DE870383C

DE870383C - Method and device for drilling holes

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Publication number: DE870383C
Application number: DEB17312A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-10-26
Filing date: 1951-10-26
Publication date: 1953-03-12

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Bohrungen Bohrungen in Gesteinen weichen oft von. der Richtung des gewünschten Bohrfortschrittes ab. Diese Erscheinung ist bedingt- durch Ursachen, die in der Art und Schichtung des Gesteins liegen, und durch Ursachen, die si!ch von der Art der Bohrwerkzeuge oder der Bohrmaschine herleiten.Method and device for drilling holes often deviate in rocks. the direction of the desired drilling progress. This phenomenon is conditioned by causes in the type and stratification of the Rocks lie, and by causes which differ from the type of drilling tools or derive from the drill.

Einerseits ist bei vielen: Bohrlöchern ein geradliniger Verlauf der Bohrungen erwünscht oder notwendig, z. B:. bei Vorbohrlöchern zur erleichterten Herstellung von Aufbrüchen. Hierbei müssen die Bohrlöcher, im.. der geplanten Schachtscheibe verlaufen, weil andernfalls die Bohrlöcher für den geplanten Zweck, etwa zur Erleichterung der Wetterführung, wertlos werden. Auch. bei Gefrierbohrlöchern oder Bohrlöchern zum Verpressen von Verfestigungsmitteln, wie Zement od. dgl., zur Abdichtung oder Verfestigung von Gesteinen beim Schachtabteufen ist Richtungsbeständigkeit der Bohrlöcher bis in gewissen Grenzen notwendig. Die Erfindung will diese notwendige Richtungsbeständigkeit nach einem neuen Verfahren und. mit Hilfe neuer Einrichtungen erreichen.On the one hand, with many: the boreholes have a straight course of the Drilling desired or necessary, e.g. B: with pilot holes to facilitate Making breaks. The drill holes must be in the .. of the planned manhole disc run, because otherwise the boreholes for the intended purpose, for example for relief the weather management, become worthless. Even. in the case of freeze holes or boreholes For pressing solidifying agents such as cement or the like, for sealing or Solidification of rocks when sinking a shaft is the directional stability of the boreholes necessary within certain limits. The invention seeks this necessary directional stability according to a new procedure and. with the help of new facilities.

Andererseits ist! es im Bergbau auch von. großem Vorteil., Bohrlöcher abweichend vorn der geraden in einer gekrümmten Richtung verlaufen zu. lassen, z. B, ein Bohrloch in einem ungleich einfallenden Flöz zu führen, also Bohrungen, die eine Neigung zum geradlinigen Verlauf haben, zu einer geplanten Richtungsänderung zu zwingen. Ein gekrümmter Bohrloch:verlauf ist bei: Bohrungen in Flözaufhauen oder -abhauen zur Erleichterung der Wetterführung immer .dann notwendig, wenn. das Flözeinfallen sich über ein gewisses. -Maß ändert, da bei geradlinigem Bohrlochverlauf in diesem Fall die Bohrung ins Nebengestein gerät und wertlos wird.On the other hand is! it in mining too from. great advantage., drill holes deviating from the front of the straight line in a curved direction. let, e.g. B, to drill a hole in an unevenly dipping seam, i.e. holes that have a tendency towards a straight course, towards a planned change of direction to force. A curved borehole: course is in: drilling in seams or - Always cut down to facilitate weather management. Then necessary, if. the collapse of the seams find out about a certain. -Dimension changes, as there is a straight borehole in this If the borehole gets into the bedrock and becomes worthless.

