DE3219362C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Niederbringen von Bohrungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Niederbringen von BohrungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Niederbringen von im wesentlichen vertikalen Bohrungen,
insbesondere Großlochbohrungen, Schächten od. dgl., wobei für einen mittels eines Bohrgestänges
drehbaren Bohrkopf od. dgl. nach dem Abbohren eines Bohrabschnitts die Bohrrichtung unter Verwendung
einer gegenüber der Bohrlochwandung fixierbaren Einrichtung dadurch vorgegeben wird, daß diese
Einrichtung gelöst, der Bohrkopf in stillstehendem Zustand in eine am Bohrgestänge hängende Lage
gebracht wird und dann die Richtung für den nächsten
Bohrabschnitt festgelegt wird, und auf eine insbesondere
zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Bei einem früher angegebenen, nicht vorveröffentlichten Verfahren legt sich der angehobene, stillstehende
Bohrkopf auf einer Seite abstützend an die Bohrlochwandung an, wenn der betreffende Bohrabschnitt
von der Vertikalen abweicht
In diesem Zustand wird zuerst eine Führungsrichtung für den Bohrvorgang nach Maßgabe eines Meßwertes
eingestellt, und es wird dann unter Aufrechterhaltung dieser Einstellung eine betriebsmäßige Fixiening der
Führungsrichtung vorgenommen. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist in dem sich
rückwärts an das Bohrwerkzeug anschließenden Bereich eine Verspanneinrichtung mit einem Führungsteil
für einen relativ dazu zusammen mit dem Bohrwerkzeug in Bohrrichtung bewegbaren Teil und zusätzlich zu
der Verspanneinrichtung noch eine von riieser getrennte und unabhängig betätigbare Einstelleinrichtung auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vorteilhaftes Verfahren zum Niederbringen von im wesentlichen
vertikal gerichteten Bohrungen der eingangs angegebenen Gattung zu schaffen, mit dem sich beim Arbeiten
mit drehendem Bohrgestänge verhältnismäßig große Bohrlöcher, insbesondere auch über etwa 1.5 bis 2 m, mit
guter Vertikalität niederbringen lassen, ohne daß vor einer betriebsmäßigen Fixierung der Bohrrichtung
zunächst gesondert eine Führungsrichtung nach Maßgabe eines Meßwertes eingestellt werden muß.
Des weiteren soll mit der Erfindung eine vorteilhafte
Vorrichtung zum Niederbringen einer Bohrung mit guter Vertikalität geschaffen werden, ohne daß außer
einer Verspanneinrichtung noch eine zusätzliche Einstelleinrichtung erforderlich ist.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor. daß
der Durchmesser des Bohrkopfes zum Festlegen der Richtung für den nächsten Bohrabschnitt von einem
relativ größeren auf einen relativ kleineren Wert geändert wird.
Mit einem solchen Verfahren ist es auf besonders einfache Weise möglich, selbst grobe Bohrlöcher mit
einer guten Vertikalität herzustellen, ohne daß es dazu besonderer meßtechnischer Maßnahmen und besonderer
Einstellvorgänge bedarf. Es genügt vielmehr, jeweils nur eine einfache Fixierung der Richtung bei hängendem
Bohrkopf vorzunehmen. War beim vorausgegangenen Bohrabschnitt eine Abweichung von der Vertikalen
entstanden, so erfolgt dann beim nächsten Bohrabschnitt eine Korrektur, wobei ggfs. der Bohrkopf
einen sichelförmigen Bereich des Gebirges abarbeitet. Die Vertikalität wird dann sehr bald wieder erreicht, sei
es schon bei dem sich unmittelbar anschließenden Bohrabschnitt, sei es im Falle einer sehr starken
Abweichung bei dem oder den sich anschließenden Bohrabschnitten.
Ferner bestehen für das Verfahren verschiedene Ausführungsmöglichkeiten. So ist einmal vorgesehen,
daß bei zwei aufeinanderfolgenden und ggfs. auch noch ■ weiteren Bohrabschnitten jeder derselben mit dem
relativ größeren Durchmesser des Bohrkopfes gebohrt wird. Der zum Festlegen der Richtung für den zweiten
Bohrabschnitt verkleinerte Durchmesser des Bohrkopfes wird dann vor oder bei Beginn dieses zweiten ·
Bohrabschnitts wieder vergrößert.
Bei einer anderen Ausführungsweise ist vorgesehen, daß bei zwei aufeinanderfolgenden und ggfs. auch noch
weiteren Bohrabschnitten jeder derselben mit dem relativ kleineren Durchmesser des Bohrkopfes gebohrt
wird und der Durchmesser des Bohrkopfes nur zwischen den beiden Bohrabschnitten vergrößert und
> mit diesem Durchmesser wenigstens eine etwa der Bohrkopfhöhe entsprechende Länge gebohrt wird, daß
hiernach der Durchmesser des Bohrkopfes wieder verkleinert wird, sodann in hängendem Zustand des
Bohrkopfes die Richtungsfestlegung für das Weiterbohren vorgenommen wird und hierauf der nächste
Bohrabschnitt gebohrt wird.
