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In der Bergbautechnik wird die Herstellung von Bohrungen die einem vorgegebenen raumlichen Verlauf folgen oder einen vorgegebenen Zielpunkt erreichen sollen unter der Begriffbestimmung Richtbohren zusammengefasst
Das schlagend Richtbohren, das Gegenstand dieses Patentanspruches Ist, Ist ein Verfahren zur Herstellung von Richtbohrungen mit schlagenden Bohrverfahren Das Verfahren des schlagenden Richtbohrens nutzt die Tatsache, dass der Bohrfortschritt einer Schlagbohrkrone, neben anderen Faktoren, abhangig vom Umsetzwinkel Ist Der Umsetzw ! nkel Ist jener Drehwinkel,
um den die Bohrkrone zwischen den Schlagen weltergedreht wird
Durch Einsatz einer Bohrkrone mit geeignet asymmetrisch angeordneten Schlagstiften und durch Anderung des Umsetzwinkeis in einer definierten Region des Bohrlochbodens wird eine gewollte Rlchtungsanderung der Bohrung erzielt Diese Anderung des Umsetzwinkels erfolgt immer dann, wenn sich eine bestimmte Gruppe von Schlagstiften in der definierten Region des Bohrlochbodens befindet (umdrehungssynchrone Variation des Umsetzwinkeis) Die asymmetrische Anordnung der Stifte In der aussersten Spur bzw In den ausseren Spuren sind charakteristisch fur eine zum schlagenden Richtbohren geeigneten Bohrkrone
Eine unregelmässige (asymmetrische)
Anordnung der abtragenden Elemente (Stifte) bei Schlagbohrkronen ist bekannt Solche asymmetrische Anordnungen von Stiften bzw Schneidorganen sind aus der Patentschrift US 4 771 834 A und der Patentschrift US 4 730 682 A ersichtlich
Diese unregelmässige (asymmetrische) Anordnung der abtragenden Elemente bei Schlagbohrkronen auf den Spuren ist festigkeitsbedingt oder durch die Anordnung von Bohrungen fur das Spülmedium notwendig und üblich Die Anderung bzw Variation des Umsetzwinkels ist eine übliche Massnahme zur Optimierung des Bohrfortschrittes Diese Variation des Umsetzwinkels wird aber über langere Zeitraume durchgeführt und erfolgt zum derzeitigen Stand der Technik nicht umdrehungssynchron.
Für das schlagend Richtbohren ist der Einsatz von Bohrkronen mit asymmetrischer bzw un- regelmassiger Anordnung der Schlagstifte, besonders in den ausseren Spuren, und gleichzeitig eine umdrehungssynchrone Variation des Umsetzwinkels notwendig Eine nicht umdrehungssynchrone Variation des Umsetzwinkeis fuhrt auch bei asymmetrisch angeordneten Schlagstiften zu keiner gewollten Richtungsanderung der Bohrung
Beschreibung des Verfahrens
Die Geometrie der Bohrkrone, d h die Anordnung der abtragenden Elemente (1) (Hartmetallstifte) auf dem Kronenkörper (2),
bestimmt weitgehend die Menge des Matenaiabtrages pro Umdrehung der Bohrkrone in Abhängigkeit vom Umsetzwinkel Den grossten Einfluss auf die Bohrleistung hat die Anordnung der abtragenden Elemente auf der aussersten Spur (bei grosseren Kronendurchmessern die Anordnung der abtragenden Elemente auf den ausseren Spuren) der Bohrkrone Der Begriff Spur bezeichnet die auf einem konstanten Abstand (Radius) von der Drehachse der Bohrkrone angeordneten abtragenden Elemente (Hartmetallstifte)
Für das schlagend Richtbohren eingesetzte Bohrkronen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflache der Bohrkrone in zwei (unterschiedlich grosse) Sektoren (3) und (4) geteilt wird Jeder Sektor wird mit Hartmetallstiften (abtragenden Elementen) so bestückt,
dass bei gleichem Umsetzwinkel möglichst unterschiedliche Bohrleistungen für die Sektoren erreicht werden Eine optimale Anordnung der Hartmetallstifte für eine Bohrkrone zum schlagenden Richtbohren ist zum Beispiel dann gegeben, wenn für einen vorgegebenen Umsetzwinkei die Hartmetallstiftanordnung eines Sektors einen optimalen (maximalen) Bohrfortschritt ergibt und gleichzeitig die Anordnung der Hartmetallstifte im anderen Sektor einen minimalen Bohrfortschritt.
Wird eine derart bestückte Bohrkrone mit konstantem Umsetzwinkei für alle Schläge betrieben, wird die Bohrung dem natürlichen Verlauf folgen da sich der ungleichmässige Abtrag während einer oder mehrerer Umdrehungen ausgleicht. Der Betrieb mit konstantem Umsetzwinkel ist im Diagramm der Abb. 2 durch die Linie (5) mit der Bezeichnung natürlicher Bohrloch verlauf dargestellt.
Soll nun die Richtung der Bohrung in eine vorbestimmte Richtung abgelenkt werden, ist der Umsetzwinkel während jeder Umdrehung so zu variieren, dass in einem definierten Sektor des Bohrlochbodens bei jeder Umdrehung ein maximaler Abtrag, im restlichen Bohrlochboden ein minimaler bzw. nur durchschnittlicher Abtrag erzielt wird. Der Betrieb mit dem zur Umdrehung der Bohrkrone synchron variierendem Umsetzwinkel ist in Abb. 2 durch den Linienzug (6) mit der
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Bezeichnung schlagendes Richtbohren veranschaulicht.
Durch die beschriebene Änderung des Umsetzwinkeis während jeder Umdrehung der Bohrkrone (Bohrstange, Bohrstranges) wird erreicht, dass in einem vorherbestimmbaren Sektor des Bohrlochbodens ein grösserer Materialabtrag stattfindet als im übrigen Bereich. Da diese Bohrbedingung eine Schräglage des Bohrlochbodens In Bezug auf die Bohrlochachse bewirkt, wird die Bohrung aus ihrer natürlichen Richtung abgelenkt. Die beschriebene Va nation des Umsetzwinkels wird solange aufrechterhalten bis das Bohrloch die gewünschte Richtung erreicht hat, danach wird mit konstantem Umsetzwinkel weiter gebohrt bis wieder eine Korrektur des naturlichen Bohrlochverlaufs vorgenommen werden soll.
Die das schlagend Richtbohren charakterisierende umdrehungssynchrone Vanatlon des Um- setzwinkeis kann durch folgende Massnahmen erreicht werden : - bei konstanter Schlagzahl (Schlage pro Zeiteinheit) durch eine umdrehungssynchrone Va- nation der Drehzahl (Umdrehungen pro Zeiteinheit) der Bohrkrone, - bei konstanter Drehzahl der Bohrkrone durch eine umdrehungssynchrone Anderung der
Schlagzahl, - durch eine geeignete Kombination von einer Änderung der Schlagzahl und Anderung der
Drehzahl.