WO2005033467A1 - Verfahren und vorrichtung zum bohren von löchern in boden- oder gesteinsmaterial - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bohren von löchern in boden- oder gesteinsmaterial Download PDF

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WO2005033467A1
WO2005033467A1 PCT/AT2004/000340 AT2004000340W WO2005033467A1 WO 2005033467 A1 WO2005033467 A1 WO 2005033467A1 AT 2004000340 W AT2004000340 W AT 2004000340W WO 2005033467 A1 WO2005033467 A1 WO 2005033467A1
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impact
drill bit
drill
drill string
ring
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PCT/AT2004/000340
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English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Mocivnik
Renè EGGER-MOCIVNIK
Original Assignee
Techmo Entwicklungs- Und Vertriebs Gmbh
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Priority to AT04761062T priority patent/ATE372442T1/de
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    • 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
    • E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
    • E21B6/02—Drives for drilling with combined rotary and percussive action the rotation being continuous
    • 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
    • E21B1/00—Percussion drilling
    • E21B1/12—Percussion drilling with a reciprocating impulse member
    • E21B1/24—Percussion drilling with a reciprocating impulse member the impulse member being a piston driven directly by fluid pressure
    • E21B1/26—Percussion drilling with a reciprocating impulse member the impulse member being a piston driven directly by fluid pressure by liquid pressure
    • 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
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes

Definitions

  • the present invention relates to a method for drilling, in particular impact or rotary impact drilling, of holes in soil or rock material, wherein a borehole is formed by a drill bit mounted on a drill bit by a striking and / or rotating movement and a coat or And a device for drilling, in particular percussion or rotary impact drilling, of holes in soil or rock material, wherein a drill bit mounted on a drill string by a striking and / or rotating movement forms a borehole and a Jacket or cladding tube is introduced into the wellbore.
  • embodiments are known in which a correspondingly solid casing tube is provided, which cooperates with the drill bit, in particular on its outer circumference, wherein in such embodiments, a substantially central drill pipe for introducing impact energy is dispensed with.
  • a disadvantage of this embodiment is in particular the fact that a very massive and therefore heavy casing pipe must be used to introduce the required energy degradation, which is usually provided for bores over short distances, such as well bores.
  • the present invention aims, starting from a method and a device of the type mentioned at the outset, to enable a reliable introduction of the degradation or impact energy into the drill bit as well as into the jacket tube or jacket tube.
  • a method of the type mentioned above essentially characterized in that the impact energy introduced by the drill pipe partially in particular centrally through the drill string on the drill bit and partly via a cooperating with the drill string impact shoe on the jacket or cladding tube is transferred.
  • the fact that the energy or impact energy is transmitted separately in particular centrally through the drill string on the drill bit and partially on a co-operating with the drill pipe impact shoe on the jacket or cladding manages a decoupling during insertion of the drill bit of the additionally introduced during the drilling process Sheath or jacket tube. It is thus possible to reduce the energy required to be transferred to the drill bit to the drilling work required only for the drilling work.
  • the forces required for the insertion of the sheath or sheath tube can be taken into account separately from any frictional resistances between the outer circumference of the sheath or sheath and the well produced.
  • the impact energy from the drill pipe to the impact shoe be submerged Intermediate circuit of a shock ring is transmitted.
  • a transfer of energy from the centrally or centrally arranged drill string, which usually has a comparatively small diameter, carried on the large diameter having a blower, the beater substantially adapted to the diameter of the coupled jacket or Cladding tube is formed.
  • degraded material is introduced via at least one passage opening in the excavation surface of the drill bit in a defined between the outer circumference of the drill string and the inner circumference of the casing tube and the adjoining cladding tube annulus and discharged from the wellbore. It can thus bring the mined material directly through the at least one provided in the drill bit excavation opening in the annular space between the drill string and the adjoining the drill bit sheath or casing, so that a reliable and safe removal of the mined material from the field Removal surface of the drill bit can be made.
  • the striking ring with a corresponding to at least one passage opening of the excavation surface of the drill bit passage for the removal of material forms, and with the drill string to a rotary motion with the Drill bit is coupled.
  • Drill pipe after completion of the hole or the hole is inventively proposed according to a further preferred embodiment, that the drill bit and possibly the impact ring is coupled to the drill string via a plug connection, in particular polygonal, mutually complementary surfaces of the connector are provided.
  • a plug connection in particular polygonal, mutually complementary surfaces of a plug connection allow a secure coupling with the and reliable force introduction to the drill bit, while such a connector easily by a simple retraction allows removal of the drill string from the drill bit.
  • the impact ring By providing the protection provided by the In addition, it is also possible for the impact ring to remain in the borehole during removal of the drill string, so that there is no impediment to the removal of the drill string through the impact ring having an enlarged diameter compared to the drill string, possibly through the annular space between the outer circumference of the drill string and The material remaining of the inner diameter of the jacket or cladding tube must be feared.
  • a device of the type mentioned above is moreover characterized in that the drill bit can be acted upon by the drill string in its central region and that the drill rod cooperates with the jacket or sheath tube Impacted blower.
  • the drill bit can be acted upon by the drill string in its central region and that the drill rod cooperates with the jacket or sheath tube Impacted blower.
  • such an embodiment achieves a uniform introduction of the impact energy or energy to be transferred to the drill bit, thereby speeding up or supporting the drilling progress or drilling process.
