DE4104992C2

DE4104992C2 - Vorrichtung zur zielgenauen Steuerung von Überlagerungsbohrungen

Info

Publication number: DE4104992C2
Application number: DE4104992A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Vorhoff; Heinz Wallussek; Martin Meyer
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Smart Drilling GmbH
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1991-02-19
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2011-02-20
Also published as: DE4104992A1; WO1992014905A3; ZA921087B; WO1992014905A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zielgenauen Steuerung des Bohrgestänges beim Herstellen von bei spielsweise Überlagerungsbohrungen gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 1.

Bekannt sind mehrere steuerbare Bohrsysteme für die Herstellung von Bohrungen, die teilweise drehend mit Unterstützung von Hochdruckspülung oder im Rammbohrver fahren arbeiten (Stein, Dr., Möllers, K., Bielecki, R.: Leitungstunnelbau, Verlag Ernst und Sohn, Berlin, 1988, S. 35 ff). Hierbei ist ein einen Innenkanal aufweisendes Bohrgestänge im Einsatz, das aus einzelnen Abschnitten dem Bohrfortschritt entsprechend zusammengesetzt wird. Diese bekannten Bohrsysteme haben jedoch Schwierigkei ten, Hartgestein zu durchörtern. Außerdem können Rich tungskorrekturen beim Abweichen des Bohrkopf es von der vorgesehenen Richtung nur im oberflächennahen Bereich durchgeführt werden. Ansonsten kann in der Regel nicht einmal überprüft werden, welchen Weg der Bohrkopf genau genommen hat. Aus der AT-PS 2636 ist ein exzentrischer Bohrkopf bekannt, der von einem Bohrgestänge geführt wird, der zentriert wird, um einen größeren Durchmesser zu erbohren. Die Vorrichtung dient nicht zur Steuerung der Bohrung, sondern lediglich zu Erweiterung des Bohr loches bzw. zum Ziehen des Bohrmeißels bzw. Bohrkopfes. Der US-PS 25 98 454 ist eine Bohranlage mit einem im Loch angeordneten Hammer, der im Bohrloch zentrisch ge führt wird, zu entnehmen. Die gesamte Bohranlage kann in die ge wünschte Bohrrichtung geneigt werden. Während der Boh rung ist allerdings eine Veränderung des Bohrlochver laufes nicht zu erreichen, weil sich eine Änderung der Neigung dann nicht mehr auf den Bohrkopf auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvor richtung der genannten Gattung mit einer Richtungskor rekturmöglichkeit zu schaffen, die einfach aufgebaut, leicht zu betätigen und zu überwachen ist.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Das Bohrgestänge wird nach wie vor als Innengestänge zur Übertragung von Andruck und Drehmoment verwendet und erbohrt drehend oder drehschlagend den gesamten Bohrdurchmesser. Das Außengestänge dagegen umfaßt das Bohrgestänge und hält bei Bohrungen im standfesten und besonders auch im nicht standfesten Gebirge das er bohrte Bohrloch offen. Gleichzeitig hat dieses Außenge stänge aber die wesentliche Aufgabe, die notwendige Meßtechnik aufzunehmen und gleichzeitig auch die Steue rung des Bohrgestänges zu übernehmen. Hierzu ist im vorderen Bereich, d. h. im ersten Rohr des Außenge stänges eine exzentrische Führung vorgesehen, so daß das Innengestänge durch Drehen dieser exzentrischen Führung jeweils in die Lage gebracht werden kann, die notwendig bzw. gewünscht ist. Dies wird einfach dadurch erreicht, daß das Außenrohr entsprechend um den not wendigen Betrag gedreht wird, wodurch sich gleichzeitig auch die exzentrische Führung dreht, die damit das Bohrgestänge in die neue vorgesehene Lage bringt. Damit kann der gewünschte Bohrlochverlauf hergestellt werden, indem der bisherige Bohrlochverlauf korrigiert wird. Gleichzeitig wird die genaue Position des Bohrkopfes im Außenrohr während des Bohrvorganges gemessen, zur Bohr maschine geleitet und auf einem Kontrollgerät mit dem Bohrlochverlauf dargestellt. Durch einen Soll-Ist-Wert vergleich kann damit der Bohrlochverlauf ständig kon trolliert und korrigiert werden. Hierzu werden jeweils über 360° die Neigung, der Rollwinkel und die Richtung gemessen, wobei die Richtung mit umlaufend ausgerichte ten Magnetometern ermittelt wird.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Außengestänge vom Bohrlochmund aus drehbar ist, so daß auf diese Art und Weise bei ent sprechend festgestellten Soll-Ist-Wertabweichungen so fort eine Korrektur des Bohrlochverlaufes vom Bohrloch mund aus vorgenommen werden kann, was insbesondere da durch günstig möglich ist, daß das Außengestänge vom Drehen des Bohrgestänges unbeeinflußt angeordnet ist. Hierzu ist das Außengestänge nicht drehend ausgeführt, so daß das aus dem Bohrlochmund herausragende Ende des Außengestänges einfach nur gedreht werden muß, um unten im Bereich des Bohrlochtiefsten die notwendigen Bohr lochverlaufskorrektur vorzunehmen.

