DE1809488A1 - Verfahren zur Schaumspuelung beim Bohren von Gestein od.dgl. und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Tedeckovyzkumny uhelny us tar, Ostrava-Radvanice

"Verfahren zur Schaumspülung beim Bohren von Gestein od.dgl. und Torrichtung zur Durchführung des Verfahrens"

Für diese Anmeldung wird die Priorität der tschechoslowakischen Patentanmeldung PT 8025-67 vom 13. November 1967 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft ein Terfahren zur Schaumspülung beim Bohren von Gestein od.dgl. und eine Torrichtung zur Durchführun, des Terfahrens. Die zur Durchführung dieses Terfahrens dienende Torrichtung ist zusätzlich anwendbar und kann in Kombination mit den verschiedensten Typen von Bohrgarnituren, und zwar sowohl für Bohrhämmer und Drehbohrmaschinen, als auch für geologischen Untersuchungsböhrungen verwendet werden.

Bei Bohrarbeiten wurde in den letzten Jahren das Spül-bohren als universales Terfahren benutzt, wobei zur Spülung Zirkulationsflüssigkeiten, wie z.B. Wasser, Öl oder Öl-Wasseremulsionen verwendet werden. In der letzten Zeit wurden jedoch erfolgreich neue Spülverfahren eingeführt, bei denen als Spülmedium z.B. komprimiertes Gas oder Pressluft benutzt wurden, und es wurden auch Spülverfahren mit trookenem oder nassen Schaum, die dem Spülbohren entsprechen, eingeführt, wobei statt Wasser eine

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Spülflüssigkeit mit einem Zusatz schaumbildenden Stoffes auf SaponatbasiB verwendet wird.

Diese Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, daß der Spülschaum in ziemlich großen Entfernungen von den Bohrgarnituren hergestellt wird und in seinem fertigen Zustand in die Bohrgarnitur gebracht werden muß. Dieser Vorgang ist jedoch mit bedeutenden Schwierigkeiten verbunden, welche die Verwendung der Schaumspülung dieser Art beschränken oder überhaupt unmöglich machen Beim Bohren mit nassem Schaum ist es notwendig, große Wassermengen zu benutzen, da es sonst nicht möglich wäre, das Schaumund Bohrkleingemisch aus dem Bohrloch zu entfernen. Beim Ausspulen des Bohrloches mit trockenem Schaum, der vom Standpunkt der Staubbildungsverminderung vorteilhafter ist, erfolgt bei Verwendung der üblichen schaumbildenden Stoffe, z.B. von Petrosulfonat, eine Sedimentierung der Staubteilchen mitsamt dem schaumbildenden Stoff, wodurch ein häufiges. Pestklemmen des Bohrgestänges verursacht wird, für die Herstellung des nassen oder trockenen Schaumes werden verschiedene Sorten von schaumbildenden Stoffen, und andererseits Aggregate und Adaptoren für die Zuleitung und Ableitung der Schaummasse in die Bohrloch mündung, welche selbständige oder zusätzliche Vorrichtungen der Bohrgarnitüren vorstellen und auf dem Prinzip des Mischens von Wasser, schaumbildendem Stoff und Pressluft im bestimmten Verhältnis beruhen, verwendet. Die erwähnten Vorrichtungen sind in ihrer Konstruktion kompliziert und nehmen viel Platz ein«,

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Sohaumspülen zu vermeiden.

Das Wesentliche der Lösung dieser Aufgabe beruht nach der Erfindung in meinem Verfahren und einer Vorrichtung zur Durchführung des Sohaumspüslens, wobei die schaumbildende Flüssigkeit, bestehend aus Wasser und einer Lösung entsprechend abgebauter Einweißstoffe, die durch anorganishe Salze stabilisiert sind, in eine Hisohdüse, in der seine Durchlüftung stattfindet, eingeblasen wird. Die eigentliche Herstellung der «trockenen Sohaummasse und ihre weitere Eindickung und Fertigformung in einen elastischen Schaumkern erfolgt erst in den folgenden geschlossenen Uransportwagen, wodurch eine wirksame Spülflüssigkeit, welche zugleich als sehallieolierender Stopfen wirkt, der die ron der Bohrmaschine ausgestrahlte akustische Energie absorbiert, gebildet wird.

