AT12444U1 - Verfahren zum schlag- bzw. drehschlagbohren von löchern in boden- oder gesteinsmaterial und festlegen einer verankerung - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Schlag- bzw. Drehschlagbohren von Löchern in Boden oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung, wobei durch eine an einem Bohrgestänge (2) gelagerte Bohrkrone (3) ein Bohrloch ausgebildet wird, wird ein das Bohrgestänge (2) an der von einer Abbaufläche abgewandten Rückseite der Bohrkrone (3) umgebendes ringförmiges, einen Längsschlitz (15) aufweisendes Verankerungselement (5) in das Bohrloch eingebracht wird, und das Verankerungselement (5) nach dem Fertigstellen des Bohrlochs aufgeweitet, so dass das Verankerungselement (5) durch Zurückziehen des Bohrgestänges (2) im Inneren des eine Mehrzahl von gleichmäßig über seinen Umfang verteilt angeordnete Längsschlitze (15) aufweisenden Verankerungselements (5) und eine Druckbeaufschlagung von einer im Inneren des Verankerungselements (5) vorgesehenen Mehrzahl von den Umfang des Bohrgestänges (2) umschließenden Paaren aus zusammenwirkenden keilförmigen Aufweitelementen (10a) aufgeweitet wird.

Description

österreichisches Patentamt AT12 444 U1 2012-05-15

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schlag- bzw. Drehschlagbohren von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone ein Bohrloch ausgebildet wird, ein das Bohrgestänge an der von einer Abbaufläche abgewandten Rückseite der Bohrkrone umgebendes ringförmiges, einen Längsschlitz aufweisendes Verankerungselement in das Bohrloch eingebracht wird, und das Verankerungselement nach dem Fertigstellen des Bohrlochs aufgeweitet wird, sowie auf eine Vorrichtung zum Schlag- bzw. Drehschlagbohren von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung in dem durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone ausgebildeten Bohrloch, wobei das Bohrgestänge an der von einer Abbaufläche abgewandten Rückseite der Bohrkrone mit einem Verankerungselement umgeben ist, welches einen Längsschlitz aufweist.

[0002] Verfahren und Vorrichtungen zum Bohren, insbesondere Schlag- bzw. Drehschlagbohren von Löchern sind in den unterschiedlichsten Ausbildungen bekannt ebenso wie Vorrichtungen und Verfahren, um nach Ausführen einer derartigen Bohrung eine Verankerung in dem Boden- bzw. Gesteinsmaterial festzulegen.

[0003] Die nach Fertigstellen einer Bohrung auszubildende Verankerung kann hiebei durch entgegen der Bohrvortriebsrichtung in das Boden- bzw. Gesteinsmaterial einzubringende, keilförmige Spreizelemente erfolgen, wobei die Verankerung hiebei insbesondere durch ein Zurückziehen des Bohrgestänges entgegen der Bohrvortriebsrichtung durchgeführt wird, bei welchem Zurückziehen diese Spreizelemente aufgespreizt werden und durch die Zugbewegung bis zu einer gewissen Tiefe in das Boden- bzw. Gesteinsmaterial eindringen.

[0004] Eine derartige Verankerung ist beispielsweise in der WO 2006/125242A1 beschrieben, in welcher die keilförmigen, entgegen der Bohrrichtung orientierten Spreizelemente nach Fertigstellen des Bohrlochs in die Wand des Bohrlochs durch ein Zurückziehen des Bohrgestänges und ein Beaufschlagen der keilförmigen Elemente durch ein Beaufschlagungselement bzw. Auflaufen der keilförmigen Elemente auf einen Anschlag aufgeweitet werden und in das Bohrlochinnere eindringen. Nachteilig bei derartigen Vorrichtungen ist die Tatsache, dass die Spreizelemente ebenso wie die Aufweitvorrichtung unmittelbar an einem Bohrgestänge angeordnet sind, welches Bohrgestänge in Richtung zur Bohrlochwandung keinerlei Möglichkeit eines Schutzes vor eindringendem Gestein aufweist, so dass im ungünstigsten Fall durch ein Verlegen der Aufspreizvorrichtung durch hereinbrechendes Gesteinsmaterial die Vorrichtung gegebenenfalls sogar unwirksam gemacht werden kann.

