EP0006656A1 - Device for winning minerals via a borehole - Google Patents

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EP0006656A1
EP0006656A1 EP79200311A EP79200311A EP0006656A1 EP 0006656 A1 EP0006656 A1 EP 0006656A1 EP 79200311 A EP79200311 A EP 79200311A EP 79200311 A EP79200311 A EP 79200311A EP 0006656 A1 EP0006656 A1 EP 0006656A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sleeve
shots
borehole
drill pipe
articulated
Prior art date
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Granted
Application number
EP79200311A
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German (de)
French (fr)
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EP0006656B1 (en
Inventor
Wouter Hugo Van Eek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stamicarbon BV
Original Assignee
Stamicarbon BV
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Filing date
Publication date
Application filed by Stamicarbon BV filed Critical Stamicarbon BV
Publication of EP0006656A1 publication Critical patent/EP0006656A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0006656B1 publication Critical patent/EP0006656B1/en
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/18—Drilling by liquid or gas jets, with or without entrained pellets
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/29—Obtaining a slurry of minerals, e.g. by using nozzles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C27/00—Machines which completely free the mineral from the seam
    • E21C27/10—Machines which completely free the mineral from the seam by both slitting and breaking-down

Definitions

  • the invention relates to a device for the extraction of minerals through a borehole, the device essentially consists of shots attached to a drill pipe and mutually articulated connected, which can be introduced into the already drilled borehole in a stretched state and from means with the help of which the wefts are then brought into a zigzag position and moved back and forth in the axial direction, while there are means at the joint connections of the wefts that loosen up the mineral outside the borehole wall and discharge it through the same borehole with the aid of thick irrigation.
  • US Pat. No. 3,961,824 describes a method in which a similar device is used.
  • the device described there shows insufficient stability under certain operating conditions. It is not always possible to distribute all forces evenly over the joint points, and it is just as impossible to allow all joint connections to deflect to the same degree.
  • the presence of the cable construction, with the help of which the shots are placed in the zigzag position the risk of damage to the cable is very great.
  • the construction becomes very complicated by using a cable.
  • the object of the present invention is also a more expedient embodiment of the device of the type described at the beginning.
  • the sleeve there are three shots which are accommodated in the sleeve in the stretched state.
  • the sleeve is then provided on opposite sides with longitudinal slots through which the three shots can be moved to opposite sides in a zigzag position.
  • the middle shot has a pivot point that can be displaced in the axial direction relative to the sleeve, so that the opposite shots always protrude to the same extent on both sides of the sleeve.
  • the slots sometimes extend so far that the middle shot can be brought almost perpendicular to the sleeve.
  • the sleeve will be of tubular design and have such a diameter that the tube can easily be pushed to the end of the bore even in the case of an oblique bore.
  • the shots are of such a length that their width in the zigzag position is a multiple of the sleeve diameter. This width may vary and may exceed the diameter of the sleeve by some, but also by 20 m or more.
  • the mineral loosening agent can consist of chisels attached to the joint connections of the shots. Because rinsing liquid is required to discharge the detached mineral through the borehole, nozzles are preferably arranged at the articulation points, which process the material by means of a jet pipe effect. This means that hard coal can be loosened up fairly easily using liquid jets.
  • the invention is thus characterized in that the means for loosening a mineral substance consist of liquid nozzles which are attached close to the articulated connections or on the articulation points of the shots, in such a way that the liquid jet is directed away from the sleeve. It makes sense to guide the liquid through the shots to the nozzle parts.
  • the shots are hollow. It is advisable not to pass the fluid through the joints, which in this case must have a complicated construction and can therefore easily become blocked.
  • the joints are preferably designed as completely closed ball bearings. Flexible high pressure hoses are used so that the fluid flowing through the shots can still pass through the articulated connections. The hoses are located on the inside of the joints so that they are not easily damaged.
  • the sleeve remains fixed in the original borehole. It can happen that such an amount of mineral is taken away that the sleeve is no longer stable in the resulting space.
  • the reaction forces of the spray nozzles act in such a way that a moment acts on the device, which in this case is insufficiently absorbed.
  • the use of only two shots, which are in the stretched state in the sleeve fitting into the borehole, is preferred and the sleeve has only a single longitudinal slot through which the two shots can protrude. In this case, only a single nozzle or a set of nozzles is used and a channel is only attached to one side of the borehole. The sleeve leans completely against the unworked borehole wall. Also in other ways, e.g. unwanted reaction forces can be intercepted with the help of a guide installed in the borehole.
  • the means interacting with the sleeve, which can axially stress the outer shots consist of a hydraulically excited plunger, which interacts with the sleeve and exerts an axial force on the shot facing the drill pipe via an articulated connection, the last shot facing away from the drill pipe is articulated on the end of the sleeve.
  • the plunger is sealed against a sleeve which can be screwed to the lower part of the drill pipe, the thread of the screw thread being that of the connections of the drill pipe opposite, the sleeve is rotatably mounted relative to the sleeve and shots, and an abutment on the sleeve limits the stroke length of the plunger with respect to the sleeve.
  • the plunger must be hollow so that liquid can flow through the drill pipe to the shots. The plunger, which is displaced towards the shots by the action of the liquid pressure, exerts an axial pressure on these shots.
  • the shots are swung out.
  • the stroke length of the piston is limited by the stop on the sleeve. If the sleeve is axially adjusted by turning the drill pipe, the stop moves at the same time, which also changes the swivel angle of the shots.
  • the channels are formed by the action of the water jets and by moving the drill pipe back and forth on the surface of the day.
  • the sleeve attached to the rod with the swung-out shots consequently moves back and forth in the mineral mountains and long channels form on both sides of the borehole due to the action of the water jets (or in special cases, as already discussed, on only one side of the borehole ).
  • the piston and thus sleeve and sleeve can be moved back and forth over a length which corresponds to the effective length of the Cylinder corresponds.
  • a large length for example in the order of a few tens of meters, does not pose any problems.
  • Fig. 1 shows a drill string 1 in a borehole, not shown.
  • the lower part 2 consists of an adjustable hydraulic pressure mechanism with plunger 3 to be described in more detail with reference to FIG. 3.
  • This pressure mechanism is rotatably connected at 4 to the tubular sleeve 5, which forms the frame of the extraction system.
  • This sleeve 5 has longitudinal slots 6 and 7, which are mutually offset and at the same time in the longitudinal direction of the sleeve 5 with respect to each other.
  • the three shots 8, 9 and 10 can be swung out through these slots 6 and 7. In this example, the length of the shots 8 and 10 is approximately half that of the shot 9.
  • Shot 9 has articulated connections 9 ′′ which can be displaced in the fixed axial guide 9 ′ and which are designed as pins on both sides of the associated shot 9. The middle of this The shot, based on the sleeve 5, remains fixed thereby.
  • Shot 8 is articulated at 4 with plunger 3 connected;
  • Shot 10 is articulated at 12 on end part 11 of sleeve 5 and shots 8, 9 and 10 are connected to one another by articulated connections 13 and 14.
  • nozzles or nozzle sets 15 and 16 are arranged in such a way that the liquid jet emerging from these nozzles is directed as perpendicularly as possible from the sleeve 5.
  • Sleeve 5 and all accessories are introduced into the borehole using the drill pipe 1 to extract mineral (e.g. hard coal).
  • the shots 8, 9 and 10 are then folded together in the sleeve 5 (see Fig. 1).
  • liquid is fed to the nozzles 15 and 16 under high pressure through boring bar 1, plunger 3 and shots 8 and 9.
  • the sleeve 5 is moved back and forth by the upward and downward movement of the linkage 1. Due to the action of the liquid jets emerging from the nozzles 15 and 16, material is detached from the borehole wall, so that shallow channels are formed on both sides of the borehole.
  • the shots 8, 9 and 10 are then brought into the zigzag position shown in FIG. 2 by controlling the pressure mechanism and the action of the plunger 3. The shots are already partially in the channels formed.
  • the channel length is determined by the stroke length of the sleeve 5 and also by the possibilities of the mechanism for moving the drill pipe 1.
  • the loosened material is discharged together with the liquid from the nozzles 15 and 16 through the annular space of the borehole.
  • Shots 8, 9 and 10 can be removed as a unit.
  • the catch head 20 shown in FIG. 3 on the piston 3, with the aid of which the pivotable part is pulled out completely with the aid of a catch device introduced through the pipe linkage using a rope.
  • Fig. 3 shows a possible embodiment of an adjustable hydraulic pressure mechanism for the swing-out shots 8, 9 and 10.
  • the sleeve 5 is rotatably connected at 21 to the lower part 22 of the drill pipe 1 or a corresponding part (40).
