DE2243635C3

DE2243635C3 - Vorrichtung zum Abführen des Bohrstaubes beim Gesteinsbohren mit Spülluft

Info

Publication number: DE2243635C3
Application number: DE2243635A
Authority: DE
Inventors: Klas Goeran Gunnarsson Tyresoe Ek; Dick Axel Handen Hoerlin
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1971-09-08
Filing date: 1972-09-06
Publication date: 1974-10-10
Also published as: USB286614I5; AU464689B2; ZA726028B; AT323686B; FI55392B; JPS5332321B2; BR7206183D0; SE355840B; DE2243635B2; IT969416B; CA973165A; RO62028A; US3924696A; AU4622272A; FI55392C; GB1375456A; JPS4836003A; DE2243635A1; NO135717C; PL76066B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen des Bohrstaubes beim Gesteinsbohren mit Spülluft, bestehend aus einer am vorderen Ende offenen und mit diesem Ende gegen die Gesteinsoberfläche richtbaren Glocke, die eine an eine Saugeinrichtung anschließbare Auslaßöffnung zum Entleeren der Glocke aufweist und deren rückwärtiges Ende mit einer Axialbohrung für den Durchtritt des Bohrgestänges und des Bohrkopfes sowie mit einer Luftstrahlpumpe versehen ist, welche zur Erzeugung eines vorwärts gerichteten zusätzlichen Luftsiroms durch den Ringspalt zwischen dem Bohrgestänge und der Axialbohrung in die Glocke hinein ausgebildet ist.

Bekannte Glocken zum Abführen des Bohrstaubes mit Spülluft, die mit ihrem offenen Vorderende unmittelbar auf die Gesteinsoberfläche aufgesetzt werden, benötigen an der Durchführstelle für das Bohr- ...^ am röckwlrtigen Glockenboden eine Abitung, um zu verhindern, daß der aus dem Bohr· loch mit hober Geschwindigkeit herausgespülte Bobretaub durch den Glockenboden hindurchtritt. Eine solche Abdichtung erfordert eine geteilte Ausführung der Glocke, was konstruktiv aufwendig ist. Da außerdem das Bohrgestänge im Bereich des Glockenbodens zumeist eine gewisse Taumelbewegung ausführt, ist die dortige Dichtung starktm Verschleiß unterworfen.

In Verbindung mit einer rohrförmigen Staubabsaugeinrichtung, deren vorderes Ende in den Bohrlochmund eingesetzt wild, ist es auch bereits bekannt, OR stanbhaltige Spülluft seitlich über einen rechtwinklig oder im stumpfen Winkel an das vom Bohrgestänge durchsetzte Hauptrohr ansetzenden Rohrstutzen abzusaugen, indem die Spülluft mit dem Bohrstaub durch ein Prallblech an der AL~v.eigsteIlc geleitet wird. Die Einstellung der Saugluft in solcher Stärke, daß Frischluft durch das hintere Rohrende entgegen der aus dem Bohrloch austretenden Spülluft angesaugt wird, macht dabei eine besondere Abdichtung des hinteren Rohrendes gegenüber dem Bohrgestänge überflüssig. Andererseits muß jedoch die Saugleistung am Rohrstutzen außerordentlich groß bemessen werden, uir die volle Wirksamkeit der vorerwähnten Gegenstromabdichtung sicherzustellen.

Zur Beseitigung des vorstehend geschilderten Mangels ist es bekannt, am hinteren Ende der Glocke durch mehrere über den Umfang verteilte, schräg nach vorn gerichtete Löcher einen zusätzlichen, vorwärts gerichteten Luftstrom einzublasen, der verhindert, daß Staub durch den Ringspalt zwischen dem Bohrgestänge und der Bohrung der Glocke hindurch nach hinten aus dieser austritt. Die bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß der die hintere öffnung der Glocke abdichtende Luftstrom über den Umfang nicht ganz gleichmäßig ist, worunter die Abdichtwirkung leidet, und daß die Lufteinlaßöffnungen, da sie jeweils gerade an der engsten Stelle des axialen Durchgangs durch die Glocke angeordnet sind, durch das Bohrgestänge beschädigt und dann geschlossen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber den bekannten Vorrichtungen verbesserte Anordnung der Luftstrahlpumpe zu schaffen, und zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Luftstrahlpumpe einen Ringspalt zum Einblasen der Druckluft in die Glocke in im wesentlichen radialer Richtung sowie einen mit gekrümmtem Innenprofil versehenen Ringkragen besitzt, welcher zum Umlenken des eingeblasenen Druckluftstroms axial nach vorn über den Ringspalt zwischen dem Bohrgestänge und der Axialbohrung ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von rückwärts her gesehen,

