EP3862528B1 - Down hole drilling rig and method for producing a borehole - Google Patents
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- EP3862528B1 EP3862528B1 EP20155449.0A EP20155449A EP3862528B1 EP 3862528 B1 EP3862528 B1 EP 3862528B1 EP 20155449 A EP20155449 A EP 20155449A EP 3862528 B1 EP3862528 B1 EP 3862528B1
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- E21B7/208—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes using down-hole drives
Definitions
- the invention relates to a down-the-hole drilling device for creating a borehole in the ground, with a drill head for removing soil material, a drill string with the drill head attached to the lower end, a rotary drive device for driving the drill string with the drill head in rotation, a bracing device which a first frame section and is designed for radial bracing of the down-the-hole drilling device radially to the borehole wall, and at least one adjusting cylinder for adjusting the drill head in an axial direction, according to the preamble of claim 1.
- the rotary drive device is removed from this axial flow of force, with the rotary drive device being mounted above the bracing device on the first frame section.
- the rotary drive device is arranged at a distance from the drill head, so that the rotary drive device with the sensitive bearings and seals is no longer directly exposed to the mechanical stresses of the excavation area.
- the rotary drive device has one or more rotary drives which are mounted on the first frame section. With several rotary drives these can be attached to the preferably ring-shaped first frame section, in particular evenly distributed around the drilling axis.
- the rotary drives can jointly drive the drive shaft via corresponding drive pinions or a gear arrangement and thus transmit the torque to the drill string.
- the invention also includes a drilling rig for creating a bore in the ground, the drilling rig having the previously described down-the-hole drilling device and this being suspended by means of a carrying device.
- the support device can in particular have a support cable with a hoist winch.
- the down-the-hole drilling device has a second frame section which is axially fixed but rotatably mounted relative to the drill head.
- the extendable ends of the actuating cylinders of the feed drive can be articulated on this second frame section, which preferably has an annular or plate-like flange.
- the down-the-hole drilling device can have a modular construction overall, so that it can be adapted to different bore diameters relatively easily.
- the method according to the invention is characterized in that at least one adjusting cylinder is arranged below the bracing device, which is supported on the one hand on the first frame section and on the other hand extends towards the drill head, wherein the drill head when removing soil material with the at least one adjusting cylinder in the direction of the ground is pressed, and that the rotary drive device is arranged above the bracing device, with which the drill string is driven in rotation.
- a first down-the-hole drilling device 10 according to the invention is shown.
- This has a framework-like frame 12 which includes a first ring-shaped frame section 14 .
- a rotary drive device 40 is arranged on the upper side of this plate-like first frame section 14 , which in the exemplary embodiment shown is formed by three hydraulic rotary drives 42 which are arranged evenly distributed around a longitudinal or drilling axis of the down-the-hole drilling device 10 .
- the bracing device 50 is attached to the underside of the first frame section 14 and is designed for radial bracing and fixing of the down-the-hole drilling device 10 relative to a borehole wall.
- the ring-shaped clamping device 50 has six radially directed clamping cylinders (not shown), on the outside of which stamp-like clamping plates 52 are attached.
- the clamping cylinders with the clamping plates 52 are evenly distributed around the longitudinal or drilling axis of the down-the-hole drilling device 10 .
- a connecting device 28 for a cable suspension of the down-the-hole drilling device 10 and two line feeds 29 are arranged on the sides of an upper side of the upper frame section 15 .
- the line feeds 29 are used, on the one hand, to feed in a hydraulic hose line and, on the other hand, to feed in and hold a drilling suspension discharge line.
- the feed device 70 with hydraulic actuating cylinders 72 is arranged below the bracing device 50 on the first frame section 14 .
- the actuating cylinders 72 are fastened to the first frame section 14 with their cylinder housings. With the extendable cylinder piston, the actuating cylinders 72 are articulated, on the other hand, to a second annular, plate-like second frame section 20 .
- the annular second frame portion 20 is fixed to an outside of a tubular bearing sleeve 24, in which a tubular drill string 38, which is only partially in the Figures 3 and 4 is visible, rotatable but axially fixed.
- a drill head 30 is attached to the lower end of the drill string 38 .
- the drill head 30 has a central pilot tip 32 and radially directed removal elements 34 which are designed to remove soil material.
- the second frame section 20 is mounted in an axially adjustable manner relative to the first frame section 14 .
- a drive shaft 44 of the rotary drive device 40 projects into the tubular drill string 30 in an upper end region of the tubular drill string 38 .
- the drive shaft 44 has outer, axially extending drive strips 46 which cooperate with corresponding inner drive strips on the inside of the tubular drill string 38 for torque transmission.
- the drill string 38 with the drill head 30 is driven in rotation via the drive shaft 44 so that it can remove soil material.
- Ground material produced during drilling can be discharged through the frame 12 via the hollow drill string 38 and the hollow drive shaft 44 by means of a suction pump 36 as a conveying device 35 and transported away outside the borehole via a partially shown conveying line 37 .
- the second frame section 20 with the bearing sleeve 24 can have a third frame section 27, which can be mounted in a linearly displaceable manner via linear guides 26 which are fixedly attached to the first frame section 14 and are directed downwards.
- the linear guides 26 can absorb torsional forces in the circumferential direction, so that the actuating cylinders 72 are relieved of transverse forces.
