DE3423789C2

DE3423789C2 - Bohreinrichtung für Gesteinsbohrungen

Info

Publication number: DE3423789C2
Application number: DE3423789A
Authority: DE
Inventors: Peter 6000 Frankfurt Rosenkranz
Original assignee: Markmann & Moll & Co Kg 4300 Essen De GmbH
Current assignee: Markmann & Moll & Co Kg 4300 Essen De GmbH
Priority date: 1984-06-28
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE3423789A1; CH665877A5

Abstract

Für das Herstellen von Bohrungen, insbesondere mit dem Drehschlagbohrverfahren, wird eine Bohrkrone verwendet, deren Radius durch ausfahrbare Zusatzschneiden veränderbar ist. Dadurch kann die Bohrkrone bei entsprechend eingefahrenen Zusatzschneiden in das Außenrohr eingezogen und zum Tage gehoben werden, um beispielsweise eine nicht mehr scharfe Bohrkrone auszuwechseln. Hierzu weist die Bohrkrone einen axial verschiebbar angeordneten Stößel auf, der durch entsprechende Ausbildung seines Gewindes axial in der Bohrkrone verschiebbar ist und der über endseitig ausgebildete Schrägen auf die entsprechend korrespondierenden Schrägen der Zusatzschneiden einwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohreinrichtung für das Herstellen von Bohrungen im Gestein mit Hilfe eines im Außenrohr geführten Bohrgestänges, an dem vorne die an den Radius der Führung angepaßte Bohrkrone mit bis an den Außenkranz reichenden Schneideinsätzen besetzt angeordnet und mit über den Außenradius des Außenrohres hinausreichenden, über einen axial verschiebbar angeordneten Stößel seitlich ausfahrbaren und mit dem Stößel formschlüssig verbundenen Zusatzschneiden ausgerüstet ist.

Beim Herstellen von Bohrungen, insbesondere mit dem Schlagbohr- und Drehschlagbohrverfahren müssen zum Abstützen der Bohrlochwandung Außenrohre mitgeführt werden, in denen dann das eigentliche Bohrgestänge mit der vorne vorsi;zenden Bohrkrone gedreht wird. Außerdem fließt zwischen Bohrgestänge und dem Außenrohr die das Bohrklein abtransportierende Bohrspüle. Die Bohrkrone muß einen Außenkranz aufweisen, der mindestens dem Außendurchmesser des Außenrohres entspricht, um ein gleichmäßiges Absenken des Außenrohres im Bohrloch und damit ein Sichern der Bohrlochwandung zu gewährleisten.

Um ein Auswechseln der Bohrkrone bei stehenbleibendem Außenrohr zu ermöglichen, sind Bohrkronen entwickelt worden (DE-PS 52 337 und GB-OS 21 28 657), die mit über den Außenradius des Außenrohres hinausreichenden Zusatzschneiden ausgerüstet sind, die über einen axial verschiebbar angeordneten Stößel aus- und eingefahren werden können. Bei diesen bekannten Bohreinrichtungen ist von Nachteil, daß für das Ausfahren der Zusatzschneiden eine besondere, senkrechte Bewegung im Bohrgestänge oder mit dem Bohrgestänge notwendig ist Bei der im Prinzip gleich ausgebildeten Bohreinrichtung nach der US-PS 39 38 344 ist darüber hinaus von Nachteil, daß die ausklappbar ausgebildeten Zusatzschneiden allenfalls für den dort bekannten Erdbohrer zu verwenden sind, nicht dagegen im Gestein, weil sie den auftretenden Belastungen nicht standhalten können. Außerdem sind sie nur klappbar, also nicht geführt ausgebildet

