DE1014494B - Vorrichtung fuer das Langloch- oder Tiefbohren mit Verlaengerungsstangen in Gebirgsschichten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das Langloch- oder Tiefbohren mit Verlängerungsstangen. Derartige Bergbohrungen in Gebirgsschichten werden vorzugsweise mit Hilfe einer Hammerbohrmaschine - in solche Tiefen geführt, daß die Bohrstange im Laufe des Bohrvorganges verlängert werden muß.

Es ist bekannt, beim Langloch- oder Tiefbohren mit Spülkanälen versehene Bohrstangen aus Stahl zu verwenden, an deren Enden Gewinde vorgesehen sind und die mit Hilfe von innen mit Gewinde versehenen Muffen derart gekuppelt werden, daß die Stangenenden hart gegeneinandergedrückt gehalten werden.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß Energieverluste und eine entsprechende lokale Ermüdung des Stahles entstehen, wenn die beim Bohrvorgang hervorgerufenen Druckwellen sich durch solche bekannten Verbindungen hindurch fortpflanzen. Dadurch wird nicht nur der Wirkungsgrad der Kraftübertragung von der Bohrmaschine zur Bohrkrone vermindert, sondern Stangenbrüche mit daraus folgender Betriebsunterbrechung und gegebenenfalls Verlust von im Bohrloch sitzengebliebenem Bohrmaterial verursacht. Die Energieverluste werden nicht oder nur zu einem sehr geringen Teil durch die Diskontinuität der Bohrstangen herbeigeführt, sondern vielmehr die durch Gewinde und Muffen bedingten Querschnittsveränderungen der Stangenrei'he, welche Störungen der Wellenfront verursachen. Ein anderer Nachteil der bekannten Anordnung ist, daß das Wegspülen des Bohrmehls bei größeren Lochtiefen Schwierigkeiten bereitet, insbesondere falls Wasserspülung angewendet wird.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden die genannten Nachteile beim Langloch- oder Tiefbohren ganz oder teilweise ausgeschaltet.

Es läßt sich mathematisch nachweisen und ist experimentell bestätigt worden, daß die Ausbildung einer Bohrstangenverbindung für die Fortpflanzung der Druckwelle am günstigsten ist, wenn die beiden Stangenenden ohne andere Bearbeitung als Abflachung und eine leichte Abschrägung der Kanten gegeneinander anliegen, wenn also keine Querschnittsveränderung der Bohrstangen außer der von der Abschrägung bedingten vorhanden ist. Bei abwärts gerichteter Bohrung werden die Stangenenden durch die Schwerkraft und gegebenenfalls durch den Spüldruck, bei horizontaler oder aufwärts gerichteter Bohrung durch den Spüldruck gegeneinandergedrückt gehalten. Erfindungsgemäß werden sämtliche Verlängerungsstangen in der genannten Weise hergestellt.

Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsstangen keine Gewinde oder andere Kupplungsvorrichtungen besitzen, sondern lose aufeinander in einer Rohrkolonne angebracht sind, die aus durch mit Gewinde versehenen Vorrichtung für das Langlochoder Tiefbohren mit Verlängerungsstangen in Gebirgsschichten

Anmelder:

Fagersta Bruks Aktiebolag,
Fagersta (Schweden)

Vertreter: DipL-Ing. W. Paap, Patentanwalt,
München 22, Mariannenplatz 4

Hans Allan Abraham Alexander Langlet,

Solna (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

Muffen oder auf andere Weise kuppelbaren Rohren besteht und die Rohre derart bemessen und ausgebildet sind, daß sie die Verlängerungsstangenreihe seitlich führen, wobei die Stangenreihe oben und unten mit Mitteln zur Übertragung der Rotationsbewegung von dem Bohrhammer oder von einer besonderen Vorrichtung zum Rotieren der Bohrkrone auf die Bohrkrone sowie zum Festhalten der letzteren beim Herausziehen aus dem Bohrloch versehen ist.

Erfindungsgemäß können die am oberen und unteren Ende der Rohrkolonne befindlichen Mittel zur Übertragung der Rotationsbewegung auf die Bohrkrone und zum Festhalten der Bohrkrone derart ausgebildet sein, daß sie durch ein dämpfendes Material oder auf andere Weise von den Bohrstangen und von den sich in diesen fortpflanzenden Druck- und Dehnungswellen isoliert werden.

Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Bohrstangen und der Rohre derart gewählt sind, daß zwischen der Stangenreihe und den Innenwänden der Rohrkolonne ein Raum entsteht, der als Spülkanal ausgenutzt werden kann, wobei die Rohrkolonne am oberen Ende durch Abdichtung gegen die Bohrstange luft- bzw. wasserdicht gemacht ist.

