AT10289U1 - METHOD AND DEVICE FOR DRILLING A HOLE IN GROUND OR ROCK MATERIAL AND FORMING AN ANCHORAGE - Google Patents
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Description
2 AT 010 289 U12 AT 010 289 U1
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlagoder Drehschlagbohren, eines Loches in Boden- oder Gesteinsmaterial und Ausbilden einer Verankerung in dem Loch, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone ein Bohrloch gebildet wird, sowie auf eine Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Lochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und Ausbilden einer Verankerung in dem Loch, wobei an einem Bohrgestänge eine Bohrkrone zur Ausbildung des Bohrlochs gelagert ist.The present invention relates to a method for drilling, in particular impact or rotary impact drilling, a hole in soil or rock material and forming an anchorage in the hole, wherein a borehole is formed by a drill bit mounted on a drill string, and to a device for drilling, in particular impact or rotary impact drilling, a hole in soil or rock material and forming an anchorage in the hole, wherein a drill bit is mounted on a drill pipe to form the borehole.
Im Zusammenhang mit der Herstellung eines Loches bzw. Bohrloches in Boden- oder Gesteinsmaterial und einer nachträglichen Ausbildung bzw. Festlegung einer Verankerung bzw. einer Auskleidung in dem Bohrloch ist es beispielsweise aus der WO 98/21439 und der WO 98/58132 bekannt, während des Bohrvorgangs, beispielsweise einem Schlag- oder Drehschlagbohren, ein Hüllrohr in das Bohrloch einzubringen, worauf nach Fertigstellung der Bohrung gegebenenfalls ein Teil der Bohrkrone gemeinsam mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt wird, während das Hüllrohr im Bohrloch verbleibt, so daß anschließend durch ein Verfüllen mit einer aushärtenden Masse ein Anker im Bohrloch ausgebildet wird. Gemäß der Ausbildung entsprechend der WO 98/58132 kann das Bohrgestänge an seinem Außenumfang mit zusätzlichen Rippen und Rillen ausgebildet sein, so daß bei einem Verbleib des Bohrgestänges im Bohrloch und einem nachträglichen Verfüllen eine entsprechend gute Ankenwirkung erzielt werden kann.In connection with the production of a hole or borehole in soil or rock material and a subsequent formation or definition of an anchorage or a lining in the borehole, it is known, for example, from WO 98/21439 and WO 98/58132, during the Drilling, such as a percussion or rotary impact drilling to introduce a cladding tube in the well, and after completion of the bore, if necessary, a part of the drill bit is removed together with the drill pipe from the well while the cladding tube remains in the well, so that then by filling with a hardening mass is an anchor formed in the borehole. According to the embodiment according to WO 98/58132, the drill pipe can be formed on its outer circumference with additional ribs and grooves, so that when the drill pipe remains in the borehole and a subsequent backfilling a correspondingly good Ankenwirkung can be achieved.
Alternativ ist es nach Herstellung eines Bohrloches bekannt, das Bohrwerkzeug mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch zu entfernen, woran anschließend ein Anker bzw. eine Ankervorrichtung in das Bohrloch eingebracht wird, wobei beispielsweise auf die US 4,305,687 A, US 4,380,407 A, CH 476 129 A, WO 94/05900 A, DE 916 286 C, US 4,516,883 A, EP 0 354 760 A, AT 339 239 B und WO 2005/040556 A verwiesen wird. Bei diesem bekannten Stand der Technik werden nach Herstellung eines Bohrloches und nachträglichem Entfernen der Bohrvorrichtung in das Bohrloch aufweitbare Ankerelemente eingebracht, welche beim Einbringen in das Bohrloch auf einem gegenüber dem Bohrloch verringerten Durchmesser gehalten sind, worauf nach vollständigem Einführen in das Bohrloch aufweitbare und während des Einbringens gefaltete bzw. allgemein in ihrem Querschnitt verringerte Teilbereiche der Ankervorrichtung aufgeweitet werden. Nachteilig bei diesem bekannten Stand der Technik ist die Tatsache, daß in einem ersten Verfahrensschritt das Bohrloch hergestellt werden muß, worauf nach Entfernen des Bohrwerkzeugs samt dem Bohrgestänge in einem weiteren Verfahrensschritt die Ankervorrichtung in das gegebenenfalls eine große Länge aufweisende Bohrloch eingebracht wird, wonach anschließend unter Aufweiten des Außendurchmessers der Ankervorrichtung eine Anlage an die Bohrlochwand gelingen soll. Es ist unmittelbar einsichtig, daß nicht nur für die zwei voneinander getrennten Arbeitsschritte ein entsprechend vergrößerter Zeitaufwand erforderlich ist, sondern daß gegebenenfalls ein nachträgliches Einbringen einer derartigen Ankervorrichtung mit großer Länge mit Schwierigkeiten verbunden ist. Weiters ist davon auszugehen, daß ein Entfernen der Bohrvorrichtung samt dem Bohrgestänge und ein nachträgliches Einbringen der Verankerungsvorrichtung lediglich in vergleichsweise festem Boden bzw. Gestein durchführbar ist, bei welchem sichergestellt sein muß, daß nicht beispielsweise während das Bohrvorgangs oder nach dem Entfernen des Bohrwerkzeugs und vor dem endgültigen Einbringen der Verankerungsvorrichtung Material in das Bohrloch hereinbricht, so daß das Bohrloch blockiert wäre, wodurch ein Einbringen der Ankervorrichtung nicht mehr möglich ist.Alternatively, after making a well, it is known to remove the drill with the drill string from the well followed by an anchor into the well, for example US 4,305,687 A, US 4,380,407 A, CH 476 129 A , WO 94/05900 A, DE 916 286 C, US Pat. No. 4,516,883 A, EP 0 354 760 A, AT 339 239 B and WO 2005/040556 A. In this