DE3124622C2

DE3124622C2 - Einrichtung zum Fördern und Einbringen eines Schachtausbaus und dafür geeigneter Ausbauring

Info

Publication number: DE3124622C2
Application number: DE3124622A
Authority: DE
Inventors: Paul Santa Ana Calif. Richardson; David A. Brea Calif. Whitley
Original assignee: SANTA FE INTERNATIONAL CORP ORANGE CALIF US
Current assignee: SANTA FE INTERNATIONAL CORP ORANGE CALIF US
Priority date: 1980-07-03
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1984-10-11
Also published as: GB2079244B; AU545229B2; GB2079244A; US4460293A; CA1164670A; DE3124622A1; GB2130622A; GB8327863D0; AU7168681A; GB2130622B

Abstract

Bei der Gewinnung von Mineralien aus der Erde müssen typischerweise Bohrlöcher mit einer Tiefe von 915 bis 1830 m vorgetrieben werden. Zum Schutz der in das Bohrloch bzw. in den Schacht einfahrenden Bergleute wird der Schacht mit einem Stapel aus speziell konstruierten Ausbau- bzw. Auskleidungssegmenten ausgekleidet, die entweder aus Spannbeton oder aus Stahl hergestellt sind. Die Segmente werden einzeln in das Bohrloch bzw. in den Schacht abgelassen, um in diesem einen den Schacht auskleidenden Stapel zu bilden. Die Segmente (4) werden mittels einer Beförderungsvorrichtung (6) zum Bohrloch (2) transportiert und sodann mittels dieser Vorrichtung in das Bohrloch abgelassen. Führungsseile (16, 18) werden hierbei durch in den Auskleidungssegmenten vorgesehene Führungen hindurchgezogen, um die Auskleidungssegmente beim Ablassen in Ausrichtung zu halten. Das Gewicht des abgelassenen Auskleidungssegments (4) wird durch eine das Bohrloch (2) füllende Flüssigkeit, normalerweise Bohrschlamm, sowie die Beförderungsvorrichtung (6) getragen, bis das betreffende Auskleidungssegment (4) auf der Oberseite des obersten Auskleidungssegments des bereits im Bohrloch befindlichen Segmentstapels aufsitzt. Hierauf wird Mörtelschlamm zwischen die Auskleidungssegmente und die Innenwand des Bohrlochs eingefüllt. Der Mörtelschlamm-Ausfüllvorgang wird jeweils nach dem Einsetzen einiger Auskleidungssegmente (4) in das Bohrloch (2) periodisch durchgeführt. Nach Abschluß des Ausbau- bzw. .................

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum ^rördcrn und Einbringen eines Schachlausbaus nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf eilen zum Einbringen mit einer derartigen Hinrichtung geeigneten Ausbauring nach dem Oberbegriff dos Patentanspruches 9.

Bei der Förderung von Mineralien wird zunächst ein außerordentlich tiefer zentraler Bohrschacht niedergeführt, von dem dann Stollen abgezweigt werden. Um die Minerallagerstätten in der Erde zu erreichen, müssen diese Bohrschächte bis zu Tiefen von 915—1830 m niedergeführt werden. Beim derzeitigen Stand der Technologie erweisen sich das Niederführen solcher Bohrschächte und ihre Auskleidung mit einem Schachtausbau als äußerst schwierig. Ein System für den Grubenschachtausbau ist z. B. in der US-PS 43 30 155 beschrieben.

Der lotrechte Bohrschacht wird hierbei mit einem Schachtausbau versehen, wofür bisher typischerweise Stahl- oder Beton-Ausbauringe verwendet werden. Dabei werden zahlreiche Ausbauringe übereinander gesetzt, bis der ganze Bohrschachl vollständig ausgekleidet ist. Zum Einsetzen der Ausbauringe in dt« Bohrschacht wird dieser mit einer Flüssigkeit gefüllt, die dazu dient, den Ausbauring zu tragen, während er im Bohrschacht herabsinkt. Die Ausbauringe werden jeweils mit der oberseitigen Öffnung des Bohrschachtes ausgefluchtet und dann freigegeben, so daß sie langsam in den Bohrschacht herabsinken. Hierbei befindet sich jeder Ausbauring in einem Gleichgewichtszustand, wenn die Bedingung B— W— G = O erfüllt ist, in welcher B = Auftriebskraft, C = das Gewicht des Ausbauringes und W = Kraft des Wassers im Inneren der Verrohrung bedeuten. Bei entsprechender Einstellung dieser drei Veränderlichen kann jeder Ausbauring nach dem Freigeben langsam im Bohrschacht herabsinken.

Ein anderes System zum Auskleiden bzw. Verrohren von Bohrschächten großen Durchmessers ist in der US-PS 32 93 865 beschrieben. Dabei werden Betonabschniite jeweils einzeln im oberen Bereich des Bohrschachtes hergestellt und dann langsam in den Bohrschachl abgelassen. Diese US-PS sieht insbesondere das Auskleiden weiter, tiefer Bohrschächte mittels einer ununterbrochenen armierten Bctonauskleidung vor, die in einer ortsfesten, an der Oberseite des Bohrschachts angeordneten Streckform gegossen und nach dem Formen in den Bohrschacht abgelassen wird. Solche Bohrschächte haben einen Durchmesser von mehr als 0,915—1,22 m und bis zu 7,63 m bei einer Tiefe von bis zu 488 ni. Beim Absenken der Beton-/» uskleidungsclemente in den Bohrschacht werden sie von einer in den Bohrschachl eingefüllten Flüssigkeil gel-agcn, bei der es sich um den typischerweise bei Bohrvorgängen verwendeten Bohrschlamm handelt.

Daneben wurden bereits verschiedene andere Hinrichtungen zum Auskleiden bzw. Ausbauen von Erd-Bohrschächten mit Mauerwerks- oder Betonabschnitten entwickelt. Beispiele für solche Einrichtungen finden sichindenUS-PScn 10 03 140,27 28 600 und 32 50 976.

