EP1888878B1 - Verfahren und vorrichtung zum bohren, insbesondere schlag- oder drehschlagbohren eines lochs in boden- oder gesteinsmaterial - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bohren, insbesondere schlag- oder drehschlagbohren eines lochs in boden- oder gesteinsmaterial Download PDF

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EP1888878B1
EP1888878B1 EP06741019A EP06741019A EP1888878B1 EP 1888878 B1 EP1888878 B1 EP 1888878B1 EP 06741019 A EP06741019 A EP 06741019A EP 06741019 A EP06741019 A EP 06741019A EP 1888878 B1 EP1888878 B1 EP 1888878B1
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EP
European Patent Office
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anchoring element
drill bit
borehole
drilling
drill
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EP1888878A1 (de
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Josef Mocivnik
Alfred Wagner
Karl BÖHM
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Dywidag Systems International GmbH Austria
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    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0073—Anchoring-bolts having an inflatable sleeve, e.g. hollow sleeve expanded by a fluid

Definitions

  • the present invention relates to a method for percussion or rotary impact drilling a hole in soil or rock material and defining an anchor in the hole, wherein a borehole is formed by a drill bit mounted on a drill bit, as well as a device for impact or Rotary drilling a hole in soil or rock material and defining an anchorage in the hole, wherein a drill hole is formed by a drill bit supported on a drill string.
  • WO 98/21439 In connection with the production of a hole in soil or rock material and a subsequent determination of an anchorage or a lining in the borehole, it is for example from WO 98/21439 and the WO 98/58132 it is known to introduce a cladding tube into the wellbore during the drilling operation, such as impact or rotational impact drilling, whereupon after completion of the bore, if necessary, a portion of the drillcrown is removed from the well together with the drill string while the cladding tube remains in the wellbore so that subsequently is formed by filling with a hardening mass anchor in the borehole.
  • the drill pipe can be formed on its outer circumference with additional ribs and grooves, so that when the drill string remains in the borehole and a subsequent backfilling a correspondingly good anchor effect can be achieved.
  • a modified embodiment of a method and an apparatus for drilling a hole and forming an anchor is the WO 02/088523 A1 it can be seen in which the drill pipe is removed from the well to form the anchorage after completion of the drilling operation, followed by a separate expansion element is taken from outside the borehole in the interior of the anchoring element for the formation of the anchorage and the expansion of the anchoring element.
  • an anchor or an anchor device is introduced into the well, for example, from the EP-B 0 241 451 , of the US-A 4,490,074 , of the DE-AS 21 05 888 , of the US-A 4,310,266 , of the EP-A 0 875 663 and further references embodiments are known in which the subsequently introduced, for example, tubular anchoring is held by appropriate holding elements on a reduced compared to the final diameter, after which it comes after complete insertion into the borehole in contact with the borehole wall to achieve a desired anchoring effect is pressed.
  • the present invention therefore aims to provide a method and a device of the type mentioned, with a structurally simple means a provisional backup already during the drilling process and a reliable anchoring immediately after completion of the drilling process can be achieved.
  • a method of the type mentioned is essentially characterized in that an anchoring element surrounding the drill string is frictionally introduced into the well, in particular at a distance from the drill bit and that after completion of the well, the anchoring element is widened that the drill string after completion the borehole is retracted in the direction of the anchoring element and the anchoring element is widened by an expansion element mounted on the drill string on the side of the drill bit facing away from the excavation surface.
  • a surrounding the drill string anchoring element frictionally is introduced into the well, it is ensured that a provisional anchoring effect is achieved by the frictional action between the outer periphery of the anchoring element and the inner circumference of the borehole, so that at any time a provisional securing of the anchor formed by the anchoring element and the drill bit arranged thereon achievable is.
  • the drill pipe is bent back after completion of the borehole in the direction of the anchoring element and the anchoring element is expanded by a drill string on the side facing away from the excavation surface side of the drill bit expander.
  • the anchoring element according to the invention frictionally engaged and thus secured in position is introduced into the interior of the borehole, the drill string together with the drill bit can retract over a the section between the drill bit and the anchoring element corresponding length from the borehole, whereupon the anchoring element by a mounted on the drill string expansion element in Plant is widened to the well and additionally pressed.
  • the strength or resistance of the anchorage after expansion of the anchoring element in particular by setting a tester on the drill string on the from the well protruding end is checked.
  • the anchoring element is taken directly at a distance from the drill bit in continuation of the drilling process, it allows for a such increase in the length of the borehole through the anchoring element, which in turn is frictionally engaged or placed in contact with the borehole inner wall, a provisional backup and subsequently achieve a simple determination of the anchoring element by widening.
  • the anchoring element is widened to an outer circumference which is larger than the first expansion process.
  • a device of the type mentioned above is substantially characterized in that the drill string is surrounded at the remote from the excavation surface of the drill bit back at a distance from the drill bit of an anchoring element whose outer dimension at least partially the circumference of borehole produced by the drill bit exceeds that on the side facing away from the excavation surface of the drill bit an expanding element tapering from the drill bit in the direction of the anchoring element is provided, which after completion of the bore by retraction of the drill pipe from the wellbore in the expandable anchoring element can be introduced.