Bei den aus der US-PS 36 33 690, US-PS 18 78 260, US-PS 18 66 736, US-PS 18 22 216, US-PS 1049 151, US-PS 9 73 993 und GB-PS 9 73 790 sind Zusatzschneiden bekannt, die durch besondere Ausbildung von Schrägflächen o. ä. Hilfsmitteln von der Bohrmaschine aus bzw. von Übertage aus waagerecht ausfahrbar sind. Bei einigen dieser bekannten Bohreinrichtungen dienen diese Zusatzschneiden dazu, das Bohrloch über das Mantel^rohr bzw. Außenrohr hinaus zu schneiden, damit dessen Einstoßen in den Erdboden erleichtert ist bzw. dieses automatisch beim fortschreitenden Bohren nachrutscht. Derartige Keileinrichtungen sind aber sehr aufwendig, und ihr Funktionieren im harten Bohrbetrieb ist nicht immer gewährleistet. Bezeichnend ist, daß derartige Bohreinrichtungen sich für das SJchlagbohr- und Drehschlagbohrverfahren bisher nicht haben durchsetzen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für das Schlag- und Drehschlagbohren im harten Gestein einsetzbare Bohreinrichtung mit Zusatzschneiden zu schaffen, die geführt und damit sicher aus- und einfahrbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stößel über ein Linksgewinde mit der Bohrkrone verbunden ist, die Bohrkrone mit dem Bohrgestänge dagegen über ein Rechtsgewinde.

Bei einer derartigen Bohreinrichtung ist durch die besondere Ausbildung des Schraubgewindes eine Führung und damit eine Automatik beim Einfahren und Ausfahren der Zusatzschneiden erreicht, die beim Bohrbetrieb die notwendige Sicherheit erbringt. Gerade beim häufigen Wechseln der Bohreinrichtung ist so sichergestellt, daß die Zusatzschneiden am Bohrgestänge bzw. am Außenrohr nicht hängenbleiben können und auf jeden Fall jeweils in ihrer Endlage hinausgeschoben bzw. in ihrer Endlage zurückgezogen werden. Beschädigungen am Bohrgestänge bzw. an den Schneiden können so nicht auftreten, und vorteilhafterweise kann es auch nicht zu einer Beunruhigung des Erdreiches kommen, da die gesamten Bewegungen ruhig und gleichmäßig ablaufen. Die erfindungsgemäße Lösung stellt somit ohne großen zusätzlichen Aufwand immer sicher, daß sich die Zusatzschneiden automatisch ausfahren und vor dem geplanten Ziehen wieder einfahren. Dazu ist lediglich ein Umschalten der Dreheinrichtung notwendig wobei zu bedenken ist, daß beim Ziehen des Bohrgestänges sowieso zumindest im Anfangsstadium die Bohreinrichtung immer weitergedreht wird, so daß die Bohreinrichtung besondere Maßnahmen gar nicht erfordert. Das schwere Außenrohr folgt unabhängig vom jeweiligen Gestein bzw. Erdreich immer sicher der Bohrkrone, weil durch die gesicherte Führung der Zu-

satzschneiden immer der für das Außenrohr benötigte zusätzliche Radius sicher mitgeschnitten wird. Auch in großen Teufen ist dieses Ausfahren der Zusatzschneiden völlig gesichert, wobei vorteilhaft zusätzliche Hilfsmittel nicht benötigt werden. Die gesamte Ausfahrautomatik liegt ausschließlich im Bohrkopf selbst,

Ein ausreichend sicherer Sitz des Stößels innerhalb der Bohrkrone bzw. im Übergangsberejch zum Bohrgestänge ist erreicht, indem die Bohrkrone einen das Linksgewinde aufweisenden Einsatz mit oberer Deckplatte aufweist und daß der Stößel im unteren Teil kpl·= benartig erweitert ausgebildet ist Der Stößel ist damit sicher in der Bohrkrone gehalten und wirkt durch die vergrößerten Flächen mit erhöhtem Formschluß auf die Zusatzschneiden ein. Zur Optimierung der Führung der Zusatzschneiden in der Bohrkrone einerseits und um diese beim Eingriff in das Gebirge zusätzlich abzustützen, ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, daß die Zusatzschneiden auf der Oberseite, an die bohrkrone angepaßt, halbkreisförmig ausgebildet sind.