Die US-PS 10 03 140 beschreibt ein System zum Auskleiden von Bohrschächlen mil lktonabschnittcn, die jeweils einzeln in den Schacht eingesetzt und beim Ablassen von einer unter dem bei reffenden Abschnitt angeordneten Plattform getragen werden. Die Oberseite jedes Abschnitts ist mit einer abgewinkelten Konfiguration versehen, wahrend seine Unlerscilc eine entsprechende, komplementär abgewinkelte Nut aufweist. Gemäß der US-PS 27 28 600 wird der F.rd-Bohr schacht mit einem Abschnitt ausgekleidet, der aus einer Anzahl von Ziegeln hergestellt wird, die auf einer speziell ausgebildeten Hülse angeordnet sind, we'che mit den Ziegeln bzw. dem Mauerwerk in den Bohrschacht abgelassen wird. Wenn das Mauerwerk den bereits im Bohrschacht befindlichen Mauerwerksabschnitt erreicht, werden Halterungen zur Unterstützung des Mauerwerks zurückgezogen, so daß der neue Mauerwerksabschnitt auf das bereits im Bohrschacht vorhandene Mauerwerk herabfällt. Die das Mauerwerk haltende zylindrische Hülse wird dann aus dem Bohrschacht herausgezogen, um einen neuen Ziegel-Mauerwerksabschnitt aufzunehmen.

Die US-PS 32 50 076 beschreibt ebenfalls ein System H zum Auskleiden bzw. Ausbauen eines Erd-Bohrschachts. Mit diesem System kann eine beliebige Zahl vorgefertigter Tauchkasienteile in einen ausgehobenen Schacht abgelassen werden. Die aneinander anschließenden Teile werden dabei vor dem Ablassen in den Schacht miteinander verbunden, so daß die Fugen zwischen den einzelnen Teilen vor dem Ah¹ rssen auf Fehler geprüft werden können. Gernäß dicsCi US-PS ist der unterste Tauchkasienteil mit einem passenden Tragelement und mehreren an diesem angebrachten Niederlaß-Stangen versehen. Das Tragelement mit den Niederiaßstangen ^irkt mit mehreren geeigneten Niederlaßvorrichtungen, etwa Hydraulikböcken, zum Ablassen des Tragelements in den Schacht zusammen. Da das Tragelement das Gewicht des gesamten, geformten Stapels ίο tragen muß, sind Durchmesser und Länge dieses Stapels stark begrenzt.

Weitere Vorrichtungen zum Ablassen von Betonoder Mauerwerksabschnitten in einen Schacht zum Auskleiden desselben finden sich in den US-PSen J5 1 58 434. 4 91 956, 11 69 004. 26 50 477 und 26 70 233. Diese Patentschriften beschreiben jeweils ein Werkzeug zur Halterung eines Auskleidungsabschnitts beim Ablassen desselben in einen in die Erde niedergeführten Schacht. Die jeweiligen Schächte besitzen dabei n^:sr einc begrenzte Tiefe: der tiefste Schacht ist ein solcher für einen Wasserbrunnen (US-PS 4 91 956).

AdS der DE-AS 30 14 027 ist ein Verfahren zum Einbringen eines aus einzelnen Ausbauringen zusammensetzbaren wasserdichten Ausbaus in Bohrschächten bej-i kannl. Das Einbringen der Ausbauringe in den Bohrschacht erfolgt mittels eines Gestänges, durch das die Ausbauringe zuerst über mit einer Stützflüssigkeit gefüllten Bohrschacht angehoben und dann in diesen abgesenkt werden. Der durch die Stützflüssigkeit erzeugte Auftrieb übt dabei eine zusätzlich tragende Funktion aus. Zur Führung der Ausbauringe dienen mehrere, sich parallel zur Schachilängsachse erstreckende und an den Ausbaunngen vorgesehene Ausnehmungen durchgreifende Lsngsführungsclementc, die gegebenenfalls auch durch Seile gebildet werden können. Die Ausbauringe können durch eine an das Bohrgestänge oaer das Förderseil anschlagbare Halte- und Absetzvorrichtung gelragen und auf dem jeweils zuvor eingebrachten Ausbauring abgesetzt werden, wonach die Halte- und Abwi setzvorrichtung von dem zuletzt eingebrachten Ausbauring lösbar ist und zur Aufnahme eines weiteren Ausbauringes noch über Tage zurückgezogen .verden kann. Als Halle- und Abscizvorrichturtg wird eine Klemmbacken aufweisende Spreizbackenvorrichuing bi verwendet. Durch d;-s nus der DE-AS 30 14 027 bekannte Verfahren soll sich ein wasserdichter Ausbau in besonders wirtschaftlicher und gefahrloser Weise in durch wasserführendes Gebirge abzulaufende Bohrschächte

einbringen lassen.

Dagegen ist es Aufgabe der Erfindung, eine gui funktionierende und relativ einfacl. zu handhabende Einrichtung zum Fördern und Einbringen von Ausbauringen in Bohrschächten sowie einen zur Manipulation mit einer derartigen Einrichtung gut geeigneten Ausbauring anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung b/w. einem Ausbauring nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 9 erfindungsgemäß durch die in dessen jeweiligen kennzeichnenden Teilen enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Patentansprüchen 2 bis 8 und 10 bis 16.

Die Erfindung ermöglicht eine gut funktionierende und einfach handzuhabende Einrichtung zum Fördern und Einbringen eines aus einzelnen Ausbauringen zusarr.nrisr.ssizbarer!, wasserdichten Sckachtnnshaiis in Bohrschächten, mit der jeder Ausbauring einzeln absenkbar ist, bis er auf die Oberseite des zuletzt in den Bohrschacht abgelassenen Ausbauringes aufgesetzt ist. Die Ausbauringe sind dabei so gestaltet, daß bei der Ausbildung des Schachtausbaus aus den einzelnen Ausbauringen etwa auf der Oberseite des obersten Ausbauringes befindliches Geröll beim Aufsetzen des nächsten Ausbauringes weggedrückt wird. Dadurch kann ein in senkrechter Richtung sehr gut ausgerichteter Schachlausbau gewährleistet werden.

