<Desc/Clms Page number 1>
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Lö- chern, insbesondere Sprenglöchern, geringen Durchmessers, in Bo- den- oder Gesteinsmaterial, wobei eine an einem Bohrgestänge gela- gerte Bohrkrone durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch bildet.
Insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung von Bohrlö- chern, insbesondere Sprenglöchern, geringen Durchmessers in Boden- oder Gesteinsmaterial ergeben sich oftmals Probleme im Hinblick auf die Einhaltung eines ausreichenden Richtungsgenauigkeit, um nach einer Herstellung einer Vielzahl von derartigen Löchern bzw.
Bohrlöchern, welche nachträglich mit Sprengstoff verfüllt werden, ein gewünschtes und präzises Sprengergebnis zu erhalten. Die Pro- bleme im Hinblick auf die Einhaltung einer Richtungsgenauigkeit beim Herstellen bzw. Bohren derartiger Bohrlöcher resultieren vor allem daraus, dass derartige Bohrlöcher einen überaus kleinen Durchmesser aufweisen, so dass auch entsprechend kleinbauende Bohr- elemente, beispielsweise Bohrkronen und Bohrgestänge, Verwendung finden, welche unter Berücksichtigung der vergleichsweise grossen Länge von einigen Metern insbesondere bei schräg zur Bohrrichtung verlaufenden Schichten im Boden- oder Gesteinsmaterial ein Abwei- chen von der gewünschten Bohrrichtung ergeben können.
Derart kann nach Fertigstellung einer Mehrzahl von benachbarten bzw. matrix- oder feldartig angeordneten Bohrlöchern nicht immer sichergestellt werden, dass der innerste Bereich benachbarter Bohrlöcher jeweils einen für eine Erzielung eines gewünschten Sprengergebnisses ord- nungsgemässen, gegenseitigen Abstand aufweist.
Im Zusammenhang mit einer Einhaltung einer lediglich horizon- talen Richtungskomponente bei Herstellung von Bohrungen kleinerer Kaliber bzw. Durchmesser ist es beispielsweise aus der DE-A 26 25 093 bekannt, eine Stabilisierbüchse am Aussenumfang des Bohrgestän- ges vorzusehen, wobei diese Stabilisierbüchse nach aussen vorragend eine Mehrzahl von sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckender Schneiden bzw. Klingen aufweist, welche die Rich-
<Desc/Clms Page number 2>
tungsgenauigkeit einer Bohrung verbessern bzw. erhöhen sollen.
Derartige Schneiden bzw. Klingen weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie sich unmittelbar in das umliegende Gesteins- oder Bodenma- terial eingraben bzw. einfressen, wenn das Bohrelement tatsächlich von einer unmittelbar geraden und insbesondere horizontalen Vor- triebsrichtung abweicht, so dass durch die Schneiden bzw. Klingen, welche in das umliegende Boden- oder Gesteinsmaterial eintreten, ein erhöhter Reibungswiderstand aufgebaut wird, welcher dazu füh- ren kann, dass ein weiterer Bohrfortschritt nicht mehr erzielbar ist.
Im Zusammenhang mit der Herstellung von Bohrungen bzw. Bohr- löchern grossen Durchmessers, beispielsweise für Brunnenbohrungen, ist aus der US-A 1 518 370 eine Ausführungsform bekannt geworden, bei welcher eine Muffe ein Bohrgestänge teilweise im wesentlichen konzentrisch umgibt, um eine Führung der Bohrung zu ermöglichen.
Eine derartige Ausbildung erfordert jedoch, dass eine Bohrung bzw. ein Bohrloch grossen Durchmessers hergestellt wird, um einen Ab- transport des abgebauten Materials zwischen dem Bohrgestänge und der konzentrisch angeordneten Muffe zu ermöglichen.
In ähnlicher Weise sind aus der DE-C 38 28 335 oder der EP-B 0 355 379 Bohr-Injektionsanker bekannt geworden, bei welchen in Abstand von der Bohrkrone Abstandhalter vorgesehen sind, welche wiederum in vergleichsweise grossem, radialem Abstand das Bohrge- stänge umgeben. Insbesondere bei der Herstellung von Bohrlöchern geringen Durchmessers, beispielsweise von Sprenglöchern, ist es jedoch aufgrund der Platzverhältnisse nicht möglich, derartige, das Bohrgestänge in grossem, radialem Abstand umgebende Muffen vor- zusehen, da zur Erzielung einer ausreichenden Festigkeit zum Ein- bringen der erforderlichen Abbaukräfte das Bohrgestänge unter Be- rücksichtigung der herzustellenden Länge des Bohrlochs gewisse Mindestabmessungen nicht unterschreiten darf,
so dass üblicherweise kein zusätzlicher Freiraum zwischen der Bohrlochinnenwand und dem Aussenumfang des Bohrgestänges für eine derartige zusätzliche Ab-
<Desc/Clms Page number 3>
stützung bzw. einen derartigen zusätzlichen Abstandhalter zur Ver- fügung steht.
