DE10148683C1

DE10148683C1 - Injektionsbohrsanker

Info

Publication number: DE10148683C1
Application number: DE10148683A
Authority: DE
Inventors: Joachim Zotta
Original assignee: Schmidt Kranz and Co GmbH
Current assignee: PERFORATOR GMBH, 37445 WALKENRIED, DE
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: DE50208530D1; EP1300546B1; ATE343708T1; EP1300546A1

Abstract

Der mindestens ein Stahlrohr (2) aufweisende Injektionsbohranker (1) umfasst einen an der äußeren Oberfläche glatt zylindrischen mittleren Längenabschnitt (6) und endseitig äußere Gewindeabschnitte (4, 5). Von diesen ist ein erster Gewindeabschnitt (4) einerseits mit einem Bohrantrieb und andererseits im Austausch mit einem Injektionsadapter (65) zur Zuführung eines Injektionsmediums (IM) und der andere zweite Gewindeabschnitt (5) mit einem Austrittsbohrungen für das Injektionsmedium (IM) aufweisenden, eine Bohrkrone (15) tragenden Stangenkopf (21) kuppelbar. Umfangsseitig des mit wenigstens einer Querbohrung versehenen mittleren Längenabschnitts (6) ist ein Blähschlauch (12) lagefixiert. Bei entkuppeltem Bohrantrieb ist eine unter Druck verformbare Sperrkugel (64) in den Längskanal (3) einführbar. Deren Durchmesser ist kleiner als der Durchmesser des Längskanals (3), jedoch größer als der Durchmesser einer im Stangenkopf (21) am Übergang vom Längskanal (3) auf einen im Durchmesser größer gestalteten Innenraum (29) im Stangenkopf (21) vorgesehenen Sperrbohrung (26).

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektionsbohranker aus mindestens einem Stahl rohr.

Injektionsbohranker werden in den verschiedensten Ausführungsformen zum Verbinden von gebrächen Gesteinsschichten eingesetzt, um insbesondere im untertägigen Bergbau, aber auch im Tunnelbau aufgefahrene Strecken und Hohlräume offen zu halten.

Beispiele für derartige Injektionsbohranker offenbaren die DE-PS 936 082, die DE 31 45 923 A1 sowie die DE 34 00 182 C2.

Um solche Injektionsbohranker in das Gebirge einbringen zu können, werden zunächst mit Hilfe von Bohrgestängen Bohrlöcher hergestellt, in welche nach dem Entfernen der Bohrgestänge dann die Injektionsbohranker eingebracht und mit Hilfe von Injektionsmedien in den Bohrlöchern fixiert werden. An den aus den Bohrlöchern ragenden Enden sind den Injektionsbohrankern Anker platten zugeordnet, mit denen sie sich am Gebirge abstützen.

Die Praxis hat gezeigt, dass es nach dem Erstellen eines Bohrlochs häufig nicht mehr möglich ist, das Bohrgestänge aus dem Bohrloch zu entfernen, um anschließend einen Injektionsbohranker einzubringen. Dies ist bei einem wenig standfesten Gebirge der Fall, da dort nach dem Entfernen des Bohrgestänges das Bohrloch in sich zusammenbricht und somit für das Einbringen eines Injek tionsbohrankers unbrauchbar wird.

Die WO 91/15657 offenbart einen Injektionsbohranker mit einem Ankerrohr, das an der zum Bohrlochtiefsten gerichteten Ankerspitze eine Bohrkrone sowie Spül- und Injektionsöffnungen aufweist. Das Ankerrohr ist mit einem Bohrloch verschluss sowie an dem aus dem Bohrloch herausragenden Ende mit einem lösbaren Anschlusselement versehen. Zur Verwendung eines solchen Anker rohrs als Bestandteil eines Bohrgestänges und gleichzeitig als Anker ist der als Bohrer ausgebildete Abschnitt, der mit einem als Bohradapter ausgebildeten Anschlusselement versehen ist, gegen einen als Ankerrohr ausgebildeten Ab schnitt austauschbar, wobei der Abschnitt mit einem Bohrlochverschluss und einem Rückschlagventil versehen ist.

Um die Ausbildung des sich bei einer Nachverpressung mittels eines mit meh reren Verpressventilen ausgerüsteten Injektionsbohrankers ergebenden, aus einem Verpressmedium bestehenden Verankerungskörpers kontrollierbarer zu gestalten, wird im Rahmen der DE 197 02 749 A1 vorgeschlagen, jedes Ver pressventil individuell mit dem Verpressmedium zu beaufschlagen, so dass der Verpressvorgang in einer an die örtlichen Verhältnisse der Bohrlochwandung angepassten Weise durchgeführt werden kann. Die sich um die Verpressventile ausbildenden radialen Aufweitungen des Verankerungskörpers können auf diese Weise reproduzierbarer gestaltet werden.