Die Radialöffnungen brauchen den Ausbauring nicht vollständig zu durchsetzen, sondern sich nur über eine solche Strecke zu erstrecken, daß sie die Tragarme aufzunehmen vermögen, damit die Tragsäule das Gewicht des Ausbauringes zu tragen vermag. Sobald der Ausbauring von den Tragarmen der Tragsäule erfaßt worden ist. wird er auf die Öffnung des Bohrschachtes ausgerichtet und auf den Ausbauring-Stapel aufgesetzt.

Das Gewicht des so abzulassenden Ausbaurings wird von der Einrichtung getragen, bis dieser Ausbauring mit dem Stapel in Berührung kommt. Die Einrichtung kann das Gewicht des Ausbauringes vollständig oder aber teilweise tragen, wenn dieses Gewicht auch von einer im Bohrschacht befindlichen Flüssigkeit aufgenommen wird. Sobald der Ausbauring auf den Stapel aufgesetzt ist, werden die Tragarme aus seinen Radialöffnungen zurückgezogen. Sodann kann die Tragsäule an den Tragarmen aus dem Bohrschacht herausgezogen werden, um am nächsten auf den Stapel aufzusetzenden Ausbauring angebracht zu werden.

Das Zurückziehen der einrastbaren Tragarme vom jeweiligen Ats^bauring erfolgt erst dann, wsnn letzterer nicht mehr von der Halte- und Absatzvorrichtung getragen wird. Wenn der Ausbauring auf den Stapel aufgesetzt worden ist, bewegt sich die Tragsäule innerhalb des Stapels weiter abwärts, wobei die Tragarme aus den Radialöffnungen des Ausbauringes herausgezogen werden. Zu diesem Zweck sind am Ende der Halte- und Absatzvorrichtung Rollen vorgesehen, welche auf der Innenwand des obersten, bereits auf dem Stapel befindlichen Ausbaurings abrollen. Bei Berührung mit der Innenwand des obersten Ausbauringes bewirken die Rollen das Zurückziehen oder Einfahren eines Verriegelungsmechanismus, welcher die einzelnen Tragarme bisher in ihrer Einraststellung hielt. Die Tragsäule bewegt sich sodann weiter abwärts, wobei an ihr angebrachte Knotenbleche einen Zapfen, der an einem Glcitelement jedes Tragarms befestigt ist. in Richtung auf die Tragsäule drängen und dabei das Gleiielemcni in die Hülse des betreffenden Tragarms einfahren. Die Tragsäule mit den eingefahrenen Tragarmen wird dann aus dem liohrschacht zur Erdoberfläche hochgeholt. Anschließend werden die Tragarme wieder in die Radialöffnungen

^r! eines wciiercn, in den Rohrschacht abzulassenden Ausbauringes ausgefahren.

Zu Beginn der Herstellung des Schachlausbaus oder Ausbauringslupcls wird an der Sohle des Bohrschachtes eine massive Mörtelschlammschicht vorgesehen, die

in dann mittels des Bohrkopfes so bearbeitet wird, dall ihre Oberfläche senkrecht zu den Schachtwänden liegt. Hierdurch wird gewährleistet, daß der hergestellte Stapel parallel zu den .Schachtwänden verläuft. Nach dem Einsetzen einiger Ausbauringe in den Bohrschacht wird Mörtelschlamm zwischen die Außenwände der Ausbauringe und die Innenfläche des ßohrschachtes eingefüllt. Derariigcr Mörtelschlamm wird hierauf periodisch eingebracht, nachdem jeweils eine bestimmte Zahl von Segmenten in den Bohrschacht abgelassen worden ist.

Beispielsweise kann das Einfüllen von Mörtelschlamm nach dem Ablassen von jeweils fünf Ausbauringen in den Bohrschachi erfolgen.

Wie erwähnt, weist jeder Ausbauring nahe seiner Untcrscilc mehrere Radialöffnungen zur Aufnahme der ausfahrbaren Tragarme der Halte- und Absetzvorrichtung auf. Ein Verstcifungselcment umgibt zumindest die Oberseite jeder Radialöffnung.

Die Längsbohrungen des Ausbauringes dienen als Führungen für Stahlseile, welche durch den Ausbauring

jo verlaufen und zu seiner Führung beim Ablassen in den Schacht vorgesehen sind. Der Oberteil jedes Ausbauringes ist mit einer etwa V-förmigen Stirnkante versehen, während seine Unterseite eine Ausnehmung mit einem dem Oberteil angepaßten Querschnitt aufweist, so daß

r> der Ausbauring sicher auf einen ähnlich geformten Ausbaiiring aufsetzbar ist. Die V-förmigc Stirnkante und die bodcnseitigc Ausnehmung schließen einen Winkel von 60 bis 120", vorzugsweise 9Ü", ein.

Jeder Ausbauring besteht aus Spannbeton mit einem Innendurchmesser von mindestens 3.05 m und vorzugsweise etwa 4.27 m. Die Dicke der Betonwand beträgt clwa 0.61 m. so daß der Ausbauring-Außendurchmesser 5.49 m beträgt. Der Ausbauring besitzt einen effektiven Verrohrungsdruckwiderstand von mehr als 70.3 kg/cm² bzw. bar und vorzugsweise mehr als 84.4 bar. Aufgrund dieses vergleichsweise hohen Verrohrungsdruckwiderstands kann der Ausbauring in Bohrschächte mit einer Tiefe von mehr als 915 m abgelassen werden. Jeder Ausbauring ist etwa 3.05 m lang und ungefähr 75 t schwer.