Ein unbeabsichtigtes Lösen der Bohrkrone vom Bohrgestänge insgesamt wird vorteilhaft dadurch verhindert, daß am Ende des Rechtsgewindes von Bohrkrone und Bohrgestänge eine einen festlegbaren Bolzen aufnehmende Ausnehmung vorgesehen ist Dieser Bolzen verhindert ein unbeabsichtigtes Lösen der Bohrkrone aufgrund yon Erschütterungen oder sonst welcher Einflüsse und kann bei Bedarf jeweils einfach entfernt werden, beispielsweise wenn die Bohrkrone ausgewechselt werden soll.

Der sichere Sitz und die gleichmäßige Führung des Stößels wird zusätzlich dadurch abgesichert, daß der Einsatz und der Schaft der Bohrkrone langgezogen ausgebildete Paßflächen aufweisen. Diese Paßflächen sind so langgezogen, daß die über den Stößel aufzunehmenden Kräfte sicher in die übrigen Teile der Bohrkrone und damit des gesamten Bohrgestänges eingeführt werden.

Die Zusatzschneiden werden dadurch vor eindringendem Bohrklein gesichert, daß der Stößel eine mit Spülbohrungen der Zusatzschneiden verbundene Innenbohrung aufweist. Das unter Druck vom Tage kommende Spülwasser drückt somit jedes eindringende Bohrklein wieder heraus und sorgt dafür, daß es durch den Raum zwischen Außenrohr und Bohrgestänge abgeführt werden kann, so daß ein Festsetzen der Zusatzschneiden nicht eintreten kann.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine Bohreinrichtung geschaffen ist, die ein Ziehen des Bohrgestänges im'Außenrohr immer ermöglicht, ohne daß das Außenrohr gleichzeitig mitgezogen werden muß. Dadurch ergeben sich organisatorische und insbesondere zeitmäßige Vorteile, ganz davon abgesehen, daß es damit möglich ist, die Bohrkrone bei entsprechend langen Bohrlängen zwischendurch auszuwechseln, ohne daß dabei die Bohrlochwandung zusammenbrechen kann. Außerdem wird durch die Aufteilung der Zerkleinerungsarbeit in zwei Ebenen der Zerkleinerungseffekt verbessert und schließlich der notwendige Energieaufwand reduziert. Durch die besondere Ausbildung des Schraubgewindes ist eine Führung der Zusatzschneiden erreichti die beim Ein- und Ausfahren eine vorteilhafte Automatik sicherstellt, so daß ein insgesamt gesicherter Bohrbetrieb unabhängig von dem Bedienungspersonal gegeben isf. Auch in großen Teufen ist das Ausfahren der Zusatzschneiden völlig gesichert, wobei vorteilhaft zusätzliche Hilfsmittel dazu nicht benötigt werden.

Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch die Bohrkrone einer Bohreinrichtung in Arbeitsstellung,

F i g. 2 einen Schnitt durch die in F i g. 1 gezeigte Bohrkrone in Montagestellung,

ίο Fig.3 einen Querschnitt gemäß Fig. 1 im Bereich der Zusatzschneiden,

F i g. 4 eine Seitenansicht auf eine Zusatzschneide und

F i g. 5 einen Querschnitt durch die Verbindung zwischen Bohrgestänge und Bohrkrone im Bereich der Deckplatte.

Die Bohreinrichtung 1 besteht aus dem Bohrgestänge 2 mit Bohrkrone 3, die im Außenrohr 4 geführt sind. Die Bohrkrone 3 schneidet dabei ein Bohrloch frei, das dem Außendurchmesser des Außenrohres 4 entspricht. Die Bohrkrone 3 weist neben den vor Kopf sitzenden Schneideinsätzen 7 über den Außenkranz 6 vorstehende Zusatzschneiden 8, 9 auf. Diese Zusatzschneiden können so weit ausgefahren werden, daß der von ihnen mitgesqhnittene Jting ein einwandfreies Nachrutschen des Außenrohres 4 gewährleistet.

