DE2056598C3

DE2056598C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung von durchgehenden, im wesentlichen horizontalen Bohrlöchern durch mechanisches Abtragen des umgebenden Gesteins

Info

Publication number: DE2056598C3
Application number: DE2056598A
Authority: DE
Inventors: Jurij I. Alkasarow; Leonid S. Below; Michail W. Burschtejn; Alexandr I. Moskau Golbinschtejn; Konstantin S. Gurkow; Alexsandr D. Kostylew; Nikolaj S. Lawrow; Nikolaj L. Legetschew; Petr E. Malbert; Dmitrij P. Mikuschin; Nikolaj G. Nasarow; Alexsandr M. Rejnsburg; Alexsej D. Terskow; Chaim B. Tkatsch
Original assignee: INSTITUT GORNOWO DELA SIBIRSKOWO OTDELENIJA AKADEMII NAUK SSR NOWOSIBIRSK (SOWJ
Current assignee: INSTITUT GORNOWO DELA SIBIRSKOWO OTDELENIJA AKADEMII NAUK SSR NOWOSIBIRSK (SOWJ
Priority date: 1970-11-17
Filing date: 1970-11-17
Publication date: 1974-02-14
Also published as: DE2056598A1; US3730283A; DE2056598B2; GB1271790A; NL145624B; AU457675B2; NL7016906A; AU2287270A; BE759970A; FR2115660A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erweiterung von durchgehenden, im wesentlichen horizontalen Bohrlöchern durch mechanisches Abtragen des umgebenden Gesteins.

Aus der USA.-Patcntschrift 3 208 537 und aus dem »Engincering & Mining Journal«, Oktober 1964, S. 55, sind Verfahren und Vorrichtungen zur Erweiterung von vertikalen Bohrlöchern bekannt. Die aus diesen Druckschriften bekannten Vorrichtungen und Verfahren sind jedoch nicht geeignet, horizontale Bohrlöcher zu erweitern. Das beim Erweiterungsbohren abgespante Bohrklein fällt gemäß der Schwerkraft nach unten und lagert sich auf der Sohle ab. so daß schon nach kurzer Betriebszeit des Bohrers dieser im Bohrklein zu malen beginnt, wodurch großer Verschleiß und gesteigerter Kraftbedarf entsteht, was endlich zum Stillstand und Festsitzen des Bohrers führen kann.

Aus diesen Druckschriften ist es ferner bekannt, daß das Bohrloch in Richtung des Bohrvortriebs durchblasen oder von einer Bohrflüssigkeit durchspült wird. Der Luft- bzw. Wasserstrom tritt im Bereich der Bohrer aus und wird sofort von der Rotationskraft erfaßt und tangential ins Bohrloch geworfen. Bei einem senkrechten Bohrloch ist dies ausreichend, da das Bohrklein auf Grund der Schwerkraft in das tiefere Bohrloch herabfallen kann und dadurch aus der Bohrzone entfernt wird. Beim waagerechten Bohrloch ist das jedoch nicht möglich.

ίο und nach kurzer Bohrzeit würde das Pionierloch verstopft sein und der Bohrer festsitzen. Die Verwendung einer Bohrflüssigkeit bei der vorgesehenen Anwendung des Verfahrens zum Erweitern von Bohrungen in Bahndämmen und unter Straßen ist nicht

möglich, da durch nichtkontrollierbare Ausschwemmungen die Standfestigkeit der Bauwerke gefährde; wäre.

Die Herstellung eines zweiten Bohl lochs (USA-Patentschrift 3 2OS 537) ist zeit- und kostenaufwen-Jig und oft auch aus Platzmangel nicht möglich.

Aus der Patentschrift 6557 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin ist eine Tiefbohrmaschine mit einer kegeligen glatten Schneidscheibe bekannt, deren Kegelform dem Schüttwinke!

des Bohrkleins unter Berücksichtigung dec Neiguny des vorgebohrten Loches entspricht, auf der auswechselbare, spiralförmige Mitnehmerrippen und auswechselbare Schneid- und/oder Brechwerkzeuge versetzt zueinander angeordnet sind.