  • This part 22 is equipped on the inside with a left screw thread 23 with a large pitch. This thread works together with the corresponding screw thread 24 of the bush 25.
  • the piston 3 can move axially in the sleeve 25. This piston is sealed with one or more O-rings 26 against the bush.
  • the piston 3 is articulated to the swing-out shot 8, as shown in FIGS. 1 and 2. If the plunger 3 (with the pressure valve 27 still closed) is supplied with liquid pressure through the drill rod 1, it moves in the direction of the wefts 8, 9 and 10, which thereby pivot out. They swing out until the plunger 3 with the collar 28 hits the edge 29 of the sleeve 25. Due to the increase in the liquid pressure, valve 27 will open so that the liquid has access to the nozzles 15 and 16 through pistons 3 and the wefts 8 and 9. The entire device is then moved back and forth, the above-mentioned channels forming or existing channels being enlarged.
  • drill rods 1 and thus also part 22 are rotated to the right.
  • the sleeve 25 cannot turn.
  • the piston 3 is namely articulated on one side with the shots 8, 9 and 10. These shots are fixed in the resulting gutter.
  • the plunger 3 cannot rotate.
  • Wedge 30 of the bush 25, which cooperates with this piston in a keyway 31 of the piston 3, ensures that the bush 25 cannot rotate either.
  • the rotation of the drill pipe 1 has the consequence that the sleeve moves towards the sleeve 5.
  • the stop 29 is also displaced and the piston 3 can move further towards the sleeve 5, so that the wefts 8, 9 and 10 also swing out further.
  • the piston 3 is equipped with a catch head 20, so that this and the shots from the Borehole can be removed.
  • the head 20 has a passage opening 32 for the liquid.
  • the check valve 45 opens by increasing the pressure in the annular space Liquid will push the extraction system upwards in its entirety and be held back by the stop 45. Then, by increasing the liquid pressure in the drill pipe 1, i.e. during the jet effect of the swung-out shots, the entire system will move in the opposite direction. The liquid will slowly leave the space 48 through narrow openings in the nozzles until the piston 50 is stopped by the stops 44 and 46. As a result of the pressure effect and friction between the two stops, part 40 can turn around with the drill string 1, as a result of which the shots 8, 9 and 10 can swing out further.
  • the empty space 48 can fill again when the pressure in the pipe string is relieved and increases again in the annular space, whereby the swung-out shots are first moved into the extended position and then the spring of the shut-off valve 45 is pressed in so much that this Valve opens and liquid flows into space 48 again. This initial situation has already been mentioned above.
  • a 56 cm drill hole is drilled from the surface of the day using an inclined drilling tower at an angle of 30 °.
  • a 40.6 cm standpipe is concreted in at a depth of 230 m.
  • a 37.5 cm hole is drilled in the strike and the inclination of the borehole is increased by 2 degrees every 30 m, using modern inclined drilling machines.
  • a borehole inclination of 80 0 is reached.
  • a 1 m thick seam is drilled with an inclination of approx. 10 0 , corresponding to the strike of the borehole.
  • a 27.3 cm long lining pipe is now cemented and the bore continues in the direction of the seam inclination.
  • a 24.8 cm chisel with nozzle parts can be used to loosen up the coal in a seam length of 1000 m. Because hard coal is generally easier to loosen by spraying than the bedrock, the chisel will preferably follow the seam falling. Most of the time, the seam can be found again after any faults with the help of the known inclined drilling devices.
  • a 21.9 cm guide tube is now inserted with the help of 11.4 cm rotary drill pipes to the end of the 1000 m long scratch area.
  • a number of devices according to the invention are used with increasing lengths. In this calculation example, only the last phase is considered, where the gutter van 10 is extended to 20 m.
  • the sleeve 5 has an outer diameter of 14 cm. This does not apply to cylinder 50, whose outer diameter is 11.4 cm.
  • the drill pipe 1 attached to the 11.4 cm rotary drill consists of a 17.8 cm 'extreme line' lining pipe. If the Shots 8, 9 and 10 can swing out at a maximum angle of 60 with respect to each other, the length of the longest swiveling shot is 23 m and that of the shorter swiveling shots 11.50 m.
  • Attachments are used to mount the nozzle parts, which are attached as close as possible to each of the two protruding articulation points on the swiveling shot.
  • Each attachment has seven nozzles arranged in an arc, each with a cross section of 3 mm.
  • a reaction force of 970 N is triggered at a liquid pressure drop of 20 MPa.
  • the nozzles must be mounted in the attachment in such a way that they are as close as possible to the joint. In order to achieve a pressure drop of 20 MPa, a quantity of 1.1 m water per minute is circulated.
  • the hydraulic capacity of the nozzles against the coal wall is approximately 365 kW.
  • the pressure losses in the rotary drill are approximately 1.0 PMa and 0.05 MPa in the annular space.
  • the turbulent flow in the annular space is still able to convey coal particles of 2 cm in diameter, so that the loosened material is not difficult to remove.
  • the necessary assets are supplied by the liquid, so there is no need for an electrical cable, as mentioned in the American patent mentioned.
  • the energy requirement corresponds to the energy expenditure recorded in a traditional coal mine.
  • the forces acting on the shots can be calculated from the frictional resistance between the seam and scratches. Assume this number is 0.4. If, in the case of an inclination of 10 °, the weight of the device is able to partially remove the friction, it can be calculated whether the shots are subjected to a compressive or a pulling force. It can now be seen that the lower shot has a pressure effect of 755 N at the moment when it starts to work, ie with a channel width of 10 m. A pressure of 176 N acts on this shot when the channel has become 20 m wide. Because a 11.50 m long shot before reaching pressure point of this size is of course acceptable. In the case of a 10 m wide channel, the second and longest swiveling shot has a pressure of 1167 N.
  • the pressure is still 814 N.
  • the upper shot has a pressure of in the case of a 10 m wide channel 1285 N and a pressure of 471 N for a 20 m wide channel.
  • it is also possible to reduce the coefficient of friction for example by applying a zinc layer to the swiveling steel sections or by using plastics or other means which reduce the friction.
  • An additional advantage is that the swing-out shots are subject to less wear.
  • a pressure drop in the order of 20 MPa in the nozzles should be preferred for coal extraction.
  • the effective distance can be four to twelve times the nozzle diameter, i.e. approx. 1.2 to 3.6 cm.
  • the flow at the joint opposite to the nozzles will decrease by 100% and in the middle of the nozzles by 75%, which is sufficient to loosen up the mineral.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Mineralien durch ein Bohrloch, welche Vorrichtung im wesentlichen aus an einem Bohrgestänge befestigten und gegenseitig gelenkig verbundenen Schüssen (8, 9, 10) besteht, die in gestrecktem Zustand in das bereits im mineralen Gestein niedergebrachte Bohrloch eingebracht werden können und aus Mitteln, mit deren Hilfe die Schüsse anschließend in Zick-Zack-Position gebracht und in axialem Sinne hin- und herbewegt werden, während es an den Gelenkverbindungen der Schüsse Mittel gibt, die das Mineral außerhalb der Bohrlochwandung auflockern und mit Hilfe von Dickspülung durch dieselbe Lochbohrung abführen. Die vorliegende Erfindung kennzeichnet sich besonders dadurch, daß sich die gegenseitig gelenkig verbundenen Schüsse in gestrecktem Zustand in einer in das Bohrloch hineinpassenden Hülse (5) befinden, welche einen oder mehr Längsschlitze (6, 7) aufweist, durch die die Schüsse aus der Hülse hinausragen können, wobei sie durch mit der Hülse zusammenwirkende Mittel, die eine axiale Kraft auf die äußeren Schüsse ausüben können, umgeknickt werden. Die axiale Bewegung der Vorrichtung kann durch einen hydraulischen Druckzylinder (1, 48, 50) in der Nähe der Hülse hervorgerufen werden.The invention relates to a device for extracting minerals through a borehole, the device essentially consisting of shots (8, 9, 10) fastened to a drill pipe and mutually articulatedly connected, which are introduced in the stretched state into the borehole already drilled in the mineral rock can and from means with the help of which the shots are subsequently brought into a zigzag position and moved back and forth in the axial sense, while there are means at the articulated connections of the shots which loosen the mineral outside the borehole wall and with the aid of thick rinsing discharge through the same hole. The present invention is particularly characterized in that the mutually articulated shots are in the stretched state in a sleeve (5) which fits into the borehole and has one or more longitudinal slots (6, 7) through which the shots protrude from the sleeve can be bent, by means cooperating with the sleeve, which can exert an axial force on the outer shots. The axial movement of the device can be brought about by a hydraulic pressure cylinder (1, 48, 50) in the vicinity of the sleeve.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Mineralien durch ein Bohrloch, welche Vorrichting im wesentlichen besteht aus an einem Bohrgestänge befestigten und gegenseitig gelenkig verbundenen Schüssen, die in gestrecktem Zustand in das bereits mineralen Gestein niedergebrachten Bohrloch eingebracht werden können und aus Mitteln, mit deren Hilfe die SchUsse anschliessend in Zick-Zack-Stellung gebracht und in axialer Richtung hin- und herbewegt werden, während es an den Gelenkverbindungen der SchUsse Mittel gibt, die das Mineral ausserhalb der Bohrlochwandung auflockern und mit Hilfe von DickspUlung durch dieselbe Lochbohrung abfuhren.The invention relates to a device for the extraction of minerals through a borehole, the device essentially consists of shots attached to a drill pipe and mutually articulated connected, which can be introduced into the already drilled borehole in a stretched state and from means with the help of which the wefts are then brought into a zigzag position and moved back and forth in the axial direction, while there are means at the joint connections of the wefts that loosen up the mineral outside the borehole wall and discharge it through the same borehole with the aid of thick irrigation.

