EP1730382A1 - Verfahren und vorrichtung zum bohren von löchern in boden-oder gesteinsmaterial - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bohren von löchern in boden-oder gesteinsmaterial

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EP1730382A1
EP1730382A1 EP05714184A EP05714184A EP1730382A1 EP 1730382 A1 EP1730382 A1 EP 1730382A1 EP 05714184 A EP05714184 A EP 05714184A EP 05714184 A EP05714184 A EP 05714184A EP 1730382 A1 EP1730382 A1 EP 1730382A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill
heads
drill bit
drilling
borehole
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Withdrawn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
EP05714184A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Mocivnik
Renè EGGER-MOCIVNIK
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.)
Alwag Tunnelausbau GmbH
Original Assignee
Alwag Tunnelausbau 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 Alwag Tunnelausbau GmbH filed Critical Alwag Tunnelausbau GmbH
Publication of EP1730382A1 publication Critical patent/EP1730382A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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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    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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
    • E21B4/16—Plural down-hole drives, e.g. for combined percussion and rotary drilling; Drives for multi-bit drilling units
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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
    • E21B4/20—Drives for drilling, used in the borehole combined with surface drive

Definitions

  • the present invention relates to a method for drilling, in particular percussion or rotary percussion drilling, of holes in soil or rock material, a drill hole being formed by a striking and / or rotating movement by means of a drill bit supported on a drill pipe, wherein on the drill bit a plurality of drill heads are provided which are coupled to the drill string and driven independently of one another, and wherein the drill bit is removed from the borehole after completion of the drilling process.
  • the present invention further relates to a device for drilling, in particular percussion or rotary percussion drilling, of holes in soil or rock material, a drill hole being formed by a striking and / or rotating movement by means of a drill bit mounted on a drill pipe, wherein A plurality of drill heads are provided on the drill bit, which can be coupled to the drill pipe and driven independently of one another.
  • Embodiments known It is known, for example, in connection with the insertion of a cladding or lining tube, one into a pilot drill bit and to use a core bit subdivided core bit, whereby boreholes with comparatively large dimensions can thereby be reliably produced.
  • a cladding or lining pipe is connected to the ring drill bit surrounding the pilot drill bit, the pilot drill bit being separated from the ring drill bit after completion of the drill hole and removed from the drill hole with the drill pipe, as is the case, for example, with the AT B 408 472 can be removed.
  • a disadvantage of this known embodiment is, in particular, the fact that at least the ring bit remains in the borehole and is lost.
  • modified embodiments for carrying out the above-mentioned method are known, a plurality of separate drill heads forming a drill bit, for example US Pat. No. 3,870,113, US Pat. No. 2,162,314 and US Pat. No. 2,400 853, DE-A 2 157 282, US Pat. No. 1,461,713 and US Pat. No. 3,773,121.
  • a disadvantage of these known embodiments is, in particular, the fact that complex and complicated drive devices are provided for the individual and separate drill heads.
  • the present invention aims to further develop a method and a device of the type mentioned at the outset in such a way that the above-mentioned disadvantages are avoided and in particular it is ensured that after the completion of a borehole with a particularly large diameter or large, clear width, the entire drill bit, which has a plurality of drill heads, and the drill pipe can be quickly and reliably removed from the finished borehole.
  • the method according to the invention of the type mentioned at the outset is essentially characterized in that after the completion of the drilling process, the drill heads are decoupled from a rigid coupling with the drill pipe and are displaceably mounted in the direction of the center of the borehole.
  • the drilling heads can be decoupled from a rigid coupling with the drill string after completion of the drilling process, whereby the rigid or mechanically fixed coupling with the drilling string for carrying out the drilling process and for introducing the mechanical ones required for carrying out the drilling process Forces serves, is lifted, it is subsequently possible in a simple manner to store the drill heads in the direction of the center of the borehole, so that after completion of the borehole and release of the rigid coupling to the drill pipe while reducing the outer diameter of the drill bit limited by the drill heads the entire drill bit with the plurality of drill heads can be removed from the borehole together with the drill pipe.
  • the proposed displacement of the individual drilling heads toward the interior or center of the borehole ensures that the elements or drilling heads of the drill bit, which, in order to produce the borehole, had to have a larger diameter than the outer diameter of the simultaneously inserted cladding or jacket tube, can be moved or brought overall into a position which now has an outer dimension that is now reduced compared to the inside diameter of the cladding tube, in order to allow passage of the to enable the entire drill bit with all drill heads and the drill pipe to be removed from the borehole.
  • the drill heads are coupled to the drill string via rod or drive elements which can be displaced essentially in the longitudinal direction of the drill bit in the interior of the drill bit.
  • rod or drive elements which can be displaced in the longitudinal direction of the drill bit or the drill rod allow a safe and reliable, mechanical or rigid coupling between the drill rod and the individual drill heads, which perform the work of dismantling, in addition, after completion of the borehole or ensure a simple and reliable decoupling from the drilling heads at the end of the drilling process for a further displacement towards the center of the borehole.
  • the drill heads be connected to the drill bit via spring elements after decoupling from the drill string or from the drive elements become.
  • spring elements allow an essentially automatic displacement of the individual drill heads towards the center of the borehole, so that removal of the drill bit and the drill string is possible quickly and reliably.
  • the drill heads are driven in a manner known per se independently of one another in a striking and / or rotating movement.
