EP1888878B8 - 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

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EP1888878B8
EP1888878B8 EP06741019A EP06741019A EP1888878B8 EP 1888878 B8 EP1888878 B8 EP 1888878B8 EP 06741019 A EP06741019 A EP 06741019A EP 06741019 A EP06741019 A EP 06741019A EP 1888878 B8 EP1888878 B8 EP 1888878B8
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EP
European Patent Office
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anchoring element
drill bit
drill
drilling
borehole
Prior art date
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EP06741019A
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English (en)
French (fr)
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EP1888878A1 (de
EP1888878B1 (de
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Josef Mocivnik
Alfred Wagner
Karl BÖHM
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DYWIDAG-Systems International GmbH
Original Assignee
Dywidag Systems International GmbH Austria
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
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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
    • E21D21/0053—Anchoring-bolts in the form of lost drilling rods
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    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • 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 drilling, in particular percussion or rotary impact drilling of a hole in soil or rock material and fixing an anchor in the hole, wherein a drill hole is formed by a drill bit mounted on a drill string, as well as to a device for drilling in particular impact or rotary impact drilling of a hole in soil or rock material and fixing an anchor in the hole, wherein a borehole is formed by a drill bit mounted on a drill string.
  • the drill pipe can be formed on its outer circumference with additional ribs and grooves, so that when the drill pipe remains in the borehole and a subsequent backfilling a correspondingly good anchor effect can be achieved.
  • an armature or an anchoring device is introduced into the borehole, for example from EP-B 0 241 451, US Pat.
  • a 4,490,074, DE-AS 21 05 888, US-A 4,310,266, EP-A 0 875 663 and other references embodiments are known in which the subsequently introduced, for example, tubular anchoring by corresponding holding elements on a reduced compared to the final diameter which, after complete insertion into the wellbore, abuts or presses against the borehole wall to achieve a desired anchoring effect.
  • a disadvantage of this known prior art on the one hand, the fact that the borehole must be prepared in a first step, and then after removing the drilling tool together with the drill string in a further process step, the anchor device is introduced into the optionally long hole having a borehole, then subsequently An investment in the borehole wall succeeds.
  • 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 borehole, in particular at a distance from the drill bit, and that after completion of the borehole, the anchoring element is widened.
  • the anchoring element after completion of the well, is additionally expanded in abutment against the borehole wall, a correspondingly secure and reliable anchoring effect immediately after completion of the borehole and in particular without additional steps in contrast to the prior art, where after completion of the drilling Hole removal of the drill string and the drill bit and a subsequent introduction of an anchor element provided with anchoring element provided on the circumference.
  • the drill string is withdrawn after completion of the borehole in the direction of the anchoring element and the anchoring element by a drill rod on the side remote from the excavation side of the drill bit Expander element is widened.
  • the anchoring element according to the invention frictionally engaged and thus introduced in its position introduced into the interior of the borehole, the drill pipe together with the drill bit can be withdrawn over a the section between the drill bit and the anchoring element corresponding length from the borehole, whereupon the anchoring element is widened by a mounted on the drill string expander in contact with the well and additionally pressed.
  • the strength or resistance of the anchoring after widening of the anchoring element be determined, in particular by setting a checking device on the drill string at the end projecting from the borehole.
  • 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 abovementioned type is essentially characterized in that the drill string is surrounded by an anchoring element at the rear side facing away from the surface of the drill bit, in particular at a distance from the drill bit, whose outer dimension at least partially exceeds the circumference of the wellbore produced by the drill bit.
  • the anchoring element due to the fact that the anchoring element, the outer dimension of which at least partially exceeds the circumference of the wellbore produced by the drill bit, is essentially frictionally inserted into the interior of the wellbore during the drilling operation, a simple provisional securing in the wellbore succeeds to provide.
  • a slotted tube or tube which subregions of a reduced outer circumference has fangs or reduced external dimensions, can be partially vary slightly in adaptation to different geological conditions, it is always ensured that a frictional engagement is present at least in some areas and thus a provisional securing the anchoring element during the production of the well can be achieved ,
  • the anchoring element is formed with a bevel at its end facing the drill bit.
