EP0358786A1 - Überlagerungsbohrvorrichtung - Google Patents

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Publication number
EP0358786A1
EP0358786A1 EP88114901A EP88114901A EP0358786A1 EP 0358786 A1 EP0358786 A1 EP 0358786A1 EP 88114901 A EP88114901 A EP 88114901A EP 88114901 A EP88114901 A EP 88114901A EP 0358786 A1 EP0358786 A1 EP 0358786A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strand
drill bit
outer strand
crown part
drilling device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP88114901A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
G. Dr. Ing. Klemm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ing G Klemm Bohrtechnik GmbH
Original Assignee
Ing G Klemm Bohrtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DE3728269A priority Critical patent/DE3728269C1/de
Application filed by Ing G Klemm Bohrtechnik GmbH filed Critical Ing G Klemm Bohrtechnik GmbH
Priority to EP88114901A priority patent/EP0358786A1/de
Publication of EP0358786A1 publication Critical patent/EP0358786A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • 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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/26—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers
    • E21B10/265—Bi-center drill bits, i.e. an integral bit and eccentric reamer used to simultaneously drill and underream the hole
    • 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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/36—Percussion drill bits
    • E21B10/40—Percussion drill bits with leading portion
    • 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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/64—Drill bits characterised by the whole or part thereof being insertable into or removable from the borehole without withdrawing the drilling pipe
    • E21B10/66—Drill bits characterised by the whole or part thereof being insertable into or removable from the borehole without withdrawing the drilling pipe the cutting element movable through the drilling pipe and laterally shiftable
    • 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
    • E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action

Definitions

  • the invention relates to an overlay drilling device of the type specified in the preamble of claim 1.
  • Overlay drilling is drilling in the ground with two pipe strands, namely an outer strand and a coaxial inner strand.
  • the inner string carries a drill bit at the front end to perform drilling, while the outer string is primarily used to support the wall of the borehole.
  • eccentric drill bits are known which have a main crown part and an auxiliary crown part which can be swung out relative to it about an eccentric axis. If the auxiliary crown part is in the swung-out state, it protrudes beyond the contour of the outer strand.
  • the impact transmission can either take place at the rear end of the outer strand if the outer strand is abruptly coupled to the inner strand at this point, or in the vicinity of the eccentric drill bit if the drill bit shaft has a stop surface which interacts with a counter-stop surface of the outer pipe strand.
  • the outer strand is subjected to intermittent considerable compression or expansion stresses. The consequence of this is that the pipes of the outer strand cannot be screwed to one another in the manner customary for earth drilling, but must be welded. This welded connection must be cut again when the outer strand is pulled out of the borehole.
  • a disadvantage of the ODEX process is that it is manufactured the outer strand of tubes welded together is very complex.
  • the invention has for its object to provide an overlay drilling device of the type specified in the preamble of claim 1, which is able to effect a fast drilling without any risk of rinsing in any type of soil.
  • the overlay drilling device according to the invention works in principle according to the ODEX method, but the outer strand is not driven by blows, but only by turning and by a constantly applied feed force.
  • the overlay drilling device enables different operating modes: since the outer strand has a ring drill bit, drilling is possible in such a way that the ring drill bit and the main crown part of the eccentric drill bit are arranged in the same way, that is to say that the auxiliary crown part is in the retracted state inside the outer strand and that the cutting elements of the ring core bit and the main crown part of the eccentric bit lie approximately in one plane.
  • Another method of operation is to pull the eccentric drill bit into the outer strand and to operate the drilling device with an annular drill bit which is ahead of the eccentric drill bit.
  • a third mode of operation is to advance the eccentric drill bit relative to the ring drill bit in order to break up rock with the eccentric drill bit. The ring core bit then runs after the eccentric core bit and partially causes the loosened rock to be ground.
  • the outer strand is driven exclusively in rotation saves energy because impact energy is not required for the outer strand.
  • the outer strand acts as sound insulation for the Inner strand.
  • Another advantage is that the outer strand is subject to only slight mechanical stress and can therefore be assembled from tubes screwed together.
  • no vibrations are transmitted to the ground by the outer strand, so that ground vibrations and soil compaction are avoided.
  • the directional accuracy of drilling is increased because the rotating outer strand forms a safe guide for the eccentric drill bit. At no point is the inside diameter of the ring core bit smaller than the inside diameter of the outer strand.
