtrommelbar sind.
Weiterhin weist die Litzenhub/absenkeinheit 73 einen Aktor 75 auf, beispielsweise ein Hydraulikzylinder, mit dem eine mit dem Aktor 75 lösbar verbundene Litze 72 kontinuierlich absenkbar ist, bis ein definierter Weg, beispielsweise der Hub eines Hydraulikzylinders, zurückgelegt wurde. Weiterhin kann umgekehrt auch angehoben werden oder das Litzenhub/absenkelement 71 in einer Position temporär gehalten werden.
Anschließend wird die Litze 72 arretiert, der Aktor 75 von der Litze 72 gelöst, wieder zurückgefahren und mit der Litze 72 entsprechend wieder verbunden. Auf diese Weise kann sukzessive dem Abbaufortschritt des Vertikalbohrkopf 32 folgend der Vertikalbohrlochausbau 400 in Form von einzelnen Ausbauelementen 410 eingebracht werden.
Alternativ kann eine Bühne 80 (Figur 3) an Litzen 81 vorgesehen sein, die über ein Trommelsystem 82 in Pfeilrichtung C auf- und abtrommelbar und somit in der Vertikalbohrung 230 anhebbar und absenkbar ist. Von der Bühne 80 aus kann beispielsweise Spritzbeton 42 als Vertikalbohrlochausbau 400 auf die Wand 430 der Vertikalbohrung 230 aufgebracht werden.
Die Figuren 5a bis 5c zeigen die einzelnen Verfahrensschritte eines bevorzugten Bohrverfahrens zum Erstellen einer Vertikalbohrung 230, insbesondere einer Großlochbohrung, und die dafür notwendige Bohrvorrichtung 10 in einer zweiten Ausführungsform.
Die Vertikalbohrung 230, die in Figur 5c gezeigt ist, wird dabei erstellt, indem zuerst eine Pilotbohrung 210 zwischen einem Startpunkt 110 und einem Zielpunkt 120 in einem untertägigen Grubenbau 130 erstellt wird (Fig. 5a).
Das beim Bohren der Pilotbohrung 210 im Gebirge 100 anfallende Bohrklein 140 wird dabei mit einer geeigneten Abförderung (nicht dargestellt) während des Vortriebs aus der Pilotbohrung 210, beispielsweise hydraulisch oder mittels Lufthebeverfahren, entfernt. Lediglich nach dem KLICKOW & WETZEL
Durchbruch der Pilotbohrung 210 durch die Firste 150 am Zielpunkt 120 kann Bohrklein 140 auf die Sohle 160 fallen.
Der Pilotbohrkopf 30 ist über einen Bohrstrang 40 mit einem Antrieb 20 der Bohrvorrichtung 10 verbunden.
In Figur 5b ist ein bevorzugter zweiter Bohrschritt des erfindungsgemäßen Bohrverfahrens gezeigt. Dabei wird die Pilotbohrung 210 zu einer Aufweitungsbohrung 220 mit einem Aufweitungsbohrkopf 31 , der über den Bohrstrang 40 mit dem Antrieb 20 am Startpunkt 110 verbunden ist, aufgebohrt. Das Bohrklein 140 fällt dabei durch die bereits aufgefahrene Aufweitungsbohrung 220 auf die Sohle 160 des untertägigen Grubenbaus 130 am Zielpunkt 120. Dieser Schritt kann aber auch entfallen, wenn die Pilotbohrung 210 direkt auf den finalen Durchmesser aufgebohrt werden soll.
Der Aufweitungsbohrkopf 31 wird am Zielpunkt 120 mit dem Bohrstrang 40 verbunden und über den Bohrstrang 40 durch den Antrieb 20 in Rotation versetzt. Der Bohrfortschritt erfolgt dabei durch Anziehen des Bohrstrangs 40 gegen das Gebirge 100 mittels wenigstens eines Aktors 22, bevorzugt ein Hydraulikzylinder.
Der Bohrstrang 40 setzt sich aus Bohrstrangelementen 41 zusammen, die miteinander bevorzugt verschraubt sind oder anderweitig miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind an den Bohrstrangelementen Vertiefungen vorgesehen, in die Elemente zum Herstellen eines Formschlusses (nicht dargestellt) eingreifen können. Derartige Elemente sind beispielsweise im Antrieb 20 vorgesehen, um den Bohrstrang über den Aktor 22, vertikal anheben oder absenken zu können, oder den Bohrstrang in Position halten zu können.
Beim Erstellen der Pilotbohrung kann der Aktor 22 über den Bohrstrang 40 den Pilotbohrkopf 30 auch gegen die Bohrsohle an das zu lösende Gestein 100 drücken. Zusätzlich können spezielle Bohrstrangelemente, die ein höheres Gewicht aufweisen, für den Bohrvortrieb beim Erstellen der Pilotbohrung 210 vorgesehen sein.