  • the anchoring element the outer dimension of which at least partially exceeds the circumference of the wellbore produced by the drill bit, is substantially frictionally engaged in the interior of the wellbore during the drilling operation, a simple temporary downhole safeguard is available to deliver.
  • an expanding element which tapers in the direction of the anchoring element, permits a simple and reliable entry of the expansion element into the end region of the anchoring element facing the drill bit, whereby a corresponding increasing widening of the anchoring element as a result of the conical taper or expansion as it enters the interior of the anchoring element is achieved by pressing against the borehole inner wall.
  • a slotted tube or pipe which has portions of a reduced outer circumference or reduced external dimensions, can be partially vary slightly in size to adapt to different geological conditions, always ensuring that a frictional engagement is present at least in some areas and thus a provisional securing of the anchoring element during the production of the borehole can be achieved.
  • the anchoring element is formed at its end facing the drill bit with a chamfer.
  • a taper or taper on the end facing the drill bit end of the anchoring element in particular prevents seizure or wedging on the inner wall of the borehole during insertion of the anchoring element during the drilling process.
  • the expander element which conically tapers in the direction of the anchoring element, can be correspondingly easily deployed from the anchoring element when the drill string is acted on and, as a consequence, the drilling process can be carried out or continued via the upstream drill bit.
  • a stopper which can be fixed to the drill pipe is provided at the end facing away from the drill bit end of the anchoring element.
  • a stop which can be fixed to the drill pipe, may be formed, for example, in the manner of a nut or a threaded annular element which can be fixed in a threaded drill pipe in adaptation to the intended positioning of the anchoring element on the drill pipe.
  • the anchoring element is formed, at least in its end region facing the drill bit, from a material with a memory effect biased in the direction of a reduction of the outside dimension. After removal of the expansion element from the anchoring element, the anchoring element returns at least partially or in the drill bit facing portion substantially back to its original outer dimensions, so that a reliable insertion of the anchoring element is also possible during the continued drilling operation.
  • the outer dimension of the anchoring element during the drilling process exceeds the outer circumference of the drill bit by a maximum of 10 percent, preferably about 3 to 5 percent.
  • Fig. 1 and 2 is generally denoted by 1 a device for producing a borehole, not shown, wherein a drill bit 3 is mounted on a particular hollow drill string 2, which by a drive device not shown in detail, which acts on the protruding from the borehole end of the drill string 2, is driven to a rotating and / or beating movement for producing the borehole not shown in detail.
  • an anchoring element 4 is provided, the outer circumference and outer diameter of those the drill bit 3 slightly exceeds, as can be seen from 3 and 4 is apparent, wherein it is shown that the diameter D (1) of the drill bit 3 is smaller than the diameter D (2) of the anchoring element 4.
  • a widening element 6 is mounted on the drill pipe 2 between the drill bit 3 and the anchoring element 4, which has a tapered in the direction of the anchoring element 4 or reduced cross-section.
  • a stop for example in the form of a ring 7 is provided, on which the anchoring element 4 comes into abutment.
  • the anchoring element 4 at its end facing the drill bit 3 a chamfer or taper 8, which allows easy insertion during the frictional engagement on the inner wall of the well.
  • cylindrical or tubular anchoring element 4 has a longitudinally extending slot 9, which according to the dimensions of the borehole inner wall prevents introduction of an excessive frictional force.
  • the outer dimension of the anchoring element 4 during the drilling process is shown to exceed a maximum of 10 percent, for example, about 5 percent.
  • FIGS. 5 and 6 It is shown how after completion of a drilling operation, the drill pipe 2 and the drill bit 3 are withdrawn together with the expander 6 according to the arrow 10 against the drilling direction toward the anchoring element 4, wherein by entering the expanding toward the drill bit 3 expander 6th the anchoring element 4 is correspondingly widened at the end facing the drill bit 3 and placed in an additionally secured position on the borehole wall.
  • the expansion element 6 is withdrawn with the drill bit 3 in the anchoring element 4, wherein, for example, the Increase the securing or anchoring effect the expansion element 6 on the in FIGS. 5 and 6 shown state deeper into the anchoring element 4 can be introduced or withdrawn, so that a correspondingly larger expansion of the outer periphery of the anchoring element 4 to achieve an increased anchoring effect is possible.
  • an anchoring element denoted by 11 is used, which in contrast to the embodiment according to the Fig. 1 to 6 is not provided with a longitudinal slot, but at its outer periphery portions of reduced diameter or reduced dimensions 12, which in turn prevent excessive frictional force during the drilling process.
  • the partial regions of the anchoring element 11 which are different from the partial regions 12 are formed with an enlarged diameter or enlarged external dimensions relative to the drill bit 3.
  • At least in the drill bit 3 facing portion be used to achieve a corresponding reduction in the outer dimensions after deployment of the expansion element 6, so that excessive frictional forces do not occur during the continued drilling process.
