EP0349610A1 - Vorrichtung zum niederbringen von im wesentlichen vertikalen bohrungen. - Google Patents

Vorrichtung zum niederbringen von im wesentlichen vertikalen bohrungen.

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EP0349610A1
EP0349610A1 EP88909993A EP88909993A EP0349610A1 EP 0349610 A1 EP0349610 A1 EP 0349610A1 EP 88909993 A EP88909993 A EP 88909993A EP 88909993 A EP88909993 A EP 88909993A EP 0349610 A1 EP0349610 A1 EP 0349610A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guide part
drilling
bracing
drives
linear
Prior art date
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Granted
Application number
EP88909993A
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English (en)
French (fr)
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EP0349610B1 (de
Inventor
Heinz Peter Vogts
Albrecht Heinrichs
Peter Heinrichs
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Mhwirth GmbH
Original Assignee
Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0349610A1 publication Critical patent/EP0349610A1/de
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Publication of EP0349610B1 publication Critical patent/EP0349610B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK 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
    • E21B4/18—Anchoring or feeding in the borehole
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02—Determining slope or direction
    • E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/062—Deflecting the direction of boreholes the tool shaft rotating inside a non-rotating guide travelling with the shaft
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/10—Correction of deflected boreholes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D1/00—Sinking shafts
    • E21D1/03—Sinking shafts mechanically, e.g. by loading shovels or loading buckets, scraping devices, conveying screws
    • E21D1/06—Sinking shafts mechanically, e.g. by loading shovels or loading buckets, scraping devices, conveying screws with shaft-boring cutters

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • a known device of this type (DE-PS 31 03 336) has, in addition to a tensioning device with clamping pieces which can be pushed out and retracted in two planes, an adjusting device with support members which can be moved inwards and outwards and which is separate from the tensioning device.
  • the adjusting device is located on a part that is movable relative to the tensioning device.
  • the support members of the adjusting device are arranged in a third plane at a distance from the two bracing levels.
  • the drilling tool can be rotated by means of a drill rod forming the supporting strand.
  • the object of the invention is to take particularly good account of the requirements of practice, in particular with regard to economy and safety, in a device for drilling substantially vertical bores, primarily large-hole bores.
  • the device should be controllable as effectively as possible in order to maintain or quickly restore the verticality of a bore. This is to be achieved without having to take any special precautions in an additional setting level.
  • the device should be suitable for use in different formats, e.g. can work in loose rock as well as in hard rock.
  • precautions should be taken to ensure that the device also in the event of difficulties, particularly in the area of the transmission of signals, control commands and the like. as well as the energy supply, must not be lost. Further problems connected with all, with which the invention is concerned, result from the respective explanation of the indicated solution.
  • the invention provides that the tensioning device is at least partially designed as a one-piece device, that each linear drive is individually controllable in at least one tensioning level, that the linear drives are at least partially assigned displacement measuring devices with display elements on the control station are and that for the tensioning device in addition to an 'actuation system, a separate loose device is available.
  • Such a device is characterized by a number of essential advantages.
  • the fact that at least part of the bracing device is at the same time designed as a device for setting the direction is unnecessary adjusting means on a part movable with the drilling tool in a third plane. This contributes significantly to operational safety and also opens up special work opportunities.
  • a separate loose device for the tensioning device ensures that the device is not lost, but can be brought out of the borehole by means of the load-bearing strand if control lines, signal transmitters, energy supply systems or others for normal operation are tensioned necessary parts of the tensioning device and / or adjusting device are defective or damaged, break or can no longer fulfill their function for other reasons.
  • bracing device As part of the adjusting device only in one of the two bracing levels at the same time. In many cases it is advantageous to use both bracing planes for a directional adjustment of the guide part of the device. All the linear drives in the two bracing planes are then expediently controllable and equipped with displacement measuring devices.
  • the device With the device, a versatile work and thus an adaptation to different needs is possible. It can in particular be carried out in such a way that the device is brought into a position hanging on the supporting strand with the drilling tool at a standstill, that the guide part of the device is first adjusted in the desired direction and that the final bracing is then carried out while fixing the predetermined guide direction . It is also possible to change the setting and thus the drilling direction within certain limits even during drilling. An example of the course of a drilling operation will be explained further below in the second part of the description.
  • bracing levels are designed as adjustment levels at the same time, there are particularly versatile possibilities for setting the direction of the guide part of the device.
  • the result is an exactly definable pivot point for the direction setting. This is of particular importance when drilling in loose rock if there is free space in the area of the drill head.
  • the clamping pieces in one bracing plane are offset from one another by an angle in the direction of extension in relation to the clamping pieces of the other bracing plane.
  • This offset angle is advantageously half as large as the angle of the distance between the clamping pieces. If there are four clamping pieces in one plane, which are 90 ° apart, the offset angle is 45 °. This results in a very safe support and also a protection of the borehole wall, because there is no danger that the clamping pieces of one level will reach approximately the same point when the device for the next drilling stroke is added, at which the clamping pieces of the other level have already applied .
  • a rope or a similar traction element can be provided as the supporting strand on which the device is held from above days.
  • a linkage as a supporting strand is particularly advantageous. Above all, such a linkage can form a conveying path for drilling material. This applies primarily to the implementation of the air lifting drilling method or other indirect flushing drilling method for which the device is specially designed in appropriate training.
  • the load-bearing strand is a rope, a separate conveyor line must be available for the drill material. In the case of a rod as a supporting strand, this can be driven in rotation from a device located above for days so that it conducts a torque to the drill head.
  • the linkage can in particular be non-rotating, in which case a drive for the drill head is arranged in the device.
  • the basic feature of the separate loose device for the tensioning device is that with this device the tension is released even if it is no longer possible to release from the tensioned state with the operating system normally provided for operating the tensioning device and / or the adjusting device is. This can e.g. be the case when a signal or control line, a power cable or the like. broken, a switching element has failed, or another impairment has occurred.
  • the separate loose device can be designed in various ways depending on the other design of the device.
  • the loose device has an energy store and at least one switching or control element for effecting the release process.
  • the energy storage device makes the device independent of an external energy supply, so that a release of the tension is still possible if the device can no longer be supplied with energy from above days, for example if the energy supply line has been destroyed by unexpected influences .
  • the training is in particular such that the switching or control element of the release device automatically causes the release process when predetermined conditions occur, for example in cases of the aforementioned type.
  • the energy from the memory can then immediately be supplied to those organs by means of which the tensioning of the guide part of the device can be released.
  • the separate loose device expediently contains a hydraulic accumulator and a valve device by means of which all cylinder-piston units of the clamping system are released in the sense of a radial for the release process Inward movement of the clamping pieces can be actuated.
  • the valve device in particular has a directional valve which can be automatically returned to a position suitable for effecting the release process.
  • a displacement measuring device is advantageously provided, by means of which the respective relative movement between the working part and the guide part can be detected. In this way, the condition in question or the current process can be checked well for days. Among other things, it is determined whether the guide part slips on the borehole wall, e.g. when easing by means of the load-bearing strand.
  • a safety system is assigned to the position measuring device, in particular in the sense of a drive over Fuse. In this way, it can be prevented at the lower stroke end that the drill head comes too deep. When moving, the risk of tearing is avoided. This will be dealt with in the further part of the description.
  • a displacement measuring device is advantageously assigned to at least one lifting drive, in particular in connection with a safety system for preventing undesired or improper movements and operating states and / or for causing processes or actuations of parts or systems of the device in a sense that damage or Destruction can be avoided. Explanations are also given in the following part of the description.
  • FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 on a larger scale, predominantly in a section running along the line II-II in FIG. 4,
  • FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2
  • 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 2
  • FIG. 5 largely schematically shows a hydraulic actuation system for the bracing and adjusting parts of the device with display and control elements on a control station or the like
  • Fig. 6 shows a special embodiment of a hydraulic actuation system, largely schematic and
  • FIG. 7 shows a partly schematic illustration of a lifting drive between the guide part and the working part with further elements.
  • FIGS. 1 to 4 show an embodiment of the device which is used to drill directed vertical bores, in particular using the so-called air lifting drilling method.
  • the device can work under water and is suitable for boring holes with a diameter of, for example, 2100 mm, to depths that can be 1000 m and more.
  • the number 1 denotes a drilling tool in the form of a drilling head which is equipped with roller chisels 2, cutting rollers or the like. is provided.
  • the drilling head 1 is connected to a drive shaft 3, which in the advantageous embodiment shown can be rotated by means of a drive unit 18.
  • the latter can contain one or more hydraulic motors.
  • the drive unit has an electrically driven rotary head 19 with storage.
  • a non-rotatable hollow rod 4 extends upwards, along which air lines 11 run in this embodiment for the implementation of the air-lifting drilling method.
  • These air lines 11 end in a connecting part 12, in which there are passages opening into the interior of the linkage 4, such that the air supplied from above can enter the interior of the linkage 4 at this point.
  • the drive shaft 3 forms a continuation of the linkage 4 via the power turret 19. Like the latter, it is hollow and is connected to a suction nozzle or inlet channel 5 provided in the drilling head 1. Thus, flushing loaded with drilling material can enter the hollow drive shaft 3 and via the power turret 19 get into the linkage 4 and are promoted upwards.
  • a cable 6 also runs along the linkage 4 and is inserted into a pressure-tightly encapsulated distributor unit 7.
  • the cable 6 contains measurement, control and power supply lines, such as also the power supply for the drive unit 18 and for motors for driving pumps in a hydraulic system to be explained.
  • Energy, measuring and control lines leading from the distribution unit 7 to such and other units are only indicated schematically in FIG. 2 at the number 8.
  • the device contains an inclinometer 25 (FIG. 2) working in two measuring planes X and Y at an angle of 90 ° to one another, for example a so-called inclinometer via a measuring line 9, this device 25 is connected to the distributor unit 7 and via this to one Control station connected by day leading cable 6. There it can thus be determined at any time whether or in which direction and by what amount the bore or its section produced differs from the vertical.
  • inclinometer 25 FIG. 2
  • two parts can be distinguished, namely, on the one hand, a working part, designated overall by the number 21 and on the other hand a guide part, designated overall by the number 22.
  • the working part 21, which can also be referred to as an "inner kelly", includes, inter alia, a lower bearing system 15 for the drive shaft 3 with a connecting flange 20 for the drill head 1, said drive unit 18 and housing parts 17 with various internals.
  • the working part 21 accommodates load weights 13, containers for electrical and hydraulic components, a tank for a hydraulic medium, pumps and other parts, which are used to explain the mode of operation of the device and the description of others Details still to be mentioned.
  • the entire bearing system namely the lower bearing 15 and the upper bearing in the rotary head 19, is designed to be pressure-compensated with its lubricant supply. Due to the load weights 13 and the other components of the working part 21, at least a substantial part of the pressing force for the drill head 1 is generated when working the same via the bearing system 15. If desired, an additional pressure force can be applied via the linkage 4 and / or other devices to be explained.
