DE4310726A1 - Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrgestänge mit einem Luftkanal zur Zufuhr von Preßluft zu einem Senkhammer- Bohrkopf, der an seinem unteren Ende eine Schlagbohrkrone und an seinem oberen Ende ein zentrisches Anschlußstück mit einer Preßluft-Zufuhröffnung aufweist.

Bei der Verwendung von Senkhammer-Bohrköpfen befindet sich der durch Preßluft angetriebene Senkhammer an der tiefsten Stelle im Bohrloch. Die zum Hammerantrieb erforderliche Preßluft wird durch das als einfaches Bohrrohr ausgeführte Bohrgestänge zugeführt. Die Preßluft tritt an der Schlagbohrkrone aus und strömt im Zwischenraum zwischen der Bohrlochwandung und dem Bohrgestänge nach oben, wobei das beim Bohren anfallende Bohrklein nach oben gefördert wird.

Um eine für die Aufrechterhaltung der Förderwirkung ausreichende Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen und aufrechtzuerhalten, müssen sehr große Preßluftmengen zugeführt werden. Beispielsweise ist es erforderlich, bei einem Bohrungsdurchmesser von etwa 380 mm und einem Bohrrohrdurchmesser von etwa 150 mm etwa 25-30 m³ Preßluft einzusetzen; damit wird die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit von etwa 30 m/sec im Ringraum zwischen dem Bohrrohr und der Bohrungswandung erreicht.

Hierfür sind Kompressoren sehr hoher Leistung erforderlich, die demzufolge einen sehr hohen Energiebedarf von beispielsweise 100 l Dieselkraftstoff pro Stunde haben. Der Betrieb der Dieselmotoren für den Antrieb der Kompressoren stellt eine erhebliche Umweltbelastung dar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bohrgestänge mit einem Senkhammer-Bohrkopf der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, daß unter Verwendung herkömmlicher Senkhammer-Bohrköpfe eine wesentliche Verringerung des Energiebedarfs erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bohrgestänge aus einem Bohrrohr mit einem zentrischen Förderkanal besteht, an dessen Umfang der Luftkanal angeordnet ist, daß zwischen dem unteren Ende des Bohrrohrs und dem Anschlußstück des Senkhammer-Bohrkopfes ein Verbindungsstück angebracht ist, das einen vom zentrischen Förderkanal des Bohrrohrs zu einer seitlichen Eintrittsöffnung verlaufenden Förderkanalabschnitt und mindestens einen vom Luftkanal des Bohrrohrs zum zentrischen Anschlußstück des Senkhammer-Bohrkopfes verlaufenden Luftkanalabschnitt aufweist, und daß im Bereich der seitlichen Eintrittsöffnung des Verbindungsstücks eine nach unten offene Schürze angeordnet ist.

Die Verwendung eines an sich bekannten Zweiwege-Bohrrohrs ermöglicht es, den zentrischen Förderkanal des Bohrrohrs zum Abtransport des Bohrkleins mittels der eingebrachten Preßluft zu verwenden. Da der Durchtrittsquerschnitt dieses zentrischen Förderkanals wesentlich geringer ist als der des Ringraums zwischen dem Bohrrohr und der Bohrungswandung wird eine für den Fördervorgang erforderliche ausreichende Strömungsgeschwindigkeit bereits mit einer wesentlich geringeren Preßluftmenge erreicht. Beispielsweise kann die Preßluftmenge und damit auch der Energiebedarf auf die Hälfte gegenüber dem herkömmlichen Verfahren verringert werden. Dadurch wird auch eine wesentliche Schonung der Umwelt erreicht.

Die für den Antrieb des Senkhammer-Bohrkopfes erforderliche Preßluft wird innerhalb des Verbindungsstückes von dem am Umfang mündenden Luftkanal nach unten zu dem zentrischen Anschlußstück des Senkhammer-Bohrkopfes geleitet. Damit wird erreicht, daß der Senkhammer-Bohrkopf weiterhin zentrisch am Bohrgestänge angebracht ist, was aus Gründen der Krafteinleitung erforderlich ist, und daß die Preßluftzufuhr weiterhin zentrisch am Anschlußstück erfolgt, so daß konstruktive Änderungen am Senkhammer- Bohrkopf nicht erforderlich sind. Deshalb können die herkömmlichen Senkhammer-Bohrköpfe unverändert verwendet werden.

