EP0736664A2 - Drehantriebseinheit für eine Erdbohranlage - Google Patents

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Publication number
EP0736664A2
EP0736664A2 EP96101325A EP96101325A EP0736664A2 EP 0736664 A2 EP0736664 A2 EP 0736664A2 EP 96101325 A EP96101325 A EP 96101325A EP 96101325 A EP96101325 A EP 96101325A EP 0736664 A2 EP0736664 A2 EP 0736664A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
clamping
head
drilling device
piston
drilling
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Withdrawn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
EP96101325A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Obermann
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.)
Klaus Obermann GmbH
Original Assignee
Klaus Obermann 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
Application filed by Klaus Obermann GmbH filed Critical Klaus Obermann GmbH
Publication of EP0736664A2 publication Critical patent/EP0736664A2/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • E21B44/02—Automatic control of the tool feed
    • E21B44/06—Automatic control of the tool feed in response to the flow or pressure of the motive fluid of the drive
    • 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
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
    • 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
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/08—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods
    • E21B19/086—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods with a fluid-actuated cylinder

Definitions

  • the invention relates to an earth drilling device for drilling holes into the ground by means of a drill head which is arranged at the lower end of a hollow drill rod which can be driven by rotation, through which a liquid flushing medium can be fed from the outer end of the bore into the area of the drill head, with the rotary drive being used the drill pipe is provided with a driving connection with the pipe and can be decoupled from it, which in turn is arranged on a main slide, which can be advanced and retracted by means of a feed device in a longitudinally displaceable manner on a guide arrangement in the direction of the drilling feed.
  • Such drilling devices which are provided in the special case for high-pressure injection drilling, in which a hole of relatively small diameter is first drilled into the subsurface to a predetermined depth by means of the drilling head at the bottom end of the drill pipe, whereupon this was done under low pressure until then supplied and used for flushing out the dissolved soil in a large quantity and high pressure and the drill head is slowly withdrawn again and the pilot hole is expanded to a larger diameter and filled with the flushing medium.
  • a flushing medium is usually used Cement-water mixture used, which then hardens in the bore created and forms a vertical concrete column, which stabilizes different layers of earth against sliding relative to each other.
  • the rotary drive of the drill string is carried out by a rotary drive arranged on the main slide, which is formed by a rotary drive rotary head which can either be clamped to the drill string and optionally decoupled from it.
  • the drilling feed is generated by moving the main slide along the guide mount, for which purpose, for example, a long-stroke piston-cylinder unit connected to the main slide on the one hand and to the guide mount on the other hand can be provided. It is clear that with a drilling device designed in this way, a continuous drilling feed can only take place as long as the working stroke of the piston-cylinder unit is not exhausted.
  • the invention is based on the object of developing the known drilling devices of the type in question here in such a way that they can - at least optionally - also carry out an uninterrupted continuous feed both in the drilling direction and in the pulling direction, the working methods which are possible with known drilling devices also should continue to be feasible.
  • the rotary drive unit in turn has two clamping heads which are each arranged independently of one another in a longitudinally displaceable manner on the main slide, are synchronously rotatably drivable and can optionally be brought into driving connection with the drill pipe, rotatably mounted and interspersed with the drill pipe , which are each assigned a separately controllable feed device such that an optional feed of one of the clamping heads relative to the other clamping head or a common feeding of both clamping heads on the main slide in the direction of the drilling feed and back can be carried out.
  • one of the clamping heads is designed as an actively motor-driven power rotary head, which is coupled to the second clamping head aligned in the direction of bore advance by means of a rotary driving connection that permits longitudinal displacement.
  • a rotary drive unit is therefore sufficient for the rotary drive of both clamping heads.
  • the feed devices are expediently designed as piston-cylinder units that can be pressurized.
  • the driving connection between the clamping heads and the drill pipe is advantageously effected by clamping jaws can also be operated by piston-cylinder units that can be pressurized.
  • the rotary drive unit is then expediently formed by at least one pressure medium motor which can be driven in rotation by pressure medium supplied by a pressure medium source and which is in rotary drive connection with the associated clamping head.
  • the clamping heads are each arranged separately on a top slide mounted longitudinally displaceably on the main slide, separate piston-cylinder units acting on the top slide for selectively displacing the top slide on the main slide.
  • the feed unit of the main slide can - as in the prior art - also have a piston-cylinder unit pressurized with pressure medium.
  • a hydraulic system in which a hydraulic medium supplied by at least one pump is used as the pressure medium.