Die DE 44 45 626 A1 macht den Vorschlag, einen Injektionsgleitbohranker mit einem Blähpacker, einem Blähmantel und einem stabilen Stützrohr auszurüsten und in das Stützrohr ein Ventil zu integrieren. Über das Blähventil erfolgt das Festsetzen des Blähpackers, wobei dieser Vorgang erst eingeleitet wird, wenn die Bohrarbeiten abgeschlossen sind. Dazu wird bei Beginn des Injektionsvor gangs ein Ventilkörper in den Blähpacker eingespült, der sich an einem dort vorgesehenen und ausgebildeten Ventilsitz abstützt. Der Ventilkörper wird nach Abschluss der Bläharbeiten durch Druckerhöhung zerstört, so dass dann Injek tionsmaterial in den Krafteinleitungsbereich eindringen kann. Der Blähpacker ist mit einem Nachverpressventil ausgerüstet, das ein Nachverpressen der Frei spielstrecke ermöglicht.

Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, einen Injektionsbohranker zu schaffen, der auch bei einem weniger standfesten Gebirge sicher und aufgabengerecht in einem Bohrloch lagefixiert werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.

Kern der Erfindung ist die Konzeption eines Injektionsbohrankers, der sowohl zur Erstellung eines Bohrlochs, zum Abdichten des Bohrlochs, zum Einbringen eines Injektionsmediums in das Gebirge und als tragendes Element der Ge birgssicherung dient.

Zu diesem Zweck umfasst der erfindungsgemäße Injektionsbohranker min destens ein Stahlrohr, das einen an der äußeren Oberfläche glatt zylindrischen mittleren Längenabschnitt und an den Enden äußere Gewindeabschnitte um fasst. Von diesen Gewindeabschnitten ist ein erster Gewindeabschnitt einer seits mit einem Bohrantrieb und andererseits im Austausch mit dem Bohran trieb mit einem Injektionsadapter zur Zuführung eines Injektionsmediums kup pelbar. Der am anderen Ende des Stahlrohrs liegende zweite Gewindeabschnitt dient der Kupplung mit einem eine Bohrkrone tragenden, Austrittsbohrungen für das Injektionsmedium aufweisenden Stangenkopf. Auf dem mit wenigstens einer Querbohrung versehenen mittleren Längenabschnitt ist ein Blähschlauch lagefixiert.

Aufgrund der bezüglich der vertikalen Mittelquerebene spiegelbildlichen Ausbil dung des Stahlrohrs kann dieses beliebig gekuppelt werden.

Zum Einbringen eines Injektionsbohrankers wird zunächst der erste Gewinde abschnitt mit einem Bohrantrieb gekuppelt. Durch den Bohrantrieb wird ein Bohrloch hergestellt, wobei gleichzeitig ein Spülfluid über den Bohrantrieb zu geführt werden kann. Der Druck des Spülfluids darf aber nicht so groß sein, dass der Blähschlauch aktiviert wird.

Ist das Bohrloch bis auf die geforderte Tiefe erstellt, wozu bei Bedarf zwei oder mehrere Stahlrohre durch entsprechende Kupplungsmuffen aneinander gesetzt werden können, wird der Bohrantrieb vom ersten Gewindeabschnitt entfernt. Anschließend werden eine unter Druck verformbare Sperrkugel mit definierter Härte in den Längskanal des Stahlrohrs eingeführt und danach der Injektions adapter an den ersten Gewindeabschnitt gekuppelt.

Nunmehr wird das Injektionsmedium über den Injektionsadapter in das Stahl rohr eingebracht, wobei die Sperrkugel bis zur Mündung der Sperrbohrung im Stangenkopf im Längskanal verlagert wird. Hier dichtet die Sperrkugel den Austrittsbereich des Längskanals in den Stangenkopf ab. Das Injektions medium tritt dadurch über die Querbohrung in der Wand des Stahlrohrs in den Blähschlauch ein. Dieser bläht auf und dichtet druckabhängig und formschlüs sig gegen die Wand des Bohrlochs. Anschließend wird der Druck des Injek tionsmediums so weit erhöht, dass die Sperrkugel unter Verformung durch die Sperrbohrung im Stangenkopf gepresst wird, dadurch in den Innenraum im Stangenkopf gelangt und somit den Weg für das Injektionsmedium über den Stangenkopf und die dort vorgesehenen Austrittsbohrungen in das umgebende Gebirge freigibt. Durch das druckabhängige Abdichten des Blähschlauchs im Bohrloch kann das Injektionsmedium mit hohem Druck in das Gebirge injiziert werden. Der Injektionsbereich im umgebenden Gebirge wird dadurch wesentlich vergrößert. Durch diese Möglichkeit kann die Anzahl der zu setzenden Anker wesentlich reduziert werden.

