AT13018U1 - Vorrichtung und verfahren zum lockern bzw. ausziehen eines festgeklemmten bohrgestänges - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Lockern bzw. Ausziehen eines festgeklemmten Bohrgestänges (1) aus einem Bohrloch, umfassend mindestens einen Hydraulikzylinder (4), um auf das Bohrgestänge (1) eine parallel, insbesondere antiparallel zu einer Bohrrichtung (11) wirkende Kraft auszuüben. Um die Vorrichtung möglichst kompakt und kostengünstig ausführen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung zusätzlich mindestens ein Drehmittel (6, 7) umfasst, um ein zur Bohrrichtung (11) parallel orientiertes Drehmoment auf das Bohrgestänge (1) auszuüben, sowie eine Halterung (3), die als Widerlager für den mindestens einen Hydraulikzylinder (4) und das mindestens eine Drehmittel (6, 7) vorgesehen ist, wobei die Halterung (3) vorzugsweise an einer Bohrlochbewehrung (2) befestigt ist.

Description

österreichisches Patentamt AT13018U1 2013-04-15

Beschreibung

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM LOCKERN BZW. AUSZIEHEN EINES FESTGEKLEMMTEN BOHRGESTÄNGES

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lockern bzw. Ausziehen eines festgeklemmten Bohrgestänges aus einem Bohrloch, umfassend mindestens einen Hydraulikzylinder, um auf das Bohrgestänge eine parallel, insbesondere antiparallel zu einer Bohrrichtung wirkende Kraft auszuüben.

[0002] Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Ausziehen eines festgeklemmten Bohrgestänges aus einem Bohrloch, wobei auf das Bohrgestänge eine Kraft ausgeübt wird, die parallel, insbesondere antiparallel zu einer Bohrrichtung gerichtet ist.

STAND DER TECHNIK

[0003] Insbesondere bei Bohrungen im Bergbau werden mittels eines Bohrgestänges Löcher von beispielsweise mehreren hundert Metern Tiefe gebohrt. Die Bohrung muss dabei nicht senkrecht nach unten erfolgen, sondern es kann auch unter einem Winkel, z.B. von 45° zum Boden gebohrt werden. Jedenfalls wird das Bohrgestänge mittels eines Bohrantriebs, der üblicherweise auf einem Antriebsgestell montiert ist, angetrieben. Als Antriebsgestell kann dabei auch eine Bewehrung des Bohrlochs, welche beispielsweise aus entsprechend dimensionierten I-Trägern ausgeführt ist, dienen.

[0004] Bei solchen Bohrungen kann es zu Problemen kommen, die dazu führen, dass der Bohrkopf verklemmt. In dieser Situation ist der Bohrantrieb üblicherweise zu schwach um den Bohrkopf lösen, sodass das Bohrloch verloren ist.

[0005] Um das festgeklemmte Bohrgestänge in dieser Situation doch noch aus dem Bohrloch ausziehen zu können, ist es bekannt, mit Hilfe zusätzlicher starker Hydraulikzylinder zu versuchen, das festgeklemmte Bohrgestänge zu befreien und auszuziehen. Für solche Hydraulikzylinder, die meist sehr groß dimensioniert und daher entsprechend teuer sind, ist meist ein erheblicher Platzbedarf nötig, was als nachteilig zu sehen ist.

[0006] Andererseits führt die Drehbewegung des Bohrgestänges bzw. des Bohrkopfs dazu, dass sich der Bohrkopf derart festfressen kann, dass die zusätzliche Aufprägung einer geradlinigen Kraft auf das Bohrgestänge durch die Hydraulikzylinder in Verbindung mit dem normalen Bohrantrieb nicht ausreicht, um das Bohrgestänge bzw. den Bohrkopf zu lockern. D.h. die Erfolgsrate für das Lockern von festgeklemmtem Bohrgestänge ist mit der bekannten Vorrichtung beschränkt.

AUFGABE DER ERFINDUNG

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kompakte und kostengünstige Vorrichtung für das Lockern bzw. Ausziehen eines festgeklemmten Bohrgestänges bzw. Bohrkopfs zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren soll mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens die Erfolgsrate für das Lockern bzw. Ausziehen eines festgeklemmten Bohrgestänges gegenüber bekannten Vorrichtungen und damit einhergehenden Verfahren gesteigert werden.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0008] Um ein festgeklemmtes Bohrgestänge erfolgreich lockern bzw. ausziehen zu können, hat sich in Versuchen die Kombination aus der Aufbringung einer geradlinig gegen eine Bohrrichtung wirkenden Kraft und eines zusätzlichen Drehmoments auf das Bohrgestänge als vorteilhaft erwiesen. Aufgrund dieser Kombination können für die Aufbringung der geradlinig wir- 1/17 österreichisches Patentamt AT13018U1 2013-04-15 kenden Kraft relativ kompakte, handelsübliche Hydraulikzylinder verwendet werden, was zur Kostensenkung der Vorrichtung beiträgt.

[0009] Die Bohrrichtung ist hierbei als Längsrichtung des festgeklemmten, sich über dem Bohrloch befindlichen Bohrgestänges zu verstehen, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass der Verlauf des Bohrlochs von der genannten Bohrrichtung abweicht. Die Bohrrichtung kann senkrecht auf den Boden stehen, aber auch einen Winkel, der von der Senkrechten abweicht, beispielsweise 45° einnehmen.

