DD221221A1 - METHOD AND DEVICE FOR OBTAINING SOIL SAMPLES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Bodenproben (Kernen) aus im wesentlichen nicht-bindigen, wasserfuehrenden Erdschichten. Die Erfindung ermoeglicht mit relativ einfachen Mitteln die Gewinnung von Bodenproben in Form von Bohrkernen unter Anwendung des wirtschaftlich guenstigen Bohrens mittels Endloshohlschnecken. Das Wesen der Erfindung besteht in einem zweistufigen Bohrverfahren, wobei zur Kerngewinnung mit hohem Andruck, hohem Drehmoment und einer Drehzahl von 20 min 1 und zur Foerderung des auf den Wendeln der Endloshohlschnecke befindlichen verdichteten Erdstoffe mit Drehzahlen 60 min 1 gearbeitet wird. Zur Durchfuehrung des Verfahrens ist ein Kernrohr 1 unter Zwischenschaltung eines Seilwirbels 3 an einem Seil 4 aufgehaengt und auf einer Huelse 8 vorzugsweise am PTFE, deren Laenge 14 der Laenge des Kernrohres 1 entspricht, ein nicht verschlossener Folienschlauch 7 aufgezogen, der in Einbaustellung etwa 13 seiner Laenge ueber der freien Kante der Huelse abgezogen ist. Fig. 1The invention relates to the recovery of soil samples (cores) from substantially non-cohesive, aquiferous soil layers. The invention makes it possible, with relatively simple means, to obtain soil samples in the form of cores using economically favorable drilling by means of endless hollow screws. The essence of the invention consists in a two-stage drilling process, wherein for core production with high pressure, high torque and a speed of 20 min 1 and to promote the located on the helices of the endless hollow screw compacted earth with speeds of 60 min 1 is working. To carry out the process, a core tube 1 is suspended with the interposition of a rope vortex 3 on a cable 4 and mounted on a Hülse 8 preferably on PTFE whose length corresponds to the length of the core tube 1 14, a non-closed film tube 7, the mounted position about 13 of his Length over the free edge of Huelse is deducted. Fig. 1
Description
Hierzu 2 Seiten Zeichnungen \ : 'For this 2 pages drawings \ : '
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Bodenproben aus im wesentlichen nichtbindigen, wasserführenden Erdschichten. . ' . : :The invention relates to a method and apparatus for obtaining soil samples from substantially non-binding, aquiferous soil layers. , '. ::
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
für die Bodenuntersuchung und die Gewinnung von Bohrkernen werden Hohlschneckenbohrverfahren bereits mit Erfolg eingesetzt. Um möglichstt ungestörte Bodenproben als Kerne zu erhalten, werden Endloshohlschnecken mit einem innenliegenden Kernentnahmerohr eingesetzt, bei denen sich das Kernentnahmerohr nicht mitdreht.Hollow screw boring processes have already been used successfully for soil analysis and the production of cores. In order to obtain as undisturbed soil samples as cores, endless hollow screws are used with an inner core extraction tube, in which the core extraction tube does not rotate.
Das Kernentnahmerohr ist vorteilhafterweise mit einem flexiblen, mindestens an einem Ende geschlossenen Aufnahmeschlauch ausgerüstet, in dem sich der Bohrkern während des Bohrprozesses hineinschiebt—DE-AS1634543; DE-AS 2617551; DD-PS141069. ; ". ' v... ' ; :. ' -. .; ; · ' .''..W"'' \ ' ' / The core removal tube is advantageously equipped with a flexible receiving tube closed at least at one end, in which the drill core slides during the drilling process - DE-AS1634543; DE-AS 2617551; DD-PS141069. ; '.' v ... ';:'-..;;''.'' .. W "'' \ '' /
Mit Hilfe des Hohlschneckenbohrverfahrens mit innenliegendem Kernentnahmerohr können ungestörte Bohrkerne von 0,8 bis 1,0 m Länge gewonnen werden, wobei zur Durchführung des Verfahrens in Abhängigkeit von den physikalisch-mechanischen Gesteinseigenschaften, der Bohrteufe, der Antriebsleistung und anderer Faktoren mit Drehzahlen zwischen 100-200min ' gearbeitet wird.Undrilled core cores of 0.8 to 1.0 m in length can be obtained by means of the internal core extraction tube, whereby the process is performed depending on the physical-mechanical rock properties, the drill depth, the drive power and other factors with speeds between 100 and 100 mm. 200min 'is worked.