  • the drilling heads are acted upon in a manner known per se with a cooling or flushing fluid, which is preferably in the interior of the drilling heads the drill rod coupling rod elements is supplied.
  • the mined material is removed from the excavation area between the drill heads, in particular via passage channels running essentially in the longitudinal direction of the drill bit.
  • at least three drill heads are arranged in a manner known per se, distributed essentially symmetrically over the surface of the drill bit.
  • a device of the type mentioned at the outset is also essentially characterized in that the drilling heads can be decoupled from a rigid coupling with the drill pipe after the completion of the drilling process and can be displaced towards the center of the borehole.
  • the drilling heads can be decoupled from a rigid coupling with the drill pipe after the completion of the drilling process and can be displaced towards the center of the borehole.
  • the drill heads can be moved into a position or position having a correspondingly reduced outer circumference in order to allow free passage through the interior of the cladding or. To enable casing pipe, which remains inside the borehole.
  • Drill heads are proposed in accordance with a further preferred embodiment that for coupling the drill heads to the drill pipe in the interior of the drill bit, in particular in the longitudinal direction of the same, displaceable rod or drive elements are provided.
  • Such linkage or drive elements which can be displaced in particular in the longitudinal direction of the drill bit or the drill string, provide sufficient mechanical coupling for the production of the borehole and, after the borehole has been completed, allow this coupling to be easily removed in order subsequently to make the drill heads displaceable Allow direction to the center of the borehole.
  • the drill heads have in particular the rod elements between the drill rod and the spring elements surrounding the drill heads, in particular helical springs, are coupled or can be coupled.
  • Such spring elements allow a reliable coupling between the remaining sub-areas of the drill bit and the drill heads as well as a simple and reliable adaptation to the conditions given by the inner wall of the borehole and an optionally existing cladding tube with regard to the simple and quick removal of the drill bit and the Drill pipe required to reduce the external dimensions of the drill heads.
  • the drill heads are provided in a manner known per se with outlet openings for a cooling or flushing fluid which can be supplied in particular through the rod elements.
  • a cooling or flushing fluid which can be supplied in particular through the rod elements.
  • the invention preferably provides that such a cooling or rinsing fluid takes place directly through the drive or rod elements which provide a coupling between the drill rod and the drill head.
  • receiving holes for a discharge of mined material are provided between the drill heads on the mining surface of the drill bit, to which passage channels connect in the interior of the drill bit, as is a further preferred embodiment of the invention Device corresponds.
  • each drill head can be acted upon by a percussion and / or rotary drive mounted inside the drill bit, which can be supplied with drive energy via the common drill pipe.
  • an immediate lining of the borehole is often required during the drilling process, in particular when producing a borehole in at least partially loose soil or rock material. This is to prevent the material from collapsing during the drilling process, which would subsequently prevent the drill pipe and the drill bit from being removed after the borehole has been completed.
  • the drill bit is surrounded by a jacket or cladding tube, at least in its end region facing the interior of the borehole.
  • FIG. 1 shows schematic side views, partly in section, of individual steps of the method according to the invention using a device according to the invention for drilling holes in soil or rock material, FIG. 1 a showing the drilling process, FIG. 1 b shows the position or position in which the rigid or mechanical coupling between the drill heads and the drill string is released, and FIG. 1c shows the process of withdrawing the drill bit with all drill heads and the drill string after the drill heads have been displaced towards the center of the borehole; FIG. 2 shows a perspective and enlarged illustration of the position of the drill heads similar to the illustration according to FIG. 1b; and
  • Fig. 3 in an enlarged scale a top view of the mining area formed by the drill heads, for example in the direction of arrow III of Fig. La.
  • each drill bit 2 being driven by a drive or rod element designated by 4 in FIG / or rotary drive is coupled, the hammer 5 being coupled to the drill pipe 3 via a connecting plate 6.
  • connecting lines 7 between the drill pipe 3 and the individual hammers 5 are also indicated.
  • a cladding or jacket tube 8 is also indicated, which surrounds the drill bit 1 at least in the foremost area, wherein this cladding or jacket tube 8 can optionally also extend substantially over the entire length of the borehole 9, the the inner wall of the borehole that can be produced by the drill heads 2 is schematically designated 9 in FIG.
  • both the entire drill bit 1 is around the through the drill string 3 defined, central axis in the direction of arrow 10 can be subjected to a rotational movement, the individual drill heads 2 additionally being able to be subjected to a rotational movement in the direction of arrow 11, so that overall a borehole 9 with a correspondingly large cross section or large, clear width can be produced , 3 it is also indicated that the drill heads are each provided with a plurality of outlet openings 12 for a cooling or rinsing fluid, this cooling or rinsing fluid through a central channel via the drive or.
  • Linkage element 4 can be fed to the drill heads.
  • removal tools formed by hard material elements or inserts are indicated by 21.
  • passages 13 between the individual drill heads 2 or the hammers 5 can be seen in the figures, material which has been removed being discharged through these passage channels 13 and being introduced into the passage channels 13 via passage openings 14.
  • the passage channels 13 are extended in a manner not shown in accordance with the length of the borehole to be produced, in order to enable the extracted material to be reliably discharged.
  • the rigid or direct, mechanical coupling of the individual drill heads 2 to the drill pipe 3 is interrupted with the interposition of the drive or rod elements 4 and the hammers 5 or uncoupled, with the hammers 5 and the drive or linkage elements 4 coupled to them being pulled back into a position decoupled from the drill heads 2, as can be seen in FIGS. 1b and 2.