Das Bohren des begrenzten Längenabschnitts mit dem größeren Durchmesser erfolgt vorteilhaft innerhalb
des der neuen Richtungsfestlegung vorausgehenden Bohrabschnitts, & h. innerhalb des diesem entsprechenden
Hubes der Bohrkopfbewegung relativ zur Verspanneinrichtung. Das Bohren mit dem größeren
Durchmesser kann in Abwärtsrichtung geschehen. Jedoch kann es auch von Vorteil sein, nach Beendigung
• eines Bohrabschnitts in Abwärtsrichtung mit kleinem Durchmesser eine gewisse Länge mit dem größeren
Durchmesser erweiternd wieder aufwärts zu bohren, also ebenfalls innerhalb eines ohne Lösen der an der
Bohrlochwandung fixierbaren Einrichtung möglichen . Hubes. Das Lösen derselben geschieht erst dann, wenn
der Bohrkopf in den Bohrungsbereich mit dem größeren Durchmesser gebracht ist und seinen am Bohrgestänge
hängenden Zustand einnehmen soll.
Schließlich ist auch die Möglichkeit eingeschlossen, das Bohren einer Länge mit größerem Durchmesser
nach Beendigung eines Bohrabschniits in einem gesonderten Zwischenschritt durchzuführen, für den die
an der Bohrlochwandung fixierbare Einrichtung in eine Lage gebracht wird, die den erforderlichen Hub zur
Verfugung stellt.
Wenn in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen von einem vergrößerten oder verkleinerten bzw. von
einem relativ größeren und relativ kleineren Durchmesser des Bohrkopfes gesprochen wird, so soll dies nicht
nur einen maximalen und einen minimalen Arbeitsdurchmesser des Bohrkopfes im Sinne von zwei
möglichen Zuständen bedeuten, obgleich dies in den meisten Fällen so sein wird, sondern es können auch
Durchmesser in einem Bereich zwischen einem maximalen und einem minimalen Durchmesser in
Betracht kommen, die sich dann als relativ größer und relativ kleiner voneinander unterscheiden.
Unter dem Begriff des Bohrabschnitts soll nicht nur ein unter Ausnutzung des vollen Hubes des Bohrkopfes
relativ zu der an der Bohrlochwandung fixierbaren Einrichtung verstanden werden, sondern auch ein
Abschnitt, der nur einen Teil dieses Hubes ausmachen kann.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Niederbringen von im wesentlichen vertikalen Bohrungen, die sich
insbesondere zur Durchführung des erläuterten Verfahrens eignet, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung
dadurch, daß der Bohrkopf wenigstens ein aus einer außenliegenden Arbeitsposition in eine weiter innen
liegende Position und umgekehrt bewegbares Werkzeug aufweist, durch dessen Verstellung der Arbeitsdurchmesser des Bohrkopfes verkleinerbar und vergrößerbar
ist.
r>er Bereich einer solchen Bewegung eines oder
mehrerer Werkzeuge oder Gruppen von Werkzeugen kann z. B. unter Berücksichtigung eines bestimmten
Bohrhubes fest vorgegeben sein, auch in dem Sinne, daß die bewegbaren Werkzeuge nur zwei Positionen
■ einnehmen können, nämlich eine äußere und eine innere. Die Ausführung läßt sich aber auch so treffen,
daß die Werkzeuge in Zwischenposition zwischen den Endlagen einstellbar sind.
Im einzelnen läßt sich der Bohrkopf in verschiedener Weise ausbilden, insbesondere auch nach Art eines
Erweiterungsbohrers, LJnterschneiders od. dgl. Das jeweils von außen nach innen und umgekehrt bewegbare
Werkzeug kann schwenkbar und/oder verschiebbar an einem Bohrkopf oder Grundkörper angeordnet sein.
Entsprechend lassen sich auch mehrere Werkzeuge gemeinsam gruppenweise in der angegebenen Art
bewegen.
Obgleich für die Ausführung des oder der Bewegungen von solchen Werkzeugen Antriebseinrichtungen
verschiedener Art in Betracht kommen können, sieht die Erfindung insbesondere hydraulische Betätigungseinrichtungen vor, namentlich Kolben-Zylinder-Einheiten.
Bei einer Ausführung, bei der die Spannstücke der Verspanneinrichtung mittels hydraulischer Kolben-Zylinder-Einheiten
verschiebbar sind, wird die Ausführung vorteilhaft so getroffen, daß die Kolben-Zylinder-Einheiten
für die Spannstücke und die hydraulischen Betätigungseinrichtungen für die bewegbaren Werkzeuge
am Bohrkopf einerseits im Sinne einer nach außen gerichteten Bewegung der Spannstücke und der
Werkzeuge getrennt mit Druckmittel beaufschlagbar sind und andererseits im Sinne einer nach innen
gerichteten Bewegung der Spannstücke und der Werkzeuge gemeinsam mit Druckmittel beaufschlagbar
sind. Als Druckmittel kann außer einem Hydrauliköl auch Wasser verwendet werden.
Bei einer Ausbildung der Vorrichtung in der vorstehend angegebenen Weise kann insbesondere eine
Druckmittelzuleitung für die Betätigungseinrichtungen der bewegbaren Werkzeuge durch das Bohrgestänge
hindurchgeführt oder von diesem gebildet sein.
Den Kolben-Zylinder-Einheiten für die Spannstücke sind vorteilhaft entsperrbare Rückschlagventile oder
sonstige geeignete hydraulische Sperrblöcke od. dgl. zugeordnet, wodurch sich ein einfaches System ergibt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Vorrichtung sind an den Spannstücken oder an mit diesen
bewegbaren Teilen, z. B. Kolbenstangen, Halterungen od. dgl., Einwirkorgane vorgesehen, durch die Steuerorgane
zur Beeinflussung der Auswärtsbewegung der Spannstücke mittelbar oder unmittelbar betätigt werden
können. Dadurch läßt sich der Anstellvorgang der Spannstücke an die Bohrlochwandung besonders
günstig gestalten, insbesondere auch im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit des letzten Teiles der Anstellung bzw.
des Anpressens an die Bohrlochwandung.
