EP1012440A1 - Bohrvorrichtung - Google Patents

Bohrvorrichtung

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EP1012440A1
EP1012440A1 EP99936506A EP99936506A EP1012440A1 EP 1012440 A1 EP1012440 A1 EP 1012440A1 EP 99936506 A EP99936506 A EP 99936506A EP 99936506 A EP99936506 A EP 99936506A EP 1012440 A1 EP1012440 A1 EP 1012440A1
Authority
EP
European Patent Office
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rod
drill
drilling
borehole
boring
Prior art date
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Granted
Application number
EP99936506A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1012440B1 (de
Inventor
Bernhard Wesselmann
Peter Böttger
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HAUSHERR SYSTEM BOHRTECHNIK GMBH & CO. KG I.G.
Original Assignee
Btd Bohrtechnik GmbH
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Publication date
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Publication of EP1012440A1 publication Critical patent/EP1012440A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1012440B1 publication Critical patent/EP1012440B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • E21B7/208—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes using down-hole drives
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    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/20—Drives for drilling, used in the borehole combined with surface drive
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Definitions

  • the invention relates to a drilling device with an external rotary hammer drill which is arranged outside the borehole and can be generated by means of the drilling energy, a drill pipe which is connected on one side to the external rotary hammer drill and by means of which the drilling energy from the external rotary hammer drill in Direction to the bottom of the borehole is transferable, and a drill bit which is connected to the end of the drill pipe on the side of the borehole and by means of which the drilling energy transmitted to it by the drill pipe can be converted into drilling progress.
  • the directional accuracy that can be achieved with the drilling device described at the outset and the resulting rod stability are relatively low. Exact drilling in the specified drilling direction is only achieved with the conventional drilling device described at the outset up to a drilling depth of 15 m.
  • the invention has for its object to develop the generic drilling device described in such a way that, while avoiding the aforementioned disadvantages of the generic drilling device, on the one hand achieves increased rod stability and on the other hand the
  • the drill rod has an inner rod, by means of which the drilling energy can be transmitted from the rotary impact external hammer drill to the drill bit and a first winding channel is formed which extends from a first winding medium supply connection to the drill bit, and has an outer rod which surrounds the inner rod at a distance and forms a second winding channel between its inner surface and the outer surface of the inner rod, the e on the output side at a second winding medium supply connection and on the output side through the outer rod through holes through the
  • the additional winding through the second winding channel also ensures that the winding medium flow is no longer interrupted, in particular in the case of chunky rock.
  • the outer rod allows the annular space between the outer surface of the entire drill pipe and the borehole wall to be optimally adjusted. In this way, improved winding is achieved.
  • there is a more stable drill string so that directional drilling at maximum drilling performance can be achieved easily even at greater drilling depths. Almost every rotary impact hammer drill can be equipped with the drill rod described above.
  • Any conventional drill rod which can be used with rotary impact external rotary hammers can be provided as the inner rod of the drill rod of the drilling device according to the invention, only slight reworking of this drill rod being required.
  • the outer rod of the drill string of the drilling device according to the invention is expediently formed from interconnectable casing tubes, so that the latter in the event of damage or the like. can be replaced individually.
  • the casing pipes of the outer rod can have a comparatively small wall thickness, which makes them optimal possible adaptation of the cross-sectional area of the annular space between the outer jacket surface of the drill pipe and the borehole wall, the increase in weight of the drill pipe remains relatively small overall.
  • a lubrication direction is arranged in a second winding medium supply line leading to the second winding medium supply connection, it is possible to better lubricate the casing pipes and the threaded connections of the drill rods forming the inner rod, so that the drill rod has increased service lives.
  • a second flow control device is arranged in a second winding medium supply line leading to the second winding medium supply connection, so that the flow current through the second winding channel can be adjusted as required.
  • the outer rod is advantageously arranged concentrically with the inner rod, whereby a considerable increase in the stability of the rod strand can be achieved. Due to the increased stability of the drill string, the directional accuracy during drilling can be increased further.
  • the centering of the outer rod m with respect to the inner rod can be achieved in a technically and structurally simple manner if each drill rod of the inner rod has a fastening device in the region of its two ends, to which the two mutually facing ends of two successive jacket pipes of the outer rod can be detachably fastened .
  • the detachable fastening of the jacket tubes are easy to replace if damaged, etc.
  • each boring bar of the inner rod has a guide recess in the area of its two ends, which holds the fastening device assigned to it in a rotationally fixed and displaceable manner in the axial direction, it is possible that the outer rod consisting of the casing tubes does not have the impact energy to be transmitted during the impact stroke, nor does it the rotational energy to be transmitted during the rotation of the drill pipe is applied.