  • the piston-cylinder units can then be designed as double-acting hydraulic piston-cylinder units, wherein in the feed line for the hydraulic medium to the working spaces of the piston-cylinder units of the upper slide and / or the main slide, separate directional control valves for optionally acting on the Workrooms and thus the feed direction are switched on.
  • a hydrostatically operating hydraulic motor is then expediently used as the pressure medium motor for the rotary drive of the drill pipe, which is therefore also used for the application
  • the hydraulic medium used in the piston-cylinder units can be acted upon in a controlled manner.
  • FIG. 1 and 2 show an embodiment of a drilling device according to the invention, designated in its entirety by 10, in two different working positions on a section 12 shown in section, which in the illustrated case consists of three superimposed floor layers 12a, 12b and 12c of different properties and structure.
  • floor layers 12a, 12b and 12c of different properties and structure.
  • high-pressure injection drilling is used, in which a hole is first driven through the endangered layers into a stable layer of soil and then when the drill pipe is pulled with a solidifying liquid injected under high pressure through the hollow drill pipe Injection agent not only extends the previously drilled hole, but - after the injection agent has hardened - is provided with a rigid pillar.
  • the actual drilling unit 14 is built on a caterpillar 16 that can be driven by a motor.
  • One or more hydraulic pumps are driven by the motor of the caterpillar 16, not shown, which deliver hydraulic medium from a storage tank, not shown in detail, to a hydraulic drive and control system, from which the part of the hydraulic circuit essential for the inventive operation of the drilling device in Figure 4 is shown.
  • Other parts of the hydraulic switching system and the Control units with which, for example, the traction drive of the caterpillar 16 or the application of hydraulic piston-cylinder units, with which the actual drilling unit 14 is placed in the working position, are not shown here, because the drilling device 10 corresponds in this respect constructively to known drilling devices .
  • the drilling unit 14 has an elongated guide mount 18, which is adjustable and pivotably attached to the outer end of a boom 20, the other end of which is pivotably mounted on the caterpillar 16.
  • the boom 20 can be raised and lowered and, on the other hand, the guide mount 18 can be adjusted into a position oriented perpendicular to the ground or a position pivoted in relation thereto.
  • the guide mount can still be raised and lowered again by a piston-cylinder unit 28 with a long stroke from the position shown in FIGS. 1 and 2, with its end on the underground side supported on the underground.
  • a rotary drive unit 32 is arranged on the guide mount 18 on a longitudinally displaceably mounted main slide 30, which serves to rotate the drill rod 36 carrying the drill head 34 at its end on the underground side.
  • the main slide 30 in turn is displaceable in the longitudinal direction of the guide mount 18 by a piston-cylinder unit 38.
  • the drill pipe 36 can be passed through the rotary drive unit, the rotary drive unit not only effecting a rotary drive of the drill pipe by establishing a driving connection, but also being able to exert a feed on the drill pipe in the working direction or retraction direction.
  • this working feed as well as the feed when pulling the drill pipe and the necessary lifting of the drill pipe for the purpose of assembling the drill pipe caused by individual tubular drill pipe sections by the piston-cylinder unit 38.
  • a continuous drilling feed is only possible over the length of the stroke of the piston-cylinder unit 38.
  • the rotary drive unit must be released from its clamping coupling with the drill pipe and displaced by its working stroke by means of the piston-cylinder unit before the clamping driving connection with the drill pipe can be restored and the drilling process can be continued.
  • the rotary drive unit is developed in such a way that it permits a continuous drilling feed.
  • two upper slides 40, 42 are arranged on the main slide 30 of the rotary drive unit 32 offset from one another in the vertical direction in a longitudinally displaceable manner in the same direction on the main slide 30 as is mounted on the guide carriage 18 so as to be longitudinally displaceable.
  • a clamping head 44, 46 is held with clamping inserts rotatably mounted in them - not shown - through which the drill rod 36 can be passed.
  • the clamping insert of the clamping head 46 held on the lower upper slide 42 is driven in rotation by a hydrostatic motor which can be driven by hydraulic medium, while the clamping insert of the clamping head 44 held on the upper upper slide 40 is connected to the clamping insert of the clamping head 46 by a sliding sleeve 48.
  • This sliding sleeve 48 connects the two clamping inserts to one another in a rotationally fixed manner, but it allows a relative longitudinal displacement of the clamping heads. This ensures that the clamping inserts of both clamping heads 44, 46 are driven synchronously in each case.
  • the piston rods of separately controllable piston-cylinder units 50, 52 act on the upper slide which the upper slide can be moved independently of one another on the main slide 30 as part of the working stroke of these piston-cylinder units.
