EP0565662B1 - Bohrverfahren und einrichtung zur ausübung des verfahrens - Google Patents

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EP0565662B1
EP0565662B1 EP92921401A EP92921401A EP0565662B1 EP 0565662 B1 EP0565662 B1 EP 0565662B1 EP 92921401 A EP92921401 A EP 92921401A EP 92921401 A EP92921401 A EP 92921401A EP 0565662 B1 EP0565662 B1 EP 0565662B1
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drill
rotary
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drilling
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Andrea Linard Mathis
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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
    • E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
    • 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
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14—Fluid operated hammers

Definitions

  • the present invention relates to a drilling method according to the preamble of patent claim 1 and to a device for carrying out the proposed method.
  • a device for the overlay drilling of holes in rock covered with loose earth or rubble has also become known, which has an outer drill pipe having an outer drill bit and an inner drill rod with an inner drill bit and in which the outer and inner drill rods are connected to a flushing head to be coupled to a drilling and / or hammer mechanism.
  • a deep hole hammer is provided near the inner drill bit and forms a part of the inner drill pipe.
  • a device for overlay drilling which has an inner drill pipe with an inner drill bit and an outer drill pipe with an annular drill bit, which are subjected to a rotational impact.
  • a separate rotary impact drive with rotating mechanism and impact mechanism is provided for the inner and outer drill rods, which can be controlled independently of the other drive.
  • the pneumatically or hydraulically operated impact hammers have also proven to be excellent.
  • the pipe does not have to transmit any impact forces and torques and is therefore screwed into a holder with a normal right-hand thread.
  • a percussion and turning effect is generated pneumatically or hydraulically in the down-the-hole hammer and exerted on the chisel assembled with the hammer.
  • the object to be achieved by the invention is now to propose a drilling method and a device which allows a simultaneous work with a down-the-hole hammer and a hammer drill using the same installation. In doing so, neither the down-the-hole hammer should be damaged by the blows directed at the hammer drill, nor the pipe receiving the down-the-hole hammer loosened or loosened.
  • a first device specifically with the down-the-hole hammer, is pre-drilled and simultaneously a second device connected to the first device is used in the same operation and through the same installation, the first device being compared to the second device Device to act on certain drilling strokes and vibrations, is shock-absorbing isolated, so that the above-mentioned effects are absorbed, absorbed or at least damped.
  • the mentioned drilling strokes and vibrations therefore act practically exclusively on the second device, i.e. on the hydraulically operated hammer drill.
  • FIG. 1 shows a written representation of an expedient device for carrying out the method.
  • a hydraulic rotary hammer mechanism is designated by 1. This is known and is widely used in drilling installations.
  • a holder 2 is connected to the rotary impact mechanism, which has connections for an impact boring machine with an outer impact tube 3 and drill bit 4 and for an inner tube 5. At its end to be inserted into the borehole, this is equipped with a pneumatically or hydraulically drivable hammer drill 6.
  • the closer design of the holder 2 is subsequently explained with reference to FIG. 2.
  • the hammer drill 6 is designed as a down-the-hole hammer with a chisel 7, which protrudes somewhat from the impact tube 3, which surrounds the inner tube 5, as can be clearly seen from FIG.
  • the inner tube 5 is fastened in the holder 2 with the aid of a damping element 8, which absorbs or at least considerably dampens the impacts and vibrations exerted by the rotary impact mechanism 1 such that they no longer act on the inner tube 5 and thus on the hammer drill 6.
  • a pneumatic line 9 leads from the outside through the holder 2 and through the inner tube 5 to the hammer drill 6 and drives it.
  • the air emerging from the chisel 7 then serves to flush the ear material out of the borehole, which then passes through the annular cavity 10 is returned to the holder 2 and removed.
  • the holder 2 shows the holder 2 with the most important design features and details on an enlarged scale.
  • the holder 2 has a tubular housing 11 which is provided at one end with a sleeve 12 which projects from the housing and which has an internal thread 13 for fastening the outer impact tube 3.
  • the other end of the sleeve has a flange 14 which is fastened to the housing 11 by means of screws 15 on the facing end face.
  • a two-part nipple with the two parts 17 and 18 is arranged coaxially inside the housing 11, the first nipple 17 being screwed to a head part 19, which in turn is screwed into the housing 11 with its flange 20 at the open end.