Die Erfindungsaufgabe besteht also des. weiteren darin, nach dem gleichen Verfahren und mit Hilfe der gleichen Einrichtungen, mit denen ein gewünschter geradliniger Bohrlochvorlauf erzwungen werden kann., dem Bohrloch einen: gekrümmten Verlauf geben zu können, wobei zu berücksichtigen ist, daß Einrichtungen vo,rg eschlagen wurden, einem Bohrgestänge mit Bohrer. von einem bestimmten Punkt im Bohrloch aus eine andere Richtung zu geben. Die Richtungsünvderungseinrichtun:g wandert dabei aber nicht mit unid steuert infolgedessen auch nicht kontinuierlich den Bohrlochverlauf.The task of the invention therefore consists furthermore in following the same Procedure and using the same facilities with which a desired rectilinear Borehole advance can be forced., Give the borehole a: curved course being able to, taking into account that facilities have been proposed a drill pipe with drill. from one point in the borehole to another To give direction. The direction change device: g does not move as a result, unid does not continuously control the course of the borehole.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zurr Durchführung von Bohrungen und besteht darin, mit der Bohrvorrichtung Steuerorgane zur kontinuierlichen Beeinflussung der Bohrvorrichtung zu verhnnden und die Steuerorgane nach dem gewünschten Bohrverlauf einzustellen. Das. Verfahren kann so@ durchgeführt werden,, daß mit der Bohrvorrichtung ein oder mehrere an der Bohrlochwand geführte Steuerkolben angeordnet und letztere nach dem einzuhaltenden Bohrverlauf beeinflußt werden. Die Beeinflussung kann- durch Leiter (elektrische Leiter), einzeln oder in Gruppen, vom Bohrlochmund aus erfolgen, an dem auch durch Meßdnstrumente erkennbar ist, welcher Steuerkolben derzeitig die Bohrvorrichtung stärker aus, der Bohrachse drückt.The invention relates to a method for carrying out bores and consists in controlling elements for continuous influencing with the drilling device the drilling device and the controls according to the desired drilling path to adjust. That. Procedure can be carried out in such a way that with the drilling device one or more control pistons guided on the borehole wall and the latter can be influenced according to the drilling process to be observed. The influence can- through Conductors (electrical conductors), individually or in groups, are carried out from the mouth of the borehole, which can also be recognized by measuring instruments which control piston is currently the Drilling device pushes out the drilling axis.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung erläutert. Die-Zeichnung zeigt nur einAusführungsbeispiel. Es zeigen Fig. i bis 6 eine Bohrvorrichtung zum Abwärtsbohren und Fig.7 und $ eine Vorrichtung zum Aufwärtshohren.The invention is explained with reference to the drawing. The drawing shows only one exemplary embodiment. There show Fig. I to 6 a drilling device for Downward drilling and Fig. 7 and $ a device for upward drilling.

Beim Abwärtshohren werden die, Bohrlöcher i (Fig. i) unter Anwendung vom Spülflüs:s.iglceit abwärts geführt. Beim angenommenen Ausführungsbeispiel wird eine Bohrmaschine 2 mit .Bohrkrone 3 an einem Seil 4 bis auf die Bohrlöchsode albgesenkt. Der Andruck der Bohrkrone 3 auf die Bohrlochsole erfolgt durch das Gewicht der Bohrmaschine einschließlich des Kronengewichts. An der Bohrmaschine i b@zw. ihrer Führun:gsis.tange 5 werden ein oder mehrere Halteringe 6 befestigt, die, auf ihrem Kreisumfang mit radial nach. außen ,gerichtteben Druckzylindern 7 mit Steuerkolben 8 ausgerüstet sind. Die Steuerkolben 8 tragen, wie aus den Querschnittszeichnungen der Fig. 2 und 3 erkennbar ist, an ihrem freien Ende Gleitkufen g, die sich mit dem Druck, mit dem der Steuerkolben im Zylinder hydraulisch, pneumatisich oder elektrisch beeinflüßt ist, geigen die Bohrlochwandungen pressen und die Bohrmaschine 2 so festklemmen, daß sie sich beim Rotieren der Bohrkrone 3 nicht mitdrehen kann. Damit die Bohrkrone aber dem Bohrfortschritt entsprechend einschließlich der Bohrmaschine 'nachsinken können, sind die Halteringe 6 nicht unmittelbar fest -mit der Bohrmas chine2 bzw. deren Führungsstange 5 verbunden, sondern am Haltering 6 sind Nuten angebracht, in die vorstehende Lineale io der Führungsstange 5 eingreifen. Die Energiezufuhr zur Bohrmaschine 2 und zu :den Steuerkolben 8 kann durch Schläuche i i bzw. Leiter 12, die auch als ein Kabel verlegba,r sind, erfolgen.When drilling down, the, boreholes i (Fig. I) are used from the rinsing fluid: s.iglceit downwards. In the assumed exemplary embodiment, a drill 2 with .Bohrkrone 3 on a rope 4 down to the Bohrlöchsode albgesenken. The pressure of the drill bit 3 on the borehole base is effected by the weight of the drill including the crown weight. At the drill i b @ zw. Your leadership: gsis.tange 5 one or more retaining rings 6 are attached that, on their circumference with radial to. outside, straightened pressure cylinders 7 equipped with control piston 8 are. The control pistons 8 carry, as can be seen from the cross-sectional drawings in FIG. 2 and 3 can be seen, at their free end skids g, which move with the pressure, with which the control piston in the cylinder influences hydraulically, pneumatically or electrically is, violin press the borehole walls and clamp the drill 2 so that that it cannot rotate when the drill bit 3 rotates. So that the drill bit however, as the drilling progresses, it will sink down, including the drilling machine can, the retaining rings 6 are not directly fixed -with the Bohrmas chine2 or whose guide rod 5 is connected, but grooves are attached to the retaining ring 6, engage in the protruding rulers io of the guide rod 5. The energy supply to the drill 2 and to: the control piston 8 can through hoses i i or conductors 12, which can also be laid as a cable.

