WO1984002555A1 - Plant for making bore-holes in the side walls of underground exploitation chambers of small width - Google Patents

Plant for making bore-holes in the side walls of underground exploitation chambers of small width Download PDF

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WO1984002555A1
WO1984002555A1 PCT/DE1983/000213 DE8300213W WO8402555A1 WO 1984002555 A1 WO1984002555 A1 WO 1984002555A1 DE 8300213 W DE8300213 W DE 8300213W WO 8402555 A1 WO8402555 A1 WO 8402555A1
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WO
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shaft
flexible shaft
unit
deflection
drilling
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PCT/DE1983/000213
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Manfred Albers
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Kluender Horst
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/22—Handling reeled pipe or rod units, e.g. flexible drilling pipes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/20—Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/046—Directional drilling horizontal drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/061—Deflecting the direction of boreholes the tool shaft advancing relative to a guide, e.g. a curved tube or a whipstock

Definitions

  • the invention relates to a device for making boreholes, in particular in the lateral mining front of subterranean mining spaces of small width, with a drilling unit which can optionally be moved by rail and which can be supported for absorbing reaction forces, for driving and advancing a drill bit arranged on an extendable drilling shaft, the extending drilling shaft is provided with a passage channel for flushing liquid under pressure.
  • a drilling machine has also become known which can be moved relatively quickly to the place of use on the tracks laid for the coal planer or other conveying means, in order to be used there for drilling the boreholes.
  • the same space limitation applies to these machines, so that the drilling process must be interrupted continuously in order to lengthen the boring bar in short sections.
  • the feed speed of the drill should be about 2 m / min. amount, for which a feed load of up to one ton is required at a drill speed of approximately 800 rpm.
  • the use of a flushing fluid is used to flush the boreholes liquid is required, which is pressed with a pressure of at least 25 bar through the passage channel inside the boring bar.
  • the borehole should have a diameter of approximately 42 mm for the introduction of the explosive charges, the diameter of the drill pipe must not exceed approximately 30 mm, so that there is still enough backflow space for flushing out the borehole.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, with which it is possible, under the required conditions and under the spatial conditions of a narrow strut in a direction perpendicular to the course of the strut without interruption about 2 m deep holes to bring in the rock.
  • the drilling unit is provided with a drive unit which can generally be moved in the direction of the strut relative to the unit, the drilling shaft at least partially consists of a flexible shaft formed from a steel spiral, in the interior of which the passage channel for the flushing liquid is designed as a pressure hose, and that the unit is provided with a deflection unit for the flexible shaft, by means of which the flexible shaft with the drill bit located thereon can be deflected in an operating direction at an angle to the direction of movement of the drive unit.
  • a flexible drilling shaft consisting of a steel spiral is used, which is deflected within the unit from the drilling direction, which is generally perpendicular to the strut, in the direction of the strut, so that the entire feed movement for the introduction of the bore can take place in the longitudinal direction of the strut .
  • the drive unit which is displaceable in the direction of the strut in accordance with the progress of the borehole depth, is essentially intended to generate the rotational movement of the drill.
  • the drive unit can also be additionally designed to generate the feed movement of the drill with the required feed force.
  • the entire feed force in the deflection unit for the flexible shaft must also be deflected, which places considerable demands on the design of the flexible shaft and the deflection unit. It may therefore be more appropriate to place the sole or an additional front behind the deflection unit at a point where the flexible shaft already runs in the direction of the borehole to provide linear actuator.
  • Such a feed drive can take place, for example, by means of clamping jaws which can be closed about the rotating flexible shaft, with the aid of which the shaft can be subjected to a feed force under rotation and which, after a certain feed movement, can be opened, pulled back and brought into engagement with the flexible shaft for a further feed can.
  • a clamping jaw unit as is protected by German patent 2714124 in connection with a pipe cleaning device, can preferably be used for this.
  • the drilling shaft can consist of a rigid section, to which the flexible shaft then connects.
  • Such a rigid shaft section can also be dispensed with under certain circumstances if the drive unit is in turn provided with a correspondingly long guide tube which can be telescopically pushed over the guide tube located in front of the deflection unit.
  • these pipe guides can also be designed interchangeably to suit the design of boreholes of different depths. It can also be provided that the drilling shaft can be correspondingly extended to carry out a second stroke in order to carry out particularly deep boreholes for which a single stroke of the drive unit is not sufficient.
  • the deflection unit preferably contains a turntable with rollers arranged along its circumference, which are arranged in pairs above one another in relation to the deflection plane of the flexible shaft and whose axes form two superimposed tangent polygons with respect to the turntable.
  • These rollers are expediently spherical along their surface lines, so that the curve of the surface lines approximates the circular shape.
  • Known flexible shafts wound from a steel spiral are generally made from a steel profile with a circular cross-section. In the event that high axial forces have to be absorbed, there is a risk with such shafts that the individual turns of the shaft slide laterally onto one another.
  • the flexible shaft is provided at each of its ends with coupling pieces, which by means of a thread extension corresponding to the spiral turns of the shaft are screwed into the shaft ends.
  • coupling pieces which by means of a thread extension corresponding to the spiral turns of the shaft are screwed into the shaft ends.
  • this possibility no longer exists.
  • the pressure hose provided at its end with a tubular extension is inserted into a bore in the shaft coupling piece and is sealingly connected to the shaft coupling piece from the other side.