  • the head part 19 is equipped with a connecting sleeve 27 for a rotary hammer mechanism.
  • a damping element 21 (designated 8 in FIG. 1) is clamped between the two nipples 17 and 18.
  • This can consist of an elastic material and can be formed in one or more layers.
  • the outstanding damping properties of the damping element 21, which absorbs and largely destroys the impacts and vibrations generated by a rotary impact mechanism, are essential.
  • an elastic disc there can also be a hydraulic or pneumatic damping element, which e.g. how a shock absorber can be designed.
  • a damping cylinder When using an appropriate damping cylinder, very strong impact forces can be dampened and absorbed. By adjusting the damping effect, the device can be easily adapted to the current requirements.
  • the rotary hammer mechanism which is known per se and which is designated by 1 in FIG. 1, is connected to the head part 19, the impacts generated being transmitted through the flange 20 to both the housing 11 and the flange of the nipple 17.
  • the housing 11 is connected by means of the sleeve 12 with the impact tube 3, which performs 4 drilling work under the action of the blows with the help of the crown.
  • the nipple 18, which is impact-insulated by the damping elements 21, is connected to a double sleeve 22 which has a connection 23 for the inner tube 5.
  • the latter carries the rotary hammer 5 with chisel 7 at its opposite end.
  • the rotary hammer works pneumatically, whereby compressed air is supplied through a line (not shown) which passes through the connection 24 and further through bores 25 and 26 into the nipple 17 and through one not Central bore of the damping element shown is guided further through the nipple 18 into the inner tube 5.
  • the proposed damping has the effect that the impact of the hydraulic rotary impact mechanism 1 is directed, so to speak, exclusively onto the outer impact tube 3 and the hammer drill 6 in the inner tube 5 does not suffer any damage. A loosening of the screw connection of the inner tube 5 is also excluded, since the vibration and the shocks of the hydraulic rotary hammer mechanism 1 are absorbed by the damping elements 21. Simultaneous work with both devices is made possible by pre-drilling with the pneumatically operated in-hole hammer and, in the same operation, the impact drill coupled with the in-hole hammer continuously and simultaneously enlarging the borehole.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bohrverfahren nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1 sowie auf eine Einrichtung zur Ausübung des vorgeschlagenen Verfahrens.
  • Zur Bewältigung der verschiedensten Bohraufgaben unter Berücksichtigung der verschiedenen Bodenbeschaffenheiten, welche nicht nur von Ort zu Ort variieren können, sondern sich oft von der Oberfläche bis zum Baugrund ändern, sind bereits verschiedene Bohrverfahren sowie Bohreinrichtungen bekannt geworden. Insbesondere haben sich die hydraulisch betriebenen Schlagbohrwerke bewährt, welche ein Schlagrohr aufweisen, das am einen Ende einen Schlagbohrkranz trägt und mit Hilfe eines hydraulischen Drehschlagwerkes betrieben wird. Das Schlagrohr wird in einem Halter eingeschraubt, welcher mit dem Drehschlagwerk in Verbindung steht, wobei dafür Sorge getragen werden muss, dass beim Bohren unter der Dreh- und Schlageinwirkung das Drehrohr in der Verschraubung nicht gelöst oder gelockert wird.
  • Aus der DE-AS 1 298 066 ist ferner eine Vorrichtung zum Überlagerungsbohren von Löchern in mit lockerem Erdreich oder Geröll bedecktem Gestein bekannt geworden, welche ein Aussenbohrgestänge mit Aussenbohrkrone und ein Innenbohrgestänge mit Innenbohrkrone aufweist und bei welcher die Aussen- und Innenbohrgestänge mit einem an ein Bohr- und/oder Schlagwerk zu kuppelnden Spühlkopf verbunden sind. Dabei ist nahe der Innenbohrkrone ein Tieflochhammer vorgesehen, der ein Teilstück des Innenbohrgestänges bildet.
  • Ausserdem ist aus der DE-AS 19 09 931 eine Vorrichtung zum Überlagerungsbohren bekannt geworden, die ein Innenbohrgestänge mit Innenbohrkrone und ein Aussenbohrgestänge mit Ringbohrkrone aufweist, welche drehschlagend beaufschlagt sind. Für das Innenund das Aussenbohrgestänge ist jeweils ein eigener Drehschlagantrieb mit Drehwerk und Schlagwerk vorgesehen, der unabhängig von dem anderen Antrieb steuerbar ist.