[0005] Eine andere Art einer Verankerungsvorrichtung, in welcher jedoch die Aufspreizelemente einen Teil eines die Bohrstange umgebenden, im Wesentlichen rohrförmigen Elements ausbilden, ist in der WO 2008/154669 beschrieben, wobei auch bei dieser Veröffentlichung die Verankerung durch ein Zurückziehen des Bohrgestänges und ein Beaufschlagen des Aufspreizelements und ein Eindringen des Aufspreizelements in das Bohrlochinnere erzielt wird. Auch diese Vorrichtung ist relativ komplex und sie ist vor allem nicht dagegen gesichert, dass die Aufspreizelemente nicht während eines Bohrvortriebs beschädigt oder gar unbrauchbar werden und im Falle eines Einsatzes nicht mehr zuverlässig in die Bohrlochwandung eindringen können.

[0006] Eine vollständig andere Art der Ausbildung einer Verankerung ist durch sogenannte mitgezogene, rohrförmige Verankerungselemente gegeben, welche entweder eine von einer Kreisform abweichende Außenkontur aufweisen, welche Außenkontur durch Einbringen eines Aufweitelements soweit aufgeweitet werden kann, bis der Außenumfang des Verankerungselements in Anlage an das Bohrlochäußere gelangt. Weiterbildungen von derartigen Verankerungselementen weisen zusätzlich häufig einen Schlitz in dem Verankerungselement auf, um eine noch größere Aufweitung desselben zu ermöglichen, wobei bei all diesen Vorrichtungen das Aufweiten dadurch begrenzt ist, dass die in das Innere zurückziehbaren Aufweitelemente üblicherweise eine die Größe des Bohrlochs nicht übersteigenden Umfang aufweisen können. 1 /12 österreichisches Patentamt AT12 444 U1 2012-05-15

Auch diese Elemente haben, insbesondere wenn sie einen Schlitz in dem Verankerungselement aufweisen, den Nachteil, dass das hereinbrechende Gesteinsmaterial in das Innere des Verankerungselements eindringen kann und es zu Beschädigungen bzw. zu einem Verlegen des Querschnitts zwischen dem Bohrgestänge und dem Verankerungselement führen kann, so dass der Bohrfortschritt, beispielsweise das Einbringen von Spülfluid, welches zum Kühlen des Bohrkopfs erforderlich ist, durch ein derartiges eindringendes Gesteinsmaterial massiv behindert sein kann.

[0007] Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher (welchem) es gelingt, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein einfaches und gegen Störungen unempfindliches Verfahren zum Ausbilden einer Verankerung zur Verfügung zu stellen und überdies eine Vorrichtung bereitzustellen, welche sicher und zuverlässig auch bei widrigen Umgebungsbedingungen, insbesondere bei brüchigem Gestein oder beim Vorhandensein von Wasseradern sicher und zuverlässig eingesetzt und im Bohrlochinneren aufgeweitet und verankert werden kann.

[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement durch Zurückziehen des Bohrgestänges im Inneren des eine Mehrzahl von gleichmäßig über seinen Umfang verteilt angeordnete Längsschlitze aufweisenden Verankerungselements und eine Druckbeaufschlagung von einer im Inneren des Verankerungselements vorgesehenen Mehrzahl von den Umfang des Bohrgestänges umschließenden Paaren aus zusammenwirkenden keilförmigen Aufweitelementen aufgeweitet wird. Dadurch, dass das Verfahren so geführt wird, dass das Bohrgestänge im Inneren eines eine Mehrzahl von Längsschlitzen aufweisenden Verankerungselements geführt wird und durch eine Druckbeaufschlagung der ebenfalls im Inneren des Verankerungselements aufgenommenen Mehrzahl von den Umfang des Bohrgestänges umschließenden Paaren von zusammenwirkenden, keilförmigen Aufweitelementen aufgeweitet wird, wird sichergestellt, dass sämtliche an dem Aufweitvorgang beteiligten Elemente nicht während des Ausbildens des Bohrlochs, beispielsweise durch hereinbrechendes Gesteinsmaterial beschädigt und unbrauchbar gemacht werden.

[0009] Des weiteren ist das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von dem das Bohrloch umgebenden Boden- oder Gesteinsmaterial einsetzbar, da eine Verankerung unmittelbar nach dem Ausbilden des Bohrlochs vorgenommen wird, so dass selbst bei lockerem Gestein, bei welchem gegebenenfalls ein Hereinbrechen von Material vor allem nach einem Entfernen eines Bohrgestänges und vor Einbringen eines Verankerungselements, wie dies beim Stand der Technik der Fall war, nicht befürchtet werden muss und somit das Ausbilden des Bohrlochs und die nachfolgende Verankerung des Verankerungselements sicher und zuverlässig und insbesondere unter einer deutlichen Zeitersparnis durchgeführt werden kann.