Die am Anschlußstück dicht angebrachte, den Antriebsteil des Senkhammer-Bohrkopfes umgebende Schürze ist in erster Linie im Bereich unterhalb der seitlichen Eintrittsöffnung des Verbindungsstücks nach unten geöffnet, um das beim Bohren anfallende Bohrklein unmittelbar oberhalb der Schlagbohrkrone aufzunehmen. Die üblicherweise im Bohrloch anstehende Wassersäule drückt das Bohrklein mit der Preßluft in die unten offene Schürze, von wo es in einem im wesentlichen unbehinderten Strömungskanal in den zentrischen Förderkanal des Bohrrohrs gelangt und nach oben gefördert wird.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schürze ein mit dem Verbindungsstück verbundenes, nach unten offenes Rohr ist, das gegenüber dem Senkhammer-Bohrkopf zur Seite der Eintrittsöffnung hin exzentrisch versetzt ist. Dadurch wird erreicht, daß der Eintrittsquerschnitt in die Schürze unterhalb der Eintrittsöffnung des Verbindungsstücks am größten ist, wobei der gesamte zur Verfügung stehende Zwischenraum zwischen dem Senkhammer und der Bohrlochwandung ausgenützt werden kann. Dadurch können auch verhältnismäßig große Stücke des Bohrkleins ohne Schwierigkeiten weggefördert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß das Bohrrohr gegenüber der Bohrlochöffnung abgedichtet ist und der Zwischenraum zwischen dem Bohrrohr und der Bohrlochöffnung an eine Zufuhrleitung für Preßluft und/oder Wasser angeschlossen ist. Auf diese Weise ist es möglich, in dem das Bohrrohr umgebenden Ringraum einen erhöhten Druck aufrechtzuerhalten, der das Einströmen des mit Wasser und Preßluft vermischten Bohrkleins in die Schürze sowie den Fördervorgang unterstützt. Die Zufuhr von Wasser in den abgedichteten Zwischenraum kann besonders zu Anfang eines Bohrvorgangs zweckmäßig sein, wenn im Bohrloch noch kein Grundwasser ansteht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Senkhammer-Bohrkopf am unteren Ende eines Bohrgestänges und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen in einem Bohrloch angeordneten Senkhammer-Bohrkopf mit Bohrgestänge.

Das bei den dargestellten Ausführungsbeispielen verwendete, von einem (nicht dargestellten) Bohrgerät getragene Bohrgestänge 1, besteht aus einem Bohrrohr 2 mit einem zentrischen Förderkanal 3 und einem an dessen Umfang angeordneten Luftkanal 4 und wird deshalb auch als Zweiwege-Bohrgestänge bezeichnet.

Am unteren Ende des Bohrrohrs 2 ist ein Verbindungsstück 5 angebracht, vorzugsweise angeschweißt. In das Verbindungsstück 5 ist von unten ein herkömmlicher Senkhammer-Bohrkopf 6 mit seinem zentrischen Anschlußstück 7 eingeschraubt, das eine Preßluft-Zufuhröffnung 8 aufweist, durch die der Senkhammer-Bohrkopf 6 zum Antrieb seiner Schlagbohrkrone 9 mit Preßluft versorgt wird. Der Durchmesser der Schlagbohrkrone 9 ist größer als der des Bohrrohrs 2 und auch größer als der Durchmesser des Antriebsteils des Senkhammer-Bohrkopfes 6.

Im Verbindungsstück 5 verläuft ein Förderkanalabschnitt 10 vom zentrischen Förderkanal 3 des Bohrrohrs 2 schräg nach unten zu einer seitlichen Eintrittsöffnung 11.

Der Luftkanal 4 des Bohrrohrs 2 mündet in einer die obere Öffnung des Förderkanalabschnitts 10 konzentrisch umgebenden stirnseitigen Nut 12 des Verbindungsstücks 5. Von einer Umfangsstelle dieser als ringförmiger Sammelkanal wirkenden Nut 12 verläuft ein Luftkanalabschnitt 13 schräg nach unten zum zentrischen Anschlußstück 7 des Bohrkopfs 6. Wie man aus der Zeichnung erkennt, verläuft der Luftkanalabschnitt 13 angenähert parallel zum Förderkanalabschnitt 10.

Am Verbindungsstück 5 ist eine nach unten offene Schürze 14 angebracht. Diese Schürze 14 wird von einem nach unten offenen Rohr gebildet, das am Verbindungsstück 5 angeschraubt ist und gegenüber dem Senkhammer-Bohrkopf 6 zur Seite der Eintrittsöffnung 11 hin exzentrisch versetzt ist. Dadurch wird auf der Seite dieser Eintrittsöffnung 11 in geringem Abstand oberhalb der Schlagbohrkrone 9 eine Einströmöffnung 15 gebildet, die über den Förderkanalabschnitt 10 mit dem Förderkanal 3 im Bohrrohr 2 verbunden ist.

Wie in Fig. 2 mit Pfeilen angedeutet ist, strömt die Preßluft durch den Luftkanalabschnitt 13 und die Preßluft- Zufuhröffnung 8 des zentrischen Anschlußstücks 7 in den Senkhammer-Bohrkopf 6 und treibt die Schlagbohrkrone 9 zu Schlagbewegungen an. Zugleich wird das gesamte Bohrgestänge 1 mit dem daran hängenden Senkhammer-Bohrkopf 6 durch das tragende Bohrgerät gedreht.

