EP0280705B1

EP0280705B1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von bohrlöchern aus einer gegenüber der bohrlochachse abgewinkelten position heraus

Info

Publication number: EP0280705B1
Application number: EP19870905613
Authority: EP
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. Spies
Original assignee: Rudolf Hausherr & Soehne & Co KG GmbH
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1987-08-27
Publication date: 1992-02-26
Anticipated expiration: 2007-08-27
Also published as: DE3629366A1; ATE72875T1; EP0280705A1; US4905777A; WO1988001677A1; DE3776890D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern aus einer gegenüber der Bohrlochachse abgewinkelten Position heraus nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Abgewinkeltes Bohren ist überall dort notwendig und von Nutzen, wo aus beengten Räumen heraus Bohrlöcher hergestellt werden sollen, deren Länge größer ist als die geometrischer Absmessungen der Hohräume. Hierbei muß jedoch die Voraussetzung gegeben sein, daß bei enger Begrenzung der beiden räumlichen Koordinaten, in deren Ebene das Bohrloch oder die Bohrlöcher hergestellt werden sollen, in Richtung der dritten senkrecht auf dieser Ebene stehenden Koordinate hinreichender Platz für die Bohreinrichtung und den Vorschub der Bohreinrichtung vorhanden ist, welcher der Tiefe des Bohrloches entsprechen muß.
Aus den vorgenannten Gründen kommt dem abgewinkelten Bohren - vor allem im Berg- und Tunnelbau - ein sinnvoller Anwendungsbereich zu, da dort bei beengtem Querschnitt der Grubenräume in den meisten Fällen hinreichend Länge zur Verfügung steht, z.B. in Schächten, Blindschächten, Strecken, Tunneln, Aufhauen und Streben.
Wegen der eingangs beschriebenen Schwierigkeiten, vor allem im Berg- und Tunnelbau, Bohrlöcher aus beengten Räumen heraus herzustellen, deren Länge wesentlich größer als die Abmessungen der Grubenräume ist, versucht man schon seit vielen Jahren Bohreinrichtungen zu entwikkeln, mittels derer die Bohrlöcher aus einer gegenüber der Bohrlochachse abgewinkelten Position heraus hergestellt werden können. Alle diese Bemühungen waren bisher nicht erfolgreich bzw. mit Verfahrensnachteilen und relativ hohen Kosten verbunden. Zur betrieblichen Nutzung konnte keine der bisher vorgeschlagenen Einrichtungen gebracht werden.
Ein Bohrverfahren, mit dem jahrelange, bisher jedoch noch nicht erfolgreiche Betriebsversuche durchge führt wurden, bedient sich einer besonderen "flexiblen Welle ", die aus zwei ineinander angeordneten, gegenläufig gewendelten Drahtfedern mit besonderen Drahtquerschnitt besteht. Diese Welle ist im Prinzip abwinkelbar; bei Übertragung des zum Bohren notwendigen Drehmomentes soll sich die innere Schraubenwendel aufweiten, während man davon ausgeht, daß sich der Durchmesser der äußeren Schraubenwendel verringert. Hierdurch soll ein gewisser Versteifungseffekt erzielt werden. Die dem Verfahren theoretisch zugeschriebene Arbeitsweise konnte trotz langjähriger Versuche über viele aufeinander aufbauende Entwicklungsstufen hinweg für die betriebliche Nutzung bisher nicht realisiert werden.
Ein weiteres Verfahren, wie es zum Beispiel in der EP-A-0 131 771 beschrieben ist, geht davon aus, Bohrlöcher mittels der in den letzten zehn Jahren entwickelten "Höchstdruckwassertechnik" (HDW) herzustellen. Hierbei wird eine in einer außerhalb des Bohrlochs angeordneten Bohrmaschine erzeugte Drehbewegung über eine torsionssteifen, jedoch nicht biegesteifen Bohrschlauch auf eine im Bohrlochtiefsten angeordneten Bohrksone übertragen. An der Bohrkrone sind Hochdruckwaserdüssen ausgebildet, die durch den als Hochdruckschlauch ausgebildeten Bohrschlauch mit Hochdruckwasser versorgt werden. Solche Hochdruckschläuche sind flexibel und von daher gesehen für das abgewinkelte Bohren geeignet. Drehdurchführungen, die trotz der hohen Beanspruchungen zufriedenstellende Standzeiten erreichen, wurden entwickelt. Das Verfahren läßt beim derzeitigen Entwicklungsstand erwarten, daß erfolgreiche Betriebsversuche durchgeführt werden können. Obwohl mit dem Prinzip des HDW-Bohrens zum ersten Mal ein aller Wahrscheinlichkeit nach betrieblich geeignetes Verfahren zur Herstellung von Bohrlöchern aus einer abgewinkelten Position heraus entwickelt wurde, müssen doch eine Reihe von verfahrenstechnischen und kostenmäßigen Nachteilen in Kauf genommen werden. Die HDW-Technik hat viele Vorteile, sie erlaubt es jedoch nicht, Bohrlöcher mit glatten Wandungen herzustellen. Somit kann diese Technik vorzugsweise nur zur Herstellung von Ankerbohrlöchern, weniger jedoch zur Herstellung von Sprengbohrlöchern Verwendung finden. Beim ausschließlichen Bohren mit Höchstdruckwasser wird der Bohrfortschritt aufgrund der derzeit vorliegenden Erkenntnisse nicht unwesentlich geringer sein als der Bohrfortschritt beim drehenden oder drehschlagenden Bohren. Außerdem fällt beim ausschließlichen Bohren mit Höchstdruckwasser während der Bohrzeiten ein ganz erheblicher Volumenstrom an Wasser und Borhklein an, für den gesonderte Abführeinrichtungen vorgesehen werden müssen, da das die Abbaustrecken umgeben Nebengestein häufig wasserempfindlich ist, unter Wassereinwirkung einen erheblichen Rückgang der Festigtkeit aufweist und zum Quellen neigt.