  • no special measures are to be taken with regard to preferably reinforced regions of the drill bit which are to be formed in order to introduce the impact energy and to distribute it over the entire excavation surface.
  • the decoupling of the drill bit from the jacket or cladding tube furthermore makes it possible to design the drill bit in a correspondingly simplified manner since the forces required for an insertion of the jacket or cladding tube do not have to be transmitted to the jacket or cladding tube via the drill bit. but the jacket or cladding tube on the impact shoe, which cooperates with the drill pipe or is acted upon by this, is introduced into the interior of the borehole.
  • the drill string with the interposition of a shock ring with the impact shoe Transmission of impact energy is coupled to the jacket or cladding tube.
  • the impact ring is separated , formed by the impact shoe and the drill string.
  • individual parts of the device according to the invention can be produced separately from each other and thus simpler and further ensures that when removing the drill string after completion of the bore, as will be discussed in more detail below, the beater next to the drill bit and the Mantel- or cladding tube can remain in the borehole, so that a simple removal or removal of the drill string is possible without having to fear that by the larger external dimension for coupling with the glove having impact ring when removing the drill string from the Borehole by any mined material remaining in the well a hindrance in removing the
  • the impact shoe is welded to the jacket tube and / or jacket tube.
  • the drill bit at least one passage opening for introducing material into a between the outer periphery of the drill string and the inner circumference of the casing tube and the thereto having subsequent cladding defined annular space.
  • the impact ring at least one with the or the passage opening (s) of the excavation surface of the drill bit has aligned passage opening.
  • a plurality of passage openings in each case substantially equal angular distance from each other, in particular three passages in one each angular distance of 120 ° at the outer peripheral region of the drill bit and that of the impact ring is or are provided.
  • the drill bit and the impact ring are coupled via plug connections with the drill pipe, wherein the connectors have in particular polygonal stop or contact surfaces.
  • the connectors have in particular polygonal stop or contact surfaces.
  • an acute angle with the longitudinal axis of the drill string enclosing or a Kugelkalottenform having stop surfaces can be designed correspondingly inexpensive and reliable for the partially high forces to be introduced.
  • the drill bit at the end remote from the excavation surface connects to the guide shoe übergrei- fendes guide tube, which together with the drill bit relative to the beater as well the associated jacket or jacket tube is rotatable.
  • This guide tube has a correspondingly short length so as not to excessively increase frictional forces between the outer circumference of the guide tube and the produced wellbore, while the sheath tube is subjected only to tensile stress as discussed above and thus only in the longitudinal direction of the guide tube Borehole is introduced without rotation movement.
  • the guide tube and the impact shoe are secured in the axial direction, for example by a spring washer.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an inventive device for carrying out the method according to the invention
  • Fig. 2 is a front view of the drill bit of the embodiment of Figure 1 in the direction of the arrow II, wherein Figure 1 is a section along the line I-I of Figure 2.
  • FIG. 3 is a side view of the device according to the invention.
  • a drill bit which in a conventional manner a plurality of hard metal or hard material inserts 2 for breaking down unspecified material for forming a well, also not shown.
  • the drill bit 1 is coupled on its side facing away from the excavation surface 3 to a drill pipe 4, wherein in FIG. 1 only the foremost section of the drill pipe 4 is shown, wherein in a conventional manner the drill pipe 4, for example can be extended accordingly via the screw connection indicated by 5.
  • the drill pipe 4 acts substantially centrally or centrally in the region of a plug connection 6 directly with the drill bit 1, wherein in addition in Fig. 1 schematically a flushing channel 7 in the drill pipe 4 is indicated, which opens into corresponding scavenging openings 8, wel ehe in Area of the excavation surface 3 of the drill bit 1 are provided.
  • the drill pipe 4 at a distance from the connector 6 cooperates with a striking ring 9, which subsequently cooperates with a beater 10.
  • the impact shoe 10 transmits energy to a jacket tube 15th
  • surfaces or support surfaces 12 and 13 are provided, wherein the abutment surfaces or bearing surfaces 12 and 13 each one pointed Have angle with the longitudinal axis 14 of the drill string 4.
  • the contact surfaces 11 between the drill bit 1 and the central drill pipe 4 are formed by a ball dome shape for transmitting the required forces.
  • the impact shoe 10 is connected to the jacket tube 15 via a weld 16, so that at a loading of the impact shoe 10 in the direction of drilling or removal movement 17 at the same time the jacket tube 15 and the jacket tube 15 coupled and subsequent cladding tube 18 is taken.
  • a coupling via a ring 19 is provided for a coupling between the jacket tube 15 and the subsequent cladding tube 18.
  • FIG. 1 also shows that a guide tube 20 connects to the end of the drill bit 1 facing away from the removal surface 3, which tube is fixedly connected to the drill bit 1 and at least partially surrounds the impact ring 10. attacks.
  • An axial securing between the impact ring 10 and the guide tube 20 is indicated in Fig. 1 with 21 as a spring ring.
  • the guide tube 20 rotates together with the drill bit 1 in the direction of the arrow 22 during a dismantling process, while the jacket tube 15 and the adjoining jacket tube 18 only in the direction of the drilling movement 17 without any rotational movement be taken over the beater 10 in the interior of the borehole.