  • a chamfer 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 operation.
  • 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 rod is subjected to force, and the drilling process can then be carried out or continued via the upstream drill bit.
  • the drill string festergbarer stop which can be fixed to the drill string, can 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 outer dimension. After removal of the expander element from the anchoring element, the anchoring element returns at least partially or in the section facing the drill bit substantially to its original external dimensions, so that 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 shows a schematic partial section through a first embodiment of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention during the drilling process.
  • Fig. 2 is a side view of the embodiment of FIG. 2;
  • Fig. 3 is a front view of the drill bit according to the arrow III in Fig. 1;
  • Fig. 4 is a section along the line IV-IV of Fig. 2;
  • 5 shows a side view of the embodiment according to FIGS. 1 and 2, wherein the drill string is retracted for at least partial widening of the anchoring element;
  • Fig. 6 is a sectional view through the embodiment of FIG. 5; and
  • FIG. 7 shows a side view corresponding to FIG. 2 of a modified embodiment of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention; and
  • FIG. 8 shows a section along the line VIII-VIII of FIG. 7.
  • a device for producing a well not shown, generally designated 1, wherein on a particular hollow drill string 2, a drill bit 3 is mounted, which by a drive device, not shown in detail, which projecting from the borehole End of the drill string 2 engages, is driven to a rotating and / or beating movement for producing the well not shown in detail.
  • an anchoring element 4 is provided, the outer circumference or outer diameter of den- 3 and 4, wherein it is shown that the diameter D (I) of the drill bit 3 is smaller than the diameter D (2) of the anchoring element 4.
  • a widening element 6 is additionally mounted on the drill pipe 2 between the drill bit 3 and the anchoring element 4, which has a cross section tapering or reduced in the direction of the anchoring element 4.
  • 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 exceeds the outer circumference of the drill bit 3, as shown in FIGS. 3 and 4, by a maximum of 10 percent, for example about 5 percent.
  • Fig. 5 and 6 it is shown how after completion of a drilling operation, the drill string 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 in the direction of Drill bit 3 conically widening expansion element 6, the anchoring element 4 is correspondingly expanded 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 Increasing the securing or anchoring effect the expansion element 6 can be introduced beyond the shown in Fig. 5 and 6 state deeper into the anchoring element 4 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 which, in contrast to the embodiment according to FIGS. 1 to 6, is not provided with a longitudinal slot, but at its outer circumference partial areas of reduced diameter or reduced dimensions 12, which in turn prevent excessive frictional force during the drilling operation.
  • 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.
  • 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 material, if necessary borrowed, in particular in the area of the drill bit 3 and the anchoring element 4 and 11 applied to further increase the anchoring effect become.

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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

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BOHREN, INSBESONDERE SCHLAGODER DREHSCHLAGBOHREN EINES LOCHS IN BODEN- ODER
GESTEINSMATERIAL
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren, insbesondere 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 Bohren, insbesondere 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. Alternativ ist es nach Herstellung eines Bohrlochs bekannt, das Bohrwerkzeug mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch zu entfernen, woran anschließend ein Anker bzw. eine Ankervor- richtung 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. ange- preßt 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 Arbeits- schritte ein entsprechend vergrößerter Zeitaufwand erfor- derlich 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 Veranke- rungsvorrichtung 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 end- gültigen 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. 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 Bohr- lochs 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 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, 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 das Verankerungselement erfindungsgemäß reibschlüssig und somit in seiner Lage gesichert in das Innere des Bohrlochs einge- bracht 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. Sicherungs- wirkung, 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 über- prüft 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 herge- stellten 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 Bohren, insbesondere 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 Gesteins- material 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. - S -
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 hin- aus eine Vorrichtung der oben genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge an der von der Abbaufläche der Bohrkrone abgewandten Rückseite insbesondere in Abstand von der Bohrkrone von einem Verankerungs- element umgeben ist, dessen Außenabmessung wenigstens teil- weise den Umfang des durch die Bohrkrone hergestellten Bohrlochs übersteigt. 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 we- sentlichen reibschlüssig in das Innere des Bohrlochs während des Bohrvorgangs eingebracht wird, eine einfache provisorische Sicherung im Bohrloch zur Verfügung zu stellen.