Aus der US-A-2 644 669 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern aus einer gegenüber der Bohrlochachse abgewinkelten Position heraus bekannt, bei der bereits ein im Raum verfahrbarer und um unterschiedliche Achsen kipp- und drehbarer Rahmen vorgesehen ist, in dessen Axialrichtung eine Bohrmaschine hin und her verfahren ist. Die Bohrmaschine betätigt ein flexibles, zylindrisches Bohrgestänge, an dessen freiem Ende eine Bohrkrone angebracht ist. An einem Ende des Rahmens bzw. der Lafette ist eine Bogenführung befestigt, durch die das flexible Bohrgestänge aus der Drehachse der Bohrmaschine abgelenkt ist. Die Bogenführung ist als Rohr ausgebildet, wobei innerhalb des Rohres im Abstand zueinander reibungsarme Lager vorgesehen sind, gegen die das Bohrgestänge anliegt und durch die es sukzessive auf der Drehachse der Bohrmaschine herausgebogen wird.
Die Standzeiten der bei dieser bekannten Vorrichtung verwendeten flexiblen Bohrgestänge sind vergleichsweise gering, d.h., die Umlenkung des Bohrgestänges resultiert schon nach relativ kurzer Betriebszeit in bleibenden Verformungen oder Beschädigungen des Bohrgestänges oder auch der Bogenführung, so daß ein genaues Bohren nicht mehr möglicht ist. Demgemäß konnten sich auch die aus der US-A-2 644 669 bekannte oder ähnliche Vorrichtungen im tatsächlichen Betrieb nicht durchsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern aus einer gegenüber der Bohrlochachse abgewinkelten Position heraus zu schaffen, desen flexibles Bohrgestänge einerseits längere Standzeiten für die Bogenführung und andererseits die Übertragung auch von Schlagenergie ins Bohrlochtiefste ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäßen Aufbau des Bohrgestänges aus einer rohrförmigen Seele und darum herumgewickelten. Stäben führt zu einer im Vergleich zu einem zylindrischen Rohr erhöhten Flexibilität des Bohrgestänges. Die innerhalb des Bohrgestänges auftretenden Zug- bzw. Druckspannungen werden erheblich herabgesetzt. Dennoch ist das erfindungsgemäß gestaltete Bohrgestänge mit einer Steifigkeit versehen, die zur Übertragung der Momente und Kräfte ins Bohrlichtiefste ausreichend ist. Aufgrund der im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich erhöhten Flexibilität des Bohrgestänges ist dieses einer vergleichsweise geringen Abnutzung aufgrund der Umlenkung unterworfen. Darüber hinaus sind die die Bogenführung belastenden Kräfte wesentlich niedriger als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen. Die erfindungsgemäße Anordnung der Lagerböcke innerhalb der Bogenführung verhindert bleibende Verformungen des flexiblen Bohrgestänges.
Die Erfindung verfolgt den Leitgedanken, ein flexibles Gestänge ganz besonderer Ausgestaltung, welches die Übertragung von hohen Andruckkräften und hohen Drehmomenten gestattet, in einem fest vorgegebenen Bogen abzulenken und zu führen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche auf normale und damit auf bereits vorhangene Bohrlafetten aufgesetzt werden kann, ermöglicht im Gegensatz zu allen anderen bisher vorgeschlagenen Verfahren für das abgewinkelte Bohren auch die Verwendung des Drehschlag- bzw. des Schlagdrehbohrens. Diese beiden Bohrprinzipien gestatten es im Vergleich zum rein drehenden Bohren und allen anderen, im Zusammenhang mit dem abgewinkelten Bohren bisher erarbeiteten Vorschlägen, ganz erheblich höhere Bohrleistungen zu erreichen und Bohrlöcher auch in harten, schwer bohrbaren Gesteinen mit befriedigendem Bohrfortschritt herzustellen.