  • Drill heads at their end 16 facing away from the surface 15 are coupled to articulation elements 18 via spring elements, in particular helical springs 17, so that the resilient mounting of the drill heads 2 now enables the drill heads 2 to be moved and displaced.
  • the drill heads 2 are each provided with a bevel 19 on the rear side facing the drill bit 1 or the interior of the borehole, which chamfer ensures reliable entry into the interior of the casing or cladding tube 8 when the Drill bit 1 according to arrow 20, as indicated in Fig. Lc, enables.
  • the displacement or displacement of the drill heads 2 in the direction of the center of the borehole 9 to be carried out via the spring elements 17 also permits simple and reliable removal of the entire drill bit 1 with all the drill heads 2 and the drill pipe 3 according to the arrow 20 in FIG. 1c, since the drill heads 2 do not lie against the inner wall of the borehole and can therefore be removed from the borehole 9 quickly and without friction with the inner wall of the borehole.
  • Drill heads 2 for example four or more drill heads 2 may be provided in order to enable a correspondingly large excavation area.
  • a central drill head could be provided if, for example, different spring lengths ensure that, in particular, the drill heads 2 lying on the outer circumferential edge can be displaced to the interior of the borehole for decoupling from the drill string 3 for removal from the borehole 9.

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern (9) in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei durch eine an einem Bohrgestänge (3) gelagerte Bohrkrone (1) durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch (9) gebildet ist, wobei an der Bohrkrone (1) eine Mehrzahl von Bohrköpfen (2) vorgesehen ist, welche mit dem Bohrgestänge (3) koppelbar sind und unabhängig voneinander antreibbar sind, ist vorgesehen, daß die Bohrköpfe (2) nach Abschluß des Bohrvorgangs von einer starren Kopplung mit dem Bohrgestänge (3) entkoppelbar sind und in Richtung zum Zentrum des Bohrlochs (9) verlagerbar sind, wodurch ein zuverlässiges und einfaches Entfernen der gesamten Bohrkrone (1) mit sämtlichen Bohrköpfen (2) und dem Bohrgestänge (3) nach Fertigstellung des Bohrlochs (9) möglich wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BOHREN VON LÖCHERN IN BODEN- ODER GESTEINSMATERIAL
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch gebildet wird, wobei an der Bohrkrone eine Mehrzahl von Bohrköpfen vorgesehen wird, welche mit dem Bohrgestänge gekoppelt werden und unabhängig voneinander angetrieben werden, und wobei die Bohrkrone nach einem Abschluß des Bohrvorgangs aus dem Bohrloch entfernt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiters auf eine Vorrichtung zum Bohren, insbe- sondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch gebildet ist, wobei an der Bohrkrone eine Mehrzahl von Bohrköpfen vorgesehen ist, wel- ehe mit dem Bohrgestänge koppelbar sind und unabhängig voneinander antreibbar sind.
Im Zusammenhang mit Verfahren und Vorrichtungen zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial sind insbesondere für die Herstellung von Bohrlöchern großen Querschnitts bzw. großer, lichter Weite als auch für die Herstellung von Bohrlöchern, bei welchen im wesentlichen bei der Herstellung des Bohrlochs unmittelbar ein Hüll- bzw. Auskleidüngsröhr in das Innere des Bohrlochs eingebracht wird, unterschiedliche
Ausführungsformen bekannt. So ist es im Zusammenhang mit dem Einbringen eines Hüll- bzw. Auskleidungsrohrs beispielsweise bekannt, eine in eine Pilotbohrkrone und eine Ringbohrkrone unterteilte Bohrkrone zu verwenden, wobei dadurch auch Bohrlöcher mit vergleichsweise großen Abmessungen zuverlässig hergestellt werden können. In einem derartigen Fall wird beispielsweise ein Hüll- bzw. Ausklei- dungsrohr mit der die Pilotbohrkrone umgebenden Ringbohrkrone verbunden, wobei nach Fertigstellung des Bohrlochs die Pilotbohrkrone von der Ringbohrkrone getrennt wird und aus dem Bohrloch mit dem Bohrgestänge entfernt wird, wie dies beispielsweise der AT-B 408 472 entnehmbar ist. Nachteilig bei dieser bekannten Ausfuhrungsform ist insbesondere die Tatsache, daß zumindest die Ringbohrkrone im Bohrloch verbleibt und verloren ist.
Darüber hinaus sind zur Durchführung des obengenannten Ver- fahrens abgewandelte Ausfuhrungsformen bekannt, wobei eine Mehrzahl von voneinander getrennten Bohrköpfen eine Bohrkrone ausbilden, wobei beispielsweise auf die US-PS 3 870 113, die US-PS 2 162 314, die US-PS 2 400 853, die DE-A 2 157 282, die US-PS 1 461 713 und die US-PS 3 773 121 ver- wiesen wird. Nachteilig bei diesen bekannten Ausführungs- formen ist insbesondere die Tatsache, daß aufwendige und komplizierte Antriebsvorrichtungen für die einzelnen und voneinander getrennten Bohrköpfe vorgesehen sind. Für den Fall, daß mit derartigen Vorrichtungen gleichzeitig ein Auskleidungs- bzw. Hüllrohr in das Innere eines Bohrlochs eingebracht werden soll, müssen aufwendige Verschwenkmecha- nismen vorgesehen sein, um gegebenenfalls die aus einer Mehrzahl von Bohrköpfen gebildete Bohrkrone sowie das Bohrgestänge nach Fertigstellung des Bohrlochs aus diesem aus- zubringen. Falls kein Hüll- bzw. Auskleidungsrohr bei derartigen Einrichtungen verwendet wird, können derartige Einrichtungen nur in Materialien eingesetzt werden, bei welchen sichergestellt ist, daß vor Einbringen eines Hüll- bzw. Auskleidungsrohrs ein Hereinbrechen von Material in das Bohrloch nicht zu befürchten ist .
