CH653406A5

CH653406A5 - Einrichtung zur herstellung zielgerichteter bohrungen.

Info

Publication number: CH653406A5
Application number: CH4481A
Authority: CH
Inventors: Heinz Wallussek; Martin Wiebe; Thomas Roeder
Original assignee: Bergwerksverband Gmbh
Priority date: 1980-01-05
Filing date: 1981-01-05
Publication date: 1985-12-31
Also published as: AU6586080A; ATA581A; AT373358B; GB2066878A; CA1154749A; SE441376B; BR8008612A; FR2473105A1; AU536279B2; GB2066878B; FR2473105B1; SE8008775L

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung zielgerichteter Bohrungen, insbesondere von Bohrlöchern im Steinkohlenbergbau, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Einrichtungen dienen dazu, Bohrungen möglichst dicht an das vorbestimmte Ziel heranzubringen. Solche Zielbohrungen sind für Aufschluss, Versorgungs- oder Rettungsbohrungen von besonderer Bedeutung.

Es ist bekannt, zur Stabilisierung des Bohrgestänge-stranges hinter der Bohrkrone eine starre Zielbohrstange anzuordnen. Diese Zielbohrstangen können nur den Bohrgestängestrang stabilisieren aber nicht das Verlaufen der Bohrung ausschliessen. Insbesondere ist es mit derartigen Zielbohrstangen nicht möglich, eine nach und nach aufgebaute Abweichung von der vorgegebenen Bohrrichtung im Laufe der Bohrarbeiten zu korrigieren. Besonders nachteilig ist,

dass die während der Bohrarbeiten aufgetretene Abweichung erst am Zielort genau feststellbar ist. Des weiteren ist versucht worden, mit Hilfe einer Pendelsteuerung mehr oder weniger automatisch wirkende Zielbohrstangen zum Einsatz zu bringen. Die relativ aufwendige Steuerung kann durch Einstellfehler oder Störungen im System zu Abweichungen führen, die ebenfalls erst am Zielort bzw. nach Abschluss der Bohrung festgestellt werden können. Ursache solcher Fehlbohrungen kann auch der vorhandene Trägheitsbereich im System der Pendelsteuerung sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, über die der Bohrlochverlauf sowohl kontrolliert wie auch korrigiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,

dass die Zielbohrstange einen inneren, drehbar gelagerten Teil und einen äusseren, feststehenden Teil aufweist, wobei am oder im äusseren feststehenden Teil elektrische Neigungsmesser und verstellbare, schwenkbar gelagerte Steuerleisten angeordnet sind.

Eine derart ausgerüstete Zielbohrstange erlaubt eine fortlaufende Kontrolle des Bohrlochverlaufes über die elektrischen Neigungsmesserund eine entsprechende Korrektur über die Steuerleisten, die je nach Abweichung aus dem äusseren feststehenden Teil herausgefahren werden können. Dabei ist es möglich, die von den elektrischen Neigungsmessern angezeigte Abweichung über im Bohrgestänge verlaufende Messkabel bis zum Steuerstand zu melden, wo eine Auswertung erfolgt, und von wo entsprechende Gegenmass-nahmen eingeleitet werden bzw. die entsprechenden Steuerleisten beaufschlagt werden. Die Kontrolle und Steuerung erfolgt abschnittsweise zweckmässigerweise in den Bohrpausen, weil in diesen Zeiträumen Erschütterungen und sonstige Fehlerquellen ausgeschaltet sind, jedoch ist das Messen und Steuern auch während des Bohrens durchführbar.

Einem Verlaufen der Bohrung wird in zweckmässiger Weise mit Hilfe einer derart ausgerüsteten Zielbohrstange entgegengewirkt, bei der die Steuerleisten am Kopf der Zielbohrstange gelagert und über im oberen Teil der Zielbohrstange angeordnete, hydraulisch beaufschlagbare Zylinder ausschwenkbar sind. Auf diese Weise können mit kleinsten Zylinderbewegungen die notwendigen Korrekturen durchgeführt werden und zwar in dem die Steuerleisten so ausgefahren werden, wie bei einem Schirm die Schirmstangen. Gleichzeitig gewährt eine derartige Verlagerung und Anordnung der Steuerleisten einen weitgehenden Schutz der für die Steuerung benötigten Teile.

