WO1993009328A1 - Bohrverfahren und einrichtung zur ausübung des verfahrens - Google Patents

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WO1993009328A1
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Andrea Linard Mathis
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Renfer, Heinz
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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
    • E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
    • 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
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14—Fluid operated hammers

Definitions

  • the present invention relates to a drilling method with rotating and striking drilling devices, and to a device for carrying out the proposed method.
  • Drilling devices have become known.
  • the hydraulically operated percussion boring mills which have a percussion tube which carries an percussion drilling ring at one end and with the aid of a hydraulic, have proven successful Rotary impact mechanism is operated.
  • the impact tube is screwed into a holder which is connected to the rotary impact mechanism, whereby care must be taken that the rotary tube in the screw connection is not loosened or loosened when drilling under the influence of rotation and impact.
  • the pneumatically or hydraulically operated rotary hammers have also proven to be excellent. These in turn have a tube in which the hammer with chisel is arranged at one end. With these devices, the pipe does not have to transmit any impact forces and torques and is therefore screwed into a holder with a normal right-hand thread. A percussion and turning effect is generated pneumatically or hydraulically in the down-the-hole hammer and exerted on the chisel assembled with the hammer.
  • the object to be achieved by the invention is now to propose a drilling method and a device which allows a simultaneous work with a down-the-hole hammer and a hammer drill using the same installation.
  • the downhole hammer should not be damaged by the blows directed at the hammer drill, nor should the tube receiving the downhole hammer be loosened or loosened from its screw connection.
  • a first device namely with the down-the-hole hammer
  • a second device connected to the first device is used simultaneously, the first device facing the second device as it occurs act certain drilling strokes, torques and vibrations, shock-absorbing is isolated, so that the effects mentioned are absorbed, absorbed or at least damped.
  • the mentioned drilling strokes and torques therefore act practically exclusively on the second device, i.e. on the hydraulically operated hammer drill.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an expedient device for carrying out the method.
  • a hydraulic rotary hammer mechanism is designated by 1. This is known and is widely used in drilling installations.
  • a holder 2 is connected to the rotary impact mechanism, which has connections for an impact boring machine with an external impact tube 3 and drill bit 4 as well as for an inner tube 5. This is equipped at its end to be inserted into the borehole with a pneumatically or hydraulically driven hammer drill 6.
  • the detailed design of the holder 2 is subsequently explained with reference to FIG. 2.
  • the hammer drill 6 is designed as a down-the-hole hammer with a chisel 7, which protrudes somewhat from the impact tube 3, which surrounds the inner tube 5, as can be clearly seen from FIG. 1.
  • the inner tube 5 is fastened in the holder 2 with the aid of a damping element 8, which absorbs or at least considerably dampens the impacts, vibrations and torque exerted by the rotary impact mechanism 1 in such a way that it no longer affects the inner tube 5 and thus the hammer drill 6 act.
  • the outer impact tube 3, transmits the impacts and the torque to the drill bit 4.
  • a pneumatic line 9 leads from the outside through the holder 2 and through the inner tube 5 to the hammer drill 6 and drives this.
  • the air emerging from the chisel 7 then serves to flush the drill material out of the
  • the holder 2 shows the holder 2 with the most important design features and details on an enlarged scale.
  • the holder 2 has a tubular housing 11 which is provided at one end with a sleeve 12 which projects from the housing and which has an internal thread 13 for fastening the outer impact tube 3.
  • the other end of the sleeve has a flange 14 which is fastened to the facing end face of the housing 11 by means of screws 15. With 16 two recesses in the housing 11 are designated.
  • a two-part nipple with the two parts 17 and 18 is arranged coaxially, the first nipple 17 being screwed to a head part 19, which in turn is screwed into the housing 11 with its flange 20 at the open end.
  • the head part 19 is equipped with a connecting sleeve 27 for a rotary hammer mechanism.
  • a damping element 21 (designated 8 in FIG. 1) is clamped between the two nipples 17 and 18. This can be made of an elastic material
  • an elastic disc there can also be a hydraulic or pneumatic damping element, which e.g. how a shock absorber can be designed.