Beim Erstellen der Aufweitungsbohrung 220 wird der Aufweitungsbohrkopf 31 über den Aktor 22 gegen die die Bohrsohle an das zu lösende Gestein 100 gezogen.
Der Bohrstrang 40 wird durch Hinzufügen von Bohrstrangelementen 41 am Startpunkt 110 oder durch Entfernen von Bohrstrangelementen 41 am Startpunkt 110 in der Länge verändert. KLICKOW & WETZEL
Wenn der Aufweitungsbohrkopf 31 am Startpunkt 110 angekommen ist, wird dieser vom Bohrstrang 40 entfernt.
Zusätzlich kann, analog der Figur 1c (Bezugszeichen entsprechend), ein weiterer bevorzugter Verfahrensschritt vorgesehen sein, nämlich das Einbringen eines Aufweitungsbohrungsausbau 300 als temporärer Ausbau. Dieser ist aus Ausbauelementen 310 gebildet. Bevorzugt bestehen diese Ausbauelemente 310 aus einem Material, das beim Erstellen der Vertikalbohrung mit abbaubar ist. Hierbei handelt es sich besonders bevorzugt um Beton oder Kunststoff. Sofern notwendig oder auch alternativ kann dieser Schritt auch bereits für das Pilotbohrloch analog entsprechend angepasst angewendet werden.
Zum Einbringen der übereinander angeordneten Ausbauelemente 310 zum Erstellen des Aufweitungsbohrungsausbau 300 kann ein Absenkelement 50 vorgesehen sein, dass mit dem Bohrstrang 40 verbunden ist. Auf dem Absenkelement 50 werden die Ausbauelemente 310 übereinander angeordnet und mit dem Absenkelement 50 durch Verlängern des Bohrstrangs 40 durch Einbauen von Bohrstrangelementen 41 vom Startpunkt 110 zum Zielpunkt 120 abgesenkt, wodurch der Aufweitungsbohrungsausbau 300 erstellt wird.
Der Ausbau der Aufweitungsbohrung 220 ist insbesondere dann notwendig, wenn das Gebirge nicht hinreichend standfest ist und zu befürchten ist, dass sich entweder Elemente aus der Bohrlochwand 430 lösen, wodurch diese dann gegebenenfalls die Pilotbohrung 210 oder die Aufweitungsbohrung, insbesondere beim finalen Erstellen der Vertikalbohrung 230, verstopfen könnten.
Ist der Aufweitungsbohrungsausbau 300 vollständig eingebracht und das Absenkelement 50 am Zielpunkt 120 angekommen, wird der Ausbau entsprechend arretiert und das Absenkelement 50 vom Bohrstrang 40 getrennt. Weiterhin kann der Bohrstrang 40 hin am Startpunkt ausgebaut werden. Ggf. wird Mörtel hinter den Ausbau 300 eingebracht.
Figur 5c zeigt den Verfahrensschritt der Aufweitung der Aufweitungsbohrung 220. Hierfür ist ein Vertikalbohrkopf 32 vorgesehen, der mit dem Bohrstrang 40 verbunden ist. Das Verbinden erfolgt erstmalig am Startpunkt 110.
Die Bohrvorrichtung 10 weist eine Anpresskrafteinleitungsvorrichtung 500 auf, die hier sich aus einer Schubeinheit 90, einem Kraftübertragungselement 401 und einem Krafteinleitungselement 170 und bevorzugt der Litzenhub/absenkvorrichtung 70 zusammensetzt. KLICKOW & WETZEL
Am Startpunkt 110 ist in dieser Ausführungsform die Schubeinheit 90 der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung 500 oberhalb der Bohrlochöffnung 250 angeordnet. Die Schubeinheit 90 weist bevorzugt und beispielhaft wenigstens ein Vorschubelement 91 auf, das einen Aktor 92 mit einer Basis 63 der Zugeinheit 60 bewegbar verbunden ist. Der Aktor weist an einer Seite ein Eingriffelement 93 auf, das mit einem Kraftübertragungselement 94 eine Verbindung herstellen kann. Der Aktor 92 ist hier beispielsweise als in Richtung C vertikal ein- und ausfahrbar. Weiterhin ist der Aktor beispielsweise mit einem Verfahrelement 94 gegenüberliegend zu dem Eingriffelement 93 verbunden, das auf einer Basis 95 horizontal in Richtung D verfahrbar ist.