Nach einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass den Neigungsmessern Magnetventile zugeordnet sind, die die Versorgung der Zylinder regeln. Dabei sind die Magnetventile so eingestellt, dass sie die aussen angeordneten Steuerleisten analog zu den Neigungsmesserdaten beaufschlagen.

Zur Kontrolle und zur Vermeidung von Fehlmessungen ist

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

es zweckmässig, die Neigungsmesser kreuzweise anzuordnen. Fehlmessungen können so vom Steuerstand aus leicht ermittelt und durch korrigierendes Eingreifen ausgeschaltet werden.

Der erforderliche Betriebsdruck für die hydraulische Steuerung wird zweckmässig in der Zielbohrstange selbst erzeugt. Hierzu ist erfindungsgemäss auf dem drehbar gelagerten Teil der Zielbohrstange ein Exzenter angeordnet, über den der notwendige Betriebsdruck erzeugt werden kann, wobei über zwischen Druckerzeuger und Zylinder geschaltete druckbegrenzte Hydrospeicher das Betätigen der Zylinder auch während der Bohrpausen möglich ist.

Zur Vermeidung eines innerhalb des Bohrgestänges geführten Versorgungskabels und zur Erzeugung einer ausreichenden Versorgungsspannung innerhalb der Zielbohrstange selbst ist nach einer weiteren zweckmässigen Ausbildung vorgesehen, dass auf der Welle eines mit dem äusseren feststehenden Teil der Zielbohrstange verbundenen Generators ein Zahnrad befestigt ist, das in einem zweiten auf dem drehbar gelagerten Teil befestigten Zahnrad kämmt. Hierbei ist insbesondere dann eine einwandfreie Übertragung der Drehenergie möglich, wenn das zweite Zahnrad auf das die drehende Bohrwelle darstellende drehbar gelagerte Teil der Zielbohrstange aufgeschrumpft ist. Zweckmässig ist es dabei, um überstehende Teile zu verhindern, den Generator innerhalb des feststehenden Teils der Zielbohrstange anzuordnen.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Innenwand des äusseren feststehenden Teils der Zielbohrstange als Stator und die Oberfläche des drehbar gelagerten Teils als Rotor ausgebildet sind. Dabei weist der Stator vorzugsweise eine fest mit dem feststehenden Teil verbundene Rohrhülse auf, während der Rotor Permanentmagnete enthält, die mit dem drehbar gelagerten Teil kraftschlüssig verbunden sind. Eine derartige Einrichtung ist sehr kleinbauend und daher besonders für die erfindungsgemäss vorgesehenen Einsatzfälle geeignet.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Fehllaufen einer Bohrung durch die beliebig oft zu wiederholenden Kontrollmassnahmen leicht ermittelt und durch entsprechende Korrekturmassnahmen ausgeschaltet werden kann. Dadurch werden die mit dem Fehllaufen einer Bohrung verbundenen, oft erheblichen zusätzlichen Kosten und Bohrzeiten vermieden.

Der technische Fortschritt der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass mit einer derartigen Zielbohrstange eine automatische Korrektur bei eintretenden Abweichungen von der vorgegebenen Bohrrichtung bei gleichzeitiger Kontrolle der Bohrverlaufes vom Bohrstand aus möglich ist. Der technische Fortschritt ist weiter insbesondere darin zu sehen, dass die in der Bohrstange angeordneten Mess- und Regelorgane ohne zusätzliche Energiezufuhr betrieben werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Zielbohrstange, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Zielbohrstange mit Kontroll- und Korrektureinrichtung im Schnitt, und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Einrichtung gemäss Fig. 2.