Description
Die Erfindung betrifft ein Imloch-Bohrgerät zum Erstellen einer Bohrung im Boden, mit einem Bohrkopf zum Abtragen von Bodenmaterial, einem Bohrstrang, an dessen unterem Ende der Bohrkopf angebracht ist, einer Drehantriebseinrichtung zum drehenden Antreiben des Bohrstrangs mit dem Bohrkopf, einer Verspanneinrichtung, welche an einem ersten Rahmenabschnitt angeordnet und zum radialen Verspannen des Imloch-Bohrgerätes radial zur Bohrlochwandung ausgebildet ist, und mindestens einem Stellzylinders zum Verstellen des Bohrkopfes in einer axialen Richtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a down-the-hole drilling device for creating a borehole in the ground, with a drill head for removing soil material, a drill string with the drill head attached to the lower end, a rotary drive device for driving the drill string with the drill head in rotation, a bracing device which a first frame section and is designed for radial bracing of the down-the-hole drilling device radially to the borehole wall, and at least one adjusting cylinder for adjusting the drill head in an axial direction, according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden, bei dem zum Bilden der Bohrung Bodenmaterial mittels eines Bohrkopfes abgetragen wird, welcher an einem unteren Ende eines Bohrstranges angebracht ist, welcher mittels einer Drehantriebseinrichtung drehend angetrieben wird, wobei ein erster Rahmenabschnitt des Imloch-Bohrgerätes mittels einer Verspanneinrichtung radial zu einer Bohrlochwandung verspannt wird, und der Bohrkopf mittels mindestens eines Stellzylinders in einer axialen Richtung verstellt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.The invention also relates to a method for creating a borehole in the ground, in which, in order to form the borehole, ground material is removed by means of a drill head which is attached to a lower end of a drill string which is driven in rotation by means of a rotary drive device, with a first frame section of the in-hole -Drilling device is braced radially to a borehole wall by means of a bracing device, and the drill head is adjusted in an axial direction by means of at least one adjusting cylinder, according to the preamble of
Imloch-Bohrgeräte werden insbesondere bei der Erstellung von Bohrungen im Boden mit einem größeren Bohrdurchmesser, welcher typischerweise 1 Meter bis mehrere Meter betragen kann, eingesetzt. Das Imloch-Bohrgerät weist dabei einen Bohrkopf auf, welcher mittels eines Drehantriebes in Drehung versetzt wird, welcher unmittelbar am Rahmen des Imloch-Bohrgerätes angeordnet ist und sich somit im Bohrloch selbst befindet. Für eine axiale Vorschubbewegung sind weiterhin ein oder mehrere Stellzylinder zum axialen Verschieben des Bohrkopfes angeordnet.Down-the-hole drilling devices are used in particular when drilling holes in the ground with a larger drilling diameter, which can typically be 1 meter to several meters. The down-the-hole drilling device has a drill head which is rotated by means of a rotary drive, which rotates directly is arranged on the frame of the down-the-hole drilling device and is thus located in the borehole itself. For an axial feed movement, one or more adjusting cylinders are also arranged for the axial displacement of the drill head.
Um ein Mitdrehen des an einem Tragseil aufgehängten Imloch-Bohrgerätes mit dem Bohrkopf zu verhindern, wird der Rahmen des Imloch-Bohrgerätes mittels einer Verspanneinrichtung unmittelbar gegenüber der Bohrlochwand verspannt. Ist der mindestens eine Vorschubzylinder axial maximal ausgefahren, wird die Verspannung gelöst und der Rahmen des Imloch-Bohrgerätes mit dem Drehantrieb durch Einfahren der Vorschubzylinder und Nachführen der Seilaufhängung nach unten zum Bohrkopf verschoben. Anschließend kann das Imloch-Bohrgerät wieder durch die Verspanneinrichtung an der Bohrlochwand lagefixiert werden, so dass ein weiterer Bohrschritt durch axiales Ausfahren der Vorschubzylinder durchgeführt werden kann.In order to prevent the down-the-hole drilling device, which is suspended from a carrying cable, from rotating with the drill head, the frame of the down-the-hole drilling device is braced directly against the borehole wall by means of a bracing device. If the at least one feed cylinder is extended axially to its maximum extent, the tension is released and the frame of the down-the-hole drilling device with the rotary drive is moved down to the drill head by retracting the feed cylinder and tracking the cable suspension. The down-the-hole drilling device can then be fixed in position again by the bracing device on the wall of the borehole, so that a further drilling step can be carried out by extending the feed cylinders axially.
Aus der
Ein gattungsgemäßes Imloch-Bohrgerät und ein gattungsgemäßes Verfahren gehen aus der
Aus der
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Imloch-Bohrgerät anzugeben, welches einen besonders kompakten und robusten Aufbau aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung mit einem solchen Bohrgerät anzugeben.The invention is based on the object of specifying a down-the-hole drilling device which has a particularly compact and robust design. A further object of the invention is to specify a method for creating a bore with such a drilling device.
Die Aufgabe wird zum einen durch ein Imloch-Bohrgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved on the one hand by a down-the-hole drilling device having the features of claim 1 and on the other hand by a method having the features of
Das erfindungsgemäße Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet,
- dass unterhalb der Verspanneinrichtung der mindestens eine Stellzylinder angeordnet ist, welcher sich einerseits an dem ersten Rahmenabschnitt abstützt und andererseits sich zum Bohrkopf hin erstreckt,
- dass oberhalb der Verspanneinrichtung die Drehantriebseinrichtung angeordnet ist,
- dass ein zweiter Rahmenabschnitt vorgesehen ist, welcher axial fest aber drehbar gelagert relativ zum Bohrkopf ist, und
- dass am ersten Rahmenabschnitt nach unten gerichtete fest angebrachte Linearführungen vorgesehen sind, über die der zweite Rahmenab-schnitt linear verschiebbar zum ersten Rahmenabschnitt gelagert ist.
