Pneumatische Pumpe
Der Gegenstand der Erfindung befasst sich mit einer pneumatischen Pumpe, insbesondere für den Einsatz in Grossbohrlöchern zum Entfernen von Wasser.
Bei der Durchführung von Grossbohrlochsprengungen in Steinbrüchen ist es oft erforderlich, das Wasser, das sich in den Bohrlöchern angesammelt hat, zu enffernen, um grössere Sprengstoffmengen in den Bohrlöchern unterbringen zu können. Es werden dadurch Bohrkosten eingespart. Insbesondere hat die praktische Erprobung von Sprengschlämmen gezeigt, dass der gewünschte Füllungsgrad des Bohrloches mit Sprengstoff dann erreicht werden kann, wenn das Wasser aus den Bohrlöchern entfernt wird.
Bisher ist es üblich, das Wasser aus den Bohrlöchern auszublasen, indem ein Druckluftschlauch in das Bohrlochtiefste eingeführt und das Wasser mit Druckluft aus dem Bohrloch herausgesprüht wird. Dieses Verfahren hat folgende Nachteile:
Erstens wird die Bedienungsmannschaft oft nassgespritzt; das ist besonders im Winter sehr unangenehm.
Zweitens werden lockere Steine durch das an der Bohrlochwand hochschiessende Wasser losgerissen und verstopfen das Bohrloch.
Drittens fliesst ein Teil des Wassers in das Bohrloch zurück, da es z. T. an der Bohrlochwand hängengeblieben und oft auch nicht vom Bohrlochmund genügend fortgeleitet worden ist.
Die auftretenden Bohrlochtiefen schwanken in der Regel zwischen 15 m und 40 m. Die häufigsten Bohrlochdurchmesser liegen zwischen 75 mm und 105 mm. Infolge dieser relativ geringen Bohrlochdurchmesser einerseits und relativ grossen Bohrlochtiefen andererseits ist der Einsatz normaler Pumpen für die Entwässerung der Bohrlöcher nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Methode zur Entwässerung von Bohrlöchern zu beseitigen.
Gemäss der Erfindung gelingt dies durch den Einsatz einer pneumatisch arbeitenden Pumpe, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein aufblähbarer zylindrischer Hohlkörper aus elastischem Material vorgesehen und an seinen beiden Enden mittels je eines festen Verschlusstückes dicht verschlossen und mit einem flexiblen, in axialer Richtung verlaufenden und im Bereich der Verschlusstücke abgedichtet hindurchgeführten Steigrohr ausgestattet ist und in den Verschlusstücken je eine weitere durchgehende Bohrung vorgesehen ist, wobei in der Bohrung eines Verschlusstückes ein durch den Innendruck des aufblähbaren Hohlkörpers steuerbares Ventil eingebaut ist.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemässen Pumpe sowie ihre Arbeitsweise werden an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die Pumpe besteht im Mittelteil aus dem aufblähbaren zylindrischen Hohlkörper 1 aus elastischem Material, z. B.
einem Schlauch. Dieser Blähschlauch 1 ist an seinen offenen Enden oben und unten durch die ebenfalls zylindrischen Verschlusstücke 3, 4, z. B. aus Metall oder anderen festen Materialien, dicht verschlossen. Durch das obere Verschlusstück 3 führt die Bohrung 5, in welche das Einsatzrohr 6 mit der Dichtungsmanschette 8 eingesetzt ist. Durch das Einsatzrohr 6 strömt die Druckluft in den Blähraum 2 ein. Ein nicht dargestellter Druckluftschlauch wird über den Anschlusszapfen 7 des Einsatzrohres 6 mit dem Pumpenkörper verbunden. Durch die zweite Bohrung 9 im oberen Verschlusstück 3 führt abgedichtet und aussen mit der Dichtungsmanschette 11 versehen das Steigrohr 10, an dessen oberen Ende 12 ein Schlauch angeschraubt werden kann.