prior art, after making a borehole and subsequent removal of the drilling device in the well expandable anchor elements are introduced, which are held when introduced into the wellbore on a relative to the wellbore reduced diameter, whereupon expandable after complete insertion into the wellbore and during the Inserting folded or generally reduced in their cross-section portions of the anchor device are widened. A disadvantage of this known prior art is the fact that in a first step, the borehole must be prepared, and then after removal of the drilling tool together with the drill pipe in a further process step, the anchor device is introduced into the optionally long hole having a large bore, which then under Widening of the outer diameter of the anchor device to succeed an investment in the borehole wall. It is immediately apparent that not only for the two separate steps, a correspondingly increased time is required, but that, where appropriate, a subsequent introduction of such an anchor device of great length is associated with difficulties. Furthermore, it can be assumed that a removal of the drilling device together with the drill pipe and a subsequent introduction of the anchoring device is feasible only in relatively solid soil or rock, which must be ensured that not, for example, during the drilling process or after removing the drill and before the final introduction of the anchoring device material breaks into the wellbore, so that the wellbore would be blocked, whereby an introduction of the anchor device is no longer possible.
Darüber hinaus ist es beispielsweise bekannt, sogenannte Packer am Außenumfang eines Bohrgestänges einer Bohrvorrichtung anzuordnen, welche über einen kurzen Teilbereich nach Fertigstellung der Bohrung ein Aufweiten in Anlage an die Bohrlochwand ermöglichen und somit einem Herausziehen bzw. Entfernen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch entgegenwirken. Eine zuverlässige Verankerungswirkung, insbesondere bei Vorsehen einer Mehrzahl von nebeneinander vorzusehenden Ankern, zur Stabilisierung von umliegendem Boden- oder Gesteinsmaterial läßt sich mit derartigen Packern jedoch nicht erzielen, so daß gegebenenfalls zusätzliche Mittel zur Verankerung, wie beispielsweise das Ausbringen von aushärtendem 3 AT 010 289 U1In addition, it is known, for example, to arrange so-called packers on the outer circumference of a drill string of a drilling device, which allow expansion over a short portion after completion of the bore into engagement with the borehole wall and thus counteract extraction or removal of the drill string from the borehole. A reliable anchoring effect, especially when providing a plurality of side by side anchors to stabilize surrounding soil or rock material can not be achieved with such packers, so that optionally additional means of anchoring, such as the application of curing 3 010 289 U1
Material, vorzusehen wären.Material to be provided.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Probleme des obengenannten Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei unmittelbar nach Fertigstellung eines Bohrlochs eine zuverlässige Verankerung bei verringertem Zeitaufwand und einfacher Konstruktion möglich wird, wobei insbesondere auf eine Entfernung einer Bohrvorrichtung und getrennte sowie nachträgliche Einbringung einer Verankerungsvorrichtung verzichtet werden kann.The present invention aims to avoid the problems of the aforementioned prior art and to provide a method and a device of the type mentioned above, wherein immediately after completion of a well reliable anchoring with reduced expenditure of time and simple construction is possible In particular, a removal of a drilling device and separate and subsequent introduction of an anchoring device can be dispensed with.
Zur Lösung dieser Aufgaben ist ein Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung des Bohrlochs eine Verankerung durch wenigstens ein am Umfang des Bohrgestänges gelagertes Spreizelement ausgebildet wird, welches in eine in das das Bohrloch umgebende Material eindringende bzw. daran anliegende Lage bzw. Stellung gebracht, insbesondere aufgeweitet, wird. Dadurch, daß erfindungsgemäß nach Fertigstellung des Bohrlochs eine Verankerung durch wenigstens ein am Umfang des Bohrgestänges gelagertes Spreizelement ausgebildet wird, wird sichergestellt, daß auf die bei Vorsehen einer getrennten Verankerung gemäß dem Stand der Technik zusätzlichen und zeitaufwendigen Verfahrensschritte eines Entfernens der Bohrvorrichtung aus dem hergestellten bzw. fertiggestellten Bohrloch sowie eines nachträglichen Einbringens und Verankerns bzw. Verspannens einer getrennten Ankervorrichtung verzichtet werden kann, so daß auch bei gegebenenfalls lockerem, das Bohrloch umgebendem Material eine unmittelbare sowie zuverlässige Verankerung möglich wird, ohne ein beispielsweise wenigstens teilweises Eindringen von Material in das Bohrloch während der Entfernung der Bohrvorrichtung sowie dem nachträglichen Einbringen der Ankervorrichtung befürchten zu müssen. Erfindungsgemäß ist hiebei vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement in eine in das das Bohrloch umgebende Material eindringende Lage bzw. Stellung insbesondere aufgeweitet wird, so daß während des Bohrvorgangs keine Behinderung bzw. Beeinträchtigung bei der Herstellung des Bohrlochs durch das vorgesehene, wenigstens eine aufweitbare Spreizelement zu befürchten ist, während nach Fertigstellung des Bohrlochs das wenigstens eine Spreizelement in Anlage an das umgebende Material bzw. in eine eindringende Lage bei entsprechend