  • the length of the anchoring elements 4 and 11 and their distance from the drill bit 3 and the expansion element 6 can be selected by the stop 7 according to the circumstances. Furthermore, it can be seen from the above representations that degraded material can be discharged through the formed between the anchoring element 4 and 11 and the outer periphery of the drill pipe 2 cavity or annulus 13 readily in a region behind the anchoring element 4 and 11, for which corresponding Passage opening are also provided in the region of the stopper 7.
  • a cooling or rinsing fluid can be discharged into the area of the drill bit 3.
  • a central channel 14 of the drill string 2 can also, in particular after a final completion of the well also a curable composition, if necessary, in particular in the area of the drill bit 3 and the anchoring element 4 and 11 are applied to further increase the anchoring effect.

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- bzw. Drehschlagbohren eines Lochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung in dem Loch, wobei durch eine an einem Bohrgestänge (2) gelagerte Bohrkrone (3) in Bohrloch ausgebildet ist, ist vorgesehen, daß das Bohrgestänge (2) an der von der Abbaufläche (5) der Bohrkrone (3) abgewandten Rückseite insbesondere in Abstand von der Bohrkrone (3) von einem Verankerungselement (4) umgeben ist, dessen Außenabmessung wenigstens teilweise den Umfang des durch die Bohrkrone (3) hergestellten Bohrlochs übersteigt, wodurch sich in konstruktiv einfacher und zuverlässiger Weise eine Sicherung der Verankerung in einem Bohrloch erzielen läßt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schlag- oder Drehschlagbohren eines Lochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung in dem Loch, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone ein Bohrloch gebildet wird, sowie auf eine Vorrichtung zum Schlag- bzw. Drehschlagbohren eines Lochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung in dem Loch, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone ein Bohrloch ausgebildet ist.
  • Im Zusammenhang mit der Herstellung eines Lochs bzw. Bohrlochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und einer nachträglichen Festlegung einer Verankerung bzw. einer Auskleidung in dem Bohrloch ist es beispielsweise aus der WO 98/21439 und der WO 98/58132 bekannt, während des Bohrvorgangs, beispielsweise einem Schlag- oder Drehschlagbohren, ein Hüllrohr in das Bohrloch einzubringen, worauf nach Fertigstellung der Bohrung gegebenenfalls ein Teil der Bohrkrone gemeinsam mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt wird, während das Hüllrohr im Bohrloch verbleibt, so daß anschließend durch ein Verfüllen mit einer aushärtenden Masse ein Anker im Bohrloch ausgebildet wird. Gemäß der Ausbildung entsprechend der WO 98/58132 kann das Bohrgestänge an seinem Außenumfang mit zusätzlichen Rippen und Rillen ausgebildet sein, so daß bei einem Verbleib des Bohrgestänges im Bohrloch und einem nachträglichen Verfüllen eine entsprechend gute Ankerwirkung erzielt werden kann.
  • Eine abgewandelte Ausführungsform eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Bohren eines Lochs und Ausbilden einer Verankerung ist der WO 02/088523 A1 zu entnehmen, in welcher zur Ausbildung der Verankerung nach Beendigung des Bohrvorgangs das Bohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt wird, worauf für die Ausbildung der Verankerung und das Aufweiten des Verankerungselements ein gesondertes Aufweitelement von außerhalb des Bohrlochs in das Innere des Verankerungselements eingeschlagen wird.
  • Alternativ ist es nach Herstellung eines Bohrlochs bekannt, das Bohrwerkzeug mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch zu entfernen, woran anschließend ein Anker bzw. eine Ankervorrichtung in das Bohrloch eingebracht wird, wobei beispielsweise aus der EP-B 0 241 451 , der US-A 4,490,074 , der DE-AS 21 05 888 , der US-A 4,310,266 , der EP-A 0 875 663 und weiteren Literaturstellen Ausführungsformen bekannt sind, bei welchen die nachträglich einzubringende, beispielsweise rohrförmige Verankerung durch entsprechende Halteelemente auf einem gegenüber dem Endzustand verringerten Durchmesser gehalten wird, worauf es nach vollständigem Einführen in das Bohrloch in Anlage an die Bohrlochwand zur Erzielung einer gewünschten Verankerungswirkung gelangt bzw. angepreßt wird. Nachteilig bei diesem bekannten Stand der Technik ist einerseits die Tatsache, daß in einem ersten Verfahrensschritt das Bohrloch hergestellt werden muß, worauf nach Entfernen des Bohrwerkzeugs samt dem Bohrgestänge in einem weiteren Verfahrensschritt die Ankervorrichtung in das gegebenenfalls eine große Länge aufweisende Bohrloch eingebracht wird, wonach anschließend eine Anlage an die Bohrlochwand gelingt. Es ist unmittelbar einsichtig, daß nicht nur für die zwei voneinander getrennten Arbeitsschritte ein entsprechend vergrößerter Zeitaufwand erforderlich ist, sondern, daß gegebenenfalls ein nachträgliches Einbringen einer derartigen Ankervorrichtung mit großer Länge mit Schwierigkeiten verbunden ist. Weiters ist davon auszugehen, daß ein Entfernen der Bohrvorrichtung samt dem Bohrgestänge und ein nachträgliches Einbringen der Verankerungsvorrichtung lediglich in vergleichsweise festem Boden bzw. Gestein durchführbar ist, bei welchem sichergestellt sein muß, daß nicht beispielsweise während des Bohrvorgangs oder nach dem Entfernen des Bohrwerkzeugs und vor dem endgültigen Einbringen der Verankerungsvorrichtung Material in das Bohrloch hereinbricht, so daß das Bohrloch blockiert wäre, wodurch ein Einbringen der Ankervorrichtung nicht mehr möglich ist.
  • Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei mit konstruktiv einfachen Mitteln eine provisorische Sicherung bereits während des Bohrvorgangs und eine zuverlässige Verankerung unmittelbar nach Abschluß des Bohrvorgangs erzielbar ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgaben ist ein Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß ein das Bohrgestänge umgebendes Verankerungselement insbesondere in Abstand von der Bohrkrone reibschlüssig in das Bohrloch eingebracht wird und daß nach Fertigstellung des Bohrlochs das Verankerungselement aufgeweitet wird, daß das Bohrgestänge nach Fertigstellung des Bohrlochs in Richtung zum Verankerungselement zurückgezogen wird und das Verankerungselement durch ein am Bohrgestänge an der von der Abbaufläche abgewandten Seite der Bohrkrone gelagertes Aufweitelement aufgeweitet wird. Dadurch, daß erfindungsgemäß ein das Bohrgestänge umgebendes Verankerungselement reibschlüssig in das Bohrloch eingebracht wird, wird sichergestellt, daß eine provisorische Verankerungswirkung durch die Reibwirkung zwischen dem Außenumfang des Verankerungselements sowie dem Innenumfang des Bohrlochs erzielt wird, sodaß zu jedem Zeitpunkt eine provisorische Sicherung des durch das mit dem daran angeordneten Verankerungselement und die Bohrkrone gebildeten Ankers erzielbar ist. Dadurch, daß erfindungsgemäß nach Fertigstellung des Bohrlochs das Verankerungselement zusätzlich in Anlage an die Bohrlochwand aufgeweitet wird, wird eine entsprechend sichere und zuverlässige Verankerungswirkung unmittelbar nach Fertigstellung des Bohrlochs und insbesondere ohne zusätzliche Schritte im Gegensatz zum Stand der Technik erzielt, wo nach Fertigstellung des Bohrlochs eine Entnahme des Bohrgestänges und der Bohrkrone und ein nachfolgendes Einbringen eines Ankerelements mit am Umfang vorgesehenen Verankerungselement erfolgte.
  • Für eine besonders einfache und zuverlässige Verankerung des Verankerungselements nach Fertigstellung des Bohrlochs wird vorgeschlagen, daß das Bohrgestänge nach Fertigstellung des Bohrlochs in Richtung zum Verankerungselement zurückgebogen wird und das Verankerungselement durch ein am Bohrgestänge an der von der Abbaufläche abgewandten Seite der Bohrkrone gelagertes Aufweitelement aufgeweitet wird. Dadurch, daß das Verankerungselement erfindungsgemäß reibschlüssig und somit in seiner Lage gesichert in das Innere des Bohrlochs eingebracht wird, läßt sich das Bohrgestänge samt der Bohrkrone über eine dem Abschnitt zwischen der Bohrkrone und dem Verankerungselement entsprechende Länge aus dem Bohrloch zurückziehen, worauf das Verankerungselement durch ein am Bohrgestänge gelagertes Aufweitelement in Anlage an das Bohrloch aufgeweitet und zusätzlich angepreßt wird.
  • Zur Feststellung der Verankerungswirkung bzw. Sicherungswirkung, welche durch die Verankerung des durch das Bohrgestänges hergestellten Ankers erzielbar ist, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Festigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit der Verankerung nach Aufweiten des Verankerungselements insbesondere durch Festlegen einer Überprüfungseinrichtung am Bohrgestänge an dem aus dem Bohrloch herausragenden Ende überprüft wird. Eine derartige Überprüfung ist auf unterschiedliche Weisen möglich und läßt Rückschlüsse auf die erzielte Verankerungsleistung und/oder den zeitlichen Verlauf bzw. die Aufrechterhaltung der Verankerungswirkung zu.