  • the jacket pipes are subjected to loads due to the friction between the outer jacket surface of the jacket pipes and the borehole wall or if the linkage breaks. The wear of the jacket pipes is therefore comparatively low. Nevertheless, the outer rod having the casing tube can reliably prevent larger amounts of rock from entering the borehole. The loss of a drill pipe due to the fact that it cannot be pulled in the event of faults in the borehole is thus excluded.
  • each guide recess should be approximately the sum of the axial extension of the fastening device held by it and the
  • Stroke stroke of the rotary impact hammer drill Corresponding to the stroke of the rotary hammer Anbohrha mers then there is an axial adjustability between the inner and outer rods.
  • a rotationally fixed attachment of the outer rod to the inner rod is achieved in a simple manner in that the attachment st Trentstabchtonne circumferential direction are positively connected to the car wells.
  • any necessary wear parts are arranged in the fastening device for holding the casing tubes together and on the inner rod. These wear parts can then be replaced by replacing the fastening device.
  • the drilling device according to the invention With the drilling device according to the invention, a particularly favorable ratio between the borehole diameter on the one hand and the diameter of the drill string on the other hand can be achieved. This results in an improved winding of the borehole and a higher effectiveness in requesting the drill clamp that is formed on the bottom of the borehole. This improved winding is made even more optimal by the second winding channel provided according to the invention.
  • the drilling device according to the invention can be used in particular for large-diameter bores in the range of borehole diameters between 70 and 180 mm, while achieving the advantages which can be achieved with it.
  • the upward flow of winding medium in the annular space between the outer surface of the drill pipe and the wall of the borehole does not stop, even when the rock is volatile, because above a gap there is a negative pressure by means of which the drill clamp moves upwards is pulled.
  • binders for example glucose or the like, can also be introduced by means of the second winding channel to stabilize the borehole wall.
  • a drilling device has a rotary impact external rotary hammer 1, which is shown in the single figure only with regard to its mode of operation, by means of the drilling energy m in the form of a
  • Rotational and a stroke movement can be generated.
  • Different types of rotary impact external rotary hammers 1 can be used for the drilling device according to the invention.
  • the transmission of the drilling energy generated by the external rotary hammer drill 1, which is arranged outside the borehole 2, to the bottom of the borehole 3 takes place by means of an inner rod 4, which is connected to the external rotary hammer drill 1 in such a way that the rotary and percussion movements, such as it is generated by the rotary impact rotary hammer 1, to the inner rod 4 is transferable.
  • the inner rod 4 forms part of the entire drill rod 5 of the drilling device according to the invention.
  • the drill rod 5 also includes an outer rod 6, which concentrically surrounds the inner rod 4.
  • the drilling energy is transmitted to a drill bit 7, by means of which the drilling energy can be implemented by progressively destroying the bottom of the borehole 3 m.
  • the drill bit 7 has flushing medium outlets 8 which are in fluid communication with a first flushing channel 10 by means of a flushing medium connection 9 on the drill bit side, which in turn has a first flushing medium supply connection 11 which is in a holding head 12 of the drilling device according to the invention is formed, and a first flushing medium supply line 13 is connected to a flushing medium supply source 14.
  • a first flow control device 16 Arranged in the first flushing medium supply line 13 is a first flow control device 16 which can be operated from a drilling rig 15 and by means of which the flushing medium loading on the bottom of the borehole 3 can be set as a function of the rock present and other parameters.
  • the rock destroyed or comminuted in the area of the borehole bottom 3 by the drill bit 7 is moved upwards by means of the flushing medium reaching the borehole bottom 3 in the manner described through the annular space 17, which is formed between the outer casing surface of the outer rod 6 and the borehole wall 18 Transported away to the mouth of the borehole 19.
  • the inner linkage 4 consists of boring bars 20 which are connected to one another in a rotationally fixed manner and which are each provided in the center with axial bores which form the first rinsing channel 10.
  • the drill rods 20 each have a guide recess 21, in each of which a fastening device 22 is held in a manner to be described.
  • the fastening device 22 serves for the rotationally fixed and axially displaceable attachment of the outer tubes 6 forming casing tubes 23 to the inner rods 4.
  • the mutually assigned ends of two successive jacket tubes 23 can be fastened to each fastening device 22.
  • the fastening devices 22 are non-rotatably and axially displaceable in the guide recesses 21 formed in the boring bars 20, so that the outer linkage 6 formed by the casing tubes 23 is arranged in a rotationally fixed and axially displaceable manner with respect to the inner linkage 4 formed by the boring bars 20.
  • each guide recess 21 corresponds to the sum of the axial extent of the fastening device 22 assigned to it and the stroke of the rotary hammer drill 1; this can prevent the outer linkage 6 and the casing tubes 23 from the
  • Rotary impact external hammer 1 generated impact energy.
  • Any wear parts 24 which are required for the movable attachment of the outer linkage 6 to the inner linkage 4 are formed as components of the fastening device 22.