[0010] Für eine besonders einfache Ausbildung der Verankerung wird das erfindungsgemäße Verfahren so weitergebildet, dass das Verankerungselement durch eine Beaufschlagung von Treibkeilen der Aufweitelemente durch eine mit dem Bohrgestänge gekoppelte Sperrhülse sowie einer damit zusammenwirkenden Zugfeder bei einem Zurückziehen des Bohrgestänges entgegen der Bohrvortriebsrichtung und einer Relativbewegung der Treibkeile zu damit zusammenwirkenden, in Längsrichtung des Bohrgestänges unverschiebbar gelagerten Spannkeilen aufgeweitet wird. Dadurch, dass das Verankerungselement durch eine Beaufschlagung von Treibkeilen des Aufweitelements durch eine mit dem Bohrgestänge gekoppelte Sperrhülse sowie einer damit zusammenwirkenden Zugfeder bei einem Zurückziehen des Bohrgestänges entgegen der Bohrvortriebsrichtung und einer dadurch bewirkten Relativbewegung der Treibkeile zu den damit zusammenwirkenden, in Längsrichtung des Bohrgestänges unverschiebbar gelagerten Spannkeilen des Aufweitelements aufgeweitet wird, wird rasch und zuverlässig das Verankerungselement aufgeweitet und über eine nicht unbeträchtliche Länge in Anlage an die Bohrlochwand gebracht, so das eine sichere und insbesondere rasch und zuverlässig aufweitbare Verankerung ausgebildet wird. Da darüber hinaus die Aufweitung eines Verankerungselements mit einer Mehrzahl von Längsschlitzen erfolgt, wird sichergestellt, dass das Verankerungselement in alle Richtungen in Anlage an das umgebende Boden- oder Gesteinsmaterial 2/12 österreichisches Patentamt AT12 444 U1 2012-05-15 gebracht wird und somit wird eine Verankerung über den gesamten Bohrlochquerschnitt sichergestellt.

[0011] Zur Vermeidung eines unbeabsichtigten Beaufschlagens der Verankerungsvorrichtung beim Zurückziehen des Bohrkopfs während des normalen Bohrvorgangs des Drehschlagbohrens ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung das erfindungsgemäße Verfahren so geführt, dass das Verankerungselement durch ein Entkoppeln des Bohrgestänges von dem Bohrkopf durch eine Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen einer Drehrichtung des Bohrgestänges beim Ausbilden des Bohrlochs und einem Verrasten einer Stirnverzahnung zwischen den Treibkeilen und der Zugfeder und dem Zurückziehen des Bohrgestänges entgegen der Bohrvortriebsrichtung aufgeweitet wird. Indem das erfindungsgemäße Verfahren so geführt wird, dass das Verankerungselement durch ein Entkoppeln des Bohrgestänges von dem Bohrkopf durch eine Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen einer Drehrichtung des Bohrgestänges, beim Ausbilden des Bohrlochs, einem Verrasten der Stirnverzahnung zwischen den Treibkeilen und der Zugfeder und dem Zurückziehen des Bohrgestänges entgegen der Bohrvortriebsrichtung aufgeweitet wird, wird ein unbeabsichtigtes Betätigen der Verankerungseinrichtung beim Zurückziehen des Bohrgestänges und auch eine unbeabsichtigte Entkopplung während des normalen Bohrvortriebs mit Sicherheit hintangehalten und weiters wird auch ein Verschleiß des Verankerungselements während des Bohrvortriebs durch das unbeabsichtigte Verrasten einer Stirnverzahnung durch eine Drehbewegung während dem Drehschlagbohren vermieden. Überdies wird durch eine derartige Verfahrensführung ein Mitziehen und ein Drehen des Bohrgestänges und somit des Bohrkopfs während des Bohrvortriebs gewährleistet, was einerseits eine Erhöhung der Geschwindigkeit beim Ausbilden des Bohrlochs mit sich bringt oder andererseits einen vorzeitigen Verschleiß der mitgeführten Verankerungsvorrichtung zu vermeiden hilft.

