DE2801132A1

DE2801132A1 - Underground hole boring system - uses telescopic cylinder for advancing tube injecting liq. and granulate, and extracting excavated material

Info

Publication number: DE2801132A1
Application number: DE19782801132
Authority: DE
Inventors: Manfred Plate; Balthasar Ing Grad Schick
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1978-01-12
Filing date: 1978-01-12
Publication date: 1979-07-19

Abstract

The method of drilling holes in coal and rock uses a tube (2) with a jet head at the front, connected to a high pressure pump or compressor (9) at the rear for injecting a working substance. This substance consists of a granulated hard substance such as carborundum or quarz sand injected by high pressure air or water. The material removed by the jets at the discharge head (14) is extracted by a suction unit (12) attached by a line (10) to the region between the tube (2) and the hole formed. Behind the suction unit is a dust remover (13). The injection tube passes through a telescopic advancing cylinder (5) with a clamp (8) at the front, for holding the injection tube (2), and supported on a frame.

Description

Bohrverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensDrilling method and device for carrying out the method

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bohrlöchern in Kohle und Gestein und eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing boreholes in coal and rock and a corresponding device for carrying out the process.

Zum Herstellen von Bohrlöchern, insbesondere von Test-, Tränk-und Entspannungsbohrlöchern, ist es bekannt, Bohrmaschinen, Bohrgestänge und Bohrschneiden zu verwenden. In den BoArmaschinen wird die über Elektrizität, Druckflüssigkeit oder durch Druckluft zugeführte Energie in mechanische Arbeit umgesetzt. Die Übertragung dieser mechanischen Arbeit zur Bohrlochsohle erfolgt über Bohrgestänge und Bohrköpfe. Das Bohrgestänge ist - um mit Wasser- oder Luftspülung arbeiten zu können - meist als Rohrgestänge ausgebildet. Die Lösearbeit auf der Bohrlochsohle verrichten Bohrköpfe oder Bohrkronen. .Der Abtransport des Bohrkleins erfolgt durch die Schwerkraft oder durch eine Spülung, die das Bohrklein in dem Ringraum zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwandung aus dem Bohrloch herausspült.For the production of boreholes, in particular of test, impregnation and Relaxation wells, it is known, drills, drill rods and drill bits to use. In the BoArmaschinen that is about electricity, pressure fluid or energy supplied by compressed air is converted into mechanical work. The transfer this mechanical work to the bottom of the borehole takes place via drill rods and drill heads. The drill rod is - in order to be able to work with water or air flushing - mostly designed as a pipe rod. The loosening work on the bottom of the borehole is done by drill heads or drill bits. The cuttings are transported away by gravity or by flushing the cuttings in the annulus between the drill pipe and The borehole wall was flushed out of the borehole.

Der Nachteil dieser bekannten Verfahren zum Herstellen von Bohrlöchern besteht im wesentlichen in einem sehr niedrigen Gesamtwirkungsgrad, der sich auch durch Automatisierung nur geringzügig erhöhen läßt.The disadvantage of these known methods of making boreholes consists essentially in a very low overall efficiency, which is also can only be increased slightly through automation.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Bohrlöchern, insbesondere in Kohle und Gestein zu schaffen, bei dem der Gesamtwirkungsgrad wesentlich erhöht wird und mit dem es möglich ist, die gesamte Energie direkt an die zu bearbeitende Stelle, d.h. auf die Bohrlochsohle zu bringen.In contrast, it is the object of the invention to provide a method for production of boreholes, especially in coal and rock create, with which the overall efficiency is significantly increased and with which it is possible all the energy directly to the point to be processed, i.e. to the bottom of the borehole bring to.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lösearbeit im Bohrlochtiefsten über ein mittels Pumpen auf einen Höchstdruck gesteigertes Arbeitsmedium durchgeführt wird, das über als vorderen Abschluß einen Düsenkopf aufweisende und über eine Abspann- und Vorschubeinrichtung dem Bohrfortschritt anpaßbare Schubrohre transportiert wird, wobei der Abtransport des Bohrkleins im Ringspalt zwischen Schubrohren und Bohrlochwandung durch das entspannte Arbeitsmedium erfolgt.This object is achieved according to the invention in that the loosening work at the bottom of the borehole via a working medium that has been increased to maximum pressure by means of pumps is carried out, which has a nozzle head as a front closure and Thrust tubes that can be adapted to the drilling progress via an anchoring and feed device is transported, with the removal of the cuttings in the annular gap between thrust tubes and the wall of the borehole takes place through the relaxed working medium.

Zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß eine ortsfest verspannte, aus teleskopierbaren Vorschubzylindern bestehende Abspann- und Vorschubeinrichtung zur Aufnahme der mit einer Hochdruckleitung verbundenen Schubrohre vorgesehen.According to the invention, one is stationary in order to carry out the method braced tensioning and feeding device consisting of telescopic feed cylinders intended to accommodate the thrust pipes connected to a high-pressure line.

Weitere erfindungsgemäße Vorteile sind in den Unteransprüchen näher beschrieben.Further advantages according to the invention are detailed in the subclaims described.

Der technische Fortschritt der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß die gesamt auf zubringende Energie direkt in dem Bohrlochtiefsten genutzt wird und nicht mehr wie bisher ein wesentlicher Anteil der Energie durch Umsetzen in mechanische Arbeit und durch Reibung verloren geht, und daß auf diese Weise ein mit dem herkömmlichen Bohrverfahren verglichen höherer Gesamtwirkungsgrad erzielt wird.The technical progress of the invention is particularly therein see that the entire energy to be applied is used directly in the deepest part of the borehole becomes and no longer as before, a significant portion of the energy through conversion in mechanical work and by friction is lost, and that in this way a higher overall efficiency compared to conventional drilling methods will.

Der wesentliche technische Vorteil besteht also in einer besseren und somit kostengünstigeren Nutzung der aufzubringenden Energie.The main technical advantage is therefore a better one and thus more cost-effective use of the energy to be generated.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematisierte Darstellung der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Vorrichtung, Fig. 2 eine ebenfalls schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Abspann- und Vorschubeinrichtung up.d Fig. 3 eine Draufsicht auf die Abspann- und Vorschubeinrichtung nach Fig. 2.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is explained in more detail below. They show: FIG. 1 a schematic representation the device required to carry out the method according to the invention, Fig. 2 is a likewise schematic representation of the anchoring according to the invention and feed device up.d FIG. 3 is a plan view of the guying and feed device according to Fig. 2.

Der Grundgedanke der Erfindung ist, die in einem Arbeitsmedium beispielsweise in Druckgas oder Druckflüssigkeit gespeicherte Energie direkt an die zu bearbeitende Stelle, also die Bohrlochsohle, zu bringen und dort direkt zu nutzen. Um den spezifischen-Energiegehalt des Arbeitsmediums - Flüssigkeit oder Gas - zu steigern, muß ein Druck in einer Pumpe oder Kompressor 9 möglichst auf 1000 bis 10000 bar gesteigert werden. Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, geschieht die Fortleitung des auf Hoch- oder Höchstdruck gebrachten Arbeitsmedium zur Verbrauchsstelle über eine Hochdruckleitung 3. Es besteht auch die Möglichkeit, einen entsprechenden Zwischenverdichter direkt vor Ort aufzustellen. Dieses ist mit dem Vorteil verbunden, daß ein entsprechender Leitungswiderstand nicht überbrückt werden muß und darüber hinaus teure Leitungen eingespart werden können.The basic idea of the invention is that in a working medium, for example Energy stored in pressurized gas or hydraulic fluid is transferred directly to the one to be processed Place, i.e. the bottom of the borehole, and use it there directly. To the specific energy content of the working medium - liquid or gas - must be a pressure in a Pump or compressor 9 can be increased to 1000 to 10000 bar if possible. As can be seen from Fig. 1, the forwarding of the happens to high or maximum pressure brought working medium to the point of consumption via a high pressure line 3. It consists also the possibility of setting up a corresponding intermediate compressor directly on site. This has the advantage that a corresponding line resistance does not have to be bridged and, moreover, expensive lines can be saved can.