B. M. Rebrik weist in seiner Veröffentlichung daraufhin, daß das Schneckenbohren mit Kerngewinnung ein spezielles Schnecken-Kernrohr erfordert, und die Drehgeschwindigkeit 60-250 min"1 betragen muß.BM Rebrik indicates in its publication that core mining auger drilling requires a special auger core tube and that the rotational speed must be 60-250 min -1 .
Hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen werden in einem Firmenprospekt der Fa. Acker Drill Company, Inc. für das Schneckenbohren mit Endlosschnecken ohne Kerngewinnung sowie für Hohlbohrschnecken gefordert. In Abhängigkeit vom Gestein und vom Bohrlochdurchmesser werden Drehgeschwindigkeiten von 50-225min~1 vorgeschlagen.High torques at low speeds are required in a company brochure from the Acker Drill Company, Inc. for auger drilling with non-core continuous screws and for hollow augers. Depending on the rock and the borehole diameter, rotational speeds of 50-225min ~ 1 are suggested.
In der Schriftenreihe Bohrtechnik-Bohrverfahren (Schneckenbohren/Schlagbohren) des VEB Geologische Forschung und Erkundung Halle; Betriebssektion der KDT wird neben den Drehzahlen von 100-200 min"1 für weiches Gestein darauf verwiesen, daß beim Schneckenbohren Drehzahlen von 400-600 min"1 erforderlich sind, um in stark wasserführenden Sanden eine Austragung des Bohrgutes zu erreichen. An Hand von Untersuchungen wurde ferner festgestellt, daß es beim Bohren mit Endloshohlschnecken eine bestimmte kritische Drehzahl gibt, bei der erst eine Förderung des Erdstoffes eintritt. Diese kritische Drehzahl ist entscheidend für die Bestimmung der Drehzahlen an Bohrgeräten und sicherlich die Ursache dafür, daß international beim Schnecken-und Hohlschneckenbohren mit hohen Drehzahlen gearbeitet wird.In the series of publications Bohrtechnik-Bohrverfahren (auger drilling / impact drilling) of the VEB Geological Research and Exploration Hall; Operation section of the KDT is in addition to the speeds of 100-200 min " 1 for soft rock pointed out that in auger drilling speeds of 400-600 min" 1 are required to reach in heavily aquiferous sands a discharge of the cuttings. On the basis of investigations, it has also been found that, when drilling with endless hollow screws, there is a certain critical speed at which only a delivery of the soil occurs. This critical speed is crucial for determining the rotational speeds of drilling rigs and certainly the cause of the fact that internationally at worm and hollow screw drilling at high speeds is used.
Mit den bisher bekannten, vorstehend angeführten Hohlschneckenausrüstungen und den in der einschlägigen Fächliteratur angegebenen Hinweisen zur Verfahrensdurchführung können nur in trockenen Erdschichten ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden. In wasserführenden Erdschichten ist die Anwendung dieser Technologie zwar möglich, jedoch erfolgt nur eine mangelhafte Kerngewinnung. Das Erbohren von Bohrkernen mittels Hohlbohrschnecken aus wasserführenden Erdschichten scheiterte bisher daran, daß durch den Erdstoffeintrieb sowie herausfallendes Bohrgut das Kernrohrsystem nicht zu arretieren ist und der Bohrprozeß mit Kerngewinnung nicht fortgesetzt werden kann.With the hitherto known, above-mentioned hollow screw equipment and the instructions given in the relevant literature references for carrying out the method excellent results can be achieved only in dry soil layers. In aquiferous soil layers, the application of this technology is indeed possible, but there is only a poor nuclear production. The drilling of cores by means of hollow augers from water-bearing earth layers previously failed because of the Erdstoffeintrieb and falling cuttings the core tube system is not to lock and the drilling process can not be continued with nuclear production.