Im Zusammenhang mit einem Einbringen von Hüll- bzw. Auskleidungsrohren bei Herstellung des Bohrlochs sowie einer nachträglichen Möglichkeit einer Entfernung des Bohrgestänges mit dem gesamten Bohrkopf bzw. der gesamten Bohrkrone ist darüber hinaus beispielsweise aus der EP-A 0 444 682 oder der EP-B 0 563 561 bekannt geworden, an einer Bohrkrone verlagerbare Elemente vorzusehen, welche in unterschiedliche Schwenklagen bzw. Arbeitslagen bringbar sind, wobei dadurch sichergestellt werden soll, daß ein gegenüber einem gleichzeitig einzubringenden Hüll- bzw. Auskleidungsrohr vergrößerter Bohrlochdurchmesser hergestellt werden kann. Bei diesen bekannten Einrichtungen wird darauf abgezielt, nach Fertigstellung des Bohrlochs die ausschwenkbaren Bohrkronenteile in eine zurückgezogene Lage zu verschwenken, um nach Fertigstellung des Bohrlochs die Bohrkrone sowie das Bohrgestänge aus diesem entfernen zu können. Bei diesen bekannten Aus uhrungsform ist nachteilig, daß komplizierte, mechanische Antriebssysteme für eine entsprechende Verlagerung bzw. ein Ausschwenken der einzelnen Bohrkopfele ente erforderlich sind.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die obengenannten Nachteile vermieden werden und daß insbesondere sichergestellt wird, daß nach Fertigstellung eines Bohrlochs mit insbesondere großem Durchmesser bzw. großer, lichter Weite die gesamte Bohrkrone, welche eine Mehrzahl von Bohrköpfen aufweist, sowie das Bohrgestänge rasch und zuverlässig aus dem fertiggestellten Bohrloch entfernt werden können. Zur Lösung dieser Aufgaben ist das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abschluß des Bohrvorgangs die Bohrköpfe von einer starren Kopplung mit dem Bohrgestänge entkoppelt und in Richtung zum Zentrum des Bohrlochs verlagerbar gelagert werden. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Bohrköpfe nach Abschluß des Bohrvorgangs von einer starren Kopplung mit dem Bohrgestänge entkoppelt werden können, wo- bei die starre bzw. mechanisch feste Kopplung mit dem Bohrgestänge zur Durchführung des Bohrvorgangs und zum Einbringen der für die Durchführung des Bohrvorgangs erforderlichen, mechanischen Kräfte dient, aufgehoben wird, wird es nachfolgend in einfacher Weise möglich, die Bohrköpfe in Richtung zum Zentrum des Bohrlochs verlagerbar zu lagern, so daß nach Fertigstellung des Bohrlochs und Lösung der starren Kopplung mit dem Bohrgestänge unter Verringerung des durch die Bohrköpfe begrenzten Außendurchmessers der Bohrkrone die gesamte Bohrkrone mit der Mehrzahl von Bohr- köpfen gemeinsam mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt werden kann. Dies ist hiebei unabhängig von der Tatsache, ob gleichzeitig während des Bohrvorgangs ein Hüll- bzw. Auskleidungsrohr in das Innere des Bohrlochs eingebracht wird, da selbst für den Fall, daß ein derartiges Hüll- bzw. Auskleidungsrohr nicht vorgesehen ist, für ein ordnungsgemäßen Entfernen der gesamten Bohrkrone mit dem Bohrgestänge aus dem Inneren des Bohrlochs die Bohrköpfe in eine Lage gebracht werden müssen, in welcher ihre Außenabmessungen geringer sind als die Innenabmessungen des unmit- telbar zuvor hergestellten Bohrlochs, um übermäßige Reibungskräfte zwischen der Bohrlochinnenwand und den Bohrköpfen zu vermeiden, welche einem einfachen und raschen Entfernen des Bohrgestänges samt der Bohrkrone andernfalls entgegenwirken würden. Für den Fall, daß ein Hüll- bzw. Mantelrohr während des Bohrvorgangs in das Innere des Bohrlochs eingebracht wird, stellt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verlagerung der einzelnen Bohrköpfe in Richtung zum Inneren bzw. Zentrum des Bohrlochs sicher, daß die Elemente bzw. Bohrköpfe der Bohrkrone, welche zur Herstellung des Bohrlochs einen gegenüber dem Außendurchmesser des gleichzeitig eingebrachten Hüll- bzw. Mantelrohrs größeren Durchmesser aufweisen mußten, insgesamt in eine Lage verla- gerbar bzw. bringbar sind, welche eine gegenüber dem Innendurchmesser des Hüllrohrs nunmehr verringerte Außenabmessung aufweist, um einen Durchtritt der gesamten Bohrkrone mit sämtlichen Bohrköpfen sowie dem Bohrgestänge zum Entfernen aus dem Bohrloch zu ermöglichen.