Die Erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich in besonderem Maße für das Herstellen von Spreng- und Ankerbohrlöchern. Es ist jedoch auch für die Herstellung von Bohrlöchern geeignet, die völlig anderen Zwecken dienen. Eine direkte Notwendigkeit, die Vorrichtung einzusetzen, ist beispielsweise beim Herstellen von Ankerbohrlöchern in Abbaustreckenvortrieben mit Teilschnittmaschinen, beim Ankern ausbruchgefährdeter Bereiche in Streben und beim Herstellen von Sprenglöchern im Liegenden aufgefahrener Abbaustrecken gegeben.
Beim Auffahren von Abbaustrecken mit Teilschnittmaschinen, in denen als ausschließlicher oder zusätzlicher Streckenausbau Gebirgsanker eingebracht werden, ist eine zeitliche Überlappung von Schneidarbeit und Einbringen des Ausbaus nur dann möglich, wenn die gesamte Ausbauarbeit auf einen relativ engen Querschnittsbereich am äußeren Rand der Strecke beschränkt wird. Das setzt voraus, daß die Ankerbohrlöcher aus einer zur Streckenachse parallelen Position heraus "um die Ecke" in das die Strecke umgebende Gebirge eingebracht und anschließend die Anker in der gleichen Weise gesetzt werden. Die Länge der Ankerbohrlöcher beläuft sich gegenwärtig auf 2,2 bis 2,5 m, längere Anker werden möglicherweise bei den in größeren Teufen zu erwartenden höheren Druckbelastungen erforderlich werden. Der am Streckenmantel zur Verfügung stehende Bereich, aus dem heraus gebohrt un geankert werden muß, hat räumliche Abmessungen von 50 bis 70 cm, d.h. die Bohrlöcher sind mindestens drei- bis fünfmal so lang wie der in der Bohrlochachse zur Verfügung stehende freie Raum.
Das gleiche gilt für Streben in geringmächtigen Flözen, in denen an ausbruchgefährdeten Stellen, insbesondere zwischen Kappe und Kohlenstoß, sowie in gebirgsmechanisch gestörten Bereichen relativ lange Gebirgsanker eingebracht werden müssen, deren Länge ein Mehrfaches der Flözmächtigkeit und damit der Streböffnung beträgt. Hier werden bisher kurze Bohrstangen eingesetzt und entsprechend dem Bohrlochfortschritt aneinander geschraubt, deren Abmessungen der Streböffnung entsprechen. Das Verfahren ist sehr zeit- und kostenaufwendig, was sich besonders aus dem Grunde negativ auswirkt, daß die Sicherungsarbeiten in ausbruchgefährdeten Bereichen sehr schnell und kurzfristig erfolgen müssen.
Ein weiterer sinnvoller Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung erschließ sich im Zuge eines Entwicklungstrends, nach dem in größeren Teufen die Abbaustrecken aus gebirgsmechanischen Gründen im Liegenden angeordnet werden müssen. Hierbei ist es wieterhin zweckmäßig, dem ergentlichen Auffahrtort der Abbaustrecke, d.h. der Stelle, an welcher der Nachriß des Liegendgesteins erfolgt, einen Kurzstreb voraus zu führen. Bei diesem Verfahren bietet es sich an, die Sprenglöcher senkrecht zur Streckenachse, d.h. in der sogenannten Strossenbauweise, herzustellen. Das ist bei der Länge der Sprenglöcher nur mit abgewinkeltem Bohren möglich. Bei geringerer Flözmächtigkeit ist es außerdem notwendig, die Ankerbohrlöcher für den vorläufigen Ausbau zwischen vorauseilendem Streb und endgültigem Streckenausbau ebenfalls mittels des abgewinkelten Bohrens herzustellen.
Vor allem im Steinkohlenbergbau der Vereinigten Staaten, Australiens und der Republik Südafrika wird zum überwiegenden Teil Örterpfeilerbau angewendet, bei dem die entstehenden Hohlkräume durch Ankerausbau gegen Hereinbrechen der hangenden Gesteinsschichten gesichert werden. Der Abbau findet vielfach in geringmächtigen Flözen statt, wobei zur Sicherung der Abbauräume Anker eingebracht werden müssen, deren Länge erheblich über der Flözmächtigkeit liegt. Auch hier ist ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des abgewinkelten Bohrens mit flexiblem Bohrgestänge gegeben.
Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Abb. 1 eine Gesamtansicht des Bohrwagens mit Bohrlafette und aufgesetzter erfindungsgemäßer Einrichtung für das abgewinkelte Bohren,
Abb. 2 das vordere Ende der Bohrlafette mit aufgesetzter Bogenführung,
Abb. 3 eine Bogenführung für das flexible Bohrgestänge unter Verwendung von Wälzlagern,
Abb. 4 eine Bogenführung für das flexible Bohrgestänge unter Verwendung einer Gleitlagerung,
Abb. 5 einen Querschnitt durch das flexible Bohrgestänge,
Abb. 6 eine Ansicht des flexiblen Bohrgestänges mit aufgesetzter Bohrkrone,
Abb. 7 einen Querschnitt durch einen Wälzlagerbock und
Abb. 8 ein Ausführungsbeispiel mit Drehdurchführung für die zusätzliche Anwendung der Höchstdruckwassertechnik.

Abbildung 1 zeigt die erfindungsgemäß Bohreinrichtung für das abgewinkelte Bohren auf einem Bohrwagen 1 mit einem dreh- und schwenkbaren Ausleger 2 und einer an dessen freiem Ende angebrachten raumbeweglichen Lafette 3. Die erfindungsgemäß Bohreinrichtung kann ebensogut auf einem Bohrwagen mit Radantrieb oder auf einer Vortriebsmaschine montiert sein, sie kann in einem Schreitgespann angeordnet oder an einer Hängebahn angebracht werden.
Auf der raumbeweglichen Lafette 3 kann in axialer Richtung die an sich bekannte Bohrmaschine 4 verfahren werden, die als Drehbohrmaschine, Drehschlagbohrmaschine oder Schlagdrehbohrmaschine ausgebildet sein kann und die über eingebaute Vorschubeinrichtungen verfügt. Am Abtriebswellenstummel der Drehbohrmaschine 4 ist das flexible Bohrgestänge 5 leicht lösbar befestigt, an dessen vorderem Ende die Bohrkrone 6 angeordnet ist.
Auf der Bohrlafette 3 sind ferner die Bogenführung 7 befestigt und verschiebbare Lager 8 angeordnet, welche die Führung des flexiblen Bohrgestänges 5 zwischen der Bohrmaschine 4 und der Bogenführung 7 übernehmen. Beim Vorschieben der Bohrmaschine 4 während des Bohrvorganges werden die verschiebbaren Lagerböcke 8 zunachst entriegelt und dann von der Bohrmaschine mitgenommen und gegen die Bogenführung 7 gefahren, beim Rückholvorgang des flexiblen Bohrgestänges 5 werden sie dann wieder mitgenommen, in ihre Ausgangsposition gebracht und dort erneut verriegelt.
In Abbildung 2 ist das vordere Ende der Bohrlafette 3 mit der Bogenführung 7, den ersten beiden verschiebbaren Lagern, den Vorschub- und Rückholeinrichtungen sowie den Verriegelungseinrichtungen dargestellt. Bei der Bogenführung handelt es sich um die Konzeptvariante mit Lagerböcken 9, zwischen denen Bohrstücke 10 angeordnet, vorzugsweise verschweißt sind. In Abbildung 2 sind die Lagrböcke 9 in der Ansicht, die dazwischen befindlichen Rohrstücke 10 geschnitten dargestellt. Entsprechend der Knicksteifigkeit des flexiblen Bohrgestänges 5 kann der Abstand der Lagerböcke mehr oder weniger groß sein. Er kann beispielsweise zum Herstellen von Ankerbohrlöchern bei sehr knickstabilen Bohrgestängen 20 bis 30 cm betragen oder bei weniger knickstabilen Bohrgestängen auf Null schrumpfen, d.h. die Lagerböcke 9 stoßen unmittelbar aneinander und die rohrförmigen Zwischenstücke 10 entfallen. Das flexible Bohrgestänge 5 wird konzentrisch durch die Lagerböcke 9 und die rohrförmigen Zwischenstücke 10 geführt. Über Befestigungskonsolen 11 ist die Bogenführung mit der Bohrlafette 3 fest verbunden, vorzugsweise verschraubt oder verschweißt.
Die Bohrlafette 3, die als Führungs- und Gleitbahn für die Bohrmaschine und die verschiebbaren Lagerböcke 8 dient, kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein; im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht sie aus zwei nebeneinander angeordneten I-Trägern, deren obere äußere Flanschen 12 von entsprechenden klauenförmigen Führungselementen 13 der verschiebbaren Lagerböcke 8 und der Bohrmaschine übergriffen werden.