Fig.2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach Fi g. 1 gemäß der dortigen Schnittlinie JI-II,

Fig.3 einen Vertikalschnitt durch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Luftstrahlpumpe in zwei Hälften unterteilt ist, die zusammen mit je einer Bohrgestängeführung um parallele Achsen verschwenkbar

lind, und der Staub innerhalb der Glocke ί in Rotation

Fig.4 einen Vertikalschnitt durch nuch eine wet- versetzt, wodurch vermieden wird, daß sich der lere Ausführungsforro der Erfindung, bei welcher Staub an der Innenwand der Glocke 1 absetzt eine zusätzliche Luftstrahlpumpe zur Erleichterung Eine Aufgabe des konischen Gummischurzes 9 befles Auffangens und des AbfDhrens des Staube«, ins- 5 t>teht darin, den größten Teil der aus dem Bohrloch besondere beim Bonren in wasserhaltigen Schichten, hochsteigenden divergierenden Staubpartikel abzuvorgcsehen ist, und fangen. Besonders dann, wenn die Vorrichtung in

Fig.S ein Vertikalschmtt durch eine abgeänderte einem gewissen Abstand von der Gesteinsoberfläche Ausfübrungsfcrm einer Luftstrahlpumpe für eine angeordnet ist, sind eine Menge solcher Partikel vorVorrichtung gemäß der Erfindung, to banden. Eine weitere Aufgabe des Gummischurzes 9

Die in den Fig. I und 2 gezeigte Vorrichtung be- besteht Un elastischen Ausgleich von Unebenheiten steht ans einer Glocke 1, die an ihrem vorderen, der der Gesteinsoberfläche, wenn die Vorrichtung unmit-Gesteinsoberfläche zugekehrten Ende offen ist und telbar auf diese aufgesetzt wird. Die Staubabführvor- aro rückwärtigen Ende cme exzentrisch angeordnete richtung ist besonders wirksam, wenn ein Luftspalt Axialbobrung2 enthält, durch welche sich das Bohr- *5 zwischen dem Schurz 9 und der Gesteinsoberfläche gestänge IO erstreckt. In der Axialbohrung 2 befindet vorhanden ist, und zwar deshalb, weil die Staubent- sich eine Luftstrahlpumpe (Ejektor) 3, die aus einem leening der Glocke dann besonders wirkungsvoll ist, Ringkragen 4 mit gekrümmten Innenprofi! und einem wenn der Druck in der Glocke nicht zu niedrig ist radialen Ringspalt 5 für die Luft besteht. Die Axial- und wenn das geförderte Volumen groß ist. Demgebohrung2 und der Ringkragen 4 sind so bemessen, 20 geniiber wird, wenn der Schurz« unmittelbar auf die daß sie einen axialen Ringspalt 6 zwischen dem Gesteinsoberfläche aufgesetzt wird, atmosphärische Ringkragen 4 und dem Bohrgestänge biiden. Der ra- Luft am Eintritt in die Glocke gehindert, wodurch diale Ringspalt 5 ist auEenseitig über einen Einlaß 7 der Druck im Inneren der Glocke und die Menge an zn eine Druckluftquelle angeschlossen und dient zur geförderter Luft abnehmen.