[0010] Zur Aufbringung eines zusätzlichen Drehmoments auf das Bohrgestänge ist ein zusätzliches Drehmittel vorgesehen, welches am Umfang des Bohrgestänges angreift bzw. dort eine Kraft aufbringt, um das Bohrgestänge zu drehen. Das resultierende Drehmoment weist je nach Drehrichtung in oder gegen die Bohrrichtung.

[0011] Um ein möglichst kompaktes Design der Vorrichtung zu realisieren, welches den Einsatz auf beliebigen Bohrgestängen bzw. bei beliebigen Bohrlöchern ermöglicht, ist eine Halterung vorgesehen, die als Widerlager sowohl für den Hydraulikzylinder als auch für das Drehmittel ausgelegt ist. D.h. der Hydraulikzylinder wird an der Halterung abgestützt, um eine geradlinige Kraft auf das Bohrgestänge zu übertragen, und das Drehmittel wird an der Halterung abgestützt, um ein Drehmoment auf das Bohrgestänge auszuüben.

[0012] Die Halterung selbst muss entsprechend stark und unabhängig vom Bohrgestänge fixiert bzw. verankert werden. Hierfür bietet sich beispielsweise eine Bohrlochbewehrung an, welche mitunter auch als Maschinenschlitte für den Bohrantrieb fungiert. Wenn die Bohrlochbewehrung z.B. aus stabilen I-Trägern gebildet wird, kann die Vorrichtung an der Bohrlochbewehrung befestigt, z.B. verschraubt oder verschweißt werden. Ist keine Bohrlochbewehrung vorhanden, muss die Vorrichtung anderweitig, z.B. im Erdreich befestigt bzw. verankert werden.

[0013] Daher ist es bei einer Vorrichtung zum Lockern bzw. Ausziehen eines festgeklemmten Bohrgestänges aus einem Bohrloch, umfassend mindestens einen Hydraulikzylinder, um auf das Bohrgestänge eine parallel, insbesondere antiparallel zu einer Bohrrichtung wirkende Kraft auszuüben, erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung zusätzlich mindestens ein Drehmittel umfasst, um ein zur Bohrrichtung parallel orientiertes Drehmoment auf das Bohrgestänge auszuüben, sowie eine Halterung, die als Widerlager für den mindestens einen Hydraulikzylinder und das mindestens eine Drehmittel vorgesehen ist, wobei die Halterung vorzugsweise an einer Bohrlochbewehrung befestigt ist.

[0014] Mit dem Drehmittel kann gleichzeitig oder abwechselnd mit der Aufbringung einer geradlinigen, insbesondere gegen die Bohrrichtung wirkenden Kraft durch Hydraulikzylinder ein zur Bohrrichtung paralleles Drehmoment auf das Bohrgestänge ausgeübt werden. Hierdurch kann ein Lockern des festgeklemmten Bohrgestänges erzielt werden, trotzdem die geradlinige, insbesondere gegen die Bohrrichtung wirkende Kraft geringer ausfallen kann als bei bekannten Verfahren. Entsprechend ist es bei einem Verfahren zum Ausziehen eines festgeklemmten Bohrgestänges aus einem Bohrloch, wobei auf das Bohrgestänge eine Kraft ausgeübt wird, die parallel, insbesondere antiparallel zu einer Bohrrichtung gerichtet ist, erfindungsgemäß vorgesehen, dass gleichzeitig oder abwechselnd mit Ausübung der parallel, insbesondere antiparallel zur Bohrrichtung gerichteten Kraft ein parallel zur Bohrrichtung orientiertes Drehmoment auf das Bohrgestänge ausgeübt wird.

[0015] In Versuchsreichen hat sich hierbei die stoßweise Aufbringung der gerichteten Kraft bzw. des Drehmoments zur besonders raschen Lockerung des festgeklemmten Bohrgestänges bewährt. Hierbei ist eine Abfolge der Drehmoment- und Kraft-Stöße sowie deren Stärke und Anzahl beliebig vorgebbar. Daher sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die Ausübung der parallel, insbesondere antiparallel zur Bohrrichtung gerichteten Kraft und/oder die Ausübung des Drehmoments stoßweise erfolgen.

[0016] Die Lockerung des festgeklemmten Bohrgestänges wird außerdem dadurch beschleunigt, dass die Aufbringung der geradlinigen Kraft bzw. des Drehmoments nicht immer nur in der gleichen Richtung erfolgt. Stattdessen wird die Kraft- bzw. Drehmomentrichtung immer wieder 2/17 österreichisches Patentamt AT13018U1 2013-04-15 umgekehrt, wobei beispielsweise im ersten Schritt versucht wird, das festgeklemmte Bohrgestänge gegen die Drehrichtung während des Bohrens zu drehen und/oder die geradlinige Kraft gegen die Bohrrichtung aufzubringen. Daher ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die auf das Bohrgestänge ausgeübte Kraft alternierend antiparallel zur Bohrrichtung und umgekehrt gerichtet wird.