Um die notwendigen Soll-Ist-Wertvergleiche optimal durchführen zu können, ist vorgesehen, daß das erste, die Führung aufweisende Rohr des Außengestänges zugleich als Träger der Meßtechnik dienend ausgebildet ist. Damit ist eine optimale Vermessung des Bohrloch verlaufes sichergestellt und zwar genau dort, wo auch die Korrekturen eingeleitet bzw. veranlaßt werden.

Die exzentrische Führung ist von einem Ring gebildet, in dem die das Bohrgestänge führende Bohrung und Aus nehmungen zur Bohrkleinförderung eingebracht sind. Die Exzentrizität dieser Bohrung bzw. der gesamten Führung kann je nach Einsatzfall unterschiedlich sein. Um hier einen Austausch gegebenenfalls vornehmen zu können oder auch um notwendig werdende Reparaturen zu vereinfachen, ist vorgesehen, daß die exzentrische Führung als lösbar mit dem Außengestänge verbundener Ring ausgebildet ist. Dieser Ring kann einfach gelöst werden, da er über Halte- und Zentrierschrauben mit dem Außengestänge ver bunden ist. Die Halte- und Zentrierschrauben stellen sicher, daß der Ring auch jeweils in der vorgegebenen Position im Außengestänge fixiert ist und damit eine immer gleiche bzw. genau vorgesehene Position einnimmt, da nur so die einwandfreie Bohrlochsverlaufkorrektur vom Bohrlochmund aus vorgenommen werden kann.

Die Meßtechnik kann optimal am ersten Rohr des Außenge stänges angebracht werden, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Meßtechnik im Bereich der Führung in das erste Rohr des Außengestänges integriert und zwar in einem innenseitig Ausnehmungen aufweisenden Schutz ring, der in das Rohr eingelassen ist, angeordnet ist. Auf diese Art und Weise kann die Meßtechnik dicht an die exzentrische Führung herangebracht werden, wodurch die Auswertung der jeweiligen Ergebnisse optimiert ist. Gleichzeitig ist die Möglichkeit gegeben, die notwendi gen Teile der Meßtechnik genau dort anzubringen, wo sie optimal benötigt werden, und auch eventuelle Über wachungs- und Reparaturmaßnahmen vorzunehmen, da dazu nur der Schutzring entfernt bzw. ausgewechselt werden muß. Die notwendige Meßtechnik kann dann im Schutzring vormontiert werden, so daß die notwendigen Arbeiten we sentlich vereinfacht sind. Gleichzeitig ist eine genaue Montage gesichert.

Als deutliche Vorteile sind die sicher und zugleich schnell vorzunehmende Bohrlochverlaufskorrektur auch bei Überlagerungsbohrungen und ähnlichen Bohrungen auch außerhalb des oberflächennahen Arbeitsbereiches. Damit ist die Möglichkeit gegeben, zielgenaue Bohrungen her zustellen, wobei eine ständige Überwachung des Bohr lochverlaufes möglich ist. Der dafür notwendige Aufwand ist verhältnismäßig gering. Das zielgenaue steuerbare Bohrsystem bringt somit erhebliche betriebliche und kostenmäßige Vorteile.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren wei ter erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 den im Bohrloch stehenden vorderen Bereich des Bohrgestänges im Längsschnitt und

Fig. 2 eine Vorkopfansicht im geschnitten Bereich.