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 insbe- sondere 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 Außenum- fangs 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 Veranke- rungselements, welches wenigstens teilweise den Außenumfang der Bohrkrone übersteigende Außenabmessungen aufweist, zu ermöglichen, ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Verankerungselement an seinem zur Bohrkrone gewandten Ende mit einer Abschrägung ausge- bildet 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.
Für ein einfaches und zuverlässiges Aufweiten des Verankerungselements wird darüber hinaus vorgeschlagen, 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 Verankerungs- element einbringbar ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ent- spricht. Ein derartiges, sich in Richtung zum Verankerungs- element verjüngendes Aufweitelement erlaubt ein einfaches und zuverlässig Eintreten des Aufweitelement 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 Verankerungs- elements unter Anpressen an die Bohrlochinnenwand erzielbar ist.
Wie oben bereits angedeutet, kann für den Fall, daß beispielsweise im Verlauf der Zeit, insbesondere bei Durchführung von weiteren Arbeiten in einem unmittelbaren Nahbe- reich 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 Veranke- rungselement 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 bevorzug- ten 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 Ge- winde 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. - S -
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 zumin- dest 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 Verankerungs- element 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 teil- weisen 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 ange- trieben wird.
In Abstand von der Bohrkrone 3 ist ein Verankerungselement 4 vorgesehen, dessen Außenumfang bzw. Außendurchmesser den- jenigen der Bohrkrone 3 geringfügig übersteigt, wie dies aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, wobei dargestellt ist, daß der Durchmesser D(I) 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 Veranke- rungselement 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 über- steigt.
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 erforder- lieh, insbesondere in den Bereich der Bohrkrone 3 sowie des Verankerungselements 4 bzw. 11 zur weiteren Erhöhung der Verankerungswirkung ausgebracht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bohren, insbesondere 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) insbesondere in Abstand von der Bohrkrone (3) reibschlüssig in das Bohrloch eingebracht wird und daß nach Fertigstellung des Bohrlochs das Verankerungselement (4, 11) aufgeweitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 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.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei bzw. nach Feststellung einer verminderten Widerstandsfähigkeit der Verankerung das Bohrgestänge (2) neuerlich zu einem Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren zur Vergrößerung der Länge des Bohrlochs beaufschlagt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Vergrößerung der Länge des Bohrlochs das Verankerungs- element (4, 11) auf einen gegenüber dem ersten Aufweitvor- gang vergrößerten Außenumfang aufgeweitet wird.
6. 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) ein Bohrloch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, 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, 11) um- geben ist, dessen Außenabmessung wenigstens teilweise den Umfang des durch die Bohrkrone (2) hergestellten Bohrlochs übersteigt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselement von einem insbesondere in Längsrichtung geschlitzten Rohr (4) und/oder von einem Rohr (11) gebildet ist, welches Teilbereiche (12) verringerten Außen- umfangs aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselement: (4, 11) an seinem zur Bohrkrone gewandten Ende mit einer Abschrägung (8) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der von der Abbaufläche (5) der
Bohrkrone (3) abgewandten Seite ein sich von der Bohrkrone
(3) in Richtung zum Verankerungselement (4, 11) verjüngen- des Aufweitelement (6) vorgesehen ist, welches nach Fertigstellung der Bohrung durch ein Zurückziehen des Bohrgestänges (2) aus dem Bohrloch in das aufweitbare Verankerungs- element (4, 11) einbringbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem von der Bohrkrone (3) abgewandten Ende des Verankerungselements (4, 11) ein am Bohrgestänge (2) festlegbarer Anschlag (7) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselement (4, 11) zumindest in seinem zur Bohrkrone gewandten Endbereich aus einem in Richtung einer Verkleinerung der Außenabmessung vorge- spannten Material mit Memory-Effekt gebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, 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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