[0017] Bezüglich der Aufbringung des Drehmoments ist zu bemerken, dass die damit einhergehende Drehbewegung gegen die beim Bohren verwendete Drehrichtung nicht kontinuierlich erfolgen soll. Grund hierfür ist, dass das Bohrgestänge üblicherweise aus einzelnen Bohrgestängeabschnitten besteht, die miteinander verschraubt sind, wobei die Verschraubung in der Drehrichtung des Bohrens erfolgt. D.h. beim Bohren können sich die Bohrgestängeabschnitte nicht lockern bzw. auseinander gehen, sondern ziehen sich immer fester zusammen. Eine kontinuierliche Drehbewegung des Bohrgestänges gegen die Drehrichtung des Bohrens würde hingegen zu einem Auseinanderschrauben der Bohrgestängeabschnitte führen, was nicht erwünscht ist.

[0018] Allerdings hat sich bei Versuchen gezeigt, dass die Aufbringung eines Drehmoments, welches mit einer Drehbewegung gegen die Drehrichtung des Bohrens verbunden ist, stoßweise erfolgen kann, ohne dass es zu einem Auseinanderschrauben der Bohrgestängeabschnitte kommt. Daher ist es bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das auf das Bohrgestänge ausgeübte Drehmoment alternierend antiparallel zur Bohrrichtung und umgekehrt orientiert wird.

[0019] Aufgrund der durch die Halterung ermöglichten kompakten Ausführung kann als Drehmittel ein handelsüblicher Drehkranz verwendet werden. Solche Drehkränze erreichen ein Vielfaches des maximalen Drehmoments, welches durch einen Bohrantrieb während des Bohrens auf das Bohrgestänge ausgeübt wird. Typischerweise werden mit den genannten Drehkränzen 5- bis 20-mal so hohe Drehmomente erzielt. De facto sind die mit einem solchen Drehkranz erzielbaren Drehmomente so hoch, dass das Bohrgestänge abbrechen kann. In Versuchen hat sich beim Lockern eines festgeklemmten Bohrgestänges als maximales Drehmoment, bei dem sich die Häufigkeit für das Abbrechen des Bohrgestänges in Grenzen hält, das 10-fache des maximalen Drehmoments, welches auf das Bohrgestänge während des Bohrens wirkt, bewährt. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das maximal auf das Bohrgestänge ausgeübte Drehmoment das 5- bis 20-fache, vorzugsweise das 10-fache des maximalen Drehmoments beträgt, welches auf das Bohrgestänge während des Bohrens wirkt. Es soll jedoch festgehalten werden, dass zum erfolgreichen Lockern in der Praxis mitunter auch schon ein Drehmoment ausreicht, dessen Maximalwert nur geringfügig, beispielsweise um 10% höher ist als das maximale Drehmoment, welches auf das Bohrgestänge während des Bohrens wirkt.

[0020] Der Drehkranz kann über Elektromotoren, pneumatisch oder hydraulisch angetrieben werden. Für alle Varianten können Standardkomponenten gefunden werden, was die Kosten der Vorrichtung günstig hält.

[0021] Zur Aufnahme des Bohrgestänges weist der Drehkranz ein Futter auf, in welchem das Bohrgestänge fixiert bzw. festgeklemmt werden kann. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass als mindestens ein Drehmittel mindestens ein vorzugsweise hydraulischer Drehkranz mit einem Futter zur Aufnahme und Fixierung des Bohrgestänges vorgesehen ist.

[0022] Eine besonders gründliche Fixierung des Bohrgestänges im Futter des Drehkranzes lässt sich erreichen, indem eine Durchführungsöffnung des Futters, durch welche das Bohrgestänge durchgeführt wird, sich verjüngend, beispielsweise konisch ausgeführt ist. Bei durgeführtem Bohrgestänge wird somit ein keilförmiger freier Raum zwischen Bohrgestänge und Futter ausgebildet. In diesen freien Raum können nun besonders gut Klemmkeile eingebracht werden, um das Bohrgestänge im Futter festzuklemmen. Meist ist es besonders praktisch, wenn sich die Durchführungsöffnung in Bohrrichtung verjüngt, sodass die Klemmkeile von oben in Bohrrichtung eingebracht, z.B. eingeschlagen werden können. Daher ist es bei einer besonders bevor- 3/17 österreichisches Patentamt AT13018U1 2013-04-15 zugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass das Futter eine sich parallel, insbesondere in Bohrrichtung verjüngende Durchführungsöffnung aufweist, in welcher das Bohrgestänge mittels Klemmkeilen festklemmbar ist.

[0023] Um beim Anbringen bzw. Einschlagen der Klemmkeile ein Nachgeben des Bohrgestänges zu vermeiden, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Pfropfen vorgesehen, der in Bohrrichtung in das Bohrgestänge einführbar ist und einen inneren Querschnitt des Bohrgestänges normal auf die Bohrrichtung im Wesentlichen vollständig ausfüllt, um eine Klemmwirkung der Klemmkeile zu erhöhen.