Das Eingriffselement 93 greift von oben auf das Kraftübertragungselement 401 der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung 500, das auch als Vertikalausbau 400 wirkt. Das Kraftübertragungselement 401 ist hier bevorzugt aus Einzelelementen 402 zu Kraftübertragungselementringen 403 zusammengesetzt, die beispielsweise mit einem Kran 55 montierbar sind. Die Kraftübertragungselementringe 403 sind übereinander zum Kraftübertragungselement 401 angeordnet und mit Verbindungselementen 404 beispielsweise zugfest miteinander verbunden. Das Kraftübertragungselement 401 ist entsprechend bevorzugt durch Hinzufügen von Ringen 403 verlängerbar.
Für die Montage ist beispielsweise ein Schutzelement 56 für die obere Bohrlochöffnung vorgesehen, um das herum die Einzelelemente 402 zu Kraftübertragungselementringe 403 m Kraftübertragungselement 401 montiert werden.
Der unterste Ring 405 des Kraftübertragungselements 401 steht auf einem Krafteinleitungselement 170 der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung 500 auf. Das Krafteinleitungselement 170 ist horizontal oberhalb des Vertikalbohrkopfs 32 angeordnet.
Hier bevorzugt zentrisch weist das Krafteinleitungselement 170 eine Öffnung 171 auf, durch die sich der Bohrstrang 40 erstreckt. Der Bohrstrang 40 kann sich, wenn er vom Antrieb 20 gedreht wird, frei in der Öffnung 171 drehen.
Der Aktor 92 der Schubeinheit 90 der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung 500 bewirkt eine Vorschubkraft, die von oben auf das Kraftübertragungselement 401 wirkt und das Kraftübertragungselement 401 nach unten in Bohrrichtung vom Startpunkt 110 zum Zielpunkt 120 drückt. Die Vorschubkraft wirkt dabei auf das Krafteinleitungselement 170. Dieses überträgt die Vorschubkraft auf den Vertikalbohrkopf und bewirkt eine Anpresskraft an den Bohrwerkzeugen 34, 36 auf dem zu lösenden Gebirge, das dann durch die vom Antrieb 20 in den Bohrstrang 40 KLICKOW & WETZEL eingebrachte Rotation des Vertikalbohrkopfes 32 als Bewegung der Bohrwerkzeuge 34, 36 auf dem Gebirge 100 das Lösen des Gestein bewirkt.
Weiterhin wird der Bohrstrang 40 unter Zug gesetzt, so dass er mit möglichst minimaler seitlicher/exzentrischer Auslenkung rotiert.
Der Bohrfortschritt erfolgt dabei durch das Anpressen des Vertikalbohrkopfes 32 gegen das Gebirge 100 mittels des wenigstens einen Aktors 92 der Schubeinheit und/oder der Gewichtskraft des Kraftübertragungselement 401.
Das Krafteinleitungselement 170 ist aus mehreren Teilen 170a, 170b, 170c aufgebaut. Bevorzugt sind die Teile 170a bis 170c konzentrisch um einander herum angeordnet. Die Teile 170a, 170b, 170c des Krafteinleitungselements 170 sind bevorzugt lösbar voneinander. Sie können zur Reduzierung des Bohrdurchmessers von breit nach schmal abgetrennt werden.
Bevorzugt am jedem der Teile 170a, 170b, 170c, bevorzugt am inneren Teil 170a, können die Litzen 72 der Litzenhub/absenkvorrichtung 70 der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung 500 befestigt sein, um beispielsweise eine Gegenkraft oder Haltekraft gegen die von der Schubeinheit 90 auf das Kraftübertragungselements 401 aufgebrachte Vorschubkraft und ggf. die Gewichtskraft des Kraftübertragungselement 401 entgegenzuwirken, um am Vertikalbohrkopf 32 eine definierte Anpresskraft vorzusehen.
Die definierte Anpresskraft entspricht somit bevorzugt der Vorschubkraft der Schubeinheit 90 und der Gewichtskraft des Kraftübertragungselements 401 abzüglich der Reibung des Kraftübertragungselements 401 der Bohrlochwand 430 der Vertikalbohrung 230, der Zugkraft im Bohrstrang 40 und der Hubkraft, die von der Litzenhub/absenkvorrichtung 70 beispielsweise in das Krafteinleitungselement 170 eingebracht wird. Über die Regelung der eingebrachten Kräfte der Aktoren 90, 20, 75 in Abhängigkeit die Gewichtskraft und Reibung.
Der Vertikalbohrkopf 32 weist einen konischen Grundkörper 33 auf, an dem Bohrwerkzeuge 34, hier beispielsweise Rollenmeißel, angeordnet sind. Weiterhin kann am Grundkörper 33 wenigstens ein Mitnehmer 35 angeordnet sein, an dem ebenfalls Bohrwerkzeuge 36 vorgesehen sein können. Hierbei kann es sich insbesondere um Stiftmeißel oder Schälmesser handeln.