  • the clamping inserts of both clamping heads 44 and 46 are provided with clamping jaws 54, 56 which can be brought into contact separately or - with appropriate control - also in a clamping system on the drill pipe 36, which are shown schematically in the hydraulic circuit diagram shown in FIG.
  • the insertion and screwing together of the drill pipe 36 from individual drill pipes or the dismantling of the drill pipes after completion of the drilling work are made possible, namely the so-called rod breaking device 58 and the rod holder 60. Since these devices are known from the prior art, they are not described in detail here.
  • the hydraulic circuit diagram shown in FIG. 4 shows only the parts relating to the hydraulic drive of the main slide 30 and the two upper slides 40 and 42 and the rotary drive of the clamping inserts of the clamping heads 44, 46 by means of a hydrostatic motor 62 and the hydraulic actuation of the clamping jaws 54, 56 of the hydraulic system of the drilling device 10.
  • the main slide 30 is schematically dashed and the upper slide 40, 42 is indicated by dash-dotted lines. It can be seen that the piston-cylinder units 50 and 52 provided for the longitudinal displacement of the upper slides 40 and 42 on the main slider 30 are each connected to the line 68 supplying the hydraulic medium via directional valves 64, 66.
  • the directional control valves 64, 66 are so-called 3-position, 2-way valves in the illustrated case, which allow the optional loading of the working spaces of the piston-cylinder units 50 to be controlled.
  • the specific structure of the hydraulic control device is carried out using the usual pressure and check valves and therefore does not need to be described in detail either will. It should only be mentioned that the control of the directional valves with continuous drilling and pulling is carried out by an integrated path measuring system, while with stepwise drilling and pulling a simplified control by limit switches or proximity sensors is possible.
  • the clamping jaws 54 and 56 in the clamping inserts of the clamping heads 44, 46 are also hydraulically actuated via a directional control valve 66 and 70, respectively. It can be seen that the action and reversal of the hydrostatic hydraulic motors is also controlled by a directional control valve 72. The same also applies to the piston-cylinder unit 38 which acts on the main slide 30 and to which the directional valve 74 is assigned.

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Abstract

Erd-Bohrgerät (10) zur Einbringung von Bohrungen ins Erdreich mittels eines Bohrkopfes (34), der am unteren Ende eines drehantreibbaren hohlen Bohrgestänges (36) angeordnet ist, durch welchen ein flüssiges Spülmedium bis in den Bereich des Bohrkopfes (34) einspeisbar ist. Für den Drehantrieb des Bohrgestänges (36) ist eine mit dem Bohrgestänge (36) in Mitnahmeverbindung bringbare und von ihm abkoppelbare Drehantriebseinheit (32) vorgesehen, welche auf einem Hauptschlitten (30) angeordnet ist, der mittels einer Vorschubeinrichtung in Richtung des Bohrvorschubs längsverschieblich gelagert ist. Die Drehantriebseinheit (32) weist zwei jeweils unabhängig voneinander längsverschieblich auf dem Hauptschlitten (30) angeordnete, synchrondrehantreibbare und wahlweise in Mitnahmeverbindung mit dem Bohrgestänge bringbare, drehbar gelagerte und vom Bohrgestänge durchsetzte Spannköpfe (44; 46) auf. Diese sind jeweils gesondert ansteuerbar, so daß ein wahlweiser Vorschub eines der Spannköpfe relativ zum anderen Spannkopf ausführbar ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Erd-Bohrgerät zur Einbringung von Bohrungen ins Erdreich mittels eines Bohrkopfs, der am unteren Ende eines drehantreibbaren hohlen Bohrgestänges angeordnet ist, durch welches ein flüssiges Spülmedium vom bohrungsäußeren Ende her bis in den Bereich des Bohrkopfs einspeisbar ist, wobei für den Drehantrieb des Bohrgestänges eine mit dem Gestänge in Mitnahmeverbindung und von ihm abkoppelbare Drehantriebseinheit vorgesehen ist, die ihrerseits auf einem Hauptschlitten angeordnet ist, der mittels einer Vorschubeinrichtung vorschieb- und zurückziehbar in Richtung des Bohrvorschubs längsverschieblich auf einer Führungsanordnung gelagert ist.