  • a damping cylinder When using an appropriate damping cylinder, very strong impact forces can be dampened and absorbed. By adjusting the damping effect, a simple adaptation of the device to the current one
  • the rotary hammer mechanism which is known per se and which is designated by 1 in FIG. 1, is connected to the head part 19, the impacts generated being transmitted through the flange 20 to both the housing 11 and the flange of the nipple 17.
  • the housing 11 is connected by means of the sleeve 12 with the impact tube 3, which performs 4 drilling work under the action of the blows with the help of the crown.
  • the nipple 18, which is impact-insulated by the damping elements 21, is connected to a double sleeve 22 which has a connection 23 for the inner tube 5.
  • the latter carries at its opposite end, the rotary hammer 5 with chisel 7.
  • the rotary hammer works pneumatically, compressed air being supplied through a line (not shown), through a connection 24 and further through bores 25 and 26 in the nipple 17 and through a central unit (not shown) Bore of the damping element through the nipple 18 is guided into the inner tube 5.
  • the proposed damping has the effect that the impact of the hydraulic rotary impact mechanism 1 is directed, so to speak, exclusively onto the outer impact tube 3 and the hammer drill 6 in the inner tube 5 does not suffer any damage. A loosening of the screw connection of the inner tube 5 is also excluded, since the vibrations and the rotary movements of the hydraulic rotary hammer mechanism 1 are absorbed by the damping elements 21. Simultaneous work with both devices is made possible by pre-drilling with the pneumatically operated in-hole hammer and in the same operation the impact drill coupled with the in-hole hammer continuously and simultaneously enlarges the borehole.
  • outer impact tube 3 and / or that to screw inner tube 5 from several partial tubes, whereby the usual right-hand or left-hand thread can be used.
  • multi-part inner tubes are protected from knocks and vibrations, so that there is no fear of loosening or loosening of the screw connections.

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Abstract

Beim vorgeschlagenen Bohrverfahren wird mit Hilfe eines hydraulischen Drehschlagwerkes (1) ein Schlagbohrwerk betätigt, in dessen Schlagrohr (3) ein inneres Rohr (5) mit Bohrhammer (6) untergebracht ist. Das Schlagrohr (3) ist direkt in einem Halter (2) des Drehschlagwerkes (1) befestigt, während das innere Rohr (5) unter Zwischenschaltung eines Dämpfungselementes (8) von Schlägen und Vibrationen verschont im gleichen Halter (2) angeschlossen ist. Es ist in dieser Weise möglich das Schlagbohrwerk und den Bohrhammer simultan einzusetzen, ohne dass eine Beschädigung des Bohrhammers (6) durch äussere Schläge und ein Lösen der Verschraubungen des inneren Rohres (5) zu befürchten werden musste.

Description

Bohrverfahren und Einrichtung zur Ausübung des
Verfahrens.
Die- vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bohrverfahren mit sich drehenden und schlagenden Bohrgeräten, sowie auf eine Einrichtung zur Ausübung des vorgeschlagenen Verfahrens.
Zur Bewältigung der verschiedensten Bohraufgaben unter Berücksichtigung der verschiedenen Bodenbeschaffen- heiten, welche nicht nur von Ort zu Ort variieren können, sondern sich oft von der Oberfläche bis zum Baugrund ändern, sind bereits verschiedene Bohrverfahren sowie
Bohreinrichtungen bekannt geworden. Insbesondere haben sich die hydraulisch betriebenen Schlagbohrwerke bewährt, welche ein Schlagrohr aufweisen, das am einen Ende einen Schlagbohrkranz trägt und mit Hilfe eines hydraulischen Drehschlagwerkes betrieben wird. Das Schlagrohr wird in einen Halter eingeschraubt, welcher mit dem Drehschlagwerk in Verbindung steht, wobei dafür Sorge getragen werden muss, dass beim Bohren unter der Dreh- und Schlageinwirkung, das Drehrohr in der Verschraubung nicht gelöst oder gelockert wird.
Ferner haben sich die pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Drehhammer, die sog. Imlochhammer, ebenfalls vorzüglich bewährt. Diese weisen wiederum ein Rohr auf, in welchem am einen Ende der Hammer mit Meissel angeordnet ist. Das Rohr muss bei diesen Geräten keine Schlagkräfte und Drehmomente übertragen und wird deshalb mit normalem Rechtsgewinde in einem Halter verschraubt. Eine Schlagund Drehwirkung wird unmittelbar im Imlochhammer pneuma- tisch oder hydralisch erzeugt und auf den mit dem Hammer zusammengebauten Meissel ausgeübt.