  • the impact ring 9 is formed separately from both the beater 10 and the drill pipe 4, so that after completion of the
  • the drill pipe 4 can be easily removed against the drilling direction 17 from the well and thus the interior of the casing tube 15 and the adjoining casing tube 18, which need not be feared that 15 or 18 befindliches inside the casing or sheath Material a removal of the drill string 4 obstructed, since the impact ring 9 in the borehole, ie remains in the interior of the casing tube 15.
  • the drill bit 1 at its excavation surface 3 at least one and in the illustrated embodiment, three passages 23, which are arranged at a distance substantially equal angular distance of 120 ° from each other.
  • the impact ring 9 has corresponding aligned passage openings 24, so that a large passage cross-section for a discharge of the material directly through the excavation surface of the drill bit 1 and subsequently in between Outer circumference of the drill string 4 and the inner circumference of the casing tube 15 and the adjoining cladding tube 18 defined annular space 25 is made possible.
  • the impact ring 9 is formed separately from both the beater 10 and the drill pipe 4, thus even in the presence of optionally coarse material in the annulus 25, the drill string 4 safely removed after completion of the bore or are drawn, since in addition to the substantially smooth outer periphery of the drill string 4, as can be seen in the right part of Fig. 1, which has a smaller cross-section portion 26 which is surrounded by the impact ring 9, no obstacle to a removal of the drill string after completion of the hole represents.

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bohren, ins­besondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern in Bo­den- oder Gesteinsmaterial, wobei durch eine an einem Bohr­gestänge (4) gelagerte Bohrkrone (1) durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch gebildet wird und ein Mantel- bzw. Hüllrohr (15, 18) in das Bohrloch einge­bracht wird, ist vorgesehen, daß die vom Bohrgestänge (4) eingebrachte Schlagenergie teilweise insbesondere mittig durch das Bohrgestänge (4) auf die Bohrkrone (1) und teilweise über einen mit dem Bohrgestänge (4) zusammenwirkenden Schlagschuh (10) auf das Mantel- bzw. Hüllrohr (15, 18) übertragen wird, wodurch ein zuverlässiges Einbringen der Abbau- bzw. Schlagenergie in die Bohrkrone (1) als auch in das Mantel- bzw. Hüllrohr (15, 18) ermöglicht wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BOHREN VON LÖCHERN IN BODENODER GESTEINSMATERIAL
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch gebildet wird und ein Mantel- bzw. Hüllrohr in das Bohrloch eingebracht wird, sowie auf eine Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern in Boden- oder, Gesteinsmaterial, wobei eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch bildet und ein Mantel- bzw. Hüllrohr in das Bohrloch einbringbar ist .
Im Zusammenhang mit Verfahren und Vorrichtungen zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial sind unterschiedliche Ausfüh- rungsformen bekannt. So ist beispielsweise bekannt, eine Bohrkrone zur Einbringung von Schlagenergie unmittelbar mit einem Bohrgestänge zu koppeln, wo beispielsweise ein Mantel- bzw. Hüllrohr unter Zugbeanspruchung durch die Bohrkrone in das Innere des Bohrlochs eingebracht wird, wobei eine entsprechende Kopplung zwischen dem Mantel- und/oder Hüllrohr und der Bohrkrone an dem der Abbaufläche abgewandten Ende erfolgt. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist die Tatsache, daß auch die Energie zum Einbringen des Mantel- bzw. Hüllrohrs, welches beispielsweise Reibungswider- stände durch eine teilweise Anlage an der Bohrlochwand bewirkt, über die Bohrkrone eingebracht werden muß. Weiters sind Ausführungsformen bekannt, bei welchen ein entsprechend massiv ausgebildetes Mantelrohr vorgesehen ist, welches mit der Bohrkrone insbesondere an deren Außenumfang zusammenwirkt, wobei bei derartigen Ausführungsfor- men auf ein im wesentlichen zentrales Bohrgestänge zur Einbringung von Schlagenergie verzichtet wird. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist insbesondere die Tatsache, daß zur Einbringung der erforderlichen Abbauenergie ein sehr massives und somit schweres Mantelrohr Verwendung finden muß, welches üblicherweise für Bohrungen über kurze Strek- ken, wie beispielsweise Brunnenbohrungen, vorgesehen wird.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ausgehend von einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs genann- ten Art ein zuverlässiges Einbringen der Abbau- bzw. Schlagenergie in die Bohrkrone als auch in das Mantel- bzw. r Hüllrohr zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgaben ist ein Verfahren der eingangs, genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die vom Bohrgestänge eingebrachte Schlagenergie teilweise insbesondere mittig durch das Bohrgestänge auf die Bohrkrone und teilweise über einen mit dem Bohrgestänge zusammenwirkenden Schlags'chuh auf das Mantel- bzw. Hüllrohr über- tragen wird. Dadurch, daß die Energie bzw. Schlagenergie getrennt insbesondere mittig durch das Bohrgestänge auf die Bohrkrone und teilweise über einen mit dem Bohrgestänge zusammenwirkenden Schlagschuh auf das Mantel- bzw. Hüllrohr übertragen wird, gelingt eine Entkopplung beim Einbringen der Bohrkrone von dem während des Bohrvorgangs zusätzlich einzubringenden Mantel- bzw. Hüllrohr. Es wird somit möglich, die auf die Bohrkrone zu übertragende Abbau- bzw. Schlagenergie auf das lediglich für die Bohrarbeit erfor- derliehe Ausmaß zu begrenzen, wobei darüber hinaus erfindungsgemäß die für das Einbringen des Mantel- bzw. Hüll- rohrs erforderlichen Kräfte von gegebenenfalls vorliegenden Reibungswiderständen zwischen dem Außenumfang des Mantel- bzw. Hüllrohrs und dem hergestellten Bohrloch getrennt berücksichtigt werden können. Durch eine derartige Entkopplung der Bohrkrone von dem Mantel- bzw. Hüllrohr zum Einbringen des Mantel- bzw. Hüllrohrs ist es im Vergleich zu bekannten Ausführungsformen nicht notwendig, die für ein Einbringen des Mantel- bzw. Hüllrohrs erforderliche Energie vom Bohrgestänge auf die Bohrkrone und in weiterer Folge , auf das Hüllrohr einzubringen, so daß auf die Bohrkrone lediglich die für ein Abbauen bzw. Bohren erforderliche Energie übertragen werden muß.