Vor Beginn des Auskleidungsvorgangs des Bohrschachts sollte dieser zweckmäßig praktisch ν '!ständig mit Flüssigkeit, also gewöhnlich Bohrschlamm, gefüllt sein. Die Flüssigkeitsfüllung dient auch zur Verhinderung eines Abbröckeins von Material von den Bohrschachtwänden während des Auskleidungsvorgangs.

Die Ausbauringe werden jeweils einzeln von einer Stelle neben dem Bohrschachi angehoben und in diesen abgelassen. Das Gewicht jedes Ausbauringes wird dabei von der im Bohrschacht befindlichen Flüssigkeit und von der Halte und Absetzvorrichtung getragen, bis der Ausbauring auf dem oberen Ende des Stapels abgesetzi worden ist.

Die Tragarme werden an einem Herausziehen au; dem Ausbauring gchinderi. bis das Gewicht des abgc

tTi lassenen Ausbauringes von der Halte- und Absctzvor richtung auf den Stapel übertragen worden ist. Nact diesem Absetzen werden die Tragarme der Halte- unc Absctzvorrichiung aus den Radialöffnungen des Aus

bauringcs herausgezogen. Beim Ablassen in den Bohr schacht werden die Ausbaurinyc durch Fiihrungs-Stahlseile geführt, welche die l.ängsbohrungen im Aiisbauring durchsct/.cn.

Wenn eine bestimmte Zahl von Ausbiuiriiigen in den Bohrschacht eingebracht worden ist, wird Mörtclschlariim /wischen die Außenfläche der Ausbauringe und die Innenwandflächc des Bohrschachts eingefüllt. Währenddes Auskleidungsvorganges wird dieser Mörtclschlamm jeweils nach dem Einsetzen einer vorbestimmten Zahl von Ausbauringen in den Bohrschacht zugeführt. Vor Beginn des Auskleidungsvor^angs wird ein Mörtelschlammstopfen mit einer Dicke von vorzugsweise etwa 2,44 m geformt. Der so hergestellte Stopfen wird mittels des Bohrkopfes so bearbeitet, daß seine Oberfläche senkrecht zur Bohrschachtwand verläuft.

Die als Auskleidung verwendeten Beton-Ausbauringe müssen eine Bruehdruckbcsiändigkeii von 0,035 bar pro Ö,3ö5 m Tiefe besitzen, im rail einer uohrsehacrii· tiefe von 915 m sollte daher die Bruchdruekbeständigkcit der Bcton-Ausbauringc mehr als etwa 105 bar betragen. Im Fall eines Bohrschachtes von 915 m Tiefe sollte die Druckfestigkeit des Werkstoffes der Beton-Ausbauringe mehr als 352 bar betragen, damit die Ausbauringe die Druckbelastung im Stapel auszuhallen vermögen.

Beim Ablassen eines neuen Ausbauringes wird etwa auf der Oberseite des vorhergehenden, obersten Ausbauringes des Stapels befindliches Geröll durch die Turbulenz weggespült, die durch den absinkenden Ausbauring et zeugt wird. Diese Spül- bzw. Pumpwirkung wird dadurch hervorgebracht, daß der Bohrschachl während des Auskleidungsvorgangs mit einem Strömungsmittel, d. h. Flüssigkeit gefüllt ist. Die Erzeugung dieser Turbulenz und die davon herrührende Spül- oder Punipwirkung zur Beseitigung von Geröll wird dadurch verbessert, daß Ober- und Unterseile jedes Ausbauringes an jeder Seite jeweils unter einem Winkel von 45' relativ zur Waagerechten abgeschrägt sind. Der Oberteil und die unterscitige Ausnehmung schließen dabei jeweils einen Winkel von 90° ein.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Ks zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Halte- und Absetzvorrichtung zum Ablassen von Ausbauringen in einen Bohrschacht,

F i g. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung, welche einen teilweise in den Bohrschacht abgelassenen Ausbauring zeigt,

F i g. 3a eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des Ablassens eines Ausbauringes in einen Bohrschacht auf einen bereits im Bohrschacht gebildeten Stapel,

F i g. 3b eine F i g. 3a ähnelnde Darstellung, welche das Herausholen der Halte- und Absetzvorrichtung aus dem Bohrschacht für die Aufnahme eines weiteren Ausbauringes zeigt,

F i g. 4a einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen lotrechten Schnitt durch einen Belon-Ausbauring,

F i g. 4b eine Aufsicht auf den Ausbauring gemäß F i g. 4a,

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Tiefe, auf welche die Ausbauringe abgelassen werden sollen, und dem auf Innen- und Außenwand eines solchen Ausbauringes einwirkenden Druck für einen aus Beton bestehenden Ausbauring, Fig. 6 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Sei

tenansiehl einer Halte- und Absetzvorrichlung.

I·' i g 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in F i g. 6 und I- i g. 8 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Seitenansicht eines Teils der Halte- und Abseilvorrichtung.

Ί Ein in die Erde niedergebrachter Bohrschacht 2 kann mit einer Anzahl von Ausbauringen 4 ausgekleidet werden, die mittels einer Halte- und Absetzvorrichtung 6 der in F i g. 1 dargestellten Art in den Bohrschacht abgelassen weiden. Die Halte- und Absetzvorrichtung 6

id nimmt den abzulassenden Ausbauring 4 an einer Stelle neben dem Bohrschachl ab und richtet ihn mitiels eines Laufkrans IO über der öffnung des Bohrschachts aus.

Sodann wird der Ausbauring 4 mit Hilfe eines Hydraulikmechanismus 12 in Form einer Winde in den

Γι Bohrschachl abgelassen Beim Ablassen wird der Ausbauring 4 Vt)Ii einem Stahlseil 14 getragen und durch Führungs-Stahlseile 16 und 18 geführt. Letztere durchsetzen Längsbohrungen 34, 36 im Ausbauring 4 und verlaufen bei der Bildung des Ausbaurir.g-Stapels durch alle A'j.'iba'jringc bis ziüT! untersten bzw. ernten Anshanring.