Es wäre sehr oft erwünscht bei entsprechenden geologischen Verhältnissen mit einem pneumatischen, sich im Bohrloch befindlichen Imlochhammer und mit einem hydraulisch oder pneumatisch von der Oberfläche aus betätigten Schlagbohrwerk simultan zu arbeiten. Dies ist bei der Verwendung der gleichen Installation, dh. durch die Anordnung des Imlochhammers im Schlagrohr des Schlagbohrwerkes nicht möglich, da die auf den Schlagbohrer gerichteten Schläge des Schlagbohrwerkes auch auf den Imlochhammer einwirken und diesen beschädigen und darüber hinaus unter ungünstigen
Bedingungen die Erschütterungen ein Lösen des Rohrgewindes bewirken könnten.
Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht jetzt darin, ein Bohrverfahren und eine Einrichtung vorzuschlagen, welches bzw. welche ein simultanes Arbeiten mit einem Imlochhammer und einem Schlagbohrwerk unter Verwendung der gleichen Installation erlaubt. Dabei sollte weder der Imlochhammer durch die auf das Schlagbohrwerk gerichteten Schläge beschädigt, noch das den Imlochhammer aufnehmende Rohr von seiner Verschraubung gelöst oder gelockert werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 3 vorgeschlagen.
Besonders vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens und der Einrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung dargestellt, welche auch zur Erläuterung des Verfahrens dient. Es zeigen:
Fig.1 eine rein schematische Darstellung der Einrichtung im vertikalen Axialschnitt und
Fig.2 einen Vertikalschnitt durch einen Halter in
einer gegenüber Fig.1 vergrösserten Darstellung.
Gemäss dem vorgeschlagenen Verfahren wird mit einem ersten Gerät und zwar mit dem Imlochhammer vorgebohrt und im gleichen Arbeitsgang und durch die gleiche Installation simultan ein mit dem ersten Gerät in Verbindung stehendes zweites Gerät eingesetzt, wobei das erste Gerät gegenüber den auftretenden, auf das zweite Gerät zu wirken bestimmten Bohrschlägen, Drehmomenten und Vibrationen, schlagdämpfend isoliert wird, so dass die genannten Einwirkungen elastisch aufgefangen, absorbiert oder wenigstens gedämpft werden. Die genannten Bohrschläge und Drehmomente wirken somit praktisch ausschliesslich auf das zweite Gerät, d.h. auf das hydraulisch betriebene Schlagbohrwerk.
Zur Illustration wird zunächst auf die Fig.1 verwiesen, welche eine schematische Darstellung einer zweckmässigen Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens zeigt. Ein hydraulisches Drehschlagwerk ist mit 1 bezeichnet. Dies ist bekannt und wird vielfach in Bohrinstallationen verwendet . Mit dem Drehschlagwerk ist ein Halter 2 verbunden, welcher Anschlüsse für ein Schlagbohrwerk mit äusserem Schlagrohr 3 und Bohrkrone 4 sowie für ein inneres Rohr 5 aufweist. Dieses ist an seinem in das Bohrloch einzuführenden Ende mit einem pneumatisch oder hydraulisch antreibbaren Bohrhammer 6 ausgerüstet. Die nähere Ausbildung des Halters 2 wird an Hand der Fig. 2 anschliessend erläutert. Der Bohrhammer 6 ist als Imlochhammer mit Meissel 7 ausgebildet, welcher etwas aus dem Schlagrohr 3 herausragt, das das innere Rohr 5 umgibt, wie dies aus der Fig. 1 deutlich erkennbar ist.
Die Befestigung des inneren Rohres 5 im Halter 2 erfolgt mit Hilfe eines Dämpfungselementes 8, welches die vom Drehschlagwerk 1 ausgeübten Schläge, Vibrationen und das Drehmoment so absorbiert oder wenigstens erheblich dämpft, dass diese auf das innere Rohr 5 und somit auf den Bohrhammer 6 nicht mehr einwirken. Das äussere Schlagrohr 3 dagegen überträgt die Schläge und das Drehmoment auf die Bohrkrone 4.