  • the eccentric core bit with its auxiliary crown part in the retracted state can completely seal the passage through the ring core bit or through the outer strand.
  • the circumferential part of the auxiliary crown has no backwashing grooves or similar channels. Therefore, when the eccentric drill bit is retracted, it is possible to seal the interior of the outer strand against pressing water, so that the risk of subsidence is avoided.
  • a tubular outer strand 10 is provided, which consists of numerous interconnected drill pipes.
  • a coaxial inner strand 11 runs in the outer strand and likewise consists of numerous drill pipes screwed together.
  • Liquid flushing medium is pumped through the inner strand 11 to the bottom of the borehole and in the annular space between the inner strand and the outer strand the flushing medium flows back together with the drilled drillings.
  • a rotary drive 12 is connected, which consists of a hydraulic rotary motor.
  • an ejection rinsing head 13 is connected in a rotationally fixed manner, through the ejection nozzle 14 of which backwashed flushing medium with drilling material is ejected.
  • the inner strand 11 is passed through the ejection flushing head 13 and its rear end region extends through a rotationally fixed flushing head 16 which has a connection opening 17 for the supply of the flushing medium.
  • the insertion end 18 is fixed, which is rotated by a rotary motor 19.
  • 20 strikes are exerted on the rear end of the insertion end 18 by a hydraulic impact drive (hammer drill).
  • the motor 19 and the hydraulic impact drive 20 together form a rotary impact hammer which rotates and strikes the inner strand 11.
  • the outer strand 10 is only rotated by the rotary motor 12 and it is suddenly decoupled from the inner strand.
  • the motor 12 and the rotary hammer 19, 20 are arranged together on a carriage 21, which can be moved linearly on a carriage 15.
  • a feed device (not shown) acts on the carriage 21, which pushes the carriage towards the borehole and ensures the necessary contact pressure of the drill bits against the bottom of the borehole.
  • the rotary drive 12 is fixedly mounted on the carriage 21.
  • the carriage 21 also carries a hydraulic linear motor 22, for example a piston-cylinder unit, one end 23 of which is fixed to the carriage 21 and the other end 24 of which engages a carriage 25 which comprises the motor 19 and the hydraulic hammer mechanism 20 Rotary hammer carries.
  • the carriage 25 is on rails 26 of the Wagens 21 movable and is moved back and forth by the linear motor 22 to axially shift the inner strand 11 relative to the outer strand 10.
  • the inner strand 11 has spacers 27 which center it in the outer strand 10.
  • the eccentric drill bit 28 is attached to the front end of the inner strand 11.
  • This has a shaft 28a, the outer diameter of which corresponds to the inner diameter of the outer strand 10 and which is thus guided axially displaceably in the outer strand.
  • the longitudinal backwashing grooves 29 extend on the outside of the shaft 28a.
  • the auxiliary crown part 28b is pivotably attached to the front end of the shaft 28a.
  • the central axis 30 of the auxiliary crown part 28b is laterally offset in relation to the axis of the shaft 28a in the pivoted-out state, so that the auxiliary crown part 28b can assume two different positions: in the pivoted-in state according to FIGS. 2 and 3, the peripheral surface of the auxiliary crown part 28b extends coaxially to the shaft 28a and in the pivoted-out state according to FIG. 4, the auxiliary crown part 28b projects to one side over the shaft 28a, so that the auxiliary crown part creates a hole whose diameter is so large that this hole can also accommodate the outer strand 10.
  • Chisel elements 31 are attached to the protruding part of the front end face of the auxiliary crown part 28b.
  • the main crown part 28c lying in front of the auxiliary crown part 28b is firmly connected to the shaft 28a.
  • the main crown part 28c is arranged eccentrically to the axis of the shaft 28a, the eccentric offset lying in the same direction as that of the auxiliary crown part 28b in the extended state according to FIG. 4.
  • the auxiliary crown part 28b can be pivoted through 180 ° about the axis of the shaft 28a, the chisel elements 31 lie when the auxiliary crown part is pivoted in according to FIGS. 2 and 3 behind the point which is not covered by the main crown part 28c, so that the end face of the main crown part 28c occupied by chisel elements 32 and the area of the auxiliary crown part 28b occupied by chisel elements 31 together fill the entire cross-sectional area of the outer strand 10.
  • the auxiliary crown part 28b has a peripheral section 33 which completely fills the inner cross section of the outer strand 10.
  • the ring drill bit 34 is fastened to the front end of the outer strand 10.