[0024] Da durch die Klemmung des Bohrgestänges im Futter der Drehkranz starr mit dem Bohrgestänge verbunden ist, muss der Drehkranz mit dem Bohrgestänge parallel, insbesondere antiparallel zur Bohrrichtung bewegt werden können, um ein Ausziehend es Bohrgestänges zu ermöglichen. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass das mindestens eine Drehmittel parallel zur Bohrrichtung verschiebbar ist.

[0025] Dies lässt sich in einer besonders kompakten Bauweise der Vorrichtung realisieren, indem der Drehkranz auf einer Platte fixiert wird, die in bzw. gegen die Bohrrichtung verschoben werden kann. Die Verschiebung in einer anderen Richtung muss hingegen ausgeschlossen werden, um eine Abstützung des Drehmoments bzw. der Kraft für das Drehmoment, das auf das Bohrgestänge aufgebracht werden soll, zu ermöglichen. Hierzu ist die Platte mit der Halterung gekoppelt, und zwar so, dass eine Verschiebung nur parallel zur Bohrrichtung erfolgen kann. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass das mindestens eine Drehmittel an einer Platte fixiert ist, die mit der Halterung parallel zur Bohrrichtung verschieblich gekoppelt ist.

[0026] Um die Verschiebung der Platte in eine andere Richtung als parallel zur Bohrrichtung zu verhindern, ist eine Linearführung vorgesehen. Diese Linearführung besteht auf Seite der Platte aus einem Führungselement, welches in einer Führungsschiene führbar ist. Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Platte mindestens ein in bzw. mittels einer Führungsschiene führbares Führungselement aufweist.

[0027] Theoretisch wäre es vorstellbar, dass die Führungsschiene von der Halterung unabhängig, d.h. als separates Teil, ausgeführt ist. Allerdings kann die Kompaktheit der Vorrichtung weiter gesteigert werden, indem die Führungsschiene als Teil der Halterung ausgeführt ist. Daher ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Halterung mindestens eine Führungsschiene aufweist, in bzw. mittels welcher das mindestens eine Führungselement führbar ist.

[0028] Die aus Führungselement und Führungsschiene gebildete Linearführung ist in unterschiedlichen Ausführungsvarianten denkbar. Vorstellbar ist z.B. die Führungsschiene als Profilschiene auszuführen, auf das Führungselement mit Wälzlagern geführt wird. Einfacher und damit kostengünstiger ist jedoch die Auslegung als Gleitführung. Hierzu ist es lediglich notwendig, das Führungselement als z.B. stabförmigen Fortsatz der Platte senkrecht auf die Bohrrichtung auszulegen. Das so gestaltete Führungselement, kann in einer Nut bzw. einem Schlitz der Führungsschiene gleitend geführt werden.

[0029] Um sicherzustellen, dass die Verschiebung des auf der Platte fixierten Drehkranzes nur parallel zur Bohrrichtung erfolgen kann, verläuft die Führungsschiene bzw. die entsprechende Nut oder der Schlitz für das Führungselement geradlinig und parallel zur Bohrrichtung. Daher ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die mindestens eine Führungsschiene geradlinig und parallel zur Bohrrichtung verläuft und vorzugsweise eine Nut oder einen Schlitz zur Führung des mindestens einen Führungselements aufweist. Außerdem ist es bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend vorgesehen, dass sich das mindestens eine Führungselement in einer Richtung normal auf die Bohrrichtung erstreckt und 4/17 österreichisches Patentamt AT13018U1 2013-04-15 vorzugsweise stabförmig ausgeführt ist.

[0030] Somit kann nicht nur die Platte linear geführt, sondern gleichzeitig auch die für die Erzeugung des zusätzlichen Drehmoments nötige Kraft durch das Führungselement an der Führungsschiene abgestützt werden. Aus Stabilitätsgründen ist es hierbei von Vorteil, wenn nicht nur ein Führungselement und eine Führungsschiene vorhanden sind, sondern jeweils zwei. Zwar sind natürlich auch noch mehr Führungselemente bzw. Führungsschienen möglich, im Sinne der Kompaktheit der Vorrichtung und mit Blick auf die Kosten erscheinen zwei Stück als gute Wahl. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass genau zwei Führungselemente und zwei Führungsschienen vorgesehen sind. Vorzugsweise sind die zwei Führungselemente bzw. die zwei Führungsschienen spiegelsymmetrisch bzw. gegenüberliegend angeordnet, wobei die Spiegelebene durch das Bohrgestänge verläuft.

[0031] Die Verschiebung der Platte und des Drehkranzes bzw. die Aufbringung der Kraft parallel zur Bohrrichtung erfolgt, wie bereits geschildert, mittels Hydraulikzylinder, wobei die Hydraulikzylinder an der Platte angreifen. Entsprechend ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass der mindestens eine Hydraulikzylinder an der Platte angreift.

[0032] Um eine möglichst kompakte Anordnung zu erzielen, sind die Hydraulikzylinder direkt unter der Platte angeordnet. D.h. die Hydraulikzylinder stützen sich an der Halterung ab und drücken antiparallel zur Bohrrichtung gegen die Platte. Daher ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass der mindestens eine Hydraulikzylinder parallel zur Bohrrichtung und in Bohrrichtung gesehen nach dem mindestens einen Drehmittel angeordnet ist.