lockerem, umgebendem Material bringbar, insbesondere aufweitbar ist. Ein derartiges aufweitbares Spreizelement kann relativ nahe der Bohrkrone angeordnet sein, um unmittelbar hinter der Bohrkrone eine entsprechend sichere Verankerungswirkung zu erzielen. Für eine Erzielung einer zuverlässigen Verankerungswirkung, welche insbesondere Kräften entgegenwirkt, welche im Sinne eines Herausziehens der durch die Bohrvorrichtung bzw. insbesondere das Bohrgestänge gebildeten Ankervorrichtung nach einem Setzen des wenigstens einen Spreizelements wirken, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß das wenigstens eine Spreizelement in eine entgegen einer Bohrvortriebsrichtung orientierte Lage in das das Bohrloch umgebende Material aufgeweitet wird. Durch eine derartige Orientierung des wenigstens einen Spreizelements entgegen der Bohrvortriebsrichtung wird sichergestellt, daß bei einem Einwirken von Kräften im Sinne eines Ausziehens der Bohr- und Ankervorrichtung aus dem Bohrloch die aufweitbare Spreizvorrichtung tiefer in das umgebende Material eindringt bzw. in direktere bzw. festere Anlage an das die Bohrloch begrenzende Material gelangt, so daß die durch das wenigstens eine Spreizelement erzielbare Verankerungswirkung erhöht bzw. verstärkt wird. Für ein besonders zuverlässiges Aufweiten des wenigstens einen Spreizelements nach Fertigstellung der Bohrung bzw. Beendigung des Bohrvorgangs ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement durch eine Beaufschlagung durch ein mit dem Bohrgestänge gekoppeltes Element bei einer Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen einer Rotationsbewegung zur Ausbildung des Bohrlochs in die aufgeweitete Lage gebracht wird. Es läßt sich somit in einfacher Weise lediglich durch eine Umkehr der Drehrichtung des Bohrgestänges, welches in weiterer Folge den Anker bzw. Ankerstab ausbildet, das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement in Anlage an das das Bohrloch begren- 4 AT 010 289 U1 zende Material bzw. in eine in das umgebende Material eindringende Lage bringen.To solve these objects, a method of the type mentioned is essentially characterized in that after completion of the well an anchorage is formed by at least one mounted on the circumference of the drill string spreader, which penetrates into a material surrounding the borehole or adjacent thereto position or position, in particular expanded, is. Characterized in that according to the invention an anchorage is formed by at least one mounted on the circumference of the drill string spreader after completion of the well, it is ensured that on providing a separate anchoring according to the prior art additional and time-consuming process steps of removing the drilling device from the manufactured or . completed borehole and a subsequent introduction and anchoring or bracing a separate anchor device can be dispensed with, so that even loosely surrounding the well surrounding material immediate and reliable anchoring is possible without, for example, at least partial penetration of material into the well during to fear the removal of the drilling device and the subsequent introduction of the anchor device. According to the invention, provision is made for the at least one expansion element to be widened into a position or position penetrating the borehole, so that during the drilling process no obstruction or impairment in the production of the borehole is provided by the provided, at least one expandable expansion element is to be feared, while after completion of the well, the at least one expansion element in contact with the surrounding material or in a penetrating position with a correspondingly loose, surrounding material can be brought, in particular expandable. Such an expandable expansion element can be arranged relatively close to the drill bit in order to achieve a correspondingly secure anchoring effect immediately behind the drill bit. In order to achieve a reliable anchoring effect, which in particular counteracts forces which act in the sense of pulling out the anchoring device formed by the drilling device or in particular the drill string after setting the at least one expansion element, it is proposed according to a preferred embodiment that the at least one expansion element in an oriented opposite to a Bohrvortriebsrichtung layer is expanded into the material surrounding the wellbore. By such an orientation of the at least one expansion element against the Bohrvortriebsrichtung it is ensured that when an action of forces in the sense of extracting the drilling and anchoring device from the well, the expandable spreader penetrates deeper into the surrounding material or in more direct or firmer system the borehole limiting material passes, so that the achievable by the at least one expansion element anchoring effect is increased or enhanced. For a particularly reliable expansion of the at least one expansion element after completion of the drilling or completion of the drilling operation is provided according to a further preferred embodiment that the at least one expansion element by an action by a coupled to the drill string element during a rotational movement of the drill string against rotation for Training the borehole is brought into the expanded position. It can thus be in a simple manner only by reversing the direction of rotation of the drill string, which subsequently forms the armature or anchor rod, the at least one expandable expansion element in abutment with the borehole limiting material or in bring a penetrating into the surrounding material layer.