Erfindungsgemäß ist eine Rohrkolonne erforderlich,, die beispielsweise aus Rohrlängen, deren Länge gleich der Länge der Verlängerungsstangen ist, besteht und mit solchem Innendurchmesser oder mit solchen Führungen versehen ist, daß sich die Stangenenden nicht seitlich bewegen können. Die Rohrlängen sind mit Hilfe von Muffen oder auf andere Weise kuppel-

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bar. Die unterste, der Bohrkrone zunächst gelegene Rohrlänge ist unten mit einer "Vorrichtung versehen, welche die Bohrkrone festhält und auf diese eine rotierende Bewegung übertragen kann. Innerhalb der im Verlauf des Bohrvqrganges verlängerten Rohrkolonne werden die Verlängerungsstangen aufeinander Ende gegen Ende gestellt, wobei die unterste auf der Bohrkrone oder auf einem mit dieser in üblicher ■Weise verbundenen Bohrstange ruht. Die obersten, dem Bohrhammer zunächst gelegenen Rohr- und Bohrstangenlangen werden derart abgepaßt, daß die letzte Bohrstange das obere Rohrende mindestens um eine solche Höhe überragt, die erforderlich ist, damit die Bohrstange in den Bohrhammer eingeführt und befestigt werden kann. Die oberste Rohrlänge ist mit einer Vorrichtung versehen, durch welche die rotierende Bewegung, die vom Bohrhammer dem Schlagkopf beigebracht wird, nach der Rohrkolonne und über diese nach der Bohrkrone vermittelt wird. Man kann auch einen runden Schlagkopf verwenden und der Rohrkolonne die erforderliche rotierende Bewegung auf andere Weise beibringen. Die beiden Vorrichtungen am unteren bzw. oberen Ende der Rohrkolonne zum Festhalten der Bohrkrone und zur Übertragung der rotierenden Bewegung werden derart ausgeführt, daß die Rohrkolonne von den sich in der Bohrstangenreihe fortpflanzenden Druck- und Dehnungswellen beispielsweise durch eine Schicht einer Substanz, in der solche Wellen sich nicht fortpflanzen, isoliert wird. Die Rohrkolonne nimmt nicht an der Übertragung der Schlagenergie von Hammer zur Bohrkrone teil, sondern hat nur die Aufgabe, die Bohrstangen zu führen, die rotierende Bewegung nach der Bohrkrone zu vermitteln und das Herausziehen der Werkzeuge aus dem Bohrloch zu ermöglichen. Die Rohrkolonne wird keiner Ermüdung ausgesetzt.

Die Bohrstangenreihe andererseits hat die einzige Aufgabe, die Schlagenergie in Form von Druckwellen zu vermitteln. Bei erfindungsgemäß ausgebildeten Verbindungen wird der Energieverlust unbedeutend und die lokale Ermüdung sehr gering; die einzigen energieraubenden Faktoren sind die geringfügige Flächenveränderung, die durch die Abschrägung bedingt ist, sowie die Arbeit, die erforderlich ist, um die Flächen der Stangenenden in molekularen Kontakt zu bringen. Die genannte unbedeutende Flächenveränderung kann in geringem Maße eine in einer zu der arbeitenden Druckwelle in entgegengesetzter Richtung verlaufende Dehnungswelle verursachen. Entstehen jedoch Brüche an irgendeiner der Bohrstangen, kann trotzdem die ganze Werkzeugkolonne einschließlich der Bohrkrone ohne weiteres aus dem Bohrloch gezogen werden; ein solcher Bruch dürfte sich in gewissen Fällen nicht einmal durch wesentlich vermindertes Sinken des Bohrers zu erkennen geben.

Für die Bohrstangen nimmt man beispielsweise Sechskantstahl, um die Anliegefläche gegen die Rohre zu vermindern. Wird die Mitnehmervorrichtung der obersten Rohrlänge mit einer Abdichtung gegen die Bohrstange versehen, so kann außerdem der Raum zwischen den. Sechskantstangen und dem Rohr als Spülkanal ausgenutzt werden, was gegenüber den Spülkanälen der üblichen Art eine wesentlich größere Fläche ergibt. Derselbe Zweck wird mit einer runden Bohrstange in einem runden Rohr erreicht, wenn der Innenquerschnitt des Rohres größer ist als der der Bohrstange und das Rohr mit Führungen an den Verbindungsstellen der Stangen versehen ist. Für Bohrstangen kann dann massiver Stahl, ohne Spülkanal, verwendet werden, was erheblich billiger ist. Sowohl den Bohrstangen als auch den Rohren kann — solange die Bedingung erfüllt wird, daß die Rohrkolonne den Stangen die erforderliche Führung gibt — sonst jeder beliebige Querschnitt gegeben werden; dreikantige Stange in rundem Rohr, runde Stange in viereckigem Rohr, runde Stange in rundem Rohr usw.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Bohrer mit Verlängerungsvorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Bohrer nach der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 1.