Vorzugsweise an beiden Seiten der verschiebbaren Lagerböcke 8 befinden sich Rippen 14, an denen unterschiedlich lange Rückholeinrichtungen 15 angebracht sind. Die Rückholeinrichtungen, welche vorzugsweise ebenfalls beidseitig der verschiebbaren Lagerböcke angeordnet sind, können aus Stangen oder Steilen bestehen. Jedem verschiebbaren Lagerbock 8 ist ein Stangen- bzw. Seilpaar 15 zugeordnet. An ihren nicht dargestellten Enden sind die Stangen bzw. Seile an der Bohrmaschine 4 befestigt. Sie können einseitig, d.h. entweder an der Bohrmaschine 4 oder an den verschiebbaren Lagerböcken 8 fest angebracht sein und müssen an den jeweils anderen Enden in entsprechenden Bohrungen axial verschiebbar sein, damit sie beim Zurückfahren des flexiblen Bohrgestänges 5 in ihre Ausgangsposition zurückgezogen werden können. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind die Rückholeinrichtungen 15 als Stangen ausgebildet und an der Bohrmaschine 4 fest angebracht, während sie die sietlichen Rippen 14 der verschiebbaren Lagerböcke 8 in Bohrungen 16 durchstoßen. Beim Rückholvorgang legen sich jeweils die Anschlagköpfe 17 der als Rückholeinrichtungen dienenden Seile oder Stangen 15 an die seitlichen Rippen 14 der verschiebbaren Lagerböcken 8 an, so daß die Lagerböcke beim Zurückfahren der Bohrmaschine 4 und des flexiblen Bohrgestänges 5 geometrisch genau in ihre in Abbildung 2 dargestellte Ausgangsposition zurückgeholt werden.
Verriegelungseinrichtungen 18, welche an jedem verschiebbaren Lagerbock 8 angebracht sind, greifen in entsprechende Bohrungen 19 der äußeren oberen Flanschen des aneinander geschweißten I-Trägerpaares, welches als Führungslafette 3 dient. Über Federn 20 werden die Verriegelungseinrichtungen 18 in die Bohrungen 19 gedrückt, so daß eine formschlüssige Verreigelung erfolgt. Während des Bohrvorganges stoßen die Bohrmaschine bzw. die jeweils benachbarten Lagerböcke mit einer entsprechenden Nase gegen die Flächen 21 der Verriegelungseinrichtungen 18, so daß diese gegen die Kraft der Federn 20 mit ihren freien Enden aus den Bohrungen 19 herausgedreht und damit die Verriegelungen gelöst werden. Mit einer nicht dargestellten Vorschubeinrichtung drückt anschließend die Bohrmaschine 4 gegen die Stirnfläche 22 des ersten Lagerbocks und jeder Lagerbock 8 gegen seinen in Bohrrichtung angeordneten Nachbarn 8, so daß diese beim weiteren Bohrvorgang mitgenommen werden.
Den bohrlochseitigen Lagerbock am Ende der Bogenführung umgreift eine Dichtungsmanschette 23, die am Lagerbock mittels der Klammern 24 verspannt ist und mit ihren freien Enden 25 das flexible Bohrgestänge 5 dichtend umschließt, damit kein Wasser oder Bohrklein in die Bogenführung eindrigen kann.
In Abbildung 3 ist eine Konstruktionsvariante der Bogenführung dargestellt, bei der die Lagerböcke 9 unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Im eine biegesteife Bogenführung zu erreichen, sind bei diesem Ausführungsbeispiel - jeweils um 90 Grad gegeneinander versetzt - zwei kräftige Leistenpaare 26, 27 an den Außenflächen der Lagerböcke 9 angeordnet, von denen das Leistenpaar 26 einen größeren Querschnitt und damit eine größeres Widerstandsmoment als das Leistenpaar 27 besitzt, weil vom ersteren die aus der Andruckkraft resultierenden Abstützkräfte in der Bogenführung aufgenommen werden müssen. Die Leistenpaare sind über Schrauben 28 an den Lagerböcken 9 befestigt, so daß sich insgesamt gesehen eine äußerst formsteife Bogenführung ergibt. In einem jeden Lagerbock 9 wird das flexible Bohrgestänge von einem drehbaren Führungsstück 29 umschlossen. Zum Zwecke der Abdichtung gegen Wasser und Bohrklein ist die gesamte Bogenführung mit einem ziehharmonikaförmigen Dichtungsschlauch 30 aus Gummi oder Kunststoffmaterial überzogen, der an seinem dem Bohrloch zugewandten Ende in die Dichtungsmanschette 23 übergeht, die mit ihren Lippen 25 dichtend am flexiblen Bohrgestänge 5 anliegt.