- that below the bracing device the at least one actuating cylinder is arranged, which is supported on the one hand on the first frame section and on the other hand extends towards the drill head,
- that the rotary drive device is arranged above the bracing device,
- that a second frame section is provided which is axially fixed but rotatably mounted relative to the drill head, and
- that on the first frame section downward fixed linear guides are provided, via which the second frame section is mounted in a linearly displaceable manner in relation to the first frame section.
Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, den mindestens einen Stellzylinder für den Vorschubantrieb unterhalb der Verspanneinrichtung anzuordnen, während der Drehantrieb oberhalb des ersten Rahmenabschnitts mit der Verspanneinrichtung angeordnet ist. Aufgrund der Anordnung des mindestens einen Stellzylinders des axialen Vorschubantriebes unmittelbar zwischen der Verspanneinrichtung und dem Bohrkopf kann ein direkter Kraftfluss zum Bohrkopf erfolgen. Dabei stützt sich der mindestens eine Stellzylinder an dem ersten Rahmenabschnitt mit der Verspanneinrichtung direkt und damit gegenüber der umgebenden Bohrlochwandung ab. Es können so hohe Kräfte unmittelbar auf den Bohrkopf aufgebracht werden, so dass auch felsige Gesteinsschichten mit einer hohen Andruck- oder Vorschubkraft bearbeitet werden können. Der mindestens eine Stellzylinder kann sich unmittelbar am Bohrkopf abstützen. Gleichzeitig ist die Drehantriebseinrichtung aus diesem axialen Kraftfluss herausgenommen, wobei die Drehantriebseinrichtung oberhalb der Verspanneinrichtung an dem ersten Rahmenabschnitt gelagert ist. Es ergibt sich somit eine schonende Anordnung der Drehantriebseinrichtung und damit ein insgesamt robuster Aufbau des Bohrgerätes. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass während des eigentlichen Bohrschrittes, bei welchem der Bohrkopf axial verschoben wird, die Drehantriebseinrichtung am fixierten Rahmen gelagert ist und folglich axial feststeht. Dies vereinfacht die Energieversorgung der Drehantriebseinrichtung während des Bohrschrittes und vereinfacht auch insgesamt den Aufbau des Bohrgerätes. Zudem ist die Drehantriebseinrichtung vom Bohrkopf beabstandet angeordnet, so dass die Drehantriebseinrichtung mit den empfindlichen Lagerungen und Dichtungen nicht mehr unmittelbar den mechanischen Belastungen des Abtragsbereiches ausgesetzt ist.A basic idea of the invention lies in arranging the at least one actuating cylinder for the feed drive below the bracing device, while the rotary drive is arranged above the first frame section with the bracing device. Due to the arrangement of the at least one actuating cylinder of the axial Feed drive directly between the bracing device and the drill head can be a direct power flow to the drill head. The at least one actuating cylinder is supported directly on the first frame section with the bracing device and thus in relation to the surrounding borehole wall. Such high forces can be applied directly to the drill head that even rocky layers of rock can be processed with a high pressure or feed force. The at least one actuating cylinder can be supported directly on the drill head. At the same time, the rotary drive device is removed from this axial flow of force, with the rotary drive device being mounted above the bracing device on the first frame section. This results in a gentle arrangement of the rotary drive device and thus an overall robust construction of the drilling device. A further advantage can be seen in the fact that during the actual drilling step, in which the drill head is displaced axially, the rotary drive device is mounted on the fixed frame and is consequently axially stationary. This simplifies the energy supply of the rotary drive device during the drilling step and also simplifies the structure of the drilling device overall. In addition, the rotary drive device is arranged at a distance from the drill head, so that the rotary drive device with the sensitive bearings and seals is no longer directly exposed to the mechanical stresses of the excavation area.
Mittels der zusätzlichen Linearführungen, die den Bohrstrang über einen zweiten Rahmenabschnitt, der axial verschieblich gegenüber dem ersten Rahmenabschnitt geführt ist, abstützen, erfolgt eine Entlastung der Stellzylinder von den beim Bohren auftretenden hohen Kräften.By means of the additional linear guides, which support the drill string via a second frame section, which is guided in an axially displaceable manner in relation to the first frame section, the actuating cylinders are relieved of the high forces occurring during drilling.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Imloch-Bohrgerätes besteht darin, dass mehrere Stellzylinder gleichmäßig verteilt über den Umfang an dem ersten Rahmenabschnitt angeordnet sind. Vorzugsweise ist der erste Rahmenabschnitt ringförmig ausgebildet. Insbesondere können zwei, drei oder vier oder gegebenenfalls noch mehr Stellzylinder ringförmig um die Bohrachse angeordnet sein. Die Stellzylinder bilden dabei die Vorschubeinrichtung und sind etwa parallel zur Bohrachse ausgerichtet.A preferred embodiment of the down-the-hole drilling device according to the invention consists in the fact that a plurality of actuating cylinders are arranged on the first frame section, distributed evenly over the circumference. Preferably, the first frame section is ring-shaped. In particular, two, three or four or optionally even more adjusting cylinders can be arranged in a ring around the drilling axis. The adjusting cylinders form the feed device and are aligned approximately parallel to the drilling axis.