  • the guide part 22 which can also be referred to as an “outer cell”, has a casing or a housing 26 and contains a bracing device with linear drives 14 arranged in two bracing planes AE and BE, by means of which plate-like clamping pieces 10 can be moved radially outwards and inwards.
  • the load weights 13 are designed and assembled so that they interact with the guide part 2 * 2, to ensure proper directional guidance for the working part 21 in the tensioned operating state.
  • guide strips 16 made of a suitable material, which are attached either to the guide part 22 or its housing 26 or to the working part 21 or components thereof, for example to the load weights 13, and slide on surfaces on the opposite side in question.
  • guide strips 16 can each be provided at locations which are adjacent to the linear drives 14. They can extend over the entire length of the guide part 22 or, in particular, can also be provided only at the upper and lower ends. The latter is the case in the illustrated embodiment of the device.
  • two axial movement units 27 are provided parallel to the longitudinal axis L of the device (FIGS. 2, 4 and 8), hereinafter referred to as lifting drives, by means of which the guide part 22 and the working part 21 relative to one another in the direction of the longitudinal axis L of the device are displaceable. (The section in FIG. 2 is such that only one of these lifting drives can be seen there.)
  • the linear drives 14 of the upper bracing plane AE used to extend and retract the clamping pieces 10 can be offset in relation to those of the lower bracing plane BE in the circumferential direction by 45 ° to one another, as can be seen in FIG. 1, or else without such an offset be arranged differently, as shown in Fig. 2.
  • Hydraulic cylinder-piston units are provided as linear drives in the advantageous embodiment shown, which are referred to below for the sake of simplicity as hydraulic units.
  • the invention is not limited to such hydraulic units. Rather, all types of linear drives that are suitable for the function can be provided. The same applies to the linear drives 27.
  • FIG. 5 are the hydraulic units A1, A2, A3, A4 of the upper bracing plane AE and in the left outer part of FIG. 5 the hydraulic units B1, B2, B3, B4 of the lower bracing plane BE ( with a 45 ° offset in the circumferential direction, see FIG. 1).
  • the inclination measuring device is illustrated by the number 25 with a dash-dotted boundary, the measurement in the two planes X and Y being indicated by the symbolic representation of a pendulum in side and front view.
  • a control stand ST located at a suitable point above ground with various display and actuation or control elements is shown with dash-dotted delimitation.
  • hydraulic lines are drawn with solid lines and electrical signal or control lines each with dashed lines.
  • the number 23 indicates plug connections or other detachable connections in these lines.
  • Hydraulic fluid can be conveyed from a tank 30 through a suction line 31 by means of a pump 34 which can be driven by a controllable motor 33 via a line 32 in two lines 35 and 36.
  • the line 35 leads to a distributor block VA for the upper bracing plane AE and the line 36 to a distributor block VB for the lower bracing plane BE.
  • Each of these two distributor blocks contains, from the control station ST, solenoid valves MA and MB to be actuated via control cables 37, 38, such that each hydraulic unit AI to A4 of the upper level and each hydraulic unit Bl to B4 of the lower one are used by means of these solenoid valves Level for itself in the sense of extending the clamping pieces 10 can be controlled.
  • hydraulic lines 41, 42, 43, 44 lead from the solenoid valves in the distributor block VA to the large cylinder spaces All of the units of the upper level AE and likewise from the solenoid valves in the distributor block VB hydraulic lines 51, 52, 53, 54 the large cylinder rooms B1 of the lower level BE.
  • the small cylinder spaces A12 of the units of the upper level AE are connected by individual lines to a common line 45 going to the distributor block VA.
  • the small cylinder spaces B12 of the units of the lower level BE are connected by individual lines to a common line 55 going to the distributor block VB.
  • Numbers 46 and 56 designate outflow lines leading from the distributor blocks VA and VB to the tank 30.
  • each clamping piece 10 is individually moved radially outward, that is to say are extended. can, while on the other hand all clamping piece 10 is moved together or simultaneously radially inwards in each plane, that is to say can be retracted.
  • the person skilled in the art has the necessary hydraulic and electrical components with their circuit options available, so that there is no need to go into them in detail here.
  • control switches AS1, AS2, AS3, AS4 for the units AI to A4 of the upper level AE and control switches BS1, BS2, BS3, BS4 for the units B1 to B4 of the lower level BE, by means of which each of the units for itself can be operated in the sense of extending.
  • Control switches AR and BR serve to actuate the units of each level in the sense of the common retraction.
  • ABS further control switch
  • Each unit AI to A4 of the upper level AE and each unit B1 to B4 of the lower level BE is assigned a path measuring device, by means of which the path covered by the clamping pieces 10 or their piston rods or other parts connected therewith is detected and for each Unit can be displayed separately on the control station ST for days on analog or digital display instruments Gl to G4. With appropriate calibration of the displacement measuring devices, the radial position of each clamping piece measured from a reference position can be read directly from these instruments.
  • measurement sensors 47 which are connected to a processing unit 48 via signal lines.
  • a signal cable 49 leads from this to the above-mentioned display instruments G1 to G4.
  • the contact pressure can therefore be selected individually for each unit in accordance with the requirements and conditions, taking into account the pressure display. This is particularly important when drilling in different formations. For example, when penetrating loose layers, the contact pressure should be lower than in the rock.
  • the path measuring and display system 47 to 49, Gl to G4 in FIG. 5 is only for the upper level AE and the pressure measuring and display system 57 to 62, Pl, P2 is only for the lower level BE reproduced.
  • the explanation ter advantageous embodiment in each of the two levels AE and BE for each unit AI to A4 or Bl to B4 measuring and display systems for path and pressure are available.
  • the inclination measuring device 25 is connected via lines 24 to display instruments NX and NY at the control station ST, so that the inclination of the device in the X-plane and in the Y-plane can be read with positive or negative values at any time.
  • the number 66 in FIG. 5 indicates actuators for the lifting drives 27 for displacing the guide part 22 and the working part 21 relative to one another.
  • these stroke drives 27 also include displacement measuring devices with display instruments 67 on the control station ST, so that their operation can also be checked there.
  • FIG. 6 illustrates a particularly advantageous embodiment of the device in which a separate loose device is provided for the tensioning device in addition to an actuation system. At the same time 'this figure can detect system also other parts of Betschists ⁇ . Parts which are the same as or correspond to those of the embodiment according to FIG. 5 have the same reference numerals as there.
  • the delivery line 32 of the pump 34 is connected, on the one hand, via an adjustable pressure relief valve 70 to the lines 35 and 36 leading to the distribution blocks VA and VB, so that pressure medium can flow to the distribution blocks, as shown in FIG. 5.
  • the conveying line 32 is connected via a check valve 71 to a solenoid valve 72 Line 73 connected.
  • a hydraulic pressure accumulator 75 and a pressure switch 76 are connected to the latter via a line 74 and, when a predetermined pressure in the pressure accumulator 75 is reached, emits a signal which is used in a manner to be explained.
  • the solenoid valve 72 is not in the position shown in FIG. 6, but in the other of its two possible positions. It is held in this position until either a conscious switchover of the valve into the position shown is effected from the control position ST or until it is automatically transferred into this position when certain predetermined conditions occur.
  • pressure medium can flow from the pressure accumulator 75 via a line 81 and a check valve 82 to a manifold 83 to which the small cylinder spaces A12 of the units AI to A4 of the upper level AE are connected.
  • pressure medium can flow via a line 91 and a check valve 92 to a manifold 93, to which the small cylinder spaces B12 of the units B1 to B4 of the lower level BE are connected.
  • a line 84 or 94 is also connected to each manifold 83 or 93, in which an unlockable check valve 85 or 95 is arranged.
  • These lines 84 and 94 come from solenoid valves which are located in the distributor block VA and VB and have connections to the pressure lines 35 and 36 and to the outflow lines 46 and 56 to the tank 30.
  • hydraulic lines 41 to 44 lead from the distributor block VA for the upper level AE to the large cylinder spaces of all of the units AI to A4 of the upper level AE.
  • each have unlockable check valves 41a to 44a (FIG. 6), of which a common switching line 88 leads to a shuttle valve 77.
  • the hydraulic lines 41 to 44 start from the solenoid valves housed in the distributor block VA, which can be counted among the solenoid valves generally designated MA in FIG. 5 and which each have connections to the pressure line 35 and to the drain line 46 to the tank 30.
  • These solenoid valves can be actuated individually from the control position, specifically via control switches, as are also shown in FIG.
  • the pressure in a line 112 branching from line 111 also adjusts the shuttle valve 77, which is also connected to the latter, in such a way that pressure medium can flow via the switching line 88 to the unblockable check valves 41a to 44a, in order to pass them from the large cylinder spaces and then open through the valves of the valve block VA to the outflow line 46, so that an unpressurized outflow of hydraulic fluid can take place in this way.
  • valves corresponding to the check valves 105 to 108 of the upper level AE are designated by the numbers 115 to 118 in the lower level BE.
  • a separate release device is provided for the tensioning device. This comes into operation under predefinable conditions, in particular if lines are broken on the way from the control station to the device or in the device itself , and also advantageous when manually triggering a switch or other suitable actuator.
  • a switch ABS provided at the control station ST has already been mentioned.
  • Certain details of the hydraulic system have also already been mentioned in connection with FIG. 6. The operation of the separate loose device is explained below using an example.
  • the coil 72a of the solenoid valve 72 is energized as a result of the current being supplied via the electrical line 78, so that the solenoid valve 72 is in a different position from that shown in FIG. 6 in the other of the two possible positions in which the lines 81 and 91 are connected to the tank.
  • the aforementioned electrical line 78 is interrupted, for example by damage to the cable containing this line, for example the cable 6 running along the linkage 4 (FIG. 2).
  • the solenoid 72a of the valve 72 is de-energized so that it or the like under the action of a loading spring. is automatically transferred to the * position shown in the drawing.
  • the solenoid valves of the valve block VA are each spring-loaded, so that they automatically return to the drawn position both in the event of an intended shutdown and in the event of a power failure.
  • An electrical shutdown can also be effected automatically as a function of another process, in particular as a function of the coil of the solenoid valve 72 becoming de-energized.
  • the check valves 41a to 44a for the backflow of the hydraulic fluid from the large cylinder spaces of all of the units AI to A4 in turn is unlocked by supplying pressure medium to line 88, and now pressure medium from memory 75, which reaches switch line 88 via line 113 branching off line 81 and shuttle valve 77.
  • This process takes place in both bracing levels AE and BE at the same time, regardless of how the hydraulic units are operated or controlled in each level, either individually or in one level together.
  • the pressure switch 76 mentioned above can first of all serve to cause a signal on a display device 114 at the control station ST (FIG. 5) for days to indicate that the memory 75 is in the desired position Way is filled with the predetermined pressure.
