Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Verlängerung eines Bohrloches in weichem Erdreich zu
einem Tiefbohrloch, d. h. zu einem in große Tiefen
reichenden Bohrloch, beispielsweise zu einem bis in eine Tiefe
von mehr als 100 m reichenden Bohrloch, wobei die
Vorrichtung die Merkmale des ersten, gattungsgemäßen Teils des
Anspruchs 1 aufweist.
Stand der Technik
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Um solche Tiefbohrlöcher herzustellen, müssen folgende
Schritte durchgeführt werden: ein Schritt der Bildung des
Bohrloches durch in etwa vertikales Eindringen in das weiche
Erdreich und anschließend ein Schritt der Ausbringung des
im ersten Verfahrensschritt losgegrabenen Abraums aus dem
Bohrloch. Bei diesem Verfahren ist ein kritisches Problem,
wie der Abraum effizient aus dem Bohrloch heraus an die
Erdoberfläche befördert werden soll, weil die effiziente
Verbringung des Abraums aus dem Bohrloch heraus
Voraussetzung dafür ist, daß die Zeitdauer und die Kosten der
Herstellung des Bohrloches relativ niedrig gehalten werden
können.
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Bekannte Verfahren für die Herausbringung des Abraumes
aus dem Bohrloch sind folgende:
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(1) Ein Verfahren schließt folgende Schritte ein:
Einbringen des Abraums in einen Förderkübel oder
Eimer am Bohrlochgrund und Anheben des gefüllten
Kübels oder Eimers zum oberen Bohrlochende.
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(2) Ein anderes Verfahren schließt folgende Schritte
ein: Einfüllen von Wasser in das Bohrloch und
Herausspülen des mit Wasser vermischten Abraums mittels
einer Hebepumpe nach oben.
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(3) Ein anderes Verfahren schließt folgende Schritte ein:
Einfüllen von Wasser in das Bohrloch, Abpumpen des
Abraum enthaltenden Wassers mit einem Verfahren, das
die Rückzirkulation genannt wird und Trennung des
Abraums vom Wasser vor der Rückführung des Wassers
in das Bohrloch.
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Solche bekannte Verfahren haben jedoch Nachteile. Beim
Verfahren (1) kann die Abraumförderung nur intermittierend
durchgeführt werden und das Fördern des Kübels oder Eimers
nach oben und unten erfordert viel Zeit. Das Verfahren (1)
kann deshalb als ein Verfahren angesehen werden, mit dem
ein Bohrloch großer Tiefe nicht hergestellt werden kann.
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Bei den Verfahren (2) und (3) kann der Wegtransport des
Abraums aus dem Bohrloch kontinuierlich durchgeführt werden,
weil der Abraum durch Einbringen von Wasser in das Bohrloch
kontinuierlich zum oberen Bohrlochende gefördert wird.
Das mit Wasser gefüllte Bohrloch macht es aber unmöglich,
die Bohrlochwand durch einen geeigneten Belag in der Form
einer aufgesprühten Mörtelmasse o. dgl. zu befestigen. Auch
muß für die Herstellung des Bohrloches ein Bohrkopf
eingesetzt werden, der wasserdicht sein und weitere Eigenschaften
haben muß, die den Bohrkopf teuer machen. Ferner muß zur
Wartung und dgl. der Bohrkopf manchmal aus dem Bohrloch
ausgebaut und hierzu nach oben angehoben werden oder das
Wasser muß aus dem Bohrloch abgepumpt werden, wenn zu
entsprechenden Arbeiten der Bohrkopf im Bohrloch belassen
werden soll.
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Mit diesen üblichen Verfahren kann der Abraum nicht
effizient vom unteren Ende des Bohrloches aus diesem
herausgefördert werden.
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In DE-A-2942635 ist eine Maschine zum Einbringen von
Partikeln in ein zu förderndes Fluid erläutert. Diese Maschine
schließt Mittel zum Herstellen eines Bohrlochs in
Felsmaterial ein. Ein Bohrkopf ist an der zu bearbeitenden
Bohrlochfläche zu positionieren. In den Bereich der zu
bearbeitenden Bohrlochfläche wird Wasser eingeleitet, so
daß der Arbeitsteil des Bohrkopfes im Wasser arbeitet und
es sind Steuermittel in der Absicht vorgesehen, den
Wasserspiegel konstant zu halten. Wasser und von der
Bohrlochfläche abgearbeiteter Abraum werden zu einem Schlamm
gemischt, der aus dem Bohrloch herausgebracht wird.
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Um das Problem zu lösen, die Umfangswand eines Bohrlochs
mit Spritzmörtel zu bedecken, wird in FR-A-2374504
vorgeschlagen, Mörtel gegen die Umfangswand des Bohrloches zu
sprühen. Das Bohrloch wird mit einer Maschine hergestellt,
die ein fliegendes Gerüst mit mehreren Arbeitsplattformen
aufweist sowie Verbindungsglieder, wobei das Gerüst in
dem Bohrloch mit an der obersten der Plattformen
befestigten Scheiben positioniert wird und das Gerüst in seiner
Arbeitsposition mit an den Scheiben befestigten Greifern
fixiert wird, die zum Zusammenwirken mit der Bohrlochwand
bestimmt sind. Nachdem das Bohrloch mit dem Bohrkopf am
unteren Ende des Gerüsts hergestellt ist, wird die
Bohrlochwand durch eine Auskleidung aus Mörtel gesichert, die
mit einer Sprühvorrichtung am oberen Ende des Gerüsts
hergestellt wird. Es arbeiten so die Greifer mit der
Bohrlochwand zusammen, ehe diese durch Spritzmörtel gesichert ist.
Hieraus folgt, daß das Material, in dem das Bohrloch
hergestellt werden soll, eine Mindestfestigkeit haben muß,
d. h. daß die Maschine in einem Bohrloch sicher in ihrer
Arbeitsposition nur dann festgelegt werden kann, wenn das
Bohrloch in hartem Gestein hergestellt werden soll. Das
Bohrloch soll durch Spritzmörtel für die Zeit nach seiner
Fertigstellung gesichert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
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Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung
vorzuschlagen, die die Merkmale des ersten Teils des
Anspruchs 1 aufweist und die insbesondere für die Herstellung
eines Bohrloches in weichem Material geeignet ist,
beispielsweise in weichem Fels.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in
der Vermeidung von Nachteilen üblicher Maschinen bzw.
