DE1888608U - Device for driving boreholes using the air-flushing method - Google Patents
Device for driving boreholes using the air-flushing methodInfo
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Rheinische Braunkohlenwerke AG., Köln, Kaiser-Friedrich-UferRheinische Braunkohlenwerke AG., Cologne, Kaiser-Friedrich-Ufer
'♦Vorrichtung zum Wiederbringen von Bohrlöchern im Luftspülverfahren .w ♦ Device for repositioning boreholes using the air-flushing method. w
Zum Niederbringen von Bohrlöchern, z, B. zum Herstellen von Brunnei bohrungen zur Absenkung des Grundwasserspiegels im Braunkohlen·^ tagebau* werden vielfach Saugbohrgeräte verwendet, Da jedoch bei grossen Tiefen ab etwa 200 m der Bohrfortschritt nur sehr gering ist, wird die sogenannte Mischluftspülung verwendet, bei der in das Bohrgestänge Pressluft eingeblasen wird, die den erforderlichen Auftrieb für das Bohrgut bewirkt. Die Bohrleist ist dabei abhängig von der Luftmenge und der Sinblastiefej die Sinblastiefe hinwiederum von dem durch einen Kompressor erzeugten Luftdruck, Suction drilling rigs are often used to sink boreholes, e.g. to create wells to lower the groundwater level in lignite opencast mining, but as the drilling progress is very slow at depths of around 200 m, so-called mixed air purging is used , in which compressed air is blown into the drill pipe, which creates the necessary buoyancy for the cuttings. The drilling capacity depends on the amount of air and the sinblast depth j the sinblast depth in turn depends on the air pressure generated by a compressor,
Die bisher verwendeten Bohrgestänge, die aus Schüssen von etwa 3 m Länge zusammengesetzt sind, tragen an ihrer Auseenwand zwei um 180° gegeneinander versetzte Luftleitungen, die bei einer lichten Weite des Bohrgestänges von 200 mm etwa eine lichte Weite von 40 mm aufweisen können. Die einzelnen den Schüssen des Bohrgestänges entsprechenden Rohrabschnitte dieser Luftleitungen müssen beim Ansetzen jedes Schusses an das Bohrgestänge selbstverständlich genau mit den bereits daran befindlichen Luftleitungen zur Deckung gebracht werden. Dabei wirdThe previously used drill rods, which consisted of shots of about 3 m in length are put together, have two air lines offset by 180 ° on their outer wall clear width of the drill rod of 200 mm can have approximately a clear width of 40 mm. The individual the shots The pipe sections of these air lines corresponding to the drill pipe must be attached to the drill pipe when each shot is placed of course, must be exactly aligned with the air lines already on them. It will
immer nur eine Luftleitung an den Kompressor angeschlossen, weil die luftführende Leitung durch eine angeordnete Düse nur so lange Pressluft in das mit Wasser gefüllte Gestängerohr einblasen kann, wie der mit der Taufe grosser werdende Wasserdruck kleiner ist als der Druck, mit dem die Luft in das Bohrgestänge eingeblasen wird. Sobald die Düse mit fortlaufendem Bohrvorschritt eine Taufe erreicht, bei der der Druck der Wassersäule grosser ist als der Druck der ressluft, kann keine Luft mehr aus der Luftleitung in das Bohrgestänge austreten· Es muss mithin spätestens in einer Taufe, bei der der Druck der Wassersäule und der der Pressluft gleich gross sind, die Luftzufuhr auf eine Blasdüse umgestellt werden, die weniger tief angeordnet ist, sich also in einem Befreien befindet, in dem der Druck der Pressluft den der Wassersäule noch übersteigt. Das geschieht in der Weise, dass beim Nachsetzen eines Schusses die Mitnehmerstange um 180° verdreht angeflanscht wird, wodurch die vorher tot liegende Luftleitung, die in einer geringeren Taufe eine Blasdüse aufweist, mit dem Kompressor verbunden wird.Always only one air line connected to the compressor, because the air-carrying line through an arranged nozzle only lasts that long Compressed air can be blown into the drill pipe filled with water, as the water pressure, which becomes greater with the baptism, is less than the pressure at which the air is blown into the drill pipe. As soon as the nozzle reaches a baptism as the drilling process continues, When the pressure of the water column is greater than the pressure of the fresh air, no more air can enter the air line the drill pipe emerge · It must therefore at the latest in a baptism at which the pressure of the water column and that of the compressed air are of the same size, the air supply can be switched to a blower nozzle that is located less deep, that is, is in a free position in which the pressure of the compressed air is that of the water column still exceeds. This happens in such a way that when repositioning one shot, the drive rod is flanged rotated by 180 °, whereby the previously dead air line, which is in a lesser baptism has a blower nozzle connected to the compressor will.