  • the pressure switch is still used to block or prevent certain switching processes or operating functions until the predetermined storage pressure is reached.
  • the design is such that the clamping piece 10 can only be extended in the two levels AE and BE when the memory 75 is properly filled. This can be achieved by a simple electrical circuit for which the person skilled in the art has the means at his disposal. This ensures that work on the device in the drilling insert is only just beginning can be when the safety release device has reached its operational state.
  • a first state is assumed in which, after drilling a stroke, a deviation from the target axis by a certain amount Y and thus by a certain angle has occurred. This is indicated on the control station ST on the devices NX and NY with corresponding values.
  • the tension is released, i.e. the clamping pieces 10 are retracted.
  • the device is raised somewhat by means of the rod 4 so that the drill head 1 is at a short distance from the bottom of the borehole. If there is a relatively large deviation from the desired direction, the device cannot hang completely freely in the borehole, rather the drill head lies on one side against the borehole wall.
  • the clamping pieces 10 are then first extended by different amounts with the aid of the control in accordance with the respective measured value display so that the device assumes the desired position, whereupon the clamping is then effected in this position.
  • the device is adjusted and braced not only perpendicularly, but in the opposite direction to the deviation, with the aid of the control, in accordance with the respective measured value display.
  • the device is now set again vertically and clamped, so that its axis coincides with the target axis. Then you can drill in the vertical direction.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the device of such lifting drives together with further advantageous features.
  • the lifting drives 27 are designed as hydraulic cylinders and piston units arranged parallel to one another. But it is also possible depending on the circumstances and requirements, to select other types of drives for performing linear movements, such as electric motors with rack and pinion gear or the like. As can be seen in FIG. 7, here cylinders 121 with pivot pins 122 are held on bearing blocks 123 which are fastened to the working part 21. The ends of the piston rod 124 are connected to brackets 126 on the guide part 22 via pivot pins 125.
  • the lifting drives 27 can only serve as catch-up devices in order to support the lowering of the guide parts 22 into the starting position for a new drilling stroke after the completion of a drilling stroke. However, they can also be designed as feed devices in order to increase the pressure force of the drill head during drilling.
  • the linear actuators can be single-acting or double-acting
  • the pressure medium supply for the cylinder-piston units is not particularly shown in the drawing. It can be carried out from the hydraulic unit housed in the working part 21 of the device, with the control station ST for days using the switch 66 or the like. (Fig. 5) to be actuated solenoid valves are available, via which the cylinders 121 of the units 27 can be supplied with pressure medium in the desired manner. Components similar to the units of the bracing devices can therefore be provided.
  • the device is equipped with a displacement measuring system for detecting the relative movement between working part 21 and guide part 22. In principle, this can be arranged at any point where such a distance measurement is possible.
  • a displacement measuring system is provided on at least one lifting drive. 7 shows a displacement measuring head 127 on the cylinder-piston unit 27 on the left in this figure.
  • Displacement measuring devices for hydraulic cylinders are known to the person skilled in the art available per se, so that details of the same need not be discussed in more detail here. Such devices can work in particular without contact or with indirect scanning, for example inductively.
  • a signal line 128 leads to a central command unit 129, from which a line, not shown, goes to the display instrument 67 at the control station ST (FIG. 5), so that here the size of the relative movement between the working part 21 and the guide part is always present 22 or the respective position of the working part can be determined relative to the guide part.
  • a safety system is linked to the lifting drives 27 and the clamping device for the clamping pieces 10. This serves among other things to prevent damage to the device in the event of incorrect actuation or improper operating conditions.
  • the path which the working part and the guide part can execute relative to one another and which at least essentially corresponds to the drilling stroke is determined by the maximum working stroke of the cylinder-piston units 27. If this path be exceeded, e.g. by the fact that the working part 21 with the guide part 22 clamped by means of the linkage 4 when the units 27 are extended, pushed down beyond their stroke end or pulled upwards when the units are retracted, this would result in damage or destruction to the parts of the device, to the drill head or to Linkage.
  • the basic idea of the safety system is that the tensioning of the guide part 22 is automatically released when there is a risk of the permissible relative path between the working part 21 and the guide part 22 being exceeded.
  • at least one reporting point is pre-selected in the lifting drive 27 Distance before a stroke end, in particular at the extension stroke, is provided, when it is reached a warning signal is given on a display device at the control station, so that the operator is made aware that he should switch off the drill head drive and / or the chip removal must solve the guide part. If there is no reaction to the warning signal, the drill head drive 18 is automatically switched off and the tensioning device is automatically released after a predetermined distance.
  • the drill head drive is switched off when the appropriate signal is given by suitable components available to the person skilled in the art in the control system for the drive, for example in the case of electric drill head motors with the aid of electrical switching elements and in the case of hydraulic drill head motors via valves or switching off a pump motor .
  • the tensioning of the guide part is released by control elements suitable for them.
  • the command issued by the safety system can be used to actuate the solenoid valves intended for normal operation, or the command of the safety system can be used to separate the separate release device with transfer of the solenoid valve 72 to the one shown in FIG. 6 position shown are triggered.
  • the number 130 denotes a unit which contains, among other things, the distributor blocks VA and VB with the various valves and other components, the signal connection between the command unit 129 and the unit 130 and through a line 131 several lines are indicated the connections to the linear drives 14 of the two bracing levels AE and BE.
  • the drill head drive is also switched off for the sake of safety.
  • the number 132 indicates a switching line leading from the command unit 129 to the drive unit 18. The safety system only needs to issue a command to release the tension and switch off the drill head drive at the same time. A manual shutdown with retraction of the clamping pieces 10 can be effected by the already mentioned switch ABS at the control station ST (FIG. 5).
  • the training can also be made such that a further reporting point is provided between a first reporting point for emitting a warning signal and the end of the stroke, when it is reached the tension is immediately released and the drill head drive is switched off.

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Description

B e s c h r e i b u n g
Vorrichtung zum Niederbringen von im wesentlichen vertikalen Bohrungen
T e c h n i s c h e s G e b i e t
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
S t a n d d e r T e c h n i k
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (DE-PS 31 03 336) weist außer einer Verspanneinrichtung mit in zwei Ebenen angeordneten, ausschiebbaren und zurückziehbaren Spann¬ stücken eine von der Verspanneinrichtung getrennte EinStelleinrichtung mit einwärts und auswärts verschieb¬ baren Abstützorganen auf. Die EinStelleinrichtung befindet sich dabei an einem relativ zur Verspanneinrichtung bewegbaren Teil. Die Abstützorgane der EinStelleinrichtung sind in einer dritten Ebene im Abstand von den beiden Verspannebenen angeordnet. Das Bohrwerkzeug ist bei einer Ausführung der bekannten Vorrichtung mittels eines den tragenden Strang bildenden Bohrgestänges drehbar.
Bei Schachtbohrmaschinen, die an einem Seil als tragenden Strang aufgehängt sind, ist es auch bekannt, einen Drehantrieb für das Bohrwerkzeug in der Maschine vorzuse¬ hen. D a r s t e l__. l u n g d e r E r f i n d u n g
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung zum Niederbringen von im wesentlichen vertikalen Bohrungen, vornehmlich Großlochbohrungen, den Anforderungen der Praxis, namentlich in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Sicherheit, besonders gut Rechnung zu tragen. Dies bedeutet u.a., daß die Vorrichtung möglichst wirksam steuerbar sein soll, um die Vertikalität einer Bohrung einzuhalten bzw. schnell wieder herzustellen. Dies soll erreicht werden, ohne besondere Vorkehrungen in einer zusätzlichen Einstellebene treffen zu müssen. Die Vorrich¬ tung soll sich zum Einsatz in unterschiedlichen Formati¬ onen eignen, also z.B. außer im Festgestein auch im Lockergestein arbeiten können. Schließlich soll Vorsorge dafür getroffen werden, daß die Vorrichtung auch bei auftretenden Schwierigkeiten, besonders im Bereich der Übermittlung von Signalen, Steuerbefehlen u.dgl. sowie der Energiezuführung, nicht verloren gegeben werden muß. Weitere mit allede zusammenhängende Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.
Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art sieht die Erfindung vor, daß die Verspannvorrichtung zumindest teilweise zugleich als Einsteileinrichtung ausgebildet ist, daß in wenigstens einer Verspannebene jeder Linear¬ antrieb für sich steuerbar ist, daß den Linearantrieben wenigstens teilweise Wegmeßeinrichtungen mit Anzeigeele¬ menten am Steuerstand zugeordnet sind und daß für die Verspanneinrichtung zusätzlich zu einem 'Betätigungssystem eine separate Lose-Einrichtung vorhanden ist.
Eine solche Vorrichtung zeichnet sich durch eine Reihe wesentlicher Vorteile aus. Dadurch, daß zumindest ein Teil der Verspannvorrichtung zugleich als Einrichtung für die Richtungseinstellung ausgebildet ist, erübrigen sich Einstellmittel an einem mit dem Bohrwerkzeug beweg¬ baren Teil in einer dritten Ebene. Dies trägt zur Be- triebssicherheit erheblich bei und eröffnet außerdem besondere Arbeitsmδglichkeiten. Eine separate Lose- Einrichtung für die Verspannvorrichtung gewährleistet, daß die Vorrichtung auch dann nicht verloren ist, sondern mittels des tragenden Stranges aus dem Bohrloch nach über Tage gebracht werden kann, wenn im verspannten Zustand Steuerleitungen, Signalübertrager, Energiezufüh¬ rungen oder sonstige für den Normalbetrieb der Verspann¬ vorrichtung und/oder EinStelleinrichtung notwendige Teile defekt oder beschädigt werden, brechen oder aus anderen Gründen ihre Funktion nicht mehr erfüllen können.
Je nach den Gegebenheiten und Anforderungen des Einsatz¬ falles kann es genügen, die Verspannvorrichtung nur in einer der beiden Verspannebenen zugleich als Teil der Einsteileinrichtung auszubilden. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, beide Verspannebenen für eine Richtungsein¬ stellung des Führungsteiles der Vorrichtung heranzuziehen Zweckmäßig sind dann alle Linearantriebe in den beiden Verspannebenen für sich steuerbar und mit Wegmeßeinrich¬ tungen ausgestattet.
Mit der Vorrichtung ist ein vielseitiges Arbeiten und damit eine Anpassung an unterschiedliche Bedarfsfälle möglich. Es kann insbesondere so verfahren werden, daß die Vorrichtung mit stillstehendem Bohrwerkzeug in eine am tragenden Strang hängende Lage gebracht wird, daß hierauf zunächst die Einstellung des Führungsteiles der Vorrichtung in die gewünschte Richtung vorgenommen wird und daß dann die endgültige Verspannung unter Fixierung der vorgegebenen Führungsrichtung erfolgt. Es ist außer¬ dem auch möglich, die Einstellung und damit die Bohrrich¬ tung sogar während des Bohrens in gewissen Grenzen zu ändern. Ein Beispiel für den Verlauf einer Bohroperation wird weiter unten im zweiten Teil der Beschreibung noch erläutert werden.