Wie aus der weitgehend schematisierten Darstellung nach Fig. 1 zu ersehen ist, besteht die Zielbohrstange 1, die in den

653406

Bohrgestängestrang eingesetzt ist, im wesentlichen aus dem inneren drehbar gelagerten Teil 3 und dem äusseren feststehenden Teil 4. Mittig durch die Zielbohrstange 1 führt der Spülkanal 22, über den die nicht dargestellte Bohrkrone mit Spülflüssigkeit versorgt wird.

Am Kopf 2 der Zielbohrstange 1 sind die Steuerleisten 9 über Halterungen 8 mit dem feststehenden Teil 4 der Zielbohrstange 1 verbunden. Diese Steuerleisten 9 sind über die im oberen Teil 6 der Zielbohrstange 1 angeordneten Zylinder 10,11 beaufschlagbar, so dass sie bei entsprechender Beaufschlagung sich im unteren Teil 7 der Zielbohrstange 1 vom feststehenden Teil 4 entfernen. Über die Wegbegrenzer 12 wird ihre Bewegung vereinheitlicht, wobei über die den Wegbegrenzern 12 zugeordneten Federn 13 gleichzeitig dafür Sorge getragen ist, dass die Steuerleisten 9 in ihre Ausgangslage zurückbewegt werden, wenn die Zylinder drucklos geschaltet sind.

Die Regelung der Zylinder 10,11 erfolgt über die Magnetventile 16,17, die ihrerseits über die Neigungsmesser 14 gesteuert sind. Die Neigungsmesser 14 ihrerseits sind so geschaltet, dass die von ihnen ermittelten Abweichungen gleichzeitig über das Messkabel oder ein anderes Verfahren zum Steuerstand gemeldet werden.

Der erforderliche Betriebsdruck für die hydraulische Steuerung wird durch den drehenden Teil der Zielbohrstange 1 bzw. durch den zugeordneten Exzenter 23 erzeugt. Die eingebauten druckbegrenzten Hydrospeicher 20 ermöglichen das Betätigen der Zylinder 10,11 in den Bohrpausen, wobei die benötigte Flüssigkeit über den Druckerzeuger 19 dem Tank 18 entnommen wird.

Die Stromversorgung für die elektrischen Neigungsmesser 14 und die Magnetventile 16,17 erfolgt im dargestellten Beispiel über das gleichzeitig als Mess- und Steuerkabel 15 benutzte Kabel oder nach einem anderen Verfahren.

Es ist auch möglich, die Neigungsmesser mit den jeweiligen Steuerzylindern direkt zu koppeln. Dabei kann aber ohne zusätzlichen Aufwand die Sichtkontrolle vom Bohrstand aus nicht durchgeführt werden.

Fig. 2 zeigt eine weitere Möglichkeit, die elektrischen Neigungsmesser 14 und die Magnetventile 16,17 mit der notwendigen Versorgungsspannung zu beaufschlagen. Hierzu ist der Generator 25 bestimmt, der bei der Darstellung gemäss Fig. 2 der Einfachheit halber auf das äussere feststehende Teil 4 aufgesetzt ist. Auf die Welle 26 ist ein Zahnrad 27 aufgesetzt, das in einem zweiten Zahnrad 28 kämmt. Dieses Zahnrad 28 ist auf das die Bohrwelle darstellende innere drehbar gelagerte Teil 3 beispielsweise aufgeschrumpft. Es ist des weiteren denkbar, dass dieses Zahnrad in der Bohrwelle, d.h. also im inneren drehbar gelagerten Teil 3, ausgebildet ist, so dass die Bohrwelle selbst nicht durch zusätzliche Kräfte beansprucht wird. Am Gehäuse des Generators 25 sind die Klemmen 29 vorgesehen, an denen die Versorgungsspannung für die Verbraucher, d.h. für den elektrischen Neigungsmesser 14 und die Magnetventile 16,17, abgenommen wird.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist die Zielbohrstange 1 so ausgebildet, dass praktisch keinerlei vorstehende Teile vorhanden sind. Der Stator 30 weist dabei eine Rohrhülse auf, die fest mit dem feststehenden Teil 4 der Zielbohrstange verbunden ist. Der notwendige Rotor 31 wird von Permamentmagneten gebildet, die mit der Bohrwelle, d.h. mit dem inneren, drehbar gelagerten Teil 3 der Zielbohrstange 1, kraftschlüssig verbunden sind. Die für die Verbraucher benötigte Versorgungsspannung wird hier an den Klemmen 32 abgenommen.