  • the casing tubes 23 of the outer rod 6 are designed with an engagement recess 25, which can cooperate with conventional release devices, not shown in the figure.
  • the components of the drill pipe 5 are designed so that they can be used with proven magazines, holding heads 12 and release devices.
  • the casing tubes 23 rotate with the inner rod 4 or the drill rods 20 so that they are not loaded with a torque.
  • the jacket tubes 23 of the outer rod 6 Due to the low mechanical load on the jacket tubes 23 of the outer rod 6, the jacket tubes 23 can be made comparatively thin-walled, so that the total weight of the drill rod 5 is not increased significantly by the additional outer rod 6.
  • annular, second flushing channel 26 is formed between the outer surface of the inner rod 4 or the drill rods 20 and the inner surface of the outer rod 6 or the casing tubes 23.
  • This second winding channel 26 is connected by means of a second flushing medium supply connection 27 provided in the holding head 12 to a second flushing medium supply line 28, which in turn is in fluid communication with the flushing medium supply source 14.
  • a second flow control device 29 Arranged in the second winding medium supply line 28 is a second flow control device 29 which can be actuated from the drilling rig 15 and by means of which the flow of the winding medium through the second supply line 28 and thus through the second flushing channel 26 can be adjusted.
  • a lubrication device 30 is provided in the second winding medium supply line 28, by means of which a suitable lubricant can be introduced into the second winding medium supply line 28, so that it can considerably increase the service life of the casing tubes 23 and the threaded connections of the boring bars 20.
  • bores 31 are formed in the jacket tubes 23 near the lower fastening devices 22, through which winding medium from the second winding channel 26 m penetrates the ring space between the borehole wall 18 and the outer jacket surface of the jacket tubes 23 and the outer rod 6 can.
  • the demand for the drilling clamp produced on the bottom of the borehole 3 by means of the drill bit 7 can be strongly supported by the ring space 17 between the outer surface of the outer rod 6 and the borehole wall 18, which is otherwise solely due to the through the first winding channel 10 of the drill bit 7 and so the borehole bottom 3 supplied winding medium had to be accomplished.
  • the removal of the drill bit generated at the bottom of the borehole 3 by the drill bit 7 is also facilitated by the Rmgraum 17 in that the cross-sectional area of the annular space 17 is considerably reduced due to the presence of the outer rod 6, so that the pressure of the winding medium in the Rmgraum 17 is comparatively stays big.

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Description

„Bohrvorrichtung"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrvorrichtung mit ei- nem Drehschlag-Außenbohrhammer, der außerhalb des Bohrlochs angeordnet und mittels dem Bohrenergie erzeugbar ist, einem Bohrgestänge, das an einer Seite mit dem Drehschlag-Außenbohrhammer verbunden und mittels dem die Bohrenergie vom Drehschlag-Außenbohrhammer in Richtung zur Bohrlochsohle übertragbar ist, und einer Bohrkrone, die mit dem bohrlochsohlenseitigen Ende des Bohrgestänges verbunden und mittels der die mittels des Bohrgestänges auf sie übertragene Bohrenergie in Bohrfortschritt umsetzbar ist.
Bei bekannten derartigen Bohrvorrichtungen besteht ein vergleichsweise ungünstiges Verhältnis zwischen dem Durchmesser des zu erstellenden Bohrlochs und dem Durchmesser des Bohrgestänges. Hieraus ergeben sich Schwierigkeiten bei der Spülung des Bohrlochs und beim Abtransport des beim Bohrfort- schritt an der Bohrlochsohle entstehenden Bohrkleins.