Sind beide Verspannebenen zugleich als Einstellebenen ausgebildet, ergeben sich besonders vielseitige Möglich¬ keiten für eine Richtungseinstellung des Führungsteiles der Vorrichtung. Es ergibt sich ein exakt definierbarer Schwenkpunkt für die Richtungseinstellung. Dies ist von ganz besonderer Bedeutung beim Bohren im Lockergestein, wenn im Bereich des Bohrkopfes ein Freiraum vorhanden ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausführung sind die Spannstücke in einer Verspannebene gegenüber den Spannstücken der anderen Verspannebene in U f ngsrichtung um einen Winkel zueinander versetzt. Dieser Versatzwinkel ist vorteilhaf halb so groß wie der Winkel des Abstandes zwischen den Spannstücken. Sind vier Spannstücke in einer Ebene vorhanden, die einen Winkelabstand von 90° voneinander haben, darin beträgt der Versatzwinkel 45°. Dadurch ergibt sich eine sehr sichere Abstützung und auch eine Schonung der Bohrlochwand, weil keine Gefahr besteht, daß die Spannstücke einer Ebene beim Nachsetzen der Vorrichtung für den nächsten Bohrhub etwa an die gleiche Stelle gelangen, an der zuvor bereits die Spannstücke der anderen Ebene angelegen haben.
Als tragender Strang, an dem die Vorrichtung von über Tage her gehalten ist, kann ein Seil oder ein ähnliches Zugorgan vorgesehen sein. In vielen Fällen ist ein Gestänge als tragender Strang besonders vorteilhaft. Vor allem kann ein solches Gestänge einen Fδrderweg für Bohrgut bilden. Dies gilt vornehmlich für die Durchführu des Lufthebe-Bohrverfahrens oder andere indirekte Spül- bohrverfahren, für die die Vorrichtung in entsprechende Ausbildung besonders bestimmt ist. Ist der tragende Strang ein Seil, so muß für das Bohrgut eine gesonderte Fδrderleitung vorhanden sein. Bei einem Gestänge als tragender Strang kann dieses von einer über Tage befind lichen Einrichtung aus drehend antreibbar sein, so daß es ein Drehmoment zum Bohrkopf leitet. Das Gestänge kan insbesondere nichtdrehend sein, wobei dann ein Antrieb für den Bohrkopf in der Vorrichtung angeordnet ist.
Das grundsätzliche Merkmal der separaten Lose-Einrichtu für die Verspanneinrichtung besteht darin, daß mit dieser Einrichtung eine Aufhebung der Verspannung auch dann erfolgt, wenn mit dem normalerweise zur Betätigung der Verspannvorrichtung und/oder der EinStelleinrichtun vorgesehenen Betriebssystem ein Lösen aus dem verspannt Zustand nicht mehr möglich ist. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn eine Signal- oder Steuerleitung, ein Energie kabel od.dgl. gebrochen ist, ein Schaltelement ausgefal¬ len oder eine andere Beeinträchtigung eingetreten ist.
Die separate Lose-Einrichtung läßt sich je nach der sonstigen Gestaltung der Vorrichtung in verschiedener Weise ausbilden. Bei einer vorteilhaften Ausführung weist die Lose-Einrichtung einen Energiespeicher und wenigstens ein Schalt- oder Steuerorgan zum Bewirken des Lδsevorganges auf. Der Energiespeicher macht die Vorrich tung unabhängig von einer äußeren Energiezufuhr, so daß ein Lösen der Verspannung auch dann noch möglich ist, wenn die Vorrichtung von über Tage her nicht mehr mit Energie versorgt werden kann, etwa, wenn durch unerwarte Einwirkungen die Energiezuleitung zerstört worden ist.
Es kann zur Erhöhung der Gesamtsicherheit zweckmäßig sein, die Ausbildung so zu treffen, daß ein Betätigen der Verspannvorrichtung für den Führungsteil der Vorrich tung nur bei zuvor gefülltem Energiespeicher möglich ist. Dies gewährleistet die Herstellung der Betriebsbe¬ reitschaft der separaten Lose-Einrichtung vor dem Beginn des Arbeitens der Vorrichtung. Hierbei handelt es sich um ein sehr bedeutsames Merkmal.
Die Ausbildung wird insbesondere so getroffen, daß das Schalt- oder Steuerorgan der Löse-Einrichtung bei Eintrit vorgebbarer Bedingungen, so in Fällen der vorstehend genannten Art, selbsttätig den Lδsevorgang bewirkt. Die Energie aus dem Speicher kann dann sogleich denjenigen Organen zugeführt werden, mittels derer die Verspannung des Führungsteiles der Vorrichtung aufhebbar ist.
Handelt es sich um eine hydraulisch arbeitende Verspann¬ vorrichtung mit Linearantrieben in Form von Zylinder- Kolben-Einheiten, so enthält die separate Lose-Einrichtun zweckmäßig einen Hydrospeicher und eine Ventileinrichtung mittels derer zum Lδsevorgang alle Zylinder-Kolben- Einheiten des Spannsystems im Sinne einer radialen Einwärtsbewegung der Spannstücke betätigbar sind. Die Ventileinrichtung weist dabei insbesondere ein in eine zum Bewirken des Lösevorganges geeignete Stellung selbst¬ tätig rückführbares Wegeventil auf.
Vorteilhaft ist eine Wegmeßeinrichtung vorhanden, mittels derer die jeweilige Relativbewegung zwischen dem Arbeits¬ teil und dem Führungsteil erfaßt werden kann. Dadurch läßt sich über Tage der betreffende Zustand bzw. der gerade ablaufende Vorgang gut kontrollieren. Es kann u.a. festgestellt werden, ob der Führungsteil etwa an der Bohrlochwand verrutscht, z.B. beim Nachlassen mittels des tragenden Stranges.
Der Wegmeßeinrichtung ist insbesondere ein Sicherungs¬ system zugeordnet, namentlich im Sinne einer überfahr- Sicherung. Dadurch läßt sich am unteren Hubende verhin¬ dern, daß der Bohrkopf zu tief kommt. Beim Umsetzen wird die Gefahr eines Abreißens vermieden. Im weiteren Teil der Beschreibung wird darauf noch eingegangen.
Zwischen dem Arbeitsteil und dem Führungsteil sind zweckmäßig Hubantriebe vorhanden, mittels deren eine Verschiebung beider Teile zueinander erfolgen kann, sei es im Sinne eines bloßen Nachholens, sei es zur Aufbrin¬ gung einer zusätzlichen Andruckkraft. Vorteilhaft ist wenigstens einem Hubantrieb eine Wegmeßeinrichtung zugeordnet, insbesondere in Verbindung mit einem Siche¬ rungssystem zur Verhinderung unerwünschter oder nicht ordnungsgemäßer Bewegungen und Betriebszustände und/oder zum Bewirken von Vorgängen oder Betätigungen von Teilen oder Systemen der Vorrichtung in einem Sinne, daß Beschä¬ digungen oder Zerstörungen vermieden werden. Auch dazu werden im anschließenden Teil der Beschreibung noch Erläuterungen gegeben.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, gleichermaßen zur Darlegung der Erfindung gehörenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, aus der zugehörigen Zeichnung und aus den Ansprüchen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in Ansicht,
Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in größerem Maßstab, überwiegend in einem nach der Linie II - II in Fig. 4 verlaufenden Schnitt,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III - III in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV in Fig. 2 ,
Fig. 5 weitgehend schematisch ein hydrauisches Betäti¬ gungssystem für die Verspann- und Einstellteile der Vorrichtung mit Anzeige- und Steuerorganen an einem Steuerstand od.dgl.,
Fig. 6 eine besondere Ausführung eines hydraulischen Betätigungssystems, weitgehend schematisch und
Fig. 7 eine teils schematische Darstellung eines Huban¬ triebs zwischen Führungsteil und Arbeitsteil mit weiteren Elementen.
In den Figuren 1 bis 4 ist eine Ausführung der Vorrichtun dargestellt, die zum Niederbringen gerichteter Vertikal¬ bohrungen dient, insbesondere unter Anwendung des sog. Lufthebe-Bohrverfahrens. Die Vorrichtung kann unter Wasser arbeiten und eignet sich dazu, Bohrungen mit einem Durchmesser von beispielsweise 2100 mm niederzu¬ bringen, und zwar bis zu Teufen, die 1000 m und auch mehr betragen können.
Mit der Zahl 1 ist ein Bohrwerkzeug in Form eines Bohr¬ kopfes bezeichnet, der mit Rollenmeißeln 2, Schneid¬ rollen od.dgl. versehen ist. Der Bohrkopf 1 mit einer Antriebswelle 3 verbunden, die bei der gezeigten vorteil¬ haften Ausführung mittels einer Antriebseinheit 18 drehbar ist. Die letztere kann einen oder mehrere hydrau¬ lische Motoren enthalten. Insbesondere weist die Antriebs einheit einen elektrisch angetriebenen Kraftdrehkopf 19 mit Lagerung auf. Von der Antriebseinheit 18 erstreckt sich ein nichtdrehbares hohles Gestänge 4 nach oben, an dem bei dieser Ausführung Luftleitungen 11 für die Durchführung des Lufthebe-Bohrverfahreris entlanglaufen. Diese Luftleitungen 11 enden in einem Anschlußteil 12, in dem sich in das Innere des Gestänges 4 öffnende Durchlässe befinden, derart, daß die von oben her zuge¬ führte Luft an dieser Stelle in das Innere des Gestänges 4 eintreten kann. Die Antriebswelle 3 bildet über den Kraftdrehkopf 19 eine Fortsetzung des Gestänges 4. Sie ist wie dieses hohl und steht mit einem im Bohrkopf 1 vorgesehenen Saugstutzen bzw. Einlaßkanal 5 in Verbindun Somit kann mit Bohrgut beladene Spülung in die hohle Antriebswelle 3 und über den Kraftdrehkopf 19 in das Gestänge 4 gelangen und darin aufwärts gefördert werden.
Am Gestänge 4 läuft außerdem ein Kabel 6 entlang, das in eine druckfest gekapselte Verteilereinheit 7 eingeführt ist. Das Kabel 6 enthält Meß-, Steuer- und Energieversor gungsleitungen, so u.a. auch die Stromversorgung für die Antriebseinheit 18 und für Motoren zum Antrieb von Pumpen in einem noch zu erläuternden Hydrauliksystem. Von der Verteilereinheit 7 zu solchen und anderen Aggre¬ gaten führende Energie-, Meß und Steuerleitungen sind in Fig. 2 lediglich schematisch bei der Zahl 8 angedeutet.