[0012] Zur Lösung der oben genannten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement eine Mehrzahl von gleichmäßig über seinen Umfang verteilt angeordneten Längsschlitzen aufweist, dass im Inneren des Verankerungselements eine Mehrzahl von den Umfang des Bohrgestänges umschließenden Paaren aus zusammenwirkenden keilförmigen Aufweitelementen gelagert sind und dass die Aufweitelemente durch eine Druckbeaufschlagungseinrichtung aufweitbar sind. Dadurch, dass das Verankerungselement eine Mehrzahl von gleichmäßig um seinen Umfang verteilt angeordneten Längsschlitzen aufweist, gelingt einerseits eine gleichmäßige Aufweitung und Verankerung über dem gesamten Umfang des Verankerungselements und nicht, wie dies beim Stand der Technik häufig der Fall war, entweder die Verankerung im Bereich eines einzigen Längsschlitzes bzw. eine fehlerhafte bzw. unzureichende Anlage des von einer von der Kreisform abweichenden Form aufweitbaren, rohrförmigen Verankerungselements an der Bohrlochwand zu erzielen. Dadurch, dass weiters das Verankerungselement im Inneren eine Mehrzahl von den Umfang des Bohrgestänges umschließenden Paaren aus zusammenwirkenden, keilförmigen Elementen aufweist, sind die Aufweitelemente während des Bohrvortriebs durch das Verankerungselement vor hereinbrechendem Material bzw. Bohrklein geschützt, so dass nicht nur eine Beschädigung der Aufweitelemente während des Bohrvorgangs vermieden werden kann, sondern auch gewährleistet ist, dass ein Aufweiten des Verankerungselements nach dem Ende des Bohrvorgangs jederzeit möglich ist und nicht, erst die Verankerungsvorrichtung betriebsbereit gemacht werden muss, so dass insgesamt nicht nur eine Beschleunigung eines mit einer derartigen Vorrichtung ausgeführten Verfahrens erzielt wird, sondern auch eine rasche und zuverlässige Verankerung in jedem beliebigen Gesteinsmaterial durch Anpressen des Verankerungselements an die Bohrlochwand erzielt werden kann. Ein derartiges Anpressen des Verankerungselements im Wesentlichen an den gesamten Umfang des Bohrlochs ist insbesondere bei brüchigem Gestein von wesentlichem Vorteil, so dass dadurch ein besonders sicherer Halt der Verankerungsvorrichtung erzielt wird.

[0013] Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung entspricht, in Umfangsrichtung des Verankerungselements wenigstens jeweils 3 Paare von Aufweitelementen vorgesehen sind, wird nicht nur das Bohrgestänge durch die Aufweitelemente vollständig umgeben und somit gegen hereinbrechendes Bohrklein geschützt, sondern auch eine gleich- 3/12 österreichisches Patentamt AT12 444U1 2012-05-15 mäßige Verankerung des Verankerungselements über den gesamten Bohrlochquerschnitt gewährleistet.

[0014] Dadurch, dass, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht, die Paare von keilförmigen Aufweitelementen jeweils aus einem sich in Bohrvortriebsrichtung verjüngenden Spannkeil und einem sich entgegen der Bohrvortriebsrichtung verjüngenden, an dem Spannkeil gleitbar in Bohrlochlängsrichtung angeordneten Treibkeil gebildet sind, gelingt es, dass bei Druckbeaufschlagung des Treibkeils dieser entgegen der Bohrvortriebsrichtung im Inneren des Spannkeils gleitet und somit eine zwangsweise Aufweitung des die Aufweitelemente umgebenden Verankerungselements erzwingt. Indem weiterhin die beiden Keile zu einem Gleiten aufeinander ausgebildet sind und im nicht betätigten Zustand jeweils eine im Wesentlichen gleiche Längserstreckung aufweisen, wird auch sichergestellt, dass ein derartiges Gleiten nicht durch während des Bohrvertriebs auftretende Verschmutzungen und eindringendes Bohrklein gehindert wird, wie dies teilweise bei komplizierten Ausbildungen von Verankerungsvorrichtungen häufig der Fall war.

[0015] Besonders vorteilhaft bei diesem erfindungsgemäßen System ist, dass der Treibkeil mit dem Zugglied nicht direkt verbunden ist, so dass nach Beendigung des Aufweitens eine Entfernung des Bohrgestänges aus dem Bohrloch und gegebenenfalls eine Weiterverwendung des Bohrgestänges ermöglicht sind.

[0016] Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Spannkeile an ihrer zur Außenseite gerichteten Fläche eine mit den Längsschlitzen des Verankerungselements zusammenwirkende Längsrippe aufweisen, decken die Spannkeile einerseits nicht nur die jeweiligen Schlitze des Verankerungselements vollständig ab, sondern durch Vorsehen der Längsrippe wird im nicht aufgeweiteten Zustand des Verankerungselements eine im Wesentlichen ebene Außenkontur des Verankerungselements während des Bohrvortriebs zur Verfügung gestellt, so dass jegliches unbeabsichtigtes Eindringen von Bohrklein in das Innere der Vorrichtung, insbesondere in den Ringraum zwischen Bohrgestänge und dem Verankerungselement mit Sicherheit hintangehalten wird. Nach Beendigung des Bohrvorganges und nach Aufweiten des Verankerungselements weist das aufgeweitete bzw. aufgespreizte System Öffnungen bzw. Durchtritte auf und kann somit beispielsweise als Drainagerohr verwendet werden, wobei die im Zuge des Aufspreizens geöffneten Durchtritte als Entwässerungsöffnungen dienen.