  • a pipe screw connection with a conical ring for example a screw connection of the BEMETO type
  • the shaft coupling piece being designed as a union nut.
  • the pipe extension of the pressure hose can also be glued within the shaft coupling piece.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the overall arrangement of the device
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an embodiment of the deflection unit in plan view
  • FIG. 3 shows a section through the turntable of the deflection unit according to FIG. 2,
  • Figure 7 is an illustration of the coupling pieces of a flexible shaft with the attachment of the ends of the pressure hose for the flushing fluid therein.
  • FIG. 1 the overall arrangement of a device for drilling holes is shown schematically.
  • the direction of the strut is indicated by arrow 1.
  • the device consists of a drive unit 2, a deflection unit 3 and an additional feed unit 4 for the drilling shaft 5, which is essentially designed as a flexible shaft, with which a drill bit (not shown) for driving a borehole into a rock wall is driven in the direction of the arrow 6.
  • the entire device is arranged on a common frame (not shown) which can be moved in the direction of the strut course 1 on the provided travel paths.
  • the drive unit 2 contains the rotary drive for the drilling shaft 6 and can be moved relative to the deflection unit 3 in the direction of arrow 1 on the common frame (not shown).
  • the drive unit 8 and the deflection unit 3 are each provided with a pipe guide 7 or 8 for the flexible shaft 5, which can be telescopically pushed over one another when the drive unit 2 is moved relative to the deflection unit 3.
  • the deflection path 9 of the flexible shaft 5 is only indicated by dashed lines.
  • the additional feed unit 4 is like the deflection unit 3, stationarily mounted on the common frame (not shown) and contains a feed drive for the flexible shaft 5 which works with rotating clamping jaws and which is not shown in detail.
  • FIG. 1 An embodiment of the deflection unit is shown schematically in FIG. One can see the course of the flexible shaft 5, which, coming from the drive unit, is introduced into the deflection unit 3 through the pipe guide 7 shown only with its end section. It leaves the deflection unit 3 after a deflection by 90 ° through a guide piece 10 which guides the flexible shaft 5 in the direction of a borehole to be drilled.
  • the guide piece 10 and the feed unit 4 which may be connected to it can be made changeable in their angular position with respect to the pipe guide 7, since it may be necessary under certain circumstances to also drill holes at an angle which is different from the direction of movement of the device vertical direction deviates.
  • the flexible shaft 5 On its deflection path within the deflection unit 3, the flexible shaft 5 is supported on the outside of its curved course by a turntable 11, which is shown in vertical section in FIG. 3.
  • the turntable 11 is provided along its circumference with a number of rollers 12 arranged in pairs one above the other, which are rotatably mounted in bearing blocks 13 arranged in a ring shape.
  • the rollers 12 are designed so that the connection of their outer surface lines is approximated to the circular shape.
  • the bearing blocks 13 are set back from the outer circumferential line circle of the rollers 12 and are made as small as possible in order to have the circumference of the turntable 11 as far as possible covered with roller surfaces Pairs of rollers 12 are arranged in height so that the flexible shaft 5 is supported in the recess 14 ( Figure 3) between the rollers 12 of a pair and is held against evasion up and down.
  • the rollers 12 follow the rotation of the flexible shaft 5 and the turntable 11 continues to rotate in accordance with the advance of the shaft.
  • the turntable 11 is designed such that it absorbs the entire reaction force for deflecting the feed force applied in the direction of the pipe guide 7 in the direction of the guide piece 10.
  • the type of design of the turntable 11 prevents friction of the flexible shaft 5 at its deflection support under the pressure of the applied axial feed forces.
  • FIGS. 4 to 6 show different embodiments for the flexible shaft 5.
  • the use of a shaft with a circular steel profile in cross section is limited to feed forces up to a certain height and also to a torque to be transmitted up to a certain height. It is therefore expedient and in some cases indispensable to choose a cross-sectional profile of the steel windings of the flexible shaft, which on the one hand ensures that the individual windings lie as flat as possible on the one hand and on the other hand also a lateral deflection or a bending of individual windings under the applied torque and applied feed force ver prevents.
  • Figure 4 shows a section of a flexible shaft, the steel profile of which is only flattened on opposite sides in order to achieve a flat contact of the turns against one another and to avoid the risk of lateral shear of turns, as is the case with the only circular contact at the highest points of the circle Profiles is possible.
  • Figure 5 shows a profile in which a transverse offset between the individual turns is additionally prevented by interlocking beads and grooves.
  • the shaft shown in FIG. 6 shows a particularly advantageous embodiment.
  • the cross-sectional profile of the steel windings here has a cranked design, so that the individual windings overlap one another. This creates both axial mutual contact surfaces 15 and radial contact surfaces 16 which, even with a certain spreading of the flexible shaft on the outside of its deflection path, still ensure mutual engagement, whereby a transverse offset between the turns or a twisting of a single turn is avoided.
  • FIG. 7 shows the coupling ends of a flexible shaft which, for the sake of simplicity, is drawn with a circular steel profile.
  • this is provided with a coupling piece 17 at each end.
  • These coupling pieces 17 are each screwed into the end of the flexible shaft 5 with a threaded extension 18, the thread of the threaded extension 18 corresponding to the turns of the flexible shaft.
  • the direction of rotation is such that the coupling pieces 17 are positive Turn the direction of rotation of the shaft further into its ends.