Das Weiterbohren mit einem Hohlschneckenwerkzeug in diesen Schichten ist zwar möglich, jedoch muß der im Kronensegment befindliche Erdstoff durch Ventilbohrer gewonnen werden. Mit Hilfe eines Ventilbohrers können wiederum nur ver- und entmischte Bohrproben gewonnen werden.Although it is possible to continue drilling with a hollow worm tool in these layers, the material in the crown segment must be obtained by valve boring. With the help of a valve drill again only mixed and segregated drill samples can be obtained.
Zum überwiegenden Teil werden in wasserführenden Sand- und Kiesschichten Bohrungen mittels Verrohrung und Ventilbohrer niedergebracht. Eine Kerngewinnung ist in keinem Fall möglich. Geringmächtige Zwischenschichten werden überbohrt, und es kommt häufig zur Fehlinterpretation. .For the most part, boreholes are drilled by piping and valve drills in water-bearing sand and gravel layers. A nuclear extraction is not possible in any case. Minor interlayers are over-drilled and misinterpretation is common. ,
Ziel der ErfindungObject of the invention
Durch die Erfindung werden die aufgezeigten Mangel beseitigt und eine äußerst wirtschaftliche Lösung vorgeschlagen, mit deren Hilfe auch aus wasserführenden, nichtbindigen Erdschichten eine nicht entmischte Kernprobe gewonnen und geringmächtige Zwischenschichten quantitativ und qualitativ nachgewiesen werden können.By the invention, the identified deficiencies are eliminated and proposed an extremely economical solution, with the help of non-entrained water-bearing soil layers won a non-segregated core sample and low-power intermediate layers can be detected quantitatively and qualitatively.
Darlegung des Wesens der Erfindung .Explanation of the essence of the invention.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Anwendung eines Hohlschneckenbohrwerkzeuaes mit SeilkerneinririhtiinnThe invention is based on the object, using a Hohlschneckenbohrwerkzeuaes with Seilkerneinririhtiinn
-3- 256 718 3-3- 256 718 3
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß nach Einbau der Seilkerneinrichtung in die Endloshohlschnecke durch mehrmaliges, kurzzeitiges Anziehen und Fallenlassen der Seilkerneinrichtung diese mit der Endloshohlschnecke verklinkt wird und in einem zweistufigen Bohrregime gearbeitet wird, wobei in der ersten Stufe das Bohren der Bohrmarschlänge mit Kerngewinnung unter hohem Andruck, einem hohen Drehmoment und einer Drehzahl von <20min~1 erfolgt und in der zweiten Stufe der auf den Wendeln der Hohlbohrschnecke befindliche, stark verdichtste Erdstoff mit Drehzahlen > 60 min"1 gefördert wird und während des Ziehvorganges der Seilkerneinrichtung mit dem erbohrten Kern zum Zwecke des .Druckausgleiches zusätzliches Wasser zugeführt wird. :According to the invention, this object is achieved in that after installation of the cable core device in the endless hollow screw by repeated, short-term tightening and dropping the rope core device it is latched to the endless hollow screw and worked in a two-stage drilling regime, in the first stage drilling the Bohrmarschlänge with nuclear production under high pressure, a high torque and a rotational speed of <20min ~ 1 is carried out and in the second stage of the spirals of the Hohlbohrschnecke located, highly compacted material with speeds> 60 min " 1 is promoted and during the drawing process of the cable core device with the drilled core additional water is supplied for the purpose of pressure equalization.