[0033] Aus Stabilitätsgründen und um einem möglichen Klemmen der Führungselemente in den Führungsschienen aufgrund einseitiger Belastung entgegen zu wirken, haben sich mehrere Zylinder, die symmetrisch um das Bohrgestänge angeordnet sind, als vorteilhaft herausgestellt. Im Sinne der Kompaktheit der Vorrichtung und um die Vorrichtung kostengünstig hersteilen zu können, erscheinen genau zwei Hydraulikzylinder als optimale Lösung. Entsprechend ist es bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass genau zwei Hydraulikzylinder vorgesehen sind.

[0034] Da z.B. im Falle eines Drehkranzes das Drehmittel bereits symmetrisch um das Bohrgestänge angeordnet ist und ein Vielfaches des maximalen Drehmoments aufbringen kann, welches beim Bohren auf das Bohrgestänge ausgeübt wird, kann auf weitere Drehmittel verzichtet werden. Dadurch können Platz und Kosten eingespart werden. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass genau ein Drehmittel vorgesehen ist.

[0035] In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn Drehmittel und Hydraulikzylinder unabhängig voneinander gesteuert werden können, um je nach Situation gezielt und an die Situation angepasst eine geradlinig, insbesondere gegeben die Bohrrichtung wirkende Kraft sowie ein Drehmoment auf das Bohrgestänge ausüben zu können. Somit ist auch sichergestellt, dass sämtliche Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie beispielsweise eine frei wählbare Abfolge von Kraft- und Drehmomentausübung, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden können. Daher ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass Hydraulikzylinder und Drehmittel unabhängig voneinander steuerbar sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0036] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. 5/17 österreichisches Patentamt AT 13 018 Ul 2013-04-15 [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] [0043] [0044]

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine axonometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Anfangsposition

Fig. 2 eine axonometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Endposition

Fig. 3 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Anfangsposition

Fig. 4 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Endposition

Fig. 5 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Linie A-A in Fig. 3

Fig. 6 eine Aufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 7 eine Schnittansicht wie Fig. 5, jedoch mit einer alternativen Klemmung des Bohrgestänges

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0045] Fig. 1 zeigt eine axonometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Anfangsposition 12. Die Vorrichtung ist auf das festgeklemmte Bohrgestänge 1 aufgesetzt. Hierzu kann das Bohrgestänge 1, dessen Längserstreckung entlang einer Bohrrichtung 11 verläuft, an einer Stelle über dem Bohrloch abgeschnitten werden, sodass die Vorrichtung mit dem Futter 7 bzw. einer Durchführungsöffnung 15 (vgl. Fig. 5) des Futters 7 über das verbleibende Bohrgestänge 1 in Bohrrichtung 11 geführt werden kann. Wenn das Bohrgestänge 1 wie üblich aus einer Vielzahl von miteinander verschraubten Bohrgestängeabschnitten (nicht dargestellt) besteht und ein solcher Abschnitt an einer Stelle nicht zu weit über dem Bohrloch endet, so können die Bohrgestängeabschnitte an dieser Stelle auseinander geschraubt werden. In diesem Fall kann auf das Abschneiden des Bohrgestänges 1 verzichtet werden und die erfindungsgemäße Vorrichtung trotzdem auf das festgeklemmte Bohrgestänge 1 aufgesetzt werden. Die Bohrrichtung 11 kann dabei senkrecht auf eine Bodenoberfläche (nicht dargestellt) oder unter einem anderen Winkel, beispielsweise unter 45°zur Bodenoberfläche orientiert sein.

[0046] Im Fall, der in Fig. 1 illustriert ist, wird die Vorrichtung zunächst um 90“gedreht (mit dem Bohrgestänge 1 bzw. dessen Zentrum als Drehachse) auf das Bohrgestänge 1 aufgesetzt und dann zwischen I-Träger einer Bohrlochbewehrung 2 abgesenkt. Wenn sich die Vorrichtung zwischen den I-Trägern der Bohrlochbewehrung befindet, wird die Vorrichtung wieder zurückgedreht, also um -90°, wobei die Drehachse wieder durch das Bohrgestänge 1 bzw. dessen Zentrum verläuft. Sodann kann die Vorrichtung mit einer Hauptplatte 17 der Halterung 3 an den I-Trägern der Bohrlochbewehrung 2 befestigt, beispielsweise verschweißt werden. Somit ist die Vorrichtung unabhängig vom Bohrgestänge 1 fixiert.

[0047] Darüber hinaus wird das Bohrgestänge 1 im Futter 7 bzw. in dessen Durchführungsöffnung 15 mittels Klemmkeilen 8 fixiert bzw. festgeklemmt. Das Futter 7 ist in einem Drehkranz 6 angeordnet bzw. kann vom Drehkranz 6 in oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. Nachdem das Bohrgestänge 1 im Futter fixiert ist, kann somit ein Drehmoment, welches in oder gegen die Bohrrichtung 11 orientiert ist, auf das festgeklemmte Bohrgestänge 1 ausgeübt werden, um dieses zu lockern.