  • This ring drill bit 34 has a through hole, the diameter of which is equal to that of the outer strand 10, so that no inner step section is formed during the transition from the outer strand to the ring drill bit.
  • cutting elements 31 are fastened, which exert a cutting action when the ring bit is rotated.
  • These chisel elements can be sawtooth-shaped. They can also have the cross section of an isosceles triangle so that they cut in both directions of rotation.
  • Fig. 2 shows the position of the drill bit 28 when drilling in medium-heavy soils.
  • the eccentric drill bit 28 is enclosed by the ring drill bit 34 and the front faces of the main crown part 28c of the eccentric drill bit and the ring drill bit 34 are approximately the same.
  • the ring drill bit 34 is only rotated. Both drill bits can either be in the same Direction of rotation or driven in opposite directions.
  • the diameter of the borehole produced is slightly larger than the outer diameter of the outer strand 10 because the ring drill bit 34 protrudes slightly radially.
  • Fig. 3 shows drilling in soils with pressurized water.
  • the eccentric drill bit 28 is pulled back into the outer strand 10, so that the front side equipped with the chisel elements 32 lies behind the front side of the ring drill bit 34.
  • the annular surface 33 seals the outer strand so that pressurized water cannot penetrate the outer strand.
  • Fig. 4 shows the state that the borehole must be driven through a stone 36 located in the ground.
  • the eccentric drill bit 28 is extended from the ring drill bit 34.
  • the auxiliary drill bit part 28b protrudes laterally, abutting against a stop of the main drill bit part 28c to limit the rotational movement.
  • the chisel elements 31 and 32 penetrate into the rock 36 as a result of the combined striking and rotating movement and shatter it.
  • the ring core bit 34 then penetrates into the enlarged borehole. Flushing holes 37 push the flushing medium out of the inner strand 11 through the shaft 28a and the drill bit parts 28b and 28c to the bottom of the borehole.
  • the flushing medium flows back together with the loosened drilling material through the backwashing grooves 29.
  • the ring drill bit 34 Flushing back along the borehole wall is prevented by the ring drill bit 34. Should there be pushing water around the rock 36 what? is indicated by the arrows 39, the ring drill bit 34 forms together with the borehole wall a barrier 40, through which it is prevented that the water can flow into the area of the eccentric drill bit.
  • the relative position of the outer strand 10 and inner strand 11 and the drilling feed takes place by moving the carriage 21 in the direction of the bottom of the borehole.
  • the respective operating mode is selected depending on the soil conditions at the bottom of the borehole.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which only one rotary drive 12 for the outer strand 10 and one rotary drive 19 for the inner strand 11 are arranged on the carriage 21.
  • the blows which are exerted on the eccentric drill bit 28 are generated by a deep hole hammer 40 which is arranged in the course of the inner strand 11 directly behind the shaft 28a.
  • the blows of the deep hole hammer 40 are not transmitted to the outer strand 10 here either.
  • FIG. 5 the various operating modes, which are shown in FIGS. 2 to 4 are shown.

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Abstract

Die Überlagerungsbohrvorrichtung weist einen Außenstrang (10) und einen Innenstrang (11) auf. Am vorderen Ende des Innenstranges (11) befindet sich eine Exzenterbohrkrone (28), deren Hilfsbohrkronenteil (28b) relativ zum Hauptbohrkronenteil (28c) seitlich herausgeschwenkt werden kann. Während der Innenstrang (11) geschlagen und gedreht wird, wird der Außenstrang (10) ausschließlich gedreht. Der Außenstrang (10) ist von dem Innenstrang (11) schlagmäßig entkoppelt. An seinem vorderen Ende befindet sich eine zum Drehschneiden geeignete Ringbohrkrone (34).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Überlagerungsbohrvorrich­tung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 an­gegebenen Art.