Zur Unterstützung der Aufweitbewegung des wenigstens einen Spreizelements ist darüber hinaus vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement durch eine Relativbewegung entlang der Längsachse des Bohrgestänges relativ zu einem am Bohrgestänge in axialer Richtung unverschiebbar gelagerten Anschlagelement aufgeweitet wird, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht.To support the expansion movement of the at least one expansion element is also provided that the at least one expansion element is expanded by a relative movement along the longitudinal axis of the drill string relative to a non-displaceably mounted on the drill string in the axial direction stop element, as corresponds to a further preferred embodiment of the method according to the invention ,
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Spreizelement am Außenumfang des Bohrgestänges gelagert ist und nach Fertigstellung des Bohrlochs in eine in das das Bohrloch umgebende Material eindringende bzw. daran anliegende Lage bzw. Stellung bringbar, insbesondere aufweitbar, ist. Wie oben bereits erwähnt, gelingt es somit, in einfacher Weise und ohne Erfordernis einer Entfernung der Bohrvorrichtung und eines nachträglichen Einbringens einer Ankervorrichtung unmittelbar nach Fertigstellung des Bohrlochs bzw. Beendigung des Bohrvorgangs eine sichere und zuverlässige Verankerungswirkung zu erzielen.To solve the above objects, a device of the type mentioned above is further characterized in that at least one expansion element is mounted on the outer circumference of the drill string and after completion of the borehole in a surrounding or surrounding the borehole material or adjacent thereto position or . Position can be brought, in particular expandable, is. As already mentioned above, it is thus possible to achieve a safe and reliable anchoring effect in a simple manner and without the need for removal of the drilling device and subsequent introduction of an anchoring device immediately after completion of the borehole or termination of the drilling process.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement in eine entgegen einer Bohrvortriebsrichtung nach Fertigstellung des Bohrlochs in das das Bohrloch umgebende Material eindringende Lage aufweitbar ist. Wie oben bereits erwähnt, gelingt hiedurch insbesondere eine Bereitstellung einer sich erhöhenden Verankerungswirkung gegenüber Kräften, welche in Richtung bzw. im Sinne eines Ausziehens des Ankers aus dem Bohrloch wirken. Darüber hinaus läßt sich durch eine derartige Orientierung des wenigstens einen aufweitbaren Spreizelements entgegen der Bohrvortriebsrichtung für den Fall, daß eine lediglich provisorische Verankerung erzielt werden soll, worauf in weiterer Folge der Bohrvorgang fortgesetzt und das Bohrloch weiter vorgetrieben werden soll, sicherstellen, daß bei neuerlicher Umkehr der Rotationsrichtung des Bohrgestänges im Sinne einer Weiterführung des Bohrvorgangs das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement aus der in das umgebende Material eingedrungenen Lage bzw. anliegenden Lage wiederum entfernt werden kann, so daß ohne Behinderung durch das wenigstens eine Spreizelement der Bohrvorgang fortgesetzt und die Tiefe des Bohrlochs vergrößert werden kann. Für ein besonders einfaches und zuverlässiges Aufweiten des wenigstens einen Spreizelements ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement durch eine Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen einer Rotationsbewegung zur Ausbildung des Bohrlochs in die in das das Bohrloch umgebende Material eindringende Lage aufweitbar ist. In diesem Zusammenhang wird für eine konstruktiv besonders einfache und zuverlässige Ausführungsform vorgeschlagen, daß das wenigstens eine Spreizelement über ein an einem mit dem Bohrgestänge zusammenwirkenden, muffenartigen Element ausgebildetes Gewinde bei einer Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen der Bohrrichtung in die in das das Bohrloch umgebende Material eindringende Lage aufweitbar ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Für ein zuverlässiges Einbringen des wenigstens einen aufweitbaren Spreizelements und zur Erzielung einer entsprechenden Verankerungswirkung ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement ausgehend von einem während des Bohrvorgangs im wesentlichen an dem Außenumfang des Bohrgestänges anliegenden Position bei der in das das Bohrloch umgebende Material eindringenden Bewegung wenigstens teilweise elastisch verformt ist.According to a preferred embodiment, it is provided that the at least one expansion element can be widened into a material penetrating the material surrounding the borehole in a direction opposite to a drilling advancing direction after completion of the borehole. As already mentioned above, this makes it possible, in particular, to provide an increasing anchoring effect against forces which act in the direction or in the sense of pulling out the anchor from the borehole. In addition, can be by such an orientation of the at least one expandable expansion element against the Bohrvortriebsrichtung in the event that a merely provisional anchoring is to be achieved, then continuing the drilling process and the borehole is to be driven further, ensure that at another reversal the rotation direction of the drill string in the sense of continuing the drilling operation, the at least one expandable expansion element from the penetrated into the surrounding material layer or adjacent layer can be removed, so that continued without obstruction by the at least one expansion element of the drilling process and increases the depth of the borehole can be. For a particularly simple and reliable expansion of the at least one expansion element is provided according to a preferred embodiment, that the at least one expansion element by a rotational movement of the drill string against rotation for forming the borehole in the material surrounding the borehole penetrating layer is widened. In this context, it is proposed for a structurally particularly simple and reliable embodiment that the at least one spreading element formed on a cooperating with the drill string, sleeve-like element thread during a rotational movement of the drill string against the drilling direction in the material surrounding the hole material penetrating position is expandable, as corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention. For a reliable introduction of the at least one expandable expansion element and to achieve a corresponding anchoring effect is moreover preferably provided that the at least one expansion element, starting from a during the drilling process substantially on the outer periphery of the drill string position in which penetrates the surrounding material in the wellbore Movement is at least partially elastically deformed.