Darüber hinaus ist die mit der eingangs geschilderten Bohrvorrichtung erreichbare Richtungsgenauigkeit beim Bohren sowie die sich ergebende Gestängestabilität relativ gering. Ein exaktes Bohren in der vorgegebenen Bohrrichtung wird mit der eingangs geschilderten herkömmlichen Bohrvorrichtung lediglich bis zu einer Bohrtiefe von 15 m erreicht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte gattungsgemaße Bohrvorrichtung derart weiterzubilden, daß unter Vermeidung der vorstehend erwähnten Nachteile der gattungsgemaßen Bohrvorrichtung einerseits eine erhöhte Gestangestabilitat erreicht und andererseits die
Spulung des zu erstellenden Bohrlochs sowie der Abtransport des an der Bohrlochsohle beim Bohrfortschritt entstehenden Bohrklems erheblich effektiver gestaltet wird.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß dadurch gelost, daß das Bohrgestange ein Innengestange, mittels dem die Bohrenergie vom Drehschlag-Außenbohrhammer zur Bohrkrone übertragbar und m dem ein erster Spulkanal ausgebildet ist, der sich von einem ersten Spulmediumversorgungsanschluß bis zur Bohrkrone erstreckt, und ein Außengestange aufweist, das das Innengestange im Abstand umgibt und zwischen seiner Innenmantelflache und der Außenmantelflache des Innengestanges einen zweiten Spulkanal ausbildet, der e gangsseitig an einem zweiten Spulmediumversorgungsanschluß und ausgangsseitig durch das Außengestange durchbrechende Bohrungen an den zwischen der
Außenmantelflache des Außengestanges und der Bohrlochwandung ausgebildeten Ringraum angeschlossen ist. Aufgrund der Reduzierung des Ringraums zwischen der Bohrlochwandung und der Außenmantelflache des Bohrgestanges aufgrund des Vorhanden- sems des Außengestanges kann der Spulmediumdruck auch m
Stromungsrichtung gesehen hinter bzw. oberhalb der Bohrlochsohle besser aufrecht erhalten werden. Durch die zusätzliche Spulung durch den zweiten Spulkanal wird darüber hinaus gewährleistet, daß insbesondere bei kluftigem Gestein der Spulmediumstrom nicht mehr unterbrochen wird. Zur Sp lung des Bohrlochs steht erheblich mehr Spulmedium zur Verfugung, wobei selbst bei einem Verstopfen der Bohrkrone die Spulung des Bohrlochs durch den zweiten Spulkanal aufrecht erhalten werden kann. Durch das Außengestange kann der Ringraum zwischen der Außenmantelflache des gesamten Bohrgestanges und der Bohrlochwandung optimal angepaßt werden. Hierdurch wird eine verbesserte Spulung erreicht. Darüber hinaus ergibt sich em stabilerer Gestangestrang, so daß em richtungsgenaues Bohren beim maximaler Bohrleistung auch bei größeren Bohrtiefen ohne weiteres erreicht werden kann. Nahezu jeder Drehschlag-Außenbohrhammer kann mit dem vorstehend geschilderten Bohrgestange ausgerüstet werden.
Als Innengestange des Bohrgestanges der erfmdungsgemaßen Bohrvorrichtung kann jedes herkömmliche, mit Drehschlag- Außenbohrhammern einsetzbare Bohrgestange vorgesehen sein, wobei lediglich geringe Nacharbeiten an diesem Bohrgestange erforderlich sind.
Das Außengestange des Bohrgestanges der erf dungsgemaßen Bohrvorrichtung ist zweckmaßigerweise aus miteinander verbindbaren Mantelrohren ausgebildet, so daß letztere bei Be- Schädigungen od.dgl. einzeln ausgetauscht werden können.
Um den Spulmediumstrom im Ringraum zwischen der Außenmantelflache des Bohrgestanges und der Bohrlochwandung über die gesamte Bohrlochtiefe nahezu m jedem Bereich unterstutzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die miteinander verbindbaren Mantelrohre jeweils nahe ihrer Verbindungsstelle mit dem m Bohrrichtung folgenden Mantelrohr die sie durchbrechenden Bohrungen aufweisen. Hierdurch kann praktisch über die gesamte Erstreckung des Bohrlochs der Spulmediumstrom zum Abtransport des Bohrklems unterstutzt werden.
Die Mantelrohre des Außengestanges können eine vergleichsweise geringe Wandstarke aufweisen, wodurch trotz optimal möglicher Anpassung der Querschnittsflache des Ringraums zwischen Außenmantelflache des Bohrgestanges und Bohrlochwandung die Gewichtserhöhung des Bohrgestanges insgesamt relativ gering bleibt.
Wenn m einer zum zweiten Spulmediumversorgungsanschluß fuhrenden zweiten Spulmediumzufuhrleitung eine Schmiere rich- tung angeordnet ist, ist es möglich, die Mantelrohre und die Gewindeverbindungen der das Innengestange bildenden Bohr- Stangen besser zu schmieren, so daß sich für das Bohrgestange erhöhte Standzeiten ergeben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist in einer zum zweiten Spulmediumversorgungsanschluß fuhrenden zweiten Spulmediumzufuhrleitung eine zweite Durchflußregeleinrichtung angeordnet ist, so daß der Durchflußstrom durch den zweiten Spulkanal bedarfsgerecht eingestellt werden kann.
Vorteilhaft ist das Außengestange konzentrisch zum Innengestange angeordnet, wodurch eine erhebliche Erhöhung der Stabilität des Gestangestrangs erreichbar ist. Aufgrund der erhöhten Stabilität des Gestangestrangs kann die Richtungsgenauigkeit beim Bohren weiter erhöht werden.