Das Steigrohr 10 führt durch den Blähraum 2 hindurch und abgedichtet durch die Bohrung 13 im unteren Verschlusstück 4 hindurch und kann unterhalb des Pumpenkörpers über die Kupplung 15 beliebig verlängert werden. Da sich der zylindrische Körper 1 beim Aufblähen etwas verkürzt, muss das Steigrohr 10 zumindest innerhalb des Blähraumes 2 flexibel ausgebildet sein, z. B. als ein flexibler Panzerschlauch oder aus zwei teleskopartig verbundenen Rohrstücken bestehend. Im unteren Verschlusstück 4 ist ausserdem das schematisch dargestellte Ventil 17 in der durchgehenden Bohrung 16 eingebaut. Das Ventil ist so konstruiert, dass es sich erst öffnet, wenn im Blähraum 2 der Pumpe ein vorbestimmter Luftdruck erreicht ist. Dann wird durch Zusammendrücken der Feder 18 das Ventil 17 geöffnet und die Druckluft strömt durch die Öffnung 19 aus.
Das Entwässern eines Bohrloches mittels der erfindungsgemässen Art erfolgt in der Weise, dass an den aus dem zylindrischen Hohlkörper 1 und den Verschlusstücken 3, 4 bestehenden Pumpenkörper, dessen Durchmesser etwas kleiner, z. B.
wenigstens 15 mm kleiner als der Bohrlochdurchmesser sein sollte, an das untere Kupplungsende 15 des Steigrohres 10 eine das Steigrohr verlängernde Steigleitung angekuppelt wird.
An dem oberen Verschlusstück werden an den Anschlusszapfen 7 ein Druckluftschlauch, der den Pumpenkörper mit einem Kompressor verbindet, und an das freie Ende 12 des Steigrohres 10 ein Wasserschlauch angeschlossen. An diesen beiden Schläuchen wird der Pumpenkörper in das Bohrloch eingelassen, bis das Ende der verlängerten Steigleitung das Bohrlochtiefste erreicht hat. Dann wird Druckluft, die einem Kompressor, z. B. von 6 atü, entnommen wird, über den Druckluftschlauch in den Blähraum 2 der Pumpe eingelassen. Das geschlossene Ventil 17 im unteren Verschlusstück 4 verhindert zunächst den Austritt der Druckluft, so dass sich das dehnbare Mittelteil 2 des Pumpenkörpers aufbläht, bis der Blähschlauch
1 fest an der Bohrlochwand anliegt und damit eine Abdichtung des unteren mit Wasser gefüllten Bohrlochteiles gegenüber dem oberen Bohrlochteil mit dem offenen Bohrlochmund bewirkt.
Wenn der Luftdruck im Blähraum z. B. 4 atü erreicht hat, öffnet sich das Ventil 17 im unteren Verschlusstück 4 und lässt die Druckluft, die weiter nachströmt, aus der Öffnung 19 austreten. Das Wasser im Bohrloch wird durch die Druckluft verdrängt und fliesst über die unten offene Steigleitung in das Steigrohr 10 und durch den Pumpenkörper hindurch und durch den Wasserschlauch an eine beliebig gewählte Stelle ausserhalb des Bohrloches ab. Wenn der Wasserabfluss auf hört und nur noch Druckluft ausströmt, wird die Druckluftzufuhr abgestellt. Das Ventil 17 im unteren Verschlusstück 4 schliesst sich automatisch. Der Hahn zum An- und Abstellen der Druckluftzufuhr muss so eingerichtet sein, dass gleichzeitig mit der Absperrung der Druckluftzufuhr eine Entlüftung des Druckluftschlauches und des aufgeblähten Pumpenkörpers stattfindet.