Die Verwendung von zwei am Bohrgestänge angebrachten Luftleitungen setit voraus, dass die Verbindung der einzelnen Schüsse des Bohrgestänges über Plansche erfolgt, um auf diese Weise zu erreichen, dass die einzelnen Abschnitte der Luftleitungen genau miteinander fluchten und somit eine durchgehende Verbindung hergestellt ist. Diese Planschverbindung ist nachteilig, insbesondere deshalb, weil sie einen erheblichen Arbeitsaufwand erfordert. Einfacher wäre eine Schraubverbindung^, die Jedoch,, solange zwei Luftleitungen verwendet werden, nicht anwendbar ist, *eil dabei keine Gewähr dafür gegeben ist, daß die einzelnen Abschnitte der Luftleitungen beimThe use of two air lines attached to the drill pipe It is assumed that the connection of the individual sections of the drill rod is made by means of splashes in order to achieve in this way, that the individual sections of the air ducts are precisely aligned with one another and thus a continuous connection is established. This splash connection is disadvantageous, in particular because it requires a considerable amount of work. One would be easier Screw connection ^ which, however ,, as long as two air lines are used is not applicable, * as no guarantee is given is that the individual sections of the air ducts at
Zusammenschrauben der einzelnen Schüsse genau miteinander fluchten und somit eine durchgehende Verbindung herstellen würden.Screw together the individual shots exactly aligned with each other and thus establish a continuous connection.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesen Nachteil zu beseitigen. Sie schlägt vor, dass die Bohrgestängeschüsse unmittelbar miteinander verschraubt und die beiden einander zugekehrten Enden derselben umlaufende Kragen, Flansche oder dgl, tragen, die in montiertem Zustand einen vom Gestängeinnenraum getrennten, umlaufenden geschlossenen Raum bilden, und die so an jeder Verbindungsstelle gebildeten Ringräume über nur eine vom Bohrgestänge getragene Luftleitung miteinander verbunden sind, wobei die die Luftleitung mit dem Gestängeinnenraum verbindenden Düsen in Abhängigkeit von Luft- und Wasserdruck öffnen und sohliessen, Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Düsen in besonderen, das Gestänge aussen umgreifenden Ringkammern angeordnet sein, die ihrerseits mit der Luftleitung in Verbindung stehen. Die DUsen sind zweckmässig in der Weise ausgebildet, dass sie jeweils aus einem innerhalb eines Ventilgehäuses angeordneten Differentialkolben bestehen, innerhalb dessen ein weiterer Kolben verschiebbar angeordnet ist, beide Kolben rückseitig durch Pressluft, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von öl, und stirnseitig durch den Druck der im Bohrgestänge stehenden Wassersäule beaufschlagt und mir vorzugsweise zur Kolbenachse radialen Luftdurchlassöffnungen versehen sind, die in Abhängigkeit von der durch die Druckverhältnisse bestimmten Relativstellung der Kolben zueinander und deren Stellung im Ventilgehäuse mit einer Luftdurchlassöffnung fluchten oder dieser gegenüber schoben sind, wodurch das Sinströmen von Pressluft in das Bohrgestänge entweder zugelassen oder unterbrochen wird, ^tarch diese Ausbildung der DüseThe invention is based on the object of eliminating this disadvantage. It suggests that the drill rod sections are screwed directly to one another and that the two ends facing each other carry circumferential collars, flanges or the like, which in the assembled state form a circumferential closed space separated from the interior of the rod, and the annular spaces thus formed at each connection point over only means carried by the drill string air line are connected to each other, opening the nozzles, the air line connecting to the rod inner space as a function of air and water pressure and sohliessen, According to a further feature of the invention, the nozzles in particular, the G e strands on the outside surrounds