Für eine günstige Einbringung der Energie zur Mitnahme bzw. zum Einbringen des Mantel- bzw. Hüllrohrs in das Innere des Bohrlochs durch den einen vergleichsweise großen Außendurchmesser aufweisenden Schlagschuh wird gemäß einer be- vorzugten Ausführungsformen vorgeschlagen, daß die Schlagenergie von dem Bohrgestänge auf den Schlagschuh unter Zwischenschaltung eines Schlagrings übertragen wird. Durch einen derartigen Schlagring kann eine Übertragung der Energie von dem mittig bzw. zentral angeordneten Bohrgestänge, welches üblicherweise einen vergleichsweise geringen Durchmesser aufweist, auf den einen großen Durchmesser aufweisenden Schlagschuh erfolgen, wobei der Schlagschuh im wesentlichen angepaßt an Durchmesser des damit gekoppelten Mantel- bzw. Hüllrohrs ausgebildet ist. Durch Vorsehen des getrennten Schlagrings kann auch auf die unterschiedlichen
Beanspruchungen, welche auf die Einzelteile wirken, Rücksicht genommen werden. Für eine besonders gleichmäßige Einbringung der Energie bzw. deren Übertragung auf die Bohrkrone als auch auf den Schlagring bzw. Schlagschuh unter Verwendung von einfachen und kostengünstig herstellbaren Elementen wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Übertragung der Schlagenergie von dem Bohrgestänge auf den Schlagschuh und/oder den zwischengeschalteten Schlagring und auf die Bohrkrone über jeweils einen spitzen Winkel mit der Längsachse des Bohrgestänges einschließende bzw. eine Kugelkalottenform aufweisende Anlage- bzw. Anschlagflächen vorgenommen wird. Derartige Anlageflächen, welche mit der^ Längsachse des Bohrgestänges einen spitzen Winkel einschließen oder eine Kugelkalottenform insbesondere zwischen dem Bohrgestänge und dem von der Abbaufläche abgewandten Ende der Bohrkrone lassen sich einfach und mit den für eine ordnungsgemäße Kraftübertragung entsprechenden Toleranzen herstellen.
Für einen einfachen und sicheren Abtransport des abgebauten Materials wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß abgebautes Material über wenigstens eine Durchtrittsöffnung in der Abbaufläche der Bohrkrone in einen zwischen dem Außenumfang des Bohrgestänges und dem Innenumfang des Mantelrohrs und des daran anschließenden Hüllrohrs definierten Ringraum eingebracht wird und aus dem Bohrloch ausgebracht wird. Es läßt sich somit das abgebaute Material direkt durch die wenigstens eine in der Bohrkrone vorgesehene Abbauöffnung in den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem an die Bohrkrone anschließenden Mantel- bzw. Hüllrohr einbringen, so daß ein zuverlässiger und sicherer Abtransport des abgebauten Materials aus dem Bereich der Abbaufläche der Bohrkrone vorgenommen werden kann. Um einen ordnungsgemäßen Durchtritt des abgebauten Materials, welches durch die wenigstens eine Durchtrittsöffnung in der Abbaufläche der Bohrkrone ausgetragen wird, durch den in Abstand von der Bohrkrone angeordneten Schlagring zu ermöglichen, welcher für eine Übertragung der Schlagenergie von dem im wesentlichen mittig bzw. zentral angeordneten Bohrgestänge auf den Schlagschuh vorgesehen ist, wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Schlagring mit einer zur wenigstens einen Durchtritts- Öffnung der Abbaufläche der Bohrkrone korrespondierenden Durchtrittsöffnung für den Abtransport von Material ausge- , bildet wird und mit dem Bohrgestänge zu einer Drehbewegung mit der Bohrkrone gekoppelt wird.