Vorrichtungen und darin, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die
mit gutem Wirkungsgrad ein Bohrloch in große Tiefe
einzubringen
vermag und die den Kosten- und Zeitaufwand für
die Herstellung eines solchen Bohrloches zu verringern
vermag.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die geeignet ist,
wirkungsvoll den Abraum vom Grund eines in großer Tiefe
in weiches Erdreich einzubringenden Bohrloches an das obere
Bohrlochende zu bringen.
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Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet
durch die Merkmale des zweiten Teils des Anspruchs 1 und,
um eine bestmögliche Lösung zu haben, dienen die Merkmale
der Unteransprüche.
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Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung arbeiten Greifer
mit der Bohrlochwand zusammen, nachdem diese mit Mörtel
belegt und verfestigt worden ist. Die Vorrichtung kann
deshalb genau auch dann in einem Bohrloch festgelegt werden,
wenn dieses in großer Länge in weiches Material
niedergebracht werden soll. Dies kann praktisch ohne Unterbrechung
des Arbeitsganges mit gutem Wirkungsgrad geschehen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung
beschrieben, in der
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Fig. 1 eine Seitenansicht einer
Tiefbohrlochherstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist,
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Fig. 2 ein Querschnitt in der Ebene II-II der Fig. 1
ist,
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Fig. 3 ein Querschnitt in der Ebene III-III der Fig. 1
ist,
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Fig. 4(a) eine schematische Darstellung einer
Schlämmefördervorrichtung mit einem ersten und einem
zweiten Tank ist, wobei in den ersten Tank
ein Schlamm eingeführt wird, in dem dann der
Feststoffanteil des Schlammes gespeichert
wird, während der vorher im zweiten Tank
gespeicherte Feststoffanteil mit dem von
den Feststoffpartikeln befreitem Wasser
aus dem ersten Tank ausgespült wird,
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Fig. 4(b) eine Fig. 4(a) entsprechende Darstellung ist,
bei der jedoch die Schlammfördervorrichtung
mit erstem und zweitem Tank im umgesteuerten
Zustand dargestellt ist,
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Fig. 5 in schematischer Darstellung eine andere
Ausführungsform einer Schlammfördervorrichtung
mit drei Tanks ist, wobei unterstellt ist,
daß der Schlamm in den ersten Tank eingebracht
worden ist, der aus dem Schlamm abgesetzte
Feststoffanteil des Schlammes in einem zweiten
Tank gespeichert wird sowie die Einbringung
des Schlammes zur Speicherung des
Feststoffanteils dieses Schlammes in umgekehrter
Reihenfolge erfolgen,
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Fig. 6(a) ein Mittellängsschnitt durch ein
Verbindungsventil mit drei Öffnungen ist, um zwei Wege
zu eröffnen: einen Weg für die Zuführung von
Wasser für den Tank und einen zweiten Weg zur
Wasserentnahme aus dem Tank,
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Fig. 6(b) in einer Fig. 6(a) entsprechenden Darstellung
ein Ausschnitt des in Fig. 6(a) dargestellten
Ventils in einer anderen Betriebsstellung ist,
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Fig. 7 eine grafische Darstellung ist, um die Öffnungs-
und Schließbedingungen des Ventils entsprechend
dem Arbeitsverlauf zu zeigen,
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Fig. 8(a) bis 8(e) der Darstellung in Fig. 6(b) entsprechende
Darstellungen sind, um weitere Öffnungs- und
Schließstellungen des Ventils zu erläutern und
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Fig. 9 in schematischer Darstellung eine Anlage mit
einer anderen Vorrichtung mit drei Tanks ist,
die im Zusammenhang mit der Ausbringung des
Schlammes aus dem Bohrloch genutzt werden.
Einzelbeschreibung der Erfindung
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In Fig. 1-3 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen A
gekennzeichnet ist. Die Vorrichtung ist zur Herstellung
eines Bohrloches großer Tiefe bestimmt und ihr Außenumfang
ist demzufolge zylindrisch. Mit dem Bezugszeichen 1 ist
ein fliegend gelagertes Gerüst bezeichnet, das eine obere
Plattform 1a, eine mittlere Plattform 1b, eine untere
Plattform 1c und Verbindungsglieder 1d zum Verbinden der
Plattformen untereinander aufweist. Jede der kreisrunden
Plattformen 1a bis 1c schließt ein Paar kreisscheibenförmiger
Flächen gleicher Flächenabmessung ein sowie eine
Umfangsfläche entlang einem Umfangsabschnitt der
kreisscheibenförmigen Flächen. Der Außendurchmesser der Plattformen
1a bis 1c ist kleiner als der Innendurchmesser des zu
bohrenden Loches. Mehrere Stützen 3 zum Halten des Gerüstes
in einer bestimmten Höhe sind auf die Länge der
Umfangsfläche jeder Plattform, d. h. auf deren Außenumfang
gleichmäßig verteilt. Insbesondere sind Stützen 3 mit ihren einen
Enden der unteren Plattform 1c zugeordnet, und eine zweite
Fördervorrichtung 6 oder Naßschlammfördervorrichtung zum
Fördern von Naßschlamm und damit Verbringen von im
Naßschlamm enthaltenen Feststoffanteilen zum oberen
Bohrlochende ist auf der Oberseite der mittleren Plattform 1b
angeordnet.
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Gemäß Fig. 1-3 enthält die erste Fördervorrichtung 5 eine
Pumpe 7 zur kontinuierlichen Bereitstellung eines
Wasserstrahls, eine Mahlvorrichtung 10 zum Zermahlen des vom
Bohrlochboden mittels des Wasserstrahls abgebauten Abraums
zu feinkörnigem Feststoffanteil des Naßschlammes, einen
Tank 8 zur Aufnahme des einen Wasseranteil und einen
Feststoffanteil aufweisenden Schlammes, eine Pumpe 9 zum
Durchmischen von Feststoffanteilen und Wasseranteil zu einem
Naßschlamm, dessen Feststoffanteile im Wasser gleichmäßig
verteilt sind und eine Naßschlammpumpe 11 zum Fördern des
Naßschlammes in den Bereich der zweiten Fördervorrichtung 6.