Schaffung eines primären Druckluftstromes durch »5 Die vorteilhafte Wirkung dieses Verfahrens besteht den Ringspalt 6. Der Primärluftstrom ist im wesentli- in erster Linie darin, daß der staubbeladene Spülchen radial nach einwärts durch den Ringspalt 5 ge- luftstrom 12 aus dem Bohrloch mit Hilfe eines entrichtet und wird dann entlang der gewölbten Innen- gegengerichteten Luftstroms verlangsamt wird. Dafläche des Ringkragens 4 infolge des sogenannten durch können die verschleißgefäirrdeten Dichtungen Coanda-Effckts axial nach vom umgelenkt. 3° entfallen, und die Glocke kann einteilig ausgeführt

Darüber hinaus ist die Glocke 1 mit einem im we- werden. Ein Ringspalt 6 ist zwischen dem Bohrgesentüchen tangential an die Gehäusewandung an- stange 10 und dem Gehäuse 1 vorhanden, der einen schließenden Auslaßstutzen 8 und am vorderen Ende entgegengerichteten Luftstrom hindurch läßt. Ferner mit einem konischen Gummischurz 9 versehen. besitzt die Axialbohrung 2 in der Glocke 1 zweck-

Mit dieser Vorrichtung wird wie folgt gearbeitet: 35 mäßig einen solchen Durchmesser, daß das Bohr-

Die Glocke 1 wird mit ihrem offenen Vorderende gestänge 10 einschließlich dem Bohrkopf 11 sowie gegen die Gesteinsoberfläche gerichtet, und das Bohrgestängekupplungen durch diese Axialbohrung Bohrgestänge 10 wird durch den Ringkragen 4 und hindurchführbar sind.

die Glocke 1 hindurchgeführt. Während des Bohrens Das dargestellte Verfahren ergibt auch dawird Spülluft nach unten durch das Bohrgestänge 10 40 durch einen Vorteil, daß der Schurz 9 im Abstand und den Bohrkopf 11 geleitet und tritt aus diesem in zur Gesteinsoberfläche angeordnet werden kann, Form eines mit Staub beladenen Spülluftstromes 12 ohne dadurch an Wirksamkeit bezüglich der Staubheraus, der den Bohrstaub aus dem Bohrloch zur abführung zu verlieren. Dies bedeutet, daß die Gesteinsoberfläche mit beträchtlicher Geschwindig- Glocke 1 am vorderen Ende einer Vorschublafette keit herausbläst. Um zu verhindern, daß der Bohr- 45 angebracht werden kann. Ebensogut kann sie jedoch staub in die Atmosphäre entweicht, wird die auch unmittelbar gegen die Gesteinsoberfläche ange-Glocke 1 derart gegen die Gesteinsoberfläche ange- setzt werden, falls dies erwünscht ist. In diesem Fall setzt, daß der Gummhchurz 9 im Abstand von nur ist die Vorrichtung sehr gut gegen Beschädigungen einigen Zentimetern oberhalb der Gesteinsoberfläche geschützt, weil line unmittelbare Berührung mit dem endet. 5° Bohrgestänge vermieden wird. Da das Bohrgestänge

Der Luftstrahlpumpe 3 wird Druckluft durch den während des Bohrens ständig taumelt, können näm· Ringspalt 6 zugeführt. Dieser primäre Druckluft- Hch Beschädigungen der Glocke dann sehr leicht auf· strom 13 erzeugt einen Sekundärluftstrom 14 aus der treten, wenn diese auf der Gesteinsoberfläche ohne Atmosphäre oberhalb der Glocke 1 durch den Ring- seitliche Abstützung aufruht. Dies ist ein ernsthafte; spalte. Die Luftströme 13, 14 bilden zusammen55 Problem bei den bekannten Staubabführvorrichtun einen kräftigen Luftstrahl, dessen Zweck darin be- gen, die unnrttelbar gegen die zu bearbeitende Gesteht, die durch das Bohrloch aufwärts strömende Steinsoberfläche angesetzt werden müssen.
Spülluft zu verlangsamen. Die vorbeschriebene Anwendung einer Luftstrahl

Um den Staub aus der Glocke 1 abzuführen, ist pumpe führt zur Erzeugung einer gleichförmiger diese an eine (nicht dargestellte) Saugeinrichtung an- ^6o Verteilung des Lufteintritts längs der Peripherie de: geschlossen. Diese ist so bemessen, daß sich ein Luft- Ringspaltes und in der Ausbildung eines Luftspaltei strom 15 aus der Atmosphäre zwischen dem Gummi- im Abstand vom Bohrloch, so daß die Begrenzungs schurz9 und der Gesteinsoberfläche zum Inneren der kanten dieses Luftspaltes beim Ein- und Ausfahret Glocke 1 ausbildet, dpr verhindert, daß der Staub un- des Bohrgestänges wirksam geschützt sind,
teriialb des Schurzes 9 in die Atmosphäre austritt. 65 Es ist ferner möglich, sowohl den Bohrkopf wi<