Zur Durchführung des Verfahrens ist oberhalb der Fangeinrichtung ein Seilwirbel angeordnet. In der Kerneinrichtung bzw. dem Kernrohr ist auf einer, vorteilhafter Weise mit PTFE beschichteten Hülse ein offener Hüllschlauch zur Aufnahme der Bodenprobe aufgezogen, wobei annähernd 1/3 der Länge des Hüllschlauches über der freien Oberkante der Hülse abgezogenFor carrying out the method, a cable vortex is arranged above the catching device. In the core unit or the core tube, an open casing tube is mounted for receiving the soil sample on one, advantageously coated with PTFE sleeve, wherein approximately 1/3 of the length of the Hüllschlauches over the free upper edge of the sleeve deducted
ist. · ·'. .- ".'. . ' ' '. ' .''' .. . . ". : ", ''I-.' / .·, is. · · '. .- ".. '.''''.''''' ... : ", '' I-. ' /. ·,
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung entspricht die Länge der beschichteten Hülse annähernd 1A der Länge des Kernrohres. . / : ":; ·,,... -. ,' - ' . ' ' . ' . ·;Μ· 1''-^v , '/ ; According to a further feature of the invention, the length of the coated sleeve corresponds approximately to 1 A of the length of the core tube. , / : ":; · ,, ... -., '-'. ''. '. · ; Μ · 1''- ^ v,' / ;
Ausführungebeispiel 'Execution Example '
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, (n den dazugehörigen Zeichnungen zeigen: · ' '.. ' · . . . . . ' . V ' ' ' · . ' V1'/.·.·.;1.'. ;. · , The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment, (n show the accompanying drawings: · '' .. '·''·' V 1 '/.·.· .; 1.....' V. '. ,
Fig. 1: die erfindungsgemäße Seilkerneinrichtung in der Phase des Setzvorganges und Fig.2: das Ziehen der erbohrten Bohrprobe.Fig. 1: the cable core device according to the invention in the phase of the setting process and Figure 2: the drawing of the drilled drill sample.
Das Kernrohr 1 wird über das Arretierteil 2 und den Seilwirbel 3 mit Hilfe des Seiles 4 in den Innenraum des Kronensegmentes der Endloshohlschnecke 13 mit Schneckenwendeln 14 so weit eingeführt, bis die Schneide 5 auf dem Erdstoff 6 aufsitzt. Während des Einlassens kann das Wasser durch den offenen Folienschlauch 7, der auf der Hülse 8 bis auf annähernd Va seiner Länge aufgezogen ist, hindurchströmen, ohne den Schlauch abzuziehen. Das bedeutet gleichzeitig, daß der Folienschlauch mit einer ausreichenden Haftung auf die Hülse 8 aufgezogen werden muß. Um das Kernrohrsystem auf dem Stützring 9 abzusetzen, wird über das Seil eine Auf- und Abbewegung ausgeführt, die dazu führt, daß der Erdstoff in das Kernrohr eindringt und das Arretierteil 2 am Stützring 9 aufsetzt. Während des nun beginnenden Bohrprozesses verkeilen sich die Sperrklinken 10 in die Nut 11, so daß das ganze System durch das Kronensegment mitgenommen wird und der Bohrkern 6 durch die Krone, die Schneide 5 und die Hülse 8 in den oben offenen Folienschlauch 7 gelangt. Dabei gleitet der Kern 6 solange am Folienschlauch 7 entlang, bis die Reibung zwischen Erdstoff und Folie größer ist als die Reibung zwischen Folienschlauch 7 und der mit PTFE beschichteten Hülse 8. Dieser Zustand wird innerhalb der abgezogenen Länge des Folienschlauches erreicht, die ja über der freien Oberkante der Hülse 8 hinausragt. Danach zieht der Kern automatisch die Folie bis zum Ende des Bohrprozesses ab. Die Drehzahlen müssen während dieser Bohrstufe <20min"1 sein. /.The core tube 1 is so far introduced via the locking part 2 and the rope vertebrae 3 with the help of the rope 4 in the interior of the crown segment of the endless hollow screw 13 with screw flights 14 until the blade 5 is seated on the ground 6. During the inlet, the water can flow through the open film tube 7, which is mounted on the sleeve 8 to approximately Va its length, without removing the tube. This means at the same time that the film tube must be mounted with sufficient adhesion to the sleeve 8. In order to deposit the core tube system on the support ring 9, an up and down movement is performed on the rope, which causes the soil penetrates into the core tube and the locking part 2 touches the support ring 9. During the now beginning drilling process, the pawls 10 wedged into the groove 11, so that the whole system is taken through the crown segment and the core 6 passes through the crown, the cutting edge 5 and the sleeve 8 in the open top film tube 7. In this case, the core 6 slides along the film tube 7 until the friction between the material and the film is greater than the friction between the film tube 7 and the PTFE-coated sleeve 8. This state is achieved within the deducted length of the film tube, which is above the free Top edge of the sleeve 8 protrudes. After that, the core automatically pulls the film off until the end of the drilling process. The speeds must be <20min " 1 during this drilling step.