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Die Pumpe 7, der Wasser ohne Feststoffanteil mittels einer
Rohrleitung 12 zugeführt wird, ist mit dem einen Ende eines
Leitungsrohres 13 verbunden, so daß von der Pumpe unter
Druck gefördertes Wasser durch das Leitungsrohr 13 geführt
wird. Zum anderen Ende hin ist das Leitungsrohr 13 durch
die untere Plattform 1c hindurchgeführt, um mit seinem
unteren Ende mit einem Leitungsrohr 14 verbunden zu sein,
so daß Druckwasser zum Ausspülen von weichem Erdreich
bereitgestellt wird. An einem oberen Ende ist das
Leitungsrohr 14 drehbar am zentralen Bereich der Unterseite der
unteren Plattform 1c angeordnet, während es zu seinem
anderen, unteren Ende hin nach unten geführt ist, um mit der
nahen Position des Schneidwerkzeugs 4a des Bohrkopfes 4
verbunden zu sein, um dem Bohrkopf 4 mit dem Leitungsrohr
14 zu folgen. Ein Einlaß 15 zum Ansaugen des nach oben
zu fördernden Schlammes und Wassers für deren Einbringung
in die Rohrleitung 14 ist am untersten Ende der Rohrleitung
14 angeordnet. Schlamm und Wasser werden von einer nach
oben gerichteten Strömung nach oben transportiert, die
von dem von der Pumpe 7 geförderten Wasser erzeugt wird,
um in die Rohrleitung 14 eingeführt und zu dem Brecher 10
gefördert zu werden. Im Brecher 10 wird der Schlamm bis
zur Feinkörnigkeit vermahlen. Der derart feinkörnige Schlamm
wird mit dem Wasser in den Tank 8 eingeführt, um dort mittels
der Pumpe 9 in den Aggregatzustand eines Naßschlamms
überführt
zu werden. Dieser Naßschlamm wird durch das
Übergangsrohr 16 mittels der Naßschlammpumpe 11 in eine zweite
Fördereinrichtung 6 gefördert.
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Die an die Pumpe 7 angeschlossene Rohrleitung 12 ist mit
einer Ergänzungsleitung 17 verbunden. Diese Ergänzungsleitung
17 ist durch eine Saugleitung 35 einer Hauptpumpe 22 mit
einer Rückführleitung 37 wie unten beschrieben verbunden.
Die Ergänzungsleitung 17 ist auch sowohl mit dem Tank 8 als
auch mit der Naßschlammpumpe 11 verbunden, um dort hinein
Wasser einzubringen. Darüber hinaus ist die Ergänzungsleitung
17 mit einer Rohrleitung 18 verbunden, um der zu bearbeitenden
Stirnfläche des Bohrloches Wasser zuzuführen. Die Rohrleitung
18 schließt ein Ventil 19 ein, um die Durchflußrate bestimmen
zu können. Das Öffnen des Ventils 19 wird gesteuert auf der
Grundlage der Höhe des Wasserspiegels über der unteren
Stirnfläche des Bohrlochs, die mit einem Meßmittel 20 ermittelt
wird, um die der Bohrlochstirnfläche zugeführte Wassermenge
einstellen zu können. Die Höhe des Wasserspiegels wird
bestimmt mit einem Wasserergänzungsmittel 21, das in das
Bohrloch so viel Wasser einbringt, daß die Höhe des Wasserspiegels
über der Bohrlochstirnfläche konstant gehalten wird. Das
Wasserergänzungsmittel 21 schließt die Rohrleitung 18, das
Ventil 19 und Meßmittel 20 ein. In Fig. 1 kennzeichnen eine
Mehrzahl von Pfeilen das Strömen von Wasser und Naßschlamm.
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Andererseits schließt die zweite Fördereinrichtung 6 gemäß
Fig. 1,2 die Hauptpumpe 22, ein Paar Tanks 23a und 23b und
zwei Filter 24a und 24b ein, von denen eines in jedem der
Tanks angeordnet ist; jedes Filter filtriert den in den
jeweiligen Tank eingebrachten Naßschlamm, um von
Feststoffpartikeln befreites Wasser aus dem Tank abführen zu können.
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Aufbau und Arbeitsweise der zweiten Fördereinrichtung 6
werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.
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Die Vorratsbehälter 23a und 23b sind mittels Wechselventilen
25a und 25b mit Blanchierleitungen 16a und 16b verbunden,
die je für sich von der Förder- bzw. Zuführungsleitung 16
getrennt sind. Die Wechselventile 25a und 25b hindern den
Naßschlamm in den Vorratsbehältern 23a und 23b daran, in
die Förderleitung 16 zu gelangen. Die Vorratsbehälter 23a
und 23b sind ebenfalls mittels Wechselventilen 27a und 27b
mit Blanchierleitungen 26a und 26b verbunden, die vom einen
Ende einer Förder- bzw. Zuführungsleitung 26 getrennt sind.
Das andere Ende der Förder- bzw. Zuführungsleitung 26 ist
zum oberen Einlaß des Bohrloches geführt, um den
Feststoffanteil von Naßschlamm aus dem Bohrloch herauszubringen.
Die Filter 24a und 24b sind mit Kopfrohren 28a und 28b
verbunden, die ihrerseits durch Rohre 29, 30 miteinander
verbunden sind. Das Rohr 29 schließt Ventile 31 und 32 ein,
während das Rohr 30 Ventile 33 und 34 einschließt. Die
Ansaugleitung 35 der Hauptpumpe 22 ist mit dem Rohr 29
zwischen den Ventilen 31 und 32 verbunden. Eine
Zuführungsleitung 36 der Hauptpumpe 22 ist mit dem Rohr 30 zwischen
den Ventilen 33 und 34 verbunden.
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In der zweiten Fördervorrichtung 6 wird der Naßschlamm
durch die Filter 24a oder 24b in den Vorratsbehälter 23a
oder 23b gefördert, um in einen oder anderen von ihnen
gespeichert zu werden. Gleichzeitig wird der
Feststoffanteil des schon in den Vorratsbehältern 23b oder 23a
gespeichert gewesenen Naßschlamms aus dem Bohrloch
herausgebracht. Bei der Vorrichtung 6 kann der Feststoffanteil
kontinuierlich abgebaut werden, um aus dem Bohrloch
herausgebracht
zu werden.