Die Vorrichtung enthält ein in zwei im Winkel von 90° zueinander stehenden Meßebenen X und Y arbeitendes Neigungsmeßgerät 25 (Fig. 2) , etwa ein sog. Inclinometer über eine Meßleitung 9 ist dieses Gerät 25 mit der Verteilereinheit 7 und über diese mit dem zu einem Steuerstand über Tage führenden Kabel 6 verbunden. Dort kann somit jederzeit festgestellt werden, ob bzw. in welcher Richtung und um welchen Betrag die Bohrung bzw. deren jeweils hergestellter Abschnitt,von der Vertikalen abweicht.
Bei der Vorrichtung lassen sich vom grundsätzlichen Aufbau her zwei Teile unterscheiden, und zwar einerseits ein insgesamt mit der Zahl 21 bezeichneter Arbeitsteil und andererseits ein insgesamt mit der Zahl 22 bezeich¬ neter Führungsteil.
Der Arbeitsteil 21, der auch als "Innenkelly" bezeichnet werden kann, umfaßt u.a. ein unteres Lagersystem 15 für die Antriebswelle 3 mit Anschlußflansch 20 für den Bohrkopf 1, die genannte Antriebseinheit 18 sowie Gehäu¬ seteile 17 mit verschiedenen Einbauten. So sind in dem Arbeitsteil 21 außer der Verteilereinheit 7 und dem Neigungsmeßgerät 25 Belastungsgewichte 13, Behälter für elektrische und hydraulische Bauelemente, ein Tank für ein Hydraulikmedium, Pumpen und sonstige Teile unterge¬ bracht, die bei der Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung und der Beschreibung weiterer Einzelheiten noch genannt werden.
Das gesamte Lagersystem, nämlich die untere Lagerung 15 und die obere Lagerung im Kraftdrehkopf 19, ist mit seiner Schmiermittelversorgung druckkompensiert ausgebil¬ det. Durch die Belastungsgewichte 13 und die übrigen Komponenten des Arbeitsteiles 21 wird über das Lagersyste 15 zumindest ein wesentlicher Teil der Andruckkraft für den Bohrkopf 1 beim Arbeiten desselben erzeugt. Falls erwünscht, kann über das Gestänge 4 und/oder andere, noch zu erläuternde Vorrichtungen eine zusätzliche Andruckkraft aufgebracht werden.
Der Führungsteil 22, der auch als "Außenkelly" bezeichnet werden kann, weist eine Verkleidung oder ein Gehäuse 26 auf und enthält eine Verspannvorrichtung mit in zwei Verspannebenen AE und BE angeordneten Linearantrieben 14, mittels derer schildartige Spannstücke 10 radial auswärts und einwärts bewegt werden können.
Die Belastungsgewichte 13 sind so ausgebildet und mon¬ tiert, daß sie mit dem Führungsteil 2*2 zusammenwirken, um im verspannten Betriebszustand eine einwandfreie Richtungsführung für den Arbeitsteil 21 sicherzustellen. Vorteilhaft sind dabei Führungsleisten 16 aus geeignetem Material vorhanden, die entweder an dem Führungsteil 22 bzw. dessen Gehäuse 26 oder am Arbeitsteil 21 bzw. Komponenten desselben, etwa an den Belastungsgewichten 13, befestigt sind und auf Flächen an dem betreffenden Gegenteil gleiten. Wie besonders Fig. 3 erkennen läßt, können solche Führungsleisten 16 jeweils an Stellen vorgesehen sein, die den Linearantrieben 14 benachbart sind. Sie können sich über die ganze Länge des Führungs¬ teiles 22 erstrecken oder insbesondere auch nur am oberen und am unteren Ende vorgesehen sein. Letzteres ist bei der dargestellten Ausführung der Vorrichtung der Fall.
Zwischen dem Führungsteil 22 und dem Arbeitsteil 21 sind parallel zur Längsachse L der Vorrichtung zwei axiale Bewegungseinheiten 27 vorgesehen (Fig. 2, 4 und 8) , nachstehend als Hubantriebe bezeichnet, mittels derer der Führungsteil 22 und der Arbeitsteil 21 relativ zueinander in Richtung der Längsachse L der Vorrichtung verschiebbar sind. (Der Schnitt der Fig. 2 ist so geführ daß dort nur einer dieser Hubantriebe erkennbar ist.)
Die zum Aus- und Einfahren der Spannstücke 10 dienenden Linearantriebe 14 der oberen Verspannebene AE können zu denjenigen der unteren Verspannebene BE in Umfangsrich- tung um 45° zueinander versetzt sein, wie Fig. 1 erkenne läßt, oder aber auch ohne einen solchen Versatz überein¬ ander angeordnet sein, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
Als Linearantriebe sind bei dem dargestellten vorteilhaf ten Ausführungsbeispiel hydraulische Zylinder-Kolben- Einheiten vorgesehen, die nachstehend der Einfachheit halber als Hydraulik-Einheiten bezeichnet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Hydraulik-Einheiten beschränkt. Vielmehr können alle Arten von Linearantriεbe vorgesehen werden, die für die Funktion geeignet sind. Das gleiche gilt für die Hubantriebe 27.
Wie weiter oben schon gesagt wurde, ist das hydraulische Versorgungssystem mit Tank für Druckmedium, Pumpe mit Antrieb, Steuerelementen und sonstigen für den Betrieb benötigten Teilen in der Vorrichtung untergebracht. Nachstehend werden Ausführungen von Steuer- und Betriebs¬ systemen mehr im einzelnen erläutert.
In Fig. 5 sind die Teile, die denjenigen bei der Ausfüh¬ rung nach den Figuren 1 bis 4 gleich sind oder ihnen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie dort bezeichnet, mit Ausnahme der Linearantriebe 14, die nunmehr zur besseren Erläuterung für die obere Ebene AE mit AI, A2, A3 und A4 und für die untere Ebene BE mit Bl, B2, B3 und B4 bezeichnet sind.
Im rechten äußeren Teil der Fig. 5 sind die Hydraulik- Einheiten.AI, A2, A3, A4 der oberen Verspannebene AE und im linken äußeren Teil der Fig. 5 die Hydraulik-Einheiten Bl, B2, B3, B4 der unteren Verspannebene BE (mit Verset¬ zung um 45° in Umfangsrichtung, vgl. Fig. 1) dargestellt. Bei der Zahl 25 ist mit strichpunktierter Umgrenzung das Neigungsmeßgerät veranschaulicht, wobei die Messung in den beiden Ebenen X und Y jeweils durch die symbolische Darstellung eines Pendels in Seiten- und Vorderansicht angedeutet ist.
Weiterhin ist mit strichpunktierter Umgrenzung ein Teil eines an geeigneter Stelle über Tage befindlichen Steuer¬ standes ST mit verschiedenen Anzeige- und Betätigungs¬ bzw. Steuerorganen dargestellt. In Fig. 5 sind Hydraulikleitungen jeweils mit ausgezogenen Linien und elektrische Signal- oder Steuerleitungen jeweils mit gestrichelten Linien gezeichnet. Bei der Zahl 23 sind jeweils Steckverbindungen oder sonstige lösbare Verbindungen in diesen Leitungen angedeutet.
Aus einem Tank 30 kann Hydraulikflüssigkeit durch eine Saugleitung 31 mittels einer durch einen steuerbaren Motor 33 äntreibbaren Pumpe 34 über eine Leitung 32 in zwei Leitungen 35 und 36 gefördert werden. Die Leitung 35 führt zu einem Verteilerblock VA für die obere Ver¬ spannebene AE und die Leitung 36 zu einem Verteilerblock VB für die untere Verspannebene BE. Jeder dieser beiden Verteilerblöcke enthält vom Steuerstand ST aus über Steuerkabel 37, 38 zu betätigende Magnetventile MA bzw. MB, derart, daß mittels dieser Magnetventile jede Hydrau¬ lik-Einheit AI bis A4 der oberen Ebene und jede Hydraulik- Einheit Bl bis B4 der unteren Ebene für sich im Sinne des Ausfahreπs der Spannstücke 10 gesteuert werden kann.
Zu diesem Zweck führen von den Magnetventilen in dem Verteilerblock VA Hydraulikleitungen 41, 42, 43, 44 zu den großen Zylinderräumen All der Einheiten der oberen Ebene AE und ebenso von den Magnetventilen in dem Vertei¬ lerblock VB Hydraulikleitungen 51, 52, 53, 54 zu den großen Zylinderräumen Bll der unteren Ebene BE. Die kleinen Zylinderräume A12 der Einheiten der oberen Ebene AE sind durch Einzelleitungen mit einer zum Verteiler¬ block VA gehenden gemeinsamen Leitung 45 verbunden. Ebenso sind die kleinen Zylinderräume B12 der Einheiten der unteren Ebene BE durch Einzelleitungen mit einer zum Verteilerblock VB gehenden gemeinsamen Leitung 55 verbun¬ den. Mit den Zahlen 46 und 56 sind jeweils von den Verteilerblöcken VA und VB zum Tank 30 führende Abström¬ leitungen bezeichnet. Aus dem vorstehend Gesagten ergibt sich, daß in jeder der beiden Ebenen AE uns BE jedes Spannstück 10 indivi¬ duell radial nach außen bewegt, also ausgefahren werden . kann, während andererseits in jeder Ebene alle Spannstück 10 gemeinsam bzw. gleichzeitig radial nach innen bewegt, also eingefahren werden können. Dem Fachmann stehen dazu die erforderlichen hydraulischen und elektrischen Bau¬ elemente mit ihren Schaltungsmöglichkeiten zur Verfügung, so daß darauf hier nicht im einzelnen eingegangen zu werden braucht.
Am Steuerstand ST sind Steuerschalter AS1, AS2, AS3, AS4 für die Einheiten AI bis A4 der oberen Ebene AE und Steuerschalter BS1, BS2, BS3, BS4 für die Einheiten Bl bis B4 der unteren Ebene BE vorhanden, mittels derer jede der Einheiten für sich im Sinne des Ausfahrens betätigt werden kann. Steuerschalter AR und BR dienen zum Betätigen der Einheiten jeder Ebene im Sinne des gemeinsamen Einfahrens. Schließlich ist noch ein weiterer Steuerschalter ABS vorhanden, dessen Funktion später erläutert werden wird.
Jeder Einheit AI bis A4 der oberen Ebene AE und jeder Einheit Bl bis B4 der unteren Ebene BE ist eine Wegme߬ einrichtung zugeordnet, mittels derer der Weg, den die Spannstücke 10 oder deren Kolbenstangen bzw. andere damit verbundene Teile zurücklegen, erfaßt und für jede Einheit gesondert am Steuerstand ST über Tage an Analog- oder Digital-Anzeigeinstrumenten Gl bis G4 angezeigt werden kann. Bei entsprechender Eichung der Wegmeßeinrichtungen kann an diesen Instrumenten unmittelbar die von einer Bezugsposition aus gemessene radiale Position jedes Spannstückes abgelesen werden.