Aus der Patentschrift 943 des Amtes für Erfindungs- und Patentsvesen in Ost-Berlin ist eine Tiefbohrmaschine mit einem glatten Schneidkopf bekannt, auf den ringförmige Schneiden aufgesetzt sind.

Aus Erzmetall, Heft 6, 1970, S. 277 und 278, sind Verfahren und Vorrichtungen zum Bohren eines Vorschachtes und zur Ausweitung auf ein größeres Profil bekannt. Es wird ein ^T orschacht aufgefahren und dieser nachfolgend mit einer Ausweitungsma-

4c schine auf das endgültige Profil aufgebohrt. Die Ausweitung muß nach oben erfolgen, da nur dieses Verfahren die vollständige Abförderung des Bohrkleins und den Abfluß des Wassers von der Ortsbrust gewährleistet und verhindert, daß die Bohrwerkzeuge immer wieder in die schlammgefüllte Kehle zwischen Stoß und Ortsbrust eintauchen, welche bei der Ausweitung nach unten entsteht. Der AusweitungsmethcJe haftet unter anderem als Nachteil an. daß das Kaliber zweimal gebohrt werden muß. Diese Verfahren sind zudem nur bei großen Durchmessern (mehrere Meter) anzuwenden. Bei horizontalen Bohrlöchern mit kleineren Durchmessern sind bisher nur Verfahren bekannt, die auf der Verdichtung des das Pionierbohrloch umgebenden Gesteins beruhen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, die es ermöglichen, die Erweiterung von im wesentlichen horizontalen Bohrlöchern durch Abspanung der das Pionierbohrloch umgebenden Gesteine vorzunehmen.

Dies wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß das beim Erweitern der Bohrlöcher abgespante Bohrgut in Vortriebsrichtung durch einen Druckluftstrom beaufschlagt, mitgerissen und aus den Pionierlöchem ausgetragen wird.

Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die uinen mit Hilfe eines Antriebs beweglichen Körper enthält, an dem vorn ein in das Pionier-

!och ragendes Fiihrungsglied sowie ein küiu'slarmiuer Räumer mit gesieinszcrstörenden Schneidek-menlen angeordnet sind, sind die Wände des Räumers rostförmig ausgeführt und gehen vorn in eine Düse und hinten in eine mit einem Luftzufuhrkuruil versehene Kammer über, wobei der Luftzufuhrkanal mit einem kompressor in Verbindung stein.

Es ist vorteilhaft, daß die Wände des Räumers aus einem Salz von verschieden großen Messerrintien gebildet sind, die miteinander durch Rippen verbunden sind und deren Durchmesser von vorn nach hinten zunimmt.

Vorzugsweise ragen die die Messerringe miteinander verbindenden Rippen über die Schneidkanten der Messerringe hervor. Dadurch wird erreicht, daß die Schneidkanten der Messerringe beim Anstoßen des Räumers gegen Blöcke oder andere Hindernisse vor einer Beschädigung weitgehend geschützt sind, da die Blöcke durch die Rippen nach außen an die Seiten gedrängt werden.

Um eine Verstopfung des D.isendurchgangsquerschnittes durch das Bohrklein zu verhindern und zur wirksameren Zerkleinerung der Gesteinsspäne ist es vorteilhaft, daß im inneren der Kammer des Räumers eine frei drehbare Scheibe angeordnet ist, die tangential und in Richtung zur Düse des Räumers angeordnete Düsen enthält.

Um eine Havariedrucksteigerung in der Kammer im Falle der vollständigen Verstopfung des Bohrlochdurchgangsquerschnitts durch Bohrklein zu verhindern, wird vorzugsweise die Rückwand der Kammer des Räumers aus einem elastischen Werkstoff hergestellt und mit einem Schlitz versehen, tier bei einer Verformung der Rückwand eine Öffnung bildet.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fig. I ein durchgehendes, im Erdreich niedergebrachtes Bohrloch, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Teil seiner Länge erweitert wurde,

Fig. 2 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Erweiterung von Bohrlöchern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

F i g. 3 einen Schnitt Ϊ11—III der F i g. 2,

F i g. 4 einen Schnitt IV-IV der F i g. 2,

Fig. 5 eine Abwandlung der Einrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens z;:r Erweiterung von Bohrlöchern,

F i g. 6 einen Schnitt VI-VI der F i g. 5.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Erweiterung von durchgehenden Bohrlöchern, die nach einem beliebigen bekannten Verfahren und durch beliebige bekannte Einrichtungen niedergebracht wurden, bestimmt.