Nach beendeter Injektion wird der Injektionsadapter vom ersten Gewindeab schnitt abgenommen und für weitere Injektionen genutzt.

Die Erfindung bohrbarer Injektionsbohranker mit Injektionspacker erlaubt es folglich, mit einfachen Mitteln in vergleichsweise kurzer Zeit eine Gebirgsanke rung - auch in einem gebrächen Gebirge - mit optimaler Injizierung von Injek tionsflüssigkeiten durchzuführen.

Gemäß einer fertigungsgerechten Bauart entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 2 ist der Stangenkopf mit einer ein Innengewinde aufweisen den Gewindemuffe auf den zweiten Gewindeabschnitt geschraubt.

Die Bohrkrone ist gemäß Patentanspruch 3 mit einer mit einem Innengewinde versehenen Schraubmuffe auf einem ein Außengewinde aufweisenden Stutzen des Stangenkopfs festgelegt. Zwischen der Gewindemuffe und dem Stutzen des Stangenkopfs erstrecken sich die vom Innenraum ausgehenden Austritts bohrungen für das Injektionsmedium. Diese sind vom Innenraum ausgehend vorzugsweise leicht in Richtung zum Stahlrohr geneigt angeordnet.

Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 4 ist auch die Bohrkrone mit einem Längskanal versehen. Über diesen kann neben dem Spülfluid auch das Injek tionsmedium in das Bohrloch übertreten, wenn die Sperrkugel über den Längs kanal in der Bohrkrone in das Bohrloch gedrückt worden ist. Entsprechend ist der Durchmesser im Längskanal der Bohrkrone in Relation zum Durchmesser der Sperrkugel gestaltet.

Damit das beim Herstellen des Bohrlochs anfallende Bohrklein einwandfrei umfangsseitig des Stahlrohrs abgeführt werden kann, ist entsprechend den Merkmal des Patentanspruchs 5 auf dem der Bohrkrone zugewandten Ende des endseitig mit Presshülsen auf dem Stahlrohr lagefixierten Blähschlauchs eine sich in Richtung zur Bohrkrone bis auf die äußere Oberfläche des Stahl rohrs konisch verjüngende Abweiserhülse befestigt. Ein Stau im Transport des Bohrkleins wird hierdurch vermieden. Die Wanddicke der Abweiserhülse ent spricht vorzugsweise der Wanddicke der Presshülsen.

Einer verbesserten Überführung des Injektionsmediums aus dem Längskanal im Stahlrohr in den umfangsseitig des glatt zylindrischen Längenabschnitts fixierten Blähschlauch dienen die Merkmale des Patentanspruchs 6.

Die Mündungen der Querbohrungen in die äußere Oberfläche des Stahlrohrs sind nach Patentanspruch 7 durch eine das Stahlrohr straff umschließende elastische Hülse abgedeckt. Die Elastizität der Hülse ist so gestaltet, dass sie erst bei einem bestimmten Innendruck im Längskanal des Stahlrohrs nachgibt und dem Injektionsmedium den Weg in den Blähschlauch zum Anpressen an die Bohrlochwandung freigibt. Die Hülse kann beispielsweise aus einem Schlauchabschnitt gebildet sein.

Zur Lagesicherung der elastischen Hülse auf dem Stahlrohr vor dem Verpres sen des Blähschlauchs sind stirnseitig der Hülse auf dem Stahlrohr festgelegte Fixierringe vorgesehen (Patentanspruch 8).

Der Bohrantrieb weist - mindestens mittelbar - entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 9 eine Drehdurchführung für ein Spülfluid, wie z. B. Was ser, und eine mit der Drehdurchführung verbundene Rohrkupplung auf. Die Rohrkupplung umfasst in einem ringförmigen Kupplungsmantel zwei begrenzt drehbare sowie gegen eine elastische Rückstellkraft radial verlagerbare Klemmbacken mit an den ersten Gewindeabschnitt angepassten inneren Ge windesegmenten und in umfangsseitigen Vertiefungen gelagerte Rastkugeln. In die zylindrische innere Oberfläche des Kupplungsmantels sind diametral einan der gegenüberliegend in eine Umfangsrichtung sperrende Rastausnehmungen vorgesehen. Die Flächen dieser Rastausnehmungen erstrecken sich von einem radialen Absatz zunächst in Umfangsrichtung und dann leicht ansteigend, bis sie in die innere Oberfläche übergehen.