  • a high-pressure hose 19 Arranged within the flexible shaft 5 is a high-pressure hose 19 which, in the illustration in FIG. 7, as well as the flexible shaft 5 itself is shown broken off.
  • the high-pressure hose 19 is provided at its ends with a tubular extension 20 with which it is inserted into a bore 21 of the coupling piece 17.
  • a wedge ring 23 Within an internally threaded widening 22 within the coupling piece 17, a wedge ring 23 is pushed onto the tubular extension 20 of the high-pressure hose 19 from the side of the coupling piece 17 facing away from the flexible shaft 5, which is clamped against a shoulder 25 in the coupling piece 17 by means of a screw nipple 24 .
  • the end of the tubular extension 20 of the high-pressure hose 19 lies against a shoulder 26 within the nipple 24.
  • the tubular extension 20 is designed so that it rests with another shoulder 27 against the front edge of the coupling piece 17 and is supported there.
  • This configuration makes it possible to connect the ends of the high-pressure hose 19 to the coupling pieces 17 after they have been screwed into the ends of the flexible shaft 5.
  • the nipple 24 is shown in FIG. 7 with an external sextant for screwing in.
  • the diameter of the nipple can also be selected smaller at this point in order to have even more space available for a further threaded thread on the outside of the coupling piece 17, with which this then connects with the adjacent elements, for example a piece of a rigid, hollow drilling shaft or to connect the drill bit.
  • This on closing, hollow elements themselves serve as a flow channel for the rinsing liquid, so that it is generally not necessary to continue the high-pressure hose provided in the flexible shaft into these elements.

Description

Vorrichtung zum Einbringen von Bohrlöchern in die Seitenwände von unterirdischen Abbauräumen geringer Breite
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von Bohrlöchern insbesondere in die seitliche Abbaufront von unterirdischen Abbauräumen geringer Breite mit einem gegebenenfalls schienengebunden innerhalb des Abbauraumes verfahrbaren und zur Aufnahme von Reaktionskräften abstützbarem Bohraggregat zum Antreiben und Vorschieben einer an einer verlängerbaren Bohrwelle angeordneten Bohrkrone, wobei die verlängerbare Bohrwelle mit einem Durchtrittskanal für unter Druck befindliche Spülflüssigkeit versehen ist.
Im Steinkohlenbergbau werden zur Gewinnung der Kohle zunehmend mechanische Abbaugeräte wie Schremmaschinen und Kohlenhobel eingesetzt. Diese Maschinen werden meist in einem langen, schmalen und oft auch sehr niedrigen Abbauraum, der auch als Streb bezeichnet wird, entlang der an der einen Seite des Strebs anstehenden Kohlenfront bewegt, um die Kohle mechanisch zu gewinnen. Auf der der anstehenden Kohle gegenüberliegenden Seite ist das Streb durch den jeweils nachgeführten Strebausbau begrenzt. So ergeben sich lange, schmale Strebräume, die in vielen Fällen nur eine Breite von etwa 0,5 m und, je nach Flözstärke, eine Höhe von 0,65 m aufweisen.
Beim Abbau kommt es nun vor, daß beispielsweise der Kohlenhobel, der in dem Streb entlangbewegt wird, auf Stellen harten Gesteins stößt, das für den weiteren Abbau durch Schießen entfernt werden muß.
Hierfür müßten im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Strebs bis zu etwa 2 m tiefe Löcher in das Gestein gebohrt werden, die einen Durchmesser von ca. 42 mm haben. Bisher wurden diese Bohrlöcher im allgemeinen mit Handbohrgeraten ausgeführt, da der enge, oft nur einen halben Meter breite zur Verfügung stehende Raum den Einsatz von maschinellen Bohrgeräten nicht gestattet. Bei fortschreitender Tiefe des Bohrloches ist es aus gleichem Grund erforderlich, die Bohrstange stufenweise zu verlängern. Diese Arbeitsweise ist sehr zeitaufwendig und stellt für das eingesetzte Personal eine hohe Belastung dar. Der Zeitfaktor ist deshalb so entscheidend, weil während des Beseitigens der harten Gesteinsbereiche der Kohlenhobel außer Betrieb genommen werden muß und ein entsprechender Produktionsausfall eintritt.
Es ist auch schon eine Bohrmaschine bekanntgeworden, die auf den für den Kohlenhobel verlegten Gleisen oder anderen Fördermitteln verhältnismäßig schnell an den Einsatzort bewegt werden kann, um dort für das Ausführen der Bohrlöcher eingesetzt zu werden. Für diese Maschinen gilt jedoch die gleiche Raumbegrenzung, so daß der Bohrvorgang ständig unterbrochen werden muß, um die Bohrstange jeweils in kurzen Abschnitten zu verlängern.
Um im Falle des Auftretens von hartem Gestein efen Produktionsausfall des Kohlenhobels in vertretbaren Grenzen zu halten, werden folgende Forderungen an das Ausführen der Bohrlöcher gestellt: Die Vorschubgeschwindigkeit des Bohrers soll etwa 2 m/min. betragen, wofür bei einer Bohrerdrehzahl von etwa 800 upm eine Vorschubbelastung von bis zu einer Tonne erforderlich ist. Für das Freispülen der Bohrlöcher ist die Verwendung einer Spülflüs sigkeit erforderlich, die mit einem Druck von mindestens 25 bar durch den Durchtrittskanal innerhalb der Bohrstange gedrückt wird. Während das Bohrloch, wie bereits erwähnt, zum Einführen der Sprengladungen einen Durchmesser von etwa 42 mm haben soll, darf der Durchmesser des Bohrgestänges ca. 30 mm nicht überschreiten, damit noch ein genügender Ruckströmraum für das Freispülen des Bohrloches verbleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit der es möglich ist, unter den geforderten Bedingungen und unter den räumlichen Verhältnissen eines engen Strebs in einer Richtung senkrecht zum Verlauf des Strebs ohne Unterbrechung etwa 2 m tiefe Bohrlöcher in das anstehende Gestein einzubringen.