Die Zusatzschneiden 8, 9 sind auf der Unterseite 11 mit Schneideinsätzen 1(0 versehen, wobei die Unterseite

11 wie F i g. 4 verdeutlicht, angeschärft ausgebildet ist. Die mit Ansätzen 12 ausgerüsteten Zusatzschneiden 8,9 sind auf ihrer Oherseite 13 halbkreisförmig gebogen, um so eine sichere Führung und Wirkung der Zusatzschneiden 8,9 zu gewährleisten.

In der Bohrkrone 3 ist ein Stößel 15 axial verschiebbar angeordnet, der am unteren verbreiterten Ende 17 über Schrägen 16 verfügt, die mit den Schrägen 14 der Zusatzschneiden 8,9 korrespondieren. Die Schrägen 14, 16 verlaufen von der Bohrkronenspitze 32 aus gesehen von innen nach, außen. Sie weisen eine Steigung von etwa 60° auf und ermöglichen einen Formschluß zwisehen Stößel 15 und Zusatzschneiden 8,9.

Der Stößel 15 ist in der praktisch erweiterten Innenbohrung 19 der Bohrkrone 3 angeordnet und verschieblich. Er verfügt über ein Linksgewinde 20, das mit dem Gewinde des Einsatzes 21 korrespondiert. Dieser Einsatz 21 geht am oberen Ende in eine Deckplatte 22 über und stützt sich über die Zusatzplatte 23 auf dem oberen Rand der Bohrkrone 3 ab. Der Stößel 15 wird so bei entsprechender Drehung des Bohrgestänges entweder in Richtung Bohrlochtiefstes gedreht oder aber entgegengesetzt. Dadurch drückt er mit seinen Schrägen 16 auf die Schrägen 14 der Zusatzschneiden 8, 9, wobei diese Schrägen durch die Erweiterung in Form eines Kolbens 24 noch vorteilhaft vergrößert sind. Das untere Teil 25 dieses Kolbens 24 stößt am Ende seiner senkrechten Bewegung auf die Bohrkrone 6 auf, während die Schrägen den Formschlußkontakt mit den Zusatzschneiden 8, 9 bzw. den diesen zugeordneten Ansätzen

12 haben.

Bohrkrone 3 und haubenförmiges Endstück 28 des Bohrgestänges 2 sind über ein Rechtsgewinde 27 miteinander verbunden. Damit ist ein einfaches Lösen der Bohrkrone 3 dann möglich, wenn diese aus irgendwelchen Gründen ausgewechselt werden muß. Andererseits isi durch die Ausbildung als Rechtsgewinde 27 gesichert, daß beim Hin- und Herfahren des Stößels 15 in der Bohrkrone 3 sich diese Verbindung nicht löst. Hierzu ist am unteren Bereich des Rechtsgewindes 27 eine Ausnehmung 35 vorgesehen, in die ein über einen

Schraubstift 37 festgehaltener Bolzen 36 einlegbar ist. Dieser Bolzen 36 verhindert wirksam ein unbeabsichtigtes Lösen der Bohrkrone 3 vom haubenförmigen Endstück 28.