Zur Unterstützung der Aufweitbewegung des wenigstens einen Spreizelements ist darüber hinaus vorgesehen, daß in Abstand von der Anordnung des wenigstens einen Spreizelements an dem Außenumfang des Bohrgestänges ein mit dem Bohrgestänge zumindest während der Aufweitbewegung des wenigstens einen Spreizelements in axialer Richtung unverschiebbar gekoppelter Anschlag vorgesehen ist, über welchen das wenigstens eine Spreizelement auf- 5 AT 010 289 U1 weitbar ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht.To support the expansion of the at least one expansion element is also provided that at a distance from the arrangement of the at least one expansion element on the outer circumference of the drill string is provided with the drill string at least during the expansion of the at least one expansion element immovably coupled stop, over in which the at least one expansion element is expandable, as corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention.
Zur Bereitstellung einer entsprechend gleichmäßigen Aufweitbewegung, so daß durch Einwirken geringer Kräfte auch in rauhen Umgebungen ein zuverlässiges Eindringen des wenigstens einen Spreizelements erzielbar ist, wird darüber hinaus bevorzugt vorgeschlagen, daß das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement an seinem zum Anschlagelement gewandten Ende mit einer Abschrägung bzw. Profilierung ausgebildet ist, welche mit einer insbesondere komplementären Abschrägung bzw. Profilierung am Anschlagelement zusammenwirkt. Für eine gleichmäßige Verteilung einer Verankerungswirkung über den Umfang des Bohrgestänges wird darüber hinaus erfindungsgemäß bevorzugt vorgeschlagen, daß eine Mehrzahl von aufweitbaren Spreizelementen im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Bohrgestänges verteilt angeordnet ist.To provide a correspondingly uniform expansion movement, so that a reliable penetration of at least one expansion element can be achieved by the action of low forces even in harsh environments, it is also preferred that the at least one expandable expansion element at its end facing the stop element with a bevel or Profiling is formed, which cooperates with a particular complementary bevel or profiling on the stop element. For a uniform distribution of an anchoring effect over the circumference of the drill string is also inventively preferably proposed that a plurality of expandable expansion elements is arranged distributed substantially uniformly over the circumference of the drill string.
Um gegebenenfalls über einen eine größere Länge aufweisenden Anker, welcher durch das Bohrgestänge gebildet wird, eine zuverlässige Verankerungswirkung und eine Verteilung von in das umliegende Material einzubringenden Kräften zu erzielen, wird darüber hinaus vorgeschlagen, daß eine Mehrzahl von aufweitbaren Spreizelementen in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone am Umfang des Bohrgestänges vorgesehen ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht.In order to achieve a reliable anchoring effect and a distribution of forces to be introduced into the surrounding material via a longer anchor, which is formed by the drill pipe, it is also proposed that a plurality of expandable expansion elements at different distances from the drill bit is provided on the circumference of the drill string, as corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention.
Zur Vermeidung einer Beeinflussung bzw. Beeinträchtigung des Bohrvorgangs und zur Sicherung der Lage des Spreizelements während des Bohrvorgangs ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement während des Bohrvorgangs durch ein zusätzliches Halteelement in der im wesentlichen am Bohrgestänge anliegenden Stellung gesichert ist.To avoid influencing or impairment of the drilling process and to secure the position of the expansion element during the drilling process is also preferably provided that the at least one expansion element is secured during the drilling operation by an additional holding element in the applied position substantially on the drill string.
Zur Einbringung der Verschiebekräfte zum Aufweiten des Spreizelements nach Fertigstellung des Bohrvorgangs sowie darüber hinaus zur zuverlässigen Einbringung der für das Schlag-bzw. Drehschlagbohren erforderlichen Kräfte wird weiters vorgeschlagen, daß für eine Übertragung der Rotationsbewegung vom Bohrgestänge auf die Bohrkrone eine mit einer Außenverzahnung versehene, am Bohrgestänge gelagerte Buchse vorgesehen ist, welche zum Aufweiten des wenigstens einen Spreizelements in eine außer Eingriff von der Verzahnung mit der Bohrkrone bzw. mit einem mit der Bohrkrone gekoppelten Element befindlichen Position bringbar ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Eine derartige Buchse bzw. Zahnbuchse läßt sich abgestimmt auf die sowohl während des Bohrvorgangs als auch während des Aufweitvorgangs einzubringenden Kräfte entsprechend massiv und konstruktiv einfach ausbilden.For introducing the displacement forces for expanding the expansion element after completion of the drilling process and beyond for the reliable introduction of the impact or. Drehschlagbohren required forces is further proposed that is provided for transmitting the rotational movement from the drill string to the drill bit provided with an external toothing, mounted on the drill pipe socket which for expanding the at least one expansion element in an out of engagement with the drill bit or can be brought with a position coupled to the drill bit located position, as corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention. Such a socket or tooth socket can be adapted to the forces to be introduced during the drilling process as well as during the expansion process correspondingly solid and constructively simple.