Abbildung 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Bogenführung, bei dem das flexible Bohrgestänge 5 innerhalb eines gebogenen Rohres 31 mit hinreichendem Bewegungsspiel gleitgelagert ist. An seinem bohrlochseitigen Ende ist die rohrförmige Bogenführung - ähnlich wie die Ausführungsbeispiele gemäß Abbildungen 2 und 3 - mit einer Dichtmanschette 23 versehen, die it ihren Lippen 25 dichtend am flexiblen Bohrgestänge 5 anliegt. Ähnlich wie bei den anderen Ausführungsbeispielen (gemäß Abb. 2 und 3) ist die Bogenführung über Stützen 11 fest mit der Bohrlafette 3 verbunden, damit beim Ablenkvorgang infolge der Andruckkräfte die entsprechenden Ablenkkräfte in die Bohrlafette 3 übergeleitet werden können.
Über eine Schmierlietung 32 und Schmierungsbohrungen 33 wird die rohrförmige Bogenführung mit Schmiermittel, vorzugsweise Schmierfett, versorgt, um die Reibungswiderstände und den Reibverschluß zwischen dem flexiblen Bohrgestänge und der Bogenführung zu vermindern. Das Schmiersystem ist an eine nicht dargestellte Schmierpumpe anschlossen, die von der Bohrmaschine 4 angetrieben wird, so daß während des Bohrens ständig Schmiermittel nachgeführt wird. Auch am bohrmaschinenseitigen Ende der rohrförmige Bogenführung 31 befindet sich eine Dichtungsmanschette 34, damit an dieser Stelle kein Schmiermittel austreten kann.
Laborversuche haben gezeigt, daß es sehr wohl möglich ist, bei den Kräften, welche beim Bohren von Spreng- und Ankerlöchern auftreten können, die Bogenführung als fettgeschmiertes Gleitlager auszubilden.
Abbildung 5 zeigt einen möglichen Querschnitt des flexiblen Bohrgestänges 5. Das Bohrgestänge ist nach Art eines Seiles (Spannbetonlitze) aus relativ starken Drähten bzw. Stäben 35 aufgebaut, die mit einem verhältnismäßig geringen Verseilungsfaktor um die als Rohr ausgebildete Seele 36 herumgewickelt sind. Die Drehrichtung des Momentes beim drehenden, drehschlagenden oder schlagdrehenden Bohren muß mit der Richtung des Dralls beim Verseilen übereinstimmen. Die Seele 36 ist deshalb als Rohr ausgebildet, damit der Bohrkrone die benötigte Spülflüssigkeit zugeführt werden kann.
Der Verseilungsfaktor kann relativ gering sein; es sind Ausführungsbeispiele möglich, bei denen der Verseilungsfaktor lediglich zwei bis drei Umdrehungen je Meter flexibles Bohrgestänge beträgt. Als Werkstoff sind - ähnlich wie bei den Spannbetonlitzen - Federstähle oder federstahlähnliche Werkstofe vorgesehen, um den hohen Wechselbiegebeanspruchungen, denen das Bohrgestänge im Bereich der Bogenführung ausgesetzt ist, widerstehen zu können.
Die Zahl der Stäbe bzw. Drähte 35, die um die Hohlseele 36 herumgewickelt sind, kann sehr unterschiedlich sein. Sie hängt ab vom Bohrlochdurchmesser und den daraus resultierenden Drehmomenten und Andrukkräften. Das flexible Bohrgestänge der vorbeschriebenen Form ist außerordentlich knickstabil, so daß gemäß dem in Abbildung 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Abstand der Lagerböcke 9 in der Bogenführung 7 und der Abstand der verschiebbaren Lagerböcke 8 relativ groß sein kann. Die hohe Knicksteifigkeit und der spezielle Aufbau des flexiblen Bohrgestänges gemäß Abbildung 5 ermöglichen es, daß über das Gestänge auch Schläge übertragen werden können, so daß trotz Abwinklung drehschlagendes und schlagdrehendes Bohren möglich ist.
In Abbildung 6 ist ein Ausführungsbeispiel für die Befestigung der Bohrkrone am flexiblen Bohrgestänge gemäß Abbildung 5 dargestellt. Die Bohrkrone 37 steckt mit ihrer genormten Befestigung in der Bohrkronenhalterung 38, die über vier jeweils um 90 Grad versetzte Führungsrippen 39 verfügt. Die Bohrkrone kann entsprechend dem zu bohrenden Gestein und dem gewählten Bohrverfahren recht unterschiedlich ausgebildet sein und über zwei oder mehr Bohrschneiden 40 verfügen, die vorzugsweise mit Hartmetallplättchen 41 bestückt sind.
Die Befestigung zwischen Bohrkronenhalterung und flexiblem Bohrgestänge kann ebenfalls sehr unterschiedlich sein.