Für eine zuverlässige Kopplung und Entkopplung zwischen den Bohrköpfen und dem Bohrgestänge ist gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform vorgesehen, daß die Bohrköpfe über im Inneren der Bohrkrone im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrkrone verlagerbare Gestänge- bzw. Antriebselemente mit dem Bohrgestänge gekoppelt werden. Derartige in Längsrichtung der Bohrkrone bzw. des Bohrgestänges verlagerbare Gestänge- bzw. Antriebselemente erlauben eine sichere und zuverlässige, mechanische bzw. starre Kopplung zwischen dem Bohrgestänge und den einzelnen Bohrköpfen, welche die Abbauarbeit leisten, wobei sie darüber hinaus nach einer Fertigstellung des Bohrlochs bzw. einem Abschluß des Bohrvorgangs eine einfache und zuverlässige Entkopplung von den Bohrköpfen für eine darüber hinaus vorgesehene Verlagerung in Richtung zum Zentrum des Bohrlochs sicherstellen.
Für eine besonders einfache und dennoch zuverlässige und stabile Verbindung nach Aufheben der starren Kopplung zwi- sehen den Bohrköpfen und dem Bohrgestänge für eine sichere Entnahme der Bohrkrone mit sämtlichen Bohrköpfen aus dem Bohrlochinneren wird gemäß einer weiters bevorzugten Aus- führungsform vorgeschlagen, daß die Bohrköpfe über Feder- elemente nach einer Entkopplung von dem Bohrgestänge bzw. von den Antriebselementen mit der Bohrkrone verbunden werden. Derartige Federelemente erlauben entsprechend den Erfordernissen eine im wesentlichen selbsttätige Verlagerung der einzelnen Bohrköpfe in Richtung zu dem Zentrum des Bohrlochs, so daß ein Entfernen der Bohrkrone und des Bohrgestänges rasch und zuverlässig möglich wird.
Zur Erzielung einer ordnungsgemäßen Abbauleistung wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausfuhrungsform vorgeschla- gen, daß in an sich bekannter Weise die Bohrköpfe unabhängig voneinander zu einer schlagenden und/oder drehenden Bewegung angetrieben werden.
Um ein Überhitzen der Bohrköpfe bzw. einzelner Teilbereiche davon während der Abbauarbeit zu verhindern, ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausfuhrungsform vorgesehen, daß die Bohrköpfe in an sich bekannter Weise mit einem Kühl- bzw. Spülfluid beaufschlagt werden, welches vorzugsweise im Inneren der die Bohrköpfe mit dem Bohrgestänge koppelnden Gestängeelemente zugeführt wird.
Für einen ordnungsgemäßen Abtransport des abgebauten Materials aus dem Bereich der Bohrköpfe bzw. der durch die Bohrköpfe gebildeten Abbaufläche ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausfuhrungsform vorgesehen, daß abgebautes Material zwischen den Bohrköpfen von der Abbaufläche insbesondere über im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrkrone verlaufende Durchtrittskanäle abtransportiert wird. Zur Erzielung eines raschen Bohrfortschritts auch bei Herstellung einer Bohrung mit großem Durchmesser bzw. großer, lichter Weite ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausfüh- rungsform vorgesehen, daß in an sich bekannter Weise wenigstens drei Bohrköpfe im wesentlichen symmetrisch über die Abbaufläche der Bohrkrone verteilt angeordnet werden.
Zur Lösung der obengenannten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrköpfe nach Abschluß des Bohrvorgangs von einer starren Kopplung mit dem Bohrgestänge entkoppelbar sind und in Richtung zum Zentrum des Bohrlochs verlagerbar sind. Wie bereits oben ausgeführt, ist es somit in einfacher Weise möglich, nach Abschluß des Bohrvorgangs eine Aufhebung der starren bzw. mechanisch festen Kopplung zwischen dem Bohrgestänge und den Bohrköpfen vorzunehmen, so daß in weiterer Folge durch eine Verlagerung bzw. Verlagerbarkeit der einzelnen Bohrköpfe in Rich- tung zum Zentrum des Bohrlochs sichergestellt wird, daß die gesamte Bohrkrone mit sämtlichen Bohrköpfen und dem Bohrgestänge zuverlässig aus dem fertiggestellten Bohrloch entnommen werden kann. Bei Vorsehen eines Hüll- bzw. Mantelrohrs sind die Bohrköpfe in eine einen entsprechend verrin- gerten Außenumfang aufweisende Lage bzw. Position verlagerbar, um einen freien Durchtritt durch das Innere des Hüllbzw. Mantelrohrs zu ermöglichen, welches im Inneren des Bohrlochs verbleibt .
Für eine ordnungsgemäße Kopplung der einzelnen Bohrköpfe mit dem Bohrgestänge sowie eine nach Fertigstellung des Bohrlochs zuverlässige Entkopplung der starren bzw. mechanisch starren Verbindung zwischen dem Bohrgestänge und den Bohrköpfen wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß zur Kopplung der Bohrköpfe mit dem Bohrgestänge im Inneren der Bohrkrone insbesondere in Längsrichtung derselben verlagerbare Gestänge- bzw. An- triebselemente vorgesehen sind. Derartige, insbesondere in Längsrichtung der Bohrkrone bzw. des Bohrgestänges verlagerbare Gestänge- bzw. Antriebselemente stellen zur Herstellung des Bohrlochs eine ausreichende, mechanische Kopplung zur Verfügung und erlauben nach Fertigstellung des Bohrlochs eine einfache Aufhebung dieser Kopplung, um in weiterer Folge die Verlagerbarkeit der Bohrköpfe in Richtung zum Zentrum des Bohrlochs zu erlauben.