Nach dem bisher beschriebenen Verfahren b.jsteht noch keine Möglichkeit, planmäßige Ab-"veichungen in der Richtung des Bohrfortschritts vorzunehmen, um sich mit dem Bohrloch z. B. dem Verlauf eines Flözes anzupassen.After the previously described procedure b.j, there is still no possibility of make scheduled deviations in the direction of drilling progress in order to be able to with the borehole z. B. to adapt to the course of a seam.

Die in den Fig. i bis 3 dargestellte Vorrichtung hat die Tendenz zur lotrechten Durchführung der Bohrung. Trifft beim Abwärtsbohren im Koblenflö@z die Bo hrkrOne 3 der Bolzirmaseh,ine 2 auf die härteren Gesteinsschichten 13 und 14 des Liegenden oder Hangenden, so wird durch die Krone auf die Bohrmaschine ein Drehmoment erzeugt, das die Bohrkrone in die weicheren Schichtren des Kohlenflözes 15 zurückdrängen möchte. Solange aber der Druckzylinder 7 der Halteringe 6, die Steuerkolben 8 gleichmäßig gegen die Bohrwand festdrücken, kann die Bohrmaschine 2 einem Bestreben., in die weicheren Gebirgsschichten abzuweichen, nicht folgen. Wenn nun die Aufgabe besteht, mit der Bo ,rung dem Kohlenflöz zu folgen, weil die Bohrung im Flöz verlaufen soll, wird gemäß Fig. 4 und in vergrößertem Maßstab in den Fig. 5 und 6, der mit zwei oder mehreren Druckzylindern 7 auf dem Umfang ausgerüstete Haltering 6 unter Zwischenschaltung eines Kugelgelenks 16 mit den Steuer- oder Druckzylindern 7 verbunden;.The device shown in Figs. I to 3 has a tendency to perpendicular implementation of the drilling. Hits when drilling downwards in Koblenflö @ z Drilling crown 3 of the Bolzirmaseh, ine 2 on the harder rock layers 13 and 14 of the horizontal or hanging wall, a torque is applied to the drill by the crown generated that push the drill bit back into the softer layers of the coal seam 15 would like to. But as long as the pressure cylinder 7 of the retaining rings 6, the control piston 8 evenly Press firmly against the drilling wall, the drill 2 can endeavor. In the to deviate from softer mountain strata, do not follow. Now if the task is to follow the coal seam with the borehole because the borehole should run in the seam, is shown in FIG. 4 and on an enlarged scale in FIGS. 5 and 6, the one with two or several printing cylinders 7 on the circumference equipped retaining ring 6 with the interposition a ball joint 16 connected to the control or pressure cylinders 7 ;.

Durch die Anordnung,des Kugelgelenks kann die Bohrvorrichtung nicht nur lotrecht" sondern auch seitliche Bewegungen hiervon ausführen. Der Winkel a kann nunmehr auch nicht allein durch das Drehmoment der Gesteinsschichten, sondern auch durch eine zusätzliche Kraft, die dem Druckkolben 5 etwa in der Form von Druckwasser zugeführt wird, unterstützt werden. Wenn z. B. der Druckkolben an der Seite des Liegenden 14 stärker beiaufsehlagt wird als der gegenüberliegende Kolben, so, wird die Bohrkrone 3 in Richtung des gezeichneten Flözverlaufes. geschwenkt, so daß das natürliche Abweichen noch maschinell unterstützt wird, wie die Figur zeigt. Es ist außerdem möglich; in Nähe: der Bohrkrone noch einen zweiten Haltering 6a anzubringen, dessen auf der Seite zum Liegenden 14 hin gelegene Steuervorrichtung 7 ebenfalls stärker mit Druckmittel beaufschlagt wird als die gegenüberliegende Steuervorrichtung.Due to the arrangement of the ball joint, the drilling device cannot only perpendicular "but also make lateral movements from it. The angle a can now not only through the torque of the rock layers, but also by an additional force that the pressure piston 5 in the form of pressurized water is fed, supported. If z. B. the plunger on the side of the Lying 14 is more strongly supported than the opposite piston, so, will the drill bit 3 in the direction of the seam course drawn. pivoted so that the natural deviation is still mechanically supported, as the figure shows. It is also possible; in the vicinity: to attach a second retaining ring 6a to the drill bit, its control device 7 located on the side facing the recumbent 14 also is acted upon more strongly with pressure medium than the opposite control device.