Eine pneumatische Leitung 9 führt von aussen durch den Halter 2 und durch das innere Rohr 5 zum Bohrhammer 6 und treibt diesen an. Die aus dem Meissel 7 austretende Luft dient anschliessend zur Spülung des Bohrgutes aus dem
Bohrloch, welches dann durch den ringförmigen Hohlraum 10 in den Halter 2 zurückgeführt und entfernt wird.
In der Fig 2 ist der Halter 2 mit den wichtigsten Konstruktionsmerkmalen und Einzelheiten vergrössert dargestellt. Der Halter 2 weist ein rohrförmiges Gehäuse 11 auf, welches an einem Ende mit einer aus dem Gehäuse ragenden Hülse 12 versehen ist, die ein Innengewinde 13 zum Befestigen des äusseren Schlagrohres 3 besitzt. Das andere Hülsenende weist einen Flansch 14 auf, der an der zugekehrten Stirnfläche des Gehäuses 11 mittels Schrauben 15 festgemacht ist. Mit 16 sind zwei Ausnehmungen im Gehäuse 11 bezeichnet. Im Innern des Gehäuses 11 ist ein zweiteiliger Nippel mit den beiden Teilen 17 und 18 gleichachsig angeordnet, wobei der erste Nippel 17 mit einem Kopfteil 19 verschraubt ist, der seinerseits mit seinem Flansch 20 am offenen Ende des Gehäuses 11 in dieses eingeschraubt ist. Der Kopfteil 19 ist mit einer Anschlussmuffe 27 für ein Drehschlagwerk ausgerüstet.
Zwischen den beiden Nippeln 17 un'd 18 ist ein Dämpfungselement 21 (in der Fig.l mit 8 bezeichnet) eingespannt. Dieses kann aus einem elastischen Material
bestehen und ein oder mehrschichtig ausgebildet sein. Wesentlich sind die hervorragenden Dämpfungseigenschaften des Dämpfungselementes 21, welches die von einem Drehschlagwerk erzeugten Schläge, Vibrationen und Drehmomente absorbiert und grösstenteils vernichtet.
Anstelle einer elastischen Scheibe kann auch ein hydraulisches oder pneumatisches Dämpfungsorgan vorhanden sein, welches z.B. wie ein Stossdämpfer ausgebildet sein kann. Bei der Verwendung eines entsprechenden Dämpfungszylinders können sehr starke Schlagkräfte gedämpft und absorbiert werden. Durch die Einstellung der Dämpfwirkung kann eine einfache Anpassung der Einrichtung an die momentanen
Erfordernisse vorgenommen werden.
Das an und für sich bekannte Drehschlagwerk, welches in der Fig. 1 mit 1 bezeichnet ist, wird mit dem Kopfteil 19 verbunden, wobei die erzeugten Schläge durch den Flansch 20 sowohl auf das Gehäuse 11 als auch auf den Flansch des Nippels 17 übertragen werden. Das Gehäuse 11 steht mittels der Hülse 12 mit dem Schlagrohr 3 in Verbindung, welches unter Wirkung der Schläge mit Hilfe der Krone 4 Bohrarbeit leistet.
Der durch die Dämpfungselemente 21 schlag-isolierte Nippel 18 steht mit einer Doppelmuffe 22 in Verbindung, die einen Anschluss 23 für das Innenrohr 5 besitzt. Letzteres trägt an seinem abgekehrten Ende den Bohrhammer 5 mit Meissel 7. Der Bohrhammer arbeitet pneumatisch, wobei Druckluft durch eine Leitung (nicht gezeigt) zugeführt wird, die durch einen Anschluss 24 und weiter durch Bohrungen 25 und 26 in den Nippel 17 und durch eine nicht dargestellte zentrale Bohrung des Dämpfungselementes durch den Nippel 18 weiter in das innere Rohr 5 geführt wird.