Zur weiteren Unterstützung eines gewünschten Aufweitvorgangs des wenigstens einen Spreizelements ist darüber hinaus vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement während des Aufweitvorgangs durch eine im wesentlichen in Längsrichtung des Bohrlochs verlaufende, lineare Führung am Bohrgestänge und/oder einem mit der Bohrkrone gekoppelten Element geführt ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht.To further support a desired expansion process of the at least one expansion element is also provided that the at least one expansion element is guided during the expansion process by a substantially longitudinally extending bore of the borehole, linear guide on the drill string and / or coupled to the drill bit element, such as this corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the accompanying drawings. In this show:
Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Bohrvorgangs, wobei sich wenigstens ein Spreizelement im wesentlichen in Anlage an das Bohrgestänge befindet: und Fig. 2 in einer zu Fig. 1 ähnlichen Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das wenigstens eine Spreizelement in das das Bohrloch 6 AT010 289U1 umgebende Material aufgeweitet ist.1 shows a partial longitudinal section through a device according to the invention for carrying out the method according to the invention during the drilling process, wherein at least one expansion element is substantially in contact with the drill pipe: and Fig. 2 in a representation similar to Fig. 1, the inventive device for implementation of the method according to the invention, wherein the at least one expansion element is widened into the material surrounding the borehole 6 AT010 289U1.
In Fig. 1 ist allgemein mit 1 ein Bohrgestänge bezeichnet, welches insbesondere an seiner äußeren Oberfläche eine gewellte bzw. gewindeartige Form aufweist, um in weiterer Folge nach 5 Fertigstellung des Bohrvorgangs als Ankerstab zu dienen. Während des in Fig. 1 dargestellten Bohrvorgangs erfolgt eine Übertragung einer Drehbewegung des Ankerstabs bzw. Bohrgestänges 1, welche über eine nicht näher dargestellte Antriebsvorrichtung außerhalb des mit 2 be-zeichneten Bohrlochs übertragen wird, über eine Stirnfläche 3 eines mit dem Bohrgestänge 1 gekoppelten, muffenartigen Elements 4, wobei die Stirnfläche 3 mit einer Buchse bzw. Zahn-io buchse 5 zusammenwirkt, welche eine Außenverzahnung 6 aufweist, welche mit einem mit der Bohrkrone 7 gekoppelten Element bzw. Mitnehmer 8 gekoppelt ist, so daß eine Drehbewegung des Bohrgestänges 1 über die Zahnbuchse 5 auf den Mitnehmer 8 und somit die Bohrkrone 7 übertragen wird, wobei Schneid- bzw. Bohrelemente mit 9 und 10 angedeutet sind. Die zur Übertragung der Rotationsbewegung vorgesehene Zahnbuchse 5 wird hiebei durch eine Feder 15 11 in einer an der Stirnfläche 3 anliegenden Lage gehalten. Während des Bohrvorgangs befindet sich wenigstens ein in weiterer Folge aufweitbares Spreizelement 12 im wesentlichen in Anlage an der Außenkontur des Bohrgestänges bzw. Ankerstabs 1, so daß während des Bohrvorgangs keine Beeinträchtigung bzw. Behinderung des Bohrvor-20 gangs durch das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement 12 erfolgt.In Fig. 1, a drill pipe is generally denoted by 1, which has in particular on its outer surface a corrugated or thread-like shape, to serve subsequently as an anchor rod after completion of the drilling operation. During the drilling process shown in Fig. 1, a transmission of a rotational movement of the anchor rod or drill pipe 1, which is transmitted via a non-illustrated drive device outside the be-signed bore hole 2, via an end face 3 of a coupled with the drill string 1, sleeve-like Element 4, wherein the end face 3 with a socket or tooth-io socket 5 cooperates, which has an external toothing 6 which is coupled to a coupled to the drill bit 7 or element 8, so that a rotational movement of the drill string 1 on the Toothed bushing 5 is transmitted to the driver 8 and thus the drill bit 7, wherein cutting or drilling elements are indicated by 9 and 10. The intended for transmitting the rotational movement tooth bushing 5 is hiebei held by a spring 15 11 in a voltage applied to the end face 3 position. During the drilling operation, at least one expansion element 12, which can subsequently be widened, is essentially in contact with the outer contour of the drill string or anchor rod 1, so that no impairment or obstruction of the drilling advance by the at least one expandable expansion element 12 occurs during the drilling process ,
Eine zentrale Achse des Bohrgestänges 1 und somit der gesamten Bohrvorrichtung ist mit 13 bezeichnet. 25 Nach Fertigstellung des Bohrlochs 2 erfolgt eine Anpressung des Bohrkopfs bzw. der Bohrkrone 7 entsprechend der Bohrvortriebsrichtung sowie dem Pfeil 14 an das Bohrlochinnere, worauf das Bohrgestänge 1 entgegen der Antriebsrichtung zur Durchführung des Bohrvorgangs zu einer Rotationsbewegung beaufschlagt wird. 30 Durch die Umkehr der Drehbewegung gelangt die Stirnfläche 3 des muffenartigen Elements 4 außer Eingriff von einer in Fig. 2 mit 15 bezeichneten Stirnfläche der Zahnbuchse 5, welche entgegen der Kraft der Feder 11 verschoben wird, so daß die Außenverzahnung 6 der Zahnbuchse 5 außer Eingriff von einer komplementären Verzahnung des mit der Bohrkrone 7 gekoppelten Mitnehmers 8 gelangt und somit keine Drehbewegung bzw. kein Drehmoment von 35 dem Bohrgestänge 1 auf die Bohrkrone 7 übertragen wird.A central axis of the drill string 1 and thus the entire drilling apparatus is denoted by 13. After completion of the borehole 2, the boring head or the drill bit 7 is pressed against the borehole interior in accordance with the boring advancing direction and the arrow 14, whereupon the drill string 1 is subjected to a rotational movement against the drive direction for carrying out the boring process. 30 By reversing the rotational movement, the end face 3 of the sleeve-like element 4 is disengaged from a designated in Fig. 2 with 15 end face of the tooth socket 5, which is displaced against the force of the spring 11, so that the external teeth 6 of the toothed socket 5 disengaged from a complementary toothing of the coupled with the drill bit 7 driver 8 passes and thus no rotational movement or torque of 35 is transmitted to the drill string 1 on the drill bit 7.