Mit 1 ist eine Bohrkrone bezeichnet, die in diesem Falle mit einer Meißelschneide versehen ist. 2 und 3 sind Bohrstangen, die in beliebiger Anzahl angeordnet sein können, und mit 4 ist der Schlagkopf mit den Flanschen 5 zum Festspannen im unteren Teil 6 der Bohrmaschine bezeichnet. Die Anzahl der miteinander verbundenen Rohre kann beliebig sein, bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 sind zwei miteinander verbundene Rohre 7 und 8 vorgesehen. Die Verbindung ist dabei mit Hilfe einer außen aufgeschraubten Rohrmuffe 9 ausgeführt. Von dem unteren Teil 6 der Bohrmaschine wird die Drehbewegung über eine Anzahl von Vorsprüngen 10_, die mit dem Teil 6 fest verbunden sind, und über eine entsprechende Anzahl von Vorsprüngen 11, die mit einer oberen Hülse 12 fest verbunden sind, übertragen. Von der Hülse 12 wird die Drehbewegung auf die Rohrkolonne über ein eingeschraubtes Zwischenstück 13 übertragen. Die Drehbewegung wird auf die Bohrkrone durch Vorsprünge 14 übertragen, die mit der Innenseite des Rohres 8 fest verbunden sind und die Drehbewegung auf Vorsprünge 15 übertragen, die mit der Außenseite einer Reibungskupplung fest verbunden sind. Die Reibungskupplung besteht aus zwei konischen Hülsen 16 und 17. Die innere, in der Längsrichtung geteilte Hülse 17 ist auf der unteren Bohrstange 2 mittels einer Spannvorrichtung 18 festgespannt. Zwischen der inneren Hülse 17 und der Bohrstange ist eine dämpfende Schicht 19 vorgesehen. Die Bohrkrone 1 ist auf den unteren Teil der Bohrstange 2 aufgeschraubt. Auf den unteren Teil des Rohres 8 ist eine innere Hülse 20 aufschraubbar, die mit beispielsweise vier gebohrten Spülkanälen 21 versehen ist, von denen zwei in der Zeichnung ersichtlich sind. Unter der Hülse 20 sitzt eine Gummipackung 22, die als dämpfendes Organ dient und die auf die Bohrstange 2 aufgeschoben ist. Die Gummipackung ist an ihren zwei ringförmigen Endflächen durch dünne Metallringe 23 und 24 geschützt. Oberhalb der Hülse 20 ist eine gleiche Gummipackung 25 vorgesehen, die mit ihrer oberen ringförmigen Endfläche über einen Metallring gegen die untere ringförmige Endfläche der konischen Hülse 16 anliegt. Die dämpfende Schicht 19 sowie die Gummipackungen 22 und 25 schützen die Rohrkolonne gegen die sich in den Bohrstangen fortpflanzenden Druck- und Dehnungswellen.

Die Rohrkolonne ist deshalb auch mit Führungen 26 versehen, die verhindern, daß die Bohrstange sich seitlich bewegt.

Beim Bohren ist im allgemeinen ein Spülmittel, beispielsweise Spülwasser oder Druckluft, erforderlich. Bei der Ausführungsform gemäß der Zeichnung tritt das Spülmittel durch einen Ringkanal 27 ein und strömt durch den Zwischenraum zwischen der Bohr- ν stange und dem Rohr nach unten. Die Löcher 21 der Hülse 20 sind dazu bestimmt, das Spülmittel hin-

durchzulassen, so daß dieses durch gebohrte Löcher 28 der Bohrkrone 1 hinausströmen kann. Damit nicht das Spülmittel vor Erreichen der Bohrkrone 1 ausströmen kann, ist ein über den unteren Teil des Rohres 8 und über einen besonderen Absatz 30 der Bohrkrone geschobenes Gummirohr 29 angeordnet.

Zur Abdichtung gegen das Spülmittel ist ferner eine Packung 31 vorgesehen, die von dem Zwischenstück 13 und der oberen Hülse 12 festgehalten wird.

Claims (3)

Patentansprüche: IO

1. Vorrichtung für das Langloch- oder Tiefbohren in Gebirgsschichten mit Verlängerungsstangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsstangen (2, 3) lose aufeinander in einer Rohrkolonne angebracht sind, die aus durch mit Gewinde versehenen Muffen (9) oder auf andere Weise kuppelbaren Rohren (7, 8) besteht, und die Rohre derart bemessen und ausgebildet sind, daß sie die Verlängerungsstangenreihe (2, 3) seitlich führen, wobei die Stangenreihe oben und unten mit Mitteln (10, 11; 14, 15, 16, 17) zur

Übertragung der Rotationsbewegung von dem Bohrhammer (6) oder von einer besonderen Vorrichtung zum Rotieren der Bohrkrone auf die Bohrkrone sowie zum Festhalten der letzteren beim Herausziehen aus dem Bohrloch versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am oberen und unteren Ende der Rohrkolonne befindlichen Mittel (10, 11; 14, 15) zur Übertragung der Rotationsbewegung auf die Bohrkrone und zum Festhalten der Bohrkrone derart ausgebildet sind, daß sie durch ein dämpfendes Material oder auf andere Weise vom Bohrstahl und von den sich in diesem fortpflanzenden Druck- und Dehnungswellen isoliert sind.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Bohrstangen und der Rohre derart gewählt sind, daß zwischen den Stangen und den Innenwänden der Rohrkolonne ein Raum entsteht, der als Spülkanal ausgenutzt werden kann, wobei die Rohrkolonne am oberen Ende durch geeignete Mittel gegen die Bohrstange luft- bzw. wasserdicht abgedichtet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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