Zur Erreichung hoher Spannkräfte und damit für eine besonders gute Lagesicherung des Bohrgerätes im Bohrloch ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Verspanneinrichtung einen oder mehrere radial gerichtete Spannzylinder aufweist. Die Spannzylinder stützen sich dabei einerseits an dem ersten Rahmenabschnitt ab, während an der freien Seite des Spannzylinders ein Anlageelement zum Anlegen an die Bohrlochwandung vorgesehen und angeordnet ist. Unter Bohrlochwandung kann dabei unmittelbar der anstehende Boden oder gegebenenfalls eine Innenseite eines Stützrohres oder einer Verrohrung verstanden werden, welche zum Abstützen der Bohrung in diese mit eingebracht wird. Grundsätzlich können auch in Quer- oder sogar in Achsrichtung angeordnete Spannzylinder vorgesehen sein, welche über eine entsprechende Mechanik, etwa einen Hebelmechanismus, radiale Spannkräfte zum Verspannen des Bohrgerätes im Bohrloch aufbringen können.In order to achieve high clamping forces and thus a particularly good positional security of the drill in the borehole, it is provided according to a further development of the invention that the clamping device has one or more radially directed clamping cylinders having. The clamping cylinders are supported on the one hand on the first frame section, while a contact element for contacting the borehole wall is provided and arranged on the free side of the clamping cylinder. Borehole wall can be understood as meaning directly the existing soil or possibly an inside of a support tube or casing, which is introduced into the borehole to support it. In principle, clamping cylinders arranged in the transverse or even in the axial direction can also be provided, which can apply radial clamping forces for clamping the drilling device in the borehole via a corresponding mechanism, such as a lever mechanism.
Grundsätzlich können die eingesetzten Zylinder mit jedem geeigneten Fluid betätigt werden. Besonders bevorzugt ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass der mindestens eine Stellzylinder zum axialen Verstellen des Bohrkopfes und/oder der mindestens eine Spannzylinder der Verspanneinrichtung als Hydraulikzylinder ausgebildet ist. Die Zylinder werden dabei mit einem Hydrauliköl in einem geschlossenen Kreislauf von außerhalb des Bohrloches von einer Hydraulikanlage versorgt. Das Hydrauliköl kann auch zum Betätigen der Drehantriebseinrichtung sowie von weiteren Komponenten des Imloch-Bohrgerätes eingesetzt werden.In principle, the cylinders used can be actuated with any suitable fluid. According to one embodiment variant of the invention, it is particularly preferred that the at least one adjusting cylinder for the axial adjustment of the drill head and/or the at least one clamping cylinder of the clamping device is designed as a hydraulic cylinder. The cylinders are supplied with hydraulic oil in a closed circuit from outside the borehole by a hydraulic system. The hydraulic oil can also be used to actuate the rotary drive device and other components of the down-the-hole drilling device.
Grundsätzlich kann die Drehantriebseinrichtung in beliebiger Weise gestaltet sein. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass die Drehantriebseinrichtung eine Antriebswelle aufweist, entlang welcher der Bohrstrang axial verschiebbar gelagert ist, und dass zum Übertragen eines Antriebsdrehmoments an einer Außenseite der Antriebswelle axial verlaufende Antriebsleisten angeordnet sind. Entsprechend sind an einer Innenseite des zumindest bereichsweise rohrförmigen Bohrstrangs korrespondierende Antriebsleisten vorgesehen, so dass eine Drehmomentübertragung zwischen den Antriebsleisten erfolgen kann, wobei gleichzeitig eine axiale Verschiebbarkeit des Bohrstranges relativ zur Antriebswelle gewährleistet ist. Grundsätzlich kann auch ein hohles Antriebsrad vorgesehen sein, in welchem der Bohrstrang drehfest, aber axial verschiebbar gelagert ist.Basically, the rotary drive device can be designed in any way. According to a development of the invention, it is particularly advantageous that the rotary drive device has a drive shaft along which the drill string is mounted so as to be axially displaceable, and that axially extending drive rails are arranged on an outside of the drive shaft for transmitting a drive torque. Correspondingly, corresponding drive rails are provided on an inside of the drill string, which is at least partially tubular, so that torque can be transmitted between the drive rails, while at the same time axial displaceability of the drill string relative to the drive shaft is ensured. In principle, a hollow drive wheel can also be provided, in which the drill string is mounted in a rotationally fixed but axially displaceable manner.
Besonders hohe Drehmomente können nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass die Drehantriebseinrichtung einen oder mehrere Drehantriebe aufweist, welche an dem ersten Rahmenabschnitt gelagert sind. Bei mehreren Drehantrieben können diese insbesondere gleichmäßig verteilt um die Bohrachse an dem vorzugsweise ringförmigen ersten Rahmenabschnitt angebracht sein. Über entsprechende Antriebsritzel oder eine Getriebeanordnung können die Drehantriebe gemeinsam die Antriebswelle antreiben und so das Drehmoment auf den Bohrstrang übertragen.According to a further development of the invention, particularly high torques can be achieved in that the rotary drive device has one or more rotary drives which are mounted on the first frame section. With several rotary drives these can be attached to the preferably ring-shaped first frame section, in particular evenly distributed around the drilling axis. The rotary drives can jointly drive the drive shaft via corresponding drive pinions or a gear arrangement and thus transmit the torque to the drill string.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann darin gesehen werden, dass eine Fördereinrichtung vorgesehen ist, mit welcher abgetragenes Bodenmaterial von dem Bohrkopf nach außerhalb der Bohrung abführbar ist. Hierfür kann an dem Bohrgerät selbst oder außerhalb des Bohrloches eine entsprechende Förderpumpe vorgesehen sein. Vorzugsweise ist entlang des Bohrgerätes eine Förderleitung vorgesehen, über welche das abgetragene Bohrklein von dem Bohrkopf entlang des Rahmens nach oben und aus dem Bohrloch abgeführt werden kann. Die Förderleitung kann dabei teilweise oder insgesamt in dem Bohrstrang verlaufen, der rohrförmig ausgebildet sein kann.A further expedient embodiment of the invention can be seen in the fact that a conveying device is provided with which removed soil material can be discharged from the drill head to the outside of the bore. For this purpose, a corresponding feed pump can be provided on the drill itself or outside the borehole. A conveying line is preferably provided along the drilling device, via which the drill cuttings removed can be discharged from the drill head along the frame upwards and out of the borehole. The delivery line can run partially or entirely in the drill string, which can be tubular.