  • Für den Fall, daß beispielsweise durch Verschiebungen von Boden- bzw. Gesteinsschichten, insbesondere während der fortgesetzten Tätigkeiten in einem Nahebereich des hergestellten Bohrlochs Verlagerungen im Bereich des Ankers und damit gegebenenfalls eine Verringerung der Verankerungswirkung festgestellt werden, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß bei bzw. nach Feststellung einer verminderten Widerstandsfähigkeit der Verankerung das Bohrgestänge neuerlich zu einem Schlag- oder Drehschlagbohren zur Vergrößerung der Länge des Bohrlochs beaufschlagt wird. Es ist somit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, nach Bereitstellung einer gegebenenfalls lediglich temporären Verankerung durch Aufweiten des Verankerungselements bei Feststellung einer ungenügenden bzw. gegebenenfalls nachlassenden Verankerungswirkung unter Einsatz des im Bohrloch befindlichen Bohrgestänges sowie der daran gelagerten Bohrkrone den Bohrvorgang weiterzuführen und zur Vergrößerung der Länge des Bohrlochs, insbesondere nach Verlängerung mit einem entsprechenden zusätzlichen Bohrgestängeelement, die Bohrung bzw. das Bohrloch tiefer in das Boden- oder Gesteinsmaterial vorzutreiben und derart gegebenenfalls in schichten mit besserer Verankerungswirkung zu gelangen. Dadurch, daß das Verankerungselement unmittelbar in Abstand von der Bohrkrone auch bei Fortführung des Bohrvorgangs mitgenommen wird, läßt sie bei einer derartigen Vergrößerung der Länge des Bohrlochs durch das Verankerungselement, welches wiederum reibschlüssig bzw. in Anlage an die Bohrlochinnenwand eingebracht wird, eine provisorische Sicherung und nachträglich eine einfache Festlegung des Verankerungselements durch ein Aufweiten erzielen.
  • Um nach Abschluß der fortgesetzten Bohrtätigkeit eine gegebenenfalls größere Verankerungswirkung bzw. -leistung zu erzielen, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß nach Vergrößerung der Länge des Bohrlochs das Verankerungselement auf einen gegenüber dem ersten Aufweitvorgang vergrößerten Außenumfang aufgeweitet wird.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung der oben genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge an der von der Abbaufläche der Bohrkrone abgewandten Rückseite in Abstand von der Bohrkrone von einem Verankerungselement umgeben ist, dessen Außenabmessung wenigstens teilweise den Umfang des durch die Bohrkrone hergestellten Bohrlochs übersteigt, daß an der von der Abbaufläche der Bohrkrone abgewandten Seite ein sich von der Bohrkrone in Richtung zum Verankerungselement verjüngendes Aufweitelement vorgesehen ist, welches nach Fertigstellung der Bohrung durch ein Zurückziehen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch in das aufweitbare Verankerungselement einbringbar ist. Wie oben bereits erwähnt, gelingt aufgrund der Tatsache, daß das Verankerungselement, dessen Außenabmessung wenigstens teilweise den Umfang des durch die Bohrkrone hergestellten Bohrlochs übersteigt, im wesentlichen reibschlüssig in das Innere des Bohrlochs während des Bohrvorgangs eingebracht wird, eine einfache provisorische Sicherung im Bohrloch zur Verfügung zu stellen. Weiters erlaubt ein derartiges, sich in Richtung zum Verankerungselement verjüngendes Aufweitelement ein einfaches und zuverlässig Eintreten des Aufweitelements in den zur Bohrkrone gewandten Endbereich des Verankerungselements, wobei durch die konische Verjüngung bzw. Aufweitung bei zunehmendem Eintreten in das Innere des Verankerungselements ein entsprechendes zunehmendes Aufweiten des Verankerungselements unter Anpressen an die Bohrlochinnenwand erzielbar ist.
  • Um ein zuverlässiges Einbringen des wenigstens teilweise eine größere Außenabmessung gegenüber dem Außenumfang der Bohrkrone aufweisenden Verankerungselements in das Innere des Bohrlochs, ohne übermäßige Kräfte zu bewirken, zu ermöglichen, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß das Verankerungselement von einem insbesondere in Längsrichtung geschlitzten Rohr und/oder von einem Rohr gebildet ist, welches Teilbereiche verringerten Außenumfangs aufweist. Ein derartiges geschlitztes Rohr oder Rohr, welches Teilbereiche eines verringerten Außenumfangs bzw. verringerter Außenabmessungen aufweist, läßt sich teilweise auch in Anpassung an unterschiedliche geologische Gegebenheiten geringfügig im Umfang variieren, wobei immer sichergestellt ist, daß eine reibschlüssige Anlage wenigstens in Teilbereichen vorhanden ist und somit eine provisorische Sicherung des Verankerungselements während der Herstellung des Bohrlochs erzielbar ist.
  • Um ein einfaches und zuverlässiges Einbringen des Verankerungselements, welches wenigstens teilweise den Außenumfang der Bohrkrone übersteigende Außenabmessungen aufweist, zu ermöglichten, ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Verankerungselement an seinem zur Bohrkrone gewandten Ende mit einer Abschrägung ausgebildet ist. Eine derartige Abschrägung bzw. Verjüngung an dem zur Bohrkrone gewandten Ende des Verankerungselements verhindert insbesondere ein Festfressen bzw. Verkeilen an der Bohrlochinnenwand beim Einbringen des Verankerungselements während des Bohrvorgangs.