Nachdem die Führungsseile 16 und 18 die Längsbohrungen 34, 36 im Ausbauring 4 hindurchgezogen worden sind, wird mittels des Hydraulikmechanismus 12 das an einer Halterung 20 angebrachte Tragseil 14 abgeblasen. Mit der Halterung 20 ist die Halte- und Absetzvorrichtung zum Tragen des Ausbauringes 4 beim Ablassen in den Bohrschacht verbunden. Der abgelassene Ausbauring 4 wird auf einen bereits im Bohrschacht geformten Stapel von Ausbauringen 22, 24 und 26 aufgesetzt (vgl. K i g. 3a). Nach dem Absetzen des Ausbauringes 4 auf der Oberseite des Ausbauringes 26 wird die Halle- und Absetzvorrichtung aus dem Ausbauring 4 zurückgezogen und durch Einholen des Tragseiles 14 zur F.rdoberfläche hochgezogen. Hierauf ist im Bohrschacht 2 gemäß F i g. 3b ein Stapel aus Ausbauringen 22, 24, 26 und 4 hergestellt. Nach dem Hochholen der Halte- und Absetzvorrichtung wird ein neuer Ausbauring neben dem Bohrschacht aufgenommen und dann in den Bohrschacht abgelassen, um das Auskleiden des Bohrschachtes weiterzuführen. Wenn mehrere Ausbauringe im Bohrschacht aufeinandcrgesetzt worden sind, kann zwischen die Außenfläche der Ausbauringe und die Innenwand des Bohrschachtes mittels einer an sich

4·) bekannten Ausrüstung Mörtelschlamm eingefüllt werden. Das Einfüllen des Mörtelschlamms erfolgt jeweils nach dem Ablassen einer bestimmten Zahl von Ausbauringen, etwa nach jedem dritten, vierten oder fünften Ausbauring, in den Bohrschacht.

w Die Ausbauringe können entweder aus Beton oder aus Stahl bestehen; vorzugsweise werden die Ausbaurinpe jedoch aus Spannbeton hergestellt. Der in F i g. 4a dargestellte Beton-Ausbauring 4 besitzt eine Innenwand 27 und eine Außenwand 31. Nahe der Unterseite

■>■> des Ausbaurings 4 gehen von dessen Innenwand 27 mehrere radiale öffnungen (in Auswärtsrichtung) ab. Diese Radialöffnungen, von den typischerweise entweder drei oder vier vorhanden sind, sind um die Innenwand auf gleiche Abstände verteilt. Die Radialöffnun-

bo gen brauchen zwar die Ausbauringwand nicht vollständig zu durchsetzen, doch müssen dabei ihre offenen Enden nach innen weisen. Die Radialöffnungen sollten vorzugsweise mit einem Versteifungs- oder Verstärkungselement 32, etwa in Form eines Stahlrohrs, verstärkt

to sein, das in die betreffende Radialöffnung eingesetzt ist. Um die Außenwand herum sind mehrere aus einem Epoxydharz hergestellte Zentrierstücke 29 angeordnet, die nur an jedem dritten oder vierten Ausbauring oder be-

Dl L"t

darfsweise an anderen Ausbauringen angebracht zu sein brauchen. Die Wand des Ausbauringes 4 wird von mehreren Längsbohrungen 34 und 36 durchsetzt, die als Führungen für die Führungs-Stahlscilc 16 und 18 dienen. Die Oberseite jedes Ausbauringes 4 ist mil einer V-förmigen Stirnkante 38 versehen. In der Unterseite des Ausbauringes 4 ist eine entsprechende, d. h. komplementäre Ausnehmung 40 vorgesehen. Die Breite der Ausnehmung braucht nicht bis zur eigentlichen Umfangsfläche von Innen- und Außenwand zu reichen, sondern kann ein kurzes Stück vor dieser Umfangsflächc enden, so daß auf jeder Seite ein waagerechter Teil von etwa 50,8 mm Breite verbleibt. Jeder Ausbauring tritt somit mit seiner Oberseite in eine entsprechende Ausnehmung in der Unterseite des nächsten Ausbauringes ein. Vorzugsweise sind die Seitenflächen der V-förmigen Stirnkante 38 sowie die Flanken der Ausnehmung 40 unter einem Winkel von etwa 45° zur Waagerechten abgeschrägt; dies bedeutet, daß die Stirnkante und die unterseitige Ausnehmung jeweils einen Winkel von S)O" einschließen. Der Innendurchmesser des Ausbauringes 4 beträgt etwa 4,27 m, während sei.i Außendurchniesser etwa 5,49 m beträgt. Die Wanddicke des Ausbauringes 4 beträgt somit ungefähr 0,61 m. Die Länge (Höhe) jedes Ausbauringes liegt bei etwa 3,05 bis 3,36 m.

Wenn der Ausbauring 4 aus Spannbeton hergestellt wird, muß er den zwischen seiner Innenwand und seiner Außenwand herrschenden Druckunterschied der in den Bohrschacht eingefüllten Flüssigkeit aushalten können. In F i g. 5 ist der effektive Verrohrungsdruck in Innenwand und Außenwand durch die gestrichelte Linie bzw. die ausgezogene Linie angegeben. Die Linien gemäß F i g. 5 gelten für einen Betonzylinder mit einem Innendurchmesser von 4,27 m und einem Außendurchmesser von 5,49 m. Der Druck steigt ersichtlicherweise mit zunehmender Tiefe im Bohrloch an. Der effektive Verrohrungsdruck ist der Unterschied zwischen den an Inncn- und Außenwand des Ausbauringes herrschenden Drükken. Damit ein Beton-Ausbauring der beschriebenen Art in einer Tiefe von 915 m oder mehr eingesetzt werden kann, muß somit der effektive Verrohrungsdruckwiderstand mehr als 70,3 bar und vorzugsweise mehr als 84,4 bar betragen. In einer Tiefe von 1006,5 m beträgt gemäß F i g. 5 der Druckunterschied 87,8 bar. Die in der graphischen Darstellung von Fig.5 veranschaulichte Druckbeziehung ist auf der Grundlage eines Druckgefälles von 30,4 kg bzw. 4,71 bar pro 0.283 m' an Bohrschlamm berechnet worden.