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die obenge- nannten Probleme zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass insbesondere bei einer Herstellung von Bohrlöchern mit geringem Durchmesser, insbe- sondere von Sprenglöchern, die Richtungsgenauigkeit eines herzu- stellenden Bohrlochs verbessert werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgaben ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass an der von der Abbaufläche der Bohrkrone abgewandten Seite eine das Bohr- gestänge umgebende und an dem Bohrgestänge festlegbare Hülse vor- gesehen ist, deren Aussendurchmesser geringer als der Durchmesser des durch die Bohrkrone gebildeten Bohrlochs ist, und dass das Bohrgestänge im Bereich der Hülse mit einem gegenüber der lichten Weite der Hülse und weiteren Teilbereichen des Bohrgestänges ver- ringerten Querschnitt und/oder mit im wesentlichen in Längsrich- tung des Bohrgestänges verlaufenden abgesetzten bzw. vertieften Bereichen zur Ausbildung wenigstens eines Durchtrittsquerschnitts zwischen dem Bohrgestänge und der Innenseite der Hülse ausgebildet ist.
Dadurch, dass erfindungsgemäss eine das Bohrgestänge umgebende Hülse an die Bohrkrone anschliesst bzw. an der von der Abbaufläche der Bohrkrone abgewandten Seite vorgesehen ist, lässt sich entspre- chend der Länge der das Bohrgestänge umgebenden Hülse ein entspre- chend langer Bereich vorsehen, über welchen durch das Anliegen des Aussenumfangs der Hülse an der hergestellten Bohrlochinnenwand ein richtungsgenaues und lineares Einbringen des Bohrlochs unter Er- zielung der gewünschten Richtungsgenauigkeit möglich ist.
Für einen ordnungsgemässen Abtransport des abgebauten Materials ist hiebei erfindungsgemäss darüber hinaus vorgesehen, dass das Bohrge- stänge im Bereich der Hülse einen verringerten Querschnitt gegen- über den daran anschliessenden Teilbereich des Bohrgestänges auf- weist und/oder mit abgesetzten bzw. vertieften und im wesentlichen in Längsrichtung des Bohrgestänges verlaufenden Bereichen versehen
<Desc/Clms Page number 4>
ist, so dass ein ausreichender Durchtrittsquerschnitt für abgebau- tes Material trotz der geringen Abmessungen des herzustellenden
Bohrlochs zur Verfügung steht.
Zur Erzielung einer entsprechenden
Richtungsgenauigkeit kann vorgesehen sein, dass der Aussendurchmes- ser der Hülse beispielsweise 2 bis 5 % geringer als der herzustel- lende Durchmesser des Bohrlochs ist, wobei sich bei einem Bohrlochdurchmesser im Bereich von 3 bis 5 cm ein gegenüber dem Bohrlochdurchmesser um etwa 1 bis 2 mm verringerter Aussendurchmes- ser der Hülse ergibt. Durch einen derart geringfügig gegenüber dem Bohrlochdurchmesser verringerten Aussendurchmesser der Hülse ist zum einen sichergestellt, dass die geforderte Richtungsgenauigkeit aufrecht erhalten werden kann, wobei weiters sicher gestellt wer- den kann, dass selbst bei einem Anliegen der Hülse an der Bohrloch- innenwand nicht eine übermässig grosse Reibung aufgebaut wird.
Für einen besonders zuverlässigen und einfachen Abtransport des abgebauten Materials im Bereich der Hülse ist gemäss einer be- vorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Bohrgestänge im Be- reich der Hülse über den Umfang verteilt eine Mehrzahl von rillen- bzw. kanalförmigen Vertiefungen aufweist.