[0017] Mit einer derartigen Vorrichtung gelingt es weiterhin, das Verankerungselement zumindest in dem zur Bohrkrone gewandten Bereich der Vorrichtung zum Schlag- bzw. Drehschlagbohren von Löchern gleichzeitig als Hüllrohr zu verwenden, so dass der vordere Bereich eines neu ausgebildeten Bohrlochs, in welchem besonders leicht Bohrklein hereinbrechen kann, während des Bohrvortriebs zusätzlich durch ein das Bohrgestänge und insbesondere die Verbindung des Bohrgestänges mit dem Bohrkopf umgebenen Hüllrohr gesichert ist.

[0018] Indem gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die Spannkeile an ihrer Innenseite bzw. ihrer zu einem Bohrgestänge gerichteten Fläche jeweils mit entsprechenden Längsrippen des Treibkeils zusammenwirkende Nuten bzw. Vertiefungen aufweisen, wird eine zwangsweise Führung der Treibkeile im Inneren der Spannkeile zur Verfügung gestellt, wodurch ein noch sichereres und zuverlässigeres Aufweiten des Verankerungselements sichergestellt werden kann.

[0019] Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht, der Treibkeil an seiner zur Bohrkrone gewandten Endfläche mit einer mit der Druckbeaufschlagungseinrichtung zusammenwirkenden Stirnverzahnung ausgebildet ist, gelingt es, die Aufweitelemente während eines Bohrvortriebs lastfrei zu halten und im Falle des Aufweitens des Aufweitelements einfach durch Umkehren der Drehrichtung des Bohrgestänges die Stirnverzahnung in Eingriff zu bringen, und so sicher und zuverlässig ein Aufweiten des Verankerungselements mit Hilfe der Druckbeaufschlagungseinrichtung und den Aufweitelementen auszubilden.

[0020] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausbildung ist die Druckbeaufschla- 4/12 österreichisches Patentamt AT12 444U1 2012-05-15 gungseinrichtung aus einer an dem Bohrgestänge festgelegten Sperrmuffe und einer in einem Haltering festgelegten Zugfeder gebildet. Durch eine Kombination aus einer Sperrmuffe und einer in einem Haltering festgelegten Zugfeder gelingt es nicht nur, eine zuverlässig wirkende Druckbeaufschlagungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, sondern insbesondere eine apara-tiv einfache und einfach herzustellende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welcher beispielsweise die Sperrmuffe nur auf das Bohrgestänge in der gewünschten Position aufgeschraubt werden muss.

[0021] Um ein Verrutschen der Spannkeile im Inneren der Verankerungseinrichtung, insbesondere während ihrer Druckbeaufschlagung durch die Treibkeile mit Sicherheit hintanzuhalten, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt so weitergebildet, dass das Verankerungselement an seinem von der Bohrkrone abgewandten Ende eine Auflageeinrichtung, insbesondere einen der Dicke des Spannkeils im Wesentlichen entsprechenden Auflagerring für den Spannkeil aufweist. Dadurch, dass das Verankerungselement an seinem von der Bohrkrone abgewandten Ende eine Auflageeinrichtung, insbesondere einen der Dicke des Spannkeils im Wesentlichen entsprechenden Auflagering aufweist, wird sichergestellt, dass einerseits ein Herausdrücken des Spannkeils aus dem Verankerungselement hintangehalten wird und andererseits ein sicheres und zuverlässiges Aufspannen bzw. Auftreiben des Verankerungselements bei Aufbringen eines Drucks durch den Treibkeil auf den Spannkeil bewirkt wird.

[0022] Um eine besonders lange Verankerungsstrecke und einen noch sichereren Halt der Verankerung in dem Bohrloch auszubilden, ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt so weitergebildet, dass in Längsrichtung des Verankerungselements eine Mehrzahl von Aufweitelementen angeordnet ist. Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von Aufweitelementen entlang der Längsrichtung des Verankerungselements können beliebig viele Aufweitelemente entweder mit den zusammengehörenden Druckbeaufschlagungseinrichtungen im Inneren des Verankerungselements oder in direkter Aufeinanderfolge angeordnet sein, so dass eine Sicherung des Bohrlochs über längere Strecken erzielbar ist.