In technisch-konstruktiv einfacher Weise laßt sich die Zentrierung des Außengestanges m bezug auf das Innengestange erreichen, wenn ede Bohrstange des Innengestanges im Bereich ihrer beiden Enden eine Befestigungseinrichtung auf- weist, an der die beiden einander zugewandten Enden zweier aufeinanderfolgender Mantelrohre des Außengestanges losbar befestigbar sind. Durch die losbare Befestigung der Mantel- röhre ist deren Austausch bei Beschädigungen etc. einfach möglich.
Wenn jede Bohrstange des Innengestanges im Bereich ihrer beiden Enden eine Fuhrvertiefung aufweist, welche die ihr zugeordnete Befestigungseinrichtung drehfest und m Axial- richtung verschieblich haltert, ist es möglich, daß das aus den Mantelrohren bestehende Außengestange weder mit der beim Schlaghub zu übertragenden Schlagenergie, noch mit der bei der Drehung des Bohrgestanges zu übertragenden Drehenergie beaufschlagt wird. An den Mantelrohren entstehen allenfalls Belastungen aufgrund der Reibung zwischen der Außenmantelflache der Mantelrohre und der Bohrlochwand oder bei einem Brechen des Gestänges. Der Verschleiß der Mantelrohre ist daher vergleichsweise gering. Dennoch kann das das Mantelrohr aufweisende Außengestange zuverlässig verhindern, daß größere Gesteinsmengen m das Bohrloch eindringen. Der Verlust eines Bohrgestanges aufgrund mangelnder Ziehbarkeit desselben bei Störungen im Bohrloch wird somit ausgeschlos- sen.
Um m jedem Fall eine Übertragung von Schlagenergie auf das Außengestange zu vermeiden, sollte die Axialerstreckung jeder Fuhrvertiefung etwa der Summe aus der Axialerstreckung der m ihr gehalterten Befestigungseinrichtung und dem
Schlaghub des Drehschlag-Außenbohrhammers entsprechen. Entsprechend dem Schlaghub des Drehschlag-Anbohrha mers ergibt sich dann eine axiale Verstellbarkeit zwischen dem Innen- und dem Außengestange.
Eine drehfeste Anbringung des Außengestanges am Innengestange wird m einfacher Weise dadurch erreicht, daß die Befe- stigungsemnchtungen Umfangsrichtung formschlussig mit den Fuhrvertiefungen verbunden sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform sind etwaig für die Halterung der Mantelrohre aneinander und am Innengestange erforderliche Verschleißteile m der Befestigungseinrichtung angeordnet. Diese Verschleißteile können dann durch Austausch der Befestigungseinrichtung erneuert werden.
Mit der erfmdungsgemaßen Bohrvorrichtung laßt sich em besonders gunstiges Verhältnis zwischen dem Bohrlochdurchmesser einerseits und dem Durchmesser des Bohrgestanges andererseits erreichen. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Spulung des Bohrlochs sowie eine höhere Effektivität bei der Abforderung des an der Bohrlochsohle entstehenden Bohrklems. Diese verbesserte Spulung wird durch den erfmdungsgemaß vorgesehenen zweiten Spulkanal noch optimaler gestaltet. Insbesondere für Großlochbohrungen im Bereich von Bohrlochdurchmessern zwischen 70 und 180 mm kann die erfmdungs- gemäße Bohrvorrichtung unter optimaler Erreichung der mit ihr erzielbaren Vorteile eingesetzt werden. Aufgrund des bei der erfmdungsgemaßen Bohrvorrichtung vorhandenen zweiten Spulmediumstroms wird erreicht, daß die aufwärts gerichtete Spulmediumstromung im Ringraum zwischen der Außenmantelfla- ehe des Bohrgestanges und der Bohrlochwandung auch bei fluchtigem Gestein nicht abreißt, denn oberhalb einer Kluft entsteht em Unterdruck, mittels dem das Bohrklem nach oben gezogen wird. Mittels des zweiten Spulkanals können bei Bedarf auch Bindemittel, z.B. Glukose od.dgl., zur Stabilisie- rung der Bohrlochwandung eingebracht werden. Resultierend aus der mittels der erfmdungsgemaßen Bohrvorrichtung erreichten Optimierung kann die Antriebsleistung der Bohrvorrichtung und können deren Kompressoren verkleinert werden. Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausfuhrungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung naher erläutert, deren einziger Figur eine Ausfuhrungsform der erfmdungsge- maßen Bohrvorrichtung prinzipiell dargestellt ist.
Eine erfindungsgemaße Bohrvorrichtung hat einen m der einzigen Figur lediglich hinsichtlich semer Funktionsweise prinzipiell durch zwei Pfeile dargestellten Drehschlag- Außenbohrhammer 1, mittels dem Bohrenergie m Form einer
Dreh- und einer Schlagbewegung erzeugbar ist. Für die erfindungsgemaße Bohrvorrichtung können unterschiedliche Bautypen von Drehschlag-Außenbohrhammern 1 zum Einsatz kommen.