Vor Ort ist - wie weiterhin aus Fig. 1 zu entnehmen ist - vergleichsweise mit einer Bohrmaschine beim herkömmliöhen Bohrverfahren eine Abspann- und Vorschubeinrichtung 1 aufzustellen und zur Aufnahme der Reaktionskräfte in der Strecke 17 abzuspannen. Die Verspann- und Vorschubeinrichtung 1 drückt mittels hydraulischer Vorschubzylinder 5, die mit dem hochgespannten Medium gespeisten Schubrohre 2, die dem Bohrgestänge entsprechen, mit dem erf orderlichen Andruck gegen die Bohrlochsohle, so daß die Schubrohre 2 bei Tieferwerden des Bohrloches 11 dauernd auf Arbeitskontakt zur Bohrlochsohle nachgeschoben werden. Die Abspann- und Vorschubeinrichtung 1 ist auf der Streckensohle oder auf dem Liegenden 21 auf einem Standgerüst verankert und gegenüber dem Streckenausbau abgespannt. Wie aus der Fig. 3 zu entnehmen ist, handelt es sich um parallel in Abstand voneinander auf dem Standgnrüst 4 angeordnete Vorschubzylinder 5, die als mehrfach teleskopierbare Zylinder ausgebildet sind und die zwischen den einzelnen Abschnitten 6a - 6d untereinander Verbindungsstege 7 zur Stabilisierung und zur Führung der Schubrohre 2 aufweisen. Auf dem vordersten Abschnitt 6d der teleskopierbaren Vorschubzylinder 5 ist zur Aufnahme und zum Arretieren der Schubrohre 2 ein Klemmbacken 8 vorgesehen. Durch die Vorschubzylinder 5 werden die Schubrohre 2 ständig dem Bohrfortschritt angepaßt. Die Schubrohre 2 sind über eine Hochdruckleitung 20 in Schlauchform mit der Hochdruckleitung, die von der Pumpe 9 kommt, verbunden. Die Teileinheiten des Schubrohres 2 können, ähnlich wie Bohrstangen, allen Forderungen betreffend ihrer Länge angepaßt werden. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, elastische Schubrohre 2 in Form von Schläuchen zu verwenden, die durch entsprechende Einlagen bewehrt sind und in einem Führungsrohr geführt werden. Der vordere druckfeste Abschluß des Schubrohres 2 erfolgt durch einen Düsenkopf 14, der am Umfang und verteilt über die Stirnfläche in ausreichender Anzahl kleinste Düsen enthält, die den Hoch- oder Höchstdruck des Arbeitsmediums in Höchstgeschwindigkeit umsetzen, um auf diese Weise die zugeführte Druckenergie als mechanische Arbeit nutzbar zu machen. Die Formgebung der Düsenköpfe 14 muß den verschiedenen Medien angepaßt nach dem Ausströmen aus dem Düsenkopf 14 bis zum Eintreffen auf der Arbeitsflächesne laminare Strömung des Arbeitsmediums gewährleisten. Die höchstbeschleunigten Teilchen des Arbeitsmediums in Molekel- oder Großmolekelgröße geben beim Aufprall auf die Bohrlochsohle ihre kinetische Energie ab und lösen durch Erosion das zu bohrende Mineral in kleinsten Einheiten.On site - as can also be seen from FIG. 1 - is comparative with a drill in the conventional drilling process a credits and to set up feed device 1 and to absorb the reaction forces in the Distance 17 to be guyed. The bracing and advancing device 1 presses by means of hydraulic Feed cylinder 5, the thrust tubes 2 fed with the high tension medium, the correspond to the drill string, with the necessary pressure against the bottom of the borehole, so that the thrust tubes 2 when the borehole 11 becomes deeper continuously on working contact be pushed to the bottom of the borehole. The guying and feeding device 1 is anchored on the track sole or on the lying 21 on a scaffold and tensioned compared to the expansion of the route. As can be seen from Fig. 3, it is arranged parallel at a distance from one another on the stand equipment 4 Feed cylinder 5, which are designed as multiple telescopic cylinders and the connecting webs 7 between the individual sections 6a-6d to stabilize and guide the thrust tubes 2. On the foremost Section 6d of the telescopic feed cylinder 5 is for receiving and locking a clamping jaw 8 is provided for the thrust tubes 2. By the feed cylinder 5 are the thrust tubes 2 constantly adapted to the drilling progress. The thrust tubes 2 are over a high pressure line 20 in hose form with the high pressure line leading from the pump 9 comes, connected. The sub-units of the thrust tube 2 can, similar to drill rods, be adapted to all requirements regarding their length. Within the scope of the invention it is also possible to use elastic push tubes 2 in the form of hoses, which are reinforced with appropriate inserts and guided in a guide tube will. The front pressure-tight closure of the thrust tube 2 is carried out by a nozzle head 14, the smallest on the circumference and distributed over the face in sufficient numbers Contains nozzles that the High or maximum pressure of the working medium convert at top speed in order to use the pressure energy supplied to make it usable as mechanical work. The shape of the nozzle heads 14 must be adapted to various media after flowing out of the nozzle head 14 until it arrives Ensure laminar flow of the working medium on the work surface. the highly accelerated particles of the working medium in molecular or large molecule size give off their kinetic energy when they hit the bottom of the borehole and break through Erosion the mineral to be drilled in the smallest of units.