In der amerikanischen Patentschrift 3.961.824 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine ähnliche Vorrichtung eingesetzt wird. Die dort beschriebene Vorrichtung zeigt allerdings unter bestimmten Einsatzbedingungen eine unzureichende Stabilität. Es lassen sich nicht stets sämtliche Kräfte gleichmäsig Uber die Gelenkstellen verteilen und ebensowenig ist es möglich, sämtliche Gelenkverbindungen in gleichem Grade durchbiegen zu lassen. Ausserdem ist durch die Anwesenheit der Kabelkonstruktion, mit deren Hilfe die SchUsse in die Zick-Zack-Position gestellt werden, die Gefahr einer Beschädigung des Kabels sehr gross. Ferner wird die Konstruktion durch Einsatz eines Kabels sehr kompliziert. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist dennauch eine zweckmässigere AusfUhrungsform der Vorrichtung von der eingangsbeschriebenen Art. Dies lässt sich erfindungsgemäss verwirklichen, wenn sich die gelenkig miteinander verbundenen Schüsse in in gestrecktem Zustand innerhalb einer in die Lochbohrung hineinpassende Hülse befinden, welche ein oder mehr Längsschlitze aufweist, durch die die Schüsse aus der Hülse hinausragen können, und anschliessend durch mit der Hülse zusammenwirkende Mittel, die eine axiale Kraft auf die äusseren Schüsse ausüben, ausgeknickt werden.US Pat. No. 3,961,824 describes a method in which a similar device is used. However, the device described there shows insufficient stability under certain operating conditions. It is not always possible to distribute all forces evenly over the joint points, and it is just as impossible to allow all joint connections to deflect to the same degree. In addition, the presence of the cable construction, with the help of which the shots are placed in the zigzag position, the risk of damage to the cable is very great. Furthermore, the construction becomes very complicated by using a cable. The object of the present invention is also a more expedient embodiment of the device of the type described at the beginning. This can be achieved according to the invention if the articulated shots are in are in the stretched state within a sleeve fitting into the hole, which has one or more longitudinal slots through which the shots can protrude from the sleeve, and then be bent by means interacting with the sleeve and exerting an axial force on the outer shots .

Gemäss eine Ausführungsform gibt es drei Schüsse, die in gestrecktem Zustand in der Hülse untergebracht sind. Die Hülse ist dann an gegenüber einander liegenden Seiten mit Längsschlitzen versehen, durch die die drei Schüsse nach entgegengesetzten Seiten in Zick-Zack-Position versetzt werden können. Der mittlere Schuss hat einen in axialer Richtung verlagerbaren Drehpunkt zur HUlse, so dass die entgegengesetzten Schüsse stets in gleichem Masse beidseitig der Hülse hinausragen. Die Schlitze erstrecken sich manchmal so weit, dass der mittlere Schuss fast senkrecht zur Hülse gebracht werden kann.According to one embodiment, there are three shots which are accommodated in the sleeve in the stretched state. The sleeve is then provided on opposite sides with longitudinal slots through which the three shots can be moved to opposite sides in a zigzag position. The middle shot has a pivot point that can be displaced in the axial direction relative to the sleeve, so that the opposite shots always protrude to the same extent on both sides of the sleeve. The slots sometimes extend so far that the middle shot can be brought almost perpendicular to the sleeve.

Die Hülse wird verzugsweise rohrformig ausgebildet sein und einen solchen Durchmesser aufweisen, dass das Rohr sogar bei Schrägbohrung leicht bis ans Ende der Bohrung geschoben werden kann. Die SchUsse haben eine solche Länge, dass deren Breite in Zick-Zack-Position insgesamt ein Vielfaches des HUlsendurchmessers beträgt. Diese Breite kann ggf. schwanken und den Durchmesser der Hülse um einiges aber auch um 20 m oder noch mehr übersteigen.The sleeve will be of tubular design and have such a diameter that the tube can easily be pushed to the end of the bore even in the case of an oblique bore. The shots are of such a length that their width in the zigzag position is a multiple of the sleeve diameter. This width may vary and may exceed the diameter of the sleeve by some, but also by 20 m or more.

Die Mittel zum Auflockern des Minerals; können aus an den Gelenkverbindungen der Schüsse angebrachten Meisseln bestehen. Weil zur Abführung des losgelösten Minerals durch das Bohrloch SpUlflüssigkeit erforderlich ist, sind an den Gelenkstellen vorzugsweise Düsen angeordnet, die das Material durch Strahlrohrwirkung bearbeiten. So lässt sich Steinkohle ziemlich leicht mittels Flüssigkeitsstrahlen auflockern.The mineral loosening agent; can consist of chisels attached to the joint connections of the shots. Because rinsing liquid is required to discharge the detached mineral through the borehole, nozzles are preferably arranged at the articulation points, which process the material by means of a jet pipe effect. This means that hard coal can be loosened up fairly easily using liquid jets.

Die Erfindung kennzeichnet sich somit dadurch, dass die Mittel zum Auflockern eines mineralen Stoffs aus Flüssigkeitsdüsen bestehen, die dicht bei den Gelenkverbindungen oder auf den Gelenkstellen der Schüsse angebracht sind und zwar derart, dass der Flüssigkeitsstrahl von der Hülse abgerichtet ist. Es liegt nahe, die Flüssigkeit durch die Schüsse hindurch zu den Düsenteilen zu führen. Die Schüsse sind dazu hohl ausgebildet. Es empfehlt sich, die FlUssigkeit nicht durch die Gelenke zu fuhren, die in diesem Falle eine komplizierte Konstruktion haben müssen und sich somit leicht verstopfen können. Die Gelenke sind vorzugsweise als völlig geschlossenen Kugellager ausgefUhrt. Damit die durch die Schüsse hindurchströmende Flüssigkeit trotzdem die Gelenkverbindungen passieren können, werden flexible Hochdruckschläuche benutzt. Die Schläuche sind an der Innenseite der Gelenke angeordnet, damit sie nicht leicht beschädigt werden.The invention is thus characterized in that the means for loosening a mineral substance consist of liquid nozzles which are attached close to the articulated connections or on the articulation points of the shots, in such a way that the liquid jet is directed away from the sleeve. It makes sense to guide the liquid through the shots to the nozzle parts. The shots are hollow. It is advisable not to pass the fluid through the joints, which in this case must have a complicated construction and can therefore easily become blocked. The joints are preferably designed as completely closed ball bearings. Flexible high pressure hoses are used so that the fluid flowing through the shots can still pass through the articulated connections. The hoses are located on the inside of the joints so that they are not easily damaged.

Weil die im mineralen Gestein gebildeten Rinnen gewöhnlich weniger hoch sind als das Bohrloch, bleibt die Hülse im ursprünglichen Bohrloch fixiert. Es kann geschehen, dass eine solche Menge Mineral weggenommen wird, dass die Hülse nicht mehr stabil im so entstandenen Raum liegt. Die Reaktionskräfte der SpritzdUsen greifen in der Weise an, dass auf die Vorrichtung ein Moment einwirkt, das in diesem Falle unzureichend aufgegangen wird. Manchmal hat die Anwendung von nur zwei SchUssen den Vorzug, die sich in gestrecktem Zustand in der in das Bohrloch hineinpassende Hülse befinden und weist die HUlse nur einen einzigen Längsschlitz auf, durch den die zwei Schüsse hinausragen können. In diesem Fall bedient man sich nur eine einzigen Düse oder eines DUsensatzes und wird nur an einer Seite des Bohrlochs eine Rinne angebracht. Die HUlse stutzt sich ganz an der nicht bearbeiteten Bohrlochwandung. Auch auf andere Weise, z.B. mit Hilfe einer im Bohrloch angebrachten Führung lassen sich ungewünschte Reaktionskräfte abfangen.Because the channels formed in the mineral rock are usually less high than the borehole, the sleeve remains fixed in the original borehole. It can happen that such an amount of mineral is taken away that the sleeve is no longer stable in the resulting space. The reaction forces of the spray nozzles act in such a way that a moment acts on the device, which in this case is insufficiently absorbed. Sometimes the use of only two shots, which are in the stretched state in the sleeve fitting into the borehole, is preferred and the sleeve has only a single longitudinal slot through which the two shots can protrude. In this case, only a single nozzle or a set of nozzles is used and a channel is only attached to one side of the borehole. The sleeve leans completely against the unworked borehole wall. Also in other ways, e.g. unwanted reaction forces can be intercepted with the help of a guide installed in the borehole.