Wird der Bohrantrieb aktiviert, werden die Rastkugeln durch die Kurvengebung der Rastausnehmungen radial nach innen gedrückt, so dass sie dann an der inneren Oberfläche des Kupplungsmantels entlang rollen. Hierbei umgreifen die Klemmbacken mit den inneren Gewindesegmenten den ersten Gewindeab schnitt und drehen bei weiter andauernder Aktivierung des Bohrantriebs das Stahlrohr mit der endseitigen Bohrkrone.

Ist die gewünschte Tiefe des Bohrlochs erreicht, wird der Bohrantrieb still ge setzt und die Rohrkupplung um 90° zurück gedreht, bis dass die Rastkugeln unter dem Einfluss der elastischen Rückstellkraft in die Rastausnehmungen gelangen und sich die Gewindesegmente vom ersten Gewindeabschnitt lösen. Der Bohrantrieb steht mit dem Injektionsbohranker nicht mehr in Verbindung. Anschließend kann die Drehdurchführung mit der Rohrkupplung von dem ersten Gewindeabschnitt entfernt werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird nach Patent anspruch 10 darin gesehen, dass die elastische Rückstellkraft für die zwischen segmentartigen, sich an der inneren Oberfläche des Kupplungsmantels abstüt zenden Gleitkörpern radial zwangsgeführten Klemmbacken durch neben den Gewindesegmenten angeordnete Schraubendruckfedern gebildet ist. Die En den der Schraubendruckfedern liegen vorzugsweise in Taschen der Klemm backen.

Schließlich ist es erfindungsgemäß noch von Vorteil, wenn gemäß Patentan spruch 11 der eine Schraubmuffe zur Verbindung mit dem ersten Gewindeab schnitt aufweisende Injektionsadapter in Hintereinanderanordnung einen Schlauchanschluss, einen Mischer und ein Rückschlagventil umfasst. Der Schlauchanschluss dient der Verbindung mit einer Injektionsleitung. Hierbei ist vorzugsweise ein Schnell-Schnappverschluss vorgesehen. Der Mischer dient der Herstellung einer ordnungsgemäßen Konsistenz des Injektionsmediums, während das Rückschlagventil den Rückfluss des Injektionsmediums nach Füllen des Spalts zwischen der Bohrlochwandung und dem Injektionsbohranker verhindert.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt einen an einen Bohrantrieb gekuppel ten Injektionsbohranker;

Fig. 2 im vertikalen Längsschnitt den Injektionsbohranker der Fig. 1, angekuppelt an einen Injektionsadapter;

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab im Längsschnitt ein Stahlrohr des Injek tionsbohrankers der Fig. 1 und 2 mit einem Blähschlauch in der Bohrposition;

Fig. 4 in nochmals vergrößertem Maßstab den mittleren Längenab schnitt des Stahlrohrs der Fig. 3 während der Verspannung des Injektionsbohrankers in einem Bohrloch;

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab im vertikalen Längsschnitt eine Dreh durchführung eines Bohrantriebs zusammen mit einer Rohrkupp lung;

Fig. 6 einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 5 ent lang der Linie VI-VI in Richtung der Pfeile VIa gesehen in der ent kuppelten Position;

Fig. 7 die Darstellung der Fig. 6 in der gekuppelten Position;

Fig. 8 in vergrößertem Maßstab im vertikalen Längsschnitt den Injek tionsadapter der Fig. 2 und

Fig. 9 in vergrößertem Maßstab im vertikalen Längsschnitt den Aus schnitt IX der Fig. 2.

Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 ein Injektionsbohranker zur Verfestigung eines gebrächen Gebirges bezeichnet.

Der Injektionsbohranker 1 umfasst (siehe auch Fig. 3) ein Stahlrohr 2 mit einem Längskanal 3. Die Enden des Stahlrohrs 2 weisen äußere Gewindeab schnitte 4, 5 auf. Zwischen den Gewindeabschnitten 4, 5 erstreckt sich ein glatt zylindrischer mittlerer Längenabschnitt 6. In diesem Längenabschnitt 6 sind vier um jeweils 90° umfangsseitig zueinander versetzte und paarweise in diametra ler Anordnung in zwei parallelen Querebenen Q1, Q2 vorgesehene Querboh rungen 7 in der Wand 8 des Stahlrohrs 2 angeordnet. Die Mündungen der Querbohrungen 7 in die äußere Oberfläche 9 des Stahlrohrs 2 sind durch eine das Stahlrohr 2 straff umschließende elastische Hülse 10, z. B. in Form eines Schlauchabschnitts, abgedeckt. Die axiale Lage der elastischen Hülse 10 auf dem Stahlrohr 2 ist durch zwei stirnseitig der Hülse 10 auf dem Stahlrohr 2 festgelegte Fixierringe 11 gesichert.