Der Grundkörper 33 ist hier beispielsweise dreiteilig aufgebaut bestehend aus drei übereinander angeordneten Teilen 33a, 33b, 33c. Die Teile 33a, 33b, 33c des Grundkörpers 33 sind lösbar KLICKOW & WETZEL voneinander. Sie können zur Reduzierung des Bohrdurchmessers von breit nach schmal abgetrennt werden.
An der Oberseite weist der Grundkörper ein Lager 43, bevorzugt ein Wälz- oder Gleitlager, auf, dass mit einem darüber angeordneten Krafteinleitungselement 170 in Verbindung steht, so dass der Bohrkopf, wenn er über den Antrieb 20 rotiert wird, drehbar gegenüber dem Krafteinleitungselement 170 ist.
Der Antrieb 20 versetzt den Bohrstrang 40 in Rotation, sodass die Bohrwerkzeuge 34, 36 auf dem Gestein 100 der Bohrsohle sich bewegen/abrollen und dabei das Gestein 100 zu Bohrklein 140 lösen.
Aufgrund der konischen Form des Grundkörpers 33 und der Anordnung der Bohrwerkzeuge 34, 36 auf dem Grundkörper rutscht das gelöste Bohrklein 140 hin zum Führungselement 42, und bewegt sich durch dieses hindurch in die darunterliegende Bohrung 210, 220 und fällt aus der Bohrlochöffnung 240 in ein Gefäß oder auf die Sohle 160, von wo es dann entsprechend abgefördert werden kann.
Die evtl, vorgesehenen Mitnehmer 35 sind gegebenenfalls auf dem Grundkörper 33 so angeordnet, dass sie die Bewegung des Bohrkleins 140 hin zur Abförderung unterstützen.
Ist der Vertikalbohrkopf 32 in Rotation versetzt, drückt der Aktor 92 der Schubeinheit 90 wie oben dargelegt das Kraftübertragungselements 401 nach unten, sodass ein Bohrfortschritt erreicht wird.
Der Antrieb 20 umfasst eine Basis 21 und einen Drehantrieb 23, die über wenigstens einen Aktor
22 miteinander verbunden sind. Der Drehantrieb 23 weist ein Verbindungselement 24 auf, mit dem ein Bohrstrangelement 41 mit dem Drehantrieb 23 verbindbar ist, sodass der Drehantrieb
23 eine Drehbewegung in den Bohrstrang 40 einleiten kann.
Parallel kann der Antrieb 20 über den Aktor 22 eine Bewegung des Drehantriebs 23 hin zur Basis 21 oder von dieser weg in Pfeilrichtung A durchführen. Hiermit kann beispielsweise während des Erstellens der Pilotbohrung 210 eine Druckkraft auf den Pilotbohrkopf 30 ausgeübt werden. Gleiches gilt auch beim Erstellen der Aufweitungsbohrung 220 auf den Aufweitungsbohrkopf 31. Die Bewegungshöhe des Aktors 22 ist dabei bevorzugt wenigstens die Höhe eines Bohrstrangelements 41 , damit Bohrstrangelemente 41 aus dem Bohrstrang 40 am Startpunkt 110 KLICKOW & WETZEL ein und ausgebaut werden können, und in ein Lager 25 abgelegt oder aus diesem entnommen werden können.
Der Antrieb 20 ist dabei bevorzugt auf einem Portal 26 über einer Bohrlochöffnung 250 angeordnet.
Bevorzugterweise ist weiterhin ein Litzenhub/absenkvorrichtung 70 (Figur 5c) aus wenigstens zwei Litzenhub/absenkeinheiten 73 vorgesehen, mit dem auf das Krafteinleitungselement 170 ein Hubkraft einbringbar ist. Das Litzenhub/absenksystem 70 umfasst ein Litzenhub/absenkelement 71 , an dem ein unteres Vertikalbohrungsausbauelement 410 angeordnet ist.
Das Litzenhub/absenkelement 71 ist über Litzen 72 mit den jeweilig korrespondierenden Litzenhub/absenkeinheiten 73 verbunden. Diese weisen jeweils wenigstens eine T rommel 74 auf, auf denen die Litzen 72 auf- und abtrommelbar sind.