  • Als Überlagerungsbohren bezeichnet man das Bohren im Erdreich mit zwei Rohrsträngen, nämlich einem Außen­strang und einem koaxial nach innen verlaufenden Innen­strang. Der Innenstrang trägt am vorderen Ende eine Bohrkrone, um den Bohrvortrieb durchzuführen, während der Außenstrang vornehmlich zum Abstützen der Wand des Bohrlochs benutzt wird. Damit der Durchmesser des Bohr­lochs größer ist als der Durchmesser des Außenstranges und damit die Bohrkrone zusammen mit dem Innenstrang aus dem Außenstrang herausgezogen werden kann, sind Exzenterbohrkronen bekannt, die einen Hauptkronenteil und einen relativ dazu um eine exzentrische Achse aus­schwenkbaren Hilfskronenteil aufweisen. Wenn der Hilfs­ kronenteil im ausgeschwenkten Zustand ist, ragt er über die Kontur des Außenstranges hinaus. Bei Drehung des Innenstranges erzeugt der nach einer Seite überstehende Hilfskronenteil eine Erweiterung des Durchmessers des von dem Hauptkronenteil erzeugten Pilotlochs. Dieses Überlagerungsbohren mit Exzenterbohrkrone wird als ODEX-Verfahren (Overburden Drilling Excenter) be­zeichnet. Beim ODEX-Verfahren werden, wenn der Innen­strang zusammen mit der Exzenterbohrkrone gedreht wird, Schläge auf die Bohrkrone ausgeübt. Das Aufbringen der Schläge erfolgt entweder durch einen Außenhammer, der auf das rückwärtige Ende des Innenstranges schlägt, oder durch einen im Zuge des Innenstranges angeordneten Tieflochhammer. Der Außenstrang wird lediglich nach­geführt, führt aber keine selbständige Bohrarbeit aus. Das Nachführen des Außenstranges geschieht dadurch, daß die auf den Innenstrang ausgeübten Schläge zusätzlich auf den Außenstrang übertragen werden. Die Schlagüber­tragung kann entweder am rückwärtigen Ende des Außen­stranges erfolgen, wenn der Außenstrang an dieser Stelle mit dem Innenstrang schlagmäßig gekoppelt ist, oder in der Nähe der Exzenterbohrkrone, wenn der Bohr­kronenschaft eine Anschlagfläche aufweist, die mit einer Gegenanschlagfläche des Außenrohrstranges zu­sammenwirkt. Bei dieser Art des Vortriebs des Außen­stranges ausschließlich durch Schläge, wird der Außen­strang stoßweise erheblichen Stauch- oder Dehnungs­beanspruchungen ausgesetzt. Dies hat zur Folge, daß die Rohre des Außenstranges nicht in der beim Erdbohren üblichen Weise miteinander verschraubt sein können, sondern verschweißt werden müssen. Diese Schweiß­verbindung muß beim Herausziehen des Außenstranges aus dem Bohrloch wieder durchtrennt werden. Ein Nachteil des ODEX-Verfahrens besteht darin, daß die Herstellung des Außenstranges aus miteinander verschweißten Rohren sehr aufwendig ist. Außerdem tritt durch die Schlag­beanspruchung und die damit verbundene Schallabstrah­lung eine erhebliche Umweltbelästigung ein. Weiterhin ist nachteilig, daß mit diesem Verfahren nicht in drückenden Böden gearbeitet werden kann, in denen ein hoher Wasser- oder Sanddruck herrscht, weil dann die Gefahr des Ausspülens des Bodens mit der Gefahr von Gebäudeabsenkungen besteht.
  • Aus DE 29 24 393 C2 ist eine Überlagerungsbohrvorrich­tung mit zentrischer Bohrkrone und einer die zentrische Bohrkrone umgebenden Ringbohrkrone bekannt. Bei dieser Überlagerungsbohrvorrichtung wird der Innenstrang ge­schlagen und gedreht, während der Außenstrang lediglich gedreht wird. Der Bohrvortrieb wird von der zentrischen Bohrkrone und der Ringbohrkrone gemeinsam erzeugt. Wenn die Bohrkronen auf festes Gestein treffen, besteht die Gefahr, daß die ausschließlich drehend betriebene Ring­bohrkrone, die nicht in der Lage ist, Gestein zu zer­trümmern, den erforderlichen Bohrvorschub nicht er­bringt und daß die Bohrvorrichtung sich festfrißt oder nur mit einem unzureichenden Bohrschub vorgetrieben werden kann. Außerdem besteht auch hier die Schwierig­keit, daß das Bohrloch im Fall drückender Böden aus­gespült wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Über­lagerungsbohrvorrichtung der im Oberbegriff des Patent­anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die imstande ist, bei jeder Art von Böden einen schnellen Bohr­vortrieb ohne die Gefahr des Ausspülens zu bewirken.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an­gegebenen Merkmalen.