Diese Aufgabe wird für die bezeichnete Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bohraggregat mit einer im allgemeinen in Richtung des Strebs relativ zum Aggregat verfahrbaren Antriebseinheit versehen ist, die Bohrwelle zumindest teilweise aus einer aus einer Stahlspirale gebildeten flexiblen Welle besteht, in deren Innerem der Durchtrittskanal für die Spülflüssigkeit als Druckschlauch ausgebildet ist, und daß das Aggregat mit einer Umlenkeinheit für die flexible Welle versehen ist, mittels derer die flexible Welle mit der daran befindlichen Bohrkrone in eine Arbeitsrichtung unter einem Winkel zur Bewegungsrichtung der Antriebseinheilt umlenkbar ist.
Es bereitet im allgemeinen keine besonderen Schwierigkeiten, ein entsprechend schweres Aggregat, das die erforderliche Leistungsfähigkeit aufweist, und das entsprechend gegen die Reaktionskräfte des Bohrens abstützbar ist, in kurzer Zeit auf den für den Kohlenhobel vorgesehenen Gleisen oder anderen Fortbewegungsbahnen an den benötigten Einsatzort zu verbringen. Das Problem liegt darin, mit einem solchen Aggregat die verhältnismäßig tiefen erforderlichen Bohrungen in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Erstreckung des schmalen Strebraumes in das seitlich anstehende Gestein einzubringen. Gemäß der Erfindung wird eine aus einer Stahlspirale bestehende flexible Bohrwelle benutzt, die innerhalb des Aggregates aus der im allgemeinen senkrecht zum Streb verlaufenden Bohrrichtung in die Richtung des Strebs umgelenkt wird, so daß die gesamte Vorschubbewegung für das Einbringen der Bohrung in Längsrichtung des Strebs erfolgen kann.
Biegsame Bohrwellen sind an sich bekannt, jedoch besteht im vorliegenden Fall das besondere Problem, daß die Welle hohe Druckkräfte aufnehmen muß, und daß durch ihr Inneres die unter hohem Druck befindliche Spülflüssigkeit weitergeleitet werden muß.
Die in Richtung des Strebs entsprechend dem Fortschreiten der Bohrlochtiefe verschiebbare Antriebseinheit ist im wesentlichen dafür vorgesehen, die Rotationsbewegung des Bohrers zu erzeugen. Die Antriebseinheit kann dabei aber auch zusätzlich dafür ausgebildet sein, die Vorschubbewegung des Bohrers mit der erforderlichen Vorschubkraft zu erzeugen. In einem solchen Fall muß jedoch die gesamte Vorschubkraft in der Umlenkeinheit'für die biegsame Welle mit umgelenkt werden, was erhebliche Anforderungen an die Ausführung der biegsamen Welle und der Umlenkeinheit stellt. Es kann daher zweckmäßiger sein, hinter der Umlenkeinheit an einer Stelle, an der die biegsame Welle bereits in Richtung des. Bohrloches verläuft, den alleinigen oder einen zusätzlichen Vor schubantrieb vorzusehen.
Ein solcher Vorschubantrieb kann beispielsweise mittels um die rotierende biegsame Welle schließbare Klemmbacken erfolgen, mit deren Hilfe die Welle unter Rotation mit einer Vorschubkraft beaufschlagt werden kann, und die nach einer bestimmten Vorschubbewegung geöffnet, zurückgezogen und für erneuten Vorschub mit der biegsamen Welle in Eingriff gebracht werden können. Bevorzugt kann hierfür eine Klemmbackeneinheit Verwendung finden, wie sie durch das Deutsche Patent 2714124 in Verbindung mit einem Rohrreinigungsgerät geschützt ist.
Bei Beginn einer Bohrung befindet sich der größte Teil der biegsamen Welle noch vor der Umlenkeinheit, in Bewegungsrichtung der verschiebbaren Antriebseinheit verlaufend. Um bereits in diesem Zustand eine Druckkraft auf die biegsame Welle ausüben zu können, ist vor der Umlenkeinheit eine entsprechende Rohrführung für die Welle erforderlich, deren Länge mindestens der größten Tiefe der einzubringenden Bohrlöcher entspricht. Der vor dem Eintrittsende dieser Rohrführung erforderliche Hin- und Herbewegungshub des Antriebsaggregates muß selbst wiederum der mittels eines Vorschubes der Antriebseinheit ausführbaren maximalen Bohrlochtiefe entsprechen. Im Bereich dieser Bewegungsstrecke der Antriebseinheit kann die Bohrwelle aus einem starren Abschnitt bestehen, an den sich dann die biegsame Welle anschließt. Es kann aber auch unter Umständen auch auf einen solchen starren Wellenabschnitt verzichtet werden, wenn die Antriebseinheit ihrerseits mit einem entsprechend langen Führungsrohr versehen ist, welches sich teleskopisch über das vor der Umlenkeinheit befindliche Führungsrohr schieben läßt. Selbstverständlich können diese Rohrführungen in Anpassung an die Ausführung von Bohrlöchern unterschiedlicher Tiefe auch austauschbar ausgeführt werden. Ebenso kann vorgesehen sein, daß sich für das Ausführen besonders tiefer Bohrlöcher, für die ein einziger Hub der Antriebseinheit nicht ausreicht, die Bohrwelle zum Ausführen eines zweiten Hubes entsprechend verlängert werden kann.