Weiterhin weist die Litzenhub/absenkeinheit 73 einen Aktor 75 auf, beispielsweise ein Hydraulikzylinder, mit dem eine mit dem Aktor 75 lösbar verbundene Litze 72 kontinuierlich absenkbar ist, bis ein definierter Weg, beispielsweise der Hub eines Hydraulikzylinders, zurückgelegt wurde. Weiterhin kann umgekehrt auch angehoben werden oder das Litzenhub/absenkelement 71 in einer Position temporär gehalten werden.
Anschließend wird die Litze 72 arretiert, der Aktor 75 von der Litze 72 gelöst, wieder zurückgefahren und mit der Litze 72 entsprechend wieder verbunden. Auf diese Weise kann sukzessive dem Abbaufortschritt des Vertikalbohrkopf 32 folgend Kraftübertragungselements 401 in Form von einzelnen Ringen 403 verlängert werden.

Claims

KLICKOW & WETZ EL PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT MBB PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT- AND TRADEMARK ATTORNEYS JESSENSTRASSE 4 22767 HAMBURG GERMANY Anmeldei7-in: Herrenknecht AG www.klickow-wetzel.de Schlehenweg 2 Telefon: +49 (0)40 380 8715-0 77963 Schwanau Telefax: +49 (0)40 380 8715-25 Deutschland mail@klickow -wetzel.de HKN-242A-DE 05. August 2025 / pwl.pwl Patentansprüche
1. Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Vertikalbohrung entlang einer Bohrlinie von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt, wobei der Zielpunkt unterhalb des Startpunkts in einem unterirdischen begehbaren Hohlraum vorgesehen ist, mit einen Antrieb zum Drehen des im Einsatz befindlichen Bohrkopfs, wobei der Antrieb am Startpunkt vorgesehen ist, und wobei der Antrieb mit einem Bohrstrang verbindbar ist, mit einem Vertikalbohrkopf zum Erstellen einer Vertikalbohrung vom Startpunkt zum Zielpunkt entlang einer erstellten Bohrung oder der Bohrlinie, wobei der Vertikalbohrkopf mit dem Bohrstrang verbindbar ist, mit dem Bohrstrang, der aus mehreren Bohrgestängeelementen lösbar zusammengesetzt ist, der den im Bohrbetrieb befindlichen Bohrkopf mit dem Antrieb zum Drehen des Bohrkopfs verbindet, und der beim Bohren mit dem Bohrkopf durch Einsetzen von Bohrgestängeelementen in dem Bohrstrang am Startpunkt gemäß Bohrfortschritt verlängerbar oder durch Ausbauen von Bohrgestängeelementen aus dem Bohrstrang am Startpunkt verkürzbar ist, mit einer Anpresskrafteinleitungsvorrichtung zum Erzeugen einer Anpresskraft zum Anpressen des Vertikalbohrkopfs an die abzubauende Ortsbrust , wobei die Anpresskrafteinleitungsvorrichtung wenigstens einen Aktor zum Einbringen einer definierten Anpresskraft in den Vertikalbohrkopf beim Bohren der aufweist.
2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Pilotbohrkopf zum Erstellen einer Pilotbohrung vom Startpunkt zum Zielpunkt entlang der Bohrlinie, wobei der Pilotbohrkopf mit dem Bohrstrang verbindbar ist. KLICKOW & WETZEL
3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2 mit wenigstens einem Aufweitungsbohrkopf zum Erstellen einer Aufweitungsbohrung entlang der Pilotbohrung vom Zielpunkt zum Startpunkt, der nach dem Erstellen der Pilotbohrung mit dem in der Pilotbohrung befindlichen Bohrstrang verbindbar ist, wobei der Durchmesser des Aufweitungsbohrkopfs kleiner als der Durchmesser des Vertikalbohrkopfs und größer als der Durchmesser des Pilotbohrkopfes ist, und wobei der Aufweitungsbohrkopf mit dem Bohrstrang verbindbar ist.
4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Pilotbohrkopf um einen Bohrkopf mit daran vorgesehen Bohrwerkzeugen zum Lösen von Gestein, bevorzugt Rollenmeißel, und/oder bei dem Aufweitungsbohrkopf um einen Raisebohrkopf mit daran vorgesehen Bohrwerkzeugen zum Lösen von Gestein, bevorzugt Rollenmeißel, handelt.
5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Pilotbohrung und/oder in die Aufweitungsbohrung ein temporärer Ausbau einbringbar ist, bevorzugt in Form von Segmenten aus einem abbohrbaren Material oder durch Aufsprühen eines abbohrbaren Materials, besonders bevorzugt aus Beton oder Kunststoff.
6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrstrang beim Einbau in die Pilotbohrung oder in die Aufweitungsbohrung mit einem Absenkelement verbunden ist, über das der temporäre Ausbau in die Pilotbohrung oder die Aufweitungsbohrung einbringbar ist.