Die Vorrichtung nach der Erfindung wird als Bestandteil der Bohrgarnitur benutzt und besteht aus einer Mischdüse, die in eine hohle Schraube eingesetzt ist. In der hohlen Schraube befindet sich ein Eintritt für die Preseiuftzufuhr und ein Eintritt für die Zuleitung der schaumbildenden Flüssigkeit. Die Vorrichtung kann direkt an der Bohrgarnitur angeordnet oder frei in Verbindung mit einigen Bohrgarnituren aufgestellt werde]

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Die Vorteile des Verfahrens und dder Vorrichtung gemäß der

Erfindung beruhen darauf, da® die Schaumspülung ssiae wirkungsvolle, augenblickliche Beseitigung des abgebohrten Gesteins aus dem Bohrloohboden ermöglicht₉ wodurch eine sekundäre Zerkleinerung des abgebohrten Gecteina vesÄäsrt wird, demzufolge die Bohrgeschwindigkeit erhöht und die Abnutzung des Bohrwerkzeuges herabgesetzt wird» Me Spttleohaummasse besitzt di© hervorragend© !Fähigkeit, das Bohrklein in der Schwebe ssu halten. Demzufolge findet eine minimale Sedimentation bei Unterbrechung des Bohrlochspülprozesses statt, so daß die Gefahr des des Bohrgerätes anläßlich der Arbeitsunterbrechungen vermindert wird. Die Spülschaummasse trägt das Bohrkle in» bedeutenden KemimgsfeexeichJE aus,-, Sie feesitat markante schalldämpfende Eigenschaften uM überführt die ffeeguenszusammensetzung des mechanischen Lärmes, welche durch die Bohrstang aus dem Borhloohbodert übertragen wird_ä aus des Bereieli heber SchwingungsEahl in den Bereich mittlerer Schwingungszahl. Die Verwendung dieses Verfahrens ermöglicht eine intensive Kühlung des Bohrwerkzeuges. Das Verfahren und die Vorrichtung für die Schaumspülung gemäß der Erfindung können beim Kernbohren im kompakten Gebirge, sogar unter Verwendung einesfiteinfachen Kernbrechers, als auch beim Vollprofilbohren mit den üblichen Bohrwerkzeugen benutzt werden. Die Verwendungsmöglichkeit ist somit ziemlich universal.

Die Erfindung wird in zwei AusführungsbeispieLen erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 eine schematisohe Darstellung der Vorrichtung für das Sohaumspülbohren bei Hammerbohrmas ohinen und Drehbohrmae chinen,

Fig. 2 eine sohaumbildende Torrichtung hierfür,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Durchführung der Schaumspülung in Steinbruche und Tiefbohrmaschinen und

fig. 4 in schemaltiseher Wiedergabe die schaumbildende Vorrichtung hierfür.

Das Verfahren der Schaumspülung gemäß der Erfindung wird mit einer zusätzlichen Vorrichtung durchgeführt. Diese Vorrichtung kann an Bohrhammer, fahrbare Steinbruch-Bohrgarnituren oder Großlochbohrgarnituren angeschlossen werden, die gewöhnlich für Wasser-, Luft- oder Luft-Wasserspülung und Absaugung geeignet sind. Die Mischvorrichtung selb* beruht auf dem Prinzip des pneumatisch-hydraulischen Mischers und wird im Folgenden in zwei konkreten Ausführungen für Hammerbohrmas ohinen und Drehboarmasohinen und ferner für fahrbare Steinbruchbohrgarnituren und Grcjßlochbohrgarnituren beschrieben.
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Die Vorrichtung zur Durchführung der Schaumspülung beim Bohren mit Hammerbohrmaschinen und Drehbohrmaschinen sctet sich aus folgenden Bestandteilen zusammen: Druckgefäß 1, Mischvorrichtuni 2, Zuleitungen der Pressluft und der schaumbildenden Flüssigkeit.

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Die Pressluft wird durch den Druckschlauch 14 über den Druckregler 15 ia das BrsaokgsfäS? 1 srefüiirt» Das irs-sJiggffS -1 Mldst zugleich einen Speicher für die schaomblldende j?11isäigiLeit und für die Pressluft und let mit zwei Austritten 17 und 18 veraelvan. Dsr eis® Austritt 17 ist für tie sel2siÄ^il49M@ flüssigkeit ι und der zweite mit einem Eegulierveatil 16 vei-seäene Auetritt 18 ist für Pressluft bestimmt. Die beiden Austritte 17 und 18 sind rsittels SoOl^ucYien 5 und 4 ffiit selbständigen Eintritten in die Mischvorrichtung 2, welche einen Bestandteil der HaroTOerbohrmaschine oder der Drehbohrmaschine bildet, ver-

