DE60215689T2 - Gesteinsbohrverfahren - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gesteinsbohrverfahren. Im Speziellen betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem die Schlagvorrichtung nur aktiviert wird, nachdem Gesteinskontakt hergestellt wurde.
• Gemäß einem bisher bekannten Verfahren, siehe EP-A-0648915, wird das Bohren durch das Starten der Rotation des Gesteinsbohrwerkzeugs und der Spülung initiiert. Danach wird die Schlagvorrichtung mit fassendem Druck gestartet und die Gesteinsbohrmaschine wird mit geringer Geschwindigkeit vorwärts zu dem Gestein geführt. Wenn das Gesteinsbohrwerkzeug das Gestein erreicht, beginnt das Bohren mit geringen Werten an Schlagdruck und Zuführungsdruck. Um ein gutes Erfassen zu erhalten, muss die Vorwärtsführung mit geringer Geschwindigkeit geschehen, was bedeutet, dass es eine vergleichsweise lange Zeit benötigt und dass das Schlagwerkzeug leeren Schlägen ausgesetzt ist, mit daraus resultierenden Risiken für Beschädigungen während dieser Zeit. Nachdem die Detektion des Gesteinskontaktes durch das Wahrnehmen des Zuführungsdrucks geschieht, treten Schwierigkeiten bei der sicheren Detektion aufgrund von Reibung zwischen dem Gesteinsbohrmaschinenschlitten und dem Zuführungsbalken auf.
• Die vorliegende Erfindung, die in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, zielt darauf ab, ein Gesteinsbohrverfahren zu schaffen, bei dem die Vorwärtsführung der Gesteinsbohrmaschine bis zum Gesteinskontakt wesentlich schneller geschehen kann, ohne dass die Ausrüstung unnötigen und schädlichen leeren Schlägen ausgesetzt wird.
• Eine Ausführungsform der Erfindung ist weiter unten mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei 1 schematisch eine Gesteinsbohrmaschine zeigt. 2 zeigt schematisch ein Steuersystem für die Gesteinsbohrmaschine.
• Die in 1 gezeigte Gesteinsbohrvorrichtung umfasst ein Maschinengehäuse 3 auf welchem ein vorderer Teil 11 befestigt ist. Die Bohrvorrichtung umfasst einen Bohrstrang enthaltend einen Satz von Röhren 1, welche in 1 dargestellt sind durch die Bohrhülse 1, die den hinteren Teil darstellt, und einen Satz von Stangen 2, welche in 1 dargestellt sind durch einen in der Maschine angeordneten Adapter 2. Im vorderen Teil des Bohrstranges ist ein Bohrkopf 31 angeordnet. Der Bohrkopf 31 wird mittels eines Satzes von Röhren rotiert, welche rotiert werden durch einen Rotationsmotor 12 über ein Antriebsrad 13, welches mit Zähnen 14 auf der Bohrhülse 1 eingreift. Ein Hammerkolben 4 ist in üblicher Weise im Maschinengehäuse 3 vor und zurück bewegbar. Der Hammerkolben überträgt seine Energie auf den Adapter 2 im Satz Stangen. Diese Energie wird dann von Stange zu Stange in dem Satz Stangen übertragen und von dem Satz Stangen auf den Bohrkopf 31. Eine Hülse 15 und ein Kolben 8 sind gleitend im Maschinengehäuse 3 angeordnet. Diese übertragen eine durch den Druck in der ersten Kammer 5 bestimmte Kraft auf den Adapter 2. Dieser Druck wirkt vorwärts auf eine Oberfläche 17. Diese Kraft wird während des Bohrens verwendet, um die Stangen im Satz Stangen zusammenzuhalten. Die Kammer 5 ist mit einem Speicher 6 verbunden, welcher mit Druckflüssigkeit aus einer Druckflüssigkeitsquelle 16 über eine Steuervorrichtung 26 und eine Leitung 22 gespeist wird. Der Kolben 8 ist mit enger Passung einführbar in eine zweite Kammer 7. Dies bedeutet, dass der Rückstoß vom Gestein effektiv gedämpft wird, weil Flüssigkeit durch den engen Schlitz zwischen dem Kolben 8 und dem Maschinengehäuse rausgepresst wird. Um Kavitation zu vermeiden, wenn sich der Kolben 8 aus der Kammer 7 hinaus bewegt, ist ein Prüfventil 9 zwischen den ersten und zweiten Kammern angeordnet und ausgerichtet, sodass es der Flüssigkeit ermöglicht wird, von der ersten Kammer 5 in die zweite Kammer 7 zu fließen. Die Kammern 5 und 7 bilden zusammen einen Rückstoßdämpfer 21. Die Gesteinsbohrmaschine ist in üblicher Weise entlang eines Führungsbalkens 32 durch einen nicht gezeigten Führungsmotor vor und zurückbewegbar. Im gezeigten Beispiel umfasst das Bohrwerkzeug einen Satz Röhren und einen darin angeordneten Satz Stangen. Das Bohrwerkzeug kann natürlich auch eine Bohrstange der herkömmlichen Art sein.