the annular chambers may be arranged which in turn are connected to the air line. The nozzles are expediently designed in such a way that they each consist of a differential piston arranged within a valve housing, within which a further piston is arranged displaceably, both pistons on the rear side by compressed air, possibly with the interposition of oil, and on the front side by the pressure of the drill pipe standing water column is applied and preferably radial air passage openings are provided to the piston axis, which, depending on the relative position of the pistons to one another and their position in the valve housing, are aligned with an air passage opening or are pushed opposite this, whereby the flowing of compressed air into the drill rods either admitted or interrupted, ^ tarch this training of the nozzle
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wird erreicht, dass bei einer vorherbestimmten Taufe die Düse den Lufteintritt selbsttätig freigibt. Weiterhinwird in den Fällen, in denen der Wasserdruck, der auf die DUse einwirkt, grosser ist als der Luftdruck, ein Etnfliessen des Wassers in die Luftleitung verhindert. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, nur eine Luftleitung vorzusehen.it is achieved that with a predetermined baptism the nozzle the Releases air inlet automatically. Furthermore, in cases where the water pressure acting on the nozzle is larger as the air pressure, a flow of water into the air duct prevented. This gives the possibility of only one air line to be provided.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darge-; stellt,t Is zeigen:In the drawing, an embodiment of the invention is shown; represents, t is show:
Fig, 1 das Schema einer Gesamtanordnung zum Fiederbringen von Bohrlöchern nach dem Luftspülverfahren, in Seitenansicht,1 shows the diagram of an overall arrangement for bringing down boreholes according to the air purging process, in side view,
Pig, 2 einen Abschnitt des Bohrgestänges mit Luftzuführung und Einblasdüse im Längsschnitt,Pig, 2 a section of the drill rod with air supply and injection nozzle in longitudinal section,
Pig, 3 bisPig, 3 to
5 verschiedene Betriebsstellungen der Blasdüse, im Längsschnitt ·5 different operating positions of the air nozzle, in longitudinal section ·
Zum Niederbringen des Bohrloches 10 dient ein Bohrgestänge 11, an dessen unterem Ende eine in der Zeichnung nicht dargestellte Bohrkrone angebracht ist. Das Bohrgut wird durch das Bohrgestänge nach oben gefördert. In dem Bohrgestänge befindet sich ein Luft- Wasser-Gemisch. Es wird durch einen Drehtisch 12 angetrieben. Seitlich am Bohrgestänge ist die Luftleitung 13 angeordnet, durch die Pressluft zu einer der Düsen 14 und von dort in das Innere des Bohrgestänges 11 strömt. Die Düsen 14» 14a, 14b sind in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel soll die obere Düse 14 unterhalb der Brdoberfläche in einer Taufe von 20 m, die Düse Ha in einer Taufe von 100 m und die Düse Hb in einer Taufe von 180 m angeordnet sein.To bring down the borehole 10, a drill rod 11 is used, at the lower end of which is a drill bit, not shown in the drawing is appropriate. The cuttings are conveyed upwards through the drill rods. There is an air-water mixture in the drill pipe. It is driven by a turntable 12. On the side of the drill rod, the air line 13 is arranged through the compressed air to one of the nozzles 14 and from there into the interior of the drill string 11. The nozzles 14 »14a, 14b are in a certain way Arranged at a distance from each other. In the embodiment shown in Fig. 1, the upper nozzle 14 should be below the Brdfläche in a baptism of 20 m, the nozzle Ha in a baptism of 100 m and the nozzle Hb be arranged in a baptism of 180 m.
Die Wahl des Abstandes richtetsioh dabei nach dem Druck der Pressluft. The choice of the distance depends on the pressure of the compressed air.