Die in der Fig. 2 näher dargestellte Misohyorrichtung 2 beruht auf dsm Prinzip des pneuaatiäori-hydifaaligiSiasi Mischens und ist vor den Zemtralspülungskanal 12 des Bohrhamniers vorgesetzt. Der Zylinderkopf 6 des Bohrhammers ist mit einem selbständigen Eintritt 7 für die Zuleitung dsr sohaumMldsMsn flüssigkeit versehen. Diese Zuleitung 7 mündet in den Mjtechrama 8, der als Kreisringraum swisehen dem Augsenoixrcfc^g-sssT ier Miscfeäüs© 9 und dom Innendurchmesser der Cifiraag dssuoiiiar* 3onraubs 5 gebildet ist. Auf der hohlen Schraube 5 ist der Pressluftzuleitungskopf 10, der wa die Achse der feohlsn Schraube 5 i^ Bereich von 0° bis 360° beliebig drehbar Ist,, aufgesetzt. 3er Äsam der hohlen Schraube 5 ißt mit dem Baum des Presslmftztxleituiiggkopfe 10 sraadndasb durch zwei Yerbia.diHi.gsöffaijageii 11 irerltundsn» Falls nur zwei TerbindungsÖffnungen 11 vorhanden sind, bild@a ihre Achsen einen Winkel von 190°. Die Durchmesser rand Sfcdi© Längen

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der Zylindereinfassungen und des Bolzengewindes der hohlen Schraube 5 sind individuell den verschiedenen. Bohrhammer·*· und Srehbohrmaeohinentypen angepaßt. Auf der Zylindereinfassung, rom Kopf der hohlen Schraube 5 biß zum Gewinde, 1st der Pressluft zmleitungskopf 10 aufgesetzt. Die hohle Schraube 5 ist in den Zylinderkopf 6 des Bohrhammers eingeschraubt, wo sie auf der Einfassung des Spülrohres 12 aufsitzt. Das Spülrohr 12 mündet abgedichtete in der Zentralöffnung des Schaftes der Bohrstange, auf deren Ende sich die Bohrkrone oder ein anderes Bohrwerkzeug mit zwei Spülöffnungen befindet.

Das Spülrohr 12, welches durch die Zentralöffnung des Bohr-Laaerkoibens läuft j mündet in d«r 3ent?al3ffnung dos Bohrstangensohaftes. Aus der gegebenen Beschreibung der Vorrichtung ergeben sich ihre folgenden Punktionen:

Das Druckgefäß 1 wird durch den Füllstutzen 15 mit Nutzwasser ohne mechanische Verunreinigungen gefüllt. Sodann wird der schaumbildende Stoff im vorgeschriebenen Yolumenverhältnis 1:25 zu der im Druckgefäß 1 befindlichen Wassermenge beigesetzt. Der Inhalt des Druckgefäßes 1 wird mittels entsprechender Menge des Schaumstabilisatorxe ?eSO. . . 7 H₂O adjustiert. Das Druckgefäß 1 wird nur bis zu 3/'4 seines Volumens gefüllt, damit in dem verbleibenden 1/4- seines Volumens oberhalb des Spiegels der schaumbildenden Flüssigkeit ein freier Raum für die Bildung eines Luftdruckpolsters übrig bleibt. Dieses Luftdruokpolster drückt einerseits die schaumbildende Flüssigkeit in den Aus-

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tritt 17 aus dem Druckgefäß 1 heraus, und andererseits dient es als Speicher für Fressluft, welche durch das Regulierventil 16 auf dem Druckgefäßdeckel abgeführt wird. Aus den Austritten 18 und 17 wird mittels individueller Schläuche 4 und 3 die Pressluft und die schaumbildende Flüssigkeit zum Eintritt 19 in dem Pressluftzuleitungskopf 10 auf der hohlen Schraube 5 und in den Eintritt 7 für die Zuleitung der schaumbildenden Flüssigkeit auf dem Zylinderkopf 6 des Bohrhammers geführt. Der pneumatischhydraulische Mischprozess findet sodann im Mischraum 8 der Mischdüse 9 statt, und das Prozeesergebnis ist ein Gemisch von schaumbildender Flüssigkeit mit Pressluftbläschen. Infolge allmählicher Expansion und Strömung des Gemisches im Spülrohr 12 und in der Bohrstange wird der Spulechaum in einen elastischen Schaumkern, der beim Ausfluß aus den öffnungen des Bohrwerkzeuges auf den Bohrlocchboden das Bohrklein abfängt und herausträgt, fertig geformt. Dieser Schaumkern bildet gleichzeitig über die ganze Länge des Bohrloches zwischen der Bohrstange und der Bohrlochwandung einen luftdichten, schallisolierenden Stopfen, welcher die durch das Bohrwerkzeug vom Bohrlochboden ausgestrahlte akustische Energie absorbiert und gleichzeitig die Vibration des Bohrgestänges dämpft.

