EP3862528B1 - Appareil de forage d'un trou et procédé de production d'un trou - 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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EP
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hole drilling
drill head
frame section
drilling apparatus
bore
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EP20155449.0A
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EP3862528A1 (fr
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Stefan Finkenzeller
Jürgen Klippenstein
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Bauer Maschinen GmbH
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Bauer Maschinen GmbH
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Publication date
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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
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/18—Anchoring or feeding in the borehole
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/28—Placing of hollow pipes or mould pipes by means arranged inside the piles or pipes
    • 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
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E21B7/208—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes using down-hole drives

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.

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Claims (15)

  1. Appareil de forage d'un trou pour produire un forage dans le sol, comportant :
    - une tête de forage (30) pour enlever du matériau de sol,
    - une colonne de tiges de forage (38), à l'extrémité inférieure de laquelle est montée la tête de forage (30),
    - un dispositif d'entraînement en rotation (40) pour entraîner en rotation la colonne de tiges de forage (38) avec la tête de forage (30),
    - un dispositif de serrage (50), qui est disposé à un premier segment de châssis (14) et est conformé pour le serrage radial de l'appareil de forage d'un trou (10) radialement à la paroi du trou de forage au moyen de plaques de serrage (52), et
    - au moins un vérin de positionnement (72) pour déplacer la tête de forage (30) dans une direction axiale,
    caractérisé en ce que
    - en dessous du dispositif de serrage (50) est disposé l'au moins un vérin de positionnement (72) qui, d'une part, s'appuie contre le premier segment de châssis (14) et, d'autre part, s'étend vers la tête de forage (30),
    - en ce qu'au-dessus du dispositif de serrage (50) est disposé le dispositif d'entraînement en rotation (40),
    - en ce qu'il est prévu un deuxième segment de châssis (20) qui est positonné de manière fixe axialement, mais rotatif par rapport à la tête de forage (30), et
    - en ce que sont prévues, au niveau du premier segment de châssis (14), des glissières linéaires (26) dirigées vers le bas et montées de manière fixe, par le biais desquelles le second segment de châssis (20) est positionné tout en pouvant être décalé linéairement vers le premier segment de châssis (14).
  2. Appareil de forage d'un trou selon la revendication 1,
    caractérisé en ce que
    plusieurs vérins de positionnement (72) sont disposés selon une répartition régulière sur la circonférence du premier segment de châssis (14).
  3. Appareil de forage d'un trou selon la revendication 1 ou 2,
    caractérisé en ce que
    le dispositif de serrage (50) comprend un ou plusieurs vérins de serrage orientés radialement.
  4. Appareil de forage d'un trou selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
    caractérisé en ce que
    l'au moins un vérin de positionnement (72) se présente sous la forme d'un vérin hydraulique pour déplacer axialement la tête de forage (30) et/ou l'au moins un vérin de serrage du dispositif de serrage (50).
  5. Appareil de forage d'un trou selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
    caractérisé en ce que
    le dispositif d'entraînement en rotation (40) comporte un arbre d'entraînement (44) le long duquel la colonne de tiges de forage (38) est positionnée de manière à pouvoir être décalée axialement, et
    en ce que, pour transmettre un couple d'entraînement, des barres d'entraînement (46) s'étendant de manière axiale sont disposées au niveau d'une face externe de l'arbre d'entraînement (44).
  6. Appareil de forage d'un trou selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
    caractérisé en ce que
    le dispositif d'entraînement en rotation (40) comprend un ou plusieurs dispositifs d'entraînement en rotation (42) qui sont logés au niveau du premier segment de châssis (14).
  7. Appareil de forage d'un trou selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
    caractérisé en ce que
    il est prévu un dispositif de transport (35) avec lequel un matériau de sol enlevé peut être évacué par la tête de forage (30) vers l'extérieur du forage.
  8. Appareil de forage d'un trou selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
    caractérisé en ce que
    à une extrémité supérieure d'un châssis (12) de l'appareil de forage d'un trou (10) est disposé un dispositif de liaison (28) pour un câble porteur.
  9. Installation de forage pour produire un forage dans le sol, caractérisée en ce que
    il est prévu un appareil de forage d'un trou (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, et
    en ce que l'appareil de forage d'un trou (10) est suspendu au moyen d'un dispositif porteur.
  10. Installation de forage selon la revendication 9,
    caractérisée en ce que
    il est prévu une machine de tubage avec laquelle un tubage, qui forme la paroi du trou de forage, peut être introduit dans le sol de manière simultanée ou décalée dans le temps pour produire le forage.
  11. Installation de forage selon la revendication 9 ou 10,
    caractérisée en ce que
    le dispositif porteur est disposé sur le sol ou sur un corps flottant au niveau d'une surface d'eau.
  12. Procédé de production d'un forage dans le sol, avec un appareil de forage d'un trou (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou avec une installation de forage selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, selon lequel
    pour réaliser le forage, du matériau de sol est enlevé au moyen d'une tête de forage (30), qui est montée à une extrémité inférieure d'une colonne de tiges de forage (38), qui est entraînée en rotation au moyen d'un dispositif d'entraînement en rotation (40), dans lequel un premier segment de châssis (14) de l'appareil de forage d'un trou (10) est serré au moyen d'un dispositif de serrage (50) radialement à une paroi du trou de forage et la tête de forage (30) est décalée au moyen d'au moins un vérin de positionnement (72) dans une direction axiale,
    caractérisé en ce que
    - en dessous du dispositif de serrage (50) est disposé au moins un vérin de positionnement (72) qui, d'une part, s'appuie contre le premier segment de châssis (14) et, d'autre part, s'étend vers la tête de forage (30), dans lequel la tête de forage (30) est poussée, lors de l'enlèvement du matériau de sol, avec l'au moins un vérin de positionnement (72) en direction du sol, et
    - en ce qu'au-dessus du dispositif de serrage (50) est disposé le dispositif d'entraînement en rotation (40) avec lequel la colonne de tiges de forage (38) est entraînée en rotation.
  13. Procédé selon la revendication 12,
    caractérisé en ce que
    un tubage, qui forme la paroi du trou de forage, est introduit dans le sol de manière simultanée ou décalée dans le temps pour produire le forage.
  14. Procédé selon la revendication 12 ou 13,
    caractérisé en ce que
    durant ou après un retrait de l'appareil de forage d'un trou (10) en dehors du forage, celui-ci est rempli avec une masse durcissable pour former un élément de fondation.
  15. Procédé selon la revendication 12 ou 13,
    caractérisé en ce que
    après un retrait de l'appareil de forage d'un trou (10) en dehors du forage, un élément d'armature ou de fondation est installé dans celui-ci, et
    en ce que, au préalable ou par la suite, le forage est rempli avec une masse durcissable.
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