Die Pig« 2 zeigt im grösseren Maßstab einen Abschnitt des stänges 11, der über ein Schraubgewinde 15 mit einem Schuss 16 verbunden ist. Letzterer nimmt die Düse 14 auf. Der Bohrgestängeabschnitt 11 ist an beiden Enden mit einem umlaufenden Kragen, Plansch oder dgl, 17 versehen. Der Abschnitt 16 mit der Ringkamaer 23 zur Aufnahme der Düse H trägt ebenfalls an seinem Snde einen umlaufenden Kragen 18, In diesen Kragen 17, 18 sind umlaufende, nutförmige Vertiefungen 19» 20 angebracht, so daß sich an den Verbindungsstellen der einzelnen Bohrgestängeabschnitte ein umlaufender Ringraum ergibt. Am Bohrgestängeabschnitt 11 ist aussen und zu diesem paralleverlaufend ein Luftrohr 21 angebracht, das am Kragen 17 befestigt und über eine Bohrung mit der darin befindlichen ^usnehmung 19 verbunden ist. Der Bohrgestängeschuss 16 trägt ebenfalls ein Luftrohr 22,Pig «2 shows, on a larger scale, a section of the rod 11, which is connected to a weft 16 via a screw thread 15 is. The latter receives the nozzle 14. The drill pipe section 11 is at both ends with a circumferential collar, or splash like, 17 provided. The section 16 with the ring camera 23 for recording the nozzle H also has a circumferential collar 18 at its end. In these collars 17, 18 there are circumferential, groove-shaped depressions 19 »20 attached so that there is a circumferential annular space at the connection points of the individual drill rod sections. The drill rod section 11 is outside and runs parallel to it an air tube 21 attached, which is attached to the collar 17 and connected to the recess 19 located therein via a bore is. The drill string section 16 also carries an air pipe 22,
au»au »
das an seinem oberen Ende in die Ausnehmung 20 des Kragens 18 mündet. Die Luftrohre 21 und 22 sind somit über den von den Ausnehmungen 19 und 20 gebildeten Ringraum miteinander verbunden, und zwar unabhängig davon, um welches Iflass gegeneinander versetzt sie in diesen Ringraum 18, 19 einmünden.which opens into the recess 20 of the collar 18 at its upper end. The air tubes 21 and 22 are thus above the openings 19 and 20 formed annular space connected to each other, regardless of which Iflass offset against each other in this Annular space 18, 19 open out.
Die Pig. 3 bis 5 zeigen Einzelheiten des im Ringraum 23 angeordneten Blasventils,The Pig. 3 to 5 show details of the arranged in the annular space 23 Blow valve,
Das Ausführungsbeispiel geht davon aus, dass Luft mit 20 atü verwendet wird. Damit liegt die imcimale Einblastiefe mit 200 m. Weiterhin sollen die Sinblasdüsen bei einer Taufe von 100 m Öffnen, imThe exemplary embodiment assumes that air is used at 20 atmospheres will. This means that the imcimal injection depth is 200 m should the Sinblasdüsen open at a baptism of 100 m, in
Verlauf des weiteren Sohrvorschrittes und damit "bei Bunehmender Taufe offen "bleiben und schliesslich "bei einer Taufe von 200 m schliessen.Course of the further Sohr progress and thus "with Bunehmender baptism "stay open and finally" close at a baptism of 200 m.
In der Ringkammer 23 beträgt somit der Luftdruck 20 atü, Dieser Luftdruck wirkt auf die Ringfläche F1 des Differentialkolbens 25 und über eine Bohrung 26 im Differentialkolben auch auf die '"ückfläche 28 eines weiteren Kolbens 27 ein, der im Kolben 25 verschiebbar angeordnet istf Dabei kann bei 24 Öl zwischengeschaltet sein. Auf diese Weise lassen sich die Dichtungsprobleme besser beherrschen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kolbenfläche F2 als Summe der zum Rohrinneren gerichteten Stirnflächen der Kolben 25 und 27 doppelt so gross wie die Ringfläche F1 an der Rückseite des Kolbens 25, Bis die Blasdüse eine Taufe von 100 m erreicht, ist die aus dem Luftdruck resultierende Kraft - 20 mal Rtogfläche F1 - grosser als der Wasserdruck auf die Fläche F2, Der Kolben 25 wird somit in Pfeilrichtung 29 in Richtung auf das Bohrgestänge gedrückt. Der Kolben 27 wird ebenfalls in Pfeilrichtung 29 durch den Luftdruck, und in Pfeilrichtung 30, also in entgegengesetzter Richtung durch den Druck des im Bohrgestänge befindlichen Wassers beaufschlagt. Solange der Luftdruck grosser ist, wird der Kolben 27 in Pfeilrichtung 29 verschoben bzw. in seiner rechten Extremlage gehalten. Mithin ist in Taufen von 0 bis 100 m gemäss Fig, 3 