  • Derartige Bohrgeräte, die im speziellen Fall zum Hochdruck-Injektions-Bohren vorgesehen sind, bei welchen zunächst mittels des Bohrkopfs am bodenseitigen Ende des Bohrgestänges eine Bohrung relativ geringen Durchmessers in den Untergrund bis in eine vorgegebene Tiefe niedergebracht wird, worauf das bis dahin unter geringem Druck zugeführte und zum Ausspülen des gelösten Erdreichs verwendete Spülmedium in größerer Menge und hohem Druck zugeführt und der Bohrkopf langsam wieder zurückgezogen wird und dabei wird die Vorbohrung auf größeren Durchmesser erweitert und mit dem Spülmedium gefüllt. Als Spülmedium wird in der Regel ein Zement-Wassergemisch verwendet, welches dann in der erzeugten Bohrung aushärtet und eine senkrechte Betonsäule bildet, welche unterschiedliche Erdschichten gegen ein Gleiten relativ zueinander stabilisiert. Der Drehantrieb des Bohrgestänges erfolgt dabei durch einen auf dem Hauptschlitten angeordneten Drehantrieb, der von einem wahlweise klemmend am Bohrgestänge festlegbaren und wahlweise von ihm abkoppelbaren drehangetriebenen Drehkopf gebildet wird. Der Bohrvorschub wird durch Verfahren des Hauptschlittens entlang der Führungslafette erzeugt, wofür beispielsweise eine am Hauptschlitten einerseits und an der Führungslafette andererseits angeschlossene langhubige Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen sein kann. Das ist klar, daß bei einem so ausgestalteten Bohrgerät ein kontinuierlicher Bohrvorschub nur solange erfolgen kann, solange der Arbeitshub der Kolben-Zylinder-Einheit nicht erschöpft ist. Ist dies der Fall, muß der Hauptschlitten mit dem Drehkopf nach Abkoppeln vom Bohrgestänge durch Umsteuern der Kolben-Zylinder-Einheit wieder in die Ausgangsstellung zurückgefahren und der Drehkopf dann wieder klemmend mit dem Bohrgestänge verbunden werden. Es handelt sich also um einen absatzweisen Bohrvorgang, der insbesondere beim geschilderten Erweiterungsbohren durch Ziehen des Bohrgestänges nachteilig ist, weil beim Umsetzen des Drehkopfs mittels der Kolben-Zylinder-Einheit auch die Hochdruckspülung unterbrochen werden muß, um zu verhindern, daß während des Umsetzens an Stelle der erweiterten Bohrung ein größerer Hohlraum erzeugt wird.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die bekannten Bohrgeräte der hier in Frage stehenden Art so weiterzubilden, daß sie - zumindest wahlweise - auch einen ununterbrochenen kontinuierlichen Vorschub sowohl in Bohrrichtung als auch in Ziehrichtung ausführen können, wobei die bei bekannten Bohrgeräten möglichen Arbeitsweisen aber auch weiterhin durchführbar sein sollen.
  • Ausgehend von einem Erd-Bohrgerät der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drehantriebseinheit ihrerseits zwei jeweils unabhängig voneinander längsverschieblich auf dem Hauptschlitten angeordnete, synchron drehantreibbare und wahlweise in Mitnahmeverbindung mit dem Bohrgestänge bringbare, drehbar gelagerte und vom Bohrgestänge durchsetzte Spannköpfe aufweist, welchen jeweils derart gesondert ansteuerbare Vorschubeinrichtung zugeordnet sind, daß ein wahlweiser Vorschub eines der Spannköpfe relativ zum anderen Spannkopf oder ein gemeinsamer Vorschub beider Spannköpfe auf dem Hauptschlitten in Richtung des Bohrvorschubs und zurück ausführbar ist.
  • Durch geeignete Ansteuerung eines der beiden mit dem Bohrgestänge in Mitnahmeverbindung gebrachten Spannkopfs in Vorschub- oder Zurückziehrichtung und gleichzeitiges Überführen des zweiten nicht in Mitnahmeverbindung mit dem Bohrgestänge stehenden Spannkopfs in eine Übergabestellung, in welche dieser Spannkopf seinen Vorschub ausführen kann, ist es möglich, die beiden Spannköpfe aufeinanderfolgend und ohne merkliche Stillstandszeiten einfach durch Umschaltung auf die Mitnahmeverbindung des jeweils anderen Spannkopfs mit dem Bohrgestänge eine kontinuierliche Arbeitsweise zu verwirklichen.
  • In erfindungsgemäßer Weiterbildung ist einer der Spannköpfe als aktiv motorisch antreibbarer Kraftdrehkopf ausgebildet, der mit dem in Bohrungs-Vorschubrichtung fluchtenden zweiten Spannkopf über eine Längsverschiebung zulassende Dreh-Mitnahmeverbindung gekoppelt ist. Für den Drehantrieb beider Spannköpfe genügt also eine Drehantriebseinheit.
  • Die Vorschubeinrichtungen sind zweckmäßig als druckmittelbeaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheiten ausgebildet.