Das dehnbare Mittelteil des Pumpenkörpers schrumpft dadurch zusammen, und zwischen Pumpenkörper und Bohrlochwand kann das Wasser, das noch oberhalb des Pumpenkörpers steht, in den ausgepumpten unteren Bohrlochraum einfliessen. Es wird nun wieder Druckluft zugeführt und gleichzeitig die Entlüftungsdüse geschlossen. Der Entleerungsvorgang beginnt von neuem. Das Wasser unterhalb des Pumpenkörpers wird wieder verdrängt. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis sich kein Wasser mehr im Bohrloch befindet. Nun wird der Pumpenkörper an den oberen Schläuchen aus dem Bohrloch herausgezogen und in das nächste Bohrloch eingeführt.
Die Menge des in einem Pumpvorgang verdrängten Wassers hängt von der Länge der Steigleitung unterhalb der Abdichtung ab. Die Länge kann variabel sein und den jeweiligen Wasserständen in den Bohrlöchern angepasst werden. Der Pumpenkörper soll sich aber immer in Höhe des Wasserspiegels oder unterhalb des Wasserspiegels vor dem ersten Pumpvorgang befinden, da das Bohrloch unterhalb des Wasserspiegels mit grosser Wahrscheinlichkeit dicht ist und keine offenen Spalten hat.
Um das Nachfallen loser Steine aus dem Bereich des Bohrlochmundes in das Bohrloch und damit die Gefahr des Festklemmens des Pumpenkörpers zu vermeiden, sollte man den gefährdeten Bereich im oberen Teil des Bohrloches durch ein eingeführtes Kunststoffrohr schützen.
Die erfindungsgemässe Pumpe ist im Prinzip einfach und relativ billig herzustellen. Sie ist mit wenigen Handgriffen überall einsetzbar. Ausserdem arbeitet sie sehr schnell, da jeweils der Drucklufthahn nur geöffnet bzw. geschlossen zu werden braucht und das Wasser aus dem Bohrloch je nach gewählten Druckverhältnissen mit sehr hoher Geschwindigkeit austritt.
Pneumatic pump
The subject matter of the invention relates to a pneumatic pump, in particular for use in large boreholes for removing water.
When carrying out large borehole blasting in quarries, it is often necessary to remove the water that has accumulated in the boreholes in order to be able to accommodate larger quantities of explosives in the boreholes. This saves drilling costs. In particular, practical testing of blasting sludge has shown that the desired degree of filling of the borehole with explosives can be achieved when the water is removed from the boreholes.
Up to now it has been customary to blow the water out of the boreholes by inserting a compressed air hose into the depth of the borehole and spraying the water out of the borehole with compressed air. This method has the following disadvantages:
First, the service crew is often sprayed wet; this is very uncomfortable, especially in winter.
Second, loose stones are torn loose by the water shooting up the borehole wall and clog the borehole.
Thirdly, some of the water flows back into the borehole, as it z. T. has got stuck on the borehole wall and has often not been sufficiently carried away from the borehole mouth.
The borehole depths that occur usually vary between 15 m and 40 m. The most common drill hole diameters are between 75 mm and 105 mm. As a result of this relatively small borehole diameter on the one hand and relatively large borehole depths on the other hand, it is not possible to use normal pumps for draining the boreholes.
The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the known method for draining boreholes.
According to the invention, this is achieved through the use of a pneumatically operating pump, which is characterized in that an inflatable cylindrical hollow body made of elastic material is provided and is tightly closed at both ends by means of a fixed closure piece and with a flexible, axially extending and in Area of the closure pieces is equipped with a sealed riser pipe and a further through hole is provided in each of the closure pieces, with a valve controllable by the internal pressure of the inflatable hollow body being built into the bore of a closure piece.
Further details of the pump according to the invention and its mode of operation are explained in more detail using an embodiment shown in the drawing.