Die Einwirkorgane können Teile verschiedener Art sein, so auch Endschalter od. dgl. Gemäß einem
besonderen Merkmal sind an den Spannstücken oder an mit diesen zur gleichzeitigen Bewegung verbundenen
Teilen bewegliche Tastelemente vorgesehen, die im Ruhezustand über die Spannstücke nach außen
vorstehen, so daß sie vor den letzteren in Berührung mit der Bohrlochwandung kommen und dann um einen
gewissen Betrag zurückgedrückt werden können. Das Antriebssystem zum Bewegen der Spannstücke, namentlich
ein hydraulisches System, wird vorteilhaft mit entsprechenden Steuerorganen so ausgebildet daß alle
Spannstücke zunächst in eine Position gelangen, in der die Tastelemente Kontakt mit der Bohrlochwandung
erhalten haben und daß dann erst von allen Spannstükken eine letzte verhältnismäßig kleine Wegstrecke
zurückgelegt wird, durch die die Spannstücke gleichzeitig an die Bohrlochwandung angepreßt werden. Die
vorangegangenen Wege können je nach der örtlichen Situation unterschiedlich sein. Bei einem hydraulischen
System läßt sich der gewünschte Ablauf mit Hilfe von Ventilen erreichen, wobei insbesondere verschiedene
Druckstufen nacheinander geschaltet werden.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen
und der zugehörigen Zeichnung. Es zeigt
F i g. 1 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, teils im vertikalen Längsschnitt, teils
schematisch, in einer Arbeitsposition,
F i g. 2 die Vorrichtung nach F i g. 1 in frei hängender Lage,
F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in F i g. 2,
F i g. 4 die Stelle Fin F i g. 3 in größerem Maßstab im Schnitt,
F i g. 4 die Stelle Fin F i g. 3 in größerem Maßstab im Schnitt,
F i g. 5 die Vorrichtung zu Beginn eines weiteren Bohrabschnitts,
F i g. 6 eine Ausführung eines Druckmittelsystems für eine Vorrichtung der in F i g. 1 bis 5 dargestellten Art,
F i g. 7 und 8 die Vorrichtung bei einer anderen Ausführung des Verfahrens,
F i g. 9 eine weitere Ausführung eines Druckmittelsystems und
Fig. 10 eine Einzelheit an einem Spannstück.
In der Zeichnung ist mit der Ziffer 1 ein Bohrwerkzeug in Form eines Bohrkopfes bezeichnet, dessen Grundkörper 2 mit lediglich an einzelnen Stellen schematisch angedeuteten Rollenmeißeln, Schneidrollen 3 od. dgl. versehen ist. Außerdem weist der Bohrkopf 1 wenigstens eine bei dieser Ausführung als Kaliberwerkzeug anzusprechende Schneidrolle 4 auf, deren als zweiarmiger Hebel 5 ausgebildeter Träger auf einem Zapfen 6 schwenkbar gelagert ist, derart, daß sie mittels einer Betätigungseinrichtung 7 aus einer nach außen über die Kontur K des Grundkörpers 2 des Bohrkopfes 1 in radialer Richtung vorstehenden Arbeitsposition (F i g. 1 und 5) in eine zurückgezogene innere Position (Fig.2 und 6) und umgekehrt bewegbar ist. Bei dem Bohrkopf 1 nach F i g. 1 bis 5 liegt die Schneidrolle 4 in ihrer zurückgezogenen Position sogar innerhalb der Außenkontur K des Bohrkopfes 1. Bei einer anderen Ausführung können solche Schneidrollen 4 aber auch in ihrer inneren Lage noch über die Kontur K des Grundkörpers 2 des Bohrkopfes 1 vorstehen, ohne daß dadurch das Grundprinzip der Erfindung verlassen wird. Das gewünschte Ergebnis läßt sich mit verschiedenen Ausbildungen derartiger Bohrköpfe und bewegbarer Werkzeuge erreichen. In F i g. 6 sind zwei im genannten Sinn verstelloare Werkzeuge 4 gezeigt Bei einem Bohrkopf mit einem maximalen Arbeitsdurchmesser von 4,0 m beträgt die Durchmesserverringerung vorteilhaft mindestens 0,2 m.
In der Zeichnung ist mit der Ziffer 1 ein Bohrwerkzeug in Form eines Bohrkopfes bezeichnet, dessen Grundkörper 2 mit lediglich an einzelnen Stellen schematisch angedeuteten Rollenmeißeln, Schneidrollen 3 od. dgl. versehen ist. Außerdem weist der Bohrkopf 1 wenigstens eine bei dieser Ausführung als Kaliberwerkzeug anzusprechende Schneidrolle 4 auf, deren als zweiarmiger Hebel 5 ausgebildeter Träger auf einem Zapfen 6 schwenkbar gelagert ist, derart, daß sie mittels einer Betätigungseinrichtung 7 aus einer nach außen über die Kontur K des Grundkörpers 2 des Bohrkopfes 1 in radialer Richtung vorstehenden Arbeitsposition (F i g. 1 und 5) in eine zurückgezogene innere Position (Fig.2 und 6) und umgekehrt bewegbar ist. Bei dem Bohrkopf 1 nach F i g. 1 bis 5 liegt die Schneidrolle 4 in ihrer zurückgezogenen Position sogar innerhalb der Außenkontur K des Bohrkopfes 1. Bei einer anderen Ausführung können solche Schneidrollen 4 aber auch in ihrer inneren Lage noch über die Kontur K des Grundkörpers 2 des Bohrkopfes 1 vorstehen, ohne daß dadurch das Grundprinzip der Erfindung verlassen wird. Das gewünschte Ergebnis läßt sich mit verschiedenen Ausbildungen derartiger Bohrköpfe und bewegbarer Werkzeuge erreichen. In F i g. 6 sind zwei im genannten Sinn verstelloare Werkzeuge 4 gezeigt Bei einem Bohrkopf mit einem maximalen Arbeitsdurchmesser von 4,0 m beträgt die Durchmesserverringerung vorteilhaft mindestens 0,2 m.