Nach Fertigstellung einer Bohrung erfolgt üblicherweise zumindest eine Entfernung des Bohrgestänges aus dem Bohrloch, worauf in weiterer Folge beispielsweise ein Verfüllen des Bohrlochs und des im Bohrloch verbliebenen Mantel- bzw. Hüllrohrs mit einer aushärtenden Masse erfolgt . Für eine besonders einfache und rasche Entfernung zumindest des
Bohrgestänges nach Fertigstellung der Bohrung bzw. des Bohrlochs wird erfindungsgemäß gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Bohrkrone und gegebenenfalls der Schlagring mit dem Bohrgestänge über eine Steckverbindung gekoppelt wird bzw. werden, wobei insbesondere polygonförmige, zueinander komplementäre Flächen der Steckverbindung vorgesehen werden. Derartige polygon- förmige, zueinander komplementäre Flächen einer Steckverbindung erlauben eine sichere Kopplung mit der und zuver- lässige Krafteinbringung auf die Bohrkrone, während eine derartige Steckverbindung leicht durch ein einfaches Zurückziehen ein Entfernen des Bohrgestänges aus der Bohrkrone ermöglicht. Durch Vorsehen des von dem Schlagschuh ge- trennten Schlagrings ist es darüber hinaus auch möglich, daß der Schlagring im Bohrloch beim Entfernen des Bohrgestänges verbleibt, so daß keine Behinderung beim Entfernen des Bohrgestänges durch den einen gegenüber dem Bohrgestän- ge vergrößerten Durchmesser aufweisenden Schlagring durch gegebenenfalls im Ringraum zwischen dem Außenumfang des Bohrgestänges und dem Innendurchmesser des Mantel- bzw. Hüllrohrs verbliebenes Material befürchtet werden muß.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesent-, liehen dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone in ihrem zentralen Bereich durch das Bohrgestänge beaufschlagbar ist und daß das Bohrgestänge einen mit dem Mantel- bzw. Hüll- röhr zusammenwirkenden Schlagschuh beaufschlagt. Wie oben bereits erwähnt, gelingt durch eine derartige Ausführungsform eine gleichmäßige Einbringung der auf die Bohrkrone zu übertragenden Schlag- bzw. Abbauenergie, wodurch der Bohrfortschritt bzw. Bohrvorgang beschleunigt bzw. unterstützt wird. Weiters sind keine besondere Maßnahmen im Hinblick auf bevorzugt verstärkt auszubildende Teilbereiche der Bohrkrone zur Einbringung der Schlagenergie und zur Verteilung derselben über die gesamte Abbaufläche vorzunehmen. Durch die Entkopplung der Bohrkrone von dem Mantel- bzw. Hüllrohr kann darüber hinaus die Bohrkrone entsprechend vereinfacht ausgebildet werden, da die für ein Einbringen des Mantel- bzw. Hüllrohrs erforderlichen Kräfte nicht über die Bohrkrone auf das Mantel- bzw. Hüllrohr übertragen werden müssen, sondern das Mantel- bzw. Hüllrohr über den Schlagschuh, welcher mit dem Bohrgestänge zusammenwirkt bzw. von diesem beaufschlagt wird, in das Innere des Bohrlochs eingebracht wird. Für eine einfache Kopplung zwischen dem Bohrgestänge und dem Schlagschuh und eine ordnungsgemäße Einbringung der Energie auf den Schlagschuh zur Mitnahme des Mantel- bzw. Hüllrohrs in das Innere des Bohrgestänges ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Bohrgestänge unter Zwischenschaltung eines Schlagrings mit dem Schlagschuh zur Übertragung von Schlagenergie auf das Mantel- bzw. Hüllrohr gekoppelt ist.
In diesem Zusammenhang wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß der Schlagring getrennt , von dem Schlagschuh und dem Bohrgestänge ausgebildet ist. Dadurch lassen sich Einzelteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung getrennt voneinander und somit einfacher herstel- len und weiters wird dadurch sichergestellt, daß bei einem Entfernen des Bohrgestänges nach Fertigstellung der Bohrung, wie dies weiter unten noch im Detail erörtert werden wird, der Schlagschuh neben der Bohrkrone und dem Mantel- bzw. Hüllrohr im Bohrloch verbleiben kann, so daß ein ein- faches Ziehen bzw. Entfernen des Bohrgestänges möglich wird, ohne befürchten zu müssen, daß durch den eine größere Außenabmessung für die Kopplung mit dem Schlagschuh aufweisenden Schlagring beim Entfernen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch durch gegebenenfalls im Bohrloch verbliebenes abgebautes Material eine Behinderung beim Entfernen des
Bohrgestänges auftritt .
Für ein zuverlässiges Einbringen des an die Bohrkrone anschließenden Mantel- bzw. Hüllrohrs in das Innere des Bohr- lochs ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Schlagschuh mit dem Mantelrohr und/oder Hüllrohr verschweißt ist. Durch eine Kopplung bzw. Verschweißung des Mantel- bzw. Hüllrohrs mit dem Schlagschuh wird sichergestellt, daß die für das Einbringen in das Bohrloch, insbesondere unter Zugbeanspruchung, auf das Mantel- bzw. Hüllrohr einzubringende Schlagenergie nicht, wie bei bekannten Ausführungsformen, zuerst in die Bohrkrone eingeleitet wird, worauf nachfolgend über die Bohrkrone das Mantel- bzw. Hüllrohr in das Bohrloch gezogen wird, sondern daß eine Entkopplung der Vortriebsbewegung der Bohrkrone und der Mitnahmebewegung des Mantel- bzw. Hüllrohrs der Bohrkrone erfolgt .
Für einen zuverlässigen Abtransport von abgebautem Material _ aus dem Bereich der Bohrkrone ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Bohrkrone an ihrer Abbaufläche wenigstens eine Durchtrittsöffnung für ein Einbringen von Material in einen zwischen dem Außenumfang des Bohrgestänges und dem Innenumfang des Mantelrohrs und des daran anschließenden Hüllrohrs definierten Ringraum aufweist. Durch wenigstens eine derartige Durchtrittsöffnung wird ein zuverlässiges Einbringen des abgebauten Mate- rials unmittelbar aus dem Bereich der Abbaufläche der Bohrkrone in den zwischen dem Bohrgestänge und dem Mantel- bzw. Hüllrohr definierten Ringraum möglich.