Zur Erzielung eines ausreichend großen Verlagerungs- bzw. Verschiebewegs der einzelnen Bohrköpfe in Richtung zum Bohrlochinneren unter Berücksichtigung der durch die Bohrlochinnenwand und ein gegebenenfalls gleichzeitig eingebrachtes Hüll- bzw. Mantelrohr gegebenen Bedingungen wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausfuhrungsform vorgeschla- gen, daß die Bohrköpfe über insbesondere die Gestängeelemente zwischen dem Bohrgestänge und den Bohrköpfen umgebende Federelemente, insbesondere Schraubenfedern, gekoppelt bzw. koppelbar sind. Derartige Federelemente erlauben eine zuverlässige Kopplung zwischen den verbleibenden Teil- bereichen der Bohrkrone und den Bohrköpfen als auch eine einfache und zuverlässige Anpassung an die durch die Bohrlochinnenwand und ein gegebenenfalls vorhandenes Hüllrohr gegebenen Bedingungen im Hinblick auf die für ein einfaches und rasches Entfernen der Bohrkrone und des Bohrgestänges erforderliche Verringerung der Außenabmessungen der Bohrköpfe . Für ein zuverlässiges Kühlen der Bohrköpfe während der Bohrarbeit ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Bohrköpfe in an sich bekannter Weise mit Austrittsöffnungen für ein Kühl- bzw. Spülfluid versehen sind, welches insbesondere durch die Gestängeelemente zuführbar ist. Für eine konstruktiv einfache Zufuhr des Kühl- bzw. Spülfluids ist hiebei erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, daß ein derartiges Kühl- bzw. Spülfluid unmittelbar durch die eine Kopplung zwischen dem Bohrge- stänge und dem Bohrkopf bereitstellenden Antriebs- bzw. Gestängeelemente erfolgt .
Für ein ordnungsgemäßes und zuverlässiges Ausbringen des abgebauten Materials wird darüber hinaus vorgeschlagen, daß zwischen den Bohrköpfen an der Abbaufläche der Bohrkrone Aufnahraeöffnungen für ein Ausbringen von abgebautem Material vorgesehen sind, an welche im Inneren der Bohrkrone Durchtrittskanäle anschließen, wie dies einer weiters bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht.
Für ein konstruktiv einfaches Einbringen der zur Erzielung der Abbauarbeit erforderlichen Energie ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausfuhrungsform vorgesehen, daß jeder Bohrkopf durch einen im Inneren der Bohrkrone gelagerten Schlag- und/oder Drehantrieb beaufschlagbar ist, welcher über das gemeinsame Bohrgestänge mit Antriebsenergie versorgbar ist .
Wie oben bereits mehrfach ausgeführt, ist insbesondere bei Herstellung eines Bohrlochs in wenigstens teilweise lockerem Boden- oder Gesteinsmaterials oftmals eine unmittelbare Auskleidung des Bohrlochs während des Bohrvorgangs erfor- derlich, um ein Hereinbrechen des Materials während des Bohrvorgangs zu vermeiden, welches in weiterer Folge ein Entfernen des Bohrgestänges sowie der Bohrkrone nach Fertigstellung des Bohrlochs verhindern würde. In diesem Zu- sammenhang wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Bohrkrone zumindest in ihrem zum Bohrlochinneren gewandten Endbereich von einem Mantel- bzw. Hüllrohr umgeben ist.
Um ein einfaches und zuverlässiges Verlagern der Bohrköpfe in Richtung zum Zentrum bzw. Inneren des Bohrlochs nach Fertigstellung des Bohrvorgangs bei Verwendung eines Hüll- bzw. Mantelrohrs zu ermöglichen, ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausfuhrungsform vorgesehen, daß bei Entfernen des Bohrgestänges und der Bohrkrone nach Beendigung des Bohrvorgangs von der Abbaufläche abgewandte Rückseiten der Bohrköpfe insbesondere über wenigstens eine Abschrägung mit dem Mantel- bzw. Hüllröhr zusammenwirken.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 schematische Seitenansichten, teilweise im Schnitt, einzelner Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bohren von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei Fig. la den Bohrvorgang darstellt, Fig. lb die Lage bzw. Stellung zeigt, in welcher die starre bzw. mechanische Kopplung zwischen den Bohrköpfen und dem Bohrgestänge aufgehoben ist, und Fig. lc den Vorgang eines Zurückziehens der Bohrkrone mit sämtlichen Bohrköpfen und dem Bohrgestänge nach einer Verlagerung der Bohrköpfe in Richtung zum Zentrum des Bohrlochs zeigt; Fig. 2 eine perspektivische und vergrößerte Darstellung der Lage der Bohrköpfe ähnlich der Darstellung gemäß Fig. lb; und
Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf die durch die Bohrköpfe gebildete Abbaufläche beispielsweise in Richtung des Pfeils III der Fig. la.