Die Betätigungseinrichtung 7 zum Schwenken der jeweiligen Schneidrolle 4 ist insbesondere eine hydraulische
Kolben-Zylinder-Einheit (vgl. F i g. 6), die mit dem Träger 5 der Schneidrolle 4 über eine Schub- oder
Kolbenstange 8 in geeigneter Weise gelenkig verbunden ist In der Arbeitsposition liegt der Träger 5 der
Scheidroile 4 gegen einen Anschlag 9 am Grundkörper 2 des Bohrkopfes 1 an, so daß eine sichere Aufnahme
aller Beanspruchungen gewährleistet ist
Der Bohrkopf 1 ist mit einer Antriebswelle 10 verbunden, die an ein in bekannter Weise von einer über
Tage befindlichen üblichen Einrichtung aus drehend
antreibbares, in F i g. 1 lediglich strichpunktiert angedeutetes Bohrgestänge G angeschlossen ist. Es kann
sich um ein Schraubgestänge oder auch um ein Flanschgestänge handeln. Besonders vorteilhaft sind
sowohl das Bohrgestänge G als auch die Antriebswelle 10 hohl, so daß ein Bohrverfahren mit Spülung
angewendet werden kann, insbesondere nach dem Prinzip des Lufthebe-Verfahrens.
In dem sich rückwärts an den Bohrkopf anschließenden Bereich der Vorrichtung ist eine insgesamt mit der
Ziffer 11 bezeichnete Verspanneinrichtung angeordnet.
Diese weist als Führungsteil einen gestellartigen Tragkörper 20 auf, an dem in zwei vertikalen Abstand
voneinander aufweisenden Ebenen El und E2 jeweils
vier regelmäßig über den Umfang verteilte, radial gerichtete Druckmitteizyiinder 12 befestigt sind. Die
darin ausschiebbaren und zurückziehbaren Kolben 13 (Fig.6) mit den Kolbenstangen 14 tragen an ihren
Enden Spannstücke 15 in Form von Platten, Schilden od. dgl., die winkelbeweglich auf den Kolbenstangen
gehalten sind und die an die Wandung W des vom Bohrkopf 1 hergestellten Borloches B angepreßt
werden können und dann den Tragkörper 20 fest in der verspannten Lage halten.
Der den Führungsteil der Verspanneinrichtung 11 bildende Tragkörper 20 umgibt bei der dargestellten
Ausführungsform ein insgesamt mit der Ziffer 30 bezeichnetes, ein- oder mehrteiliges Belastungsgewicht.
Dieses besteht bei dem gezeigten Beispiel aus einem Gehäuse 31, das mit Blei, Beton oder einem anderen als
Beschwerung geeigneten Material 32 gefüllt ist. Es ruht auf einem Fußteil 33, an dem sich die lediglich
weitgehend nchematisch angedeutete Lagerung 34 des Bohrkopfes 1 in axialer und radialer Richtung befindet.
In dem Belastunsgewicht 30 sind entsprechende Ausnehmungen 35 vorgesehen, die bei der Relativverschiebung
zwischen dem Bohrkopf 1 und der Verspanneinrichtung 11 den erforderlichen Raum für die Zylinder
bieten.
Das Belastungsgewicht 30 ist so ausgebildet und montiert, daß es mit dem Führungsteil 20 der
Verspanneinrichtung 11 zusammenwirkt, derart, daß im
verspannten Betriebszustand eine einwandfreie Richtungsführung für den Bohrkopf 1 gegeben ist Dabei sind
am Gehäuse 31 oder einem damit verbundenen Teil Führungsleisten 36 aus geeignetem Material angebracht,
die auf entsprechenden Führungsstücken 37 am Tragkörper 20 gleiten, wie insbesondere in F i g. 3 und 4
erkennbar ist
Alle Zylinder können gleichzeitig mit Druckmittel, so Wasser oder Hydraulikflüssigkeit, beaufschlagt werden,
so daß sich die Späiiiisiücke sämtlich gemeinsam
ausfahren lassen, und zwar auch mit unterschiedlichen Wegen bis zur Anlage der Spannstücke an der
Bohrlochwandung.
Bei der Ausführung des Hydrauliksystems, wie es im Schema F i g. 6 zeigt, ist zur Zuführung von Druckmittel
zu den Vollräumen der Zylinder 12 bzw. zur Abführung von Medium aus denselben eine Leitung 21 vorgesehen,
die beispielsweise außen am Bohrgestänge entlanggeführt ist und sich über einen Ringübertrager oder
Drehverteiler 22 mit Ringkanal 23 in Leitungen 24,25 an
dem sich nicht drehenden Teil (Verspanneinrichtung 11 und Belastungsgewicht 30) der Vorrichtung fortsetzt (in
F i g. 1 nur angedeutet). Diesen Leitungen ist vor jedem Zylinder 12 ein entsperrbares Rückschlagventil 26
zugeordnet In F i g. 1 ist mit der Ziffer 48 eine Drehmomentstütze für den Drehverteiler 22 angedeutet.