[0023] Eine besonders einfache und zuverlässig funktionierende Vorrichtung ist gemäß der vorliegenden Erfindung so weitergebildet, dass die in Längsrichtung des Verankerungselements angeordnete Mehrzahl von Aufweitelementen aneinander anliegend angeordnet ist und dass jeweils im Bereich der Anlage eines Aufweitelements an das Nächste die Längsschlitze des Verankerungselements mit Haltestegen versehen sind. Bei einer derartigen Ausbildung gelingt es durch eine einzige Druckbeaufschlagungseinrichtung sämtliche Aufweitelemente mit Druck zu beaufschlagen und die entsprechenden Treibkeile zu betätigen, so dass nicht nur eine große Längserstreckung der Verankerung erzielt wird, sondern überdies die Gesamtvorrichtung apara-tiv einfach ausgebildet ist.

[0024] Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Längsschlitze des Verankerungselements eine der Länge der Aufweitelemente entsprechende Länge aufweisen, wird ein im Einbringzustand der Bohrkrone und insbesondere während dem Bohrvortrieb vollständig geschlossenes Verankerungselement zur Verfügung gestellt, bei welchem ein unbeabsichtigtes Eindringen von Bohrklein und ein Verschmutzen, Verlegen bzw. Zerstören der im Inneren des Verankerungselements vorgesehenen Betätigungseinrichtungen und auch der Ankerstange mit Sicherheit hintangehalten ist.

[0025] Um bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auch die Ankerstange nach Ende des Bohrvorgangs und nach Verankerung des Verankerungselements in dem Boden- und Gesteinsmaterial wiedergewinnen zu können, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die Vorrichtung so ausgebildet, dass die Sperrmuffe lösbar, insbesondere mittels eines Gewindes auf dem Bohrgestänge festgelegt ist. Zur Wiedergewinnung der Ankerstange genügt es hiebei, den vorderen Teil der Ankerstange, welcher die Sperrmuffe in Richtung zum Berginneren überragt, mit einem Gewinde auszubilden und die Ankerstange nach Beendigung des Bohrvorgangs einfach aus der Sperrmuffe herauszuschrauben. Zu diesem Zweck und insbesondere auch um während eines Aufweitens des Verankerungselements nicht durch den Bohrkopf zurückziehen zu müssen und insbesondere in das Innere des Verankerungselements 5/12 österreichisches Patentamt AT12 444U1 2012-05-15 ziehen zu müssen, was mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist, ist die Erfindung gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung so ausgebildet, dass das Bohrgestänge und der Bohrkopf lösbar, insbesondere mittels Bajonettverschluss miteinander verbunden sind.

[0026] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigt: [0027] Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schlag- bzw.

Drehschlagbohren von Löchern und die zugehörige Verankerungseinrichtung, [0028] Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 der Verankerungsvorrichtung mit dem darin eingesetzten Aufweitelement in geschlossenem Zustand, [0029] Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Elements von Fig. 2 in aufgeweitetem Zustand, und [0030] Fig. 4 eine Draufsicht auf das Element gemäß Fig. 3 im aufgeweiteten Zustand.

[0031] Im Einzelnen ist in Fig. 1 allgemein mit 1 die Vorrichtung zur Ausbildung eines Bohrlochs bezeichnet, wobei an einem hohl ausgebildeten Bohrgestänge 2 eine Bohrkrone 3 über einen Adapter 4 gelagert ist. Die Vorrichtung 1 wird hiebei durch eine in Fig. 1 nicht dargestellte Antriebseinrichtung, welche an dem aus dem Bohrloch vorragenden Ende des Bohrgestänges 2 angeordnet ist, zu einer drehenden und schlagenden Bewegung angetrieben. An die Bohrkrone 3 ist ein im Wesentlichen rohrförmig ausgebildetes Verankerungselement 5 angelenkt, insbesondere aufgepresst, wobei das Verankerungselement 5 mit einer entsprechenden Materialverdickung auf einer Schulter 6 der Bohrkrone 3 aufliegt. Im Betrieb wird dieses Verankerungselement durch die Bohrkrone in das Innere des Bohrlochs hineingezogen, ohne dass es unmittelbar in Anlage an das Bohrloch gelangt, so dass ein vorzeitiger Verschleiß bzw. eine Beschädigung des Verankerungselements 5 ausgeschlossen ist.

[0032] Im Inneren des Verankerungselements ist einerseits an dem Bohrgestänge 2 eine Sperrmuffe 7 festgelegt, insbesondere aufgepresst oder aufgeschraubt, welche an ihrer von dem Bohrlochinneren abgewandten Stirnfläche eine Feder 8 beaufschlagt, welche Feder 8 an ihrem vor dem Bohrlochinneren abgewandten Ende in einem Haltering 9 so gehalten ist, dass ein Ausklinken der Feder 8 mit Sicherheit hintangehalten ist.