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Wird die Hauptpumpe 22 bei geöffneten Ventilen 31 und 34
gemäß Fig. 4(a) betrieben, während die Ventile 32 und 33
geschlossen sind, so wird der Naßschlamm durch die
Wechselventile 25a in den Vorratsbehälter 23a eingebracht. Der aus
dem Vorratsbehälter 23a abgeführte Naßschlamm wird mittels
des Filters 24a gefiltert, so daß der Feuchtschlammanteil
des Naßschlamms im Vorratsbehälter 23a gespeichert wird.
Das durch das Filter 24a gelangende Wasser wird durch das
Filter 24b in den Vorratsbehälter 23b eingebracht und wird
mit dem schon im Vorratsbehälter 23b abgesetzten
Feuchtschlammanteil der hauptsächlich aus Feststoffanteilen
besteht, durch das Wechselventil 27a in die Förderleitung 26
eingebracht, die aus dem Bohrloch herausgeführt ist.
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Nach der Verbringung des Feuchtschlammanteils des Naßschlammes
aus dem Bohrlochbereich werden die Ventile 31 und 34
geschlossen und die Ventile 32 und 33 geöffnet. Hierdurch wird die
Strömungsrichtung des Naßschlammflusses gegenüber vorher
umgekehrt. In diesem Fall wird der Wassergehalt des
Naßschlammes im Vorratsbehälter 23b verringert, bis schließlich
praktisch nur noch der Feuchtschlamm mit hohem
Feststoffanteil des Naßschlammes erhalten bleibt. Andererseits wird
der schon im Vorratsbehälter 23a zurückbehaltene
Feuchtschlamm bzw. Feststoffanteil des Naßschlammes in die
Förderleitung 26 eingebracht. Der Feststoffanteil bzw. der
eingedickte oder entwässerte Feuchtschlamm wird aus dem Bohrloch
herausgebracht und dann wird der Feuchtstoffanteil vom Wasser
getrennt. Das dem Naßschlamm entzogene Wasser wird durch
die Rückführleitung 37 zur Hauptpumpe 22 gebracht. Ein Teil
des Wassers wird auch durch die Hilfsleitung 17 zur Pumpe 7,
dem Vorratsbehälter 8 und der Naßschlammpumpe 11 der ersten
Fördervorrichtung 5 gebracht und das Wasser der
Fördervorrichtung 5 wird weiter durch die Hilfsleitung 18 mittels
des Wasserfördermittels 21 zur Bohrlochstirnfläche gefördert.
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Darüber hinaus weist die derart beschriebene Maschine A eine
Sprühvorrichtung 38 zum Aufsprühen von Mörtel auf die
Umfangswand des Bohrloches auf, um eine Spritzmörtelschicht
bilden zu können. Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung 38 ein
Sprührohr 39 und eine Mörtelzubereitungsvorrichtung 40 zum
Einbringen von Mörtel in das Sprührohr 39 auf. Insbesondere
ist ein Ende des Sprührohres 39 drehbar an der unteren
Plattform 1c des Gerüsts 1 gelagert, damit es um eine Achse der
unteren Plattform 1c vor der Umfangswand des Bohrloches und
dieser entlang auf einem Kreis bewegt werden kann, während
das andere Ende oder ein unteres Ende des Rohres 39 sich
entlang der Achse der unteren Platte 1c in die Nähe des
Wasserspiegels in dem Bohrloch erstreckt. Eine Sprühdüse 39a ist
am untersten Ende des Rohres 39 gegenüber der Umfangswand,
auf diese gerichtet, angeordnet. Die
Mörtelzubereitungsvorrichtung 40 ist auf der oberen Plattform 1a angeordnet.
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Das Bezugszeichen 41 in Fig. 2 kennzeichnet eine
Öldruckeinheit zur Beschickung einer Anzahl von Pumpen wie oben
beschrieben. Das Bezugszeichen 42 in Fig. 2, 3 kennzeichnet
ein Tor für die Hindurchführung von Maschinen oder Gütern
wie Werkzeuge und dgl. Eine Dunst- oder
Staubabsaugvorrichtung (nicht dargestellt) ist auf der oberen Platte des
Gerüsts 1 angeordnet.
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Nachfolgend wird ein Verfahren beschrieben, wie ein
Tiefstbohrloch mit einer wie oben beschriebenen Vorrichtung A
hergestellt werden kann.
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Das fliegend gelagerte Gerüst 1 wird mit Hilfe des
Flaschenzugs 2 in das Bohrloch abgesenkt und dann unter Verwendung
der Stützen 3 in einer gewollten Höhe festgelegt. Über den
Bohrlochboden wird Wasser, das der Buchstabe W kennzeichnet,
mittels des Wasserzuleitungsmittels 21 in das Bohrloch
eingeleitet, so daß die Vorrichtung A sich teilweise im Wasser W
befindet, insbesondere erfolgt die Wasserzuführung so, daß
nur das Schneidwerkzeug 4a des Bohrkopfes 4 in das Wasser
eintaucht. Anschließend wird der Bohrkopf 4 in Umdrehung
versetzt und dann werden erste und zweite Fördervorrichtung
5, 6 in zweckgerichteter Reihenfolge zur Funktion gebracht.
Wie oben beschrieben, wird das von der Stirnfläche des
Bohrloches abgearbeitete Material in den aus dem Bohrloch
herauszubringenden Naßschlamm überführt. Obwohl als
Bestandteil des Naßschlammes der aus dem Bohrloch herausgebracht
wird, auch Wasser W ständig aus dem Bohrloch entnommen
wird, wird der Wasserspiegel mittels des Wasserfördermittels
21 im Bohrloch konstant gehalten.
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Gleichzeitig wird die zunächst noch unbefestigte
Umfangsfläche des Bohrlochs oberhalb des Wasserspiegels mit Mörtel
beworfen, der aufgesprüht wird, um auf der Fläche eine erste
Spritzmörtelschicht zu bilden. In diesem Fall ist der Abstand
zwischen Wasserspiegel und mit Spritzmörtel beworfenem
Wandabschnitt gering. Dieser in Fig. 1 mit "1" gekennzeichnete
Abstand beträgt beispielsweise 1 bis 3 m.