Besondere Anforderungen werden an die Umlenkeinheit insbesondere dann gestellt, wenn die gesamte Vorschubkraft von der Antriebseinheit aufzubringen ist, ohne daß hinter der Umlenkeinheit eine weitere Vorschubeinheit vorgesehen ist. Eine einfache Rohrführung ist hier im allgemeinen nicht ausreichend, da sie unter Rotation der biegsamen Welle und gleichzeitiger Umlenkung der Vorschubkraft in kurzer Zeit verschleißen und auch die Bohrwelle entsprechend beeinträchtigen würde. Es ist daher gemäß der Erfindung eine Abstützung der biegsamen Welle im Umlenkpunkt vorgesehen, an der die Welle sowohl in ihrer Vorschubbewegung als auch in ihrer Rotation abrollen kann, ohne daß eine nennenswerte Reibung auftritt. Dies ist grundsätzlich durch Abstützelemente in Form eines Kugelbettes möglich, in denen jeweils Paare von Kugeln abrollbar gelagert sind, wobei die Kugeln eines Paares in Bezug auf die Umlenkebene der flexiblen Welle übereinander angeordnet sind, so daß die Welle in der Vertiefung zwischen den beiden ihr zugewandten höchsten Kugelpunkten abgestützt wird.
Vorzugsweise enthält die Umlenkeinheit jedoch einen Drehteller mit entlang seines Umfanges angeordneten Rollen, die in Bezug auf die Umlenkebene der flexiblen Welle jeweils paarweise übereinander angeordnet sind und deren Achsen zwei übereinanderliegende Tangentenvielecke in Bezug auf den Drehteller bilden. Diese Rollen sind zweckmäßigerweise entlang ihrer Mantellinien noch ballig ausgebildet, so daß die Kurve der Mantellinien der Kreisform angenähert ist. Bekannte aus einer Stahlspirale gewickelte flexible Wellen sind im allgemeinen aus einem Stahlprofil mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt. Für den Fall, daß hohe axiale Kräfte aufgenommen werden müssen, besteht bei derartigen Wellen jedoch die Gefahr, daß die einzelnen Windungen der Welle aufeinander seitlich abgleiten. Es ist daher in jedem Fall vorzuziehen, ein an gegenüberliegenden Seiten abgeflachtes Stahlprofil zu verwenden, so daß die einzelnen Windungen der Welle nicht nur entlang einer Kreislinie, wie bei rundem Profil, sondern längs der abgeflachten Bereiche flächig aneinander anliegen. Die Gefahr eines Querversatzes der Windungen kann noch dadurch vermindert werden, daß jeweils in der einen Fläche in Längsrichtung eine Nut und an der anderen Fläche eine Wulst vorgesehen ist, die bei Aneinanderliegen der Windungen der Welle ineinandergreifen.
Noch vorteilhafter ist ein Profil, welches im Querschnitt eine gekröpfte Ausbildung zeigt, so daß die einzelnen Windungen der biegsamen Welle sich gegenseitig übergreifen können und sowohl in axialer wie auch in radialer Richtung gegenseitige Anlageflächen aufweisen. Bei genügend starkem Übergreifen der einzelnen Windungen bleiben die radialen Abstützflächen auch noch dann wirksam, wenn die biegsame Welle innerhalb der Umlenkeinheit an ihrer Außenseite gespreizt wird. Eine solche Ausführung verhindert auch in wirksamer Weise die Gefahr, daß bei der Übertragung hoher Drehmomente eine beispielsweise geschwächte Windung in sich zusammengebogen wird ümd die Welle für den weiteren Bohrvorgang unbrauchbar macht.
Eine weitere Schwierigkeit besteht in der Anordnung des die Spülflüssigkeit führenden Druckschlauches innerha der biegsamen Welle. Die biegsame Welle ist an jedem ihrer Enden mit Kupplungsstücken versehen, die mittels eines den Spiralwindungen der Welle entsprechenden Gewindefortsatzes in die Wellenenden eingedreht werden. Grundsätzlich wäre es möglich, das eine Ende des Druckschlauches mit dem Gewindefortsatz eines Wellenkupplungsstückes durch Verschrauben oder dergleichen zu verbinden, um den Druckschlauch dann in die biegsame Welle einzuführen und das Kupplungsstück in das Wellenende einzuschrauben. Am zweiten Ende der biegsamen Welle ist diese Möglichkeit jedoch nicht mehr gegeben. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß der an seinem Ende mit einem Rohrfortsatz versehene Druckschlauch, wie dies bei Hydraulikschläuchen beispielsweise handelsüblich ist, in eine Bohrung des Wellenkupplungsstückes eingeführt und von der anderen Seite her abdichtend mit dem Wellenkupplungsstück verbunden wird. Dies erfolgt zweckmäßigerweise durch eine Rohrverschraubung mit Konusring, beispielsweise durch eine Verschraubung vom Typ BEMETO, wobei das Wellenkupplungsstück als Überwurfmutter ausgebildet ist. Grundsätzlich kann aber auch ein Verkleben des Rohrfortsatzes des Druckschlauches innerhalb des Wellenkupplungsstückes erfolgen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen beansprucht.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen noch näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:
Figur 1 eine sche-catische Darstellung der Gesamtanordnung der Vorrichtung,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Umlenkeinheit in Draufsicht, Figur 3 einen Schnitt durch den Drehteller der Umlenkeinheit nach Figur 2,
Figuren
4 - 6 Ausführungsformen der biegsamen Welle und
Figur 7 eine Darstellung der Kupplungsstücke einer biegsamen Welle mit der Befestigung der Enden des Druckschlauches für die Spülflüssigkeit darin.