der Zeichnung ein Überströmen von Luft aus dem Ringraum 23 durch den Kanal 31 im Kolbengehäuse 32 und die Leitung 33 im Kolben 25 sowie die Durchbrechung 34 im Kolben 27 und von dort in das Innere des Bohrgestänges nicht möglich. Mit zunehmender Taufe über 100 m hinaus jedoch wird die Kraft, die aus dem Wasserdruck und der Fläche F2 resultiert, grosser als die Kraft aus dem Luftdruck und der ^ingfläche F1, Der Kolben 25 wandert somit in Pfeilrichtung 30 nach aussen, in der Zeichnung also nach links. Der Kolben 27 be-In the annular chamber 23 is thus of the air pressure 20 atm, this air pressure acts on the annular surface F1 of the differential piston 25 and via a bore 26 in the differential piston "ückfläche 28 of another piston 27 a which is slidably disposed in the piston 25 also to the 'f Here oil can be interposed at 24. In this way the sealing problems can be better controlled. In the embodiment shown in the drawing, the piston area F2 as the sum of the end faces of the pistons 25 and 27 facing the inside of the tube is twice as large as the annular area F1 on the rear side of the piston 25, Until the blow nozzle reaches a baptism of 100 m, the force resulting from the air pressure - 20 times the Rtog area F1 - is greater than the water pressure on the area F2, The piston 25 is thus pressed in the direction of arrow 29 in the direction of the drill rod The piston 27 is also moved in the direction of arrow 29 by the air pressure, and in the direction of arrow 30, that is, in the opposite direction ter direction acted upon by the pressure of the water in the drill pipe. As long as the air pressure is higher, the piston 27 is displaced in the direction of arrow 29 or held in its extreme right-hand position. Thus, in baptisms from 0 to 100 m according to FIG. 3 of the drawing, air flows over from the annular space 23 through the channel 31 in the piston housing 32 and the line 33 in the piston 25 and the opening 34 in the piston 27 and from there into the interior of the drill pipe not possible. With increasing baptism beyond 100 m, however, the force resulting from the water pressure and the area F2 becomes greater than the force from the air pressure and the area F1.The piston 25 thus moves outwards in the direction of the arrow 30, i.e. in the drawing to the left. The piston 27 loads
hält dabei seine relative Lage zum Kolben 25. Wenn der Kolben 25 seine linke Extremlage erreicht hat, sind, wie Pig· 4 erkennen lässt, die Leitungen 31» 33 und 34 miteinander verbunden, so dass Pressluft aus dem Ringraum 23 über die genannten Kanäle in das Innere des Bohrgestänges strömen kann. Wird die Zufuhr von Pressluft, z. B. auf Grund einer Störung am Kompressor, unterbrochen, dann überwiegt der Druck der Wassesäule und der Kolben 27 wandert innerhalb des Kolbens 25 ebenfalls in Pfeilrichtung 30, wodurch, wie Fig. 5 zeigt, die Verbindung 33» 34 unterbrochen wird. Es kann somit kein Wasser in den Ringraum 23 und damit in die Leitung 13» 21, 22 einströmen,.Die Verschiebung des Kolbens 27 nach links in die in Fig. 5 der Zeichnung dargestellte Lage findet auch bei aufrecht erhaltener Pressluftzufuhr statt, sobald die Taufe 200 m übersteigt, da dann der Druck der Wassersäule grosser ist als jener der Pressluft.maintains its position relative to the piston 25. When the piston 25 has reached its left extreme position, as Pig · 4 recognize can, the lines 31 »33 and 34 are connected to each other so that compressed air from the annular space 23 via the named channels into the Interior of the drill pipe can flow. If the supply of compressed air, e.g. B. due to a fault in the compressor, interrupted, then the pressure of the water column prevails and the piston 27 moves within the piston 25 also in the direction of arrow 30, whereby, as FIG. 5 shows, the connection 33 »34 is interrupted. No water can therefore get into the annular space 23 and thus into the line 13 » 21, 22 flow in, .The displacement of the piston 27 to the left in the position shown in Fig. 5 of the drawing also takes place at upright received compressed air supply instead of as soon as the baptism exceeds 200 m, because then the pressure of the water column is greater than that of the compressed air.
Claims (1)
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