  • Wie oben bereits angedeutet, kann für den Fall, daß beispielsweise im Verlauf der Zeit, insbesondere bei Durchführung von weiteren Arbeiten in einem unmittelbaren Nahbereich des Bohrlochs eine Verringerung der Verankerungswirkung feststellbar sein sollte, ein einfaches Vergrößern der Länge des Bohrlochs durch eine neuerliche Aufnahme des Bohrvorgangs vorgenommen werden. In diesem Zusammenhang läßt sich insbesondere das sich in Richtung zum Verankerungselement konisch verjüngende Aufweitelement bei einem Beaufschlagen des Bohrgestänges entsprechend leicht aus dem Verankerungselement ausbringen und in weiterer Folge der Bohrvorgang über die vorgeschaltete Bohrkrone vornehmen bzw. weiterführen.
  • Für eine ordnungsgemäße und zuverlässige Positionierung des Verankerungselements sowohl während des Bohrvorgangs als auch während des Aufweitvorgangs zum Erzielen der gewünschten Verankerungswirkung wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß an dem von der Bohrkrone abgewandten Ende des Verankerungselements ein am Bohrgestänge festlegbarer Anschlag vorgesehen ist. Ein derartiger, am Bohrgestänge festlegbarer Anschlag kann beispielsweise nach Art einer Mutter oder eines mit einem Gewinde versehenen ringförmigen Elements gebildet sein, welches bei einem mit einem Gewinde ausgebildeten Bohrgestänge in Anpassung an die vorzusehende Positionierung des Verankerungselements am Bohrgestänge festgelegt werden kann.
  • Um bei einem gegebenenfalls erforderlichen Fortsetzen des Bohrvorgangs zur Vergrößerung der Länge des Bohrlochs eines einfachen Verringern der Außenabmessungen des aufgeweiteten Verankerungselements zu erzielen, damit nicht übermäßige Reibungskräfte vom Verankerungselement in die Bohrlochinnenwand während der Fortsetzung des Bohrvorgangs eingebracht werden, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß das Verankerungselement zumindest in seinem zur Bohrkrone gewandten Endbereich aus einem in Richtung einer Verkleinerung der Außenabmessung vorgespannten Material mit Memory-Effekt gebildet ist. Nach einem Entfernen des Aufweitelements aus dem Verankerungselement kehrt das Verankerungselement zumindest teilweise bzw. in dem zur Bohrkrone gewandten Teilbereich im wesentlichen zu seinen ursprünglichen Außenabmessungen zurück, sodaß ein zuverlässiges Einbringen des Verankerungselements auch während des fortgesetzten Bohrvorgangs möglich wird.
  • Um ein Einbringen von übermäßigen Reibungskräften, welche dem Bohrvorgang entgegenwirken, während des Bohrvorgangs durch das wenigstens teilweise einen größeren Außenumfang bzw. größere Außenabmessungen gegenüber der Bohrkrone aufweisende Verankerungselement zu vermeiden, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Außenabmessung des Verankerungselements während des Bohrvorgangs den Außenumfang der Bohrkrone um maximal 10 Prozent, vorzugsweise etwa 3 bis 5 Prozent übersteigt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen:
    • Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Bohrvorgangs;
    • Fig. 2 eine Seitenansicht auf die Ausführungsform gemäß Fig. 2;
    • Fig. 3 eine Vorderansicht auf die Bohrkrone entsprechend dem Pfeil III in Fig. 1;
    • Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 2;
    • Fig. 5 eine Seitenansicht auf die Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2, wobei das Bohrgestänge zum wenigstens teilweisen Aufweiten des Verankerungselements zurückgezogen ist;
    • Fig. 6 eine Schnittansicht durch die Ausführungsform gemäß Fig. 5; und
    • Fig. 7 eine Seitenansicht entsprechend Fig. 2 auf eine abgewandelte Ausführung zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
    • Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 7.
  • In Fig. 1 und 2 ist allgemein mit 1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines nicht näher dargestellten Bohrlochs bezeichnet, wobei an einem insbesondere hohl ausgebildeten Bohrgestänge 2 eine Bohrkrone 3 gelagert ist, welche durch eine nicht näher gezeigte Antriebseinrichtung, welche an dem aus dem Bohrloch vorragenden Ende des Bohrgestänges 2 angreift, zu einer drehenden und/oder schlagenden Bewegung zur Herstellung des nicht näher gezeigten Bohrlochs angetrieben wird.
  • In Abstand von der Bohrkrone 3 ist ein Verankerungselement 4 vorgesehen, dessen Außenumfang bzw. Außendurchmesser denjenigen der Bohrkrone 3 geringfügig übersteigt, wie dies aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, wobei dargestellt ist, daß der Durchmesser D(1) der Bohrkrone 3 kleiner als der Durchmesser D(2) des Verankerungselements 4 ist.
  • An dem von der Abbaufläche 5 der Bohrkrone 3 abgewandten Ende ist darüber hinaus zwischen der Bohrkrone 3 und dem Verankerungselement 4 ein Aufweitelement 6 am Bohrgestänge 2 gelagert, welches einen sich in Richtung zum Verankerungselement 4 verjüngenden bzw. verringerten Querschnitt aufweist.