Die Querbohrungen 7, die Hülse 10 und die Fixierringe 11 werden von einem Blähschlauch 12 überdeckt. Der Blähschlauch 12 ist in der Nähe seiner Stirn flächen 13 durch Presshülsen 14 auf dem Stahlrohr 2 lagefixiert.

An dem einer Bohrkrone 15 des Injektionsbohrankers 1 (Fig. 1, 2 und 9) zugewandten Ende des Blähschlauchs 12 ist eine sich in Richtung zur Bohr krone 15 bis auf die äußere Oberfläche 9 des Stahlrohrs 2 konisch verjüngende Abweiserhülse 16 befestigt. Die Wanddicke der Abweiserhülse 16 entspricht in etwa der Wanddicke der Presshülsen 14.

Wie bei gemeinsamer Betrachtung der Fig. 1, 2 und 9, insbesondere aber der Fig. 9, erkennbar ist, weist die Bohrkrone 15 eine Schraubmuffe 17 mit einem Innengewinde 18 auf, mit welchem sie auf einen ein Außengewinde 19 aufweisenden Stutzen 20 eines Stangenkopfs 21 festgelegt ist, der seinerseits mit einer ein Innengewinde 22 aufweisenden Gewindemuffe 23 auf den zweiten Gewindeabschnitt 5 des Stahlrohrs 2 geschraubt ist. Die Bohrkrone 15 ist mit einem zentrischen Längskanal 24 versehen.

Der Stangenkopf 21 weist vom Boden 25 der Gewindemuffe 23 ausgehend eine Sperrbohrung 26 mit einem Dichtsitz 27 auf, welcher dem Längskanal 3 im Stahlrohr 2 zugewandt ist. Die Sperrbohrung 26 mündet über einen konischen Längenabschnitt 28 in einen Innenraum 29, der im Durchmesser größer als die Sperrbohrung 26 und auch größer als der Längskanal 24 in der Bohrkrone 15 bemessen ist. Von dem Innenraum 29 gehen mehrere Austrittsbohrungen 30 aus, welche in die umfangsseitige Oberfläche 31 des Stangenkopfs 21 mün den. Die Austrittsbohrungen 30 sind von der Bohrkrone 15 weg geneigt.

Der vorstehend beschriebene Injektionsbohranker 1 wird zur Herstellung eines Bohrlochs im Gebirge mit einer Drehdurchführung 32 als Bestandteil eines nicht näher veranschaulichten Bohrantriebs BA sowie mit einer mit der Drehdurch führung 32 verbundenen Rohrkupplung 33 verbunden (Fig. 1 und 5 bis 7).

Die Drehdurchführung 32 umfasst ein ringförmiges Gehäuse 34 mit einem An schluss 35 für ein Spülfluid SF, wie z. B. Wasser (Fig. 5). Von einem mit dem Anschluss 35 verbundenen Ringkanal 41 im Gehäuse 34 gehen Querbohrun gen 36 bis zu einer zentralen Sackbohrung 37 in dem mit dem Bohrantrieb BA kuppelbaren Rotor 38 der Drehdurchführung 32. Die Bereiche neben den Mün dungen der Querbohrungen 36 in die äußere Oberfläche 39 des Rotors 38 sind durch in dem Gehäuse 34 gekammerte Dichtringe 40 abgedichtet. Die axiale Relativlage des Gehäuses 34 und des Rotors 38 wird durch einen Radial flansch 42 am Rotor 38 sowie durch einen Sicherungsring 43 gewährleistet.

Mit dem Rotor 38 ist ein ringförmiger Kupplungsmantel 44 der Rohrkupplung 33 fest verbunden. Stirnseitig des Kupplungsmantels 44 erstrecken sich eine Be grenzungsscheibe 45 und ein Fixierring 46.

Wie besonders die Fig. 5 bis 7 zu erkennen geben, sind zwischen dem Rotor 38 und der Begrenzungsscheibe 45 innerhalb des Kupplungsmantels 44 zwei Klemmbacken 47 radial verlagerbar. Die Klemmbacken 47 werden zwi schen zwei sich an der inneren Oberfläche 48 des Kupplungsmantels 44 ab stützenden segmentartigen Gleitkörpern 49 geführt.

Innenseitig weisen die Klemmbacken 47 an den ersten Gewindeabschnitt 4 an gepasste Gewindesegmente 50 auf. Zwischen den Gewindesegmenten 50 und den Gleitkörpern 49 (Fig. 6) befinden sich taschenartige Ausnehmungen 51, in die Schraubendruckfedern 52 eingesetzt sind. Die Schraubendruckfedern 52 versuchen, die Klemmbacken 47 radial nach außen zu verlagern.