Die mit der Hülse zusammenwirkenden Mittel, die die äusseren SchUsse axial beanspruchen können, bestehen aus einem mit der HUlse zusammenwirkenden hydraulisch erregten Tauchkolben, der Uber eine Gelenkverbindung eine axiale Kraft auf den dem Bohrgestänge zugewandten Schuss ausübt, wobei der letzte - vom Bohrstänge abgewandte - Schuss sich gelenkig auf das HUlsenende abstützt.The means interacting with the sleeve, which can axially stress the outer shots, consist of a hydraulically excited plunger, which interacts with the sleeve and exerts an axial force on the shot facing the drill pipe via an articulated connection, the last shot facing away from the drill pipe is articulated on the end of the sleeve.

Es ist notwendig der Grösse der Ausschwenkbewegung der SchUsse zu beherrschen. Dies lässt sich auf einfache Weise verwirklichen, wenn der Tauchkolben gegen eine BUchse abgedichtet ist, die mit dem unteren Teil des Bohrgestänges verschraubt werden kann, wobei der Gang des Schraubengewindes dem der Verbindungen des Bohrgestänges entgegengesetzt ist, die BUchse drehbar gegenüber Hülse und Schüssen gelagert ist, und ein Anschalg an der BUchse die Hublänge des Tauchkolbens in bezug auf die BUchse begrenzt. Es versteht sich, dass der Tauchkolben hohl ausgebildet sein muss, damit Flüssigkeit durch das Bohrgestänge hindurch zu den Schüssen strömen kann. Der Tauchkolben, der durch die Wirkung des Flüssigkeitsdrucks zu den Schüssen hin verlagert wird, Ubt dabei einen axialen Druck auf diese Schüsse aus. Hierdurch werden die Schüsse ausgeschwenkt. Der Hublänge des Kolbens ist aber durch den Anschlag an der BUchse begrenzt. Wird die BUchse durch Verdrehung des Bohrgestänges axial verstellt so verschiebt sich gleichzeitig der Anschlag, wobei sich auch der Ausschwenkwinkel der Schüsse ändert.It is necessary to control the size of the swing-out movement of the shots. This can be achieved in a simple manner if the plunger is sealed against a sleeve which can be screwed to the lower part of the drill pipe, the thread of the screw thread being that of the connections of the drill pipe opposite, the sleeve is rotatably mounted relative to the sleeve and shots, and an abutment on the sleeve limits the stroke length of the plunger with respect to the sleeve. It is understood that the plunger must be hollow so that liquid can flow through the drill pipe to the shots. The plunger, which is displaced towards the shots by the action of the liquid pressure, exerts an axial pressure on these shots. As a result, the shots are swung out. The stroke length of the piston is limited by the stop on the sleeve. If the sleeve is axially adjusted by turning the drill pipe, the stop moves at the same time, which also changes the swivel angle of the shots.

Die Rinnen bilden sich durch die Wirkung der Wasserstrahlen und durch Hin- und Herbewegung des Bohrgestänges an der Tagesoberfläche. Die am Gestänge befestigte Hülse mit den ausgeschwenkten Schüssen bewegt sich demzufolge im mineralen Gebirge hin und her und es bilden sich durch die Wirkung der Wasserstrahlen lange Rinnen zu beiden Seiten des Bohrlochs (oder in besonderen Fällen, wie schon besprochen, an nur einer Seite des Bohrlochs).The channels are formed by the action of the water jets and by moving the drill pipe back and forth on the surface of the day. The sleeve attached to the rod with the swung-out shots consequently moves back and forth in the mineral mountains and long channels form on both sides of the borehole due to the action of the water jets (or in special cases, as already discussed, on only one side of the borehole ).

Das wichtigste Element der Erfindung im Vergleich zum wesentlichen Inhalt der amerikanischen Patentschrift 3.961.824 ist die Anwendung der HUlse mit mehrfacher Funktion und zwar:

  • 1. die ausschwenkbaren Schüsse werden auf gleicher Ebene gehalten und die auf die Gelenkverbindungen wirkenden Kräfte werden verringert;
  • 2. die zur Ausschwenkung der Schüsse erforderliche axiale Kraft wird Ubertragen;
  • 3. die Grösse der Schwenkbewegung dieser Schüsse kann begrenzt werden;
  • 4. die Vorrichtung bleibt im Betrieb gut ausgerichtet;
  • 5. es ist möglich, für die Ausführung der hin- und hergehenden Bewegung mit langem Hub eine einfache Vorrichtung zu benutzen.
The most important element of the invention compared to the essential content of the American patent specification 3,961,824 is the use of the sleeve with multiple functions, namely:
  • 1. The swing-out shots are kept at the same level and the forces acting on the articulated connections are reduced;
  • 2. the axial force required to swing out the shots is transmitted;
  • 3. The size of the swing movement of these shots can be limited;
  • 4. the device remains well aligned during operation;
  • 5. It is possible to use a simple device for performing the long stroke reciprocating motion.

In bezug auf Punkt 5 sei bemerkt, dass statt der hin- und hergehenden Bewegung des Bohrgestänges an der Tagesoberfläche - diese Bewegung ist ziemlich begrenzt - die axiale Bewegung mit Hilfe eines hydraulischen Druckzylinders hervorgerufen werden kann. Dazu wird ein Teil des Bohrgestänges, vorzugsweise der mit der obengenannten BUchse zusammenwirkende Teil, als Zylinder ausgebildet und zwar in der Weise, dass ein Teil des Bohrgestänges die Zylinderwand bildet und der mit der BUchse zusammenwirkende Teil den Tauchkolben, dessen Öffnung zum Durchgang der SchUsse gross genug ist. Indem man den FlUssigkeitsdruck im ringförmigen Raum zwischen Bohrlochwandung und Gestänge abwechselnd erhöht und ermässigt, bzw. den FlUssigkeitsdruck im Bohrgestänge gleichzeitig herabsetzt bzw. steigert, lassen sich Kolben und mithin BUchse und HUlse Uber eine Länge hin- und herbewegen, die der wirksamen Länge des-Zylinders entspricht. Eine grosse Länge, z.B. in der Grössenordnung von einigen zehn Metern, bringt keine Probleme mit sich.With regard to point 5, it should be noted that instead of the reciprocating movement of the drill pipe on the surface of the day - this movement is quite limited - the axial movement can be brought about by means of a hydraulic pressure cylinder. For this purpose, part of the drill pipe, preferably that with the above-mentioned Bushing interacting part, designed as a cylinder, in such a way that part of the drill pipe forms the cylinder wall and the part interacting with the bushing is the plunger, the opening of which is large enough to pass the shots. By alternately increasing and reducing the liquid pressure in the annular space between the borehole wall and the drill pipe, or simultaneously reducing or increasing the liquid pressure in the drill pipe, the piston and thus sleeve and sleeve can be moved back and forth over a length which corresponds to the effective length of the Cylinder corresponds. A large length, for example in the order of a few tens of meters, does not pose any problems.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:

  • Fig. 1 einen Querschnitt der HUlle, in der sich die SchUsse mit Düsen in gestrecktem (zusammengeklapptem) Zustand befinden;
  • Fig. 2 den gleichen Querschnitt, jetzt aber mit den SchUssen in Zick-Zack-Stellung (ausgeschwenkt);
  • Fig. 3 einen Längsschnitt der hydraulischen Druckvorrichtung;
  • Fig. 4 einen Längsschnitt des Bewegungsmechanismus;
  • Fig. 5 einen Schnit durch die ganze Anlage.
The invention is explained with reference to a drawing. Show it:
  • 1 shows a cross section of the sheath in which the wefts with nozzles are in the extended (folded) state;
  • 2 shows the same cross section, but now with the shots in the zigzag position (swung out);
  • 3 shows a longitudinal section of the hydraulic pressure device;
  • 4 shows a longitudinal section of the movement mechanism;
  • Fig. 5 shows a section through the entire system.