Das mit dem Bohrgestänge bzw. Ankerstab 1 gekoppelte, muffenartige Element 4 weist an seiner äußeren Oberfläche ein Gewinde 16 auf, welches nach Umkehr der Rotationsrichtung des Bohrgestänges 1 bewirkt, daß das ein komplementäres Gewinde 17 aufweisende, wenigs-40 tens eine aufweitbare Element bzw. Spreizelement 12 entgegen der Bohrvortriebsrichtung, welche mit der Anpreßrichtung 14 des Bohrkopfs 7 in Fig. 2 zusammenfällt, entlang der äußeren Oberfläche des Bohrgestänges 1 bewegt wird, wie dies durch den Pfeil 18 angedeutet ist. Für eine im wesentlichen lineare Bewegung des wenigstens einen aufweitbaren Spreizelements 12 ist darüber hinaus eine lineare Führung 19, 20 an der äußeren Oberfläche des Spreizele-45 ments 12 als auch in dem das Spreizelement 12 insbesondere während des Bohrvorgangs überdeckenden Teilbereich 21 des Mitnehmers 8 vorgesehen. Für eine gezielte Aufweitbewegung des Spreizelements 12 in das die Bohrlochwand 2 umgebende Material 22 ist darüber hinaus in Abstand von der Lagerung des Spreizelements 12 ein so Anschlag 23 am Außenumfang des Bohrgestänges bzw. Ankerstabs 1 vorgesehen. Für eine zuverlässige Führung der Aufweitbewegung, welche durch ein Eindringen des Spreizelements 12 in das umgebende Material 22 erzielbar ist, ist darüber hinaus vorgesehen, daß das Spreizelement 12 eine Abschrägung bzw. Profilierung 24 aufweist, welche mit einer im wesentlichen komplementären Abschrägung bzw. Profilierung 25 des Anschlagelements 23 zusammenwirkt, 55 so daß durch die lineare Bewegung des Spreizelements 12 entsprechend dem Pfeil 18 durch 7 AT010 289U1 die Drehbewegung über die miteinander zusammenwirkenden Gewinde 16 und 17 ein Aufweiten und Eindringen des Spreizelements 12 und insbesondere dessen Spitze 26 in das umgebende Material 22 erfolgt.The coupled with the drill string or anchor rod 1, sleeve-like element 4 has on its outer surface a thread 16, which causes after reversal of the direction of rotation of the drill pipe 1 that the complementary thread 17 having, a least-tens least an expandable element or Spreizelement 12 against the Bohrvortriebsrichtung, which coincides with the Anpreßrichtung 14 of the drill head 7 in Fig. 2, along the outer surface of the drill string 1 is moved, as indicated by the arrow 18. For a substantially linear movement of the at least one expandable expansion element 12 is also a linear guide 19, 20 on the outer surface of the Spreizele-45 element 12 and in which the expansion element 12, in particular during the drilling operation covering portion 21 of the driver 8 is provided. For a targeted widening movement of the expansion element 12 in the surrounding the borehole wall 2 material 22 is also provided at a distance from the storage of the expansion element 12 so a stop 23 on the outer circumference of the drill string or anchor rod 1. For a reliable guidance of the expansion movement, which can be achieved by penetration of the expansion element 12 into the surrounding material 22, it is further provided that the expansion element 12 has a chamfer or profiling 24, which with a substantially complementary chamfer or profiling 25th the stop element 23 cooperates, 55 so that by the linear movement of the spreader 12 according to the arrow 18 by AT010 289U1 the rotational movement on the cooperating threads 16 and 17 widening and penetrating the spreader 12 and in particular its tip 26 in the surrounding material 22nd he follows.
Wie angedeutet, ist darüber hinaus der Anschlag 23 mit einer sperrenden Muffe 27 gekoppelt.As indicated, beyond the stop 23 is coupled to a locking sleeve 27.
Um ein Brechen des wenigstens einen Spreizelements 12 während der in Fig. 2 dargestellten Aufweitbewegung bzw. in der aufgeweiteten Lage zu verhindern, ist darüber hinaus ein elastisch deformierbarer Bereich 28 des Spreizelements 12 vorgesehen.In order to prevent the at least one expansion element 12 from breaking during the expansion movement or in the expanded position shown in FIG. 2, an elastically deformable region 28 of the expansion element 12 is also provided.