Durch die Anordnung des Auslaßstutzens 8 tan- Bohrgestängekupplungen ohne Trennung oder Tei gential zur Glockenwandung und die exzentrische lung des Gehäuses durch die Axialbolirung am rück Anordnung der Luftstrahlpumpe 3 werden die Luft wärtigen Ende der Glocke hindurchzuführen. Aucr

ist es möglich, Bohrgestänge verschiedener Durch- strömenden Spülluft in die Glocke 1.

messer zu verwenden. Eine weitere Aufgabe der rückwärts gerichteten

In Fig.3 ist eine abgewandelte Ausführungsform Luftstrahlpumpe 31 besteht in der Vergrößerung des einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, Druckes innerhalb der Glocke 1 und dadurch einer die mit einer teilbaren Bohrgestängestutze 20 kombi- s Steigerung der Geschwindigkeit des Luft-Staub-Wasniert urtd zur Anbringung an einer Vorschublafette ser-Gemisches durch den Auslaßstutzen 8. Eine bestimmt ist. Die bei dieser Ausführungsform ver- hohe Geschwindigkeit ist notwendig, um zu verhinwendete Luftstrahlpumpe ist an ein Bohrgstänge 10 dem, daß sich nasser Staub in dem Stutzen niedermit einem Durchmesser angepaßt, der verhältnismä- schlägt

ßig klein int Vergleich zu dem verwendeten Bohr- io Die zuletzt beschriebene StaubabfUhrvorrichtung

köpf ist. Wenn die Luftstrahlpumpe in gleicher ist zur Anbringung an einer Bohrlafette bestimmt

Weise, wie zuvor beschrieben, ausgeführt wäre, und zu diesem Zwecke mit zwei Befestigungsflan-

würde der Ringspalt zwischen dem Ringkragen 4 und sehen 36 und 37 versehen.

dem Bohrgestänge IO wegen der Notwendigkeit, den In Fig.5 ist eine abgewandelte Ausführungsform

Bohrkopf durch den Ringkragen 4 hindurchführen zu 15 einer fUr eine Staubabführeinrichtung gemäß der Er-

können, zu groß werden. Um die Weite dieses Ring- fittdung bestimmten Luftstrahlpumpe dargestellt.

Spaltes zu vermindern, ist die hier verwendete Luft- Diese Luftstrahlpumpe dient zur Lösung eines sehr

strahlpumpe in zwei Teile 21 und 22 unterteilt, die speziellen Problems, das bei Luftstrahlpumpen auf·

um zwei parallele Achsen 23 hzw. 24 verschwenkbar tritt, die einen sehr engen Spalt zum Einblasen der

sind. Auf diese Weise lassen sich die beiden Hälften *> Druckluft besitzen. Dieses Problem besteht darin,

der Luftstrahlpumpe zwischen einer geschlossenen daß selbst sehr kleine Staubpartikel, die in der

Arbeitsstellung und einer Offenstellung verschwen- Druckluft enthalten sind oder von außen eintreten,

ken. Die beiden Hälften 21 und 22 der Luftstrahl- sehr schnell zum Verstopfen des engen Ringspaltes

pumpe sind um dieselben Achsen verschwenkbar wie führen und Störungen im Betrieb der Luftstrahl-

die geteilte Bohrgestängestütze 20. »5 pumpe hervorrufen.

Im linken Teil der Fig.3 befinden sich der Teil Die in Fig.5 dargestellte Ausfühningsform der

21 der Luftstrahldüse und die BohrgestSngestütze 20 Luftstrahlpumpe hat ein elastisches Glied 40 in Form in ihrer OffensteJJung für den Durchlaß des Bohr- einer Hülse aus elastischem Material wie Kunststoff, kopfes, während üer rechte Teil der Fig.3 den Teil welche die obere Begrenzung des Ringspaltes bildet

22 der » !strahlpumpe und die Bohrgestängestütze 30 und gegen eine Stellung, in der der Ringspalt ge-20 in ihrer Arbeitsstei'un£ zeigt schlossen ist, vorgespannt ist Die Größe der Vor-