  • Ferner haben sich die pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Schlaghämmer, die sog. Imlochhämmer, ebenfalls vorzüglich bewährt. Diese weisen wiederum ein Rohr auf, in welchem am einen Ende der Hammer mit Meissel angeordnet ist. Das Rohr muss bei diesen Geräten keine Schlagkräfte und Drehmomente übertragen und wird deshalb mit normalem Rechtsgewinde in einem Halter verschraubt. Eine Schlag- und Drehwirkung wird unmittelbar im Imlochhammer pneumatisch oder hydraulisch erzeugt und auf den mit dem Hammer zusammengebauten Meissel ausgeübt.
  • Es wäre sehr oft erwünscht, bei entsprechenden geologischen Verhältnissen mit einem pneumatischen, sich im Bohrloch befindlichen Imlochhammer und mit einem hydraulisch oder pneumatisch von der Oberfläche aus betätigten Schlagbohrwerk simultan zu arbeiten. Dies ist bei der Verwendung der gleichen Installation, d.h. durch die Anordnung des Imlochhammers im Schlagrohr des Schlagbohrwerkes, nicht möglich, da die auf den Schlagbohrer gerichteten Schläge des Schlagbohrwerkes auch auf den Imlochhammer einwirken und diesen beschädigen und darüber hinaus unter ungünstigen Bedingungen die Erschütterungen ein Lösen des Rohrgewindes bewirken könnten.
  • Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht jetzt darin, ein Bohrverfahren und eine Einrichtung vorzuschlagen, welches bzw. welche ein simultanes Arbeiten mit einem Imlochhammer und einem Schlagbohrwerk unter Verwendung der gleichen Installation erlaubt. Dabei sollte weder der Imlochhammer durch die auf das Schlagbohrwerk gerichteten Schläge beschädigt, noch das den Imlochhammer aufnehmende Rohr gelöst oder gelockert werden.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit dem Merkmalen des Anspruches 1 und eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 2 vorgeschlagen.
  • Besonders vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens und der Einrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung dargestellt, welche auch zur Erläuterung des Verfahrens dient.
  • Es zeigen:
    • Fig.1
    eine rein schematische Darstellung der Einrichtung im vertikalen Axialschnitt, und
    Fig.2
    einen Vertikalschnitt durch einen Halter in einer gegenüber Fig.l vergrösserten Darstellung
  • Gemäss dem vorgeschlagenen Verfahren wird mit einem ersten Gerät, und zwar mit dem Imlochhammer, vorgebohrt und im gleichen Arbeitsgang und durch die gleiche Installation simultan ein mit dem ersten Gerät in Verbindung stehendes zweites Gerät eingesetzt, wobei das erste Gerät gegenüber den auftretenden, auf das zweite Gerät zu wirken bestimmten Bohrschlägen und Vibraticnen, schlagdämpfend isoliert wird, so dass die genannten Einwirkungen elastisch aufgefangen, absorbiert oder wenigstens gedämpft werden. Die genannten Bohrschläge und Vibrationen wirken somit praktisch ausschliesslich auf das zweite Gerät, d.h. auf das hydraulisch betriebene Schlagbohrwerk.
  • Zur Illustration wird zunächst auf die Fig.1 verwiesen, welche eine schreibtische Darstellung einer zweckmässigen Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens zeigt.
  • Ein hydraulisches Drehschlagwerk ist mit 1 bezeichnet. Dies ist bekannt und wird vielfach in Bohrinstallationen verwendet. Mit dem Drehschlagwerk ist ein Halter 2 verbunden, welcher Anschlüsse für ein schlagbohrwerk mit äusserem Schlagrohr 3 und Bohrkrone 4 sowie für ein inneres Rohr 5 aufweist. Dies ist an seinem in das Bohrloch einzuführenden Ende mit einem pneumatisch oder hydraulisch antreibbaren Bohrhammer 6 ausgerüstet. Die nähere Ausbildung des Halters 2 wird an Hand der Fig.2 anschliessend erläutert. Der Bohrhammer 6 ist als Imlochhammer mit Meissel 7 ausgebildet, welcher etwas aus dem Schlagrohr 3 herausragt, das das innere Rohr 5 umgibt, wie dies aus der Fig.l deutlich erkennbar ist.