Aufgrund der Tatsache, daß das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement 12 entgegen der Bohrvortriebsrichtung, welche durch den Pfeil 14 angedeutet ist, in das umgebende Material 22 eindringt bzw. in Anlage an dieses gelangt, wird sichergestellt, daß bei einem Einwirken von Kräften im Sinne des Pfeils 18, welcher eine Ausziehrichtung des Bohrgestänges bzw. Ankerstabs 1 andeutet, das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement 12 tiefer in das umgebende Material 22 eindringt bzw. fester in Anlage an die Bohrlochwand 2 gelangt, so daß dadurch erhöhte Kräfte gegenüber einem Ausziehen zur Verfügung gestellt werden.Due to the fact that the at least one expandable expansion element 12 against the Bohrvortriebsrichtung, which is indicated by the arrow 14, penetrates into the surrounding material 22 and comes into contact with this, it is ensured that in an action of forces in the direction of the arrow 18, which indicates a pull-out of the drill string or anchor rod 1, the at least one expandable spreader 12 penetrates deeper into the surrounding material 22 and more firmly comes into abutment against the borehole wall 2, so that thereby increased forces against undressing are provided.
Darüber hinaus wird durch die Orientierung des wenigstens einen Spreizelements 12 entgegen der Bohrvortriebsrichtung 14 sichergestellt, daß die vorliegende Ausbildung beispielsweise auch zur Erzielung einer provisorischen Sicherung bzw. Verankerung herangezogen werden kann, da bei einer neuerlichen Umkehr der Rotationsrichtung des Bohrgestänges bzw. Ankerstabs 1 im Sinne der Bohrvortriebsrichtung über die Zahnbuchse 5 das Bohrgestänge 1 wiederum mit der Bohrkrone 7 bzw. dem Mitnehmer 8 gekoppelt wird und der Bohrvorgang fortgesetzt werden kann, wobei gleichzeitig durch die Orientierung der miteinander zusammenwirkenden Gewinde 16 und 17 das Spreizelement 12 in die in Fig. 1 dargestellte Lage zurückgezogen wird und somit einen weiteren Bohrvorgang nicht behindert bzw. beeinträchtigt. Für eine gleichmäßige Verteilung von aufzunehmenden Verankerungskräften kann eine Mehrzahl von Spreizelementen 12 im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Bohrgestänges 1 verteilt angeordnet bzw. vorgesehen sein. Für eine Sicherung in einer im wesentlichen am Bohrgestänge 1 anliegenden Lage während des Bohrvorgangs ist darüber hinaus in Fig. 1 ein Sicherungsring 29 angedeutet, welcher während des Bohrvorgangs beispielsweise eine Mehrzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Spreizelementen 12 im wesentlichen in Anlage an das Bohrgestänge 1 hält.In addition, it is ensured by the orientation of the at least one spreading element 12 against the Bohrvortriebsrichtung 14 that the present training, for example, to achieve a provisional backup or anchorage can be used as in a renewed reversal of the direction of rotation of the drill string or anchor rod 1 in the sense the Bohrvortriebsrichtung on the tooth bushing 5, the drill pipe 1 is in turn coupled to the drill bit 7 and the driver 8 and the drilling process can be continued, at the same time by the orientation of the cooperating threads 16 and 17, the expansion element 12 in the illustrated in Fig. 1 Situation is withdrawn and thus does not hinder or interfere with another drilling. For a uniform distribution of male anchoring forces a plurality of spreading elements 12 can be distributed or provided substantially uniformly over the circumference of the drill string 1. For a backup in a substantially applied to the drill pipe 1 position during the drilling operation, a circlip 29 is also indicated in Fig. 1, which during the drilling operation, for example, a plurality of uniformly distributed over the circumference spreading elements 12 substantially in contact with the drill string. 1 holds.
Darüber hinaus kann für eine Verteilung von aufzunehmenden Verankerungskräften entlang einer gegebenenfalls eine größere Länge aufweisenden Bohrvorrichtung 1 vorgesehen sein, daß eine Mehrzahl von Spreizelementen 12 in unterschiedlichem, axialem Abstand von der Bohrkrone 7 und günstigerweise im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Bohrgestänges 1 verteilt angeordnet bzw. vorgesehen ist.Moreover, for a distribution of male anchoring forces along a possibly larger length drilling device 1, it may be provided that a plurality of spreading elements 12 are distributed at different, axial distances from the drill bit 7 and, conveniently, substantially evenly distributed over the circumference of the drill string 1 . is provided.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß beispielsweise unmittelbar anschließend an den mit der Bohrkrone 7 gekoppelten Mitnehmer bzw. das Element 8 ein in den Zeichnungen nicht näher dargestelltes Hülirohr anschließt, so daß das wenigstens eine Spreizelement 12 und günstigerweise eine Mehrzahl von Spreizelementen 12 durch entsprechende Durchtrittsöffnungen bzw. Schlitze in die in Fig. 2 dargestellte Lage austreten kann, um eine entsprechende Verankerungswirkung zu erzielen.In addition, it can be provided that, for example, immediately followed by the coupled with the drill bit 7 driver or the element 8 in the drawings unspecified Hülirohr followed, so that the at least one spreading element 12 and conveniently a plurality of spreading elements 12 through corresponding passages or slots can emerge in the position shown in Fig. 2, in order to achieve a corresponding anchoring effect.
Es wird somit möglich, unmittelbar nach Fertigstellung des Bohrlochs 2 durch eine einfache Umkehr der Bewegungs- bzw. Rotationsrichtung des Bohrgestänges bzw. Ankerstabs 1 das wenigstens eine Spreizelement 12 in eine verankernde bzw. sichernde Lage aufzuweiten, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.It is thus possible, immediately after completion of the borehole 2 by a simple reversal of the direction of movement or rotation of the drill string or anchor rod 1 to expand the at least one expansion element 12 in an anchoring or locking position, as shown in Fig. 2.
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