Der Einsatz 21 ist über Paßflächen 29,30 in der Bohrkrone 3 abgesichert, so daß der Stößel 15 sich in diesem Einsatz 21 mit seinem Linksgewinde 20 einwandfrei auf- und abwärtsbewegen kann. Die Bewegung des Bohrgestänges 2 innerhalb des Außenrohres 4 wird dabei über die Führungen 34, wie auch F i g. 5 zeigt, gesichert, wobei diese Führungen 34 jeweils als im Abstand angeordnete Vorsprünge am haubenförmigen Endstück 28 ausgebildet sind. Fig.5 verdeutlicht darüber hinaus die Ausbildung der Paßflächen 29, 30, die weiter oben anhand der F i g. 1 erläutert sind.

während die Darstellung nach F i g. 5 einen Schnitt im Biereich der Deckplatte 22 wiedergibt, zeigt F i g. 3 einen Querschnitt im Bereich der Zusatzschneiden 8,9. Hier ist verdeutlicht, daß diese über T-Stifte 39 am Stößel 15 so befestigt sind, daß sie beim Zurückziehen bzw. durch den sich aufwärtsbewegenden Stößel 15 automatisch mit in Richtung Innenbohrung 19 gezogen werden.

Beim Einbau des Bohrgestänges 2 in das Außenrohr 4 wird noch über Tage die Bohrkrone 3 zweckmäßig mit eingefahrenen Zusatzschneiden 8, 9 mit dem Bohrgestange 2 verbunden. F i g. 2 zeigt diese Position mit den eingefahrenen Zusatzschneiden 8, 9. In dieser Form kann dann das Bohrgestänge 2 bzw. das Außenrohr 4 in das Bohrloch eingeführt werden. Beim Auftreffen der Bohrkrone 3 auf der Sohle wird durch Rechtsdrehung des Bohrgestänges 2 durch den Formschluß zwischen dem Bohrgestänge 2 bzw. dessen haubenförmigen Endstück 28 und dem Einsatz 21 der Stößel vertikal nach unten bewegt Durch die Schräge 16 unten am Ende des Stößels 15 und der entgegengesetzten Schräge 14 an den Zusatzschneiden 8, 9 werden diese vom Stößel 15 wegbewegt Die Bewegung dauert so lange an, bis der Stößel 15 auf der Bohrkrone 3 aufsitzt. Die Vertikalbewegung ist auch gleichzeitig das Ausfahrmaß der Zusatzschneiden 8, 9. Die Zusatzschneiden 8, 9 sind mit dem Stößel 15 wie beschrieben formschlüssig verbunden, eine gesonderte weitere Haltung der Zusatzschneiden 8, 9 ist nicht erforderlich. Entsprechend sind die Bewegungsabläufe auch eim Einfahren der Zusatzschneiden, wobei dieses durch Linksdrehung des Bohrgestänges 2 eingeleitet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Bohreinrichtung für das Herstellen von Bohrungen im Gestein mit Hilfe eines im Außenrohr geführten Bohrgestänges, an dem vorne die an den Radius der Führung angepaßte Bohrkrone mit bis an den Außenkranz reichenden Schneideinsätzen besetzt angeordnet und mit über den Außenradius des Außenrohrs hinausreichenden, über einen axial verschiebbar angeordneten Stößel seitlich ausfahrbaren und mit dem Stößel formschlüssig verbundenen Zusatzschneiden ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (15) über ein Linksgewinde (20) mit der Bohrkrone (3) verbunden ist, die Bohrkrone mit dem Bohrgestänge (2) dagegen über ein Rechtsgewinde (27).

2. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (3) einen das Linksgewinde (20) aufweisenden Einsatz (21) mit oberer Deckplatte (22) aufweist und daß der Stößel (15) im unteren Teil (25) kolbenartig erweitert ausgebildet ist.

3. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Rechtsgewindes (27) von Bohrkrone (3) und Bohrgestänge (2) eine einen festlegbaren Bolzen (36) aufnehmende Ausnehmung (35) vorgesehen ist.

4. Bohreinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (21) und der Schaft der Bohrkrone (3) langgezogen ausgebildete Paßflächen (29,30) aufweisen.

5. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (15) eine mit Spülbohrungen der Zusatzschneiden (8, 9) verbundene Innenbohrung (19) aufweist.

6. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschneiden (8,9) auf der Oberseite (13), an die Bohrkrone (3) angepaßt, halbkreisförmig ausgebildet sind.