In dieser Weise wird ein sehr rationelles Arbeiten ermöglicht, bei welchem das Wechseln der Arbeitsgeräte vermieden werden kann. Die vorgeschlagene Dämpfung bewirkt, dass der Schlag des hydraulischen Drehschlagwerkes 1 sozusagen ausschliesslich auf das äussere Schlagrohr 3 gerichtet wird und der Bohrhammer 6 im inneren Rohr 5 keinerlei Schaden erleidet. Auch ein Lösen der Verschraubung des inneren Rohres 5 ist ausgeschlossen, da die Vibrationen und die Drehbewegungen des hydraulischen Drehschlagwerkes 1 durch die Dämpfungselemente 21 absorbiert werden. Es wird ein simultanes Arbeiten mit beiden Geräten ermöglicht, indem mit dem pneumatisch betriebenen Imlochhammer vorgebohrt und im selben Arbeitsgang das mit dem Imlochhammer gekoppelte Schlagbohrgerät das Bohrloch kontinuierlich und simultan vergrössert. Es ist auch möglich das äussere Schlagrohr 3 und/oder das innere Rohr 5 aus mehreren Teilrohren zusammenzuschrauben, wobei die üblichen Rechts- oder Linksgewinde gebraucht werden können. Unter allen Umständen werden auch mehrteilige Innenrohre von Schlägen und Vibrationen verschont, so dass eine Lösung oder Lockerung der Schraubverbindungen nicht zu befürchten ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Bohrverfahren mit sich drehenden und schlagenden Bohrgeräten, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Gerät vorgebohrt und im gleichen Arbeitsgang simultan ein mit dem ersten Gerät verbundenes zweites Bohrgerät so eingesetzt wird, dass die auf das zweite Gerät ausgeübten Bohrschläge, Vibrationen und Drehmomente vor ihrer Auswirkung auf das erste Gerät erfasst, elastisch gedämpft und absorbiert werden.
2. Bohrverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem ersten pneumatisch betriebenen Gerät im Bohrloch eine an Ort und Stelle erzeugte Schlagwirkung ausgeübt wird, während ein zweites ausserhalb des Bohrloches von der Oberfläche aus betriebenes Gerät das Bohrloch simultan mit dem Einsatz des ersten Gerätes vergrössert, wobei die von der Oberfläche aus erzeugten Schlagkräfte, Vibrationen und Momente, sofern diese auf das erste Gerät gerichtet sind, gedämpft und absorbiert werden.
3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe sowohl einen Bohrhammer (6) als auch ein simultan einsetzbares Schlagbohrwerk (3, 4) aufweist, wobei das Schlagbohrwerk (3, 4) direkt, der Bohrhammer (6) dagegen unter Zwischenschaltung eines Dämpfungsorganes (8) an einem gemeinsamen Halter (2) eines Drehschlagwerkes (1) angeschlossen sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatisch angetriebene, am Ende eines Rohres (5) angeordnete Bohrhammer (6) als Imlochhammer ausgebildet ist und an seinem aus dem Rohr herausragenden Ende einen Meissel (7) trägt, während das Schlagrohr (3) des Schlagbohrwerkes (3, 4) mit einer gegenüber dem Meissel (7) achsial zurückversetzten Schlagbohrkrone (4) ausgerüstet ist.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Halter (2) einen Aussenanschluss (13) für das äussere Schlagrohr (3) und einen gleichachsig angeordneten und gleichgerichteten Innenanschluss (23) für das Halterohr (5) des Bohrhammers (6) sowie einen entgegengesetzt gerichteten Anschluss (27) für das hydraulische Drehschlagwerk aufweist, wobei der Innenanschluss mit einem zweiteiligen Nippel (17, 18) verbunden ist, der ein Schlagdämpfungsorgan (21) zur Absorption der in Richtung des Innenanschlusses (23) gerichteten Schläge enthält, während die Schläge in Richtung des Halterohr-Anschlusses (13) ungedämpft auf das Halterohr (3) zur Wirkung kommen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile des zweiteiligen Nippels (17, 18) an den einander zugekehrten Enden mit korrespondierenden Flanschen versehen sind, zwischen welchen das Schlagdämpfungsorgan (21) eingespannt ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiteilige Nippel (17, 18) im hulsenformigen Gehäuse (11) des gemeinsamen Halters (2) untergebracht ist, welcher Halter (2) mit dem Drehschlagwerk (1) in direkter Verbindung steht.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagdämpfungsorgan als hydraulisch oder pneumatisch betriebener Dämpfer ausgebildet ist.
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