DE1483863A1 - Bohrstange zum Langlochbohren im Gestein - Google Patents

Description

BB. IN.G. ERNST MAIER

8 MÜNCHEN 22

wiDi»>ijiT»*»n. β · TMz,mwox »» *s»o. »o Kx ag

A 3o9 66 -7. JULIlPrT

Firma SAIiDVIKENS JERWERKS AB Sandviken / Schweden

Bohrstange zum Langlochbohren im Gestein»

Die Erfindung betrifft eine Bohrstange zum Stoßbohren von Lanrlöchern im Boden, z.B. in festem Gestein» wobei die Bohrstange aus einer Reihe von kürzeren Stangen, sogenannten Verlänrrerunfrsstangen, zusammengesetzt ist, die durch Schraubverbindungen miteinander gekuppelt sind. Bisher war es üblich, die beiden Enden der Verlangerungsstan^en nit Aussengewinden zu versehen und sie miteinander euren gesonderte Kupplungsriiuffen zu verbinden. Erfindungs- ;e..:i"G haben die Verlänserungsstanien ein Aussengewinde nur an ihrem einen Ende, v/ährend das· andere Ende mit einem :U'.l3enteil ausgebildet ist» der ein Innengewinde aufweist.

003810/0023

Hlerdurch wird u.a. erreicht, daß die Zahl der Teile einer Bohrstange geringer ist und daß die Verbindungen steifer als bei den herkömmlichen Stangen ist» V/eitere Vorteile und nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung und zwar zeigen:

Ψ Pig» 1 eine Ansicht im Längsschnitt des einen Endes einer

Verlangerungsstange mit einer Innengewindehülse und

PIg. 2 eine Längsansicht des anderen Lndes der gleichen Verlängerung^stange mit einer. Aussen^ewlnde.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Verlän^erungsstange Io weist einen mittigen zylindrischen Spülkanal 11 auf, durch welchen ein Spülmedium, gewöhnlich Luft oder './asser, li'ngs der- Bohrstange geleitet werden kann« Die dargestellte Verlängerungsstange hat eine zylindrische Aussenseite und ist zum Halten der Stangen, wenn "ie miteinander gekuppelt werden, mit Schlüsselansetzflächen l2 versehen. Jie Stangen können stattdessen eine vieleckige Aussenseite haberi., in welchem Falle keine besonderen ochlüsselanGetzflächen erforderlich sind.

009810/0023

H83863

Das in Pig. 1 gezeigte Ende der Stange besitzt einen erweiterten Hülsenteil 13, der gewöhnlich durch Schmieden geformt wird. Der Teil 13 hat eine Bohrung mit einem Innengewinde 14, Das andere in Piß. 2 gezeigte Ende der Verlängerungsstange hat ein Aussengewinde 15· Das Innengewinde und das Aussengewinde entsprechen einander, so daß eine beliebige Zahl von Verlängerungsstangen miteinander gekuppelt werden können und eine lange Bohrstange bilden, wenn das Stangenaussengewinde 15 jeder Stange in das Hülseninnenf-ev/inde Ik der benachbarten Stange eingeschraubt wird, beim Bohren werden die Verlüntrprungsstanften einzeln an das hintere Ende der Bohrstange während des Fortgangs der Bohrarbeit angefügt. Das vordere Ende der Bohrstange ist mit ein°r Bohrerspitze versehen, w&hrend das hintere Lnde n.it aine:.i Schaftzwischenstück zur Verbindung mit der Bohrmaschine versehen ist. Die Spitze und das Schaftzwisehenetüci: können von beliebiger an sich bekanter- Art sein und sind, da sie keinen der Erfindung bilden, nicht dargestellt.

Die Gewinde, können von beliebiger für Bohrstangen zum Stoßbohren· geeigneter Art sein. i.'ie sollen eine verhältnismässir hohe Steigung, ~ev;öhnlich von mindestens Ic nun, haben. Im Liir.rtsschnitt können die Gewindeflanlc=r. verschiedene :.*eirrun~sn (S^en-eviinäe) euer die gleich? l;ei;-un~ habpn. Der Gewinde-IiLn~3schnitt Siar.n ein vCllir abfreruna°teG Profil ssiren.

009810/00 2 3 BAD ORIGINAL

U83863

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß nur die Planken abgerundet sind, während die Spitzen flach sind. Das Gewinde kann einen, zwei oder mehrere Einlaufe haben.

Eine für die erfindungsgemässen Zwecke geeignete Gewindeart hat gleichmässig geneigte abgerundete Planken und ausgeflachte Spitzen, wobei der Kontakt zwischen den gekuppelten Gewinden nur an den Planken besteht, jedoch nicht zwischen den Spitzen und dem Fuß. Das Gewinde hat zwei oder mehrere Einlaufe und damit eine hohe Steigung. Diese Art von Gewinde ist besonders geeignet, da es, selbst wenn das Bohrdrehmoment hoch ist und die Gewinde fest zusammengeschraubt sind, verhältnismässig leicht ist, sie voneinander zu trennen.