Der Abtransport des in Staubkorngröße anfallenden Bohrkleins erfolgt im äußeren Ringspalt des Bohrlochs 11 durch das rückfließende entspannte Arbeitsmedium in Richtung auf den Bohrlochmund. Dieser Abtransport des Bohrkleins ist unterstützbar durch vereinzelte rückwerts gerichtete Düsen im Schubrohr 2. Eine ähnliche Wirkung ist möglich durch Zuführen von Wasser unter niedrigem Druck als Spülflüssigkeit in einem zusätzlichen innerhalb oder außerhalb der Schubrohre angeordneten Wasserrohr. Eine in den Zeichnungen dargestellte Möglichkeit der Unterstützung des Abtransportes des Bohrkleins besteht in der Verwendung eines Unterdruckerzeugers 12, der über eine Schlauchleitung 10 mit dem Bohrlochmund verbunden ist. Des weiteren kann das abgesaugte Bohrklein in einem mit dem Unterdruckerzeuger 12 verbundenen Entstauber 13 zugeführt werden.The cuttings, which are the size of dust particles, are removed in the outer annular gap of the borehole 11 by the relaxed working medium flowing back towards the mouth of the borehole. This removal of the cuttings can be supported by a few backward directed nozzles in the thrust tube 2. A similar effect is possible by supplying water under low pressure as a rinsing liquid in an additional water pipe arranged inside or outside the push tubes. A possibility of supporting the removal as shown in the drawings of the cuttings consists in the use of a vacuum generator 12, which over a hose line 10 is connected to the borehole mouth. Furthermore it can sucked cuttings in a dust extractor connected to the vacuum generator 12 13 are supplied.

Nach einem nicht in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das als Arbeitsmedium verwendete Druckgas oder die Druckflüssigkeit durch einen Zusatz von Hartmaterialien, wie beispielsweise Korund- oder Quarzsand unterstützt, die eine noch stärkere Erosion des zu bohrenden Minerals ermöglichen.According to an embodiment not shown in the drawings of the method according to the invention, the compressed gas used as the working medium is used or the pressure fluid by adding hard materials, such as Corundum or quartz sand supports that an even stronger erosion of the to be drilled Minerals enable.

Claims

Drilling method and device for carrying out the method Patent claims: 1. A method for producing boreholes in coal and rock, characterized in that that the loosening work in the depth of the borehole by means of pumping to maximum pressure increased working medium is carried out, which is a front end as a The nozzle head and the drilling progress via a tensioning and feeding device adjustable thrust tubes is transported, with the removal of the cuttings in the Annular gap between the thrust pipe and the borehole wall due to the relaxed working medium he follows.

2. The method according to claim 1, characterized in that the working medium a pressurized gas and / or a pressurized fluid is used.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that the working medium is a compressed gas and / or a hydraulic fluid with the addition of Crushed hard materials with active drilling action, such as corundum or quartz sand is used.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that a stationary braced from telescopic feed cylinders (5) Existing tensioning and feeding device (1) to accommodate the high-pressure line (3) connected thrust tubes (2) is provided.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the parallel feed cylinders (5) arranged at a distance from one another on a stand (4) are designed to be telescopic several times and the individual sections (6a - 6d) have interlocking webs (7).

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the foremost Section (6d) of the telescopic feed cylinder (5) for receiving the shear pipes (2) has a clamping jaw (8).

7. Apparatus according to claim 4, characterized in that in connection with the tensioning and feeding device (1) on site, a high-pressure pump and / or a HP compressor (9) is provided.

8. Apparatus according to claim 4, characterized in that the thrust tube (2) is constructed so that it can be assembled from individual pipe sections.

9. Apparatus according to claim 4, characterized in that the thrust tube (2) arranged in a guide tube an elastic reinforced with inserts Hose is provided.

10. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that to support the removal of the drill cuttings an over a hose line connected to the borehole vacuum generator (12) is provided is.

11. The device according to claim 10, characterized in that in connection a deduster (13) is provided with the suppressor (12).

12. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the nozzle heads used as the front end of the thrust tubes (2) (14) are designed such that they are adapted to the respective working medium Ensure laminar flow.