[0048] Dieses Drehmoment bzw. die Kraft für dessen Erzeugung muss natürlich abgestützt werden. Hierzu ist der Drehkranz 6 auf einer Platte 5 fixiert, die zwei symmetrisch angeordnete Führungselemente 9 aufweist. Die Führungselemente 9 sind als stabförmige Verlängerungen der Platte 5 ausgeführt und erstrecken sich jeweils in einer Richtung normal auf die Bohrrichtung 11, parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung 16 der Halterung 3.

[0049] Die Führungselemente 9 werden von jeweils einer Führungsschiene 10 aufgenommen. Jede Führungsschiene 10 weist zu diesem Zweck eine geradlinige Nut auf, die sich parallel zur Bohrrichtung 11 erstreckt und als Gleitführung für ein Führungselement 9 fungiert. Die Füh- 6/17 österreichisches Patentamt AT13018U1 2013-04-15 rungsschienen 10 sind starr mit der Hauptplatte 17 der Halterung 3 verbunden, wobei die Plattenebene der Hauptplatte 17 normal auf die Bohrrichtung 11 steht. Das durch den Drehkranz 6 erzeugte Drehmoment kann somit mittels der Führungselemente 9 an den Führungsschienen 10 - und damit letztlich über die Hauptplatte 17 an der Bohrlochbewehrung 2 - abgestützt werden.

[0050] An der Hauptplatte 17 bzw. in dafür vorgesehenen Löchern der Hauptplatte 17 sind zwei Hydraulikzylinder 4 befestigt, die symmetrisch um das Bohrgestänge 1 angeordnet sind. Die Hydraulikzylinder sind parallel zur Bohrrichtung 11 orientiert, um eine geradlinige Kraft parallel, insbesondere antiparallel zur Bohrrichtung 11 auf das Bohrgestänge 1 auszuüben. Die Kraft wird dabei an der Halterung 3 bzw. an deren Hauptplatte 17 abgestützt.

[0051] Hierbei drücken die Hydraulikzylinder 4 von unten, d.h. antiparallel zur Bohrrichtung 11, gegen die Platte 5. Dies geschieht zunächst aus der in Fig. 1 dargestellten Anfangsposition 12 heraus, in welcher die Hydraulikzylinder 4 im Wesentlichen vollständig eingefahren sind.

[0052] Gelingt durch das vorzugsweise gleichzeitige Drücken und Drehen bzw. durch das vorzugsweise gleichzeitige Aufbringen von geradliniger Kraft und Drehmoment das Lockern des festgeklemmten Bohrgestänges 1, so kann die Platte 5 und damit auch der Drehkranz 6 samt Futter 7 und darin festgeklemmtem Bohrgestänge 1 gegen die Bohrrichtung in eine Endposition 13 verschoben werden, welche in Fig. 2 dargestellt ist. In der Endposition 13 sind die Hydraulikzylinder 4 im Wesentlichen voll ausgefahren. Die Verschiebung der Platte 5 zwischen Anfangsposition 12 und Endposition 13 wird mittels der Führungselemente 9 in den Führungsschienen 10 linear geführt.

[0053] Selbstverständlich kann die Platte 5 mittels der Hydraulikzylinder 4 auch in Bohrrichtung 11 bewegt werden, was in manchen Situationen notwendig sein kann, um das Bohrgestänge hinreichend zu lockern. Dies ist durch die geradlinigen Doppelpfeile in Fig. 2 angedeutet. Die gekrümmten Doppelpfeile in Fig. 2 deuten an, dass der Drehkranz 6 das Futter in und gegen den Uhrzeigersinn bewegen kann, bzw. dass ein entsprechendes Drehmoment mittels des Drehkranzes 6 erzeugt werden kann.

[0054] Da sich der Drehkranz 6 in Fig. 2 in der Endposition 13 befindet, ist einer von zwei Hydraulikanschlüssen 14 erkennbar. D.h. im gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein hydraulischer Drehkranz 6 verwendet, es kann jedoch ebenso ein mittels Elektromotoren betriebener Drehkranz 6 verwendet werden.

[0055] Fig. 3 zeigt eine Frontansicht der Vorrichtung in der Anfangsposition 12. Hierin ist einerseits die Abfolge von Drehkranz 6, Platte 5 und der an der Hauptplatte 17 fixierten Hydraulikzylinder 4 besonders gut erkennbar, die die Kompaktheit der Vorrichtung ermöglicht. Andererseits kommt auch die spiegelsymmetrische Anordnung aller Elemente der Vorrichtung, insbesondere der Hydraulikzylinder 4, der Führungselemente 9 und der Führungsschienen 10 zur Geltung. Die Spiegelebene wird dabei von der Schnittlinie A-A und der Normalen auf die Zeichenebene aufgespannt. Außerdem geht aus Fig. 3 klar hervor, dass die Hydraulikzylinder 4 in der Anfangsposition 12 eingefahren sind.

[0056] Analog dazu zeigt Fig. 4 eine Frontalansicht der Vorrichtung in der Endposition 13. Gut erkennbar sind die voll ausgefahrenen Hydraulikzylinder 4.