Die ringförmige Bodenfläche 16 des Hülsenteils 13 soll der Endfläche 17 des stangenförmigen Endes entsprechen, welche Flächen miteinander in Kontakt sind, wenn die Gewinde zusammengeschraubt sind. Um sicherzustellen, daß dieser Kontakt herbeigeführt wird, sollen die Gewinde eine zylindrische Form haben, d.h. einen gleichbleibenden Abstand von der Bohrstangenachse. Die Flachen 16 und 17 sind zweckmässig eben, jedoch können sie irgendeine andere Form haben, z.B. eine konische Form« Gewöhnlich ist die Breite zwischen der Aussen-

009810/0023

" BAD ORIGINAL

U83863

kante und der Innenkante der ringförmigen Kontaktflächen l6 und 17 annähernd gleich dem Halbmesser des Spülkanals, welcher Halbmesser im allgemeinen 6 - 8 mm beträgt. Der Flächeninhalt der Kontaktflächen beträgt gewöhnlich l/> , bis 2/3 des Flächeninhalts des vollen Querschnitts der Stange.

Die Verlängerungsstangen sind gewöhnlich zwei bis vier Meter, oft drei Meter lang. Jedes Gewinde hat eine Länge,"welche bis zu Io %, oft 2 - 6 %_t der Länge der Verlängerungsstange beträgt» Mit anderen Worten, die Länge jedes Gewindes beträgt das Zwei- bis Vierfache, vorzugsweise das 2,5 - 4-fache, des Durchmessers der Stange. Eine durchschnittliche Länge des Gewindes ist etwa Io cm. Das Stangengewinde 15, gemessen zwischen 'den entgegengesetzten Spitzen, soll einen Durchmesser haben, der gleich dem oder geringfügig kleiner als der Stangendurchmesser ist, wenn die Stange zylindrisch ist, oder gleich dem bzw. kleiner als der Duehmesser des eingeschriebenen Zylinders, wenn die Stange polygonal ist. Diese Gewindeabmessung ermöglicht ein Machschärfen, -wenn das ursprüngliche Gewinde abgenutzt ist, und ergibt gleichzeitig eine größtmögliche Wandstärke des Gewinaeteils der. Stan·;». Die Spitzen des Au3s.engewindes liegen annähernd nundir mit der Aussenflache der Stange»

009810/0023

483863

Die V/and des Hülsenteils soll eine Dicke haben, die mindestens IM des Stangendurchmessers betr£^:gt, und einen Juörsehnittsflächeninhalt, der mindestens ebenso fvoß wie die volle Querschnittsfläche der Stange ist. Der Hülsent^il 13 weist einen Teil 2o länris des Gewindes lh auf, der breiter als die Stange ist und gewöhnlich eine zylindrische Aussenseite hat. Dieser Teil 2o ist mit der Stange durch einen sich verjüngenden Teil 21 verbunden, wobei der Abstand zwischen der Bodenfli'che 16 und dem Ende des sich verjüngenden Teils annähernd gleich den oder etwas grosser als der Halbmesser der Stange, lot.

Die erfindunrs *eir?;.r>?;e an^eformte hüls- hat mehrere Vorteile im Vergleich au resonderten luipplurifsmuffen. Die arr-eforrit-" hüls^ ergibt eine ^rössere Steifigkeit und eine geringere Biegung der Stange, Sie ist kürzer und hat eine p-erin^rere i-iasse, wodurch die Enerr;ieverluste bein Bohren verringert

v/erdP-n. iJpiir. Lö3Fⁱn einer Verbindung v;ar es früher ein Probler', daß di^ iiuffe auf der gewünschten Stange bleibt. I.eir.i vertikalen xiohren ist es wünschenswert, aaf ^r.xe .·ι\ιΐ^^ auf der unteren Stange bleibt. Bei einer angefornter ^:,ülse besteht dieses Problem nicht, da uie Hüls«³· bzv;. i-iuffe ir:rir.-r an dar unteren Stange vorgesehen vjsrden kann. Γ,1η^Ω --²SOn i^rthat ein p-e'.risaes ^piel lä.n^s der fipwinde, no <}?."■ .-;.ιρ

0 09810/0023

U83863

sich beim Bohren vor und zurück bewegt, was einen Verschleiß des Gewindes zur Folge hat, der jedoch nicht bei einer angeformten Hülse bzw. Muffe stattfindet. Ferner ist die Zahl der Stangenteile durch die Verwendung von angeformten Hülsen bzw. Huffen verringert und die Herstellung der Verbindungen erleichtert.