  • Die Befestigung des inneren Rohres 5 im Halter 2 erfolgt mit Hilfe eines Dämpfungselementes 8, welches die vom Drehschlagwerk 1 ausgeübten Schläge und Vibrationen so absorbiert oder wenigstens erheblich dämpft, dass diese auf das innere Rohr 5 und somit auf den Bohrhammer 6 nicht mehr einwirken. Das äussere Schlagrohr 3 dagegen überträgt die Schläge und das Drehmoment auf die Bohrkrone 4.
  • Eine pneumatische Leitung 9 führt von aussen durch den Halter 2 und durch das innere Rohr 5 zum Bohrhammer 6 und treibt diesen an. Die aus dem Meissel 7 austretende Luft dient anschliessend zur Spülung des Eohrgutes aus dem Bohrloch, welches dann durch den ringförmigen Hohlraum 10 in den Halter 2 zurückgeführt und entfernt wird.
  • In der Fig.2 ist der Halter 2 mit den wichtigsten Konstruktionsmerkmalen und Einzelheiten vergrössert dargestellt. Der Halter 2 weist ein rohrförmiges Gehäuse 11 auf, welches an einem Ende mit einer aus dem Gehäuse ragenden Hülse 12 versehen ist, die ein Innengewinde 13 zum Befestigen des äusseren Schlagrohres 3 besitzt. Das andere Hülsenende weist einen Flansch 14 auf, der an der zugekehrten Stirnfläche das Gehäuse 11 mittels Schrauben 15 festgemacht ist. Mit 16 sind zwei Ausnehmungen im Gehäuse 11 bezeichnet. Im Inneren des Gehäuses 11 ist ein zweiteilieger Nippel mit den beiden Teilen 17 und 18 gleichachsig angeordnet, wobei der erste Nippel 17 mit einem Kopfteil 19 verschraubt ist, der seinerseits mit seinem Flansch 20 am offenen Ende des Gehäuses 11 in dieses eingeschraubt ist. Der Kopfteil 19 ist mit einer Anschlussmuffe 27 für ein Drehschlagwerk ausgerüstet.
  • Zwischen den beiden Nippeln 17 und 18 ist ein Dämpfungselement 21 (in der Fig.1 mit 8 bezeichnet) eingespannt. Dieses kann aus einem elastischen Material bestehen und ein oder mehrschichtig ausgebildet sein.
  • Wesentlich sind die hervorragenden Dämpfungseigenschaften des Dämpfungselementes 21, welches die von einem Drehschlagwerk erzeugten Schläge und Vibrationen absorbiert und grösstenteils vernichtet.
  • Anstelle einer elastischen Scheibe kann auch ein hydraulisches oder pneumatisches Dämpfungsorgan vorhanden sein, welches z.B. wie ein Stossdämpfer ausgebildet sein kann. Bei der Verwendung eines entsprechenden Dämpfungszylinders können sehr starke Schlagkräfte gedämpft und absorbiert werden. Durch die Einstellung der Dämpfwirkung kann eine einfache Anpassung der Einrichtung an die momentanen Erfordernisse vorgenommen werden.
  • Das an und für sich bekannte Drehschlagwerk, welches in der Fig.1 mit 1 bezeichnet ist, wird mit dem Kopfteil 19 verbunden, wobei die erzeugten Schläge durch den Flansch 20 sowohl auf das Gehäuse 11 als auch auf den Flansch des Nippels 17 übertragen werden. Das Gehäuse 11 steht mittels der Hülse 12 mit dem Schlagrohr 3 in Verbindung, welches unter Wirkung der Schläge mit Hilfe der Krone 4 Bohrarbeit leistet.
  • Der durch die Dämpfungselemente 21 schlag-isolierte Nippel 18 steht mit einer Doppelmuffe 22 in Verbindung, die einen Anschluss 23 für das Innenrohr 5 besitzt. Letzteres trägt an seinem abgekehrten Ende den Bohrhammer 5 mit Meissel 7. Der Bohrhammer arbeitet pneumatisch, wobei Druckluft durch eine Leitung (nicht gezeigt) zugeführt wird, die durch den Anschluss 24 und weiter durch Bohrung 25 und 26 in den Nippel 17 und durch eine nicht dargestellte zentrale Bohrung des Dämpfungselementes durch den Nippel 18 weiter in das innere Rohr 5 geführt wird.