Eine weitere am Bohrgestänge entlanggehende bzw. durch dieses gebildete und sich an der Antriebswelle 10
fortsetzende Leitung 41 führt mit Abzweigungen zu den Vollräumen von zum Verstellen bewegbarer Werkzeuge
4 dienenden Zylindern 7.
Eine dritte am Bohrgestänge angeordnete oder durch dieses gebildete Leitung 42 mündet einerseits in einen
weiteren Ringkanal 43 des Drehverteilers 22, der über Leitungen 44, 45 mit den Ringräumen der Zylinder 12
der Verspanneinrichtung 11 verbunden ist, und setzt sich andererseits in einer an der Antriebswelle 10 entlanggehenden
Leitung 47 fort, die sich verzweigt und mit den Ringräumen der Zylinder 7 verbunden ist. Von den
Leitungen 44 und 45 zweigt jeweils eine Steuerleitung 46 zu den Rückschlagventilen 26 zum Entsperren
derselben ab. Durch Zuführen von Druckmittel zu der Leitung 42 können somit die Spannstücke 15 und die
Werkzeuge 4 gleichzeitig einwärts bewegt werden.
Die Leitungen 21,41 und 42 sind über Tage mit einer
Steuereinrichtung verbunden, mittels derer wahlweise jeder Leitung Druckmittel von einer Quelle aus
zugeführt oder abgeführt werden kann.
In F i g. 1 ist das Bohrloch SaIs vertikal eingezeichnet.
Liegt nach dem Abbohren eines Abschnitts eine Abweichung von der Vertikalen Vvor, wie dies in F i g. 2
durch die Richtung der Bohrlochwandungen Wund eine strichpunktierte Linie A angedeutet ist, so wird gemäß
dem Verfahren nach der Erfindung beim Einsatz einer Vorrichtung der erläuterten Art wie folgt vorgegangen.
Die Spannstücke 15 der Verspanneinrichtung 11 werden durch über die Leitungen 42,44,45 zugeführtes
Druckmittel eingefahren, wobei die Rückschlagventile über die Leitungen 46 entsperrt werden, und der
Bohrkopf 1 wird mittels des Bohrgestänges um einen kleinen Betrag von der Sohle 5 des Bohrloches B
abgehoben. Außerdem wird das am weitesten radial vorstehende Werkzeug 4 bzw. werden mehrere solcher
Werkzeuge 4 aus der außenliegenden Position einwärts zurückgeschwenkt, so daß sich insgesamt der Zustand
nach F i g. 2 ergibt. Der Bohrkopf 1 hängt dann völlig frei und ungehindert am Bohrgestänge und kann sich
unter dem Einfluß der Schwerkraft genau vertikal einstellen, weil er keine abstützende Anlage an der
Bohrlochwandung W hat Sodann werden die Spannstücke 15 mittels der Kolben-Zylinder-Einheiten durch
Zuführen von Druckmittel über die Leitung 21 wieder ausgefahren, so daß sie sich an die Bohrlochwandung W
anlegen, wie F i g. 5 veranschaulicht Dabei können die Kolben 13 in den Zylindern 12 und damit die
Spannstücke 15 unterschiedliche Wege zurücklegen, wie es die unterschiedlichen Abstände nach dem
Einnehmen der vertikalen Lage der Vorrichtung gegenüber der geneigt verlaufenden Bohrlochwandung
W erfordern. Außerdem können sich die Spannstücke 15 auf den Kolbenstangen 14 dank der gelenkigen
Anbringung entsprechend im Winkel einstellen. Infolge der entlasteten Leitungen 42,44,45,46 befinden sich die
Rückschlagventile 26 in Sperrstellung.
Hierauf kann mit dem Absenken des Bohrkopfes 1 und dem Beginn eines weiteren Bohrabschnitts begonnen
werden, wobei der Bohrkopf 1 mittels des Gestänges und der Antriebswelle 10 als dessen
Fortsetzung erneut gedreht wird und wobei das bewegliche Werkzeug 4 bzw. die beweglichen Werkzeuge
4 mittels der zugehörigen Betätigungseinrichtung 7 durch Zuführen von Druckmittel über die Leitung 41
wieder auswärts geschwenkt wird. Infolge der einwand-
freien Führung bei der vorausgegangenen vertikalen Einstellung wird nun dieser neue Bohrabschnitt in
vertikaler Richtung abgebohrt.
Ergibt sich bei sehr großer Abweichung von der Vertikalen der Fall, daß der Bohrkopf 1 auch bei
eingeschwenkten Werkzeugen 4 nicht völlig frei hängt, sondern sich noch einseitig an die Bohrlochwand anlegt,
dann erfolgt trotzdem beim nächsten Bohrabschnitt eine weitgehende Korrektur der Bohrrichtung zur
Vertikalen hin. Die Vertikalität wird dann z. B. bei dem folgenden Bohrabschnitt wieder erreicht.
Bei der vorstehend in Verbindung mit den F i g. 1 bis 5 erläuterten Ausführungsweise des Verfahrens erfolgt
das Abbohren der einzelnen Bohrabschnitte mit dem vergrößerten Durchmesser des Bohrkopfes 1. Sein
Durchmesser wird dabei jeweils nur zum Festlegen der weiteren Bohrrichlung bei am Bohrgestänge hängender
Lage verkleinert (F i g. 2).