Nach Beendigung des Bohrprozesses wird das Seil 4 angezogen, die Sperrklinken 10 rutschen in die alte Lage, der Ventilteller 12 gleitet bis an den Kernrohrkopf und dichtet das Kernrohr ab.After completion of the drilling process, the cable 4 is tightened, the pawls 10 slip into the old position, the valve plate 12 slides up to the core tube head and seals the core tube.
Handelt es sich bei dem Bohrgut um nichtbindigen Erdstoff, so fällt der in der Hülse 8 befindliche Teil heraus und der Folienschlauch sackt etwas nach unten, wobei sich am freien Rand der Hülse 8 eine Einschnürung des Folienschlauches 7 bildet, die ein Weiteres Herausfallen des Erdstoffes verhindert. 'If the cuttings are nonbinding soils, the part located in the sleeve 8 falls out and the foil tube sags somewhat, forming a constriction of the film tube 7 at the free edge of the sleeve 8, which prevents the earth from falling out further , '
Besteht das Bohrgut in der Hülse 8 aus bindigem Erdstoff, ist kein Herausfallen möglich. -Is the cuttings in the sleeve 8 made of cohesive soil, no falling out is possible. -
Um in jedem Fall ein Hindurchströmen des Erdstoffes durch den Folienschlauch 7 in das Kernrohr zu vermeiden, ist es vorteilhaft, im offenen Ende des Folienschlauches 7 ebenfalls eine Kunststoffhülse einzusetzen. Diese zusätzliche Hülse unterstützt gleichzeitig das Abziehen des gerafften Folienschlauches 7 von der Hülse 8 beim Eintreten des Erdstoffes in den Schlauch 7. Die Kerngewinnung kann ebenfalls dadurch verbessert werden, wenn um den, auf der Hülse 8 gerefft aufgezogenen Folienschlauch Ringfedern in Abständen von ca. 5cm angebracht sind. Diese Ringfedern werden bei Eintritt des Erdstoffes zusammen mit dem Folienschlauch 7 von der Hülse 8 abgezogen und schnürenden Folienschlauch 7 in regelmäßigen Abständen ein. Hierdurch kann dem Herausrutschen des Erdstoffes bei Ziehen des Kernrohres vorteilhaft entgegengewirkt werden.In order to avoid in each case a passage of the earth through the film tube 7 into the core tube, it is advantageous to also insert a plastic sleeve in the open end of the film tube 7. This additional sleeve simultaneously supports the removal of the shirred film tube 7 of the sleeve 8 upon entry of the soil in the tube 7. The core production can also be improved if around the, reefed on the sleeve 8 film tube ring springs at intervals of about 5cm are attached. These ring springs are deducted when entering the soil together with the film tube 7 of the sleeve 8 and lacing film tube 7 at regular intervals. As a result, the slipping out of the soil when pulling the core tube can be advantageously counteracted.
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