In Fig. 1 und 2 ist allgemein mit 1 eine Bohrkrone bezeichnet, welche eine Mehrzahl von Bohrkδpfen 2 aufweist, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Bohrköpfe 2 im wesentlichen gleichmäßig beabstandet angeordnet sind. Die Bohrkrone 1 ist mit einem in Fig. la schematisch angedeuteten Bohrgestänge 3 gekoppelt, wobei jede Bohrkrone 2 über ein in Fig. la mit 4 bezeichnetes Antriebs- bzw. Ge- stängeelement unter Zwischenschaltung eines mit 5 bezeichneten Hammers bzw. Schlagstücks als Schlag- und/oder Drehantrieb gekoppelt ist, wobei der Hammer 5 über eine Verbindungsplatte 6 mit dem Bohrgestänge 3 gekoppelt ist. Zur Beaufschlagung der einzelnen Hämmer 5 bzw. Schlag- und/oder Drehantriebe sind darüber hinaus Verbindungsleitungen 7 zwischen dem Bohrgestänge 3 und den einzelnen Hämmern 5 angedeutet .
In den Figuren ist darüber hinaus ein Hüll- bzw. Mantelrohr 8 angedeutet, welches die Bohrkrone 1 zumindest im vordersten Bereich umgibt, wobei sich dieses Hüll- bzw. Mantelrohr 8 auch gegebenenfalls im wesentlichen über die gesamte Länge des Bohrlochs 9 erstrecken kann, wobei die durch die Bohrköpfe 2 herstellbare Bohrlochinnenwand in Fig. la sche- matisch mit 9 bezeichnet ist.
Wie aus der Darstellung gemäß Fig. 3 ersichtlich, ist sowohl die gesamte Bohrkrone 1 um die durch das Bohrgestänge 3 definierte, zentrale Achse im Sinne des Pfeils 10 zu einer Rotationsbewegung beaufschlagbar, wobei zusätzlich die einzelnen Bohrköpfe 2 zu einer Rotationsbewegung im Sinne des Pfeils 11 beaufschlagbar sind, so daß insgesamt ein Bohrloch 9 mit entsprechend großem Querschnitt bzw. großer, lichter Weite herstellbar ist. In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist weiters angedeutet, daß die Bohrköpfe jeweils mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen 12 für ein Kühl- bzw. Spülfluid versehen sind, wobei dieses Kühl- bzw. Spülfluid durch einen zentralen Kanal über das Antriebsbzw. Gestängeelement 4 zu den Bohrköpfen zuführbar ist. Beispielsweise von Hartmaterialelementen bzw. -einsätzen gebildete Abbauwerkzeuge sind mit 21 angedeutet.
Darüber hinaus sind in den Figuren Durchtritte 13 zwischen den einzelnen Bohrköpfen 2 bzw. den Hämmern 5 ersichtlich, wobei durch diese Durchtrittskanäle 13 abgebautes Material ausgetragen wird, welches über Durchtrittsöffnungen 14 in die Durchtrittskanäle 13 eingebracht wird. Die Durchtritts- kanäle 13 sind in nicht näher dargestellter Weise entsprechend der Länge des herzustellenden Bohrlochs verlängert, um ein zuverlässiges Ausbringen des abgebauten Materials zu ermöglichen.
Nach Fertigstellung des Bohrlochs 9 wird, wie dies in Fig. lb und 2 angedeutet ist, die starre bzw. unmittelbare, mechanische Kopplung der einzelnen Bohrköpfe 2 mit dem Bohrgestänge 3 unter Zwischenschaltung der Antriebs- bzw. Gestängeelemente 4 und der Hämmer 5 unterbrochen bzw. entkop- pelt, wobei ein Zurückziehen der Hämmer 5 sowie der damit gekoppelten Antriebs- bzw. Gestängeelemente 4 in eine von den Bohrköpfen 2 entkoppelte Lage erfolgt, wie dies in Fig. lb und Fig. 2 ersichtlich ist. In diesem Zustand sind die Bohrköpfe an ihrem von der Abbaufläche 15 abgewandten Ende 16 über Federelemente, insbesondere Schraubenfedern 17, mit Anlenkelementen 18 gekoppelt, so daß über die federnde Lagerung der Bohrköpfe 2 nunmehr eine Beweglichkeit und Ver- lagerbarkeit der Bohrköpfe 2 gegeben ist.
Bei einem Zurückziehen der Bohrkrone 1 mit sämtlichen Bohrköpfen 2 erfolgt eine Verschiebung bzw. Verlagerung der Bohrkδpfe 2 in Richtung zum Zentrum des Bohrlochs 9, wie dies aus Fig. lc deutlich ersichtlich ist, daß über die Federn 17 eine entsprechende elastische Bewegbarkeit erziel- bar ist.
Aus den Zeichnungen ist weiters ersichtlich, daß die Bohr- köpfe 2 an der zur Bohrkrone 1 bzw. zum Bohrlochinneren gewandten Rückseite jeweils mit einer Abschrägung 19 versehen sind, welche ein zuverlässiges Eintreten in das Innere des Mantel- bzw. Hüllrohrs 8 bei einem Entfernen der Bohrkrone 1 gemäß dem Pfeil 20, wie dies in Fig. lc angedeutet ist, ermöglicht.