Das Verfahren zur Schaumspülung und die Mischvorrichtung gemäß der Erüfindung kann man in der Zusammensetzung nach den Figuren 3 und 4 für Steinbruch, Tief- und Großl ο chbohr garni türen anwenden. Bestandteile dieser Zusammensetzung sind die Pumpgar-

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nitur 20, die Mischvorrichtung 2, der Speiolier 21 der schaumbildenden Flüssigkeit und die Pressluftzuleitung 22.

Die Pumpgarnitur 26 besteht z.B. aus einem elektrischen Motor in explosionssicherer Ausführung, der mittels einer elastischen Kupplung mit der Zentrifugal-Selbstsaugpumpe mit einer Leistung von 60 l/min, und einer Druckhöhe von 80 m Wassersäule verbunden ist. Die Mischvorrichtung 2 ist im wesentlichen gleich der Vorrichtung, die in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Der Speicher 21 ist ein offenes Gefäß von beliebigem Volumen. Die Pressluftzuleitung 22 kann je nach Wahl entweder mit dem PressluftvertedLungsnetz oder mit einem mobilen Kompressor verbunden werden. Der erforderliche Druckbereich der zugeführten Luft liegt zwischen 3 kp/cm und 6 kp/cm . Die schaumbxildende Flüssigkeit wird aus dem Speicher 21 durch die Pumpgarnitur 20 zum selbständigen Eintritt 7 für die Zuleitung der schaumbxildenden Flüssigkeit und von hier in die Mischdüse 9 geführt, in der das schaumbildende Gemisch mit der luft, welche aus dem Eintritt 19 zugeführt wird, entsteht. Das schaumbildende Gemisch strömt durch den Spülungsschlauch 23, in wiche: die Bildung und Fertigformung der Schaummasse erfolgt, zum Spülungskopf 24 der Bohrkolonne 25.

Fig. 4 zeigt die Anordnung der Mischvorrichtung zu diesem Ausführungsbeispiel. Auf der hohlen Schraube 5 mit eingelegter Mischdüse 9 ist der Preseluftzuleitungskopf 10 aufgesetzt, welcher mit dem Eintritt 7 für die Zuleitung der schaumbildenden

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Flüssigkeit und mit dem Eintritt 19 für die Pressluftzufuhr versehen ist.

Nasser, halbtrockener oder trockener Spülschaum, der statt Wasser oder Luft benutzt wird, wcird durch pneumatisches Anschäumen des im Wasser gelösten schaumbildenden Stoffes, der mit Wasser vermischt ist, hergestellt. Der schaumbildende Stoff stellt eine Lösung entsprechend abgebauter Eiweißstoffe, die durch anorganische Salze stabilisiert sind, vor. Gewöhnlich, wird dieser schaumbildende Stoff zur Bildung von luftmechanischem Schaum verwendet.

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Claims (2)

- Ii - ■ Patentansprüche

1. Verfahren zur Schaumspülung heim Bohren ron Gestein od.dgl. dadurch gekenneeich.net, daß schaumbildende Flüssigkeit, bestehend aus Wasser und einer Lösung entsprechend abgebauter durch anorganische Salze stabilisierter Eiweißstoffe in ein Mischdüse (9), in der die Durchlüftung und das Entstehen des schaumbildenden Gemisches stattfindet, eingeblasen wird, wobei die eigentliche Bildung der Schaummasse und ihre weitere Eindickung und Fertigformung in einen elastischen Schaumkern erst in den nachfolgenden abgeschlossenen Transportwegen erfolgt und so eine wirkungsvolle Schaumspülflüssigkeit entsteht, welche zugleich als schalldämmender und staubaufnehmender Stopfen wirkt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 als Bestandteil, einer Bohrgarnitur, welche mit zentraler Waseer-Luftspülung oder mit unterer Wasserspülung evtl. mit Zentralabsaugung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Hisohdüse (9), welche in eine hohle Schraube (5), in der sich ein Eintritt (7) für die Zuleitung des schaumbildenden Gemisches und ein Eintritt (19) für die Pressluftzufuhr eingesetzt ist, besteht, wobei auf der hohlen Schraube (5) der Pressluftzuleitungskpf (10) aufgesetzt ist.

Patentanwälte

Seiler u. Pfenning

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