  • Die erfindungsgemäße Überlagerungsbohrvorrichtung arbeitet prinzipiell nach dem ODEX-Verfahren, wobei jedoch der Außenstrang nicht durch Schläge, sondern ausschließlich durch Drehen und durch eine stetig auf­gebrachte Vorschubkraft vorgetrieben wird.
  • Die erfindungsgemäße Überlagerungsbohrvorrichtung er­möglicht unterschiedliche Betriebsarten: Da der Außen­strang eine Ringbohrkrone aufweist, ist ein Bohr­vortrieb in der Weise möglich, daß die Ringbohrkrone und das Hauptkronenteil der Exzenterbohrkrone gleich­stehend angeordnet sind, d.h., daß der Hilfskronenteil sich im eingefahrenen Zustand im Inneren des Außen­stranges befindet und daß die Schneidelemente von Ring­bohrkrone und Hauptkronenteil der Exzenterbohrkrone etwa in einer Ebene liegen. Eine andere Arbeitsweise besteht darin, die Exzenterbohrkrone in den Außenstrang einzuziehen und die Bohrvorrichtung mit gegenüber der Exzenterbohrkrone vorlaufender Ringbohrkrone zu be­treiben. Eine dritte Betriebsart besteht darin, die Exzenterbohrkrone gegenüber der Ringbohrkrone vor­zuschieben, um mit der Exzenterbohrkrone Gestein zu zertrümmern. Die Ringbohrkrone läuft dann der Exzenter­bohrkrone nach und bewirkt teilweise eine Zermahlung des gelockerten Gesteins.
  • Dadurch, daß der Außenstrang ausschließlich drehend angetrieben ist, wird Energie gespart, weil Schlag­energie für den Außenstrang nicht benötigt wird. Außer­dem wirkt der Außenstrang als Schalldämmung für den Innenstrang. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Außenstrang nur geringen mechanischen Be­anspruchungen unterliegt und daher aus miteinander ver­schraubten Rohren zusammengesetzt werden kann. Schließ­lich werden durch den Außenstrang auch keine Erschüt­terungen auf den Boden übertragen, so daß Bodenerschüt­terungen und Bodenverdichtungen vermieden werden. Die Richtungsgenauigkeit des Bohrens wird erhöht, weil der drehende Außenstrang eine sichere Führung für die Exzenterbohrkrone bildet. Der Innendurchmesser der Ringbohrkrone ist an keiner Stelle kleiner als der Innendurchmesser des Außenstranges. Dadurch werden Schlagübertragungen von der Exzenterbohrkrone auf die Ringbohrkrone vermieden und in jeder axialen Stellung der Exzenterbohrkrone erfolgt eine definierte Ab­stützung dieser Exzenterbohrkrone entweder an der Innenwand der Ringbohrkrone oder an der Innenwand des Außenstranges.
  • Mit dem Merkmal des Anspruchs 2 wird erreicht, daß die Exzenterbohrkrone mit ihrem Hilfskronenteil im ein­gezogenen Zustand den Durchgang durch die Ringbohrkrone bzw. durch den Außenstrang vollständig abdichten kann. Der Hilfskronenteil hat an seinem Umfang keine Rück­spülnuten oder ähnliche Kanäle. Daher ist bei ein­gezogener Exzenterbohrkrone eine Abdichtung des Innen­raums des Außenstranges gegen drückendes Wasser mög­lich, so daß die Gefahr von Bodenabsenkungen vermieden wird.
  • Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 den rückwärtigen Teil der Überlagerungsbohr­vorrichtung mit Drehantrieb und Schlagantrieb für den Innenstrang und einem weiteren Dreh­antrieb für den Außenstrang,
    • Fig. 2 den vorderen Teil der Bohrvorrichtung, wobei die Exzenterbohrkrone gleichstehend mit der Ringbohrkrone angeordnet ist,
    • Fig. 3 einen Zustand, in dem die Exzenterbohrkrone gegenüber der Ringbohrkrone zurückgezogen ist,
    • Fig. 4 einen Zustand, in dem die Exzenterbohrkrone aus der Ringbohrkrone herausgefahren ist und
    • Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Überlagerungs­bohrvorrichtung mit Tieflochhammer.