Fig. 1 zeigt ein Bohrgestänge 1 in einem nicht weiter gezeichneten Bohrloch. Der untere Teil 2 besteht aus einem anhand von Fig. 3 näher zu beschreibenden einstellbaren hydraulischen Druckmechanismus mit Tauchkolben 3. Dieser Druckmechanismus ist bei 4 drehbar mit der rohrförmigen HUlse 5 verbunden, die das Gestell der Gewinnungsanlage bildet. Diese Hülse 5 hat Längsschlitze 6 und 7, die gegenüber einander und zugleich in der Längsrichtung der HUlse 5 in bezug auf einander versetzt angeordnet sind. Durch diese Schlitze 6 und 7 hindurch können die drei Schüsse 8, 9 und 10 ausgeschwenkt werden. Die Länge der Schüsse 8 und 10 beträgt in diesem Beispiel etwa die Hälfte von der des Schusses 9. Schuss 9 hat in der fixen Axialführung 9' verlagerbare Gelenkverbindungen 9", welche als Stifte zu beiden Seiten des zugehörigen Schusses 9 ausgebildet sind. Die Mitte dieses Schusses, bezogen auf die Hülse 5, bleibt dadurch fixiert. Schuss 8 ist bei 4 gelenkig mit Tauchkolben 3 verbunden; Schuss 10 stützt sich bei 12 gelenkig auf Endteil 11 der Hülse 5 und die Schüsse 8, 9 und 10 sind durch Gelenkverbindungen 13 und 14 aneinander angeschlossen. An oder nahe an den Gelenkstellen 13 und 14 sind Düsen oder DUsensätze 15 und 16 in der Weise angeordnet, dass der aus diesen Düsen austretende FlUssigkeitsstrahl möglichst senkrecht von der Hülse 5 ab gerichtet ist.Fig. 1 shows a drill string 1 in a borehole, not shown. The lower part 2 consists of an adjustable hydraulic pressure mechanism with plunger 3 to be described in more detail with reference to FIG. 3. This pressure mechanism is rotatably connected at 4 to the tubular sleeve 5, which forms the frame of the extraction system. This sleeve 5 has longitudinal slots 6 and 7, which are mutually offset and at the same time in the longitudinal direction of the sleeve 5 with respect to each other. The three shots 8, 9 and 10 can be swung out through these slots 6 and 7. In this example, the length of the shots 8 and 10 is approximately half that of the shot 9. Shot 9 has articulated connections 9 ″ which can be displaced in the fixed axial guide 9 ′ and which are designed as pins on both sides of the associated shot 9. The middle of this The shot, based on the sleeve 5, remains fixed thereby. Shot 8 is articulated at 4 with plunger 3 connected; Shot 10 is articulated at 12 on end part 11 of sleeve 5 and shots 8, 9 and 10 are connected to one another by articulated connections 13 and 14. At or near the articulation points 13 and 14, nozzles or nozzle sets 15 and 16 are arranged in such a way that the liquid jet emerging from these nozzles is directed as perpendicularly as possible from the sleeve 5.

Hülse 5 und alle Zubehörteile werden mit Hilfe des Bohrgestänges 1 zur Gewinnung von Mineral (z.B. Steinkohle) in das Bohrloch eingebracht. Die Schüsse 8, 9 und 10 sind dann in der Hülse 5 zusammengeklappt (siehe Fig. 1). Jetzt wird durch Bohrstange 1, Tauchkolben 3 und Schüsse 8 und 9 Flüssigkeit unter hohem Druck den Düsen 15 und 16 zugeführt. Gleichzeitig wird die Hülse 5 durch die auf- und abwärtsgerichtete Bewegung des Gestänges 1 hin- und herbewegt. Durch die Wirkung der aus den Düsen 15 und 16 austretenden Flüssigkeitsstrahlen wird Material aus der Bohrlochwandung losgelöst, so dass beidseitig des Bohrlochs untiefe Rinnen entstehen. Anschliessend werden durch Steuerung des Druckmechanismus und die Wirkung des Tauchkolbens 3 die Schüsse 8, 9 und 10 in die in Fig. 2 dargestellte Zick-Zack-Stellung gebracht. Die Schüsse befinden sich schon teilweise in den gebildeten Rinnen. Diese werden anschliessend durch Auflockerung neuen Materials unter gleichzeitiger Hin- und Herbewegung der Hülse 5 weiter ausgetieft. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Schuss 9 einen ziemlich grossen Winkel zur Hülse bildet; die maximale Rinnenbreite ist dann erreicht. Die Rinnenlänge wird bedingt durch die Hublänge der Hülse 5 und ferner durch die Möglichkeiten des Mechanismus zur Bewegung des Bohrgestänges 1. Das aufgelockerte Material wird zusammen mit der Flüssigkeit aus den Düsen 15 und 16 durch den ringförmigen Raum des Bohrlochs abgeführt.Sleeve 5 and all accessories are introduced into the borehole using the drill pipe 1 to extract mineral (e.g. hard coal). The shots 8, 9 and 10 are then folded together in the sleeve 5 (see Fig. 1). Now liquid is fed to the nozzles 15 and 16 under high pressure through boring bar 1, plunger 3 and shots 8 and 9. At the same time, the sleeve 5 is moved back and forth by the upward and downward movement of the linkage 1. Due to the action of the liquid jets emerging from the nozzles 15 and 16, material is detached from the borehole wall, so that shallow channels are formed on both sides of the borehole. The shots 8, 9 and 10 are then brought into the zigzag position shown in FIG. 2 by controlling the pressure mechanism and the action of the plunger 3. The shots are already partially in the channels formed. These are then deepened further by loosening up new material while simultaneously moving the sleeve 5 back and forth. This process is repeated until the shot 9 forms a fairly large angle to the sleeve; the maximum channel width is then reached. The channel length is determined by the stroke length of the sleeve 5 and also by the possibilities of the mechanism for moving the drill pipe 1. The loosened material is discharged together with the liquid from the nozzles 15 and 16 through the annular space of the borehole.

Die Schüsse 8, 9 und 10 können als eine Einheit entfernt werden. Dazu bedient man sich des in Fig. 3 dargestellten Fangkopfes 20 auf dem Kolben 3, mit dessen Hilfe der ausschwenkbare Teil völlig mit Hilfe einer durch das Rohrgestänge eingebrachten Einfangvorrichtung unter Benutzung eines Seiles hinausgezogen wird. Gleiches geschieht beim Zurückgewinnen der hochziehbaren Kernrohre, ohne dass dabei die Drehbohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt werden. Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines einstellbaren hydraulischen Druckmechanismus für die ausschwenkbaren Schüsse 8, 9 und 10. Die Hülse 5 ist bei 21 drehbar an den unteren Teil 22 des Bohrgestänges 1 oder einen entsprechenden Teil (40) angeschlossen. Dieser Teil 22 ist an der Innenseite mit linkem Schraubengewinde 23 mit grosser Ganghöhe ausgestattet. Dieses Gewinde arbeitet mit entsprechendem Schraubengewinde 24 der BUchse 25 zusammen. In der BUchse 25 kann sich der Kolben 3 axial bewegen. Dieser Kolben ist mit ein oder mehr O-Ringen 26 gegen die BUchse abgedichtet. Ausserdem ist der Kolben 3 gelenkig mit dem ausschwenkbaren Schuss 8 verbunden, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird. Wird der Tauchkolben 3 (mit noch geschlossenen Überdruckventil 27) durch das Böhrgestänge 1 mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagt, so bewegt er sich in Richtung der SchUsse 8, 9 und 10, die dadurch ausschwenken. Sie schwenken so weit aus, bis der Tauchkolben 3 mit Kragen 28 an den Rand 29 der BUchse 25 aufprallt. Durch die Zunahme des Flüssigkeitsdrucks wird sich Ventil 27 öffnen, so dass die Flüssigkeit durch Kolben 3 und die Schüsse 8 und 9 Zutritt zu den Düsen 15 und 16 hat. Die ganze Vorrichtung wird anschliessend hin- und herbewegt, wobei sich die schon genannten Rinnen bilden oder bestehende Rinnen vergrössert werden.Shots 8, 9 and 10 can be removed as a unit. For this purpose, use is made of the catch head 20 shown in FIG. 3 on the piston 3, with the aid of which the pivotable part is pulled out completely with the aid of a catch device introduced through the pipe linkage using a rope. The same happens when the retractable core pipes are recovered without the rotary drill rods being removed from the borehole. Fig. 3 shows a possible embodiment of an adjustable hydraulic pressure mechanism for the swing-out shots 8, 9 and 10. The sleeve 5 is rotatably connected at 21 to the lower part 22 of the drill pipe 1 or a corresponding part (40). This part 22 is equipped on the inside with a left screw thread 23 with a large pitch. This thread works together with the corresponding screw thread 24 of the bush 25. The piston 3 can move axially in the sleeve 25. This piston is sealed with one or more O-rings 26 against the bush. In addition, the piston 3 is articulated to the swing-out shot 8, as shown in FIGS. 1 and 2. If the plunger 3 (with the pressure valve 27 still closed) is supplied with liquid pressure through the drill rod 1, it moves in the direction of the wefts 8, 9 and 10, which thereby pivot out. They swing out until the plunger 3 with the collar 28 hits the edge 29 of the sleeve 25. Due to the increase in the liquid pressure, valve 27 will open so that the liquid has access to the nozzles 15 and 16 through pistons 3 and the wefts 8 and 9. The entire device is then moved back and forth, the above-mentioned channels forming or existing channels being enlarged.