In Figur 1 ist schematisch die Gesamtanordnung einer Vorrichtung zum Einbringen von Bohrlöchern dargestellt. Die Richtung des Strebverlaufes ist durch den Pfeil 1 angedeutet. Die Vorrichtung besteht aus einer Antriebseinheit 2, einer Umlenkeinheit 3 und einer zusätzlichen Vorschubeinheit 4 für die im wesentlichen als biegsame Welle ausgeführte Bohrwelle 5, mit der eine (nicht dargestellte) Bohrkrone zum Einbringen eines Bohrloches in eine Gesteinswand in Richtung des Pfeiles 6 vorgetrieben wird. Die gesamte Vorrichtung ist auf einem (nicht gezeigten) gemeinsamen Rahmen angeordnet, der auf vorgesehenen Fortbewegungsbahnen in Richtung des Strebverlaufes 1 verfahrbar ist.
Die Antriebseinheit 2 enthält den Drehantrieb für die Bohrwelle 6 und ist relativ zur Umlenkeinheit 3 in Richtung des Pfeiles 1 auf dem (nicht gezeigten) gemeinsamen Rahmen verfahrbar. Die Antriebseinheit 8 und die Umlenkeinheit 3 sind je mit einer Rohrführung 7 bzw. 8 für die biegsame Welle 5 versehen, die bei der Vorschubbewegung der Antriebseinheit 2 gegenüber der Umlenkeinheit 3 teleskopisch übereinanderschiebbar sind. Innerhalb der Umlenkeinheit 3 ist der Umlenkweg 9 der biegsamen Welle 5 lediglich gestrichelt angedeutet. Die zusätzliche Vorschubeinheit 4 ist, wie die Umlenkeinheit 3, stationär auf dem (nicht gezeigten) gemeinsamen Rahmen angebracht und enthält einen mit rotierenden Klemmbacken arbeitenden Vorschubantrieb für die biegsame Welle 5, der im einzelnen nicht dargestellt ist.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform der Umlenkeinheit schematisch dargestellt. Zu erkennen ist der Verlauf der biegsamen Welle 5, die, von der Antriebseinheit kommend, durch die nur mit ihrem Endabschnitt dargestellte Rohrführung 7 in die Umlenkeinheit 3 eingeführt ist. Sie verläßt die Umlenkeinheit 3 nach einer Umlenkung um 90° durch ein Führungsstück 10, das die biegsame Welle 5 in Richtung auf ein einzubringendes Bohrloch führt.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Führungsstück 10 und die sich daran eventuell anschließende Vorschubeinheit 4 in ihrer Winkelstellung zur Rohrführung 7 veränderbar ausgeführt sein können, da es unter Umständen erforderlich sein kann, auch Bohrlöcher unter einem Winkel auszuführen, der von der zur Bewegungsrichtung der Vorrichtung senkrechten Richtung abweicht.
Auf ihrem Umlenkweg innerhalb der Umlenkeinheit 3 ist die biegsame Welle 5 an der Außenseite ihres gekrümmten Verlaufes durch einen Drehteller 11 gestützt, der im senkrechten Schnitt in Figur 3 dargestellt ist. Der Drehteller 11 ist entlang seinem Umfang mit einer Anzahl von paarweise übereinander angeordneten Rollen 12 versehen, die in kranzförmig angeordneten Lagerböcken 13 drehbar gelagert sind. Die Rollen 12 sind derart ballig ausgeführt, daß die Hintereinanderverbindung ihrer äußeren Mantellinien der Kreisform angenähert ist. Die Lagerböcke 13 sind gegenüber dem äußeren Mantellinienkreis der Rollen 12 zurückgesetzt und so klein wie möglich ausgeführt, um den Umfang des Drehtellers 11 möglichst weitgehend mit Rollenoberflächen besetzt zu haben, Die Paare von Rollen 12 sind in ihrer Höhe derart angeordnet, daß sich die biegsame Welle 5 in der Vertiefung 14 (Figur 3) zwischen den Rollen 12 eines Paares abstützt und gegen ein Ausweichen nach oben und unten gehalten wird.
Die Rollen 12 folgen der Rotation der biegsamen Welle 5 und der Drehteller 11 dreht sich entsprechend dem Vorschub der Welle weiter. Der Drehteller 11 ist derart ausgeführt, daß er die gesamte Reaktionskraft für die Umlenkung der in Richtung der Rohrführung 7 aufgebrachten Vorschubkraft in die Richtung des Führungsstückes 10 aufnimmt. Außerdem wird durch die Art der Ausführung des Drehtellers 11 eine Reibung der biegsamen Welle 5 an ihrer Umlenkungabstützung unter dem Druck der aufgebrachten axialen Vorschubkräfte vermieden.