[0057] Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 3, wobei die Blickrichtung (durch Pfeile angedeutet) mit der Haupterstreckungsrichtung 16 zusammenfällt. In Fig. 5 ist die Durchführungsöffnung 15 des Futters 7 besonders gut erkennbar. Diese verjüngt sich in Bohrrichtung 11, sodass ein keilförmiger freier Raum zwischen Bohrgestänge 1 und der Durchführungsöffnung 15 des Futters 7 verbleibt. Diese Form eignet sich optimal zur Aufnahme von Klemmkeilen 8. Diese weisen an ihrer dem Bohrgestänge 1 abgewandten Seite eine an die Form der Durchführungsöffnung 15 angepasste Form auf sowie an ihrer dem Bohrgestänge 1 zugewandten Seite eine an den Durchmesser des Bohrgestänges 1 angepasste Ausnehmung, um einen optimalen Sitz und maximale Klemmwirkung zu gewährleisten.

[0058] Die Form der Klemmkeile 8 an ihrer dem Bohrgestänge 1 zugewandten Seiten lässt sich 7/17 österreichisches Patentamt AT13018U1 2013-04-15 besonders gut in Fig. 6 erkennen, die eine Aufsicht auf die Vorrichtung zeigt. In der Aufsicht sind außerdem Vorsprünge 18 der Klemmkeile 8 gut erkennbar, die eine einfache Handhabung der Klemmkeile 8 ermöglichen und beispielsweise ein Festschlagen der Klemmkeile 8 zwischen Durchführungsöffnung 15 und Bohrgestänge 1 erleichtern.

[0059] Des Weiteren ist in Fig. 6 im Bereich B ein Teil der Vorrichtung in einem ebenen Schnitt parallel zur Zeichenebene dargestellt. Hierin ist insbesondere das Zusammenwirken der in Haupterstreckungsrichtung 16 gesehen zweiten Führungsschiene 10 mit dem zweiten Führungselement 9 erkennbar. Dabei gleitet das Führungselement 9 in der Nut der Führungsschiene 10 und füllt die Nut in einer Richtung, welche normal auf die Bohrrichtung 11 und auf die Haupterstreckungsrichtung 16 steht, vollständig aus. Letzteres begünstigt eine optimale Abstützung des durch den Drehkranz 6 erzeugten Drehmoments und damit die Wirkung der Halterung 3 als Widerlager für den Drehkranz 6. Die Vorrichtung ist um die Symmetrieebene 19 spiegelsymmetrisch aufgebaut. Daher weisen insbesondere das in Haupterstreckungsrichtung 16 gesehen erste Führungselement 9 und die erste Führungsschiene 10 einen Aufbau und ein Zusammenwirken völlig analog zum oben geschilderten auf.

[0060] Fig. 7 zeigt die gleiche Schnittansicht wie Fig. 5, jedoch mit einer modifizierten Klemmung des Bohrgestänges 1. In diesem Fall ist das Bohrgestänge 1 relativ knapp über dem Futter 7 abgeschnitten, sodass das Bohrgestänge 1 nur relativ knapp, beispielsweise 10 cm über die festgeschlagenen Klemmkeile 8 gegen die Bohrrichtung 11 übersteht. Dies ermöglicht es, vor dem Anbringen der Klemmkeile 8 bequem einen Pfropfen 20 in das Bohrgestänge 1 in Bohrrichtung 11 einzuführen. Der Pfropfen überdeckt in Bohrrichtung 11 einen Bereich des Bohrgestänges 1, der zumindest bis zum Ende (in Bohrrichtung 11 gesehen) der Klemmkeile 8 in festgeschlagener Position reicht. Dabei hat jener Teil des Pfropfens 20, der sich im innerhalb des Bohrgestänges 1 befindet einen Außendurchmesser der im Wesentlichen einem Innendurchmesser des Bohrgestänges 1 entspricht. D.h. der Pfropfen 20 füllt einen inneren Querschnitt 21 des Bohrgestänges 1 normal auf die Bohrrichtung 11 im Wesentlichen vollständig aus und bildet eine Seele des Bohrgestänges 1.

[0061] Dies wiederum bewirkt, dass das Bohrgestänge 1 beim Anbringen bzw. Einschlagen der Klemmkeile 8 nicht in einer Richtung normal auf die Bohrrichtung 11 nachgibt bzw. sich nicht verformt. Auf diese Weise kann die Klemmwirkung der Klemmkeile 8 deutlich erhöht werden.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Bohrgestänge 2 Bohrlochbewehrung 3 Halterung 4 Hydraulikzylinder 5 Platte 6 Drehkranz 7 Futter 8 Klemmkeile 9 Führungsstab 10 Führungsschiene 11 Bohrrichtung 12 Anfangsposition 13 Endposition 14 Hydraulikanschluss 15 Durchführungsöffnung des Futters 16 Haupterstreckungsrichtung der Halterung 17 Hauptplatte der Halterung 8/17

Claims (20)