Um ein sicheres Einbringen und Ausbringen des Materials in den bzw. aus dem wenigstens einen Durchtrittsquerschnitt zwischen dem Aussenbereich des Bohrgestänges und dem Innenumfang der Hülse zu gewährleisten, ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform vor- gesehen, dass die Vertiefungen und/oder der abgesetzte Bereich des Bohrgestänges eine die Länge der Hülse übersteigende Erstreckung in der Längsrichtung des Bohrgestänges aufweisen.
Dieser Effekt eines zuverlässigen und einfachen Ausbringens aus dem Durchtritts- querschnitt zwischen dem Bohrgestänge und der Hülse wird weiters dadurch unterstützt, dass die Vertiefungen und/oder der abgesetzte Bereich des Bohrgestänges zumindest an dem von der Bohrkrone abge- wandten Ende über die Längserstreckung der Hülse vorragen, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsge- mässen Vorrichtung entspricht.
<Desc/Clms Page number 5>
Ein leichtes Einbringen und Ausbringen des abgebauten Mate- rials aus dem Durchtrittsquerschnitt zwischen dem Aussenumfang des
Bohrgestänges und der Hülse wird darüber hinaus dadurch unter- stützt, dass die Vertiefungen und/oder der abgesetzte Bereich des
Bohrgestänges an ihren Randabschnitten mit abgeschrägten bzw. ver- laufenden Teilbereichen ausgebildet sind, wie dies einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ent- spricht.
Ein ordnungsgemässes und zuverlässiges Einbringen des abgebau- ten Materials an dem von der Abbaufläche der Bohrkrone abgewandten Ende im Bereich der Hülse wird bevorzugt dadurch unterstützt, dass die Hülse an dem zur Bohrkrone gewandten Ende mit wenigstens einer Zutrittsöffnung in den zwischen dem Bohrgestänge und der Innen- seite der Hülse definierten Durchtrittsquerschnitt ausgebildet ist.
Eine besonders zuverlässige und einfache Ausbildung der- artiger Zutrittsöffnungen in dem Bereich der Anordnung bzw. Stirn- kante der Hülse lässt sich hiebei dadurch erzielen, dass die Hülse an ihrem zur Bohrkrone gewandten Ende mit im wesentlichen in Längsrichtung der Hülse und des Bohrgestänges verlaufenden rippen- artigen Fortsätzen ausgebildet ist, welche die wenigstens eine Zu- trittsöffnung in den zwischen dem Bohrgestänge und der Hülse defi- nierten Durchtrittsquerschnitt definieren, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ent- spricht.
Zur Erzielung der gewünschten Richtungsgenauigkeit ist eine entsprechende Längserstreckung der Hülse vorzusehen, wobei gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen wird, dass die Längserstreckung der Hülse wenigstens ein Zehntel, insbeson- dere ein Sechstel bis ein Drittel der Längserstreckung des Bohrge- stänges bzw. des herzustellenden Bohrlochs beträgt. Hiebei können auch zu erwartende Materialeigenschafcen berücksichtigt werden, so dass bei gegebenenfalls lockererem Material grössere Längser- streckungen einer Hülse vorgesehen sind, um entsprechende grössere
<Desc/Clms Page number 6>
Teilbereiche für ein richtungsgenaues Führen des Bohrlochs zur
Verfügung zu stellen.
Es kann eine derartige Hülse zur Stabilisie- rung der Richtungsgenauigkeit bei einer Bohrlochlänge im Bereich von einigen Metern somit beispielsweise eine Länge von etwa 30 bis
120 cm aufweisen.
Für eine besonders einfache und zuverlässige Festlegung der
Hülse am Bohrgestänge ist gemäss einer weiters bevorzugten Ausfüh- rungsform vorgesehen, dass die Hülse durch eine im wesentlichen ringartige Festlegung am Bohrgestänge gegenüber einer Verschiebung in Längsrichtung des Bohrgestänges gesichert ist, wobei dadurch auch die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Durchtrittsquer- schnitts für einen ordnungsgemässen Abtransport des Materials si- chergestellt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beiliegenden
Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Bohren von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial;
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 durch eine das Bohrgestänge umgebende Hülse in vergrössertem Massstab;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemässen Vorrich- tung gemäss Fig. 1 und 2; Fig. 4 in einer zu Fig. 1 ähnlichen Darstellung eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vor- richtung;
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4 in einer zu Fig. 2 ähnlichen Darstellung wiederum in vergrössertem Massstab ; Fig. 6 wiederum eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss Fig. 4 und 5.