In umfangsseitigen Vertiefungen 53 der Klemmbacken 47 befinden sich in zwei nebeneinander verlaufenden Querebenen Rastkugeln 54, die über den Umfang 55 der Klemmbacken 47 vorstehen.

In die überwiegend zylindrische innere Oberfläche 48 des Kupplungsmantels 44 sind in diametraler Versetzung Rastausnehmungen 56 eingearbeitet. Die Rastausnehmungen 56 erstrecken sich von einem radialen Absatz 57 aus mit einer umfangsseitigen Fläche 58 und einer sich daran anschließenden geneig ten Übergangsfläche 59 bis in die innere Oberfläche 48 des Kupplungsmantels 44.

In der in der Fig. 6 gezeigten entkuppelten Position kann der Injektionsbohr anker 1 der Fig. 1 und 2 mit seinem ersten Gewindeabschnitt 4 zwischen den Gewindesegmenten 50 hindurch bis zum Anschlag an einen Dichtring 60 im Rotor 38 (Fig. 5) geschoben werden. Wird anschließend der Bohrantrieb BA aktiviert, dreht sich der Rotor 38 und damit auch der Kupplungsmantel 44 der Rohrkupplung 33 gemäß dem Pfeil 62 in den Fig. 6 und 7, so dass die Rastkugeln 54 mitgenommen werden und über die Kurvenform der Rastaus nehmungen 56 radial nach innen gedrückt werden. Hierdurch werden auch die Klemmbacken 47 nach innen verlagert mit der Folge, dass die Gewindeseg mente 50 den ersten Gewindeabschnitt 4 des Injektionsbohrankers 1 form- und kraftschlüssig umgreifen (Fig. 7).

Beim weiteren Drehen des Bohrantriebs BA wird folglich der Gebirgsanker 1 gedreht, so dass ein Bohrloch erzeugt werden kann.

Beim Bohren wird über den Anschluss 35 der Drehdurchführung 32 und über die Drehdurchführung 32 sowie den Längskanal 3 in dem Stahlrohr 2 ein Spülfluid SF dem Stangenkopf 21 zugeführt, wo das Spülfluid SF über die Aus trittsbohrungen 30 im Stangenkopf 21 und über den Längskanal 24 in der Bohrkrone 15 austreten kann (Pfeile 61 in Fig. 1). Das anfallende Bohrklein gelangt zwischen der Bohrlochwandung und dem Injektionsbohranker 1 in Richtung zur Bohrlochmündung. Hierbei ist Sorge dafür getragen, dass der Druck des Spülfluids SF nicht ausreicht, die elastische Hülse 10 von den Mün dungen der Querbohrungen 7 innerhalb des Blähschlauchs 12 abzuheben.

Ist das Bohrloch bis auf die geforderte Tiefe erstellt, wird die Rohrkupplung 33 so in Richtung des Pfeils 63 der Fig. 7 verlagert, dass die Rastkugeln 54 nach dem Erreichen der Rastausnehmungen 56 aufgrund der Rückstellkraft der Schraubendruckfedern 52 in die Rastausnehmungen 56 verlagert werden, so dass sich die Gewindesegmente 50 der Klemmbacken 47 vom ersten Gewin deabschnitt 4 lösen. Die Drehdurchführung 32 und die Rohrkupplung 33 kön nen danach vom ersten Gewindeabschnitt 4 abgezogen werden.

Im Anschluss daran wird eine flexible Sperrkugel 64 mit definierter Härte in den Längskanal 3 des Stahlrohrs 2 eingeführt (Fig. 2). Der Durchmesser der Sperrkugel 64 ist kleiner als der Durchmesser des Längskanals 3, jedoch größer als der Durchmesser der Sperrbohrung 26 im Stangenkopf 21.

Nach dem Einführen der Sperrkugel 64 in den Längskanal 3 wird ein aus den Fig. 2 und 8 erkennbarer Injektionsadapter 65 mit einer Schraubmuffe 66 auf den ersten Gewindeabschnitt 4 des Stahlrohrs 2 gedreht, bis dessen Stirn seite an einer Dichtung 67 im Innern der Schraubmuffe 66 zur Anlage gelangt. Zum leichteren Drehen des Injektionsadapters 65 sind an die Schraubmuffe 66 zwei diametral abstehende Handhebel 68 geschweißt.

Der Injektionsadapter 65 weist ferner in Längsrichtung eines mit der Schraub muffe 66 verschweißten Rohrstücks 69 einen Schlauchanschluss 70, einen Mischer 71 sowie ein Rückschlagventil 72 auf.