7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalbohrkopf einen im wesentlich konischen Aufbau mit daran vorgesehen Bohrwerkzeugen zum Lösen von Gestein aufweist.
8. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalbohrkopf eine Führung in einer Pilotbohrung oder Aufweitungsbohrung und/oder eine zentrische Öffnung zum Abfördern des gelösten Gesteins in die Pilotbohrung oder Aufweitungsbohrung aufweist.
9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalbohrkopf ein Element zum Herstellen einer lösbaren Verbindung mit dem Bohrstrang aufweist, bevorzugt wenigstens eine mit einem Aktor angetriebene Klemmbacke, mit der eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Vertikalbohrkopf und dem Bohrstrang lösbar herstellbar ist. KLICKOW & WETZEL
10. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalbohrkopf an der dem Zielpunkt und an der dem Startpunkt zugewandten Seite mit dem Bohrstrang verbindbar ist.
11. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalbohrkopf aus wenigstens zwei übereinander angeordneten Segmenten aufgebaut ist, die voneinander lösbar sind, so dass der Bohrdurchmesser verkleinerbar ist.
12. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresskrafteinleitungsvorrichtung eine Schubeinheit mit dem wenigstens einen Aktor am Startpunkt aufweist, wobei der wenigstens eine Aktor mit wenigstens einem Kraftübertragungselement verbunden ist, und dass die Anpresskrafteinleitungsvorrichtung ein Krafteinleitungselement aufweist, das auf seiner dem Zielpunkt zugewandten Seite mit dem Vertikalbohrkopf drehbar verbunden ist, und das auf seiner dem Startpunkt zugewandten Seite mit dem wenigstens einen Kraftübertragungselement drehfest verbunden ist, wobei die von dem wenigstens einen Aktor einleitbare definierte Anpresskraft über das wenigstens eine Krafteinleitungselement und das über Krafteinleitungselement auf den Vertikalbohrkopf übertragbar ist.
13. Bohrvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem wenigstens einen Kraftübertragungselement um ein Ausbauelement, bevorzugt in Form von Tübbingen oder Ausbausegmenten, bevorzugt aus Beton oder Stahl, handelt, die besonders bevorzugt miteinander verbindbar sind.
14. Bohrvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die drehfeste Verbindung zwischen Vertikalbohrkopf und Krafteinleitungselement über wenigstens ein Wälzlager oder ein Gleitlager vorgesehen ist.
15. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungselement eine Öffnung, bevorzugt zentrisch, für den Bohrstrang aufweist.
16. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Aktor der Schubeinheit um wenigstens einen Hydraulikzylinder handelt.
17. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass am Startpunkt eine Hub- und Absenkvorrichtung vorgesehen ist, die mit dem Krafteinleitungselement KLICKOW & WETZEL verbunden ist, und mit der eine Zugkraft in das Krafteinleitungselement in Richtung des Startpunktes einbringbar ist.
18. Bohrvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Hub- und Absenkvorrichtung um eine Litzenhub/absenkvorrichtung mit wenigstens zwei Einheiten mit wenigstens jeweils einem Absenkzylinder und jeweils einer Litzenarretierung handelt.
19. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungselement aus wenigstens zwei voneinander lösbaren Segmenten aufgebaut ist, wobei bevorzugt die Hub- und Absenkvorrichtung mit dem inneren Segment verbunden ist.
20. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement verlängerbar ist.
21. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungsvorrichtung eine Zugeinheit am Zielpunkt unterhalb der Pilotbohrung oder Aufweitungsbohrung ist.
22. Bohrvorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der der Bohrstrang mit der Zugeinheit verbindbar ist, wobei die Zugeinheit einen Aktor zum Einbringen einer Zugkraft über den Bohrstrang auf den Vertikalbohrkopf beim Bohren der Vertikalbohrung aufweist.
23. Bohrvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zugeinheit ein Umlenkelement, bevorzugt eine Rutsche, für das gelöste Gestein an der Ausgangsöffnung der Pilotoder Aufweitungsbohrung zur Abförderung aufweist.
24. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Aktor der Zugeinheit um wenigstens einen Hydraulikzylinder handelt.
25. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 124, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugeinheit am Zielpunkt zwischen Sohle und Firste verspannbar ist.
26. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugeinheit am Zielpunkt ein Drehelement aufweist, das mit der Bohrstrang verbindbar ist. KLICKOW & WETZEL
27. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vertikalbohrung ein Vertikalbohrungsbohrungsausbau, bevorzugt während des Bohrens mit dem Vertikalbohrkopf, einbringbar ist.
28. Bohrvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Vertikalbohrungsbohrungsausbau um Spritzbeton handelt.
29. Bohrvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bühne oberhalb des Bohrkopfes vorgesehen ist, von der aus der Spritzbeton einbringbar ist.
30. Bohrvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Vertikalbohrungsbohrungsausbau um Ausbauelemente, bevorzugt in Form von Tübbingen oder Ausbausegmenten, bevorzugt aus Beton oder Stahl, handelt, die besonders bevorzugt miteinander verbindbar sind.
31 . Bohrvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass am Startpunkt eine Hub- und Absenkvorrichtung zum Einbringen der Ausbauelemente in die Vertikalbohrung vorgesehen ist.
32. Bohrvorrichtung nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Hub- und Absenkvorrichtung um eine Litzenhub/absenkvorrichtung mit wenigstens zwei Litzenhub/absenkeinheiten mit wenigstens jeweils einem Aktor, bevorzugt ein Hub-/absenkzylinder, und einer Litzenarretierung handelt.
33. Bohrverfahren zum Erstellen einer Vertikalbohrung von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt, wobei der Zielpunkt in einem unterirdischen begehbaren Hohlraum vorgesehen ist, insbesondere mit einer Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Antriebs zum Drehen eines Bohrkopfs am Startpunkt, Bereitstellen eines Vertikalbohrkopfs am Startpunkt, Bereitstellen einer Anpresskrafteinleitungsvorrichtung, Verbinden des Bohrstrangs mit der dem Antrieb, Verbinden des Vertikalbohrkopfs mit dem Bohrstrang,
Verbinden der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung mit dem Vertikalbohrkopf,
Erstellen der Vertikalbohrung mit finalem Durchmesser vom Startpunkt zum Zielpunkt, indem der Antrieb den Vertikalbohrkopf über den Bohrstrang rotiert und die Anpresskrafteinleitungsvorrichtung den Bohrstrang in Richtung des Zielpunktes mit einem Aktor bewegt, bevorzugt mit wenigstens einem Hydraulikzylinder als Aktor. KLICKOW & WETZEL
34. Bohrverfahren nach Anspruch 33 gekennzeichnet dadurch die Schritte:
Bereitstellen der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung in Form einer Schubeinheit mit dem Aktor am Startpunkt,
Bereitstellen wenigstens eines Kraftübertragungselements,
Verbinden des Krafteinleitungselements mit dem Aktor,
Bereitstellen eines Krafteinleitungselement,
Verbinden des Krafteinleitungselement auf seiner dem Zielpunkt zugewandten Seite mit dem Vertikalbohrkopf, so dass eine drehbare Verbindung, bevorzugt über ein Wälzlager oder Gleitlager, bereitgestellt wird,
Verbinden des Krafteinleitungselements auf seiner dem Startpunkt zugewandten Seite mit dem Kraftübertragungselements, so dass eine drehfeste Verbindung, bevorzugt eine Verschraubung, bereitgestellt wird, und
Einleiten einer definierte Anpresskraft durch den Aktor über das Kraftübertragungselement und das Krafteinleitungselement auf den Vertikalbohrkopf.
35. Bohrverfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Kraftübertragungselement als ein Ausbauelement bereitgestellt wird, bevorzugt in Form von Tübbingen oder Ausbausegmenten, bevorzugt aus Beton oder Stahl, die besonders bevorzugt miteinander verbunden werden.
36. Bohrverfahren nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass am Startpunkt eine Hub- und Absenkvorrichtung, bei der es sich bevorzugt um eine Litzenhub/absenkvorrichtung mit wenigstens zwei Litzenhub/absenkeinheiten mit wenigstens jeweils einem Aktor, bevorzugt ein Hub/absenkzylinder, und jeweils einer Litzenarretierung handelt, bereitgestellt wird, die mit dem Krafteinleitungselement verbunden wird, und mit der eine Zugkraft in das Krafteinleitungselement in Richtung des Startpunktes eingebracht werden kann.
37. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungselement verlängerbar ist und aus wenigstens zwei voneinander lösbaren Segmenten am Startpunkt aufgebaut wird.
38. Bohrverfahren nach Anspruch 33 gekennzeichnet dadurch die Schritte:
Bereitstellen der Anpresskrafteinleitungsvorrichtung in Form einer am Zielpunkt angeordneten Zugeinheit,
Verbinden des Bohrstrangs mit der Zugeinheit, wobei die Zugeinheit den Bohrstrang in Richtung des Zielpunktes mit dem Aktor zieht. KLICKOW & WETZEL
39. Bohrverfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalbohrkopf an der dem Zielpunkt und an der dem Startpunkt zugewandten Seite mit dem Bohrstrang verbunden wird und die Länge des Bohrstrangs konstant gehalten wird, indem am Startpunkt ein Bohrstrangelement eingebaut wird, und am Zielpunkt ein Bohrstrangelement ausgebaut wird.