In Fig. 1 bis 3 ist allgemein mit 1 eine Vorrichtung zum Boh- ren eines nicht näher dargestellten Lochs in Boden- oder Gesteins- material, insbesondere eines Lochs geringen Durchmessers, wie bei- spielsweise eines Sprenglochs, dargestellt, wobei an einem Bohrge-
<Desc/Clms Page number 7>
stänge 2 eine schematisch mit 3 bezeichnete Bohrkrone gelagert ist. Über das Bohrgestänge 2 erfolgt über einen am Ende 4 angrei- fenden, nicht näher dargestellten Schlag- oder Drehschlagantrieb eine Herstellung eines Bohrlochs über an der Abbaufläche 5 der Bohrkrone 3 vorgesehene Abbauelemente, welche beispielsweise von Hartmaterialeinsätzen 18 oder dgl. gebildet sein können.
Zur Erzielung einer Richtungsstabilität bzw. Richtungsge- nauigkeit insbesondere unter Berücksichtigung des geringen Durch- messers des herzustellenden Bohrlochs und der grossen Länge des Bohrgestänges 2 ist anschliessend an die Bohrkrone 3 bzw. an die von der Abbaufläche 5 abgewandten Seite der Bohrkrone 3 eine das Bohrgestänge 2 umgebende Hülse 6 vorgesehen, wobei insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist, dass der Aussendurchmesser d der Hülse 6 geringfügig kleiner als der Durchmesser D des durch die Abbauwerk- zeuge 18 der Abbaufläche 5 hergestellten Bohrlochs ist.
Der Unter- schied zwischen dem Aussendurchmesser d der Hülse 6 und dem Durch- messer D des durch die Bohrkrone 3 herzustellenden Bohrlochs be- trägt hiebei beispielsweise 2 bis 5 %, so dass bei einem Bohrloch- durchmesser von maximal 5 cm der Durchmesser d der Hülse 6 um maximal 2 mm geringer als der Durchmesser D des herzustellenden Bohrlochs ist.
Bei Vorsehen einer entsprechenden Länge L der Hülse 6 relativ zur Gesamtlänge des Bohrgestänges 2 lässt sich somit beispielsweise in Abhängigkeit von dem mit einem Bohrloch zu versehenden Boden- oder Gesteinsmaterial eine entsprechend grosse Führungslänge zur Verfügung stellen, welche zur Erzielung eines richtungsgenauen und exakten Bohrlochs erforderlich ist. Bei einer Gesamtlänge des her- zustellenden Bohrlochs und somit des Bohrgestänges 2 von bei- spielsweise 3 bis 5 m weist die Hülse 6 eine Länge L im Bereich von 30 bis 100 bzw. 120 cm auf.
Für einen ordnungsgemässen Durchtritt des durch die Bohrkrone 3 abgebauten Materials im Bereich der Hülse bzw. Führungshülse 6 ist weiters vorgesehen, dass das Bohrgestänge 2 eine Mehrzahl von vertieften bzw. abgesetzten, im wesentlichen in Längsrichtung des
<Desc/Clms Page number 8>
Bohrgestänges verlaufenden Vertiefungen 7 aufweist, wobei insbe- sondere aus Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, dass die Vertiefungen 7 zumindest an dem von der Bohrkrone 3 abgewandten Ende der Hülse 6 die Längserstreckung der Hülse 6 übersteigen, so dass ein ordnungs- gemässer und zuverlässiger Austritts des Materials aus den Vertie- fungen 7 nach Passieren der Hülse 6 sichergestellt wird. Die Ver- tiefungen 7 weisen entsprechende Abschrägungen bzw.
Abflachungen 8 an ihrem Ende auf, so dass das Material zuverlässig aus den wenig- stens einen entsprechenden Durchtrittsquerschnitt definierenden Vertiefungen 7 austreten kann.
Um ein Einbringen des Materials in den durch den Innendurch- messer bzw. die Innenseite 9 der Hülse 6 und die rinnen- bzw. ka- nalförmigen Vertiefungen 7 definierten Durchtrittsquerschnitt 10 zu ermöglichen, ist an dem zur Bohrkrone 3 gewandten Ende der Hülse 6 eine Vielzahl von Zutrittsöffnungen bzw. Eintrittsöff- nungen 11 vorgesehen, welche bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform von rippenartigen Fortsätzen 12 definiert bzw. be- grenzt sind. Wie aus Fig. 1 und 3 ersichtlich, weisen die rippen- artigen Fortsätze 12 einen dem Aussendurchmesser d der Hülse 6 ent- sprechenden Aussenumfang auf, so dass auch bereits durch die Rippen 12 eine gewünschte Führungsfunktion zur Erzielung der Richtungsge- nauigkeit bzw. -stabilität erhalten bzw. unterstützt wird.