Um einen ordnungsgemäßen Transport des abgebauten Material auch durch den Bereich des Schlagrings zu ermöglichen, welcher eine Kopplung zwischen dem mittig bzw. zentral angeordneten Bohrgestänge und dem am Außenumfang liegenden Schlagschuh darstellt, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Schlagring wenigstens eine mit der bzw. den Durchtrittsöffnung (en) der Abbaufläche der Bohrkrone fluchtende Durchtrittsöffnung aufweist. Um einen möglichst gleichmäßigen Abtransport von abgebautem Material über die gesamte Abbaufläche der Bohrkrone und in weiterer Folge durch den Schlagring zu ermöglichen, ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen in jeweils im wesentlichen gleichen Winkelabstand voneinander, insbesondere drei Durchtrittsöffnungen in einem gegenseitigen Winkelabstand von jeweils 120° am Außenumfangsbereich der Bohrkrone und jenem des Schlagrings vorgesehen ist bzw. sind.
Für eine zuverlässige und einfache Kopplung zwischen dem Bohrgestänge und der Bohrkrone ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Bohrkrone und der Schlagring über Steckverbindungen mit dem Bohrgestänge gekoppelt sind, wobei die Steckverbindungen insbesondere polygonförmige Anschlag- bzw. Anlageflächen aufweisen. Eine derartige Steckverbindung mit polygonförmigen Anschlagbzw. Anlageflächen ermöglicht eine zuverlässige Kraftüber- tragung, insbesondere auch unter Berücksichtigung der auf die Bohrkrone einzubringenden Rotationsbewegung, worauf nach einer Fertigstellung des Bohrlochs durch ein einfaches Zurückziehen des Bohrgestänges ein Trennen bzw. Lösen des Bohrgestänges von der Bohrkrone und gegebenenfalls dem Schlagring erfolgt.
Für eine zuverlässige Übertragung bzw. Einleitung der vom Bohrgestänge auf die Bohrkrone sowie das Mantel- bzw. Hüll- rohr unter Zwischenschaltung des Schlagrings sowie des Schlagschuhs einzubringenden Energie ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Schlagschuh und gegebenenfalls der Schlagring sowie das Bohrgestänge und die Bohrkrone jeweils einen spitzen Winkel mit der Längsachse des Bohrgestänges einschließende oder eine Kugelkalottenform aufweisende Anschlagflächen zur Übertragung der Schlagenergie vom Bohrgestänge auf die Bohrkrone und den Schlagschuh bzw. Schlagring aufweisen. Derartige, einen spitzen Winkel mit der Längsachse des Bohrgestänges einschließende oder eine Kugelkalottenform aufweisende Anschlagflächen können entsprechend kostengünstig und zuverlässig für die einzubringenden, teilweise hohen Kräfte ausgebildet werden.
Um ein zielgenaues Bohren bei der Herstellung des Bohrlochs zu ermöglichen, ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß an die Bohrkrone an dem von der Abbaufläche abgewandten Ende ein den Schlagschuh übergrei- fendes Führungsrohr anschließt, welches gemeinsam mit der Bohrkrone relativ zu dem Schlagschuh sowie dem damit verbundenen Mantel- bzw. Hüllrohr drehbar ist. Dieses Führungsrohr weist eine entsprechend kurze Länge auf, um nicht Reibungskräfte zwischen dem Außenumfang des Führungsrohrs und dem hergestellten Bohrloch übermäßig zu vergrößern, während das Mantel- bzw. Hüllrohr lediglich einer Zugbeanspruchung, wie dies oben erörtert ist, unterworfen ist und somit lediglich in Längsrichtung des Bohrlochs ohne Rotationsbewegung eingebracht wird.
Für eine Kopplung zwischen dem Führungsrohr und dem Schlagschuh ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Führungsrohr und der Schlagschuh in axialer Richtung beispielsweise durch einen Federring gesi- chert sind. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. l einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vor- richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 eine Vorderansicht auf die Bohrkrone der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeils II, wobei Fig. 1 einen Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 darstellt; und Fig. 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung .
In den Figuren ist allgemein mit 1 eine Bohrkrone bezeichnet, welche in an sich bekannter Weise eine Mehrzahl von Hartmetall- bzw. Hartmaterialeinsätzen 2 zum Abbau von nicht näher dargestelltem Material zum Ausbilden eines ebenfalls nicht näher dargestellten Bohrlochs aufweist.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Bohrkrone 1 an ihrer von der Abbaufläche 3 abgewandten Seite mit einem Bohrgestänge 4 gekoppelt, wobei in Fig. 1 lediglich der vorderste Abschnitt des Bohrgestänges 4 dargestellt ist, wobei in an sich bekannter Weise das Bohrgestänge 4 beispielsweise über mit 5 angedeutete Schraubverbindung entsprechend verlänger- bar ist. Das Bohrgestänge 4 wirkt im wesentlichen mittig bzw. zentral im Bereich einer Steckverbindung 6 unmittelbar mit der Bohrkrone 1 zusammen, wobei darüber hinaus in Fig. 1 schematisch ein Spülkanal 7 im Bohrgestänge 4 angedeutet ist, welcher in entsprechende Spülöffnungen 8 mündet, wel- ehe im Bereich der Abbaufläche 3 der Bohrkrone 1 vorgesehen sind. Neben der zentralen Kopplung des Bohrgestänges 4 mit der Bohrkrone 1 im Bereich der Steckverbindung 6 ist darüber hinaus vorgesehen, daß das Bohrgestänge 4 in Abstand von der Steckverbindung 6 mit einem Schlagring 9 zusammenwirkt, welcher in weiterer Folge mit einem Schlagschuh 10 zusammenwirkt . Unter Zwischenschaltung des Schlagrings 9 überträgt der Schlagschuh 10 Energie auf ein Mantelrohr 15.