  • Darüber hinaus ist ersichtlich, daß an dem von der Bohrkrone abgewandten Ende des Verankerungselements 4 an dem Bohrgestänge 2 ein Anschlag, beispielsweise in Form eines Rings 7 vorgesehen ist, an welchen das Verankerungselement 4 in Anlage gelangt.
  • Für ein zuverlässiges Einbringen des Verankerungselements 4 während des Bohrvorgangs weist das Verankerungselement 4 an seinem zur Bohrkrone 3 gewandten Ende eine Abschrägung bzw. Verjüngung 8 auf, welche ein einfaches Einbringen während des reibschlüssigen Anliegens an der Bohrlochinnenwand ermöglicht.
  • Aus Fig. 4 ist weiters ersichtlich, daß das zylinderförmige bzw. rohrförmige Verankerungselement 4 einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz 9 aufweist, welcher entsprechend den Abmessungen der Bohrlochinnenwand ein Einbringen einer übermäßigen Reibungskraft verhindert.
  • Um während des Einbringens des Verankerungselements 4 nicht übermäßige Reibungskräfte überwinden zu müssen, ist darüber hinaus ersichtlich, daß die Außenabmessung des Verankerungselements 4 während des Bohrvorgangs den Außenumfang der Bohrkrone 3, wie dies in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, um maximal 10 Prozent, beispielsweise etwa 5 Prozent übersteigt.
  • In Fig. 5 und 6 ist dargestellt, wie nach Beendigung eines Bohrvorgangs das Bohrgestänge 2 sowie die Bohrkrone 3 gemeinsam mit dem Aufweitelement 6 entsprechend dem Pfeil 10 entgegen der Bohrrichtung in Richtung zum Verankerungselement 4 zurückgezogen werden, wobei durch ein Eintreten des sich in Richtung zur Bohrkrone 3 konisch aufweitenden Aufweitelements 6 das Verankerungselement 4 an dem zur Bohrkrone 3 gewandten Ende entsprechend aufgeweitet und in eine zusätzlich gesicherte Lage an der Bohrlochwand gebracht wird.
  • Sollte über eine nicht näher dargestellte und an sich bekannte Einrichtung, welche an dem aus dem Bohrloch ragenden Ende des Bohrgestänges 2 nach Art einer Spanmutter festgelegt wird, festgestellt werden, daß die Verankerungsleistung bzw. -wirkung des wenigstens teilweise aufgeweiteten Verankerungselements 4, beispielsweise aufgrund von Gesteinsverschiebungen oder dgl. abnimmt, so läßt sich in einfacher Weise durch ein neuerliches Einwirken auf das aus dem Bohrloch vorragende Ende des Bohrgestänges 2 das Aufweitelement einfach aus dem Verankerungselement 4 entgegen dem Pfeil 10 in Fig. 5 ausbringen und der Bohrvorgang über die Bohrkrone 3 entsprechend fortsetzen.
  • Nach Erzielen einer größeren Länge des Bohrlochs wird wiederum das Aufweitelement 6 mit der Bohrkrone 3 in das Verankerungselement 4 zurückgezogen, wobei beispielsweise zur Erhöhung der Sicherungs- bzw. Verankerungswirkung das Aufweitelement 6 über den in Fig. 5 und 6 gezeigten Zustand hinaus tiefer in das Verankerungselement 4 eingebracht bzw. zurückgezogen werden kann, sodaß eine entsprechend größere Aufweitung des Außenumfangs des Verankerungselements 4 zur Erzielung einer vergrößerten Verankerungswirkung möglich wird.
  • Bei der in Fig. 7 und 8 dargestellten Vorrichtung 1 wird ein mit 11 bezeichnetes Verankerungselement verwendet, welches im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 6 nicht mit einem Längsschlitz versehen ist, sondern an seinem Außenumfang Teilbereiche verringerten Durchmesser bzw. verringerter Abmessungen 12 aufweist, welche wiederum eine übermäßige Reibungskraft während des Bohrvorgangs verhindern. Auch bei dieser Ausführungsform sind die von den Teilbereichen 12 verschiedenen Teilbereiche des Verankerungselements 11 mit einem gegenüber der Bohrkrone 3 vergrößerten Durchmesser bzw. vergrößerten Außenabmessungen ausgebildet.
  • Wie bei der vorangehenden Ausführungsform folgt nach Fertigstellung des Bohrlochs ein Zurückziehen der Bohrkrone 3 sowie des wiederum mit 6 bezeichneten Aufweitelements in das zur Bohrkrone 3 gewandte und wiederum mit einer Abschrägung 8 ausgebildete Ende des Verankerungselements 11 zum Aufweiten des Verankerungselements 11 und zum Erzielen einer entsprechenden verbesserten Verankerungswirkung. Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist zur Positionierung des Verankerungselements 11 ein ringförmiger Anschlag 7 vorgesehen.