  • Bei der Überlagerungsbohrvorrichtung der Fign. 1 bis 4 ist ein rohrförmiger Außenstrang 10 vorgesehen, der aus zahlreichen miteinander verbundenen Bohrrohren besteht. In dem Außenstrang verläuft ein koaxialer Innenstrang 11, der ebenfalls aus zahlreichen miteinander ver­schraubten Bohrrohren besteht. Durch den Innenstrang 11 wird flüssiges Spülmedium zur Bohrlochsohle gepumpt und in dem Ringraum zwischen Innenstrang und Außenstrang fließt das Spülmedium zusammen mit dem losgebohrten Bohrgut zurück.
  • An das rückwärtige Ende des Außenstranges 10 ist ein Drehantrieb 12 angeschlossen, der aus einem hydrau­lischen Drehmotor besteht. Mit dem rückwärtigen Ende des Gehäuses des Drehantriebs 12 ist ein Auswurfspül­kopf 13 drehfest verbunden, durch dessen Auswurfstutzen 14 rückgespültes Spülmedium mit Bohrgut ausgeworfen wird.
  • Der Innenstrang 11 ist durch den Auswurfspülkopf 13 hindurchgeführt und sein rückwärtiger Endbereich er­streckt sich durch einen drehfesten Spülkopf 16, welcher eine Anschlußöffnung 17 für die Zufuhr des Spülmediums aufweist. Am rückwärtigen Ende des Innen­stranges 11 ist das Einsteckende 18 befestigt, das von einem Drehmotor 19 gedreht wird. Außerdem werden von einem hydraulischen Schlagantrieb (Bohrhammer) 20 Schläge auf das rückwärtige Ende des Einsteckendes 18 ausgeübt. Der Motor 19 und der hydraulische Schlag­antrieb 20 bilden gemeinsam einen Drehschlaghammer, der den Innenstrang 11 dreht und schlägt. Der Außenstrang 10 wird von dem Drehmotor 12 ausschließlich gedreht und er ist schlagmäßig von dem Innenstrang entkoppelt.
  • Der Motor 12 und der Drehschlaghammer 19,20 sind ge­meinsam auf einem Wagen 21 angeordnet, der auf einer Lafette 15 linear bewegt werden kann. Auf den Wagen 21 wirkt eine (nicht dargestellte) Vorschubvorrichtung, die den Wagen in Richtung auf das Bohrloch drückt und für den erforderlichen Anpreßdruck der Bohrkronen an die Bohrlochsohle sorgt. Der Drehantrieb 12 ist auf dem Wagen 21 fest montiert. Der Wagen 21 trägt ferner einen hydraulischen Linearmotor 22, z.B. eine Kolben-­Zylinder-Einheit, dessen eines Ende 23 an dem Wagen 21 festgelegt ist und dessen anderes Ende 24 an einem Schlitten 25 angreift, der den aus Motor 19 und dem hydraulischen Schlagwerk 20 bestehenden Drehschlag­hammer trägt. Der Schlitten 25 ist auf Schienen 26 des Wagens 21 verfahrbar und wird vom Linearmotor 22 vor- und zurückbewegt, um den Innenstrang 11 relativ zum Außenstrang 10 axial zu verschieben.
  • Der Innenstrang 11 weist gemäß Fig. 2 Abstandhalter 27 auf, die ihn im Außenstrang 10 zentrieren. Am vorderen Ende des Innenstranges 11 ist die Exzenterbohrkrone 28 befestigt. Diese weist einen Schaft 28a auf, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Außenstrangs 10 entspricht und der somit im Außenstrang axial ver­schiebbar geführt ist. Außen am Schaft 28a verlaufen längslaufende Rückspülnuten 29. An dem vorderen Ende des Schaftes 28a ist der Hilfskronenteil 28b schwenkbar angebracht. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, liegt die Mittelachse 30 des Hilfskronenteils 28b im aus­geschwenkten Zustand seitlich gegenüber der Achse des Schaftes 28a versetzt, so daß der Hilfskronenteil 28b zwei verschiedene Stellungen einnehmen kann: Im ein­geschwenkten Zustand gemäß Fign. 2 und 3 verläuft die Umfangsfläche des Hilfskronenteils 28b koaxial zum Schaft 28a und im ausgeschwenkten Zustand gemäß Fig. 4 steht der Hilfskronenteil 28b nach einer Seite hin über den Schaft 28a vor, so daß der Hilfskronenteil ein Loch erzeugt, dessen Durchmesser so groß ist, daß dieses Loch auch den Außenstrang 10 aufnehmen kann. Auf dem überstehenden Teil der vorderen Stirnfläche des Hilfs­kronenteils 28b sind Meißelelemente 31 angebracht.