Unter Berücksichtigung der durch die Hülse 6 erzielbaren, verbesserten Richtungsgenauigkeit bzw. -stabilität kann in weite- rer Folge mit einem gegenüber bekannten Ausführungen einen gerin- geren Aussendurchmesser und Materialquerschnitt aufweisenden Bohr- gestänge 2 das Auslangen gefunden werden, da nicht übermässig gross dimensionierte Bohrgestänge 2 zur Erzielung einer Richtungsgenauigkeit verwendet werden müssen. Somit lässt sich durch das geringere Gewicht des Bohrgestänges 2 die Handhabung der Vorrichtung 1 erleichtern und es wird darüber hinaus möglich, durch den verringerten Materialquerschnitt des Bohrgestänges 2 die Kosten für die Herstellung des Bohrgestänges 2 zu verringern.
<Desc/Clms Page number 9>
Bei der in Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausführungsform ist eine Bohrvorrichtung wiederum mit 1 bezeichnet, wobei an dem Bohr- gestänge 2 wiederum eine mit 3 bezeichnete Bohrkrone gelagert ist, an deren Abbaufläche 5 beispielsweise von Hartmaterialeinsätzen gebildete Abbauelemente 18 vorgesehen sind.
Wie bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform ist an dem von der Abbaufläche 5 der Bohrkrone 3 abgewandten Ende eine das Bohrgestänge 2 umgebende Hülse 13 vorgesehen. Zur Bereitstel- lung von Eintrittsöffnungen für das abzubauende Material sind an- stelle der rippenartigen Fortsätze bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform in Längsrichtung des Bohrgestänges 2 verlaufende Kanäle 14 vorgesehen. Ähnlich wie bei der Ausführungs- form gemäss Fig. 1 bis 3 weist das Bohrgestänge 2 im Bereich der Hülse 13 wiederum in Längsrichtung des Bohrgestänges 2 verlaufende Vertiefungen bzw. abgesetzte Bereiche 7 auf, wobei die Länge dieser Vertiefungen 7 die Längserstreckung der Hülse 13 insbeson- dere an dem von der Bohrkrone 3 abgewandten Ende übersteigt, wie dies aus Fig. 4 und 6 deutlich ersichtlich ist.
In Fig. 4 und 5 ist durch Pfeile 15 der Weg des abgebauten Materials im Bereich anschliessend an die Bohrkrone 3, im Bereich des Eintritts durch die Kanäle 14 in den zwischen der Innenseite der Hülse 13 und den Vertiefungen 7 des Bohrgestänges 2 definier- ten Durchtrittsquerschnitt und nach der Hülse 13 wiederum austre- tend aus den Vertiefungen 7 schematisch angedeutet.
Bei der Schnittdarstellung gemäss Fig. 5 ist weiters im linken und rechten Seitenbereich eine Aussenkontur eines Abbauelements 18 angedeutet, wobei sich hieraus ergibt, dass der durch die Abbauele- mente 18 hergestellte Bohrlochdurchmesser den Aussendurchmesser der Hülse 13 geringfügig übersteigt. Wie dies insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist darüber hinaus für einen ordnungsgemässen Ab- transport des Materials vom Bereich der Abbaufläche 5 die Bohr- krone 3 ebenfalls mit in Längsrichtung verlaufenden Vertiefungen bzw. Rillen 16 an ihrem Aussenumfang ausgebildet.
<Desc/Clms Page number 10>
In Fig. 4 ist darüber hinaus eine im wesentlichen ringartige Befestigung 17 der Hülse 13 am Aussenumfang des Bohrgestänges 2 an- gedeutet, wobei ebenfalls ersichtlich ist, dass durch diese im we- sentlichen ringartige Befestigung 17 keine Beeinflussung im Hin- blick auf einen ungehinderten Eintritt bzw. Durchtritt des abge- bauten Materials vorliegt.
Wie auch bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungs- form kann durch entsprechende Wahl der Länge der Hülse 13 bei- spielsweise unter Berücksichtigung des zu durchbohrenden Materials die gewünschte Richtungsstabilität bzw. Richtungsgenauigkeit er- zielt werden.