Um die Gewinde verschleißfester zu machen, ist es zweckmässig, eine Oberflächenschicht der Gewinde auf einen höheren Härtegrad als das darunter befindliche Material zu härten.

Die erfindungsgemässen Verlängerungsstangen sollen aus eineir Material hergestellt sein, das eine hohe Dauerschwingungsfestigkeit hat, für welchen Zweck legierte Stähle zum Zähhärten (tough hardening) und !Einsatzhärten verwendet. Herkömmliche Legierungen für diesen Zweck sind niedriglegierte Chromnickel- oder Chrom-Molybdänstähle. Als Beispiel einer Analyse eines geeigneten Chromnickelstahls kann erwähnt werden o,25' % C, o,5o % Mn, o,25 % Si, 1,2 % Cr, o,25 % Mo, und 3|O % Ni, während eine Analyse eines geeigneten Chrom-Nolybdänstahls o,25 % C, o,3o % Si, 0,60 % Mn, 3,2 % Cr und o,55 % Mo ist.

Die geeigneten Stahlqualitäten für den vorliegenden Zweck

009810/0023

U8.3863

können nicht geschweißt werden, so daß die erfindungsgemässen Verlängerungsstangen einteilig hergestellt werden müssen, wobei der Hülsenteil durch Schmieden des Stangenendes auf die gewünschte Form gebildet ,wird, worauf das Gewinde herausgearbeitet wird«

Mit Hilfe der Erfindung wurden sehr zufriedenstellende ψ " Ergebnisse erzielt, da das Bohrloch gerader wird und der Wirkungsgrad der Bohrarbelt höher als bei den bisherigen herkömmlichen Bohrstangen ist und ferner das Verbinden und Trennen der Verlängerungsstangen wesentlich vereinfacht ist. ■

In manchen Fällen kann das Aussengewindeende durch Schmieden erweitert werden, so daß sich die Spitzen des Aussengewindes radial etwas ausserhalb der Aussenfläche der Stange befindeil·

Die erfinduncsgemässe Bohrstange hat eine Durchdringungsgeschwlndlgkeit, dip wesentlich grosser als diejenige herkömmlicher Stangen zum Stoßbohren 1st.

BAD OSiGiNAL 009810/0023

Claims (3)

1. H83863

   atentansprüche :

   1, Verlängerungsstange in einem Bohrgestänge zum Stoßbohren langer Löcher im Gebirge bzw. Gestein, welches Bohrgestänge eine Reihe von Verlängerungsstangen aufweist, die an jedem Ende mit einem Gewinde versehen und durch Gewindeeingriff miteinander verbunden sind, und ferner einen ringförmigen Querschnitt mit einem Spülkanal in der I4itte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsstange (lo) an ihrem einen Ende mit einem zylindrischen .Aus sengewinde (15) und an ihrem anderen Ende mit einem entsprechenden Innengewinde (14) versehen ist, .welches Gewinde von einer zum Stoßbohren geeigneten Art ist und eine verhältnismässig grosse Steigung hat, die Spitzen des Aussengewindes annähernd bündig mit der Umfangsfläche der Stange sind, das Gewinde eine Länge hat, die mindestens das Zweifache des Stangendurchmessers betrl-gt,. das Innengewinde in einem Hülsanteil (13) vor-.^-isehen ist, der einen ersten Teil' (2o) längs des Innengewindes mit einem grösseren Aussendurchmesser als die_: Stange (lo) und einen zweiten Teil (21) aufweist, der sich

   009810/0023 W ' BADORiGiNAL

   H83863

   -lover j uns t ^unö den ersten Tr-il r.it aer Gtan^e verbindet, der Hülsenteil (13) eine rinf-fömi -e ^odenflilcae (16) und dasAussengewindeende eine entsprechende ringförmige Endfläche (17) besitzt, die Verlj^;n™erunr;3 stange mit den Gewindeteile aus einerr Stück hergestellt ist und der Hülsenteil (13) durch Schmieden oder in "hnlierer hergestellt ist.
2. 2. Verlängerung stange nach Anspruch 1, dadurch ;*ekennzeicl"inet, daß die aneinander atossenden rinf;förr.ir;?n Flachen (16, 17) eben sind.
3. 3. Bohrstange aus einer'Reihe von Ver lunker un;:s ξ tanken nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsstangen (lo) niteinander dadurch gekuppelt sind, daß das Außengewinde (15) jeder Verlängerungsstange in das Innengewinde (l'Q der benachbarten Stange so eingeschraubt ist, daß die ringförmige Hnafli'che (17) am Aussenp;eviindeende ge^ren di° rinnf^rr-i-t-e Bodenfläche (16) der Innenge-vilndehülss (13) anlieft.

   BAD üfiiQiNAL 009810/0023