Es ist aber auch möglich, aufeinanderfolgende Bohrabschnitte mit einem relativ kleineren Durchmesser
zu bohren und nur für die Festlegung einer neuen Bohrrichtung eine Erweiterung herzustellen, in der der
Bohrkopf seine am Bohrgestänge hängende Lage einnehmen kann. Dies veranschaulicht F i g. 7, die den
bei einem solchen Vorgehen erzielten Zustand vor Beginn des Abbohrens des nächsten Bohrabschnitts bei
neu festgelegter Bohrrichtung zeigt, also einen Zustand, wie er für die weiter oben erläuterte Arbeitsweise in
F i g. 5 wiedergegeben ist.
Der vorausgegangene Bohrabschnitt mit der Wandung Wl ist mit dem Bohrkopf 1 mit dessen kleinerem
Durchmesser gebohrt worden, d. h. mit eingeschwenkten Werkzeugen 4, wie es wiederum auch der Zustand
für das Weiterbohren gemäß Fig.7 ist Mit dem Buchstaben D ist der mit einem solchen Zustand des
Bohrkopfes 1 gebohrte bzw. zu bohrende Durchmesser des Bohrloches B bezeichnet. Es sei angenommen, daß
eine Abweichung A von der Vertikalen V besteht, die korrigiert wird. Durch Ausschwenken des oder der
Werkzeuge 4 wird der Arbeitsdurchmesser des Bohrkopfes 1 vergrößert und damit eine Länge L
gebohrt, die einen erweiterten Bohrlochteil BE ergibt. Das Bohren dieser Erweiterung BE kann schon
innerhalb des vorausgehenden Bohrabschnitts unter Ausnutzung des Hubes des Bohrkopfes 1 relativ zur
Verspanneinrichtung 11 erfolgen, indem während dieses Bohrabschnitts die Werkzeuge 4 ausgeschwenkt werden.
Es ist aber auch möglich, nach Beendigung eines normalen Bohrabschnitts mit dem kleineren Durchmesser
die Erweiterung BE durch Aufwärtsbohren um den erforderlichen Betrag mit ausgefahrenen Werkzeugen 4
herzustellen. Dies veranschaulicht F i g. 8.
Der Bohrkopf 1 wird bei eingefahrenen Werkzeugen 4, also verkleinertem Durchmesser, nach dem Lösen der
Spannstücke 15 mittels des Bohrgestänges in eine Höhe gebracht, in der er sich im Bereich der Erweiterung BE
befindet und frei am Bohrgestänge hängt Er hat dann normalerweise genügend Raum, um eine vertikale Lage
einzunehmen. Die damit gegebene neue Führungsrichtung wird dann durch Ausschieben der Spannstücke 15
und Anpressen derselben an die Bohrlochwandung fixiert Sodann kann der nächste Bohrabschnitt abgebohrt
werden. Dies ist in F i g. 7 bei der strichpunktierten Linie ./V angedeutet
In Fig.9 ist eine abgewandelte Ausführung eines Hydrauliksystems zur Versorgung der Zylinder 12 der
Verspanneinrichtung 11 gezeigt wobei nur vier in einer Ebene liegende Zylinder dargestellt sind. Für die
Zylinder in der zweiten Ebene gilt das Schema mit der zugehörigen Erläuterung entsprechend. Die Zylinder
und ihre Teile sind mit den gleichen Ziffern wie in den F i g. 1 bis 6 bezeichnet
Eine über Tage befindliche Einrichtung enthält eine Druckmittel, z. B. Wasser, aus einem Tank 50 ansaugende
Pumpe 53, deren Förderleitung 54 zu einem Wegeventil 55 führt, das z. B. von Hand in die drei
wiedergegebenen Schaltstellungen gebracht werden kann. Der gewünschte Maximaldruck kann an einem
zugleich ein Sicherheitsventil für die Pumpe bildenden Ventil 56 eingestellt werden. Mit den Ziffern 57 und 58
sind zum Tank 50 führende Abströmleitungen bezeichnet. Vom Wegeventil 55 gehen zwei Leitungen 51 und
52 aus, die durch einen am oberen Ende des Bohrgestänges vorgesehenen Rotor, Drehverteiler 59
od. dgl. mit am oder im Bohrgestänge verlaufenden Leitungen verbunden sind, die sich über einen an der
Vorrichtung befindlichen Rotor, Drehverteiler 22 od. dgl. fortsetzen. Alle Teile dieser Leitungen sind bis
dahin mit den gleichen Ziffern bezeichnet
Die Leitung 51 führt zu einem z.B. auf 10 bar eingestellten Vorspannventil 60, von dem aus sie sich als
Leitung 61 zu einem weiteren, z.B. auf 15 bar eingestellten Vorspannventil 62 fortsetzt Von diesem
führen sich verzweigende Leitungen 63 zu Sperrblöcken 66, die jeweils durch Leitungen 64 mit den Vollräumen
der Zylinder 12 verbunden sind. Die Sperrblöcke 66 können z. B. wie die entsperrbaren Rückschlagventile 26
bei der Ausführung nach Fig. 6 ausgebildet und geschaltet sein und haben die gleiche Funktion wie jene.
Mit der Ziffer 65 ist ein beispielsweise auf 70 bar aufladbarer Hydrospeicher bezeichnet, der an die
Leitungen 63 angeschlossen ist. Dieser kann Leckagen ausgleichen und gewährleistet daß die Spannstücke
immer fest an die Bohrlochwandung unter Aufrechterhaltung des hohen Spanndruckes angepreßt gehalten
werden.