In Fig.4 ist noch eine weitere Ausfühningsform spannung und die Elastizität des hülsenförmigen

einer Staubabfiihreinrichtung gemäß der Erfindung Gliedes 40 wird so gewählt, daß sie erst bei einem

dargestellt. Diese Vorrichtung ist mit zwei axial ge- bestimmten Druck an der Innenseite der Hülse nach-

geneinandergerichteten Luftstrahlpumpen 30 und 31 35 gibt. Mit anderen Worten: Der Spalt der Luftstrahl-

vorgesehcn, von denen eine jede einen Ringspalt 32 pumpe wird erst bei einem geeigneten Arbeitsdruck

bzw. 33 und einen Ringkragen 34 bzw. 35 mit auf seine ArbeitsgröBe geöffnet. Diese Ausbildung

Koanda-Wirkung aufweist. Diese Staubabführvorrich- der Luftstrahlpumpe ist auch darin vorteilhaft, daß

rung ist zur Verwendung beim Bohren in wasserhalti- der Luftspalt gereinigt werden kann, indem ein dem

gen Gesteinsschichten bestimmt Die rückwärtige 4<> Arbeitsdruck übersteigender Druck aufgegeben wird,

Luftstrahlpumpe 30 erfüllt dieselbe Aufgabe wie die wodurch der Ringspalt aufgeweitet wird. Durch An- Luftstrahlpumpen der vorbeschriebenen Ausfüh- Wendung eines solchen Druckes werden Staubparti-

rungsformen, nämlich zu verhindern, daß der nach kel, die den Luftstrahl verstopft haben, aus diesem

rückwärts längs dem Bohrgestänge 10 aus dem Bohr- herausgeblasen. Diese Luftstrahlpumpe ist demnach

gestänge 10 aus dem Bohrloch herausgespülte Staub 45 sowohl selbstschließecd wie selbstreinigend,

in die Atmosphäre entweicht Die zusätzliche Luft- Die vorstehend erläuterte Luftstrahlpumpe ist ür

strahlpumpe Sl ist am vorderen Ende der Glocke I linken Teil der Fig. 5 in geschlossener Stellung und angeordnet und dient zut Erleichterung der aus dem im rechten Teil der F i g. 5 in geöffneter Stellung un-Bohrlochizusaanmen mit Staul? und WjaBSet zurück- ter Druck gezeigt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abführen des Bohrstaubes beim Gesteinsbohren mit Spülluft, bestehend aus s etaer am vorderen Ende offenen und mit diesem Ende gegen die Gesteinsoberfläche richtbaren Glocke, die eine an eine Saugeinrichtung anschließbare Auslaßöffnung zum Entleeren der Glocke aufweist und deren rückwärtiges Ende mit u> einer Axialbobrung for den Durchtritt des Bohrgestänges und des Bobrkopfes sowie mit einer Luftstrabipumpe versehen ist, welche zur Erzeugung eines vorwärts gerichteten zusätzlichen Luftstroius durch den Ringspalt zwischen dem Bohr- *s gestänge und der Axialbobrung in die Glocke hinein ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftstrahlpumpe einen Ringspalt (5) zum Einblasen der Druckluft in die Glocke in im wesentlichen radialer Richtung sowie einen mit gekrümmtem Innenprofil versehenen Ringkragen (4) besitzt, welcher zum Umlenken des eingeblasenen Druckluftstroms (13) axial nach vorn über den Ringspalt (6) zwischen dem Bohrgestänge (10) und der Axialbohrung (2) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (S) de:r Luftstrahlpumpe von mindestens einem elastischen Glied (40) begienzt ist, welches in einer den 3» Ringspalt (S) verschließenden Stellung vorgespannt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (40) eine Hülse aus elastischem Material ist, die den Ringkragen (4) umschließt und mit einem Innenflansch versehen ist, der gegen das rückwärtige Ende des Ringkragens (4) axial vorgespannt ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaßstutzen (8) zum Absaugen von Luft und Bohrstaub tangential an der Glocke (1) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiälbohrung (2) für das Bohrgestänge (10) exzentrisch in der Glocke angeordnet ist.