Nach dem Kuppeln einer Injektionsleitung an den Schlauchanschluss 70 wird das Injektionsmedium IM aufgegeben (Fig. 2 und 3). Das Injektionsmedium IM durchströmt den Mischer 71 sowie das Rückschlagventil 72 und gelangt in den Längskanal 3 des Stahlrohrs 2, wo es die Sperrkugel 64 bis zur Anlage an den Dichtsitz 27 der Sperrbohrung 26 verlagert (Fig. 2 und 9).

Das Injektionsmedium IM kann folglich nicht über den Stangenkopf 21 in das Bohrloch austreten. Vielmehr wird das Injektionsmedium IM unter Druckerhö hung über die Querbohrungen 7 unter Aufweiten der elastischen Hülse 10 ( Fig. 4) in den Blähschlauch 12 eintreten und dessen mittleren, zwischen den Presshülsen 14 gelegenen Bereich 73 gegen die Bohrlochwandung verpres sen. Durch weitere Erhöhung des Injektionsdrucks verformt sich dann die Sperrkugel 64 zu einem ovalen Sperrkörper (strichpunktierte Linienführung in Fig. 9) und tritt durch die Sperrbohrung 26 in den Innenraum 29 des Stangen kopfs 21 ein. Das Injektionsmedium IM kann nunmehr aus dem Innenraum 29 über die Austrittsbohrungen 30 in das Bohrloch übertreten. Auch ein Übertritt über den Längskanal 24 in der Bohrkrone 15 ist gegebenenfalls möglich.

Ist das Bohrloch einwandfrei mit dem Injektionsmedium IM verfüllt, wird ein Rückströmen des Injektionsmediums IM aus dem Längskanal 3 im Stahlrohr 2 durch das Rückschlagventil 72 im Injektionsadapter 65 verhindert.

Die Zufuhr von Injektionsmedium IM wird gestoppt. Nach dem Aushärten des Injektionsmediums IM kann der Injektionsadapter 65 nach Entfernung der In jektionsleitung vom Schlauchanschluss 70 von dem ersten Gewindeabschnitt 4 abgedreht werden.

Bezugszeichenaufstellung

1

Injektionsbohranker

2

Stahlrohr v.

1

3

Längskanal in

2

4

erster Gewindeabschnitt

5

zweiter Gewindeabschnitt

6

mittlerer Längenabschnitt v.

2

7

Querbohrungen in

8

Wand v.

2

9

äußere Oberfläche v.

2

10

elastische Hülse

11

Fixierringe f.

10

12

Blähschlauch

13

Stirnflächen v.

12

14

Presshülsen f.

12

15

Bohrkrone v.

1

16

Abweiserhülse

17

Schraubmuffe v.

15

18

Innengewinde v.

17

19

Außengewinde v.

20

Stutzen v.

21

Stangenkopf

22

Innengewinde v.

23

Gewindemuffe v.

21

24

Längskanal in

15

25

Boden v.

23

26

Sperrbohrung in

21

27

Dichtsitz an

26

28

konischer Längenabschnitt in

21

29

Innenraum v.

21

30

Austrittsbohrungen in

21

31

Oberfläche v.

21

32

Drehdurchführung

33

Rohrkupplung

34

Gehäuse v.

32

35

Anschluss an

34

f. SF

36

Querbohrungen in

38

37

Sackbohrung in

38

Rotor v.

32

39

äußere Oberfläche v.

38

40

Dichtringe in

34

41

Ringkanal in

34

42

Radialflansch v.

38

43

Sicherungsring an

38

44

Kupplungsmantel v.

33

45

Begrenzungsscheibe v.

33

46

Fixierring v.

33

47

Klemmbacken v.

33

48

innere Oberfläche v.

44

49

Gleitkörper v.

33

50

Gewindesegmente v.

47

51

taschenartige Ausnehmungen in

47

52

Schraubendruckfedern

53

Vertiefungen in

47

54

Rastkugeln in

53

55

Umfang v.

47

56

Rastausnehmungen in

48

57

radialer Absatz v.

56

58

Fläche v.

56

59

Übergangsfläche v.

56

60

Dichtring in

38

61

Pfeile

62

Pfeil

63

Pfeil

64

Sperrkugel in

3

65

Injektionsadapter

66

Schraubmuffe v.

65

67

Dichtung in

66

68

Handhebel v.

65

69

Rohrstück v.

65

70

Schlauchanschluss v.

65

71

Mischer v.

65

72

Rückschlagventil v.

65

73

Bereich v.