Eine Abförderung des Bohrkleins kann auch in einem Lufthebeverfahren erfolgen, bei welchem über eine Zuführleitung Luft in das Bohrloch eingeleitet wird, um beim anschließenden nach-oben-Strömen in der Förderleitung ein Abfördern des Bohrkleins zu bewirken.The drill cuttings can also be removed using an air lifting method, in which air is introduced into the borehole via a supply line in order to cause the drill cuttings to be removed when it subsequently flows upwards in the delivery line.
Das Imloch-Bohrgerät kann insbesondere über ein Gestänge im Boden geführt sein. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass an einem oberen Endabschnitt des Rahmens des Imloch-Bohrgeräts eine Verbindungseinrichtung für ein Tragseil angeordnet ist. Außerhalb des Bohrloches kann insbesondere eine Hubwinde zum Heben und Senken des Bohrgerätes angeordnet sein.In particular, the down-the-hole drilling device can be guided via a linkage in the ground. According to one embodiment variant of the invention, it is particularly advantageous that a connecting device for a carrying cable is arranged on an upper end section of the frame of the down-the-hole drilling device. In particular, a hoisting winch for raising and lowering the drilling device can be arranged outside the borehole.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Bohranlage zum Erstellen einer Bohrung im Boden, wobei die Bohranlage das zuvor beschriebene Imloch-Bohrgerät aufweist und dieses mittels einer Trageinrichtung aufgehängt ist. Die Trageinrichtung kann dabei insbesondere ein Tragseil mit Hubwinde aufweisen.The invention also includes a drilling rig for creating a bore in the ground, the drilling rig having the previously described down-the-hole drilling device and this being suspended by means of a carrying device. The support device can in particular have a support cable with a hoist winch.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bohranlage ist es vorteilhaft, dass eine Verrohrungsmaschine vorgesehen ist, mit welcher gleichzeitig oder zeitlich versetzt zum Erstellen der Bohrung in den Boden eine Verrohrung einbringbar ist, welche die Bohrlochwand bildet. Die Verrohrung ist dabei insbesondere durch ein oder mehrere Stützrohre gebildet, welche über die Verrohrungsmaschine in den Boden eingebracht werden. Die Verrohrung kann dabei dem Bohrkopf je nach Bodenverhältnissen voreilen oder nacheilen.According to a development of the drilling rig according to the invention, it is advantageous that a casing machine is provided with which a casing, which forms the borehole wall, can be introduced into the ground simultaneously or at different times to create the borehole. The piping is in particular through one or more Support tubes are formed, which are introduced into the ground via the casing machine. Depending on the soil conditions, the casing can lead or lag behind the drill head.
Die Verrohrung dient insbesondere zur Stabilisierung der Bohrlochwand, so dass sich das Imloch-Bohrgerät zuverlässig an dieser abstützen kann. Beispielsweise bei felsigen Bodenverhältnissen ist eine Verrohrung nicht zwingend notwendig.The casing serves in particular to stabilize the borehole wall, so that the downhole drilling device can be reliably supported on it. In rocky ground conditions, for example, piping is not absolutely necessary.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Trageinrichtung auf dem Boden oder auf einem Schwimmkörper an einer Gewässeroberfläche angeordnet ist. Die Trageinrichtung kann insbesondere verfahrbar sein und insbesondere ein Raupenfahrwerk aufweisen. Der Schwimmkörper kann als ein Ponton oder als ein Schiff ausgebildet sein, so dass die Bohranlage auch zum Erstellen einer Bohrung an einem Gewässergrund eingesetzt werden kann.A further advantageous embodiment of the invention consists in the fact that the carrying device is arranged on the ground or on a floating body on the surface of a body of water. The support device can in particular be movable and in particular have a crawler chassis. The floating body can be designed as a pontoon or as a ship, so that the drilling rig can also be used to drill a hole in the bottom of a body of water.
Erfindungsgemäß weist das Imloch-Bohrgerät einen zweiten Rahmenabschnitt auf, welcher axial fest, aber drehbar gelagert relativ zum Bohrkopf ist. An diesem zweiten Rahmenabschnitt, welcher vorzugsweise einen ringförmigen oder plattenartigen Flansch aufweist, können insbesondere die ausfahrbaren Enden der Stellzylinder des Vorschubantriebes angelenkt sein.According to the invention, the down-the-hole drilling device has a second frame section which is axially fixed but rotatably mounted relative to the drill head. In particular, the extendable ends of the actuating cylinders of the feed drive can be articulated on this second frame section, which preferably has an annular or plate-like flange.