Die Erweiterung der Bohrlöcher kann durch eine der nachstehend beschriebenen Einrichtungen ausgeführt werden. Dadurch, daß der Räumer dieser Einrichtungen stabrostförmige Wände hat, wird bei seinem Fortbewegen im Bohrloch das angrenzende Gestein zerstört und gerät durch die Durchlauföffnungen des Räumers in die Räumerkammer. Die in das Innere der Rkumerkammer eingedrungenen Teilchen des zerkleinerten Gesteins werden durch den vom Kompressor erzeugten Luftstrom aus dem Bohrloch weggetragen. Die Geschwindigkeit des Luftstromes ist ausreichend groß zu halten, damit sich die Teilchen des zerkleinerten Gesteins in einem Schwebezustand befinden. In der Praxis können nach dein erfindungsgemäßen Verfahren Bohrlöcher in beliebigem Gestein, im Kohlenflöz unter anderem, erweitert 5 werden.

In F i ü. 2 ist eine Einrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt ist, dargestellt.

Die Einrichtung enthält ein aus einem Gehäuse! ίο und einem (in der Zeichnung nicht angegebenen) im Gehäuse laufenden Schlagkopf bestehendes Schlaggerät 1 und einen vorn am Gehäuse 2 des Schlaggerätes 1 befestigten Räumer 3. Der Räumer 3 ist durch in Reihenfolge ihrer Weitenvergrößerung angeord-'5 nete ringförmige Messer4 verschiedener Größe gebildet. Die Messer 4 sind durch Rippen 5 miteinander verbunden, welche mitteis einer Biicfre 6 (Fig. 2) auf dem Gehäuse 2 !"efestict Mild. Die Rippen 5 sind so ausgeführt, daß sie ' ■■. bezug auf die Schneidkanten der Messer 4 nach außen .orspringen. Dadurch werden beim Stoßen des Räumers 3 gegen Rollstcine oder gegen andere nichtzerkleinerungs- oder nichtverdichtungsfähige Einschlüsse diese durch die geneigten Flächen der Rippen 5 seitlich weggeschoben. Der Räumer 3 endet vorn in einer Düse 7: im Schaftteil ist er durch eine Zarge 8 mit einer Kammer 9 verbunden, der von einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) Kompressor durch eine Rohrleitung IO Druckluft zugeführt wird. Auf der Rohrleituni: 10 ist ein Stauventil 1! montiert, das die Druckluftzuführung in das Gehäuse 2 des Gerätes 1 und in das Innere der Kammer 9 regelt. Die Abluft aus dem Gerät wird ebenfalls der Kammer9 zugeführt. In der Zarge 8 ist eine Scheibe 12 mit tangential und zur Düse des Räumers 7 (Fig. 2 und 3) geneigt angeordneten Düsen 13 drehbar montiert. Die Rückwand 14 der Kammer9 ist aus einem elastischen Werkstoff (Gummi) gefertigt. Entsteht im Falle einer Verstopfung des Durchgangsquerschnittes der Düse 7 oder des Primärbohrloches 15 durch Bohrlochpestein in der Kammer 9 ein Havariedruck, so erfolgt eine Verformung der Wand 14, und es bildet sich ein Spiegel zwischen den Wänden des Schlitzes, du ich den die Rohrleitung IO läuft, wodurch die Druckluft durch das erweiterte Bohrloch nach außen strömt.