  • Die Mitnahmeverbindung zwischen den Spannköpfen und dem Bohrgestänge wird zweckmäßig durch Klemmbacken bewirkt, die ebenfalls durch druckmittelbeaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheiten betätigt werden.
  • Die Drehantriebseinheit wird dann zweckmäßig von wenigstens einem durch von einer Druckmittelquelle geliefertes Druckmittel drehantreibbaren Druckmittelmotor gebildet, der mit dem zugeordneten Spannkopf in Drehantriebsverbindung steht.
  • Die Spannköpfe sind in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung jeweils separat auf einem längsverschieblich auf dem Hauptschlitten gelagerten Oberschlitten angeordnet, wobei an den Oberschlitten jeweils gesonderte Kolben-Zylinder-Einheiten zur wahlweisen Verschiebung der Oberschlitten auf dem Hauptschlitten angreifen. Die Vorschubeinheit des Hauptschlittens kann dabei - wie beim Stand der Technik - ebenfalls eine druckmittelbeaufschlagte Kolben-Zylinder-Einheit aufweisen.
  • Um die erforderliche Zustell- bzw. Rückziehkräfte für das Bohrgestänge zu erzeugen, wird zweckmäßig ein hydraulisches System eingesetzt, bei dem als Druckmittel also ein von wenigstens einer Pumpe geliefertes Hydraulikmedium verwendet wird.
  • Die Kolben-Zylinder-Einheiten können dann als doppeltwirkende hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten ausgebildet werden, wobei in die Zuführleitung für das hydraulische Medium zu den Arbeitsräumen der Kolben-Zylinder-Einheiten der Oberschlitten und/oder des Hauptschlittens jeweils gesonderte Wegeventile zur wahlweisen Beaufschlagung der Arbeitsräume und somit der Vorschubrichtung eingeschaltet sind.
  • Als Druckmittelmotor für den Drehantrieb des Bohrgestänges wird dann zweckmäßig ein hydrostatisch arbeitender Hydraulikmotor eingesetzt, der also mit dem auch für die Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheiten verwendeten Hydraulikmedium gesteuert beaufschlagbar ist.
  • Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrgeräts über einem im Schnitt dargestellten Untergrund in Ausrüstung für den Arbeitseinsatz als Hochdruck-Injektions-Bohrgerät in schematisierter Darstellung, wobei der am Vorderende des Bohrgestänges vorgesehene Bohrkopf in der in der vorgesehenen maximalen Bohrtiefe stehenden Lage dargestellt ist;
    Fig. 2
    eine der Fig. 1 entsprechenden Ansicht des Bohrgeräts in einer Zwischenstellung beim Ziehen des Bohrkopfs unter gleichzeitiger Hochdruckinjektion von fließfähigem Spülmedium zur Erweiterung des Durchmessers der beim vorangehenden Bohrvorgang erzeugten Bohrung;
    Fig. 3
    den in Fig. 1 innerhalb des strichpunktierten Bereichs 3 liegender Teilbereich des Bohrgeräts in einer Stellung des Bohrkopfs unmittelbar nach Beginn des Bohrvorgangs; und
    Fig. 4
    einen schematischen Schaltplan eines hydraulischen Steuersystems für die Arbeitsfunktionen des Geräts.
  • In den Figuren 1 und 2 ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnetes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bohrgeräts in zwei unterschiedlichen Arbeitsstellungen auf einem im Schnitt dargestellten Untergrund 12 gezeigt, der im dargestellten Fall aus drei übereinandergelagerten Bodenschichten 12a, 12b und 12c unterschiedlicher Beschaffenheit und Struktur besteht. Bei derartigen Böden mit unterschiedlichen Schichten kann die Gefahr bestehen, daß bei Tiefbauarbeiten solche Schichten ins Gleiten kommen können und dann eine Gefahr für die im Arbeitsbereich tätigen Personen und das dort eingesetzte Material darstellen. Zur Sicherung gegen ein solches Gleiten einzelner Bodenschichten gegeneinander wird das Hochdruck-Injektionsbohren angewandt, bei denen zunächst eine Bohrung durch die gefährdeten Schichten hindurch bis in eine stabile Bodenschicht vorgetrieben wird und dann beim Ziehen des Bohrgestänges mit einem unter Hochdruck durch das hohle Bohrgestänge injizierten erstarrenden flüssigen Injektionsmittel die zuvor eingebrachte Bohrung nicht nur erweitert, sondern - nach Aushärten des Injektionsmittels - mit einem starren Pfeiler versehen wird. Durch Einbringen einer hinreichenden Anzahl von Bohrungen und Erzeugung solcher ausgehärteter Pfeiler können dann auch zum Gleiten neigende Bodenschichten stabilisiert werden, so daß Tiefbauarbeiten ohne Gefahr möglich sind.