Wegmeßeinrichtungen solcher Art stehen dem Fachmann in verschiedenen Ausführungen zur Verfügung. In der rechten Hälfte der Fig. 5 sind schematisch jeweils Meßwertaufneh¬ mer 47 angedeutet, die über Signalleitungen an eine Verarbeitungseinheit 48 angeschlossen sind. Von dieser führt ein Signalkabel 49 zu den genannten Anzeigeinstru¬ menten Gl bis G4.
In der linken Hälfte der Fig. 5 ist dargestellt, daß die großen Zylinderräume Bll der Einheiten Bl bis B4 über Leitungen 57 und 58 mit hydraulisch-elektrischen Meßwert- Aufnehmern 59 und 60 zur Messung des Druckes und damit zur Ermittlung der jeweils an einem Spannstück 10 wirkenden Anpreßkraft ausgestattet sind. In den von den Einheiten Bl, B3 bzw. B2, B4 zu den Aufnehmern 59, 60 führenden Leitungen sind steuerbare Wechselventile 61, 62 vorgese¬ hen. Dadurch ist es möglich, wahlweise den einen oder den anderen von zwei sich gegenüberliegenden Zylindern zur Druckmessung mit dem zugehörigen Aufnehmer 59 bzw. 60 zu verbinden. Es kann aber auch für jeden Zylinder ein Meßwert-Aufnehmer vorgesehen sein. Jeder Meßwert-Auf ehme 59, 60 ist mit einem Anzeige-Instrument Pl bzw. P2 für den Druck verbunden. Am Steuerstand kann somit abgelesen werden, mit welcher Kraft das jeweilige Spannstück an die Bohrlochwand angepreßt wird. Mittels des Hydraulik¬ systems kann daher unter Berücksichtigung der Druckanzeige die Anpreßkraft individuell für jede Einheit entsprechend den Erfordernissen und Gegebenheiten gewählt werden. Dies ist besonders wichtig beim Bohren in unterschied¬ lichen Formationen. So kann z.B. beim Durchteufen von lockeren Schichten die Anpreßkraft geringer gewählt werden als im Festgestein.
Wegen der Übersichtlichkeit der Darstellung ist in Fig. 5 das Wegmeß- und Anzeige-System 47 bis 49, Gl bis G4 nur für die obere Ebene AE und das Druckmeß- und Anzeige- System 57 bis 62, Pl, P2 nur für die untere Ebene BE wiedergegeben. Tatsächlich ist es so, daß bei der erläu- terten vorteilhaften Ausführung in jeder der beiden Ebenen AE und BE für jede Einheit AI bis A4 bzw. Bl bis B4 Meß- und Anzeige-Systeme für Weg und Druck vorhanden sind.
Das Neigungsmeßgerät 25 ist über Leitungen 24 mit Anzeig Instrumenten NX und NY am Steuerstand ST verbunden, so daß dort jederzeit die Neigung der Vorrichtung in der X- Ebene und in der Y-Ebene mit positiven oder negativen Werten abgelesen werden kann.
Bei der Zahl 66 sind in Fig. 5 Betätigungsorgane für die Hubantriebe 27 zur Verschiebung von Führungsteil 22 und Arbeitsteil 21 relativ zueinander angedeutet. Vorteil¬ haft sind diesen Hubantrieben 27 auch Wegmeßeinrichtun¬ gen mit Anzeige-Instrumenten 67 am Steuerstand ST zugeor net, so daß dort auch das Arbeiten derselben kontrollier werden kann. Eine vorteilhafte Ausbildung wird weiter unten noch erläutert werden.
Die Figur 6 veranschaulicht eine besonders vorteilhafte Ausführung der Vorrichtung, bei der für die Verspann¬ vorrichtung zusätzlich zu einem Betätigungssystem eine separate Lose-Einrichtung vorgesehen ist. Zugleich' läßt diese Figur auch noch weitere Teile eines Betätigungs¬ systems erkennen. Teile, die denjenigen der Ausführung nach Fig. 5 gleich sind oder entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen wie dort.
Die Förderleitung 32 der Pumpe 34 ist einerseits über ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 70 mit den zu den Verteilerblδcken VA und VB führenden Leitungen 35 und 36 verbunden, so daß den Verteilerblöcken wie bei der Darstellung in Fig. 5 Druckmedium zuströmen kann. Außerdem ist die Fδrderleitung 32 über ein Rückschlag¬ ventil 71 mit einer zu einem Magnetventil 72 führenden Leitung 73 verbunden. An die letztere ist über eine Leitung 74 ein hydraulischer Druckspeicher 75 sowie ein Druckschalter 76 angeschlossen, der bei Erreichen eines vorbestimmbaren Druckes im Druckspeicher 75 ein Signal abgibt, das in noch zu erläuternder Weise genutzt wird. Das Magnetventil 72 befindet sich beim ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung nicht in der in Figur 6 gezeigten Stellung, .sondern in der anderen von seinen beiden möglichen Stellungen. Es wird in dieser gehalten, bis entweder vom Steuerstand ST aus bewußt eine Umschaltung des Ventils in die gezeigte Stellung bewirkt wird oder bis es in diese Stellung bei Eintritt bestimmter vorgeb¬ barer Bedingungen selbsttätig überführt wird.
In der eingezeichneten Position des Ventils 72 kann Druckmedium aus dem Druckspeicher 75 über eine Leitung 81 und ein Rückschlagventil 82 zu einer Sammelleitung 83 fließen, an die die kleinen Zylinderräume A12 der Einhei¬ ten AI bis A4 der oberen Ebene AE angeschlossen sind. Ebenso kann Druckmedium über eine Leitung 91 und ein Rückschlagventil 92 zu einer Sammelleitung 93 fließen, an die die kleinen Zylinderräume B12 der Einheiten Bl bis B4 der unteren Ebene BE angeschlossen sind.
An jede Sammelleitung 83 bzw. 93 ist außerdem eine Leitun 84 bzw. 94 angeschlossen, in der ein entsperrbares Rückschlagventil 85 bzw. 95 angeordnet ist. Diese Leitun¬ gen 84 bzw. 94 kommen von Magnetventilen, die sich im Verteilerblock VA bzw. VB befinden und Anschlüsse an die Druckleitungen 35 bzw. 36 und an die Abstrδmleitungen 46 bzw. 56 zum Tank 30 haben.
Vom Verteilerblock VA für die obere Ebene AE führen, wie auch in Verbindung mit Fig. 5 erläutert, Hydrauliklei¬ tungen 41 bis 44 zu den großen Zylinderräumen All der Einheiten AI bis A4 der oberen Ebene AE. In diesen Leitungen befinden sich jeweils entsperrbare Rückschlag¬ ventile 41a bis 44a (Fig. 6) , von denen eine gemeinsame Schaltleitung 88 zu einem Wechselventil 77 führt. Die Hydraulikleitungen 41 bis 44 gehen von im Verteilerblock VA untergebrachten Magnetventilen aus, die zu den in Fig. 5 generell mit MA bezeichneten Magnetventilen gerechnet werden können und die jeweils Anschlüsse an die Druckleitung 35 und an die Abstrδ leitung 46 zum Tank 30 haben. Diese Magnetventile können vom Steuer¬ stand aus einzeln betätigt werden, und zwar über Steuer¬ schalter, wie sie auch in Fig. 5 am Steuerstand ST bei den Bezugszeichen AS1 bis AS4 gezeigt sind. Von den Hydraulikleitungen 41 bis 44 gehen jeweils zu Rückschlag¬ ventilen 105 bis 108 führende Leitungen ab. Diese Rück¬ schlagventile sind auf ihren Auslaßseiten an eine zum entsperrbaren Rückschlagventil 85 führende Betätigungs¬ leitung 109 angeschlossen, um dieses zu öffnen und damit den Abfluß von Hydraulikflüssigkeit aus einem oder mehreren der kleinen Zylinderräume A12 der Einheiten AI bis A4 zu ermöglichen, wenn einem oder mehreren der großen Zylinderräume All durch Betätigung eines oder mehrerer der Magnetventile Druckmedium zugeführt wird,- um das betref¬ fende Spannstück 10 auszufahren.
Während es somit möglich ist, jede Einheit AI bis A4 im Sinne des Ausfahrens eines Spannstückes 10 für sich zu betätigen, genügt es, für das Einfahren der Spannstücke eine gemeinsame Betätigung der Einheiten einer Ebene vorzusehen. Dieses Einfahren geschieht im normalen Betrieb dadurch, daß ein weiteres Magnetventil des Ventilblocks VA in eine solche Stellung überführt wird (z.B. durch Betätigen des Schalters AR am Steuerstand ST, Fig. 5) , daß das Druckmedium über dieses Magnet¬ ventil, eine Leitung 111, das Rückschlagventil 85 und die Leitung 83 zu den kleinen Zylinderräumen A12 fließt und die Kolben der Einheiten AI bis A4 im Sinne des Einfahrens bewegt. Dabei wird außerdem durch den Druck in einer von der Leitung 111 abzweigenden Leitung 112 das auch an die letztere angeschlossene Wechselventil 77 so verstellt, daß Druckmedium über die Schaltleitung 88 zu den entsperrbaren Rückschlagventilen 41a bis 44a strömen kann, um diese im Sinne eines Durchganges von den großen Zylinderräumen All her und dann durch die Ventile des Ventilblockes VA zur Abstrδmleitung 46 zu öffnen, so daß ein druckloser Abfluß von Hydraulikflüs¬ sigkeit auf diesem Wege stattfinden kann.
Was vorstehend für die Betätigung der Einheiten AI bis A4 der oberen Ebene AE gesagt wurde, gilt bei der darge¬ stellten vorteilhaften Ausführung sinngemäß und entspre¬ chend auch für die Betätigung der Einheiten Bl bis B4 der unteren Ebene BE, so daß sich eine besondere Erläuterung dazu erübrigt. In Fig. 6 sind bei der unteren Ebene BE die den Rückschlagventilen 105 bis 108 der oberen Ebene AE entsprechenden Ventile mit den Zahlen 115 bis 118 bezeichnet.
Die Erfindung ist nicht auf die wiedergegebenen und beschriebenen Einzelheiten der Systeme und der verwendeten Bauelemente beschränkt. Vielmehr können auch andere geeignete Teile vorgesehen und Abwandlungen in den Betätigungs- und Steuersystemen vorgenommen werden, die den gewünschten Zweck erfüllen.
Zusätzlich zu den beschriebenen Betätigungsmöglichkeiten für den normalen Betrieb der Vorrichtung ist eine separate Lδse-Einrichtung für die Verspannvorrich"tung vorgesehen. Diese tritt unter vorgebbaren Bedingungen in Funktion, insbesondere bei einem Bruch von Leitungen auf dem Weg vom Steuerstand zur Vorrichtung bzw. in dieser selbst, und vorteilhaft auch bei manueller Auslösung eines Schalters oder sonstigen geeigneten Betätigungsgliedes. Bei der Erläuterung der Fig. 5 ist ein solcher am Steuer¬ stand ST vorgesehener Schalter ABS bereits erwähnt worden. Auch sind bestimmte Einzelheiten des Hydraulik¬ systems in Verbindung mit Fig. 6 bereits genannt worden. Die Wirkungsweise der separaten Lose-Einrichtung wird nachstehend an einem Beispiel erläutert.