  • Der vor dem Hilfskronenteil 28b liegende Hauptkronen­teil 28c ist fest mit dem Schaft 28a verbunden. Der Hauptkronenteil 28c ist exzentrisch zur Achse des Schaftes 28a angeordnet, wobei der exzentrische Versatz in gleicher Richtung liegt wie derjenige des Hilfs­kronenteils 28b im ausgefahrenen Zustand gemäß Fig. 4.
  • Da der Hilfskronenteil 28b um 180° um die Achse des Schaftes 28a schwenkbar ist, liegen die Meißelelemente 31 bei eingeschwenktem Hilfskronenteil gemäß Fign. 2 und 3 hinter der Stelle, die vom Hauptkronenteil 28c nicht bedeckt wird, so daß die mit Meißelelementen 32 besetzte Stirnfläche des Hauptkronenteils 28c und die mit Meißelelementen 31 besetzte Fläche des Hilfskronen­teils 28b gemeinsam die gesamte Querschnittsfläche des Außenstranges 10 ausfüllen. Der Hilfskronenteil 28b weist einen Umfangsabschnitt 33 auf, der den Innen­querschnitt des Außenstranges 10 vollständig ausfüllt.
  • Am vorderen Ende des Außenstranges 10 ist die Ringbohr­krone 34 befestigt. Diese Ringbohrkrone 34 weist eine Durchgangsbohrung auf, deren Durchmesser gleich dem­jenigen des Außenstranges 10 ist, so daß beim Übergang vom Außenstrang zur Ringbohrkrone kein innerer Stufen­abschnitt entsteht. Am vorderen Ende der Ringbohrkrone sind Schneidelemente 31 befestigt, die beim Drehen der Ringbohrkrone eine spanabhebende schneidende Wirkung ausüben. Diese Meißelelemente können sägezahnförmig ausgebildet sein. Sie können auch, damit sie in beiden Drehrichtungen schneiden, den Querschnitt eines gleich­schenkeligen Dreiecks haben.
  • Fig. 2 zeigt die Stellung der Bohrkrone 28 beim Bohren in mittelschweren Böden. Hierbei ist die Exzenterbohr­krone 28 von der Ringbohrkrone 34 umschlossen und die vorderen Stirnseiten des Hauptkronenteils 28c der Exzenterbohrkrone und der Ringbohrkrone 34 sind etwa gleichstehend. Während die Exzenterbohrkrone 28, deren Hilfskronenteil 28b eingefahren ist, geschlagen und gedreht wird, wird die Ringbohrkrone 34 ausschließlich gedreht. Beide Bohrkronen können entweder in gleicher Drehrichtung oder in entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben sein. Der Durchmesser des erzeugten Bohr­lochs ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Außenstranges 10, weil die Ringbohrkrone 34 gering­fügig radial übersteht.
  • Fig. 3 zeigt das Bohren in Böden mit drückendem Wasser. Dabei ist die Exzenterbohrkrone 28 in den Außenstrang 10 hinein zurückgezogen, so daß die mit den Meißel­elementen 32 bestückte Vorderseite gegenüber der Vorderseite der Ringbohrkrone 34 zurückliegt. Die Ring­fläche 33 bewirkt eine Abdichtung des Außenstranges, so daß drückendes Wasser nicht in den Außenstrang ein­dringen kann.
  • Fig. 4 zeigt den Zustand, daß das Bohrloch durch einen im Boden befindlichen Stein 36 hindurchgetrieben werden muß. Dabei wird die Exzenterbohrkrone 28 aus der Ring­bohrkrone 34 ausgefahren. Der Hilfsbohrkronenteil 28b stellt sich seitlich aus, wobei er gegen einen Anschlag des Hauptbohrkronenteils 28c stößt, um die Drehbewegung zu begrenzen. Die Meißelelemente 31 und 32 dringen in­folge der kombinierten Schlag- und Drehbewegung in den Fels 36 ein und zertrümmern diesen. Die Ringbohrkrone 34 dringt anschließend in das erweiterte Bohrloch hinein vor. Durch Spülbohrungen 37 wird aus dem Innen­strang 11 durch den Schaft 28a und die Bohrkronenteile 28b und 28c Spülmedium zur Bohrlochsohle gedrückt. Das Spülmedium strömt zusammen mit dem gelösten Bohrgut durch die Rückspülnuten 29 zurück.