Um die Schüsse 8, 9 und 10 noch weiter ausschwenken zu können, werden Bohrgestänge 1 und somit auch Teil 22 nach rechts gedreht. Die BUchse 25 kann nicht mitdrehen. Der Kolben 3 ist nämlich einseitig gelenkig mit den Schüssen 8, 9 und 10 verbunden. Diese Schüsse sind in der entstandenen Rinnen fixiert. Der Tauchkolben 3 kan also auch nicht drehen. Keil 30 van BUchse 25, die in einer Keilnute 31 des Kolbens 3 mit diesem Kolben zusammenwirkt, sorgt dafür, dass auch die Büchse 25 nicht drehen kann. Das Drehen des Bohrgestänges 1 hat zur Folge, dass die Büchse sich zur Hülse 5 hin verlagert. Der Anschlag 29 verlagert sich gleichfalls und der Kolben 3 kann sich weiter zur Hülse 5 hin bewegen, so dass die SchUsse 8, 9 und 10 auch weiter ausschwenken.In order to be able to swing the shots 8, 9 and 10 even further, drill rods 1 and thus also part 22 are rotated to the right. The sleeve 25 cannot turn. The piston 3 is namely articulated on one side with the shots 8, 9 and 10. These shots are fixed in the resulting gutter. The plunger 3 cannot rotate. Wedge 30 of the bush 25, which cooperates with this piston in a keyway 31 of the piston 3, ensures that the bush 25 cannot rotate either. The rotation of the drill pipe 1 has the consequence that the sleeve moves towards the sleeve 5. The stop 29 is also displaced and the piston 3 can move further towards the sleeve 5, so that the wefts 8, 9 and 10 also swing out further.

Der Kolben 3 ist mit einem Fangkopf 20 ausgestattet, damit dieser und die SchUsse auf die bereits genannte Weise aus dem Bohrloch entfernt werden können. Der Kopf 20 hat eine Durchlass- öffnung 32 für die Flüssigkeit.The piston 3 is equipped with a catch head 20, so that this and the shots from the Borehole can be removed. The head 20 has a passage opening 32 for the liquid.

Zur Hin- und Herbewegung der Hülse 5 wird das Bohrgestänge 1 an der Tagesoberfläche mechanisch durch eine Winde nach oben und nach unten bewegt. Diese Axialbewegung lässt sich besser durch einen hydraulischen im Bohrloch angebrachten Zylinder verwirklichen. Der betreffende Mechanismus ist in Fig. 4 dargestellt. Teil 40 des Bohrgestänges 1 ist jetzt nicht mehr unmittelbar an das Rohrgestänge angeschlossen, sondern wird in diesem Gestänge untergebracht. Jetzt kann der ringförmige Raum 48 zwischen den O-Ringen 41 und 42 als hohler hydraulischer Zylinder dienen. Die aus Teil 40, Hülse 5, BUchse 25, Tauchkolben 3 und den Schüssen 8, 9 und 10 bestehende Gewinnungsanlage, stützen sich auf den unteren Anschlag 43 mittels Anschlag 44. Durch Steigerung des Drucks im ringförmigen Raum öffnet sich das Rückschlagventil 45. Die hineinströmende Flüssigkeit wird die Gewinnungsanlage in ihrer Totalität nach oben drücken und vom Anschlag 45 zurückgehalten werden. Anschliessend wird durch Steigerung des Flüssigkeitsdrucks im Bohrgestänge 1, also während der DUsenwirkung der ausgeschwenkten Schüsse, die ganze Anlage sich in entgegengesetzter Richtung bewegen. Die Flüssigkeit wird den Raum 48 durch schmale Öffnungen in den Düsen langsam verlassen, bis der Kolben 50 durch die Anschläge 44 und 46 abgestoppt wird. Infolge Druckwirkung und Reibung zwischen beiden Anschlägen kann sich Teil 40 mit dem Bohrgestänge 1 herumdrehen, wodurch wie schon gesagt die Schüsse 8, 9 und 10 sich weiter ausschwenken können. Der leergedrUckte Raum 48 kann sich wieder füllen, wenn der Druck im Rohrgestänge abgelassen wird und der im ringförmigen Raum wieder zunimmt, wodurch zuerst die ausgeschwenkten Schüsse in die gestreckte Position versetzt werden und danach die Feder des Absperrventils 45 so stark eingedrückt wird, dass sich das Ventil öffnet und Flüssigkeit erneut in den Raum 48 einfliesst. Diese Anfangssituation wurde bereits oben erwähnt.To move the sleeve 5 back and forth, the drill pipe 1 is mechanically moved up and down on the surface of the day by a winch. This axial movement can be better achieved by a hydraulic cylinder mounted in the borehole. The mechanism in question is shown in FIG. 4. Part 40 of the drill string 1 is now no longer directly connected to the pipe string, but is housed in this string. Now the annular space 48 between the O-rings 41 and 42 can serve as a hollow hydraulic cylinder. The extraction system consisting of part 40, sleeve 5, sleeve 25, plunger 3 and shots 8, 9 and 10 is based on the lower stop 43 by means of stop 44. The check valve 45 opens by increasing the pressure in the annular space Liquid will push the extraction system upwards in its entirety and be held back by the stop 45. Then, by increasing the liquid pressure in the drill pipe 1, i.e. during the jet effect of the swung-out shots, the entire system will move in the opposite direction. The liquid will slowly leave the space 48 through narrow openings in the nozzles until the piston 50 is stopped by the stops 44 and 46. As a result of the pressure effect and friction between the two stops, part 40 can turn around with the drill string 1, as a result of which the shots 8, 9 and 10 can swing out further. The empty space 48 can fill again when the pressure in the pipe string is relieved and increases again in the annular space, whereby the swung-out shots are first moved into the extended position and then the spring of the shut-off valve 45 is pressed in so much that this Valve opens and liquid flows into space 48 again. This initial situation has already been mentioned above.

Der Bewegungsmechanismus und die Gewinnungsvorrichting bilden konstruktiv eine Einheit, wie Fig. 5 zeigt. Obwohl in dieser Anmeldung ausschliesslich von der Auflockerung des Materials durch die DUsenwirkung einer Flüssigkeit gesprochen wird, ist der gleichzeitige Gebrauch von Meisseln keineswegs ausgeschlossen. Es versteht sich, dass weiter noch Mittel vorgesehen sind, die Position der Schlitze in der HUlse orientieren zu können. Hierfür können bekannte Mittel und Konstruktionen aus der Ölindustrie angewandt werden.The movement mechanism and the extraction device constructively form a unit, as shown in FIG. 5. Although this application speaks only of the loosening of the material due to the jet effect of a liquid, it is the same early use of chisels is by no means excluded. It goes without saying that means are also provided in order to be able to orient the position of the slots in the sleeve. Known means and constructions from the oil industry can be used for this.

Funktionsmöglichkeit der GewinnungsanlageFunctionality of the extraction system

Von der Tagesoberfläche aus wird mit Hilfe eines schräg stehenden Bohrturms ein 56 cm grosses Bohrloch im Streichen unter einem Winkel von 30° niedergebracht. In einer Teufe von 230 m wird ein 40,6 cm grosses Standrohr einbetonniert. Im Streichen wird ein 37,5 cm grosses Loch gebohrt und die Neigung des Bohrlochs wird alle 30 m um 2 Grad vergrössert, wobei moderne Schrägbohrgeräte eingesetzt werden. In einer Teufe von 600 m unter der Tagesoberfläche und horizontal 700 m von der Mündung des Bohrlochs entfernt wird eine Bohrlochneigung von 800 erreicht. Auf dieser Teufe wird ein 1 m mächtiges Flöz angebohrt mit einer Neigung von ca. 100, entsprechend dem Streichen des Bohrlochs. Man zementiert jetzt ein 27,3 cm langes Auskleidungsrohr und führt die Bohrung weiter in Richtung des Flözneigung. Es kann z.B. zum Auflockern der Kohle in einer Flözlänge von 1000 m ein 24,8 cm grosser und mit DUsenteilen ausgestatteter Meissel eingesetzt werden. Weil sich Steinkohle im allgemeinen leichter durch Spritzen lockern lässt als das Liegendgestein, wird der Meissel vorzugsweise genau dem Flözeinfallen folgen. Meistens kann das Flöz nach etwaigen Störungen mit Hilfe der bekannten Schrägbohrungsgeräte wieder zurUckfinden.A 56 cm drill hole is drilled from the surface of the day using an inclined drilling tower at an angle of 30 °. A 40.6 cm standpipe is concreted in at a depth of 230 m. A 37.5 cm hole is drilled in the strike and the inclination of the borehole is increased by 2 degrees every 30 m, using modern inclined drilling machines. At a depth of 600 m below the surface of the day and 700 m horizontally from the mouth of the borehole, a borehole inclination of 80 0 is reached. At this depth, a 1 m thick seam is drilled with an inclination of approx. 10 0 , corresponding to the strike of the borehole. A 27.3 cm long lining pipe is now cemented and the bore continues in the direction of the seam inclination. For example, a 24.8 cm chisel with nozzle parts can be used to loosen up the coal in a seam length of 1000 m. Because hard coal is generally easier to loosen by spraying than the bedrock, the chisel will preferably follow the seam falling. Most of the time, the seam can be found again after any faults with the help of the known inclined drilling devices.