12

BA Bohrantrieb
IM Injektionsmedium
Q1 Querebene
Q2 Querebene
SF Spülfluid

Claims

1. Injektionsbohranker (1) aus mindestens einem Stahlrohr (2), das einen an der äußeren Oberfläche (9) glattzylindrischen mittleren Längenabschnitt (6) und endseitig äußere Gewindeabschnitte (4, 5) umfasst, von denen ein erster Gewindeabschnitt (4) einerseits mit einem Bohrantrieb (BA) und andererseits im Austausch mit einem Injektionsadapter (65) zur Zuführung eines Injektionsmediums (IM) und der andere zweite Gewindeabschnitt (5) mit einem Austrittsbohrungen (30) für das Injektionsmedium (IM) und ein Spülfluid (SF) aufweisenden, eine Bohrkrone (15) tragenden Stangenkopf (21) kuppelbar sind, wobei umfangsseitig des mit wenigstens einer Quer bohrung (7) versehenen mittleren Längenabschnitts (6) ein Blähschlauch (12) lagefixiert und bei entkuppeltem Bohrantrieb (BA) eine unter Druck verformbare Sperrkugel (64) in den Längskanal (3) des Stahlrohrs (2) ein führbar ist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Längska nals (3), jedoch größer als der Durchmesser einer im Stangenkopf (21) am Übergang vom Längskanal (3) auf einen im Durchmesser größer gestalte ten Innenraum (29) im Stangenkopf (21) vorgesehenen Sperrbohrung (26) ist.

2. Injektionsbohranker nach Patentanspruch 1, bei welchem der Stangenkopf (21) mit einer ein Innengewinde (22) aufweisenden Gewindemuffe (23) auf den zweiten Gewindeabschnitt (5) geschraubt ist.

3. Injektionsbohranker nach Patentanspruch 1 oder 2, bei welchem die Bohr krone (15) mit einer mit einem Innengewinde (18) versehenen Schraub muffe (17) auf einem ein Außengewinde (19) aufweisenden Stutzen (20) des Stangenkopfs (21) festgelegt ist.

4. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei welchem die Bohrkrone (15) mit einem Längskanal (24) versehen ist.

5. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei welchem auf dem der Bohrkrone (15) zugewandten Ende des endseitig mit Presshül sen (14) auf dem Stahlrohr (2) lagefixierten Blähschlauchs (12) eine sich in Richtung zur Bohrkrone (15) bis auf die äußere Oberfläche (9) des Stahl rohrs (2) konisch verjüngende Abweiserhülse (16) befestigt ist.

6. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, bei welchem im mittleren Bereich des Blähschlauchs (12) vier um jeweils 90° umfangs seitig zueinander versetzte und paarweise in diametraler Anordnung in zwei parallelen Querebenen (Q1, Q2) vorgesehene Querbohrungen (7) die Wand (8) des Stahlrohrs (2) durchdringen.

7. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei welchem die Mündungen der Querbohrungen (7) in die äußere Oberfläche (9) des Stahlrohrs (2) durch eine das Stahlrohr (2) straff umschließende elastische Hülse (10) abgedeckt sind.

8. Injektionsbohranker nach Patentanspruch 7, bei welchem die axiale Lage der elastischen Hülse (10) auf dem Stahlrohr (2) durch zwei stirnseitig der Hülse (10) auf dem Stahlrohr (2) festgelegte Fixierringe (14) gesichert ist.

9. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, bei welchem der Bohrantrieb (BA) eine Drehdurchführung (32) für ein Spülfluid (SF) und eine mit der Drehdurchführung (32) verbundene Rohrkupplung (33) auf weist, die in einem ringförmigen Kupplungsmantel (44) zwei begrenzt dreh bare sowie gegen eine elastische Rückstellkraft (52) radial verlagerbare Klemmbacken (47) mit an den ersten Gewindeabschnitt (4) angepassten inneren Gewindesegmenten (50) und in umfangsseitigen Vertiefungen (53) gelagerten Rastkugeln (54) umfasst, welche mit der in eine Umfangsrich tung sperrende Rastausnehmungen (56) aufweisenden, ansonsten zylindri schen inneren Oberfläche (48) des Kupplungsmantels (44) zusammenwir ken.

10. Injektionsbohranker nach Patentanspruch 9, bei welchem die elastische Rückstellkraft (52) für die zwischen segmentartigen, sich an der inneren Oberfläche (48) des Kupplungsmantels (44) abstützenden Gleitkörpern (49) radial zwangsgeführten Klemmbacken (47) durch neben den Gewindeseg menten (50) angeordnete Schraubendruckfedern gebildet ist.

11. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, bei welchem der eine Schraubmuffe (66) zur Verbindung mit dem ersten Gewindeab schnitt (4) aufweisende Injektionsadapter (65) in Hintereinanderanordnung einen Schlauchanschluss (70), einen Mischer (71) und ein Rückschlagventil (72) umfasst.