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Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren schließt die
Vorrichtung A den Bohrkopf 4 ein ebenso wie die anderen Baugruppen,
sie muß jedoch weder wasserdicht noch wasserundurchlässig
und dgl. sein, weil der Wasserspiegel ständig auf einer Höhe
gehalten ist, daß die Vorrichtung A nur teilweise ins Wasser
eintaucht und Wasserdichtigkeit und dgl. nur insoweit gegeben
sein muß. Weil das Wasser nur eine geringe Höhe über der
Bohrlochendfläche hat, kann die Wartung der Vorrichtung A,
beispielsweise das Auswechseln von Teilen des Bohrkopfes
problemlos und ohne Schwierigkeit erfolgen, ohne daß die
Vorrichtung aus dem Bohrloch bzw. dem zu vertiefenden
Bohrloch vollständig herausgenommen werden müßte.
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Desweiteren kann das am Bohrlochgrund abgearbeitete Material
bzw. der aus diesem Material gebildete Naßschlamm
kontinuierlich und effizienter mittels erster und zweiter
Fördervorrichtung 5, 6 aus dem Bohrloch herausgebracht werden im
Vergleich zu üblichen Verfahren unter Verwendung von
Förderschnecken, Becherwerken und dgl. mit denen Abbaumaterial
aus dem Bohrloch herausgebracht werden. Insbesondere die
zweite Fördervorrichtung 6 kann eine Förderleistung haben,
die ausreicht, um große Mengen Naßschlamm vom Bohrlochgrund
zum oberen Bohrlochende zu bringen, so daß die Herstellung
eines Bohrloches in kürzerer Zeit und kostengünstiger als
üblich möglich ist.
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Die Hauptpumpe 21 zur Naßschlammförderung nach oben
unterliegt einem Wasserdruck entsprechend dem Abstand zwischen
Pumpe 21 und oberem Bohrlochende bzw. der Eintauchtiefe der
Pumpe 21. Demzufolge kann der Förderdruck der Pumpe 21 durch
Absenken des zugehörigen Wasserdrucks verringert werden, um
Energie zu sparen.
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Gemäß dem Verfahren kann auf dem Außenumfang des Bohrloches
durch Aufsprühen von Mörtel eine schützende Mörtelschicht
unverzüglich und praktisch unmittelbar über dem Wasserspiegel
gebildet werden. Demzufolge kann ferner die Bohrlochvertiefung
bewirkt werden, ohne daß die Sicherheit beeinträchtigt wäre,
selbst nicht durch von der Arbeitsfläche energiereich
abprallendes Wasser.
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Was den Aufbau des Gerüstes 1 anlangt, so können Bohrkopf 4,
erste und zweite Fördervorrichtung 5, 6, Wasserfördermittel 21
und Sprühvorrichtung 38 in der beschriebenen Weise ausgebildet
sein, obwohl sie nur beispielhaft aufgebaut und beschrieben
und andere Bauweisen ohne weiteres möglich sind.
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Im Fall, daß die zweite Fördervorrichtung 6 allein oder eine
solche Fördervorrichtung 6 nicht ausreicht, um den
anfallenden Abraum von der unteren Bohrlochstirnseite zum oberen Ende
des Bohrloches zu fördern, können in entsprechender Weise
am oberen Bohrlochende zwei oder mehrere solcher bzw.
entsprechender zweiter Fördermittel 6 vorgesehen sein.
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In Fig. 5 bis 8 ist eine andere Ausführungsform der zweiten
Fördervorrichtung 6 dargestellt. Dabei kennzeichnet das
Bezugszeichen 100 pauschal eine erste Fördervorrichtung.
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Diese erste Fördervorrichtung 100 schließt eine erste
Strahlpumpe 120, eine Förderpumpe 121, ein Wasserzuführungsrohr 122,
ein Förderrohr 123 und einen Mischbehälter 124 ein. Die
Strahlpumpe 120 pumpt das Gemisch aus Feststoffpartikeln und Wasser
W, das durch Einsprühen von durch das Wasserzuführungsrohr 122
mittels der Förderpumpe 121 geförderten Wassers erzeugt wurde,
durch Ansaugen durch das Förderrohr 123 in den Mischbehälter
124. In dem Mischbehälter 124 wird das Gemisch aus
Feststoffpartikeln und Wasser durch die Zuführung von weiterem Wasser
zu einem Naßschlamm. Der Naßschlamm wird durch ein
Schlammzuführungsrohr
125 in drei verschiedene Behälter Ta, Tb
und Tc eingeführt und über dem zu nur noch feuchtem Schlamm
werdenden Naßschlamm sich im Behälter 124 bildenden Wasser
wird durch ein Rückführungsrohr 126 unverzüglich wieder
der Arbeitsfläche zugeführt.
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Der Inhalt jedes der Druckbehälter Ta, Tb und Tc ist für
die Einbringung einer vorbestimmten Naßschlamm-Menge
bestimmt. Obwohl in Fig. 5 die Behälter als liegend
angeordnet dargestellt sind, sind sie in der praktischen
Ausführung einer Anlage für eine stehende Anordnung ausgebildet.
Im Bodenbereich ist jeder der Druckbehälter Ta, Tb und Tc
durch je ein Steuerventil 127a, 127b bzw. 127c mit dem
Schlammzuführungsrohr 125 verbindbar. Im Bereich seines
oberen Endes ist jeder der Druckbehälter Ta, Tb bzw. Tc
mit dem einen Ende eines ihm zugeordneten Kopfrohres 130a,
130b bzw. 130c verbunden. Die anderen Enden der Kopfrohre
130a, 130b, 130c sind mit der Haupteinlaßöffnung P&sub1; von
jeweils einem von Dreiwegeventilen Va, Vb und Vc verbunden.
Desweiteren sind zwischen jedem der Druckbehälter und dem
dem jeweiligen Druckbehälter zugeordneten Dreiwegeventil
je eines von drei Filtern Fa, Fb und Fc angeordnet, um
den Wasseranteil von Schlamm passieren zu lassen, den
entsprechenden Feuchtschlamm- bzw. Feststoffanteil jedoch
zurückzuhalten.