Die innen hohle Bohrkronenhaltung kann aus kalt verformbarem Stahl bestehen und mit hohen Druckkräften auf das flexible Bohrgestänge (gemäß Abbildung 5) aufgepreßt werden. Hierdurch ergibt sich eine hinreichend große Haftung, um die Drehmomente, die Andruckkräfte und die Schlagbelastungen übertragen zu können und beim Zurückziehen des Bohrgestänges nicht abgestreift zu werden.
Gemäß einem anderen Ausführungbeispiel ist es auch möglich, die Bohrkronenhalterung mit dem flexiblen Bohrgestänge zu verlöten oder zu verschweißen. Wird das Bohrgestänge aus Federstahl oder federstahlähnlichen Werkstoffen hergestellt, so empfiehlt sich eine Hartlötverbindung.
Die Durchmesser von flexiblem Bohrgestänge, Bohrkronenhalterung und Bohrkrone sind gegeneinander abgestuft.
Abbildung 7 zeigt ein Schnittbild eines möglichen Ausführungsbeispieles für die Lagerböcke 8 un 9. In dem durch einen Deckel 42 verschlossenen Gehäuse 43 sind zwei Schulterlager 44 angeordnet, die es gemeisam gestatten, Axialkräfte in beiden Richtungen aufzunehmen. Innerhalb der Schulterlager befindet sich ein als Gleitbüchse ausgebildetes Führungsstück 29, das vorzugsweise aus Lagermetall besteht und das über wendelförmige Ausnehmungen 45 verfügt, in denen die schwachverseilten Stäbe bzw. Drähte 35 des flexiblen Bohrgestänges 5 axial gegenüber den Lagerböcken 8 und 9 bewegt werden können. Ein Schmiersystem mit den Bohrungen 46 und 47 sorgt dafür, daß sowohl die Schulterlager 44 ausreichend mit Schmiermittel versorgt werden als auch die für die Axialbewegung zwischen dem Bohrgestänge 5 und dem Führungsstück 29 vorgesehenen Ausnehmungen 45 Schmiermittel erhalten. Beidseitig der Lagerböcke angeordnete Dichtungsringe 48 verhindern das Eindringen von Wasser und Schmutz und das Austreten von Schmiermitteln.
Anstelle der Schulterlager können in einem anderen Ausführungsbeispiel auch Pendelrollenlager eingesetzt werden.
Um die Arbeit der Bohrschneiden 40 an der Bohrkrone 37 durch Höchstdruckwasserstrahlen zu unterstützen und damit den Bohrfortschritt noch einmal wesentlich steigern zu können besteht die Möglichkeit, auf die Bohrmaschine 4 eine Höchstdruck-Drehdurchführung gemäß Abbildung 8 aufzusetzen. Der Unterstützung des drehenden oder drehschlagenden Bohrens durch Höchstdruckwasserstrahlen zum Zwecke der Steigerung der Bohrleistung haften die Einschränkungen der HDW-Technik, welche im Abschnitt 2 beschrieben worden sind, nicht an.
Die Drehdurchführung besteht - wie an sich bekannt - aus 2 x 3 Dichtungspakteten 49,50, die symmetrisch beidseitig der Höchstdrukwasserzuführung 51 angeordnet sind. Die beiden der HDW-Zuführung am nächstend angeordneten Dichtungssätze 50 werden auf ihrer Rückseite von hochviskosem Öl beaufschlagt, welches in einem Druckübersetzer 52 auf einen gegenüber dem Höchstdruckwasser 5 bis 10 % erhöhten Druck gebracht wird. Auf diese Weise werden die am meisten gefährdeten Dichtungen 50 druckentlastet und gleichzeitig geschmiert.