  • Zur weiteren Unterstützung der Verringerung des Außendurchmessers bzw. der Außenabmessungen des Verankerungselements 4 bzw. 11, insbesondere bei Fortsetzung der Bohrung zur Erzielung einer größeren Länge des Bohrlochs, kann darüber hinaus ein Material mit einem Memory-Effekt, zumindest in dem zur Bohrkrone 3 gewandten Teilbereich eingesetzt werden, um nach einem Ausbringen des Aufweitelements 6 eine entsprechende Verringerung der Außenabmessungen zu erzielen, damit nicht während des fortgesetzten Bohrvorgangs übermäßige Reibungskräfte auftreten.
  • Die Länge der Verankerungselemente 4 bzw. 11 sowie ihr Abstand von der Bohrkrone 3 und dem Aufweitelement 6 können durch den Anschlag 7 entsprechend den Gegebenheiten gewählt werden. Weiters ist aus den obigen Darstellungen ersichtlich, daß abgebautes Material durch den zwischen dem Verankerungselement 4 bzw. 11 und dem Außenumfang des Bohrgestänges 2 gebildeten Hohlraum bzw. Ringraum 13 ohne weiteres in einem Bereich hinter dem Verankerungselement 4 bzw. 11 ausgetragen werden kann, wofür entsprechende Durchtrittsöffnung auch im Bereich des Anschlags 7 vorgesehen sind.
  • Weiters kann beim Einsatz eines hohlen Bohrgestänges 2 in an sich bekannter Weise ein Kühl- bzw. Spülfluid in den Bereich der Bohrkrone 3 ausgebracht werden. Über einen derartigen zentralen Kanal 14 des Bohrgestänges 2 kann darüber hinaus, insbesondere nach einer endgültigen Fertigstellung des Bohrlochs auch eine aushärtbare Masse, falls erforderlich, insbesondere in den Bereich der Bohrkrone 3 sowie des Verankerungselements 4 bzw. 11 zur weiteren Erhöhung der Verankerungswirkung ausgebracht werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Schlag- oder Drehschlagbohren eines Lochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung in dem Loch, wobei durch eine an einem Bohrgestänge (2) gelagerte Bohrkrone (3) ein Bohrloch gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Bohrgestänge (2) umgebendes Verankerungselement (4, 11) in Abstand von der Bohrkrone (3) reibschlüssig in das Bohrloch eingebracht wird, daß das Bohrgestänge (2) nach Fertigstellung des Bohrlochs in Richtung zum Verankerungselement (4, 11) zurückgezogen wird und das Verankerungselement (4, 11) durch ein am Bohrgestänge (2) an der von der Abbaufläche abgewandten Seite der Bohrkrone (3) gelagertes Aufweitelement (6) aufgeweitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit der Verankerung nach Aufweiten des Verankerungselements (4, 11) insbesondere durch Festlegen einer Überprüfungseinrichtung am Bohrgestänge (2) an dem aus dem Bohrloch herausragenden Ende überprüft wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei bzw. nach Feststellung einer verminderten Widerstandsfähigkeit der Verankerung das Bohrgestänge (2) neuerlich zu einem Schlag- oder Drehschlagbohren zur Vergrößerung der Länge des Bohrlochs beaufschlagt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Vergrößerung der Länge des Bohrlochs das Verankerungselement (4, 11) auf einen gegenüber dem ersten Aufweitvorgang vergrößerten Außenumfang aufgeweitet wird.
  5. Vorrichtung zum Schlag- bzw. Drehschlagbohren eines Lochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung in dem Loch, wobei durch eine an einem Bohrgestänge (2) gelagerte Bohrkrone (3) ein Bohrloch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (2) an der von der Abbaufläche (5) der Bohrkrone (3) abgewandten Rückseite in Abstand von der Bohrkrone (3) von einem Verankerungselement (4, 11) umgeben ist, dessen Außenabmessung wenigstens teilweise den Umfang des durch die Bohrkrone (2) hergestellten Bohrlochs übersteigt, daß an der von der Abbaufläche (5) der Bohrkrone (3) abgewandten Seite ein sich von der Bohrkrone (3) in Richtung zum Verankerungselement (4, 11) verjüngendes Aufweitelement (6) vorgesehen ist, welches nach Fertigstellung der Bohrung durch ein Zurückziehen des Bohrgestänges (2) aus dem Bohrloch in das aufweitbare Verankerungselement (4, 11) einbringbar ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselement von einem in Längsrichtung geschlitzten Rohr (4) und/oder von einem Rohr (11) gebildet ist, welches Teilbereiche (12) verringerten Außenumfangs aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselement (4, 11) an seinem zur Bohrkrone gewandten Ende mit einer Abschrägung (8) ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem von der Bohrkrone (3) abgewandten Ende des Verankerungselements (4, 11) ein am Bohrgestänge (2) festlegbarer Anschlag (7) vorgesehen ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselement (4, 11) zumindest in seinem zur Bohrkrone gewandten Endbereich aus einem in Richtung einer Verkleinerung der Außenabmessung vorgespannten Material mit Memory-Effekt gebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekenntzeichnet, daß die Außenabmessung des Verankerungselements (4, 11) während des Bohrvorgangs den Außenumfang der Bohrkrone (3) um maximal 10 Prozent, vorzugsweise etwa 3 bis 5 Prozent übersteigt.
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