An die Leitung 61 sind ferner über Leitungen 67 Steuerventile 68 angeschlossen, die andererseits über
Rückschlagventile 69 mit den Leitungen 64 in Verbindung stehen. Von der Leitung 51 führen
Leitungen 71 zu Schaltventilen 70, von denen Leitungen 72 für die Betätigung der Steuerventile 68 mittels diesen
zugeordneter Vorsteuerventile ausgehen. Die Schaltventile 70 können in Abhängigkeit von zurückgelegten
Wegen der Kolbenstangen 14 bzw. der Spannstücke 15 oder in Abhängigkeit von bestimmten erreichten
Positionen der genannten· Teile durch geeignete Elemente betätigt werden, u. a. auch durch Endschalter
od. dgl. Eine besonders vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß jedes Spannstück 15' (F ig. 10) mit wenigtens
einem Tasteiement 8Ö versehen ist das etwas über das
Spannstück 15' vorsteht und z. B. unter der Wirkung einer oder mehrerer Federn in dieser durch einen
Anschlag bestimmten vorderen Position gehalten wird und das relativ zum Spannstück 15' beweglich geführt
ist Jedes Tastelement 80 steht mit einem zugeordneten Schaltventil 70 durch geeignete Übertragungsglieder 73
so in Verbindung, daß das Schaltventil 70 aus der in F i g. 9 als wirksam eingezeichneten Stellung in die
zweite Stellung überführt wird, wenn das Tastelement 80 bei der Auswärtsbewegung des Spannstückes 15' in
Berührung mit der Bohrlochwandung B kommt und dadurch in Richtung auf das Spannstück zurückgedrückt
wird. In Fi g. 9 und 10 ist schematisch bei der Ziffer 76
ein von einem Tasteiement 80 od. dg!, beeinflußtes Organ angedeutet das nach Art eines Enschalters wirkt
und über die Übertragungsglieder 73 das Umschalten des Ventils 70 veranlaßt.
Die Leitung 52 verzweigt sich und führt zu den Ringräumen der Zylinder 12. Dabei ist in jedem
Leitungsweg ein Gegendruckventil 74, z. B. ein federbelastetes Rückschlagventil, und parallel zu diesem ein
einfaches Rückschlagventil 75 mit umgekehrter Strömungsrichtung vorgesehen. Die Gegendruckventile 74
werden auf einen Druck eingestellt, wie er im Hinblick auf die Auswärtsbewegung der Kolben 13, bei der das
Druckmedium aus den Ringräumen der Zylinder 12 verdrängt wird, günstig ist.
Wird das Wegeventil 55 in eine Stellung gebracht, in der das von der Pumpe 53 geförderte Druckmittel in die
Leitung 51 strömt und Druckmittel aus der Leitung 52 über die Leitung 57 zum Tank 50 abströmen kann,
erfolgt ein Ausschieben der Kolben 13 in den Zylindern 12 und somit das Auswärtsbewegen der von den
Kolbenstangen 14 gehaltenen, in F i g. 9 nicht dargestellten Spannstücke. Das Druckmittel fließt dabei über das
Vorspannventil 60, die Leitung 61, die Leitungen 67, die Steuerventile 68 und die Rückschlagventile 69 zu den
Vollräumen der Zylinder 12. Dieser Vorgang dauert an, bis die Tastelemente 80 an der Bohrlochwandung zur
Anlage kommen und dadurch die Schaltventile 70 betätigt werden, so daß sie ihre zweite Stellung
einnehmen. Dadurch werden die Leitungen 72 drucklos, so daß die Steuerventile 68 in ihre Sperrstellung
überführt werden. Hierdurch steigt der Druck in der Leitung 61 an, so daß das Druckmittel nun durch das
höher eingestellte Vorspannventil 62, die Leitungen 63, die Sperrblöcke 66 und die Leitungen 64 zu den
Vollräumen der Zylinder 12 gelangt. Dadurch werden die Kolben 13, die beim vorausgegangenen Vorgang
bereits die Spannstücke bis kurz vor die Bohrlochwandung verschoben haben, nun gleichzeitig mit hohem
Druck beaufschlagt. Dadurch werden die Spannstücke fest an die Bohrlochwandung angepreßt. Das aus den
Ringräumen der Zylinder 12 verdrängte Medium ist bei dem Ausfahren der Spannstücke über die Gegendruckventile
74, die Leitungen 51, das Wegeventil 55 und die Leitung 57 zum Tank abgeströmt.
Sollen die Spannstücke von der Bohrlochwandung gelöst und einwärts bewegt werden, so wird das
Wegeventil 55 in eine andere Stellung gebracht, in der von der Pumpe 53 gefördertes Druckmittel nun in die
Leitung 52 gelangt, während die Leitung 51 mit den daran angeschlossenen Leitungen nun über die Leitung
57 zum Tank 50 hin geöffnet ist. Das Druckmittel strömt von den Leitungen 52 über die sich öffnenden
Rückschlagventile 75 zu den Ringräumen der Zylinder 12 und schiebt deren Kolben 13 zurück. Das aus den
Vollräumen der Zylinder 12 verdrängte Medium fließt über die Sperrblöcke 66, die nun wie die Sperrblöcke 26
nach Fig.6 geöffnet werden, und weiter über die Leitungen 63>
61, 51 und 57 zurück zum Tank. Die Vorspannventile 60 und 62 sind derart mit nicht
dargestellte^ insbesondere selbsttätigen Umschaltventilen verbunden oder kombiniert, daß dadurch der
Rückstrom des Mediums ermöglicht wird.