Für den Fall, daß kein Hüll- bzw. Mantelrohr 8 vorgesehen ist, erlaubt die über die Federelemente 17 vorzunehmende Verlagerung bzw. Verschiebung der Bohrköpfe 2 in Richtung zum Zentrum des Bohrlochs 9 ebenfalls ein einfaches und zuverlässiges Entfernen der gesamten Bohrkrone 1 mit sämtlichen Bohrköpfen 2 und dem Bohrgestänge 3 entsprechend dem Pfeil 20 in Fig. lc, da die Bohrkδpfe 2 nicht an der Bohrlochinnenwand anliegen und somit rasch und ohne Reibung mit der Bohrlochinnenwand aus dem Bohrloch 9 entfernbar sind.
Abweichend von der in den Figuren dargestellten Ausfuhrungsform können anstelle der drei dargestellten Bohrköpfe 2 beispielsweise vier oder mehrere Bohrköpfe 2 vorgesehen sein, um eine entsprechend große Abbaufläche zu ermöglichen. Hiebei könnte ein zentraler Bohrkopf vorgesehen sein, falls beispielsweise durch unterschiedliche Federlängen sichergestellt wird, daß vor allem die am Außen- umfangsrand liegenden Bohrköpfe 2 nach einem Entkoppeln von dem Bohrgestänge 3 für ein Entfernen aus dem Bohrloch 9 entsprechend zum Bohrlochinneren verlagerbar sind.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern (9) in Boden- oder Gesteins ate- rial, wobei durch eine an einem Bohrgestänge (3) gelagerte Bohrkrone (1) durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch (9) gebildet wird, wobei an der Bohrkrone (1) eine Mehrzahl von Bohrköpfen (2) vorgesehen wird, welche mit dem Bohrgestänge (3) gekoppelt werden und unabhän- gig voneinander angetrieben werden, und wobei die Bohrkrone (1) nach einem Abschluß des Bohrvorgangs aus dem Bohrloch (9) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abschluß des Bohrvorgangs die Bohrköpfe (2) von einer starren Kopplung mit dem Bohrgestänge (3) entkoppelt und in Rich- tung zum Zentrum des Bohrlochs (9) verlagerbar gelagert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrköpfe (2) über im Inneren der Bohrkrone (1) im we- sentlichen in Längsrichtung der Bohrkrone (1) verlagerbare Gestänge- bzw. Antriebselemente (4, 5) mit dem Bohrgestänge (3) gekoppelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, daß die Bohrköpfe (2) über Federelemente (17) nach einer Entkopplung von dem Bohrgestänge (3) bzw. von den Antriebselementen (4, 5) mit der Bohrkrone (1) verbunden werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Bohrköpfe (2) unabhängig voneinander zu einer schlagenden und/oder drehenden Bewegung angetrieben werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrköpfe (2) in an sich bekannter Weise mit einem Kühl- bzw. Spülfluid beaufschlagt werden, welches vorzugsweise im Inneren der die Bohrköpfe (2) mit dem Bohrgestänge (3) koppelnden Gestängeelemente (4) zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß abgebautes Material zwischen den Bohrköpfen (2) von der Abbaufläche insbesondere über im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrkrone (1) verlaufende Durchtrittskanäle (13) abtransportiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise wenigstens drei Bohrköpfe (2) im wesentlichen symmetrisch über die Abbaufläche der Bohrkrone (1) verteilt angeordnet werden.
8. Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern (9) in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei durch eine an einem Bohrgestänge (3) gelagerte Bohrkrone (1) durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch (9) gebildet ist, wobei an der Bohrkrone (1) eine Mehrzahl von Bohrköpfen (2) vorgesehen ist, welche mit dem Bohrgestänge (3) koppelbar sind und unabhängig voneinander antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrköpfe (2) nach Abschluß des Bohrvorgangs von einer starren Kopplung mit dem Bohrgestänge (3) entkoppelbar sind und in Richtung zum Zentrum des Bohrlochs (9) verlagerbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kopplung der Bohrköpfe (2) mit dem Bohrgestänge (3) im Inneren der Bohrkrone (1) insbesondere in Längsrichtung derselben verlagerbare Gestänge- bzw. Antriebselemente (4, 5) vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrköpfe (2) über insbesondere die Gestängeelemente (4) zwischen dem Bohrgestänge (3) und den Bohrköpfen (2) umgebende Federelemente (17) , insbesondere Schraubenfedern, gekoppelt bzw. koppelbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrköpfe (2) in an sich bekannter Weise mit Austrittsöffnungen (12) für ein Kühl- bzw. Spülfluid versehen sind, welches insbesondere durch die Gestängeelemente (4) zuführbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Bohrköpfen (2) an der Abbaufläche der Bohrkrone (1) Aufnahmeöffnungen (14) für ein Ausbringen von abgebautem Material vorgesehen sind, an welche im Inneren der Bohrkrone (1) Durchtrittskanäle (13) anschließen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bohrkopf (2) durch einen im Inneren der Bohrkrone (1) gelagerten Schlag- und/oder Drehantrieb (5) beaufschlagbar ist, welcher über das gemeinsame Bohrgestänge (3) mit Antriebsenergie versorgbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (1) zumindest in ihrem zum Bohrlochinneren gewandten Endbereich von einem Mantel- bzw. Hüllrohr (8) umgeben ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Entfernen des Bohrgestänges (3) und der Bohrkrone (1) nach Beendigung des Bohrvorgangs von der Abbaufläche abgewandte Rückseiten der Bohrköpfe (2) insbesondere über wenigstens eine Abschrägung (19) mit dem Mantel- bzw. Hüll- rohr (8) zusammenwirken.
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