  • Im dargestellten Fall ist die eigentliche Bohreinheit 14 auf einem motorisch antreibbaren Gleiskettenfahrzeug 16 aufgebaut. Vom nicht gezeigten Motor des Gleiskettenfahrzeugs 16 wird bzw. werden ein oder mehrere Hydraulikpumpen angetrieben, welche Hydraulikmedium aus einem nicht im einzelnen dargestellten Vorratstank in ein hydraulisches Antriebs- und Steuersystem liefern, von dem der für die erfindungsgemäße Arbeitsweise des Bohrgeräts wesentliche Teil der hydraulischen Schaltung in Figur 4 dargestellt ist. Weitere Teile des hydraulischen Schaltsystems und der Steuereinheiten, mit denen zum Beispiel der Fahrantrieb des Gleiskettenfahrzeugs 16 oder die Beaufschlagung von hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten erfolgt, mit denen die eigentliche Bohreinheit 14 in die Arbeitsstellung gestellt wird, sind hierbei nicht gezeigt, weil das Bohrgerät 10 insoweit konstruktiv mit bekannten Bohrgeräten übereinstimmt.
  • Die Bohreinheit 14 weist eine langgestreckte Führungslafette 18 auf, welche in vielfältiger Weise einstellbar und verschwenkbar am äußeren Ende eines Auslegers 20 angebracht ist, dessen anderes Ende verschwenkbar auf dem Gleiskettenfahrzeug 16 gelagert ist. Durch hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten 22, 24 und 26 ist der Ausleger 20 anheb- und absenkbar und andererseits die Führungslafette 18 in eine senkrecht zum Untergrund ausgerichtete Lage bzw. eine demgegenüber verschwenkte Lage verstellbar. Außerdem ist die Führungslafette noch durch eine Kolben-Zylinder-Einheit 28 mit langem Hub aus der in den Figuren 1 und 2 dargestellten, mit ihrem untergrundseitigen Ende auf dem Untergrund abgestützte Stellung anhebbar und wieder absenkbar.
  • Auf der Führungslafette 18 ist auf einem längsverschieblich gelagerten Hauptschlitten 30 eine Drehantriebseinheit 32 angeordnet, die zum Drehantrieb des an seinem untergrundseitigen Ende den Bohrkopf 34 tragenden Bohrgestänges 36 dient. Der Hauptschlitten 30 seinerseits ist in Längsrichtung der Führungslafette 18 durch eine Kolben-Zylinder-Einheit 38 verschieblich. Das Bohrgestänge 36 ist durch die Drehantriebseinheit hindurchführbar, wobei die Drehantriebseinheit durch Herstellung einer Mitnahmeverbindung nicht nur eine Drehmitnahme des Bohrgestänges bewirkt, sondern darüber hinaus auch einen Vorschub auf das Bohrgestänge in Arbeitsrichtung bzw. Zurückziehrichtung auszuüben vermag. Bei nach dem Stand der Technik ausgebildeten Bohrgeräten wird dieser Arbeitsvorschub ebenso wie der Vorschub beim Ziehen des Bohrgestänges und das erforderliche Anheben des Bohrgestänges zum Zwecke der Montage des Bohrgestänges aus einzelnen rohrförmigen Bohrgestängenabschnitten von der Kolben-Zylinder-Einheit 38 bewirkt. Wie bereits früher dargelegt, ist bei den bekannten, in dieser Weise ausgebildeten und angesteuerten Bohrgeräten aber ein kontinuierlicher Bohrvorschub nur über die Länge des Hubs der Kolben-Zylinder-Einheit 38 möglich. Dann muß die Drehantriebseinheit aus ihrer Klemmkupplung mit dem Bohrgestänge gelöst und mittels der Kolben-Zylinder-Einheit um deren Arbeitshub versetzt werden, bevor die klemmende Mitnahmeverbindung mit dem Bohrgestänge wieder herstellbar und der Bohrvorgang fortgesetzt werden kann.