Der Betrieb der Anlage verläuft in folgender Weise: Die Düse 7 wird im Bohrloch 15 angeordnet. Mit der Druckluftzuführung durch die Rohrleitung 10 beginnt das Gerät I Schläge gegen den Räumer 3 auszuüben. Dadurch wird der Vortrieb der Einrichtung im Bohrloch 15 gewährleistet. Bei Fortbewegung der Einrichtung werden die an das Bohrloch grenzenden Gesteinsschichten uurch die Ringmesser abgeschnitten, das Gestein läuft durch die stabrostförmigen Wände des Räumers 3, wird zerkleinert und durch den Luftstrom durch die Düse 7 und weiter durch das Bohrloch 15 nach außen ausgetragen. Bei der Bewegung des durch den Kompressor erzeugten Luftstromes wird die Scheibe 12 infolge der oben beschriebencn Anordnung der Düsen 13 in Rotation versetzt, wobei konzentrierte, gerichtete Luftstrahlcn erzeugt werden. Dadurch wird die zusätzliche Zerkleinerung der Gesteinsspäne gefördert und ein wirksameres Austragen der Gesteinsteilchen erzielt. Die Reibungskräfte, welche zwischen der Oberfläche der Zarge 8 und dem Gestein entstehen, wirken den die Einrichtung im Bohrloch 15 angreifenden Trägheitskräften entseiicn.

In Fi g. 5 ist cine Absvandlung der Hinrichtung zur Bohrlocherweiterung nach dem erfindiingsgeniäßcn Verfahren dargestellt. Die Hinrichtung enthält ein aus einem Gehäuse 18 und einem (in der Zeichnung nicht angegebenen) im Gehäuse laufenden Schlagkopf bestehendes Schlaggerät 17 und einen vorn am Gehäuse 18 des Schlaggerätes 17 befestigten Räumer 19. Der Räumer 19 ist mit einer Kammer 20 in einem Stück gefertigt und endet in einer Düse 21. Die Wände des Räumers 19 und der Düse 21 sind mit Löchern 22 (Fig. 5, 6) bzw. 23 (Fig. 5) versehen. Der Räumer 19 und die Kammer 20 sind durch Rippen 24 an einet Büchse 25 befestigt, welche auf dem Vorderteil des Gehäuses 18 des Schhiggerätes 1 montiert ist. Die Rückwand 26 an der Kammer 20 ist ähnlich der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen ausgebildet und dient dem gleichen Zweck. Dem Gerät 17 wird die Druckluft durch einen Schlauch 27, der Kammer 20 durch einen Schlauch 28 zugeführt.

Der Betrieb der Einrichtung verläuft ähnlich dem oben beschriebenen. Beim Vortrieb der Einrichtung werden die angrenzenden Gesteinsschichten durch

ίο die Löcher 22 gepreßt, und die Gesteinsteilchen 29 werden mit der Druckluft durch das Bohrloch 30 nach außen ausgetragen. Die Löcher 23 an der Düse 21 sind zur Verhinderung einer Gcsteinsvcrdichtng vor dem Räumer 19 bestimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch!.':

!. Verfahren zur Erweiterung von durchgehenden, im wesentlichen horizontalen Bohrlöchern durch mechanisches Abtragen des umgebenden Gesteins, dadurch gekennzeichnet, daÜ das heim Erweitern der Bohrlöcher abgespanie Bohrgut in Vortriebsrichtung durch einen Druckluftstrom beaufschlagt, mitgerissen und aus den Pionierlöchern ausgetragen wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, die einen mit Hilfe eines Antriebs bewegbaren Körper enthält, an dein vorn ein in das Pionierloch ragendes Führungsglied sowie ein konusförmiger Räumer mit gesteinszerstörenden Schneidelementen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Räumers (3, 19) rostförmig ausgeführt sind und vorn in une Düse (7, 21) und hinten in eine mit einem Luftzufuhrkanal (28) versehene Kammer (29) übergehen, wobei der Luftzufuhrkanal (28) mit einem Kompressor in Verbindung steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Räumers (3) aus einem Satz von verschieden großen Messerringen (4) gebildet sind, die miteinander durch Rippen (5) verbunden sind und deren Durchmesser von vorn nach hinten zunimmt.
4. Vo 'iehtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die die Messerringe (4) miteinander verbina'ende:i Rippen (5) über die Schneidkanten der Messcrrii.ge (4) hervorragen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Kammer des Räumers (3, 19) eine frei drehbare Scheibe (12) angeordnet ist, die tangential und in Richtung zur Düse (7, 21) des Räumers geneigt angeordnete Düsen (13) enthält.

Ci. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand (14) der Kammer (9) des Räumers aus einem elastischen Werkstoff hergestellt und mit einem Schlitz versehen ist. der bei einer Verformung der Rückwand (14) eine Öffnung bildet.