  • In dieser Weise wird ein sehr rationelles Arbeiten ermöglicht, bei welchem das Wechseln der Arbeitsgeräte vermieden werden kann. Die vorgeschlagene Dämpfung bewirkt, dass der Schlag des hydraulischen Drehschlagwerkes 1 sozusagen ausschliesslich auf das äussere Schlagrohr 3 gerichtet wird und der Bohrhammer 6 im inneren Rohr 5 keinerlei Schaden erleidet. Auch ein Lösen der Verschraubung des inneren Rohres 5 ist ausgeschlossen, da die Vibration und die Schläge des hydraulischen Drehschlagwerkes 1 durch die Dämpfungselemente 21 absorbiert werden. Es wird ein simultanes Arbeiten mit beiden Geräten ermöglicht, indem mit dem pneumatisch betriebenen Imlochhammer vorgebohrt und im selben Arbeitsgang das mit dem Imlochhammer gekoppelte Schlagbohrgerät das Bohrloch kontinuierlich und simultan vergrössert.
  • Es ist auch möglich, das äussere Schlagrohr 3 und/oder das innere Rohr 5 aus mehreren Teilrohren zusammenzuschrauben, wobei die üblichen Rechts- und Linksgewinde gebraucht werden können. Unter allen Umständen werden auch mehrteilige Innenrohre von Schlägen und Vibrationen verschont, so dass eine Lösung oder Lockerung der Schraubverbindungen nicht zu befürchten ist.

Claims (6)

  1. Bohrverfahren mit einem direkt im Bohrloch betriebenen Schlagbohrgerät und mit einem von der Oberfläche aus betriebenen Drehschlagbohrgerät, welche in einer gemeinsamen Halterung Aufnahme finden und zum gleichzeitigen Einsatz bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Drehschlagbohrgerät ausgeübten Bohrschläge und Vibrationen vor ihrer Einwirkung auf das Schlagbohrgerät erfasst, elastisch gedämpft und absorbiert werden.
  2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem an einem Innenrohr (5) befestigten Bohrhammer (6) mit Meissel (7) sowie mit einem das Innenrohr (5) umgebenden Aussenrohr (3) mit Bohrkrone (4), dadurch gekennzeichnet, dass das die Bohrkrone (4) tragende Aussenrohr (3) sowie das Innenrohr (5), selbiges unter Zwischenschaltung eines Dämpfungselementes (8), in einem an einem Drehschlagwerk (1) angeschlossenen gemeinsamen Halter (2) befestigt sind.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Halter (2) einen Anschluss (12, 13) für das Aussenrohr (3) und einen gleichachsig angeordneten und gleichgerichteten Innenanschluss (23) für das Innenrohr (5) sowie einen entgegengesetzt gerichteten Anschluss (27) für das hydraulische Drehschlagwerk (1) aufweist, wobei der Innenanschluss (23) mit einem zweiteiligen Nippel (17, 18) verbunden ist, der ein Schlagdämpfungsorgan (21) zur Absorption der durch Vermittlung des Innenanschlusses (23) auf das Innenrohr (5) gerichteten Schläge enthält, während die gleichen Schläge in Richtung des Halterohranschlusses (13) ungedämpft auf das Aussenrohr (3) zur Wirkung kommt.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile des zweiteiligen Nippels (17, 18) an ihren einander zugekehrten Enden mit korrespondierenden Flanschen versehen sind, zwischen welchen das Schlagdämpfungsorgan (21) eingespannt ist.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiteilige Nippel im hülsenförmigen Gehäuse (11) des gemeinsamen Halters (2) untergebracht ist, welcher Halter (2) mit dem Drehschlagwerk (1) in direkter Verbindung steht.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagdämpfungsorgan (21) als hydraulisch oder pneumatisch betriebener Dämpfer ausgebildet ist.
EP92921401A 1991-11-08 1992-10-26 Bohrverfahren und einrichtung zur ausübung des verfahrens Expired - Lifetime EP0565662B1 (de)

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CH3267/91 1991-11-08
CH3267/91A CH683860A5 (de) 1991-11-08 1991-11-08 Bohrverfahren und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
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