Es wird jetzt ein 21,9 cm grosses Führungsrohr mit Hilfe von 11,4 cm grossen Drehbohrrohren bis ans Ende des 1000 m langen Kratzerraums eingebracht. Angenommen, man will jetzt eine 20 m breite Rinne machen. Zur Bildung und Ausweitung dieser Rinne benutzt man eine Reihe von erfindungsgemässen Vorrichtungen mit in Länge zunehmenden Schüssen. Bei diesem Rechenbeispiel wird ausschliesslich die letzte Phase in Betracht gezogen, wo die Rinne van 10 auf 20 m ausgeweitet wird. Die Hülse 5 hat einen Aussendurchmesser von 14 cm. Ausgenommen ist hier Zylinder 50, dessen Aussendurchmesser 11,4 cm beträgt. Das an den 11,4 cm grossen Drehbohrern befestigte Bohrgestänge 1 besteht aus einem 17,8 cm grossen 'extreme line' Auskleidungsrohr. Wenn die Schüsse 8, 9 und 10 maximal unter einem Winkel von 60 in bezug auf einander ausschwenken können, beträgt die Länge des längsten schwenkbaren Schusses 23 m und die der kürzeren schwenkbaren Schüsse 11,50 m.A 21.9 cm guide tube is now inserted with the help of 11.4 cm rotary drill pipes to the end of the 1000 m long scratch area. Suppose you want to make a 20m wide gutter now. To form and expand this channel, a number of devices according to the invention are used with increasing lengths. In this calculation example, only the last phase is considered, where the gutter van 10 is extended to 20 m. The sleeve 5 has an outer diameter of 14 cm. This does not apply to cylinder 50, whose outer diameter is 11.4 cm. The drill pipe 1 attached to the 11.4 cm rotary drill consists of a 17.8 cm 'extreme line' lining pipe. If the Shots 8, 9 and 10 can swing out at a maximum angle of 60 with respect to each other, the length of the longest swiveling shot is 23 m and that of the shorter swiveling shots 11.50 m.

Zur Montage der DUsenteile dienen Aufsätze, die möglichst dicht bei jeder der zwei ausragenden Gelenkstellen auf dem schwenkbaren Schuss angebracht sind. Jeder Aufsatz hat sieben in einem Bogen angeordnete Düsen mit einem Querschnitt von je 3 mm. Bei einem Druckgefälle der Flüssigkeit von 20 MPa wird eine Reaktionskraft von 970 N ausgelöst. Die effektive Reaktionskraft wird dann infolge der bogenweisen Anordnung Dreiviertel von 970 N = 735 N je Aufsatz betragen. Die Düsen sind in der Weise im Aufsatz zu montieren, dass sie möglichst nahe am Stoss liegen. Um ein Druckgefälle von 20 MPa erreichen zu können, wird eine Menge von 1,1 m Wasser je Minute umgewälzt.Attachments are used to mount the nozzle parts, which are attached as close as possible to each of the two protruding articulation points on the swiveling shot. Each attachment has seven nozzles arranged in an arc, each with a cross section of 3 mm. A reaction force of 970 N is triggered at a liquid pressure drop of 20 MPa. The effective reaction force will then be three quarters of 970 N = 735 N per attachment due to the arched arrangement. The nozzles must be mounted in the attachment in such a way that they are as close as possible to the joint. In order to achieve a pressure drop of 20 MPa, a quantity of 1.1 m water per minute is circulated.

Das hydraulische Vermögen der Düsen gegen dem Kohlenwand beträgt ca. 365 kW. Die Druckverluste im Drehbohrer betragen ca. 1,0 PMa und 0,05 MPa im ringförmigen Raum. Die turbulente Strömung im ringförmigen Raum ist in der Lage, Kohleteilchen von 2 cm Durchmesser noch hochzufördern, so dass der Abtransport des aufgelockerten Materials keine Schwierigkeiten bereitet. Das erforderliche Vermögen wird von der Flüssigkeit geliefert, ein Elektrokabel, wie erwähnt in der genannten amerikanischen Patentschrift, erübrigt sich also. Der Energiebedarf entspricht dem in einer traditionellen Kohlenzeche zu verzeichnenden Energieaufwand.The hydraulic capacity of the nozzles against the coal wall is approximately 365 kW. The pressure losses in the rotary drill are approximately 1.0 PMa and 0.05 MPa in the annular space. The turbulent flow in the annular space is still able to convey coal particles of 2 cm in diameter, so that the loosened material is not difficult to remove. The necessary assets are supplied by the liquid, so there is no need for an electrical cable, as mentioned in the American patent mentioned. The energy requirement corresponds to the energy expenditure recorded in a traditional coal mine.

Die auf die Schüsse wirkenden Kräfte lassen sich anhand der Reibungswiderstandszahl zwischen Flöz und Kratzerschüssen berechnen. Angenommen diese Zahl beträgt 0,4. Wenn im Falle einer Neigung von 10° das Gewicht der Vorrichtung die Reibung teilweise zu beheben vermag, lässt sich berechnen, ob die Schüsse einer Druck- oder einer Ziehkraft ausgesetzt sind. Es zeigt sich nun, dass der untere Schuss im dem Augenblick, wo er zu arbeiten anfängt, d.h. bei einer Rinnenbreite von 10 m, einer Druckwirkung von 755 N ausgestzt ist. Auf diesen Schuss wirkt ein Druck von 176 N, wenn die Rinne 20 m breitgeworden ist. Weil ein 11,50 m langer Schuss vor Erreichung des Knickpunktes eine Druckkraft von 20,6 KN aufzufangen vermag, sind Druckkräfte von dieser Grösse selbstverständlich akzeptierbar. Auf den zweiten und längsten schwenkbaren Schuss wirkt im Falle einer 10 m breiten Rinne ein Druck von 1167 N. Bei einer 20 m breiten Rinne beträgt die Druckwirkung immerhin noch 814 N. Schliesslich hat der obere Schuss im Falle einer 10 m breiten Rinne ein Druck von 1285 N und bei einer 20 m breiten Rinne ein Druck von 471 N aufzufangen. Es ist aber auch möglich, den Reibungskoefizienten zu erniedrigen, z.B. durch Anbringen einer Zinkschicht auf die ausschwenkbaren StahlschUsse oder durch Benutzung von Kunststoffen oder anderen Mitteln, die eine Verringerung der Reibung bewirken. Ein zusätzlicher Vorteil dabei ist, dass die ausschwenkbaren Schüsse einem geringeren Verschleiss unterliegen.The forces acting on the shots can be calculated from the frictional resistance between the seam and scratches. Assume this number is 0.4. If, in the case of an inclination of 10 °, the weight of the device is able to partially remove the friction, it can be calculated whether the shots are subjected to a compressive or a pulling force. It can now be seen that the lower shot has a pressure effect of 755 N at the moment when it starts to work, ie with a channel width of 10 m. A pressure of 176 N acts on this shot when the channel has become 20 m wide. Because a 11.50 m long shot before reaching pressure point of this size is of course acceptable. In the case of a 10 m wide channel, the second and longest swiveling shot has a pressure of 1167 N. With a 20 m wide channel the pressure is still 814 N. Finally, the upper shot has a pressure of in the case of a 10 m wide channel 1285 N and a pressure of 471 N for a 20 m wide channel. However, it is also possible to reduce the coefficient of friction, for example by applying a zinc layer to the swiveling steel sections or by using plastics or other means which reduce the friction. An additional advantage is that the swing-out shots are subject to less wear.

Es ist auch festgelegt, wie schnell der Druckzylinder den Kratzer zuruckbewegt. Angenommen, es wirkt ein Überdruck von 20 MPa auf den Kratzer; in diesem Fall wird der Druck im Druckzylinder etwas Uber 40 MPa liegen. Bei Anwesenheit von 3 Austrittsöffnungen (49) von je 1,2 mm Durchmesser wird sich die Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/sec am Stoss entlangbewegen. Dies bedeutet im Falle eines 18 m langen Zylinders, dass der Kratzer diese Länge von 18 m in drei Minuten bewältigt. Der Kratzer kann mit Überdrucken im ringförmigen Raum vonl bis 2 MPa in die Anfangsposition zurückgebracht werden.It also specifies how quickly the impression cylinder moves the scratch back. Assume that an overpressure of 20 MPa acts on the scratch; in this case the pressure in the pressure cylinder will be a little over 40 MPa. If there are 3 outlet openings (49), each 1.2 mm in diameter, the device will move along the joint at a speed of 10 cm / sec. In the case of an 18 m long cylinder, this means that the scratch can cope with this length of 18 m in three minutes. The scratch can be returned to the starting position with overprints in the annular space from 1 to 2 MPa.