[0033] Während eines Einbringens der Vorrichtung zum Bohren von Löchern in ein Bohrloch ist hiebei die Feder 8 in einem unbelasteten Zustand und übt somit keinerlei Druck auf einen Treibkeil 10 aus, auf welchem die Feder 8 in unmittelbarer Anlage ist. Der Treibkeil 10 ist hiebei so ausgebildet, dass er in Bohrlochlängsrichtung gleitbar auf einem Spannkeil 11 angeordnet ist. Bei der Ausbildung gemäß Fig. 1 ist eine Mehrzahl von Aufweitelementen 10a, welche aus einem Treibkeil 10 und einem Spannkeil 11 bestehen, im Inneren in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung des Verankerungselements 5 angeordnet.

[0034] Die einzelnen Aufweitelemente 10a sind hiebei in unmittelbarer Anlage aneinander ausgebildet, wobei zur Sicherung des Verankerungselements 5 im Bereich der Stoßfläche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufweitelementen 10a jeweils ein Steg bzw. Haltesteg 12 mit geringerer Materialstärke vorgesehen ist, welcher im Zuge eines Aufweitvorgangs unmittelbar und ohne große Kraftanstrengung ausreißt, so dass ein ungehindertes Aufweiten des Verankerungselements 5 ermöglicht wird.

[0035] An dem vom Bohrlochinneren abgewandten Ende des Verankerungselements 5 ist schließlich eine ringförmige Schulter 13 ausgebildet, auf welcher der am weitesten vom Bohrlochinneren abgewandte Spannkeil 11 in Anlage ist, um ein unbeabsichtigtes Hinaustreiben bzw. ein Verlieren einer Aufweiteinrichtung 10a aus dem Verankerungselement 5 mit Sicherheit hintanzuhalten.

[0036] Während dem Bohren ist hiebei, wie dies insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, die Verankerungs- 5 und Aufweitvorrichtung 10a so ausgebildet, dass der Spannkeil 11 mit einer Längsrippe 14 in einem Schlitz 15 des Verankerungselements 5 geführt ist. Durch eine derartige Ausbildung gelingt es, eine vollständig geschlossene und im Wesentlichen ebene und dichte 6/12 österreichisches Patentamt AT12 444U1 2012-05-15

Außenkontur der Verankerungsvorrichtung 5 im Zuge des Einbringens in das Bohrloch zur Verfügung zu stellen, wodurch ein unbeabsichtigtes Eindringen von Bohrklein oder von in das Bohrloch eindringendes Wasser und dgl. mit Sicherheit vermieden wird.

[0037] Wie dies ebenfalls insbesondere Fig. 2 entnehmbar ist, ist das Spannelement 11 so weitergebildet, dass es an seiner in Richtung zum Inneren der Vorrichtung 1 zum Schlag- bzw. Drehschlagbohren von Löchern gewandten Fläche eine entsprechende Nut bzw. Rille 16 aufweist, in welcher eine entsprechende Längsrippe bzw. ein Steg 17 des Treibkeils 10 eingreift. Durch eine derartige Ausbildung wird sichergestellt, dass die beiden Keile 10,11 aneinander zwangsweise geführt werden und dass ein unbeabsichtigtes Verschieben bzw. Durchrutschen des Treibkeils 10 durch den Spannkeil 11 mit Sicherheit hintangehalten ist.

[0038] In der Ausbildung gemäß Fig. 2 ist weiters ersichtlich, dass die Mehrzahl in Umfangs-richtung der Bohrgestänges 2 angeordneten Treibkeile 10 ein Innenlumen 18 ausbilden, welches ausreichend groß ist, um den Durchtritt des Bohrgestänges 2 zu ermöglichen, jedoch ein Durchrutschen der Feder 8 bzw. der Sperrmuffe 7 mit Sicherheit verhindert.

[0039] Des Weiteren ist in der Darstellung von Fig. 2 bzw. Fig. 4 klar ersichtlich, dass auch in dem nicht aufgeweiteten Zustand die Kombination aus Treibkeil und Spannkeil Hohlräume bzw. Durchtrittsräume 19 zur Verfügung stellt, durch welche beispielsweise im Zuge des Bohrens einzubringendes Spülfluid zugeführt oder abtransportiert werden kann oder auch, falls dies gewünscht ist, Bohrklein durch das Innere des Gestänges ausgetragen werden kann.

[0040] Mit einer derartigen Ausbildung ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bohren von Löchern gemeinsam mit dem Verankerungselement 5 als Drainagevorrichtung zu verwenden, da beispielsweise im Bereich des Bohrkopfs eindringendes Wasser sicher und zuverlässig durch das Innere des Verankerungselements in Richtung zum Bohrlochäußeren abtransportiert werden kann, und nicht, wie dies häufig beim Bohren von derartigen Löchern der Fall ist, ein ungezielter Austritt von Wasser, welches beim Anbohren von Wasseradern häufig in großen Mengen auftritt, erfolgt. Auch können nach Aufspreizen der Verankerungsvorrichtung im Bereich des ursprünglich dichten Überlappens von Spreiz- bzw. Spannkeil 11 und Verankerungselement 5 gebildete Durchtritte bzw. Öffnungen als Drainageöffnungen verwendet werden.