1. österreichisches Patentamt AT13018U1 2013-04-15 18 Vorsprung eines Klemmkeils 19 Symmetrieebene 20 Pfropfen 21 Innerer Querschnitt Ansprüche 1. Vorrichtung zum Lockern bzw. Ausziehen eines festgeklemmten Bohrgestänges (1) aus einem Bohrloch, umfassend mindestens einen Hydraulikzylinder (4), um auf das Bohrgestänge (1) eine parallel, insbesondere antiparallel zu einer Bohrrichtung (11) wirkende Kraft auszuüben, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich mindestens ein Drehmittel (6, 7) umfasst, um ein zur Bohrrichtung (11) parallel orientiertes Drehmoment auf das Bohrgestänge (1) auszuüben, sowie eine Halterung (3), die als Widerlager für den mindestens einen Hydraulikzylinder (4) und das mindestens eine Drehmittel (6, 7) vorgesehen ist, wobei die Halterung (3) vorzugsweise an einer Bohrlochbewehrung (2) befestigt ist, und dass das mindestens eine Drehmittel (6, 7) an einer Platte (5) fixiert ist, die mit der Halterung (3) parallel zur Bohrrichtung (11) verschieblich gekoppelt ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens ein Drehmittel (6, 7) mindestens ein vorzugsweise hydraulischer Drehkranz (6) mit einem Futter (7) zur Aufnahme und Fixierung des Bohrgestänges (1) vorgesehen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Futter (7) eine sich parallel, insbesondere in Bohrrichtung (11) verjüngende Durchführungsöffnung (15) aufweist, in welcher das Bohrgestänge (1) mittels Klemmkeilen (8) festklemmbar ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pfropfen (20) vorgesehen ist, der in Bohrrichtung (11) in das Bohrgestänge (1) einführbar ist und einen inneren Querschnitt (21) des Bohrgestänges (1) normal auf die Bohrrichtung (11) im Wesentlichen vollständig ausfüllt, um eine Klemmwirkung der Klemmkeile (8) zu erhöhen.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (5) mindestens ein in bzw. mittels einer Führungsschiene (10) führbares Führungselement (9) aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (3) mindestens eine Führungsschiene (10) aufweist, in bzw. mittels welcher das mindestens eine Führungselement (9) führbar ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Führungsschiene (10) geradlinig und parallel zur Bohrrichtung (11) verläuft und vorzugsweise eine Nut oder einen Schlitz zur Führung des mindestens einen Führungselements (9) aufweist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Führungselement (9) in einer Richtung normal auf die Bohrrichtung (11) erstreckt und vorzugsweise stabförmig ausgeführt ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Führungselemente (9) und zwei Führungsschienen (10) vorgesehen sind.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hydraulikzylinder (4) an der Platte (5) angreift.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hydraulikzylinder (4) parallel zur Bohrrichtung (11) und in Bohrrichtung (11) gesehen nach dem mindestens einen Drehmittel (6, 7) angeordnet ist.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Hydraulikzylinder (4) vorgesehen sind. 9/17 österreichisches Patentamt AT 13 018 Ul 2013-04-15
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Drehmittel (6, 7) vorgesehen ist.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Hydraulikzylinder (4) und Drehmittel (6, 7) unabhängig voneinander steuerbar sind.
15. 15. Verfahren zum Ausziehen eines festgeklemmten Bohrgestänges (1) aus einem Bohrloch, wobei auf das Bohrgestänge (1) eine Kraft ausgeübt wird, die parallel, insbesondere antiparallel zu einer Bohrrichtung (11) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig oder abwechselnd mit Ausübung der parallel, insbesondere antiparallel zur Bohrrichtung (11) gerichteten Kraft ein parallel zur Bohrrichtung (11) orientiertes Drehmoment auf das Bohrgestänge (1) ausgeübt wird.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausübung der parallel, insbesondere antiparallel zur Bohrrichtung (11) gerichteten Kraft und/oder die Ausübung des Drehmoments stoßweise erfolgen.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Bohrgestänge (1) ausgeübte Kraft alternierend antiparallel zur Bohrrichtung (11) und umgekehrt gerichtet wird.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das auf das Bohrgestänge (1) ausgeübte Drehmoment alternierend antiparallel zur Bohrrichtung (11) und umgekehrt orientiert wird.
19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das maximal auf das Bohrgestänge (1) ausgeübte Drehmoment das 5- bis 20-fache, vorzugsweise das 10-fache des maximalen Drehmoments beträgt, welches auf das Bohrgestänge (1) während des Bohrens wirkt.
20. 20. Verwendung einer Vorrichtung umfassend mindestens einen Hydraulikzylinder (4), mindestens ein Drehmittel (6, 7) sowie eine Halterung (3), die als Widerlager für den mindestens einen Hydraulikzylinder (4) und das mindestens eine Drehmittel (6, 7) vorgesehen ist, wobei die Halterung (3) vorzugsweise an einer Bohrlochbewehrung (2) befestigt ist, für das Lockern bzw. Ausziehen eines festgeklemmten Bohrgestänges (1) aus einem Bohrloch, wobei der mindestens eine Hydraulikzylinder (4) dafür vorgesehen ist, auf das Bohrgestänge (1) eine parallel, insbesondere antiparallel zu einer Bohrrichtung (11) wirkende Kraft auszuüben, wobei das mindestens eine Drehmittel dafür vorgesehen ist, ein zur Bohrrichtung (11) parallel orientiertes Drehmoment auf das Bohrgestänge (1) auszuüben, und wobei das mindestens eine Drehmittel (6, 7) parallel zur Bohrrichtung (11) verschiebbar ist. Hierzu 7 Blatt Zeichnungen 10/17