Neben den Drehteller 11 können erforderlichenfalls auch noch weitere mit abrollenden Elementen versehene Umlenkeinrichtungen innerhalb der Umlenkeinheit 3 vorgesehen werden, falls dies zu einer sicheren Führung der biegsamen Welle 5 erforderlich ist.
In den Figuren 4 bis 6 sind unterschiedliche Ausführungsformen für die biegsame Welle 5 dargestellt. Eine Welle mit im Querschnitt kreisförmigem Stahlprofil ist in ihrer Verwendung auf Vorschubkräfte bis zu einer bestimmten Höhe und ebenfalls auf ein zu übertragendes Drehmoment bis zu einer bestimmten Höhe begrenzt. Es ist daher zweckmäßig und in manchen Fällen unerläßlich, ein Querschnittprofil der Stahlwindungen der biegs'amen Welle zu wählen, welches einerseits eine möglichst flächige Anlage der einzelnen Windungen aneinander gewährleistet und andererseits auch ein seitliches Ausscheren oder ein Zusammenbiegen einzelner Windungen unter dem aufgebrachten Drehmoment und der angewandten Vorschubkraft ver hindert.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus einer biegsamen Welle, deren Stahlprofil lediglich an gegenüberliegenden Seiten abgeflacht ist, um eine flächige Anlage der Windungen gegeneinander zu erreichen und die Gefahr eines seitlichen Ausscherens von Windungen zu vermeiden, wie das bei der nur kreislinienförmigen Aneinanderlage an den Höchstpunkten kreisförmiger Profile möglich ist.
Figur 5 zeigt eine Profilgebung, bei dem ein Querversatz zwischen den einzelnen Windungen zusätzlich durch ineinandergreifende Wulste und Nuten verhindert ist. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zeigt die in Figur 6 dargestellte Welle. Hier weisen die Stahlwindungen in ihrem Querschnittsprofil eine abgekröpfte Ausbildung auf, so daß die einzelnen Windungen sich gegenseitig übergreifen. Dadurch entstehen sowohl axiale gegenseitige Anlageflächen 15 wie auch radiale Anlageflächen 16, die selbst bei einer gewissen Aufspreizung der biegsamen Welle an der Außenseite ihrer Umlenkbahn noch ein gegenseitiges Hintergreifen gewährleisten, wodurch ein Querversatz zwischen den Windungen oder ein Zusammendrehen einer einzelnen Windung vermieden wird.
In Figur 7 sind die Kupplungsenden einer biegsamen Welle dargestellt, die der Einfachheit halber mit einem kreisförmigen Stahlprofil gezeichnet ist. Zur Verbindung der biegsamen Welle mit den Anschlußelementen ist diese an jedem Ende mit einem Kupplungsstück 17 versehen. Diese Kupplungsstücke 17 sind mit einem Gewindefortsatz 18 jeweils in das Ende der biegsamen Welle 5 eingedreht, wobei das Gewinde des Gewindefortsatzes 18 den Windungsgängen der biegsamen Welle entspricht. Die Drehrichtung ist derart, daß die Kupplungsstücke 17 sich bei positiver Drehrichtung der Welle in deren Enden weiter hineindrehen.
Innerhalb der biegsamen Welle 5 ist ein Hochdruckschlauch 19 angeordnet, der in der Darstellung der Figur 7 wie auch die biegsame Welle 5 selbst abgebrochen gezeichnet ist. Der Hochdruckschlauch 19 ist an seinen Enden mit einem Rohrfortsatz 20 versehen, mit dem er in eine Bohrung 21 des Kupplungsstückes 17 eingeführt ist. Innerhalb einer mit Innengewinde versehenen Ausweitung 22 innerhalb des Kupplungsstückes 17 ist von der der biegsamen Welle 5 abgewandten Seite des Kupplungsstückes 17 her ein Keilring 23 auf den Rohrfortsatz 20 des Hochdruckschlauches 19 aufgeschoben, der mittels eines Schraubnippels 24 gegen eine Schulter 25 im Kupplungsstück 17 verspannt ist. Der Rohrfortsatz 20 des Hochdruckschlauches 19 liegt mit seinem Ende gegen eine Schulter 26 innerhalb des Nippels 24 an. Außerdem ist der Rohrfortsatz 20 so ausgebildet, daß er mit einer weiteren Schulter 27 gegen die Vorderkante des Kupplungsstückes 17 anliegt und dort abgestützt ist.
Durch diese Ausbildung ist es möglich, die Enden des Hochdruckschlauches 19 mit den Kupplungsstücken 17 zu verbinden, nachdem diese in die Enden der biegsamen Welle 5 eingeschraubt worden sind.