Wenn die Steuervorrichtungen 7 auf der Bohrlochwand zurückgezogen, werden, gleiten die Haltevorrichtungen 6 an ihren Linealen io und, der Führungsstange 5 bzw. die Bohrmaschine i2 bis zu deinem Anschlag, z. B@ 17, herunter und ermöglichen dadurch ein Weiterbohren mit Führungselementen zur Beeinflussung der Bohrrichtung: An den Meßinstrumenten am Bohrlochmund kann festgestellt werden, wie stark der Druck in den einzelnen Druckzylin.deirn ist., um so auch am Führerstand beim Bohrlochan.fang den Bohrverlauf verfolgen: zu können, wozu auch noch andere bekannte Hilfseinrichtungen verwendbar sind.When the control devices 7 are withdrawn on the borehole wall, are, the holding devices 6 slide on their rulers io and, the guide rod 5 or the drill i2 up to your stop, z. B @ 17, down and enable as a result, further drilling with guide elements to influence the drilling direction: The measuring instruments at the mouth of the borehole can be used to determine how strong the pressure is in the individual pressure cylinder is foremost, and so is the driver's cab at the beginning of the borehole to follow the course of the borehole: being able to do what others do as well known auxiliary devices can be used.

Das Aufw:ä,rtsbohiren ist:, weil es ohne Spü dflüss,igkeit durchgeführt werden kann, vorteilhafter als das Abwärts.bohren, wenn. der Bohrverlauf beeinflußt werden kann: Die Fig. 7 zeigt eine Bohrmaschine 2 mit den Richtungssteuereinrichtuti.gen 7 und: die Bohrkrone 3, die: auf dem Bohrgestänge 18 aufgebaut ist. Ein Bohrgestänge ist in bekannter Weise an sich schon weitgehend biegsam, so daß auch übliche Bohrgestänge zur Durchführung des Bohrverfahrens nach der Erfindung verwendbar sind. Es können aber auch einige Bohrgestänge kardanisch wenig beweglich durch an sich bekannte Kardangelenke i9 verbunden werden, um eine Anpassung des Gestänges an Krümmungen im Bohrloch i zu erreichen. Damit das Bohrgestänge im Bohrloch zentral in Richtung der Bohrachse geführt wird, können an Gestängeteilen Abstandhalter 2o befestigt werden, die aus Ringen, Schleifleisten, die auch federnd sein. können, bestehen. Außerdem sind an den schon beschriebenen- Steuereinrichtungen 7 Ste-uerl:o,lb:en 8 und Kufen g angeordnet. Die Fig. 8 zeigt einen Ouerschnitt durch das Bohrloch nach der Linie a-a, in Richtung der angedeuteten Pfeile.The upside drilling is: because it is done without flushing liquid can be more beneficial than downward drilling, though. influences the drilling process can be: Fig. 7 shows a drilling machine 2 with the Richtungssteuereinrichtuti.gen 7 and: the drill bit 3, which: is built up on the drill rod 18. A drill pipe is already largely flexible in a known manner, so that also common drill rods can be used to carry out the drilling method according to the invention. It can but also some gimbal gimbals not very mobile due to known ones Universal joints i9 are connected to adapt the linkage to curvatures to reach in the borehole i. So that the drill string in the borehole centrally in the direction the drilling axis is guided, spacers 2o can be attached to rod parts that are made of rings, contact strips that are also resilient. can exist. In addition, 7 Ste-uerl: o, lb: en are on the control devices already described 8 and runners g arranged. 8 shows a cross section through the borehole according to the line a-a, in the direction of the indicated arrows.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method of drilling holes, thereby marked, d.a, ß with the drilling device control elements for continuous Influencing the drilling direction connected and the controls according to the desired: Drilling process can be set. z. Method according to claim i, characterized in that that on the drilling device one or more control pistons guided on the Bahrlochwand arranged and the latter influenced according to the drilling process to be observed: are .. 3. The method according to claims i and 2, characterized in that with the Drilling device connected by conductors individually or in groups from the control organ Borehole mouth to be operated. d .. device for carrying out a drilling process according to claim i, characterized in that connected to the drilling device: ne Guide elements are provided with controls for influencing the drilling direction. 5. Apparatus according to claim q., Characterized in that the guide elements off at the drilling device (drilling tool, guide rod, for the drilling tool, Drill bits, drill rods, etc.). Rings or pressed into rings Circle segments with radially arranged pressure pistons. 6. Device according to the claims 4 and 5, characterized in that the rings in guides on the Axial drilling device and through the interposition of joints. the heads of the control piston are also adjustable radially with respect to the drilling device. 7. Device according to claims 4 to 6, characterized in that Giestän, part of the drilling devices are gimbaled. B. Device according to claims 4 to 7, thereby characterized in that the control piston by cables or electrical conductors with connected to the borehole mouth, adjustable from this, as well as in their setting are controllable. 9. Device according to claims .4 to 8, characterized by measuring instruments at the operator's position at the beginning of the borehole, which are connected to let the control piston recognize the activity of the same.