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Gemäß Fig. 6 weist jedes der Dreiwegeventile Va, Vb und
Vc einen im wesentlichen zylindrischen Ventilkäfig 140
und ein im wesentlichen scheibenförmiges, im Käfig
drehbar angeordnetes Ventilelement 141 auf. Der Ventilkäfig
140 weist eine Haupteinlaßöffnung P&sub1; mit vertikaler
Längsachse im unteren Käfig- bzw. Gehäusebereich, sowie in
gleichachsiger seitlicher Anordnung eine Auslaßöffnung P&sub2;
und eine weitere Einlaßöffnung P&sub3; auf. Im oberen Bereich
des Ventilelements 141 ist mit diesem ein Stellhebel 142
zum Drehen des Ventilelements verbunden. Durch Drehen des
Stellhebels 142 kann entweder die Auslaßöffnung P&sub2; oder
die Einlaßöffnung P&sub3; mit der Haupteinlaßöffnung P&sub1;
verbunden werden. In der Darstellung von Fig. 6 ist das
Dreiwegeventil in der Stellung gezeigt, in der die
Haupteinlaßöffnung P&sub1;(Bezugszeichen nicht eingetragen) mit der
weiteren Einlaßöffnung P&sub3; verbunden ist.
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Gemäß Fig. 5 sind die Auslaßöffnungen P&sub2; der
Dreiwegeverbindungsventile Va, Vb und Vc mit Blanchierrohren 150a,
150b und 150c verbunden, die von einem
Wasserzuführungsrohr 150 abgezweigt sind. Die weiteren Einlaßöffnungen
P&sub3; sind mit Blanchierrohren 151a, 151b und 151c verbunden,
die von einem Drainrohr 151 abgezweigt sind. Eine zweite
Förderpumpe 152 ist innerhalb des Wasserzuführungsrohres
150 und eine zweite Strahlpumpe 153 ist im Verlauf des
Drainrohres 151 angeordnet, wobei die zweite Strahlpumpe
153 bezüglich Eigenschaften und Leistung der erstgenannten
120 entspricht. Die zweite Förderpumpe 152 dient der
Zuführung von Wasser durch die Dreiwegeventilverbindung und
die Filter zum einen der Druckbehälter, z. B. dem Tank Ta
gemäß Fig. 5, um dabei den Feuchtschlamm, der sich im
Behälter Ta befindet, auszuwaschen. Die zweite Strahlpumpe
153 dient der Förderung allein von Wasser durch das Filter
und die Dreiwegeventilverbindung von einem der Behälter,
z. B. den Behälter Tc gemäß Fig. 5 unter Verwendung eines
Saugdruckes, der dadurch erzeugt wird, daß Wasser von der
ersten Regelpumpe 121 unter entsprechendem Druck durch
das Förderrohr 154 gefördert wird, worauf Feuchtschlamm
weitgehend von Wasser befreit in dem Behälter zur
Speicherung zurückbleibt. Die Strahlpumpe 153 dient der Rückführung
von Wasser durch ein Rückführrohr 155 zur ersten Förderpumpe
121 und ferner der Zuführung eines Teiles des Wassers durch
das Wasserzuführungsrohr 156 zur stirnseitigen
Bearbeitungsfläche des Bohrloches. Die Menge des von der zweiten
Strahlpumpe 153 in den Bereich der Bohrlochstirnseite geförderten
Wassers wird bestimmt durch Bestimmung des
Durchflußquerschnittes eines Ventils 157 im Verlauf des
Wasserzuführungsrohres 156, so daß der Wasserstand über der
Bohrlochstirnfläche bzw. Bearbeitungsfläche konstant gehalten ist. Der
Einlaß der Hauptpumpe 152 und der Auslaß der Strahlpumpe 153
sind durch eine Leitung 158 miteinander verbunden, um Wasser
unmittelbar aus dem Wasserzuführungsrohr 150 an die
Bohrlochstirnfläche gelangen zu lassen. Jedes der Dreiwegeventile
Va, Vb und Vc arbeitet synchron mit den jeweils beiden
anderen der Dreiwegeventile.
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Diese Synchronisation zwischen den Dreiwegeventilen Va,
Vb und Vc wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 7,8
beschrieben. Die Strömungswegfreigabe der Ventile Va, Vb
und Vc entsprechend den Arbeitsspielen sind in Fig. 7 von
oben nach unten aufeinanderfolgend eingetragen.
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Öffnen und Schließen des Ventils erfolgen wiederholt in
einem Zyklus oder in einer Periode, wie es durch das
Bezugszeichen T gekennzeichnet ist. Die Ventile werden in
einem Zeitversatz zueinander betätigt, der durch das
Bezugszeichen t&sub1; gekennzeichnet ist. Beispielsweise wird
das Ventil Va wie folgt betätigt.
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Die Auslaßöffnung P&sub2; ist während der Zeitdauer t&sub1; gemäß
Fig. 8(a) vollständig geöffnet. Anschließend wird während
der Zeitdauer t&sub2; die Auslaßöffnung P&sub2; zunehmend geschlossen,
während die Einlaßöffnung P&sub3; zunehmend geöffnet wird. Am
Ende dieser Zeitdauer ist während einer Zeitdauer t&sub3; die
Einlaßöffnung P&sub3; gemäß Fig. 8(b) vollständig geöffnet
gehalten. Anschließend wird die Einlaßöffnung P&sub3; gemäß Fig. 8
(c) zunehmend geschlossen und Ein- und Auslaßöffnungen
P&sub3; und P&sub2; werden gemäß Fig. 8(d) gemeinsam vollständig
geschlossen gehalten, die Auslaßöffnung P&sub2; wird zunehmend
gemäß Fig. 8(e) geöffnet und dann wird die Auslaßöffnung
P&sub2; wieder gemäß Fig. 8(a) vollständig geöffnet.