Während des betriebsmäßigen Einsatzes der Vorrichtung ist die Spule 72a des Magnetventils 72 infolge Stromzufuhr über die elektrische Leitung 78 erregt, so daß sich das Magnetventil 72 abweichend von der in Figur 6 gezeigten Stellung in der anderen von den beiden möglichen Stellun¬ gen befindet, in der die Leitungen 81 und 91 mit dem Tank verbunden sind. Es sei nun angenommen, daß die genannte elektrische Leitung 78 unterbrochen wird, etwa durch Beschädigung des diese Leitung enthaltenden Kabels, z.B. des am Gestänge 4 entlanggeführten Kabels 6 (Fig. 2) . Damit wird die Magnetspule 72a des Ventils 72 strom¬ los, so daß dieses unter der Wirkung einer Belastungsfeder od.dgl. selbsttätig in die in der Zeichnung wiedergegebene* Lage überführt wird. Hierauf kann, wie u.a. aus Fig. 6 ersichtlich ist, Druckmedium aus dem zuvor gefüllten Speicher 75, über die Leitung 74, das Ventil 72, die Leitungen 81 und 91 sowie über die Rückschlagventile 82, 92 in die Sammelleitungen 83, 93 und damit zu den kleinen Zylinderräumen A12 und B12 der Einheiten AI bis A4 der oberen Ebene AE und den Einheiten Bl bis B4 der unteren Ebene BE strömen. Dadurch werden die Spannstücke 10 aller Einheiten in den beiden Ebenen eingefahren, so daß die gesamte Vorrichtung von der Bohrlochwand gelöst wird. Aus den großen Zylinderräumen All und Bll der Einheiten AI bis A4 und Bl bis B4 kann die verdrängte Hydraulikflüssigkeit über die in Fig. 6 für die obere Ebene gezeigten entsperrbaren Rückschlagventile 41a bis 44a und die Magnetventile des Ventilblocks VA und über entsprechende Elemente der unteren Ebene zum Tank 30 hin abströmen. Die Magnetventile des Ventilblocks VA stehen jeweils unter Federbelastung, so daß sie sowohl bei beabsichtigter Abschaltung als auch bei Stromausfall selbsttätig in die gezeichnete Stellung zurückkehren. Eine elektrische Abschaltung kann auch in Abhängigkeit von einem anderen Vorgang automatisch bewirkt werden, insbesondere in Abhängigkeit vom Stromloswerden der Spule des Magnetventils 72. Bei dem geschilderten Vorgang werden die Rückschlagventile 41a bis 44a für den Rückstro der Hydraulikflüssigkeit aus den großen Zylinderräumen All der Einheiten AI bis A4 wiederum dadurch entsperrt, daß der Leitung 88 Druckmedium zugeführt wird, und zwar jetzt Druckmedium aus dem Speicher 75, das über eine von der Leitung 81 abzweigende Leitung 113 und das Wechsel¬ ventil 77 in die Schaltleitung 88 gelangt. Dieser Vorgang findet in beiden Verspannebenen AE und BE gleichzeitig statt, unabhängig davon, wie die Hydraulik-Einheiten in jeder Ebene sonst betätigt oder gesteuert werden, sei es einzeln oder in einer Ebene auch gemeinsam.
Der weiter oben erwähnte Druckschalter 76 (Fig. 6) kann zunächst einmal dazu dienen, ein Signal an einer Anzeige¬ einrichtung 114 am Steuerstand ST (Fig. 5) über Tage zu bewirken, um kenntlich zu machen , daß der Speicher 75 in der gewünschten Weise mit dem vorgegebenen Druck gefüllt ist. Vorteilhaft wird der Druckschalter weiterhin noch genutzt, um bestimmte Schaltvorgänge oder Betriebs¬ funktionen so lange zu blockieren oder zu verhindern, bis der vorgegebene Speicherdruck erreicht ist. Insbeson¬ dere wird die Ausbildung so getroffen, daß die Spannstück 10 in den beiden Ebenen AE und BE erst dann ausgefahren werden können, wenn der Speicher 75 ordnungsgemäß gefüllt ist. Dies kann durch eine einfache elektrische Schaltung erreicht werden, für die dem Fachmann die Mittel zur Verfügung stehen. Damit ist sichergestellt, daß mit dem Arbeiten der Vorrichtung im Bohreinsatz erst begonnen werden kann, wenn die Sicherheits-Löse-Einrichtung ihren betriebsbereiten Zustand erreicht hat.
Nachstehend wird der Ablauf eines Bohrvorganges mit mehreren Schritten zur Richtungskorrektur erläutert. Der Einfachheit halber ist dabei nur eine Abweichung in der Y-Ebene betrachtet. Bei einer Abweichung in der X-Ebene ist der Sachverhalt analog.
Es sei ein erster Zustand angenommen, bei dem nach dem Abbohren eines Hubes eine Abweichung von der Sollachse um einen bestimmten Betrag Y und somit um einen bestimmte Winkel eingetreten ist. Dies wird am Steuerstand ST an den Geräten NX und NY mit entsprechenden Werten angezeigt Die Verspannung ist gelöst, d.h. die Spannstücke 10 sind eingefahren. Die Vorrichtung wird mittels des Gestänges 4 etwas angehoben, so daß der Bohrkopf 1 sich in einem geringen Abstand von der Bohrlochsohle' befindet. Handelt es sich um eine verhältnismäßig große Abweichung von der Sollrichtung, dann kann die Vorrichtung nicht völlig frei im Bohrloch hängen, vielmehr liegt der Bohrkopf auf einer Seite an der Bohrlochwandung an.
Zur Durchführung einer Korrektur werden dann die Spann¬ stücke 10 nach Maßgabe der jeweiligen Meßwert-Anzeige mit Hilfe der Steuerung zunächst so weit um unterschied¬ liche Beträge ausgefahren, daß die Vorrichtung die gewünschte Lage einnimmt, worauf dann in dieser Lage die Verspannung bewirkt wird.
Die Gegebenheiten lassen es zu, die Vorrichtung nach Maßgabe der jeweiligen Meßwert-Anzeige mit Hilfe der Steuerung nicht nur lotrecht, sondern entgegengesetzt zur Abweichung einzustellen und zu verspannen. Nach dem Abbohren eines oder mehrerer weiterer Abschnitte wird dann beispielsweise festgestellt, daß sich der Bohrkopf auf der Sollachse befindet. Somit wird die Vorrichtung jetzt wieder lotrecht eingestellt und ver¬ spannt, wobei ihre Achse also mit der Sollachse zusam¬ menfällt. Anschließend kann dann genau in vertikaler Richtung gebohrt werden.
Bei einer weiteren Messung wird sich dann z.B. ergeben, daß die Vorrichtung bei von der Bohrloch-Sohle abgehobene Bohrkopf frei im Bohrloch hängt, ohne daß der Bohrkopf auf irgendeiner Seite an der Bohrlochwand anliegt, und daß dabei die Längsachse der Vorrichtung mit der Sollachs übereinstimmt.
Dann werden alle Spannstücke um den gleichen Weg bis zur Anlage an der Bohrlochwand ausgefahren, und es wird die , Verspaπnung bewirkt. Hierauf kann der nächste Bohrhub auf der Sollachse vertikal durchgeführt werden.
Entsprechende Korrekturmδglichkeiten mit ähnlichem Vorgehen bestehen bei Abweichungen in anderer Richtung bzw. nach anderen Seiten.
Wie schon weiter oben bei der Erläuterung der Figuren 1 bis 4 beschrieben, ist die Vorrichtung mit Hubantrieben 27 ausgerüstet, mittels derer der Führungsteil 22 und der Arbeitsteil 21 relativ zueinander in Richtung der Längsachse L der Vorrichtung verschoben werden können. Figur 7 zeigt bei schematischer Darstellung der Vorrich¬ tung solche Hubantriebe zusammen mit weiteren vorteil¬ haften Merkmalen.
Die Hubantriebe 27 sind bei der dargestellten Ausführung als parallel zueinander angeordnete hydraulische Zylinder Kolben-Einheiten ausgebildet. Es ist aber auch möglich, je nach den Gegebenheiten und Anforderungen andere Arten von Antrieben zur Ausführung von Linearbewegungen zu wählen, etwa Elektromotoren mit Zahnstangengetrieben od.dgl. Wie Fig. 7 erkennen läßt, sind hier Zylinder 121 mit Schwenkzapfen 122 an Lagerböcken 123 gehalten, die am Arbeitsteil 21 befestigt sind. Die Enden der Kolbenstange 124 sind über Gelenkzapfen 125 mit Halterungen 126 am Führungsteil 22 verbunden. Die Hubantriebe 27 können lediglich als Nachhol-Vorrichtungen dienen, um nach Beendigung eines Bohrhubes, das Absenken des Führungsteile 22 in die Ausgangsposition für einen neuen Bohrhub zu unterstützen. Sie können aber auch als Vorschub-Vorrich¬ tungen konzipiert sein, um die Andruckkraft des Bohrkopfe beim Bohren zu erhöhen. Je nach den Anforderungen können die Hubantriebe einfach-wirkend oder doppelt-wirkend sein
In der Zeichnung ist die Druckmittelversorgung für die Zylinder-Kolben-Einheiten nicht besonders dargestellt. Sie kann von dem im Arbeitsteil 21 der Vorrichtung untergebrachten Hydraulik-Aggregat aus erfolgen, wobei vom Steuerstand ST über Tage aus mittels der Schalter 66 od.dgl. (Fig. 5) zu betätigende Magnetventile vorhanden sind, über die den Zylindern 121 der Einheiten 27 in der gewünschten Weise Druckmedium zugeführt werden kann. Es können also ähnliche Bauelemente wie bei den Einheiten der Verspannvorrichtungen vorgesehen sein.
Die Vorrichtung ist mit einem Weg-Meßsystem zur Erfassung der Relativbewegung zwischen Arbeitsteil 21 und Führungs¬ teil 22 ausgerüstet. Dieses kann grundsätzlich an jeder Stelle angeordnet sein, an der eine solche Wegmessung möglich ist. Bei einer einfachen und zweckmäßigen Ausfüh¬ rung ist ein Weg-Meßsystem wenigstens an einem Hubantrieb vorgesehen. Fig. 7 zeigt einen Wegmeßkopf 127 an der in dieser Figur linken Zylinder-Kolben-Einheit 27. Wegme߬ einrichtungen für Hydraulikzylinder stehen dem Fachmann an sich zur Verfügung, so daß auf Einzelheiten derselben hier nicht näher eingegangen zu werden braucht. Solche Einrichtungen können insbesondere berührungslos bzw. mit indirekter Abtastung arbeiten, z.B. induktiv.