Wenn der Ausbauring aus Stahl hergestellt wird, kann seine Wanddicke erheblich kleiner sein; lypischerweise liegt sie in der Größenordnung von einigen Zentimetern im Vergleich zu einer Wanddicke von etwa 0,61 m im Fall eines Beton-Ausbauringes. Im Fall eines Ausbauringes aus Stahl ist daher der Druckunterschied zwischen Außen- und Innenseite der Ausbauringwand erheblich niedriger. In einer Tiefe von 1006,5 m muß beispielsweise bei einem Stahlzylinder mit einem Außendurchmesser von 5,49 m und einer Wanddicke von 71.9 mm der effektive Verrohrungsdruckwiderstand etwa 47,22 bar betragen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Halte- und Absetzvorrichtung ist in den Fig.6 bis 8 dargestellt. Diese Vorrichtung weist eine mit der Halterung 20 verbundene Tragsäule 42 auf, die ein Gleitelement in Form einer feststehenden Hülse 92 und ein in dieser jeführtes Gieiteiement 90 umfaßt. Am unteren Ende der Tragsäule 42 sind mehrere Tragarme 44, 46 (P i g. 6) und (Fig.7) angebracht Jeder Tragarm enthält ein Gleitstück 48, 50 und 88, das aus der Hülse des betreffenden Tragarms ausführbar und in dieser Hülse einfahrbar ist. Die F.ndstückc dieser Gleitstücke stellen die Teile dar. die in die Radialöffnungen im Ausbauring eintreten. Die ·> Zahl der Tragarme und der Gleitstücke sowie ihre Anordnung müssen auf Zahl und Anordnung der Radialöffnungen im Ausbauring abgestimmt sein. Typischerweisc sind entweder drei oder vier Radialöffnungen und dementsprechend drei oder vier Tragarme vorhanden. Sie ίο Radialöffnungen und die Tragarme sind jeweils um die Mittelachse herum auf gleiche Abstände verteilt.

Während die Gleitstücke 48, 50 und 88 in der Nähe der Unterkuntc des Ausbauringes in diesen eingreifen, greifen Querträger 52 und 54 an der Oberseite des Aus-π bauringes an, um diesem beim Ablassen in den Bohrschiicht unter Verhinderung eines Kippens zu stabilisieren. Normalerweise entspricht die Zahl der Querträger derjenigen der Tragarme. Die Querträger 52 und 54 weisen ausgesparte Abschnitte 56 und 58 auf, die mit der V-forinigcn Stirnkante an dsr Oberseiie des Ausbaut iiiges in Berührung gelangen, so daß letzterer zwischen den Tragarmen und den Querträgern festgehalten wird. An einem der Querträger, etwa am Querträger 52 genial! F i g. 6, ist ein Veiricgelungsmechanismus 64 an-2¹) gebracht, welcher das Glcitclcmcnt 90 auf noch näher zu erläuternde Weise in seiner untersten Position zu halten vermag. Der Verriegclungsmechanismus 64 umfaßt einen am Querträger 52 angebrachten Verriegclungsarm 66 und einen Verriegelungszapfen 68, der in eine Öffnung oder Bohrung /0 der Tragsäule 42 einzutreten vermag. Der Vcrriegelungszapfen 68 ist um einen Schwerpunkt 72 schwenkbar, während sich der Arm 66 um einen Schwenk- bzw. Drehpunkt dreht. Wenn das Gieiteiement 90 in seine tiefste Stellung abgelassen ist, v> vermag der Vcrriegelungszapfen 68 in eine Bohrung im Glcitelemcnl 90 einzutreten und dieses dabei in dieser untersten Stellung zu arretieren. Das Gleitclement 90 bleibt sodann bis /urn Herausziehen des Verriegelungszapfens 68 aus dieser Bohrung arretiert. In Fig.8 ist dieser Verricgelungsmechanismus der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Am unteren Ende der Halte- und Abs.tzvorrichtung sind mehrere Fühlrollen 60 und 62 vorgesehen. Jedem Tragarm ist dabei eine Fühlrollc zugeordnet. Diese RoI-len ermöglichen ein F.infahren der Gleitstücke der betreffenden Tragarme in deren Hülsen, wenn der Ausbauring mit dem vorher abgelassenen Ausbauring in Berühung gelangt, wie dies anhand von Fig.8 noch näher erläutert werden wird. Jedem Tragarm ist außerdem ein Knotenblech 76 und 78. Weiterhin können die Tragarme gemäß F i g. 7 durch Knotenbleche 80,82 und 84 jeweils miteinander verbunden sind.

Wenn der von der Halte- und Absetzvorrichlung getragene Ausbauring in Berührung mit dem obersten Ausbauring auf dem Stapel abgelassen wird, werden die Fühlrollen 60, 62 einwärts verschwenkt. Damit kommt gemäß F i g. 8 z. B. die Rolle 62 mit der Innenwandfläche 86 des Ausbauringes 26 in Berührung, wobei sie um ciiien Schwenkpunkt 100 herum nach innen verschwenkt wird. Hierbei wird wiederum ein Tragarm verschwenkt und damit ein Stift oder Zapfen 102 zurückgezogen. Der Stift 102 ist vorher durch eine Bohrung in der Hülse des Tragarms 46 hindurch in eine Bohrung im ausgefahrenen Gleitstück 50 eingerastet h5 worden. Das Gleitstück 50 wird somit durch den Stift 102 an einem Einfahren in die Hülse des Tragarms gehindert, bis die bodenseitige Ausnehmung 40 des Ausbauringes 4 auf der oberscitigen Stirnkan'e 94 des Aus-

biiiiringes 26 abgesetzt wird. Wenn der Aasbauring 4 iiLii dem darunter befindlichen Au^bauring 26 ruht und sei.i Gewicht nicht mehr von der I lulle- und Absct/vor-■ichiung getragen wird, kann durch Zurückziehen des .iiifts 102 diis Gleitstück 50 in die I lülse de<.· Tragarms 46 eingefahren werden.