Der Nippel 24 ist in der Figur 7 mit einem Außensextant zum Einschrauben dargestellt. Der Durchmesser des Nippels kann an dieser Stelle auch geringer gewählt werden, um noch mehr Platz für ein weiteres eingelassenes Gewinde an der Außenseite des Kupplungsstückes 17 zur Verfügung zu haben, mit dem dieses dann mit den angrenzenden Elementen, beispielsweise einem Stück einer starren, hohlen Bohrwelle oder der Bohrkrone zu verbinden. Diese an schließenden, hohl ausgeführten Elemente dienen selbst als Strömungskanal für die Spülflüssigkeit, so daß eine Fortführung des in der biegsamen Welle vorgesehenen Hochdruckschlauches in diese Elemente hinein im allgemeinen nicht erforderlich ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Einbringen von Bohrlöchern insbesondere in die seitliche Abbaufront von unterirdischen Abbauräumen geringer Breite mit einem gegebenenfalls schienengebunden innerhalb des Abbauraumes verfahrbaren und zur Aufnahme von Reaktionskräften abstützbarem Bohraggregat zum Antreiben und Vorschieben einer an einer verlängerbaren Bohrwelle angeordneten Bohrkrone, wobei die verlängerbare Bohrwelle mit einem Durchtrittskanal für unter Druck befindliche Spülflüssigkeit versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohraggregat mit einer im allgemeinen in Richtung des Abbauraumes relativ zum Aggregat verfahrbaren Antriebseinheit (2) versehen ist, daß die Bohrwelle zumindest teilweise aus einer aus einer Stahlspirale gebildeten flexiblen Welle (5) besteht, in deren Innerem der Durchtrittskanal für die Spülflüssigkeit als Druckschlauch (19) ausgebildet ist, und daß das Aggregat mit einer Umlenkeinheit (3) für die flexible Welle (5) versehen ist, mittels derer die flexible Welle mit der Bohrkrone in eine Arbeitsrichtung unter einem Winkel zur Bewegungsrichtung der Antriebseinheit (2) umlenkbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (2) mit einem Vorschubantrieb für die Bohrwelle (5) versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Umlenkeinheit (3) ein Vorschubantrieb (4) für die rotierende Bohrwelle (5) zum unmittelbaren Vorschub der Bohrwelle (5) in Richtung des Bohrloches vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubantrieb (4) mit einer um die rotierende flexible Welle (5) schließbaren Klemmbackeneinheit versehen ist, mittels derer die flexible Welle um eine bestimmte Länge vortreibbar ist, und die dann lösbar, um die bestimmte Länge zurückbewegbar und jeweils erneut um die flexible Welle schließbar und um die bestimmte Länge vortreibbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbackeneinheit entsprechend dem deutschen Patent 2714 124 ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (2) gegenüber der Umlenkeinheit (3) um einen Betrag verfahrbar ist, der der maximalen Tiefe der mit einem Bohrhub einzubringenden Bohrlöcher entspricht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Umlenkeinheit (2) eine Rohrführung (7) für die flexible Welle (5) vorgesehen ist, deren Länge mindestens der maximalen Tiefe des Bohrhubes entspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrführung (7) zwecks Längenänderung auswechselbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (2) mit einer entsprechenden Rohrfürhung (8) versehen ist, welche mit der Rohrführung (7) der Umlenkeinheit (3) teleskopisch zusammenschiebbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß von der Antriebseinheit (2) bis zur flexiblen Welle (5) ein starrer Bohrwellenabschnitt vorgesehen ist, der bis zur Umlenkeinheit (3) in die Rohrführung (7) vor der Umlenkeinheit vortreibbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinheit (3) eine gekrümmte Rohrführung für die flexible Welle oder Teile einer solchen Rohrführung enthält.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinheit einen in der Umlenkebene der flexiblen Welle (5) liegenden Drehteller (11) mit entlang seines Umfanges angeordneten rotierbaren Elementen (12) aufweist, die der Abstützung der flexiblen Welle (5) in ihrem Krümmungsbereich dienen und in Ebenen senkrecht zur Umlenkebene der flexiblen Welle (5) rotierbar sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierbaren Elemente aus einer Mehrzahl von Rollen (12) bestehen, die im Bezug auf die Umlenkebene der flexiblen Welle (5) jeweils paarweise übereinander angeordnet sind und deren Achse zwei übereinanderliegende Tangentialvielecke in bezug auf den
Drehteller (11) bilden.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (12) ballig ausgebildet sind und damit die Kurve ihre Mantellinien der Kreisform angenähert ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinheit (3) mit Umlenkelementen versehen ist, welche Paare in Bezug auf die Umlenkebene der Welle übereinander angeordneter, rotierbar gelagerter Kugeln aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Welle (5) aus einem Stahlprofil mit zwei sich gegenüberliegenden abgeflachten Flächen (Figur 4) gewickelt ist, mit denen die einzelnen Windungen der Welle gegenseitig aneinander anliegen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der abgeflachten Flächen mit einer in Längsrichtung verlaufenden Hohlkehle und die andere mit einer entsprechenden Wulst versehen ist (Figur 5), die bei aneinanderliegenden Windungen der Welle jeweils ineinandergreifen, um einen Querversatz der Windungen zu verhindern.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Welle aus einem in seinem Querschnitt gekröpften Profil derart ausgebildet ist, daß die einzelnen Windungen der Welle sich gegenseitig übergreifen, so daß auch bei nicht dicht aneinanderliegenden Windungen ein Querversatz verhindert ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des 'innerhalb der flexiblen Welle (5) angeordneten Druckschlauches (19) Rohrfortsätze (20) angebracht sind, daß diese Rohrfortsätze (20) in die in die Enden der flexiblen Welle (5) eingeschraubten Kupplungsstücke (17) hineingeführt und jeweils von der der flexiblen Welle abgewandten Seite des Kupplungsstückes (17) her abdichtend in diesem befestigt sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die abdichtende Befestigung in Form einer lötlosen Rohrverschraubung (23, 24) mit Keilring (23) ausgeführt ist, bei der das Wellenkupplungsstück (17) als Überwurfmutter dient.
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