Claims

1. Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern aus einer gegenüber der Bohrlochachse abgewinkelten Position heraus, mit einer raumbeweglichen Bohrlafette 3, einer auf der Bohrlafette (3) axial beweglichen Bohrmaschine (4), einem flexiblen Bohrgestänge (5) und einer auf der Bohrlafette (3) befestigten Bogenführung (7), mittels der das flexible Bohrgestänge (5) aus der Drehachse der Bohrmaschine (4) in die Achse des Bohrlochs umlenkbar ist und die Lagerböcke (9) aufweist, die Wälzlager (44) enthalten und deren Abstand voneinander kleiner ist als die kritische Knickbelastung des flexiblen Bohrgestänges (5) unter den auftretenden Beanspruchungen, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Bohrgestänge (5) aus einer als Rohr ausgebildeten Seele (36) und um diese Seele (36) mit einem Verseilungsfaktor von zwei bis drei U/m herumgewickelten Stäben (35) aus Federstahl oder einem federstahlähnlichen Werkstoff besteht, so daß das Bohrgestänge auch Schlagenergie übertragen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Seele dienende Rohr (36) aus Federstahl oder federstahlähnlichem Werkstoff bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einsteckvorrichtung (38) für eine Bohrkrone (37) und eine Einsteckende in die Bohrmaschine (4) aus kalt verformbarem Werkstoff bestehen und auf das flexible Bohrgestänge (5) aufgepreßt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsteckvorrichtung (38) für die Bohrkrone (37) und das Einsteckende in die Bohrmaschine (4) durch Hartlöt- oder Schweißverbindung an dem flexiblen Bohrgestänge (5) befestigt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsteckvorrichtung (38) für die Bohrkrone (37) über an sich bekannte Führungsrippen (39) verfügt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lagerböcken (9) Distanzrohre (10) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Bohrloch nächste Lagerbock über eine Dichtungsmanschette (23) verfügt, die mit ihren Lippen (25) dichtend am flexiblen Bohrgestänge (5) anliegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerböcke (9) über vier jeweils um 90 Grad versetzte gebogene Leisten (26,27) miteinander verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gegekennzeichnet, daß die Bogenführung als rohrförmiges Gleitlager (31) mit Dichtungsmanschetten (23,24) an den beiden Enden ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Bogenführung an besonders geeigneten Stellen über Schmiermittelzuführungen (33) verfügt, die mit einer Schmiermittelleitung (32) verbunden sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bohrgestänge (5) in seinem der Bohrlafette (3) parallel verlaufenden Bereich Verschiebbare Lagerböcke (8) zugeordnet sind, deren gegenseitiger Abstand ebenfalls geringer ist als die kritische Knicklänge des Bohrgestänges (5) unter den auftretenden Belastungen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbaren Lagerböcke auf Konsolen stehen, welche die Bohrlafette (3) mit hinreichendem Bewegungsspiel mittels klauenförmiger Führungselemente (13) umgreifen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an den Konsolen der verschiebbaren Lagerböcke (8) ver- und entriegelbare Arretierungseinrichtungen (18) angebracht sind, welche in entsprechende Ausnehmungen (19) der Bohrlafette (3) greifen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtungen (18) über Steuernocken (21) beim Auftreffen entsprechender Bauteile der Bohrmaschine (4) bzw. der Nachbarböcke (8) entriegelt werden und die verschiebbaren Lagerböcke (8) anschließend in Richtung auf die Bogenführung (7) auf der Bohrlafette (3) verfahren werden können.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zum Vorschieben der Lagerböcke (8) an deren Stirnflächen (22) von der Bohrmaschine (4) oder den Nachbarböcken (8) aufgebracht und übertragen wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerböcke (8) über verschieden lange Rückholeinrichtungen (15) mit der Bohrmaschine (4) verbunden sind, welche beim Zurückholen des flexiblen Bohrgestängen (5) die verschiebbaren Lagerböcke (8) mitnehmen und in ihren ursprünglichen Positionen erneut fixieren.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Bohrmaschine (4) und den verschiebbaren Lagerböcken (8) vorgesehenen Rückhloleinrichtungen (15) an ihrem einen Ende fest angebracht und an ihrem anderen Ende kraftschlüssig in entsprechenden Bohrungen (16) mit als Anschläge dienenden Köpfen (17) angeordneten sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lagerböcken (8,9) Wälzlager angeordnet sind, an deren Innenseite ein Führungsstück (29) umlaufen kann, welches an der Innenfläche über wendelförmige Ausnehmungen (45) verfügt, in denen die Stäbe bzw. Drähte (35) des flexiblen Bohrgestänges (5) axial verschoben werden können.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsstück (29) vorzugsweise aus Gleitlagermetall besteht.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerböcke (8,9) aus zwei lösbaren Teilen (42,43) bestehen, um die Wälzlager (44) und die Distanzbüchsen sowie das Führungsstück (29) einbauen zu können.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß Schmiermittelbohrungen (46,47) vorgesehen sind, mittels derer die Wälzlager (44) und die Gleitnuten (45) sowie die Drähte (35) des flexiblen Bohrgestänges (5) geschmiert werden können.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerböcke (8,9) über Dichtungsringe (48) gegen das Eindringen von Wasser bzw. Schmutz und das Austreten von Schmiermittel geschützt werden.

23. Vorrichtung nach einm der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager (44) als Schulterlager ausgebildet sind, welche die Aufnahme von Axialkräften in beiden Richtungen ermöglichen.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß in oder vor der Bohrmaschine (4) eine an sich bekannte, symmetrisch aufgebaute Drehdurchführung für Höchstdruckwasser vorgesehen ist, deren Hauptdichtungen (50) mittels eines Druckübersetzers (52) und eines Hilfskreislaufs von hochviskosem Öl druckentlastet werden.