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Die gleichen Arbeitsabläufe wie am Ventil Va wiederholen
sich am Ventil Vb mit einem Zeitverzug t&sub1; und die gleichen
Arbeitsabläufe wie am Ventil Vb wiederholen sich am Ventil
Vc mit dem Zeitverzug t&sub3;. Das bedeutet, daß die
Auslaßöffnung P&sub2; des Ventiles Vb dann vollständig geöffnet ist,
wenn der Zustand völliger Öffnung der Auslaßöffnung von
Ventil Va endet. Die Auslaßöffnung P&sub2; von Ventil Vc ist
vollständig geöffnet, wenn die vollständige Öffnung der
Auslaßöffnung von Ventil Vb endet. Ferner ist die
Auslaßöffnung P&sub2; von Ventil Va wieder völlig geöffnet, wenn das
vollständige Öffnen der Auslaßöffnung von Ventil Vc beendet
ist. Die Arbeitszyklen an den Auslaßöffnungen P&sub2; wiederholen
sich an den Einlaßöffnungen P&sub3;. Ist nur eine der
Auslaßöffnungen P&sub2; der drei Ventile völlig geöffnet, so ist eine
der Einlaßöffnungen P&sub3; der beiden anderen Ventile völlig
geöffnet und die verbleibende ist in zunehmender
Umkehrbewegung von vollständiger Öffnung von Einlaßöffnung P&sub3;
zu der Auslaßöffnung P&sub2;.
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Bei der ersten Fördereinrichtung 100 mit den Ventilen Va,
Vb und Vc, wie oben beschrieben, wechselt die Förderung
von mit der Hauptpumpe 152 gefördertem Wasser, und der
von Wasser zur Bildung eines Naßschlammes zeitgerecht.
Demzufolge wird der im Mischbehälter 124 aufbereitete
Naßschlamm in einen der Drucktanks Ta, Tb und Tc gefördert
und in diesen eingefüllt. Gleichzeitig wird der in einem
der beiden anderen Behälter befindliche Feuchtschlamm mit
seinem Feststoffanteil ausgespült. Wiederum gleichzeitig
befindet sich der in den verbleibenden Behälter eingeführte
Naßschlamm in der Übergangsphase zwischen Einbringung und
Auswaschen.
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Gemäß Fig. 6 ist, wenn die Auslaßöffnung P&sub2; von Ventil Va
vollständig geöffnet ist, die Einlaßöffnung P&sub3; von Ventil
Vc vollständig geöffnet. In diesem Zeitraum wird das von
der Hauptpumpe 152 geförderte Wasser durch das Filter Fa
in den Behälter Ta gefördert. Ebenso wird der im Behälter
Ta gespeicherte Feuchtschlamm mit seinem Feststoffanteil
ausgewaschen und durch das Rohr 129 zur zweiten
Fördereinrichtung 200 gefördert. Gleichzeitig wird der Wasseranteil
des Naßschlammes, der im Behälter Tc zwischengelagert ist,
mittels der Strahlpumpe 153 durch das Filter Fc gefördert
und der Naßschlamm im Mischbehälter 124 wird in den
Behälter Tc eingesaugt, um den Feuchtschlammgehalt im Behälter
Tc zu erhöhen. In diesem Zeitpunkt befindet sich das Ventil
Vb allmählicher Umkehrung von der Förder- in die
Auswaschstellung. Demzufolge wird in dem Maße wie das Auswaschen
von Feuchtschlamm aus dem Behälter Ta durch Schließen der
Auslaßöffnung P&sub2; des Ventils Va beendet wird, das
Auswaschen von Feuchtschlamm aus dem Behälter Tb begonnen.
Im gleichen Zeitpunkt wird das Einbringen von Feuchtschlamm
in den Behälter Ta begonnen und beginnt die allmähliche
bzw. zunehmende Umstellung des Behälters Tc vom Zustand
der Füllung in den Zustand des Auswaschens.
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Was die erste Fördereinrichtung 100 anlangt, so sind drei
Ausführungsformen der Behälter Ta, Tb und Tc zur
gleichzeitigen Durchführung folgender Funktionen möglich. Aus
einem der Behälter Ta, Tb und Tc wird der Feuchtschlamm
ausgewaschen, in einen der beiden anderen Behälter wird
Naßschlamm mit einem Feststoffbestandteil und Wasser
eingebracht, während in den verbleibenden dritten Behälter
die Umstellung von Füllen mit Schlamm auf Auswaschen von
Schlamm erfolgt. Dank dieser Arbeitsweise der Behälter
Ta, Tb und Tc kann das Auswaschen von Feuchtschlamm
kontinuierlich aus jeweils einem der Behälter erfolgen.
Demzufolge kann die erste Fördereinrichtung 100 wirkungsvoll
Feuchtschlamm bzw. Bohrlochabraum von der Stirn- bzw.
Arbeitsfläche des Bohrloches in den Bereich einer zweiten
Fördereinrichtung 200 erfolgen.
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Die zweite Fördereinrichtung 200 dient der weiteren
Förderung des von der ersten Fördereinrichtung 100 übernommenen
Naßschlammes an das obere oder Einlaßende des Bohrloches.
Sie weist im wesentlichen die gleichen Bauelemente wie
die erste Fördereinrichtung auf mit der Ausnahme, daß die
bei der ersten Fördereinrichtung 100 vorgesehene
Förderpumpe 121 und der dort ebenfalls vorgesehene Mischbehälter
124 nicht vorgesehen sind und ein Speichertank 160
hinzugefügt ist. Insbesondere schließt die Vorrichtung 200 drei
Druckbehälter Ta', Tb' und Tc' sowie eine Hauptpumpe 61
ein. Jeder der Behälter Ta', Tb' und Tc' weist ein Filter
Fa', Fb' bzw. Fc' und ein Dreiwegeventil Va', Vb' bzw. Vc'
auf. Wie bei der Vorrichtung 200 wird der von der
Vorrichtung 100 geförderte Naßschlamm über das Rohr 129 in einen
der Behälter Ta', Tb' und Tc' eingeführt, um darin
zwischengelagert zu werden, der im zweiten der drei Behälter
gelagerte Naßschlamm wird mit dem von der Hauptpumpe 161 geförderten
Wasser ausgewaschen, um zum oberen Bohrlochende gefördert zu
werden. Zur gleichen Zeit wird der verbleibende, dritte
Behälter zunehmend von der Betriebsstellung der
Naßschlammeinbringung in den Betriebszustand des Auswaschens von
Feuchtschlamm mit Feststoffanteilen umgestellt.