Die Preßluft tritt durch in der Zeichnung gestrichelt angedeuteter Luftkanäle 16 nach unten aus der Schlagbohrkrone 9 aus und nimmt das anfallende Bohrklein im wassergefüllten Bohrloch in die Öffnung 15 der Schürze 14 mit. Durch das in der Schürze 14, dem Förderkanalabschnitt 10 und dem Förderkanal 3 nach oben strömende Wasser-Luft-Gemisch wird das Bohrklein mitgerissen und nach oben transportiert.

In Fig. 2 ist angedeutet, daß das Bohrrohr 2 gegenüber der Bohrlochöffnung abgedichtet ist. Hierzu ist die Bohrlochöffnung mit einem Futterrohr 17 ausgekleidet, das über eine Gleitdichtung 18 gegenüber dem Bohrrohr 2 beweglich abgedichtet ist.

In den Zwischenraum 19 zwischen dem Bohrrohr 2 und der Bohrlochöffnung mündet eine in Fig. 2 nur schematisch angedeutete Zufuhrleitung 20 für Preßluft und/oder Wasser. Dadurch kann in diesem Zwischenraum 19 ein Druck aufrechterhalten werden, der die Förderung des Bohrkleins in die Schürze 14 hinein unterstützt. Wenn im Anfangsabschnitt einer Bohrung noch kein Wasser im Bohrloch ansteht, kann über die Leitung 20 Wasser zugeführt werden, das für den Transport des Bohrkleins durch Heberwirkung mittels der Preßluft erforderlich ist.

Da der Leitungsquerschnitt des Förderkanals über die gesamte Länge der Bohrung gleichmäßig klein ist, kann eine ausreichend hohe Fördergeschwindigkeit bereits mit der Preßluftmenge aufrechterhalten werden, die für den Schlagantrieb des Senkhammer-Bohrkopfes 6 erforderlich ist. Es besteht keine Notwendigkeit, unter zusätzlichem Energieaufwand eine zusätzliche Preßluftmenge zuzuführen, die ausschließlich der Förderung des Bohrkleins dient.

Da eine ausreichende Förderwirkung für das Bohrklein unter allen Betriebsbedingungen aufrechterhalten wird, bleibt die Bohrsohle sauber, weil kein in der Schwebe befindliches Bohrklein nach unten fallen kann. Dadurch wird die Bohrwirkung der Schlagbohrkrone 9 verbessert.

Claims (7)

1. Bohrgestänge mit einem Luftkanal zur Zufuhr von Preßluft zu einem Senkhammer-Bohrkopf, der an seinem unteren Ende eine Schlagbohrkrone und an seinem oberen Ende ein zentrisches Anschlußstück mit einer Preßluft- Zufuhröffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (1) aus einem Bohrrohr (2) mit einem zentrischen Förderkanal (3) besteht, an dessen Umfang der Luftkanal (4) angeordnet ist, daß zwischen dem unteren Ende des Bohrrohrs (2) und dem Anschlußstück (7) des Senkhammer-Bohrkopfes (6) ein Verbindungsstück (5) angebracht ist, das einen vom zentrischen Förderkanal (3) des Bohrrohrs (2) zu einer seitlichen Eintrittsöffnung (11) verlaufenden Förderkanalabschnitt (10) und mindestens einen vom Luftkanal (4) des Bohrrohrs (2) zum zentrischen Anschlußstück (7) des Senkhammer-Bohrkopfes (6) verlaufenden Luftkanalabschnitt (13) aufweist und daß im Bereich der seitlichen Eintrittsöffnung (11) des Verbindungsstücks (5) eine nach unten offene Schürze (14) angeordnet ist.

2. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderkanalabschnitt (10) im Verbindungsstück (5) vom zentrischen Förderkanal (3) des Bohrrohrs (2) schräg nach unten zur seitlichen Eintrittsöffnung (11) verläuft.

3. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanalabschnitt (13) von einer die obere Öffnung des Förderkanalabschnitts (10) konzentrisch umgebenden stirnseitigen Nut (12) zum zentrischen Anschlußstück (7) des Bohrkopfs (6) verläuft.

4. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanalabschnitt (13) im Verbindungsstück (5) angenähert parallel zum Förderkanalabschnitt (10) verläuft.

5. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schürze (14) ein mit dem Verbindungsstück (5) verbundenes, nach unten offenes Rohr ist, das gegenüber dem Senkhammer-Bohrkopf (6) zur Seite der Eintrittsöffnung (11) hin exzentrisch versetzt ist.

6. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrrohr (2) gegenüber der Bohrlochöffnung abgedichtet ist und der Zwischenraum (19) zwischen dem Bohrrohr (2) und der Bohrlochöffnung an eine Zufuhrleitung (20) für Preßluft und/oder Wasser angeschlossen ist.

7. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlochöffnung mit einem Futterrohr (17) ausgekleidet ist, das über eine Gleitdichtung (18) gegenüber dem Bohrrohr (2) abgedichtet ist.