Die Tragsäule 42 wird hierauf abwärts bewegt, bis ihr Oberteil 90;/ die in F i g. 8 in strichpunktierten Linien eingezeichnete Stellung einnimmt, während der Unterteil 90ö des Gleitelements 90 aus der Unterseite des Tragarms ausfährt. Hierbei verlagern sich die Knotenbleche, wie das Knotenblech 78, mit dem Gleilclcmenl 90 abwärts. Das Knotenblech 78 weist einen Schlitz bzw. ein Langloch 104 auf, das von einem am Gleitstück 50 befestigten Stift 106 durchsetzt wird. Da der Tragarm 46 mit der Hülse 92 der Tragsäule 42 verschweißt ist, verschiebt sich der Stift 106 bei der Abwärtsbewegung des Knotenblechs 78 gegenüber der Hülse 92 im Langloch 104 in Einwärtsrichung, so daß das Gleitstück 50 in .seine Hülse eingefahren und sein Aü&criubschmii aus 2» Tragarme Glciielements 90 werden die Gleitstücke der Tragarme zurückgezogen bzw. eingefahren. Das Einfahren der Gleitstücke erfolgt aufgrund der Abwärtsbewegung der Tragsäulen-Knotenbleche, wie des Knotenblechs 78, ι welches eine Verschiebung des Stifts 106 in seinem Langlocli 104 in Einwärtsrichtung auf der Mittelachse hin bewirkt. Wenn das Gleitelemcni 90 das untere Ende seiner Bewegungsstrecke erreicht und die Gleitstücke der Tragarme zurückgezogen sind, greift der Verriegein lungszapfen 68 in einen Schlitz bzw. eine Bohrung im Gleitelcment 90 ein. um eine Aufwärtsbewegung der Tragsäule 42 zu verhindern. Die Halte- und Absetzvorrichtung kann hierauf aus dem Bohrschacht hochgeholt werden, während die Tragarme in ihrer Einfahrstellung 1¹S verbleiben.

An der Erdoberfläche wird die Halle- und Absetzvorrichtung in einen weiteren, in den Bohrschacht abzulas senden Auskleidungs-Ausbauring eingesetzt. Der Verriegelungs/.apfen 68 wird von Hand ausgerastet, und die

der Radialöffnung im Ausbauring 4 herausgezogen wird. Wenn sk.-n das Gleitstück 90 genügend weit nach unten bewegt hat, tritt der Verricgelungszapfcn 68 in eine Bohrung im Glcitelemcnt 90 ein, um dieses in seiner unteren Stellung zu arretieren. In dieser unteren Siel- 2^r> lung sind die Gleitstücke der Tragarme vollständig aus den Radialöffnungen des Ausbauringes herausgezogen. Der Tragarm kann nunmehr aus dem Ausbauring und aus dem Bohrschacht herausgeholt werden. An der Erdoberfläche wird der Tragarm, d. V die Halte- und Ab- jo se'.zvorrichtung, mit dem nächsten, in den Bohrsehacht abzulassenden Ausbauring verbunden.

Im folgenden ist das Ablassen der einzelnen Ausbauringe in den Bohrschacht genauer erläutert. Der Arbeitszyklus beginnt damit, daß die Halte- und Absetz- i^r> vorrichtung einen Auskleidungs-Ausbauring trägt, der mittels des Hydraulikmcchanimus 12 und des Tragseils !4 in den Bohrschacht iib^ac!ii.sscn werden so!!, !n diesen) Zustand greifen die Gleitstücke 48, 50 und 88 der drei Tragarme 44, 46 bzw. 86 in die betreffenden Radialöffnungen im Ausbauring 4 ein. Ein Kippen des Ausbauringes 4 wird durch die Querträger 52 und 54 verhindert. Der Ausbauring und die Halte- und Absct/.vorrichtung werden durch mehrere Führungsstahlseile 16 und geführt. Das Gewicht des Ausbauringes 4 wird von den v, Tragarmen auf der Tragsäule 42 zur Halterung 20 und von dieser zum Tragseil 14 übertragen. Der Ausbauring wird hierauf in den Bohrschachl 2 abgelassen.

Wenn sich der abgelassene Ausbauring 4 dem obersten Ausbauring 26 des im Bohrschacht befindlichen ■>(> Stapels nähen, läuft die Fühlroile 62 des Sicherheits-Verriegelungsmechanismus auf der Oberseite der Stirnkante 94 ab, um dann durch die Innenwand % des Ausbauringes 26 nach innen gedrängt zu werden. Hierbei verschwenkt sich der Tragarm 98 um den Drehpunkt v, 100, wobei der Stift 102 aus einer entsprechenden Bohrung in der Hülse des Tragarms 46 und einer Bohrung im Gleitstück 50 herausgezogen wird. Derselbe Vorgang tritt bei allen drei Tragarmen auf.