An dem zweiten Rahmenabschnitt kann auch eine zweite Verspanneinrichtung vorgesehen sein, welche mit dem Bohrkopf axial verschiebbar ist. Nach einem ersten Ausfahren des Bohrkopfs kann so das Imloch-Bohrgerät durch die zweite Verspanneinrichtung im Bohrloch fixiert werden. Sodann kann die erste Verspanneinrichtung am ersten Rahmenabschnitt gelöst und durch Einfahren der Stellzylinder der erste Rahmenabschnitt mit der Drehantriebseinrichtung und gegebenenfalls weiteren Komponenten nachgeführt werden. Anschließend kann nach einem weiteren Betätigen der ersten Verspanneinrichtung zum Fixieren des Imloch-Bohrgerätes im Bohrloch und nach dem Lösen der zweiten Verspanneinrichtung ein weiterer Bohrschritt durchgeführt werden.A second clamping device can also be provided on the second frame section, which is axially displaceable with the drill head. After a first extension of the drill head, the down-the-hole drilling device can be fixed in the drill hole by the second bracing device. The first bracing device on the first frame section can then be released and the first frame section with the rotary drive device and optionally other components can be adjusted by retracting the actuating cylinders. After a further actuation of the first bracing device to fix the down-the-hole drilling device in the borehole and after releasing the second bracing device, a further drilling step can then be carried out.
Durch eine separate Gestaltung der Rahmenabschnitte kann das Imloch-Bohrgerät insgesamt modular aufgebaut werden, so dass eine relativ einfache Anpassung an unterschiedliche Bohrungsdurchmesser erfolgen kann.By designing the frame sections separately, the down-the-hole drilling device can have a modular construction overall, so that it can be adapted to different bore diameters relatively easily.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Verspanneinrichtung mindestens ein Stellzylinder angeordnet ist, welcher sich einerseits an dem ersten Rahmenabschnitt abstützt und sich andererseits zu dem Bohrkopf hin erstreckt, wobei der Bohrkopf beim Abtragen von Bodenmaterial mit dem mindestens einen Stellzylinder in Richtung des Bodens gedrückt wird, und dass oberhalb der Verspanneinrichtung die Drehantriebseinrichtung angeordnet ist, mit welcher der Bohrstrang drehend angetrieben wird.The method according to the invention is characterized in that at least one adjusting cylinder is arranged below the bracing device, which is supported on the one hand on the first frame section and on the other hand extends towards the drill head, wherein the drill head when removing soil material with the at least one adjusting cylinder in the direction of the ground is pressed, and that the rotary drive device is arranged above the bracing device, with which the drill string is driven in rotation.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit dem Imloch-Bohrgerät durchgeführt werden, welches zuvor beschrieben wurde. Es können dabei die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden.The method according to the invention can be carried out in particular with the down-the-hole drilling device which has been described above. The advantages described above can be achieved in this way.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante der Erfindung besteht darin, dass gleichzeitig mit dem oder zeitlich versetzt zum Erstellen der Bohrung eine Verrohrung in den Boden eingebracht wird, die die Bohrlochwandung bildet. Hierfür kann eine grundsätzlich bekannte Verrohrungsmaschine eingesetzt werden. Die Verrohrung, welche aus einem einzelnen Stützrohr oder aus einer Mehrzahl von miteinander verbindbaren Stützrohren gebildet wird, kann auf gleicher Höhe mit dem Bohrkopf eingebracht werden oder diesem voreilen oder nacheilen.A preferred method variant of the invention consists in that a casing, which forms the borehole wall, is introduced into the ground at the same time as or at a later time than the creation of the borehole. A generally known casing-making machine can be used for this purpose. The casing, which is formed from a single support tube or from a plurality of support tubes which can be connected to one another, can be installed at the same level as the drill head or lead or lag behind it.
Nach einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass beim oder nach einem Rückziehen des Imloch-Bohrgerätes aus der Bohrung diese mit einer aushärtbaren Masse zum Bilden eines Gründungselementes verfüllt wird. Die Masse kann dabei insbesondere eine Betonsuspension sein, welche in der erstellten Bohrung zu einem Gründungselement aushärtet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass nach einem Rückziehen des Imloch-Bohrgerätes aus der Bohrung in diese ein vorgefertigtes Gründungselement, z.B. ein Stahlrohr, eingestellt wird und dass der verbleibende Ringspalt zur Bohrungswandung mit einer aushärtbaren Masse verfüllt wird. Vor dem Einfüllen oder Aushärten können in die Bohrung bzw. den Ringspalt ein oder mehrere Armierungselemente, vorzugsweise Stahlträger oder ein Armierungskorb, eingesetzt werden.According to a further variant of the method according to the invention, it is preferred that during or after the down-the-hole drilling device is withdrawn from the bore, the latter is filled with a hardenable compound to form a foundation element. The mass can in particular be a concrete suspension, which hardens into a foundation element in the drilled hole. It is preferably provided that after the down-the-hole drilling device has been withdrawn from the borehole, a prefabricated foundation element, e.g. Before filling or curing, one or more reinforcement elements, preferably steel girders or a reinforcement basket, can be inserted into the bore or the annular gap.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Imloch-Bohrgerätes mit eingefahrenem Bohrkopf;
- Fig. 2
- eine Seitenansicht des Imloch-Bohrgerätes im Zustand von
Fig. 1 ; - Fig. 3
- eine perspektivische Ansicht des Imloch-Bohrgerätes der
Figuren 1 und2 mit ausgefahrenem Bohrkopf; - Fig. 4
- eine Seitenansicht des Imloch-Bohrgerätes im Zustand von
Fig. 3 ; - Fig. 5
- eine perspektivische Ansicht eines weiteren Imloch-Bohrgerätes mit eingefahrenem Bohrkopf; und
- Fig. 6
- eine perspektivische Ansicht des Imloch-Bohrgerätes von
Fig. 5 mit ausgefahrenem Bohrkopf.