Von dem Wegmeßkopf 127 führt eine Signalleitung 128 zu einer zentralen Kommando-Einheit 129, von der aus auch eine nicht dargestellte Leitung zum Anzeigeinstrument 67 am Steuerstand ST (Fig. 5) geht, so daß hier jederzeit die Größe der Relativbewegung zwischen Arbeitsteil 21 und Führungsteil 22 bzw. die jeweilige Position des Arbeitsteiles relativ zum Führungsteil festgestellt werden kann.
Mit den Hubantrieben 27 und der Verspannvorrichtung für die Spannstücke 10 ist ein SicherungsSystem verknüpft. Dieses dient u.a. dazu, bei Fehlbetätigungen oder nicht ordnungsgemäßen Betriebszuständen Beschädigungen der Vorrichtung zu verhindern. Der Weg, den der Arbeitsteil und der Führungsteil relativ zueinander ausführen können und der zumindest im wesentlichen dem Bohrhub entspricht, ist durch den maximalen Arbeitshub der Zylinder-Kolben- Einheiten 27 bestimmt. Würde dieser Weg überschritten, z.B. dadurch, daß der Arbeitsteil 21 bei verspanntem Führungsteil 22 mittels des Gestänges 4 bei ausgefahrenen Einheiten 27 über deren Hubende hinaus nach unten gedrück oder bei eingefahrenen Einheiten nach oben gezogen wird, so ergäben sich Beschädigungen oder Zerstörungen an den Teilen der Vorrichtung, am Bohrkopf oder am Gestänge.
Der Grundgedanke des Sicherungssystems liegt darin, daß die Verspannung des Führungsteiles 22 automatisch gelöst wird, wenn die Gefahr einer Überschreitung des zulässigen Relativ-Weges zwischen dem Arbeitsteil 21 und dem Füh¬ rungsteil 22 eintritt. Zu diesem Zweck ist im Hubantrieb 27 wenigstens ein Meldepunkt in einem vorgewählten Abstand vor einem Hubende, insbesondere beim Ausfahr- Hub, vorgesehen, bei dessen Erreichen an einem Anzeige¬ gerät am Steuerstand ein Warnsignal gegeben wird, so daß der Bedienungsmann darauf aufmerksam gemacht wird, daß er den Bohrkopf-Antrieb ausschalten und/oder die Verspan¬ nung des Führungsteiles lösen muß. Erfolgt auf das Warnsignal hin keine Reaktion, so wird nach einem vorbe¬ stimmten Abstand eine automatische Abschaltung des Bohrkopf-Antriebes 18 und ein automatisches Lösen der Verspannvorrichtung bewirkt. Das Abschalten des Bohrkopf- Antriebes geschieht auf entsprechende Signalgabe hin durch geeignete, dem Fachmann zur Verfügung stehende Bauelemente im Steuersystem für den Antrieb, so bei elektrischen Bohrkopf-Motoren mit Hilfe elektrischer Schaltelemente und bei hydraulischen Bohrkopf-Motoren über Ventile oder Abschalten eines Pumpen-Motors. Das Lösen der Verspannung des Führungsteiles geschieht je nach der Ausbildung der Verspannvorrichtung und der Art der Linearmotoren für die Spannstücke 10 durch für sie geeignete Steuerelemente. Bei der weiter oben erläuterten hydraulischen Verspannvorrichtung kann durch das vom Sicherungssystem abgegebene Kommando eine Betätigung der für den normalen Betrieb vorgesehenen Magnetventile, bewirkt werden, oder es kann durch das Kommando des Sicherungssystems die separate Lose-Einrichtung mit Überführung des Magnetventils 72 in die in Fig. 6 gezeigte Stellung ausgelöst werden.
In Fig. 7 ist mit der Zahl 130 eine Einheit bezeichnet, welche u.a. die Verteilerblöcke VA und VB mit den ver¬ schiedenen Ventilen und sonstigen Bauelementen enthält, wobei durch eine Linie 131 die Signalverbindung zwischen der Kommando-Einheit 129 und der Einheit 130 und durch mehrere Linien die Verbindungen zu den Linearantrieben 14 der beiden Verspannebenen AE und BE angedeutet sind. Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausbildung der Vorrichtun wird beim Wirksamwerden der Lose-Einrichtung für die Verspannvorrichtung zugleich auch sicherheitshalber der Bohrkopf-Antrieb abgeschaltet. In Fig. 7 ist bei der Zahl 132 eine von der Kommando-Einheit 129 zur Antriebs¬ einheit 18 führende Schaltleitung angedeutet. Es braucht vom Sicherungssystem nur ein Kommando gegeben werden, um zugleich die Verspannung zu lösen und den Bohrkopf- Antrieb abzuschalten. Ein manuelles Abschalten mit Rückzug der Spannstücke 10 kann durch den schon genannte Schalter ABS am Steuerstand ST (Fig. 5) bewirkt werden.
Die Ausbildung läßt sich auch so treffen, daß zwischen einem ersten Meldepunkt zur Abgabe eines Warnsignals und dem Hubende ein weiterer Meldepunkt vorgesehen wird, bei dessen Erreichen dann sofort die Verspannung gelöst und der Bohrkopf-Antrieb abgeschaltet wird.
Alles vorstehend Gesagte gilt nicht nur für die Annäheru an das Hubende beim Ausfahren der Hubantriebe, vielmehr können entsprechende Vorkehrungen mit einem oder mehrere Meldepunkten auch bei Annäherung an das Hubende beim Einfahren der Hubantriebe getroffen werden. Die gegebene Erläuterungen gelten dafür sinngemäß und entsprechend.
Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt, für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Vorrichtung zum Niederbringen von im wesentlichen vertikalen Bohrungen, insbesondere Großlochbohrungen, Schächten od.dgl., mit an einem tragenden Strang aufhängbaren, im Bohrloch arbeitenden Aggregat, das ein drehend antreibbares Bohrwerkzeug, einen zur Durchführung des Bohrvorganges an der Bohrlochwand festlegbaren Führungsteil mit einer Verspannvorrich¬ tung, die in zwei in Längsrichtung der Vorrichtung Abstand voneinander aufweisenden Verspannebenen jeweils mehrere durch Linearantriebe radial einwärts und auswärts bewegbare, an die Wandung des Bohrloches anpreßbare Spannstücke aufweist, einen zusammen mit dem Bohrwerkzeug relativ zum Führungsteil in Bohrrich¬ tung bewegbaren Arbeitsteil, sowie eine Meß- und Stellmittel aufweisende Einstell-Einrichtung zur Einstellung des Führungsteiles in eine vorgebbare Richtung enthält, mit Signalübertragungsmitteln, die mit Anzeige- und Betätigungselementen an einem Steuer¬ stand od.dgl. über Tage verbindbar sind, und mit einer Einrichtung zum Abführen des Bohrgutes nach oben, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Verspannvorrichtung (10, 14) bildet zumindest teilweise zugleich die Einsteileinrichtung,
- in wenigstens einer Verspannebene (AE bzw. BE ist jeder Linearantrieb (14) für sich steuerbar,
- den Linearantrieben (14) sind wenigstens teilweise Wegmeßeinrichtungen (47) mit Anzeigeelementen
(Gl bis G4) am Steuerstand (ST) zugeordnet,
- für die Verspannvorrichtung (10, 14) ist zusätz¬ lich zu einem Betätigungssystem (AS1 bis AS4, VA; BS1 bis BS4, VB) eine separate Lose-Einrich¬ tung (72, 74, 75, 82 bzw. 92, 83 bzw. 93) vorgese¬ hen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Linearantriebe (14) in den beiden Verspann¬ ebenen (AE, BE) für sich steuerbar und mit Wegmeßein¬ richtungen (47) ausgestattet sind.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der tragende Strang ein nicht- drehendes "Gestänge (4) ist und im Arbeitsteil (21) ein Drehantrieb (18) für das Bohrwerkzeug (1) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als tragender Strang ein Gestänge vorgesehen ist, über das das Bohrwerkzeug (1) drehend antreibbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als tragender Strang ein Seil od.dgl. vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Durchführung eines Bohr¬ verfahrens mit indirekter Spülung ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der tragende Strang (4) als Förderweg für das Bohrgut ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem Teil der Linear¬ antriebe (14) Kraft- oder Druckmeßeinrichtungen (59, 60) zugeordnet sind..
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die separate Löseeinrichtung für die Verspannvorrichtung einen Energiespeicher (75) und wenigstens ein Schalt- oder Steuerorgan (72, ABS) zum Bewirken des Lösevorganges aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die separate Lδseeinrichtung (72, 75) zum selbsttätigen Bewirken des Lösevorganges bei Eintritt vorgebbarer Bedingungen ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bedingung für das selbsttätige Bewirken des Lösevorganges ein Ausfall von Signal- und/oder Energie übertragungsorganen (6, 7, 8, 9, 78) ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekenn¬ zeichnet durch eine Anordnung (76) , die ein Betätigen der Verspannvorrichtung für den Führungsteil (22) im Sinne des Verspannens nur bei gefülltem Energie¬ speicher (75) gestattet.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einer Zylinder-Kolben-Einheiten als Linearantriebe aufweisen¬ den hydraulischen Verspannvorrichtung, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die separate Löseeinrichtung einen Hydrospeicher (75) und eine Ventileinrichtung (72) enthält, mittels derer zum Lösevorgang alle Zylinder- Kolben-Einheiten (AI bis A4; Bl bis B4) im Sinne einer radialen Einwärtsbewegung der Spannstücke (10) betätigbar sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein in eine zum Bewirken des Lösevorganges geeignete Stellung selbsttätig rückführbares Wegeventil (72) aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekenn¬ zeichnet durch eine Wegmeßeinrichtung (127, 129) für die Relativbewegung zwischen Arbeitsteil (21) und Führungsteil (22) .
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch ein Sicherungssystem, mittels dessen bei Überschreitung vorgebbarer Relativpositionen von Arbeitsteil (21) und Führungsteil (22) Steuer- oder Betätigungsvorgänge auslösbar sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekenn¬ zeichnet durch Hubantriebe (27) , mittels derer der Führungsteil (22) und der Arbeitsteil (21) relativ zueinander in Richtung der Längsachse (L) der Vorrich¬ tung verschiebbar sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 und 16 den Hubantrieben (27) zugeordnet sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubantriebe (27) ausschließlich für ein Nachholen des Führungsteiles (22) ausgebildet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubantriebe (27) als Vorschubvorrichtungen ausgebildet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstücke (10) in einer Verspannebene (AE) gegenüber den Spannstücken (10) der anderen Verspannebene (BE) in Umfangsrichtung um einen Winkel zueinander versetzt sind.
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