Schliesslich sei noch bemerkt, dass bei der Kohlegewinnung ein Druckgefälle in den Düsen in der Grössenordnung von 20 MPa zu bevorzugen ist. Der effektive Abstand kann das Vier- bis Zwölffache der DUsendurchmesser betragen, d.H. ca. 1,2 bis 3,6 cm. Ausserdem wird sich bei solchen Abständen die Strömung am Stoss gegenüber den Düsen zu 100% und in der Mitte der Düsen zu 75% verringern, was zum Auflockern des Minerals ausreicht.Finally, it should be noted that a pressure drop in the order of 20 MPa in the nozzles should be preferred for coal extraction. The effective distance can be four to twelve times the nozzle diameter, i.e. approx. 1.2 to 3.6 cm. In addition, at such intervals, the flow at the joint opposite to the nozzles will decrease by 100% and in the middle of the nozzles by 75%, which is sufficient to loosen up the mineral.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Mineralien durch ein Bohrloch, welche Vorrichtung im wesentlichen aus an einem Bohrgestänge befestigten und gegenseitig gelenkig verbundenen Schüssen besteht, die in gestrecktem Zustand in das bereits im mineralen Gestein niedergebrachte Bohrloch eingebracht werden können und ferner aus Mitteln besteht, mit deren Hilfe die Schüsse anschliessend in Zick-Zack-Stellung versetzt und in axialer Richtung hin- und herbewegt werden, während es an den Gelenken der Schüsse Mittel gibt, die das Mineral ausserhalb der Bohrlochwandung auflockern und mit Hilfe von Spülung durch dieselbe Lochbohrung abführen können, dadurch gekennzeichnet, dass sich die gegenseitig gelenkig verbundenen SchUsse (8, 9, 10) in gestrecktem Zustand innerhalb einer in die Lochbohrung hineinpassenden Hülse (5) befinden, welche ein oder mehr Längsschlitze (6, 7) aufweist, durch die die Schüsse (8, 9, 10) aus der Hülse (5) hinausragen können, und anschliessend durch mit der Hülse zusammenwirkende Mittel die eine axiale Kraft auf die äusseren Schüsse ausüben, geknickt werden.1. Device for the extraction of minerals through a borehole, which device consists essentially of shots attached to a drill pipe and mutually articulated shots, which can be introduced in the stretched state into the borehole already drilled in the mineral rock and furthermore consists of means with which Then the shots are moved in a zigzag position and moved back and forth in the axial direction, while there are means on the joints of the shots that loosen up the mineral outside the borehole wall and can be flushed through the same borehole with the help of flushing characterized in that the mutually articulated shots (8, 9, 10) are in the stretched state within a sleeve (5) which fits into the hole and has one or more longitudinal slots (6, 7) through which the shots (8, 9, 10) can protrude from the sleeve (5), and then cooperate with the sleeve Means that exert an axial force on the outer shots are kinked. 2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbewegung der Vorrichtung durch einen hydraulisch wirkenden Druckzylinder (1, 48, 50) in der Nähe der Hülse (5) hervorgerufen wird.2. Device according to claim 1, characterized in that the axial movement of the device is caused by a hydraulically acting pressure cylinder (1, 48, 50) in the vicinity of the sleeve (5). 3. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass es drei Schüsse (8, 9, 10) gibt, die sich in gestrecktem Zustand in der Hülse (5) befinden.3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that there are three shots (8, 9, 10) which are in the stretched state in the sleeve (5). 4. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Schuss (9) einen in axialem Sinne verlagerbaren Drehpunkt (9") zur Hülse (5) aufweist.4. Device according to claims 1 and 3, characterized in that the middle shot (9) has an axially displaceable pivot point (9 ") to the sleeve (5). 5. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die HUlse (5) rohrförmig ausgebildet ist.5. Device according to claims 1-4, characterized in that the sleeve (5) is tubular. 6. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die SchUsse (8, 9, 10) eine solche Länge haben, dass deren Breite in Zick-Zack-Stellung ein Vielfaches des HUlsendurchmessers (5) beträgt.6. Device according to claims 1-5, characterized in that the wefts (8, 9, 10) have such a length that their width in the zigzag position is a multiple of the sleeve diameter (5). 7. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Auflockern des mineralen Gesteins aus an den Gelenkstellen (13, 14) angebrachten DUsen (15, 16) bestehen, die in der Weise aufgestellt sind, dass der Flüssigkeitsstrahl von der Hülse (5) ab gerichtet ist.7. Device according to claims 1-6, characterized in that the means for loosening the mineral rock consist of nozzles (15, 16) attached to the articulation points (13, 14), which are set up in such a way that the liquid jet from the sleeve (5) is directed from. 8. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüsse (8, 9, 10) hohl sind und in FlUssigkeitsverbindung mit einander stehen.8. Device according to claims 1-7, characterized in that the wefts (8, 9, 10) are hollow and are in fluid communication with each other. 9. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Schüsse gibt, die sich im gestrecktem Zustand in der Hülse (5) befinden und die Hülse einen einzigen Langsschlitz aufweist.9. The device according to claim 1, characterized in that there are two shots which are in the stretched state in the sleeve (5) and the sleeve has a single slot. 10. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Hülse (5) zusammenwirkenden Mittel, die die äusseren Schüsse (8, 10) in axialer Richtung mit Druck beaufschlagen können, aus einem mit der Hülse (5) zusammenwirkenden hydraulisch erregten Tauchkolben (3) bestehen, der über eine Gelenkverbindung einen axialen Druck auf den dem Bohrgestänge (1) zugewandten Schuss ausübt, während sich der letzte - vom Bohrgestänge - abgewandten Schuss gelenkig auf das Ende (11) der Hülse (5) abstützt.10. The device according to claims 1-9, characterized in that the means cooperating with the sleeve (5), which can pressurize the outer sections (8, 10) in the axial direction, cooperate with the sleeve (5) there are hydraulically excited plungers (3), which exert an axial pressure on the shot facing the drill pipe (1) via an articulated connection, while the last shot - away from the drill pipe - is articulated on the end (11) of the sleeve (5). 11. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkolben (3) gegen eine BUchse (25) abgedichtet ist, die durch Schraubengewinde (24) mit dem unteren Teil des Bohrgestänges zusammenwirken kann, wobei der Gang dieses Schraubengewindes (24) dem der Verbindungen des Rohrgestänges (1) entgegengesetzt ist, während die BUchse (25) drehbar in bezug auf die Hülse (5) der Schüsse angeordnet ist, und ein Anschlag (29) auf der BUchse (25) die Hublänge des Tauchkolbens (3) in bezug auf die BUchse (25) einschränkt.11. The device according to claims 1-10, characterized in that the plunger (3) is sealed against a sleeve (25) which can cooperate with screw threads (24) with the lower part of the drill pipe, the thread of this screw thread (24 ) that of the connections of the pipe linkage (1) is opposite, while the sleeve (25) rotatable with respect to the Sleeve (5) of the shots is arranged, and a stop (29) on the sleeve (25) limits the stroke length of the plunger (3) with respect to the sleeve (25). 12. Vorrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Druckzylinder durch einen Teil (40) des Bohrgestänges (1) als Zylinderwand und einen anderen Teil (50) als Kolben gebildet wird und dass Mittel zur Bewegung des Kolbens (50) vorgesehen sind und zwar in dem Sinne, dass den Flüssigkeitsdruck im Bohrgestänge (1) bzw. im ringförmigen Raum zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwandung abwechselnd erhöht und erniedrigt wird, wobei Mittel (45) und (49) anwesend sind, die FlUssigkeit dem Zylinderraum (48) zuzuführen und wieder aus diesem Raum abzuführen.12. The device according to claim 2, characterized in that the hydraulic pressure cylinder is formed by a part (40) of the drill pipe (1) as a cylinder wall and another part (50) as a piston and that means for moving the piston (50) are provided in the sense that the fluid pressure in the drill pipe (1) or in the annular space between the drill pipe and the borehole wall is alternately increased and decreased, means (45) and (49) being present to supply the liquid to the cylinder chamber (48) and to lead away from this room again. 13. Vorrichtung, wie sie im Texte beschrieben und anhand der Zeichnung erläutert wurde.13. Device as described in the text and explained using the drawing.
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