- 1
- a perspective view of a down-the-hole drilling device according to the invention with the drill head retracted;
- 2
- a side view of the down-the-hole drill in the state of
1 ; - 3
- a perspective view of the down-the-hole drill of FIG
figures 1 and2 with drill head extended; - 4
- a side view of the down-the-hole drill in the state of
3 ; - figure 5
- a perspective view of another down-the-hole drill with the drill head retracted; and
- 6
- FIG. 14 is a perspective view of the down-the-hole drill of FIG
figure 5 with the drill head extended.
In den
An der Unterseite des ersten Rahmenabschnitts 14 ist die Verspanneinrichtung 50 angebracht, welche zum radialen Verspannen und Fixieren des Imloch-Bohrgerätes 10 gegenüber einer Bohrlochwandung ausgebildet ist. In den dargestellten Ausführungsbeispielen weist die ringförmige Verspanneinrichtung 50 sechs nicht ersichtliche, radial gerichtete Spannzylinder auf, an deren Außenseite stempelartige Spannplatten 52 angebracht sind. Die Spannzylinder mit den Spannplatten 52 sind gleichmäßig verteilt um die Längs- oder Bohrachse des Imloch-Bohrgerätes 10 angeordnet.The bracing
Am oberen Ende des Rahmens 12 ist ein oberer Rahmenabschnitt 15 angeordnet. Zwischen dem oberen Rahmenabschnitt 15 und dem darunterliegenden ersten Rahmenabschnitt 14 ist ein plattenförmiger ringartiger Zwischenabschnitt 16 angeordnet, welcher über vertikal gerichtete Verbindungsstreben 18 einerseits mit dem ersten Rahmenabschnitt 14 und andererseits nach oben mit dem oberen Rahmenabschnitt 15 verbunden ist.At the upper end of the
An einer Oberseite des oberen Rahmenabschnitts 15 sind mittig eine Verbindungseinrichtung 28 für eine Seilaufhängung des Imloch-Bohrgerätes 10 sowie seitlich daran zwei Leitungszuführungen 29 angeordnet. Die Leitungszuführungen 29 dienen einerseits zum Zuführen einer Hydraulikschlauchleitung und andererseits zur Zuführung und Halterung einer Bohrsuspensionsabführleitung.A connecting
Weitere Zuführungen für Druckluft für ein Lufthebeverfahren sowie von elektrischer Energie und Datenleitungen sowie weitere Versorgungsleitungen können vorgesehen sein.Further feeds for compressed air for an air lifting method and for electrical energy and data lines as well as further supply lines can be provided.
Auf dem plattenartigen Zwischenabschnitt 16 können Steuerungskomponenten 19 angeordnet sein. Insgesamt kann der obere Bereich des Rahmens 12 mit dem ersten Rahmenabschnitt 14, dem oberen Rahmenabschnitt 15 und dem Zwischenabschnitt 16 modulartig aufgebaut sein, so dass das Imloch-Bohrgerät 10 in einfacher Weise an verschiedene Bohrlochgrößen und Einsatzbereiche anpassbar ist.
Unterhalb der Verspanneinrichtung 50 an dem ersten Rahmenabschnitt 14 ist die Vorschubeinrichtung 70 mit hydraulischen Stellzylindern 72 angeordnet. Die Stellzylinder 72 sind mit ihren Zylindergehäusen an dem ersten Rahmenabschnitt 14 befestigt. Mit dem ausfahrbaren Zylinderkolben sind die Stellzylinder 72 andererseits an einem zweiten ringförmigen, plattenartigen zweiten Rahmenabschnitt 20 angelenkt. Der ringförmige zweite Rahmenabschnitt 20 ist an einer Außenseite einer rohrförmigen Lagerhülse 24 befestigt, in welcher ein rohrförmiger Bohrstrang 38, welcher nur teilweise in den
In einem oberen Endbereich des rohrförmigen Bohrstrangs 38 ragt eine Antriebswelle 44 der Drehantriebseinrichtung 40 in den rohrförmigen Bohrstrang 30 hinein. Die Antriebswelle 44 weist äußere, axial verlaufende Antriebsleisten 46 auf, welche zur Drehmomentübertragung mit korrespondierenden inneren Antriebsleisten an der Innenseite des rohrförmigen Bohrstrangs 38 zusammenwirken. Über die Antriebswelle 44 wird der Bohrstrang 38 mit dem Bohrkopf 30 rotierend angetrieben, so dass dieser Bodenmaterial abtragen kann.A
In den
Bei Erreichen einer maximalen Ausfahrlänge der Stellzylinder 72 der Vorschubeinrichtung 70, was in den
Beim Bohren anfallendes Bodenmaterial kann über den hohlen Bohrstrang 38, die hohle Antriebswelle 44 mittels einer Absaugpumpe 36 als Fördereinrichtung 35 durch den Rahmen 12 hindurch abgeführt und über eine teilweise dargestellte Förderleitung 37 nach außerhalb des Bohrloches abtransportiert werden. Der zweite Rahmenabschnitt 20 mit der Lagerhülse 24 kann einen dritten Rahmenabschnitt 27 aufweisen, welcher über am ersten Rahmenabschnitt 14 fest angebrachte Linearführungen 26, welche nach unten gerichtet sind, linear verschiebbar gelagert sein kann. Die Linearführungen 26 können Torsionskräfte in Umfangsrichtung aufnehmen, so dass die Stellzylinder 72 von Querkräften entlastet werden.Ground material produced during drilling can be discharged through the
In den
Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform nach den
Das Vorsehen einer derartigen zweiten Verspanneinrichtung 60 an dem verschiebbaren dritten Rahmenabschnitt 27 zusätzlich zu einer ersten Verspanneinrichtung 50 an dem Rahmenabschnitt 14 ermöglicht nach dem axialen Ausfahren der Stellzylinder 72 gemäß
Durch die zweite Verspanneinrichtung 60 kann so das Imloch-Bohrgerät 10 zu jedem Zeitpunkt gegenüber der Bohrlochwandung verspannt und fixiert werden.The down-the-
Claims (15)