Fig. 1 zeigt das übliche Bohrgestänge 1, das entweder einen Innenkanal 2 aufweisen kann oder aus Vollmaterial besteht und das vom Außengestänge 3 umfaßt ist. Über das Bohrgestänge 1 wird der notwendige Andruck und das Drehmoment übertragen, wobei der das vordere Ende des Bohrgestänges 1 bildende Bohrkopf hier nicht darge stellt ist.

Fig. 2 verdeutlicht die Anordnung des Ringes 11, d. h. zur exzentrischen Führung 10 innerhalb des Außengestän ges 3, wobei das Bohrgestänge 1, daß in der exzentri schen Führung 10 bzw. der Innenbohrung 12 geführt ist, ausgezogen als Rohr und gestrichelt als Vollmaterial wiedergegeben ist.

Das Bohrgestänge 1 und das Außengestänge 3 sind, wie aus Fig. 1 entnommen werden kann, lediglich im Rahmen der Führung 10 mit Reibschluß miteinander verbunden. Das Außengestänge 3 dreht sich somit mit dem Bohrge stänge 1 nicht mit, sondern bleibt in der vorgesehenen Stellung stehen, während sich das Bohrgestänge 1 darin dreht. Die Reibung im Bereich der Führung 10 reicht im übrigen nicht aus, um das Außengestänge 3 mitzunehmen. Damit wird das Bohrgestänge 1 durch die Exzentrizität der Führung 10 genau in die Richtung geleitet, die es für einen einwandfreien Bohrlochverlauf braucht.

Wird nun anhand der Meßtechnik ermittelt, daß der Bohr lochverlauf mit dem Vorgesehenen nicht mehr überein stimmt, so wird das Außengestänge 3 um einen ent sprechenden Betrag gedreht. Damit verändert das Bohrgestänge 1 automatisch seine Bohrrichtung und der Bohrlochverlauf kann, wie vorgesehen, verändert und korrigiert werden. Nachdem das Bohrgestänge 1 seine richtige Richtung wieder eingenommen hat, verbleibt das Außengestänge 3 in dieser Position, bis eine weitere Korrektur notwendig werden sollte. Natürlich können durch Drehen des Außengestänges 3 auch kleine Ände rungen vorgenommen werden, so daß durchaus von einer Feinjustierung gesprochen werden kann.

1 Bohrgestänge
2 Innenkanal
3 Außengestänge
4 erste Rohr von 3
5 dem Kopf zugewandtes Ende
6 Meßtechnik
7 Ausnehmung
8 Schutzring
10 Führung exzentrisch
11 Ring
12 Innenbohrung exzentrisch
13 Halte- und Zentrierschrauben
14 Halte- und Zentrierschrauben
15 Vorsprung
16 Ausnehmungen zur Bohrkleinab förderung

Claims

1. Vorrichtung zur zielgenauen Steuerung des Bohr gestänges beim Herstellen von beispielsweise Über lagerungsbohrungen mit einer Meßtechnik, wobei das den Bohrkopf tragende Bohrgestänge drehend oder drehschlagend von der Bohrmaschine beeinflußt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (1) von einem Außengestänge (3) umgeben ist, das an dem Bohrkopf zugewandten Ende (5) eine das Bohrge stänge (1) umfassende exzentrische Führung (10) aufweist und drehbar ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Außengestänge (3) vom Bohr lochmund aus drehbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Außengestänge (3) vom Drehen des Bohrgestänges (1) unbeeinflußt angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste, die Führung (10) auf weisende Rohr (4) des Außengestänges (3) zu gleich als Träger der Meßtechnik (6) dienend ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die exzentrische Führung (10) als lösbar mit dem Außengestänge (3) ver bundene Ring (11) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ring (11) über Halte- und Zentrierschrauben (13, 14) mit dem Außenge stänge (3) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 + 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßtechnik (6) im Be reich der Führung (10) in das erste Rohr (4) des Außengestänges (3) integriert und zwar in einem innenseitig Ausnehmungen (7) auf weisenden Schutzring (8), der in das Rohr (4) eingelassen ist, angeordnet ist.