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
1. Verfahren zum Niederbringen von im wesentlichen vertikalen Bohrungen, insbesondere Großlochbohrungen,
Schächten oddgL, wobei für einen mittels eines Bohrgestänges drehbaren Bohrkopf
od. dgl. nach dem Abbohren eines Bohrabschnitts die Bohrrichtung unter Verwendung einer gegenüber
der Bohrlochwandung fixierbaren Einrichtung dadurch vorgegeben wird, daß diese Einrichtung
gelöst, der Bohrkopf in stillstehendem Zustand in eine am Bohrgestänge hängende Lage gebracht wird
und dann die Richtung für den nächsten Bohrabschnitt festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser des Bohrkopfes zum Festlegen der Richtung für den nächsten Bohrabschnitt von einem relativ größeren auf einen
relativ kleineren Wert geändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei zwei aufeinanderfolgenden Bohrabschnitten jeder derselben mit dem relativ größeren
Durchmesser des Bohrkopfes gebohrt wird, wobei der zum Festlegen der Richtung für den
zweiten Bohrabschnitt verkleinerte Durchmesser des Bohrkopfes vor oder bei Beginn dieses zweiten
Bohrabschnitts wieder vergrößert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei aufeinanderfolgenden Bohrabschnitten
jeder derselben mit dem relativ kleineren Durchmesser des Bohrkopfes gebohrt wird und
der Durchmesser des Bohrkopfes nur zwischen den beiden Bohrabschnitten vergrößert und mit diesem
Durchmesser wenigstens eine etwa der Bohrkopfhöhe entsprechenden Länge gebohrt wird, daß
hiernach der Durchmesser des Bohrkopfes wieder verkleinert wird, sodann in hängendem Zustand des
Bohrkopfes die Festlegung der Richtung für das Weiterbohren vorgenommen wird und hierauf der
nächste Bohrabschnitt gebohrt wird.
4. Vorrichtung zum Niederbringen von im wesentlichen vertikalen Bohrungen, insbesondere
Großlochbohrungen, Schächten od. dgl., mit einem mittels eines Bohrgestänges drehbaren Bohrkopf
und einer gleichzeitig ausschiebbare und zurückziehbare, an die Wandung des hergestellten Bohrlochs
anpreßbare Spannstücke aufweisenden, in dem sich rückwärts an den Bohrkopf anschließenden Bereich
der Vorrichtung angeordneten Verspanneinrichtung mit einem Führungsteil für einen relativ dazu
zusammen mit dem Bohrkopf in Bohrrichtung bewegbaren Teil, insbesondere zur Durchführung
des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (1) wenigstens ein aus
einer außenliegenden Arbeitsposition in eine weiter innen liegende Position und umgekehrt bewegbares
Werkzeug (4) aufweist, durch dessen Verstellung der Durchmesser des Bohrkopfes (1) verkleinerbar und
vergrößerbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Werkzeug (4) schwenkbar
angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Werkzeug verschiebbar
angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf nach Art eines
Unterschneiders od. dgl. ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bewegen des
oder der Werkzeuge (4) hydraulische Betätigungseinrichtungen (7) vorgesehen sind
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Spannstücke der Verspanneinrichtung mittels hydraulischer
Kolben-Zylinder-Einheiten verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheiten
(12,13) für die Spannstücke (15) und die hydraulischen Betätigungseinrichtungen (7) für
das oder die bewegbaren Werkzeuge (4) am Bohrkopf (1) im Sinne einer nach außen gerichteten
Bewegung der Spannstücke (15) und der Werkzeuge (4) getrennt mit Druckmittel beaufschlagbar sind
und im Sinne einer nach innen gerichteten Bewegung der Spannstücke (15) und der Werkzeuge
(4) gemeinsam mit Druckmittel beaufschlagbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Kolben-Zylinder-Einheiten
(12, 13) für die Spannstücke (15) entsperrbare Rückschlagventile (26) zugeordnet sind.
U. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Spannstükken
(15,15') oder an mit diesen bewegbaren Teilen F-inwirkorgane (76, 80) vorgesehen sind, durch die
Steuerorgane (68) zur Beeinflussung der Auswärtsbewegung der Spannstücke (15, 15') mittelbar oder
unmittelbar betätigbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Spannstücken (15') über
diese nach außen vorstehende bewegliche Tastelemente (80) als Einwirkorgane vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 und
12, wobei die Spannstücke der Verspanneinrichtung mittels hydraulischer Kolben-Zylinder-Einheiten
verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrauliksystem zur Versorgung der Kolben-Zylinder-Einheiten
(12, 13) in Abhängigkeit von den Einwirkorganen (76, 80) betätigbare Ventile (68)
aufweist, mittels derer die Bedingungen für die Versorgung der Kolben-Zylinder-Einheiten (12, 13)
veränderbar sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch hydraulische Bauelemente (60,62), mittels
derer bei Betätigung der Ventile (68) durch die Einwirkorgane (76,80) den Kolben-Zylinder-Einheiten
(12, 13) Druckmittel mit erhöhtem Druck zuführbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und
14, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrauliksystem in Druckmittel-Zuführungswegen (51, 61, 63)
zwei auf verschiedene Drücke einstellbare Vorspannventile (60,62) enthält.
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