  • Ein Zurückspülen entlang der Bohrlochwand wird durch die Ringbohrkrone 34 verhindert. Sollte sich in der Umgebung des Felsens 36 drückendes Wasser befinden, was durch die Pfeile 39 angedeutet ist, so bildet die Ring­bohrkrone 34 zusammen mit der Bohrlochwand eine Barriere 40, durch die verhindert wird, daß das Wasser in den Bereich der Exzenterbohrkrone einströmen kann.
  • Bei jeder der in den Fign. 2,3 und 4 gezeigten Betriebsarten wird durch entsprechende Betätigung des Linearmotors 22 (Fig. 1) die Relativposition von Außen­strang 10 und Innenstrang 11 eingestellt und der Bohr­vorschub erfolgt durch Bewegen des Wagens 21 in Richtung auf die Bohrlochsohle. In Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit an der Bohrlochsohle wird die je­weilige Betriebsart ausgewählt.
  • Während bei dem Ausführungsbeispiel der Fign. 1 bis 4 die Schläge auf den Innenstrang 11 von einem Außen­hammer 20 aufgebracht werden, zeigt Fig. 5 ein Aus­führungsbeispiel, bei dem auf dem Wagen 21 nur ein Drehantrieb 12 für den Außenstrang 10 und ein Dreh­antrieb 19 für den Innenstrang 11 angeordnet sind. Die Schläge, die auf die Exzenterbohrkrone 28 ausgeübt werden, werden von einem Tieflochhammer 40 erzeugt, der im Zuge des Innenstranges 11 unmittelbar hinter dem Schaft 28a angeordnet ist. Die Schläge des Tiefloch­hammers 40 werden auch hier nicht auf den Außenstrang 10 übertragen. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 sind ebenfalls die verschiedenen Betriebsarten anwend­bar, die in den Fign. 2 bis 4 dargestellt sind.

Claims (6)

1. Überlagerungsbohrvorrichtung mit
einem rohrförmigen Außenstrang (10),
einem darin koaxial verlaufenden Innenstrang (11),
einer am vorderen Ende des Innenstranges be­festigten Exzenterbohrkrone (28), die einen mit dem Innenstrang (11) verbundenen Hauptkronen­teil (28c) und einen gegenüber dem Hauptkronen­teil exzentrisch schwenkbaren Hilfskronenteil (28b) aufweist, welcher im ausgeschwenkten Zu­stand über die Kontur des Außenstranges (10) vorsteht,
wobei die Exzenterbohrkrone (28) einen im Außenstrang (10) längsverschiebbar geführten Schaft (28a) aufweist, dessen Längsbewegung nicht durch Anschläge begrenzt ist,
und einem Drehantrieb (12) und einem Schlag­antrieb (20) für den Innenstrang,
dadurch gekennzeichnet,
daß am vorderen Ende des Außenstranges (10) eine zum Drehschneiden geeignete Ringbohrkrone (34) befestigt ist,
daß der Außenstrang (10) ausschließlich drehend angetrieben und schlagmäßig von dem Innenstrang (11) entkoppelt ist,
und daß der Innendurchmesser der Ringbohrkrone (34) an keiner Stelle kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenstranges (10).
2. Überlagerungsbohrvorrichtung nach Anspruch 1, da­durch gekennzeichnet, daß der maximale Durchmesser des Hilfskronenteils (28b) dem Innendurchmesser des Außenstranges (10) entspricht, so daß das Hilfskronenteil im eingezogenen Zustand der Exzenterbohrkrone (28) den Außenstrang (10) ab­dichtet.
3. Überlagerungsbohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenstrang (11) relativ zu dem Außenstrang (10) durch einen Antrieb axial bewegbar ist, derart, daß die Exzenterbohrkrone (28) eine gegenüber der Ring­bohrkrone (34) gleichstehende oder zurückgesetzte Arbeitsstellung einnehmen kann.
4. Überlagerungsbohrvorrichtung nach einem der An­sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Innenstrang (11) wirkende Schlagantrieb ein Außenhammer (20) ist.
5. Überlagerungsbohrvorrichtung nach einem der An­sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Innenstrang (11) wirkende Schlagantrieb ein Tieflochhammer (40) ist.
6. Überlagerungsbohrvorrichtung nach einem der An­sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringbohrkrone (34) einen axialen Abschnitt auf­weist, der radial über den Außenstrang (10) hinaus vorsteht.
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