Die Übertragung der vom Drehschlag-Außenbohrhammer 1, der außerhalb des Bohrlochs 2 angeordnet ist, erzeugten Bohrenergie zur Bohrlochsohle 3 erfolgt mittels eines Innenge- stanges 4, das so mit dem Drehschlag-Außenbohrhammer 1 verbunden ist, daß die Dreh- und die Schlagbewegung, wie sie vom Drehschlag-Außenbohrhammer 1 erzeugt wird, auf das Innengestange 4 übertragbar ist.
Das Innengestange 4 bildet einen Bestandteil des gesamten Bohrgestanges 5 der erfmdungsgemaßen Bohrvorrichtung.
Zu dem Bohrgestange 5 gehört noch em Außengestange 6, welches das Innengestange 4 konzentrisch umgibt.
Mittels des Innengestanges 4 wird die Bohrenergie zu einer Bohrkrone 7 übertragen, mittels der die Bohrenergie durch fortschreitende Zerstörung der Bohrlochsohle 3 m Bohrfortschritt umsetzbar ist. Zum Abtransport des bei der Zerstörung der Bohrlochsohle 3 entstehenden Bohrkleins weist die Bohrkrone 7 Spülmediumauslässe 8 auf, die mittels eines bohrkronenseitigen Spülmediumanschlusses 9 in Fluidverbindung mit einem ersten Spülkanal 10 stehen, der seinerseits über einen ersten Spulmediumversorgungsanschluß 11, der in einem Haltekopf 12 der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ausgebildet ist, und eine erste Spülmediumversorgungsleitung 13 an eine Spülmediumver- sorgungsquelle 14 angeschlossen ist.
In der ersten Spülmediumversorgungsleitung 13 ist eine von einem Bohrstand 15 aus bedienbare erste Durchflußregeleinrichtung 16 angeordnet, mittels der die Spülmediumbeaufschlagung an der Bohrlochsohle 3 in Abhängigkeit vom anste- henden Gestein und anderen Parametern einstellbar ist. Das im Bereich der Bohrlochsohle 3 durch die Bohrkrone 7 zerstörte bzw. zerkleinerte Gestein wird mittels des in der beschriebenen Weise zur Bohrlochsohle 3 gelangenden Spülmediums durch den Ringraum 17, der zwischen der Außenmantelflä- ehe des Außengestänges 6 und der Bohrlochwandung 18 ausgebildet ist, aufwärts in Richtung zum Bohrlochmund 19 abtransportiert .
Das Innengestänge 4 besteht aus miteinander drehfest verbun- denen Bohrstangen 20, die jeweils mittig mit den ersten Spülkanal 10 ausbildenden Axialbohrungen versehen sind.
Nahe ihren Enden weisen die Bohrstangen 20 jeweils eine Führvertiefung 21 auf, in denen in noch zu beschreibender Weise jeweils eine Befestigungseinrichtung 22 gehaltert ist. Die Befestigungseinrichtung 22 dient zur drehfesten und axialverschieblichen Anbringung von das Außengestänge 6 ausbildenden Mantelrohren 23 am Innengestänge 4. An jeder Befestigungseinrichtung 22 sind die einander zugeordneten Enden zweier aufeinanderfolgender Mantelrohre 23 befestigbar. Die Befestigungseinrichtungen 22 sitzen drehfest und axialverschieblich in den in den Bohrstangen 20 ausgebildeten Führvertiefungen 21, so daß das durch die Mantelrohre 23 gebildete Außengestänge 6 in bezug auf das durch die Bohrstangen 20 ausgebildete Innengestänge 4 drehfest und axialverschieblich angeordnet ist.
Die Axialerstreckung jeder Führvertiefung 21 entspricht der Summe aus der Axialerstreckung der ihr zugeordneten Befestigungseinrichtung 22 und dem Schlaghub des Drehschlag- Außenbohrhammers 1; hierdurch kann verhindert werden, daß das Außengestänge 6 bzw. die Mantelrohre 23 mit der vom
Drehschlag-Außenbohrhammer 1 erzeugten Schlagenergie beaufschlagt werden.
Etwaige Verschleißteile 24, die für die bewegliche Anbrin- gung des Außengestänges 6 am Innengestänge 4 erforderlich sind, sind als Bestandteile der Befestigungseinrichtung 22 ausgebildet .
Des weiteren sind die Mantelrohre 23 des Außengestanges 6 mit einer Eingriffsvertiefung 25 ausgestaltet, die mit herkömmlichen, in der Figur nicht dargestellten Lösevorrichtungen zusammenwirken können. Darüber hinaus sind die Bestandteile des Bohrgestänges 5 so gestaltet, daß sie mit bewährten Magazinen, Halteköpfen 12 und Lösevorrichtungen verwen- det werden können. Die Mantelrohre 23 drehen sich mit dem Innengestange 4 bzw. den Bohrstangen 20, so daß sie nicht mit einem Drehmoment belastet werden.