40. Bohrverfahren nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalbohrkopf über ein am Vertikalbohrkopf vorgesehenes Element zum Herstellen einer lösbaren Verbindung, bevorzugt wenigstens zwei mit einem Aktor angetriebene Klemmbacken, mit denen eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Vertikalbohrkopf und dem Bohrstrang lösbar hergestellt wird, mit dem Bohrstrang herstellt, der Antrieb den Vertikalbohrkopf dreht und die Zugeinheit den Vertikalbohrkopf über den Aktor in Richtung des Zielpunktes zieht.
41. Bohrverfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein definierter Bohrfortschritt mit dem Aktor der Zugeinheit erreicht ist, bevorzugt der Hub eines Hydraulikzylinders, die Zugeinheit den Zug stoppt, der Antrieb die Rotation des Vertikalbohrkopfs stoppt, das Element zum Herstellen der lösbaren Verbindung mit dem Bohrstrang geöffnet wird, der Bohrstrang eine definierte Strecke, bevorzugt der Hub eines Hydraulikzylinders, durch den Aktor der Zugeinheit in Richtung des Startpunktes bewegt wird und der Vertikalbohrkopf wieder mit dem Bohrstrang verbunden wird.
42. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrstrang mit einem Drehelement des Zugelements verbunden wird.
43. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 42 gekennzeichnet dadurch die Schritte: Bereitstellen eines Pilotbohrkopfs am Startpunkt,
Bereitstellen von Bohrgestängeelementen am Startpunk,
Verbinden des Pilotbohrkopfs mit dem Antrieb über einen sukzessive aus mehreren Bohrgestängeelementen lösbar zusammengesetzter Bohrstrang,
Erstellen einer Pilotbohrung vom Startpunkt zum Zielpunkt, indem der Antrieb den ersten Bohrkopf über den Bohrstrang rotiert und ggf. den Bohrstrang in Richtung des Zielpunktes vorschiebt, wobei der Bohrstrang durch ein Einsetzen von Bohrgestängeelementen am Startpunkt sukzessive verlängert wird, bis der Zielpunkt erreicht ist,
Abschlagen des ersten Bohrkopfs vom in der Pilotbohrung befindlichen Bohrstrang am Zielpunkt.
44. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 43, mit den Schritten: Bereitstellen eines Aufweitungsbohrkopfs am Zielpunkt,
Verbinden des Aufweitungsbohrkopfs mit dem Bohrstrang, KLICKOW & WETZEL
Erstellen einer Aufweitungsbohrung vom Zielpunkt zum Startpunkt vor dem Erstellen der Vertikalbohrung, indem der Antrieb den Aufweitungsbohrkopf über den Bohrstrang rotiert und den Bohrstrang in Richtung des Startpunktes zieht, wobei der Bohrstrang durch ein Ausbauen von Bohrgestängeelementen am Startpunkt sukzessive verkürzt wird, bis der Startpunkt erreicht ist, Abschlagen des zweiten Bohrkopfs vom Bohrstrang am Startpunkt,
Einbringen des Bohrstrangs in die Aufweitungsbohrung bis der Zielpunkt erreicht ist.
45. Bohrverfahren nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass in die Pilotbohrung oder in die Aufweitungsbohrung ein Pilotbohrungsausbau oder Aufweitungsbohrungsausbau, bevorzugt in Form von Betonsegmenten, eingebracht wird.
46. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absenkelement bereitgestellt wird, dass der Bohrstrang beim Einbringen in die Pilotbohrung oder in die Aufweitungsbohrung mit einem Absenkelement verbunden wird, über das der Pilotbohrungsausbau oder der Aufweitungsbohrungsausbau in die Pilot- oder Aufweitungsbohrung eingebracht wird.
47. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vertikalbohrung ein Vertikalbohrungsbohrungsausbau, bevorzugt während des Bohrens des Vertikalbohrkopfs, eingebracht wird.
48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Ausbau um Spritzbeton oder um Ausbauelemente, bevorzugt in Form von Tübbingen oder Ausbausegmenten, bevorzugt aus Beton oder Stahl, handelt.
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PETER SCHM�H: "Vertical shaft machines. State of the art and vision", ACTA MONTANISTICA SLOVACA, 1 January 2007 (2007-01-01), pages 208 - 216, XP055719774, Retrieved from the Internet <URL:https://pdfs.semanticscholar.org/da16/68a2552c770dae1ea00423838232b6c9df35.pdf?_ga=2.250460486.1118139076.1596460355-1441528850.1594731329> *

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