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Der von der zweiten Fördereinrichtung 200 zum oberen
Bohrlochende geförderte Naßschlamm wird in einen
Dispositionsbehälter 162 eingebracht und dann der Trennung in
Trockenmasse bzw. Feuchtschlamm und Wasser unterworfen, wobei der
Trockenmasse bzw. Feuchtschlamm in zweckgerichteter Weise
gelagert werden kann. Das vom Naßschlamm abgetrennte Wasser
wird erneut der Hauptpumpe 161 zugeführt, während ein Teil
des Wassers unmittelbar durch ein Wasserzuführungsrohr 163
in den Speichertank 160 gelangt. Ebenso wird das in den
Filtern Fa', Fb' und Fc' aus dem Naßschlamm ausgefilterte
Wasser in dem Speichertank 160 gespeichert, um dann durch
das Wasserzuführungsrohr 150 zurück zur Hauptpumpe 152
der ersten Fördereinrichtung 100 zu gelangen.
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Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung unter
Verwendung der ersten Fördereinrichtung 100 kann der vom
Abraum am Bohrlochgrund gebildete Naßschlamm kontinuierlich
aus dem Bohrloch herausgebracht werden. Ebenfalls kann
ein Tiefenbohrloch von beispielsweise mehreren hundert
Metern effizient erstellt werden, in dem eine
Zwischenstation wie die zweite Fördereinrichtung 200 und die
zugehörigen Baugruppen zwischen oberem und unterem
Bohrlochende vorgesehen sind.
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Was die beiden Hauptpumpen 152 und 161 anlangt, so
unterliegt die Hauptpumpe 152 einem hydrostatischen Druck, der
dem Abstand zwischen ihr und dem Speichertank 160 entspricht,
während die Hauptpumpe 161 einem hydrostatischen Druck
unterliegt, der dem Abstand zwischen ihr und dem
Dispositionsbehälter 162 entspricht. Demzufolge reicht zum Betrieb
beider Pumpen eine Leistung aus, die ausreicht, um die
Reibung zwischen Naßschlamm und Rohrinnenwand zu überwinden
und der Differenz der Dichte von Wasser und Naßschlamm
entspricht. Es ist an sich kein Leistungsüberschuß
erforderlich, um den Feuchtschlamm vom unteren Bohrlochende zum
oberen Bohrlochende zu fördern. Es besteht auch nicht die
Gefahr des Zusammenbruches des Systems und insbesondere
beider Pumpen, weil durch sie nur Wasser gelangt,
nachdem es in den beiden Filtern gefiltert worden ist.
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In Fig. 9 ist eine andere Ausführungsform von erster und
zweiter Fördereinrichtung in deren oben beschriebenen
Ausgestaltung dargestellt. Ein System mit erster
Fördereinrichtung 100' und zweiter Fördereinrichtung 200' dient
der Ableitung einer großen Flüssigkeits- bzw.
Überflutungsmenge und der zusätzlichen Schlammförderung aus dem
Bohrloch heraus.
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Die erste Fördereinrichtung 100' weist ein Drainagerohr
170 zur Verbindung zwischen erster Förderpumpe 121 und
dem Wasserzuführungsrohr 158 auf, und die zweite
Fördereinrichtung 200' weist ein Bypaßrohr 171 zum Verbinden
eines Einlasses des Speichertanks 160 mit dem
Wasserzuführungsrohr
163 auf. Eine Drainagepumpe ist im Verlauf
des Bypaßrohres 171 angeordnet. Mit den Bezugszeichen 173
bis 184 sind Ventile bezeichnet, die im Verlauf der Rohre
angeordnet sind.
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Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform arbeitet in
grundsätzlich gleicher Weise wie die Ausführungsform gemäß
Fig. 5. Tritt jedoch plötzlich ein Flüssigkeitsüberschuß
ein, der den Arbeitsbereich zu überfluten droht, so
geschieht folgendes. Die Ventile 173, 175, 176, 179, 180
und 182 sind geöffnet, während die Ventile 157, 174, 177,
178, 181, 183 und 184 geschlossen sind. Gleichzeitig
arbeiten die Dreiwegeventile Va, Vb und Vc, Va', Vb' und Vc'
in üblicher Weise und die Strahlpumpen 120 und 153, die
Förderpumpe 121, die Hauptpumpen 120 und 153 und
schließlich die Drainagepumpe 172 werden in üblicher Weise
betrieben. Als Folge hiervon kann das Wasser W vom unteren Ende
des Bohrloches mit der Strahlpumpe 120 abgepumpt werden
und weiter durch einen Behälter, beispielsweise gemaß Fig.
9 den Behälter Tc, die Strahlpumpe 153, die Förderpumpe
121, die Hauptpumpe 152, einen weiteren Behälter,
beispielsweise den Behälter Ta gemäß Fig. 9 und zur zweiten
Fördereinrichtung 200'. In der Fördereinrichtung 200' wird das
hochgepumpte Wasser W durch einen Behälter, beispielsweise
den Behälter Tc, wie in Fig. 9 dargestellt, die Drainagepumpe
172, die Hauptpumpe 161 und einen anderen Behälter,
beispielsweise gemäß Fig. 9 den Behälter Ta', in den Dispositionstank
162 eingebracht.
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Gemäß einer weiteren Abwandlung kann das System dazu
benutzt werden, als Drainagesystem im Gefahrenfall zu dienen,
beispielsweise um Überflutungen und dgl. zu vermeiden.
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Bei dem oben beschriebenen System wird die Strahlpumpe 153
verwendet, um Naßschlamm nach oben zu pumpen und ihn in
den Drucktank einzubringen. Es kann jedoch statt dessen
eine Pumpe, beispielsweise eine Schlammpumpe im Verlauf
des Schlammförderrohres 125 angeordnet werden, um den
Naßschlamm ohne Einsatz der Strahlpumpe nach oben fördern zu
können. Eine solche Lösung kann vorteilhaft sein trotz
der zahlreichen Vorteile der Strahlpumpen 120 und 153,
beispielsweise ihrer mechanischen Unempfindlichkeit, ihrer
praktischen Wartungsfreiheit und dgl. im Vergleich zu der
Naßschlammpumpe.