Für eine einfache und ordnungsgemäße Übertragung der Schlagenergie von dem Bohrgestänge 4 auf den Schlagring 9 und in weiterer Folge auf den Schlagschuh 10 sind Anschlag- , flächen bzw. Auflageflächen 12 und 13 vorgesehen, wobei die Anschlagflächen bzw. Auflageflächen 12 bzw. 13 jeweils einen spitzen Winkel mit der Längsachse 14 des Bohrgestän- ges 4 aufweisen. Die Anlageflächen 11 zwischen der Bohrkrone 1 und dem zentralen Bohrgestänge 4 sind von einer Kugel- kalottenform zur Übertragung der erforderlichen Kräfte gebildet .
Darüber hinaus ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß der Schlagschuh 10 mit dem Mantelrohr 15 über eine Verschweißung 16 verbunden ist, so daß bei einer Beaufschlagung des Schlagschuhs 10 in Richtung der Bohr- bzw. Abbaubewegung 17 gleichzeitig das Mantelrohr 15 sowie das mit dem Mantelrohr 15 gekoppelte und daran anschließende Hüllrohr 18 mitgenommen wird. Für eine Kopplung zwischen dem Mantelrohr 15 und dem anschließenden Hüllrohr 18 ist eine Kopplung über einen Ring 19 vorgesehen.
Aus Fig. 1 ist weiters ersichtlich, daß an das von der Abbaufläche 3 abgewandte Ende der Bohrkrone 1 ein Führungs- röhr 20 anschließt, welches mit der Bohrkrone 1 fest verbunden ist und den Schlagring 10 wenigstens teilweise über- greift. Eine axiale Sicherung zwischen dem Schlagring 10 und dem Führungsrohr 20 ist in Fig. 1 mit 21 als Federring angedeutet .
Wie dies insbesondere in Fig. 3 angedeutet ist, dreht sich das Führungsrohr 20 gemeinsam mit der Bohrkrone 1 in Richtung des Pfeil 22 bei einem Abbauvorgang, während das Mantelrohr 15 und das daran anschließende Hüllrohr 18 lediglich in Richtung der Bohrbewegung 17 ohne jegliche Drehbe- wegung über den Schlagschuh 10 in das Innere des Bohrlochs mitgenommen werden.
Für eine besonders zuverlässige und exakte Kopplung zwischen dem Bohrgestänge 4 und der Bohrkrone 1 sind im Be- reich der Steckverbindung 6 polygonförmige Verbindungsbzw. Anlageflächen vorgesehen.
Darüber hinaus ist vorgesehen, daß der Schlagring 9 getrennt sowohl vom Schlagschuh 10 als auch vom Bohrgestänge 4 ausgebildet ist, so daß nach einer Fertigstellung des
Bohrlochs 5 das Bohrgestänge 4 einfach entgegen der Bohrrichtung 17 aus dem Bohrloch und somit dem Inneren des Mantelrohrs 15 und des daran anschließenden Hüllrohrs 18 entfernt werden kann, wobei nicht befürchtet werden muß, daß im Inneren des Mantel- bzw. Hüllrohr 15 bzw. 18 befindliches Material ein Entfernen des Bohrgestänges 4 behindert, da auch der Schlagring 9 im Bohrloch, d.h. im Inneren des Mantelrohrs 15 zurückbleibt.