The pump consists in the middle part of the inflatable cylindrical hollow body 1 made of elastic material, for. B.
a hose. This inflatable tube 1 is at its open ends above and below by the likewise cylindrical locking pieces 3, 4, z. B. made of metal or other solid materials, tightly closed. The bore 5 into which the insert tube 6 with the sealing sleeve 8 is inserted leads through the upper closure piece 3. The compressed air flows through the insert tube 6 into the inflation space 2. A compressed air hose (not shown) is connected to the pump body via the connecting pin 7 of the insert tube 6. The riser pipe 10, to the upper end 12 of which a hose can be screwed, leads through the second bore 9 in the upper closure piece 3 in a sealed manner and provided with the sealing collar 11 on the outside.
The riser pipe 10 leads through the expansion space 2 and in a sealed manner through the bore 13 in the lower closure piece 4 and can be extended as desired below the pump body via the coupling 15. Since the cylindrical body 1 shortens somewhat when it is inflated, the riser pipe 10 must be flexible at least within the inflation space 2, e.g. B. as a flexible armored hose or consisting of two telescopically connected pieces of pipe. In addition, the schematically illustrated valve 17 is installed in the through bore 16 in the lower closure piece 4. The valve is designed in such a way that it only opens when a predetermined air pressure has been reached in the expansion chamber 2 of the pump. Then, by compressing the spring 18, the valve 17 is opened and the compressed air flows out through the opening 19.
The drainage of a borehole by means of the type according to the invention takes place in such a way that the pump body consisting of the cylindrical hollow body 1 and the closure pieces 3, 4, whose diameter is somewhat smaller, z. B.
should be at least 15 mm smaller than the borehole diameter, to the lower coupling end 15 of the riser pipe 10, a riser pipe extending the riser pipe is coupled.
A compressed air hose, which connects the pump body to a compressor, is connected to the connecting pin 7 on the upper closure piece, and a water hose is connected to the free end 12 of the riser pipe 10. The pump body is let into the borehole on these two hoses until the end of the extended riser has reached the deepest point of the borehole. Then compressed air is supplied to a compressor, e.g. B. of 6 atmospheres, is taken through the compressed air hose in the expansion chamber 2 of the pump. The closed valve 17 in the lower closure piece 4 initially prevents the compressed air from escaping, so that the expandable middle part 2 of the pump body inflates until the inflation hose
1 rests firmly against the borehole wall and thus seals the lower water-filled borehole part from the upper borehole part with the open borehole mouth.
If the air pressure in the expansion room z. B. has reached 4 atmospheric pressure, the valve 17 opens in the lower closure piece 4 and lets the compressed air, which continues to flow, exit from the opening 19. The water in the borehole is displaced by the compressed air and flows through the riser pipe, which is open at the bottom, into the riser pipe 10 and through the pump body and through the water hose to an arbitrarily selected point outside the borehole. When the water drains off and only compressed air flows out, the compressed air supply is switched off. The valve 17 in the lower closure piece 4 closes automatically. The tap for switching the compressed air supply on and off must be set up so that the compressed air hose and the inflated pump body are vented at the same time as the compressed air supply is shut off.
The expandable middle part of the pump body shrinks as a result, and between the pump body and the borehole wall, the water that is still above the pump body can flow into the pumped-out lower borehole space. Compressed air is now fed in again and the vent nozzle is closed at the same time. The emptying process begins again. The water below the pump body is displaced again. This process is repeated until there is no more water in the borehole. Now the pump body is pulled out of the borehole by the upper tubes and inserted into the next borehole.
The amount of water displaced in a pumping process depends on the length of the riser pipe below the seal. The length can be variable and adapted to the respective water levels in the boreholes. The pump body should always be at the level of the water level or below the water level before the first pumping process, since the borehole below the water level is very likely to be tight and has no open crevices.
In order to prevent loose stones falling from the area of the borehole mouth into the borehole and thus the risk of the pump body jamming, the endangered area in the upper part of the borehole should be protected by an inserted plastic pipe.
The pump according to the invention is in principle simple and relatively inexpensive to manufacture. It can be used anywhere in just a few simple steps. In addition, it works very quickly, since the compressed air tap only needs to be opened or closed and the water exits the borehole at a very high speed depending on the pressure conditions selected.