  • Demgegenüber ist bei dem erfindungsgemäßen Bohrgerät die Drehantriebseinheit so weitergebildet, daß sie einen kontinuierlichen Bohrvorschub erlaubt. Zu diesem Zweck sind auf dem Hauptschlitten 30 der Drehantriebseinheit 32 in Höhenrichtung zueinander versetzt zwei Oberschlitten 40, 42 in der gleichen Richtung längsverschieblich auf dem Hauptschlitten 30 angeordnet, wie dieser längsverschieblich auf der Führungslafette 18 gelagert ist. Auf den Oberschlitten 40 und 42 ist jeweils ein Spannkopf 44, 46 mit drehbar in ihnen gelagerten - nicht gezeigten - Spanneinsätzen gehaltert, durch welche das Bohrgestänge 36 hindurchführbar ist. Der Spanneinsatz des auf dem unteren Oberschlitten 42 gehaltenen Spannkopfs 46 wird durch einen durch Hydraulikmedium antreibbaren Hydrostatmotor drehangetrieben, während der Spanneinsatz des auf dem oberen Oberschlitten 40 gehalterten Spannkopfs 44 durch eine Schiebehülse 48 mit dem Spanneinsatz des Spannkopfs 46 verbunden ist. Diese Schiebehülse 48 verbindet die beiden Spanneinsätze drehfest miteinander, wobei sie aber eine relative Längsverschiebung der Spannköpfe zuläßt. Damit ist gewährleistet, daß die Spanneinsätze beider Spannköpfe 44, 46 in jedem Falle synchron angetrieben sind.
  • An den Oberschlitten greifen die Kolbenstangen von getrennt ansteuerbaren Kolben-Zylinder-Einheiten 50, 52 an, durch welche die Oberschlitten im Rahmen des Arbeitshubs dieser Kolben-Zylinder-Einheiten unabhängig voneinander auf dem Hauptschlitten 30 verschiebbar sind. Die Spanneinsätze beider Spannköpfe 44 und 46 sind mit separat oder - bei entsprechender Ansteuerung - auch gemeinsam in Klemmanlage an das Bohrgestänge 36 zur Anlage bringbaren Klemmbacken 54, 56 versehen, die in dem in Figur 4 gezeigten hydraulischen Schaltplan schematisch dargestellt sind. Am unteren, bodenseitigen Ende der Führungslafette 18 sind noch die das Einlegen und Zusammenschrauben des Bohrgestänges 36 aus einzelnen Bohrrohren bzw. das Demontieren der Bohrrohre nach Abschluß der Bohrarbeiten ermöglichenden Hilfseinrichtungen, nämlich die sogenannte Gestängebrechvorrichtung 58 und der Gestängehalter 60 dargestellt. Da diese Vorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt sind, werden sie hier nicht näher beschrieben.
  • Der in Figur 4 gezeigte hydraulische Schaltplan zeigt nur den sich auf den hydraulischen Antrieb des Hauptschlittens 30 und der beiden Oberschlitten 40 und 42 sowie den Drehantrieb der Spanneinsätze der Spannköpfe 44, 46 durch einen Hydrostatmotor 62 und die hydraulische Betätigung der Klemmbacken 54, 56 betreffenden Teile des hydraulischen Systems der Bohrvorrichtung 10. Der Hauptschlitten 30 ist dabei schematisch gestrichelt und die Oberschlitten 40, 42 strichpunktiert angedeutet. Es ist ersichtlich, daß die zur Längsverschiebung der Oberschlitten 40 bzw. 42 auf dem Hauptschlitten 30 vorgesehenen Kolben-Zylinder-Einheiten 50 und 52 jeweils über Wegeventile 64, 66 an die das Hydraulikmedium zuführende Leitung 68 angeschlossen sind. Die Wegeventile 64, 66 sind im dargestellten Fall sogenannte 3-Stellungs-, 2-Wege-Ventile, welche die wahlweise Beaufschlagung der Arbeitsräume der Kolben-Zylinder-Einheiten 50 anzusteuern erlauben. Der spezielle Aufbau der hydraulischen Steuereinrichtung im einzelnen erfolgt unter Verwendung der üblichen Überdruck- und Rückschlagventile und braucht deshalb ebenfalls nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Erwähnt werden soll lediglich, daß die Ansteuerung der Wegeventile bei kontinuierlichen Bohren und Ziehen durch ein integriertes Wege-Meßsystem erfolgt, während bei stufenweisem Bohren und Ziehen eine vereinfachte Steuerung durch Endschalter oder Annäherungssensoren möglich ist.
  • Die Klemmbacken 54 und 56 in den Spanneinsätzen der Spannköpfe 44, 46 werden ebenfalls über je ein Wegeventil 66 bzw. 70 hydraulisch betätigt. Erkennbar ist, daß auch die Beaufschlagung und Reversierung der hydrostatisch arbeitenden Hydraulikmotoren durch ein Wegeventil 72 angesteuert wird. Das gleiche gilt auch für die am Hauptschlitten 30 angreifende Kolben-Zylinder-Einheit 38, der das Wegeventil 74 zugeordnet ist.
  • Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels verwirklichbar sind, die sich sowohl auf den mechanischen Aufbau der Bohreinheit 14 als auch die Ausgestaltung des hydraulischen Systems beziehen können. Als wesentlich ist festzuhalten, daß anstelle eines Spannkopfs zum Antrieb des Bohrgestänges 36 zwei unabhängig voneinander längsverschiebliche Spannköpfe Verwendung finden, die derart ansteuerbar sind, daß die angestrebte kontinuierliche Arbeitsweise möglich ist.

Claims (10)

  1. Erd-Bohrgerät (10) zur Einbringung von Bohrungen ins Erdreich mittels eines Bohrkopfs (34), der am unteren Ende eines drehantreibbaren hohlen Bohrgestänges (36) angeordnet ist, durch welches ein flüssiges Spülmedium vom bohrungsäußeren Ende her bis in den Bereich des Bohrkopfs (34) einspeisbar ist, wobei für den Drehantrieb des Bohrgestänges (36) eine mit dem Gestänge in Mitnahmeverbindung und von ihm abkoppelbare Drehantriebseinheit (32) vorgesehen ist, die ihrerseits auf einem Hauptschlitten (30) angeordnet ist, der mittels einer Vorschubeinrichtung vorschieb- und zurückziehbar in Richtung des Bohrvorschubs längsverschieblich auf einer Führungsanordnung gelagert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Drehantriebseinheit (32) ihrerseits zwei jeweils unabhängig voneinander längsverschieblich auf dem Hauptschlitten (30) angeordnete, synchron drehantreibbare und wahlweise in Mitnahmeverbindung mit dem Bohrgestänge bringbare, drehbar gelagerte und vom Bohrgestänge durchsetzte Spannköpfe (44; 46) aufweist, welchen jeweils derart gesondert ansteuerbare Vorschubeinrichtungen zugeordnet sind, daß ein wahlweiser Vorschub eines der Spannköpfe (44 bzw. 46) relativ zum anderen Spannkopf (46 bzw. 44) oder ein gemeinsamer Vorschub beider Spannköpfe auf dem Hauptschlitten (30) in Richtung des Bohrvorschubs und zurück ausführbar ist.
  2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Spannköpfe (44; 46) als aktiv motorisch antreibbarer Kraftdrehkopf ausgebildet ist, der mit dem in Bohrungs-Vorschubrichtung fluchtenden zweiten Spannkopf (46; 44) über eine Längsverschiebung zulassende Dreh-Mitnahmeverbindung (Schiebehülse 48) gekoppelt ist.
  3. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtungen druckmittelbeaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheiten (38; 50, 52) aufweisen.
  4. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannköpfe (44; 46) durch druckmittelbeaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheiten am Bohrgestänge (36) in Klemmanlage bringbare Klemmbacken (54; 56) aufweisen.
  5. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehantriebseinheit (32) wenigstens einen durch von einer Druckmittelquelle geliefertes Druckmittel drehantreibbaren Druckmittelmotor (62) aufweist, der bzw. die mit dem zugeordneten Spannkopf (44; 46) in Drehantriebsverbindung steht bzw. stehen.
  6. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannköpfe (44; 46) jeweils separat auf einem längsverschieblich auf dem Hauptschlitten (30) gelagerten Oberschlitten (40; 42) angeordnet sind, und daß an den Oberschlitten jeweils gesonderte Kolben-Zylinder-Einheiten (50; 52) zur wahlweisen Verschiebung der Oberschlitten (40; 62) auf dem Hauptschlitten (30) angreifen.
  7. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinheit des Hauptschlittens (30) wenigstens eine druckmittelbeaufschlagte Kolben-Zylinder-Einheit (38) aufweist.
  8. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel ein von wenigstens einer Pumpe geliefertes Hydraulikmedium vorgesehen ist.
  9. Bohrgerät nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheiten (38; 50, 52) doppelt wirkende hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten sind, und daß in die Zuführleitungen für das Hydraulikmedium zu den Arbeitsräumen der Kolben-Zylinder-Einheiten (50, 52; 38) der Oberschlitten (40, 42) und/oder des Hauptschlittens (30) jeweils gesonderte Wegeventile (64; 66; 74) zur wahlweisen Beaufschlagung der Arbeitsräume eingeschaltet sind.
  10. Bohrgerät nach Anspruch 8 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelmotor (62) bzw. die Druckmittelmotoren jeweils ein hydrostatisch arbeitender Hydraulikmotor ist.
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