Für einen ordnungsgemäßen Abtransport von nicht näher dargestelltem abgebautem Material ist vorgesehen, daß die Bohrkrone 1 an ihrer Abbaufläche 3 wenigstens eine und in der dargestellten Ausführungsform drei Durchtrittsöffnungen 23 aufweist, welche in einem jeweils im wesentlichen gleichen Winkelabstand von 120° voneinander beabstandet angeordnet sind. Insbesondere aus der schematischen Ansicht von Fig. 2 ist ersichtlich, daß auch der Schlagring 9 entspre- chende fluchtende Durchtrittsöffnungen 24 aufweist, so daß ein großer Durchtrittsquerschnitt für ein Ausbringen des Materials unmittelbar durch die Abbaufläche der Bohrkrone 1 und in weiterer Folge in den zwischen dem Außenumfang des Bohrgestänges 4 und dem Innenumfang des Mantelrohrs 15 bzw. des daran anschließenden Hüllrohrs 18 definierten Ringraum 25 ermöglicht wird.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß, wie oben erwähnt, der Schlagring 9 getrennt sowohl vom Schlagschuh 10 als auch vom Bohrgestänge 4 ausgebildet ist, kann somit auch bei Vorliegen von gegebenenfalls grobstückigem Material im Ringraum 25 das Bohrgestänge 4 sicher nach einer Fertigstellung der Bohrung entfernt bzw. gezogen werden, da neben dem im wesentlichen glatten Außenumfang des Bohrgestänges 4, wie er im rechten Teil der Fig. 1 ersichtlich ist, der einen geringeren Querschnitt aufweisende Teilbereich 26, welcher vom Schlagring 9 umgeben ist, kein Hindernis für ein Entfernen des Bohrgestänges 4 nach Fertigstellung der Bohrung darstellt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei durch eine an einem Bohrgestänge (4) gelagerte Bohrkrone (1) durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch gebildet wird und ein Mantel- bzw. Hüllrohr (15, 18) in das Bohrloch eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Bohrgestänge (4) eingebrachte Schlag- energie teilweise insbesondere mittig durch das Bohrgestänge (4) auf die Bohrkrone (1) und teilweise über einen mit dem Bohrgestänge (4) zusammenwirkenden Schlagschuh (10) auf das Mantel- bzw. Hüllrohr (15, 18) übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagenergie von dem Bohrgestänge (4) auf den Schlagschuh (10) unter Zwischenschaltung eines Schlagrings (9) übertragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Schlagenergie von dem Bohrgestänge (4) auf den Schlagschuh (10) und/oder den zwischengeschalteten Schlagring (9) und auf die Bohrkrone (1) über jeweils einen spitzen Winkel mit der Längsachse (14) des Bohrgestänges (4) einschließende bzw. eine Kugelkalottenform aufweisende Anlage- bzw. Anschlagflächen (12, 13) vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß abgebautes Material über wenigstens eine
Durchtrittsöffnung (23) in der Abbaufläche der Bohrkrone
(1) in einen zwischen dem Außenumfang des Bohrgestänges (4) und dem Innenumfang des Mantelrohrs (15) und des daran an- schließenden Hüllrohrs (18) definierten Ringraum (25) eingebracht wird und aus dem Bohrloch ausgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagring (9) mit einer zur wenigstens einen Durchtrittsöffnung (23) der Abbaufläche der Bohrkrone (1) korrespondierenden Durchtrittsöffnung (24) für den Abtransport von Material ausgebildet wird und mit dem Bohrgestänge (4) zu einer Drehbewegung mit der Bohrkrone (1) gekoppelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (1) und gegebenenfalls der Schlagring mit dem Bohrgestänge (4) über eine Steckverbindung gekoppelt wird, wobei insbesondere polygonförmige, zu- einander komplementäre Flächen der Steckverbindung vorgesehen werden.
7. Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei eine an einem Bohrgestänge (4) gelagerte Bohrkrone (1) durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein
Bohrloch bildet und ein Mantel- bzw. Hüllrohr (15, 18) in das Bohrloch einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (1) in ihrem zentralen Bereich durch das Bohrgestänge (4) beaufschlagbar ist und daß das Bohrgestänge (4) einen mit dem Mantel- bzw. Hüllrohr (15, 18) zusammenwirkenden Schlagschuh (10) beaufschlagt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (4) unter Zwischenschaltung eines Schlagrings (9) mit dem Schlagschuh (10) zur Übertragung von Schlagenergie auf das Mantel- bzw. Hüllrohr (15, 18) gekoppelt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagring (9) getrennt von dem Schlagschuh (10) und dem Bohrgestänge (4) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagschuh (10) mit dem Mantelrohr (15) und/ oder Hüllrohr (18) verschweißt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (1) an ihrer Abbaufläche, (3) wenigstens eine Durchtrittsöffnung (23) für ein Einbringen von Material in einen zwischen dem Außenumfang des Bohrgestänges (4) und dem Innenumfang des Mantelrohrs (15) und des daran anschließenden Hüllrohrs (18) definierten Ringraum (25) aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagring (9) wenigstens eine mit der bzw. den Durchtrittsöffnung (en) (23) der Abbaufläche der Bohrkrone (1) fluchtende Durchtrittsöffnung (24) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß. eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen (23, 24) in jeweils im wesentlichen gleichen Winkelabstand voneinander, insbesondere drei Durchtrittsöffnungen in einem gegenseitigen Winkelabstand von jeweils 120° am Außenum- fangsbereich der Bohrkrone (1) und jenem des Schlagrings (9) vorgesehen ist bzw. sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (1) und der Schlagring
(9) über Steckverbindungen (6) mit dem Bohrgestänge (4) ge- koppelt sind, wobei die Steckverbindungen (6) insbesondere polygonförmige Anschlag- bzw. Anlageflächen aufweisen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagschuh (10) und gegebenenfalls der Schlagring (9) sowie das Bohrgestänge (4) und die Bohrkrone (1) jeweils einen spitzen Winkel mit der Längsachse
(14) des Bohrgestänges (4) einschließende oder eine Kugel- kalottenform aufweisende Anschlagflächen zur Übertragung der Schlagenergie vom Bohrgestänge (4) auf die Bohrkrone
(1) und den Schlagschuh (10) bzw. Schlagring (9) aufweisen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an die Bohrkrone (1) an dem von der Ab- baufläche (3) abgewandten Ende ein den Schlagschuh (10) übergreifendes Führungsrohr (20) anschließt, welches gemeinsam mit der Bohrkrone (1) relativ zu dem Schlagschuh (10) sowie dem damit verbundenen Mantel- bzw. Hüllrohr (15, 18) drehbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (20) und der Schlagschuh (10) in axialer Richtung beispielsweise durch einen Federring (21) gesichert sind.
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