Aufgrund der geringen mechanischen Belastung der Mantelrohre 23 des Außengestanges 6 können die Mantelrohre 23 vergleichsweise dünnwandig ausgestaltet werden, so daß sich das Gesamtgewicht des Bohrgestanges 5 durch das zusatzliche Außengestange 6 nicht erheblich erhöht.
Zwischen der Außenmantelflache des Innengestanges 4 bzw. der Bohrstangen 20 und der Innenmantelflache des Außengestanges 6 bzw. der Mantelrohre 23 wird bei der erfindungsgemaßen Bohrvorrichtung ein ringförmiger zweiter Spülkanal 26 ausge- bildet. Dieser zweite Spulkanal 26 ist mittels eines im Haltekopf 12 vorgesehenen zweiten Spülmediumversorgungsan- schlusses 27 an eine zweite Spulmediumzufuhrleitung 28 angeschlossen, die ihrerseits mit der Spulmediumversorgungsquel- le 14 in Fluidverbindung steht.
In der zweiten Spulmediumzufuhrleitung 28 ist eine vom Bohrstand 15 aus betatigbare zweite Durchflußregeleinrichtung 29 angeordnet, mittels der der Spulmediumstrom durch die zweite Versorgungsleitung 28 und damit durch den zweiten Spülkanal 26 einstellbar ist.
Des weiteren ist in der zweiten Spulmediumzufuhrleitung 28 eine Schmiereinrichtung 30 vorgesehen, mittels der ein geeignetes Schmiermittel in die zweite Spulmediumzufuhrleitung 28 einbringbar ist, so daß es die Lebensdauer der Mantelrohre 23 sowie der Gewindeverbindungen der Bohrstangen 20 betrachtlich erhöhen kann. In den Mantelrohren 23 sind im dargestellten Ausfuhrungsbei- spiel jeweils nahe den unteren Befestigungseinrichtungen 22 Bohrungen 31 ausgebildet, durch die hindurch Spulmedium aus dem zweiten Spulkanal 26 m den Rmgraum zwischen der Bohr- lochwandung 18 und der Außenmantelflache der Mantelrohre 23 bzw. des Außengestanges 6 eindringen kann. Hierdurch kann die Abforderung des an der Bohrlochsohle 3 mittels der Bohrkrone 7 erzeugten Bohrklems durch den Rmgraum 17 zwischen der Außenmantelflache des Außengestanges 6 und der Bohrloch- wandung 18 bei Bedarf stark unterstutzt werden, der ansonsten allein durch das durch den ersten Spulkanal 10 der Bohrkrone 7 und damit der Bohrlochsohle 3 zugefuhrte Spulmedium bewerkstelligt werden mußte.
Des weiteren wird der Abtransport des an der Bohrlochsohle 3 durch die Bohrkrone 7 erzeugten Bohrklems durch den Rmgraum 17 auch dadurch erleichtert, daß aufgrund des Vorhandenseins des Außengestanges 6 die Querschnittsflache des Ringraums 17 erheblich reduziert ist, so daß der Druck des Spulmediums im Rmgraum 17 vergleichsweise groß bleibt.
Aufgrund der Zentrierung des Außengestanges 6 am Innengestange 4 mittels der Befestigungseinrichtungen 20 wird eine höhere Stabilität des Bohrgestanges 5 sowie eine erhöhte Richtungsgenauigkeit beim Bohren erreicht.
Durch die Bohrungen 31 im Außengestange 6 kann im Rmgraum 17 em erhöhter Spulmediumstrom erzeugt werden, was insbesondere bei kluftigem Gestein den Vorteil birgt, daß eine Unterbrechung des Spulmediumstroms nicht mehr auftritt.
Selbst für den Fall, daß die durch den ersten Spulkanal 10 zur Bohrlochsohle 3 geführte Spulmediumstromung aufgrund irgendwelcher Umstände, z.B. bei einer Verstopfung der Bohr- kröne 7, abbricht, kann der Spülmediumstrom durch den zweiten Spülkanal 26, ggf. durch Einstellung an der zweiten Durchflußregeleinrichtung 29 mit einer erhöhten Durchflußmenge, aufrecht erhalten werden.
Aufgrund der mittels des Außengestänges 6 bewirkten Reduzierung des Querschnitts des Ringraums 17 wird das Nachfallen größerer Gesteinsmengen in das Bohrloch 2 nachhaltig reduziert bzw. verhindert. Die Wahrscheinlichkeit eines Verlusts des Bohrgestänges 5 aufgrund der Tatsache, daß das Bohrgestänge 5 nicht mehr gezogen werden kann, ist somit erheblich reduziert .