• Das Steuersystem für das in 2 gezeigte Gesteinsbohrverfahren umfasst eine mit einem Speicher 44 versehene Kontrolleinheit 34 für das Speichern von Bohrwerten. Mit der Steuereinheit 34 sind ein Sensor 35 für den Druck im Rückstoßdämpfer 21, ein Sensor 36 für den Druck im nicht gezeigten Führungsmotor, welcher die Gesteinsbohrmaschine 3 entlang des Führungsbalkens 32 bewegt, ein Sensor 37 für den Druck auf den Rotationsmotor 12 und ein Sensor für den Druck, der den Hammerkolben 4 vor und zurück antreibt, den Schlagdruck, verbunden. Die Steuereinheit 34 ist angeordnet, um eine Anzahl von Ventilen zu steuern, z. B. das Ventil 39 für die Reduzierung des Durchflusses durch den Rückstoßdämpfer 21, das Ventil 40, welches den Durchfluss zu dem Führungsmotor steuert, das Ventil 41, welches den Druck auf den Führungsmotor steuert, das Ventil 42, welches den Durchfluss durch den Rotationsmotor steuert und das Ventil 43, welches den Druck auf die Schlagvorrichtung zur Steuerung der Vor- und Zurückbewegung des Hammerkolbens 4 steuert.
• Das Gesteinsbohrverfahren wird in der gezeigten Gesteinsbohrvorrichtung in folgender Weise durchgeführt. Der Druck im Rückstoßdämpfer 21 wird durch den Sensor 35 ausgelesen und im Speicher 44 in der Steuereinheit 34 gespeichert. Dies ist der freie Dämpfdruck, der als Referenzwert verwendet wird. Danach wird die Gesteinsbohrmaschine 3 entlang des Führungsbalkens 32 zu dem Gestein 33 durch teilweises Öffnen der Ventile 40 für den Führungsdurchfluss und 41 für den Führungsdruck durch die Steuereinheit 34 geführt. Keine anderen Funktionen werden zu dieser Zeit aktiviert. Das Wesentliche an der Sache ist jedoch, dass die Schlagvorrichtung während dieser Zuführungsbewegung inaktiv bleibt. Rotationen können während dieses Vorwärtsführens in Richtung des Gesteins auftreten. In diesem Zustand wird das Erreichen des Gesteins 33 durch den Bohrkopf 31 erwartet. Das Führen in Richtung des Gesteins wird unterbrochen, wenn der Druck im Rückstoßdämpfer 21 den Referenzwert mit einem vorherbestimmten Wert übersteigt, z. B. 10 bar. Durch Senken des Dämpferdurchflusses durch das Ventil 39 kann man eine Detektion des Gesteinskontaktes bei einer geringeren Druckerhöhung als andernfalls erhalten. Wenn Gesteinskontakt dektiert wird, wird die Position der Gesteinsbohrmaschine entlang des Führungsbalkens 32 im Speicher 44 gespeichert. Danach wird die Gesteinsbohrmaschine eine geringe Distanz zurückgesetzt, sodass der Bohrkopf 31 frei von dem Gestein ist. Die Rotation und die Spülung werden aktiviert. Die Ventile 40, 41 und 42 werden geöffnet, sodass die Schlagvorrichtung mit geringem Druck aktiviert wird, fassender Druck und Vorwärtsführung werden mit geringer Geschwindigkeit gestartet. Dieses Bohren geschieht in einer kurzen Distanz vor der im Speicher 44 gespeicherten Position. Danach werden Schlagdruck und Führungsdruck während einer bestimmten Zeit auf jene Werte, die für normales Bohren verwendet werden, erhöht. Dann wird das Loch vollständig gebohrt.

Claims (3)

1. Gesteinsbohrverfahren umfassend das Vorwärtsführen einer schlagenden Gesteinsbohrmaschine (3) versehen mit einem Rückstoßdämpfer (21), in Richtung eines Gesteins (33), das Bohren einer kurzen Distanz im Gestein mit reduzierten Werten von Schlagdruck (38) und Führungsdruck (36) und anschließender Änderung auf vollen Schlagdruck und Führungsdruck, mit welchem ein Bohrloch beendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Rückstoßdämpfer (21) an der schlagenden Gesteinsbohrmaschine (3) ausgelesen wird und in einem Speicher (44) gespeichert wird, dass die schlagende Gesteinsbohrmaschine (3) in Richtung des Gesteins (33) mit inaktiver Schlagvorrichtung geführt wird, bis ein Gesteinsbohrwerkzeug (2), verbunden mit der schlagenden Gesteinsbohrmaschine, das Gestein erreicht, dass das Führen in Richtung des Gesteins unterbrochen wird, wenn der Druck (35) im Rückstoßdämpfer (21) den im Speicher (44) gespeicherten Wert um einen vorherbestimmten Wert übersteigt, und dass danach das Bohrloch mit aktiver Schlagvorrichtung und aktiver Zuführung gebohrt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Gesteinsbohrmaschine (3) entlang des Führungsbalkens (32) im Speicher (44) bei Gesteinskontakt gespeichert wird, dass die schlagende Gesteinsbohrmaschine (3) eine kurze Distanz zurückgesetzt wird und dass danach ein Bohrloch gebohrt wird.
3. Eine schlagende Gesteinsbohrmaschine angeordnet um das Verfahren gemäß der Ansprüche 1 oder 2 durchzuführen.