3

s

10

IS

20

25

30

35

40

45

50

55

60

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

653406 PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Herstellung zielgerichteter Bohrungen, insbesondere von Bohrlöchern im Steinkohlenbergbau, die eine im Bohrgestängestrang hinter der Bohrkrone angeordnete Zielbohrstange aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielbohrstange (1) einen inneren, drehbar gelagerten Teil (3) und einen äusseren, feststehenden Teil (4) aufweist, wobei am oder im äusseren feststehenden Teil elektrische Neigungsmesser (14) und verstellbare, schwenkbar gelagerte Steuerleisten (9) angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleisten (9) am Kopf (2) der Zielbohrstange (1) gelagert und über im der Bohrkrone nachgeschalteten Teil (6) der Zielbohrstange angeordnete hydraulisch beaufschlagbare Zylinder (10,11) ausschwenkbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Neigungsmessern (14) Magnetventile (16,17) zugeordnet sind, die die Versorgung der Zylinder (10,11) regeln.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungsmesser (14) kreuzweise angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem drehbar gelagerten Teil (3) der Zielbohrstange (1) ein Exzenter angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im äusseren feststehenden Teil (4) der Zielbohrstange (1) ein Generator angeordnet ist, der über das drehbar gelagerte Teil (3) antreibbar ist und in der Zielbohrstange untergebrachte Batterien versorgt.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Übertragung der von den Neigungsmessern (14) ermittelten Werte zu einem am Bohrlochmund angeordneten Steuerstand vorgesehen sind oder ein kombiniertes Mess-Steuerkabel (15) zwischen der Zielbohrstange (l)und dem Steuerstand verlegt ist, wobei zur Steuerung der Zylinder (10,11) elektrisch schaltbare Magnetventile (16,17) und zur Energieversorgung der Einrichtung ein durch das Innenrohr (3) antreibbarer Generator sowie ein von einem auf dem Innenrohr (3) angeordneten Exzenter (23) antreibbarer Druckerzeuger (19) und ein bei stillstehendem Innenrohr (3) den notwendigen Druck liefernder Hydrospeicher (20) vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass druckbegrenzte Hydrospeicher (20) zwischen Druckerzeuger (19) und Zylinder (10,11) geschaltet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (26) eines mit dem äusseren feststehenden Teil (4) der Zielbohrstange (1) verbundenen Generators (25) ein Zahnrad (27) befestigt ist, das in einem zweiten auf dem drehbar gelagerten Teil (3) befestigten Zahnrad (28) kämmt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnrad (28) auf das die drehende Bohrwelle darstellende drehbar gelagerte Teil (3) der Zielbohrstange (1) aufgeschrumpft ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (25) innerhalb des feststehenden Teils (4) der Zielbohrstange (1) angeordnet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des äusseren feststehenden Teils (4) der Zielbohrstange (1) als Stator (30) und die Oberfläche des drehbar gelagerten Teils (3) als Rotor (31) eines Generators ausgebildet sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (30) eine fest mit dem feststehenden Teil (4) verbundene Rohrhülse aufweist und der Rotor (31) Permanentmagnete enthält, die mit dem drehbar gelagerten Teil (3) kraftschlüssig verbunden sind.