Aufgrund der Bohrungen 31 im Außengestänge 6 ist es möglich, im Bedarfsfall dosiert Hilfsmittel zur Stabilisierung der Bohrlochwandung 18 an der gewünschten Stelle einzubringen.
Mittels des - wie vorstehend beschrieben - erfindungsgemäß ausgestalteten Bohrgestänges 5 sind somit eine bessere Spü- lung, ein stabilerer Bohrstrang, eine erhöhte Bohrleistung und auch oberhalb von 15 m Bohrtiefe ein richtungsgenaueres Bohren möglich. Desweiteren ist aufgrund der mit der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung erreichbaren Optimierung eine kleinere zu installierende Antriebsleistung möglich, wobei darüber hinaus kleinere Kompressoren eingesetzt werden können.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Bohrvorrichtung mit einem Drehschlag-Außenbohrhammer (1), der außerhalb des Bohrlochs (2) angeordnet und mittels dem Bohrenergie erzeugbar ist, einem Bohrgestange (5), das an einer Seite mit dem Drehschlag-Außenbohrhammer (1) verbunden und mittels dem die Bohrenergie vom Drehschlag-Außenbohrhammer (1) in Richtung zur Bohrlochsohle (3) übertragbar ist, und einer Bohrkrone (7), die mit dem bohrlochsohlensei- tigen Ende des Bohrgestanges (5) verbunden und mittels der die mittels des Bohrgestanges (5) auf sie übertragene Bohrenergie in Bohrfortschritt umsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestange (5) ein Innengestange (4), mittels dem die Bohrenergie vom Drehschlag-Außenbohrhammer (1) zur Bohrkrone (7) übertragbar und in dem ein erster
Spulkanal (10) ausgebildet ist, der sich von einem ersten Spulmediumversorgungsanschluß (11) bis zur Bohrkrone (7) erstreckt, und ein Außengestange (6) aufweist, das das Innengestänge (4) im Abstand umgibt und zwischen seiner Innenman- telflache und der Außenmantelflache des Innengestanges (4) einen zweiten Spulkanal (26) ausbildet, der eingangsseitig an einem zweiten Spulmediumversorgungsanschluß (27) und aus- gangsseitig durch das Außengestange (6) durchbrechende Bohrungen (31) an den zwischen der Außenmantelflache des Außen- gestänges (6) und der Bohrlochwandung (18) ausgebildeten Ringraum (17) angeschlossen ist.
2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Innengestange (4) als herkömmliches mit Drehschlag-Außenbohrhammern (1) einsetzbares Bohrgestange ausgebildet ist.
3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Außengest nge (6) aus miteinander verbindbaren Mantelrohren (23) ausgebildet ist.
4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die miteinander verbindbaren Mantelrohre (23) jeweils nahe ihrer Verbindungsstelle mit dem in Bohrrichtung folgenden Mantelrohr (23) die sie durchbrechenden Bohren (31) aufweisen.
5. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Mantelrohre (23) des Außengestänges (6) eine vergleichsweise geringe Wandstärke aufweisen.
6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der in einer zum zweiten Spulmediumversorgungsanschluß (27) führenden zweiten Spulmediumzufuhrleitung (28) eine Schmiereinrichtung (30) angeordnet ist.
7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der in einer zum zweiten Spulmediumversorgungsanschluß (27) führenden zweiten Spulmediumzufuhrleitung (28) eine zweite Durchflußregeleinrichtung (29) angeordnet ist.
8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Außengestänge (6) konzentrisch zum Innengestänge (4) angeordnet ist.
9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der jede Bohrstange (20) des Innengestänges (4) im Bereich ihrer beiden Enden eine Befestigungseinrichtung (22) aufweist, an der die beiden einander zugewandten Enden zweier aufeinanderfolgender Mantelrohre (23) des Außengestänges (6) lösbar befestigbar sind.
10. Bohrvorrichtung nach Anspruch 9, bei der jede Bohrstange (20) des Innengestänges (4) im Bereich ihrer beiden Enden eine Führvertiefung (21) aufweist, welche die ihr zugeordne- te Befestigungseinrichtung (22) drehfest und in Axialrichtung verschieblich haltert.
11. Bohrvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Axialerstreckung jeder Führvertiefung (21) etwa der Summe aus der Axialerstreckung der in ihr gehalterten Befestigungseinrichtung (22) und dem Schlaghub des Drehschlag-Außenbohrhammers (1) entspricht.
12. Bohrvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Befestigungseinrichtungen (22) in Umfangsrichtung formschlüssig mit den Führvertiefungen (21) verbunden sind.
13. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei der etwaig für die Halterung der Mantelrohre (23) aneinander und am Innengestänge (4) erforderliche Verschleißteile (24) in der Befestigungseinrichtung (22) angeordnet sind.
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