Wenn der Ausbauring 4 auf dem bereits im Bohrloch mi befindlichen Ausbauring 26 zu liegen kommt, wird das Gewicht der Halte- und Absetzvorrichtung auf die Querträger 52 und 54 sowie auf die Oberseite des eben eingeführten Ausbauringes 4 übertragen. Die Querträger und die Halte- und Absetzvorrichtung bleiben daher h5 stehen. Das Gleitelement 90 der Tragsäule 42 setzt andererseits seine Abwärtsbewegung über eine Strecke von etwa 61 cm fort Bei dieser Abwärtsbewegung des *<·*«- HMUIUIl/i.liuilgvii

in den Bohrschacht abzulassenden Ausbauring ausgefahren. Hierauf wird der gesamte Vorgang wiederholt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Fördern und Einbringen eines aus einzelnen Ausbauringen zusammensetzbaren wasserdichten Schachtausbaus in Bohrschächten, bestehend aus einer an ein Förderseil anschlagbaren, die einzelnen Ausbauringe tragenden Halte- und Absetzvorrichtung, welche mehrere gegen die Innenwandung des Ausbaurings bewegbare radiale Tragarme und eine nach dem Aufsetzen des einzubauenden Ausbauringes den Kontakt der Tragarme mit letzterem lösende Vorrichtung aufweist, wobei die Ausbauringe jeweils mehrere sich nach außen von ihrer Innenfläche erstreckende öffnungen ha- i^ ben, gekennzeichnet durch die Vereinigung der folgenden Merkmale:

a) die Halte- und Absetzvorrichtung besteht aus einer Tragsäule (42), die ein erstes und ein zweites G?eite!ement (92.90) hat, die senkrecht angeordnet und relativ zueinander beweglich sind,

b) im unteren Bereich der Tragsäule (42) sind mehrere radial und horizontal nach außen weisende Tragarme (44, 46, 86) befestigt, in denen je ein nach außen ausschiebbares Gleitstück (48, 50, 88) geführt ist, welches durch Betätigen von Rückfahreinrichtungen (104,106) radial von der entsprechenden Öffnung im Ausbauring abhängig von einer Relativbewegung des ersten und jo des zweiten Gleitelementes (92, 90) der Tragsäule (42) zurückfahrbar ist, wobei die Rückfahneinrichtungen (10<, 106) so verfahrbar sind, daß in der ausgefahrenen Stellung des zweiten Gleitelements (90) die Gleitstücke (48,50,88) in )5 ihrer eingefahrenen Stellung verriegelt sind.

c) mit dem oberen Bereich des ersten Glcitelements (92) sind mehrere radiale Querträger (52, 54) fest verbunden, die Mittel zum formschlüssigen Übergreifen eines auf den Tragarmen (44, 46,86) gelagerten Ausbauringes aufweisen

d) die Halte- und Absetzvorrichlung ist mit einem Verriegelungsmechanismus (64) verschen, um das erste und das zweite Gleitelcment (92, 90) der Tragsäule (42) gegen Relativbewcgungcn zu verriegeln, wenn die Gleitstücke (48, 50, 88) in der eingefahrenen Stellung sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Tragarme (44,46,86) übe/ v> Knotenbleche (80, 82, 84) miteinander verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ausbauringe (22, 24, 26) in an sich bekannter Weise mit mehreren v> Führungsöffnungen (34,36) für im Schacht installierte Längsführungen (16,18) versehen sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Rückfahreinrichtung (104, 1O6) die Gleitstücke (48, 50, 88) einfährt, ho wenn abhängig von einer Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Glcitclemeni (92, 90) das Gewicht des Ausbauringes auf dem Schachtausbau ruht und nicht mehr von der Einrichtung getragen wird. f>^r>

5. Einrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tragarm (44, 46, 86) Mittel aufweist, welche das Zurückziehen der Gleitstücke (48, 50, 88) bis zur Übertragung des Gewichts des Ausbaurings von der Einrichtung auf den Schachtausbau verhindern.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einbringen eines Ausbauringes in den Schachlausbau die Tragsäule (42) weiter abwärts verfahrbar ist, nachdem dieser Ausbauring den Schachtausbau berührt und sein Gewicht auf diesen übertragen hat.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückfahreinrichtung einen Stift (106) aufweist, der in ein Langloch (104) eingreift, das bezüglich der Längsachse der Tragsäule (42) gewinkelt und in einem senkrecht in einer Aussparung in der Wandung des ersten Gleitelcments (92) geführten Knotenblech (76, 78) vorgesehen ist, das fest mit dem zweiten Gleitelcment (90) der Tragsäule (42) verbunden ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrschacht (2), in den der Schachtausbau (4) eingebracht wird, in an sich bekannter Weise mit einer Stützflüssigkcit gemill ist.

9. Ausbauring für einen durch Aufeinanderstapeln zylindrischer, mit ihren nut- und federartig ausgebildeten Stirnseiten ineinandergreifender Ausbauringe herstellbaren wasserdichten Schachtausbau, zur Verwendung mit einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ausbauring Führungselemente zum Umgreifen mehrerer parallel zur Schachtachsc verlaufender Längsführungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente durch in der Ringwandung verlaufende Längsbohrungen (34, 36) gebildet sind, und daß im in Einbaurichtung unteren (bodenseiligen) Bereich des Ausbauringes (4) Radialöffnungen (28) vorgesehen sind, in welche die Gleitstücke (48,50,88) der Einbaucinrichlung cinführbar sind.

10. Ausbauring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise, seine obere Stirnkante (38) V-förmig ausgebildet ist und eine bodenseitigc Stirnkante (40) eine dementsprechcndc komplementäre Ausnehmung aufweist.

11. Ausbauring nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmige Profilkante (38) und die bodenseilige Stirnkante (40) jeweils einen Winkel im Bereich von 60 bis 120° einschließen.

12. Ausbauring nach den Ansprüchen 9 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß er in bekannter Weise aus Spannbeton hergestellt ist und einen Innendurchmesser von mindestens 3,05 m sowie einen effektiven Verrohrungsdruckwiderstand von mehr als 70,3 kg/cm² bzw. bar besitzt.

13. Ausbauring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddickc des Ausbauringes bei Spannbeton etwa 61 cm beträgt.

14. Ausbauring nach Anspruch 0. dadurch gekennzeichnet, daß er einen Innendurchmesser von etwa 4.27 m und einen Außendurchmesscr von etwa 5,49 m besitzt.

15. Ausbauring nach Anspruch 9, dadurch gekennzcichnU, daß er einen effektiven Verrohrungsdruckwiderstand von mehr als 84.4 kg/cm-' bzw. bar besitzt.

16. Ausbauring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Länge von etwa 3.05 bis 3.36 m besitzt.