- Down-the-hole drilling apparatus for producing a bore in the ground, having- a drill head (30) for removing ground material,- a drill string (38), on the lower end of which the drill head (30) is mounted,- a rotary drive means (40) for driving the drill string (38) with the drill head (30) in a rotating manner,- a clamping means (50) which is arranged on a first frame section (14) and designed for radially clamping the down-the-hole drilling apparatus (10) radially with respect to the borehole wall by means of clamping plates (52), and- at least one positioning cylinder (72) for adjusting the drill head (30) in an axial direction,characterized in that- below the clamping means (50) the at least one positioning cylinder (72) is arranged which on the one hand is supported on the first frame section (14) and on the other hand extends towards the drill head (30),- in that above the clamping means (50) the rotary drive means (40) is arranged,- in that a second frame section (20) is provided which is axially fixed but rotatably supported relative to the drill head (30), and- in that on the first frame section (14) downwardly directed firmly mounted linear guides (26) are provided, by way of which the second frame section (20) is supported in a linearly displaceable manner with respect to the first frame section (14).
- Down-the-hole drilling apparatus according to claim 1,
characterized in that
several positioning cylinders (72) are arranged by being evenly distributed over the circumference on the first frame section (14). - Down-the-hole drilling apparatus according to claim 1 or 2,
characterized in that
the clamping means (50) has one or several radially directed clamping cylinders. - Down-the-hole drilling apparatus according to any one of claims 1 to 3,
characterized in that
the at least one positioning cylinder (72) for axially adjusting the drill head (30) and/or the at least one clamping cylinder of the clamping means (50) is designed as a hydraulic cylinder. - Down-the-hole drilling apparatus according to any one of claims 1 to 4,
characterized in thatthe rotary drive means (40) has a drive shaft (44), along which the drill string (38) is supported in an axially displaceable manner, andin that for the purpose of transmitting a drive torque axially running drive strips (46) are arranged on an external side of the drive shaft (44). - Down-the-hole drilling apparatus according to any one of claims 1 to 5,
characterized in that
the rotary drive means (40) has one or several rotary drives (42) which are supported on the first frame section (14). - Down-the-hole drilling apparatus according to any one of claims 1 to 6,
characterized in that
a conveying means (35) is provided, with which removed ground material can be discharged from the drill head (30) to the outside of the bore. - Down-the-hole drilling apparatus according to any one of claims 1 to 7,
characterized in that
on an upper end of a frame (12) of the down-the-hole drilling apparatus (10) a connecting means (28) for a supporting rope is arranged. - Drilling rig for producing a bore in the ground,
characterized in thata down-the-hole drilling apparatus (10) according to any one of claims 1 to 8 is provided, andin that the down-the-hole drilling apparatus (10) is suspended by means of a supporting means. - Drilling rig according to claim 9,
characterized in that
a casing machine is provided, with which a casing forming the borehole wall can be introduced into the ground simultaneously with or with a time shift to the production of the bore. - Drilling rig according to claim 9 or 10,
characterized in that
the supporting means is arranged on the ground or on a floating body on a surface of a body of water. - Method for producing a bore in the ground with a down-the-hole drilling apparatus (10) according to any one of claims 1 to 8 or a drilling rig according to any one of claims 9 to 11, in whichfor the purpose of forming the bore, ground material is removed by means of a drill head (30) which is mounted on a lower end of a drill string (38) that is driven in a rotating manner by means of a rotary drive means (40), wherein a first frame section (14) of the down-the-hole drilling apparatus (10) is clamped radially with respect to a borehole wall by means of a clamping means (50) and the drill head (30) is adjusted in an axial direction by means of at least one positioning cylinder (72),characterized in that- below the clamping means (50) at least one positioning cylinder (72) is arranged which on the one hand is supported on the first frame section (14) and on the other hand extends towards the drill head (30), wherein during removal of ground material the drill head (30) is pressed with the at least one positioning cylinder (72) towards the ground, and- in that above the clamping means (50) the rotary drive means (40) is arranged, with which the drill string (38) is driven in a rotating manner.
- Method according to claim 12,
characterized in that
simultaneously with or with a time shift to the production of the bore a casing forming the borehole wall is introduced into the ground. - Method according to claim 12 or 13,
characterized in that
during or after withdrawal of the down-the-hole drilling apparatus (10) from the bore this is filled with a hardenable mass to form a foundation element. - Method according to claim 12 or 13,
characterized in thatafter withdrawal of the down-the-hole drilling apparatus (10) from the bore a reinforcement or foundation element is installed therein andin that prior to this or subsequently the bore is filled with a hardenable mass.
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