[0041] Wie dies ebenfalls der Fig. 2 entnehmbar ist, sind die Treibkeile 10 hiebei so ausgebil-det, dass sie an ihrer zum Bohrlochinneren gewandten Stirnfläche jeweils mit Stirnzähnen 20 ausgebildet sind, welche eine sichere Mitnahme und einen sicheren Halt der Feder 8 gewährleisten.

[0042] Um ein unbeabsichtigtes Öffnen bzw. Austreiben des Verankerungselements zu vermeiden, ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass während des Bohrens der Löcher in Boden- und Gesteinsmaterial die Stirnverzahnung nicht in Eingriff gelangt und durchrutscht und beim Zurückziehen des Bohrgestänges durch eine Drehung entgegen der Drehrichtung während des Bohrvortriebs einerseits der Bohrkopf 3 von dem Bohrgestänge 2 gelöst wird, und andererseits die Stirnverzahnung 20 in Eingriff mit der Feder 8 bzw. einer komplementären Verzahnung der Sperrhülse 7 gebracht wird, so dass bei einem weiterem Zurückziehen des Rohrs eine Druckbeaufschlagung des Treibkeils 10 stattfindet und dieser in das Innere des Spannkeils 11 hineingetrieben wird, wodurch ein Aufweitvorgang des geschlitzt ausgebildeten Verankerungselements 5 und gleichzeitig der Spannkeile 11 erfolgt.

[0043] Diese Situation ist in der Darstellung gemäß Fig. 3 gezeigt, in welcher der Treibkeil 10 vollständig in das Innere des Spannkeils 11 eingetrieben ist und die Verankerungsvorrichtung 5 maximal aufgeweitet dargestellt ist. Durch diese maximale Aufweitung des Verankerungselements 5 wird der Durchmesser der Verankerungsvorrichtung massiv gegenüber dem geschlossenen Zustand vergrößert und die Verankerungsvorrichtung 5 gelangt in dichte bzw. feste Anlage an die Bohrlochwandung.

[0044] Dadurch, dass der Treibkeil 10 im Inneren des Spannkeils 11 über eine Rippen-Nuten-Verbindung geführt ist, ist auch sichergestellt, dass bei Loslassen des Drucks auf den Treibkeil nicht der Treibkeil 10 unbeabsichtigt in das Innere des Spannkeils 11 zurückgeleitet und die 7/12

Claims (16)

1. österreichisches Patentamt AT 12 444 Ul 2012-05-15 Verankerung zumindest bis zu einem gewissen Grad reversibel ist. [0045] Weiterhin kann aus Fig. 3 ersehen werden, dass auch in dem aufgeweiteten Zustand die Verankerungsvorrichtung eine in Richtung zum Äußeren gewandte, im Wesentlichen geschlossene Kontur aufweist, so dass auch in dem verspannten Zustand ein Hereinbrechen von Material in das Innere der Verankerungsvorrichtung hintangehalten ist. Die Verankerungswirkung kann noch weiter erhöht werden, indem beispielsweise die Spannkeile 5 bzw. ihre Rippen 14 mit einer Verzahnung oder dgl. ausgebildet sind. Die Darstellung von Fig. 4 zeigt im Wesentlichen dieselbe Position des Verankerungselements bzw. der damit zusammenwirkenden Aufweitelemente, wie Fig. 3, wobei die Ansicht gemäß Fig. 4 eine Draufsicht darstellt, in welcher die räumlichen Verhältnisse im Inneren der aufgeweiteten Verankerungsvorrichtung 5 noch besser erkannt werden können. [0046] Schließlich gelingt es, da es keine direkte Verbindung zwischen den Treibkeilen 10 und dem Spannelement bzw. der Sperrmuffe 7 gibt, nach Beendigung des Aufweitvorganges und nach Entfernen der Sperrmuffe 7, z. B. durch Abschrauben derselben, das Bohrgestänge aus dem aufgeweiteten Verankerungselement 5 herauszuziehen und für weitere Einsätze wiederzuverwenden. [0047] Es erübrigt sich festzuhalten, dass neben der dargestellten Variante mit drei unmittelbar aufeinanderfolgenden Aufweiteinrichtungen und drei in Umfangsrichtung des Bohrgestänges vorgesehenen Paaren von Aufweitelementen 10a, welche im Inneren eines Verankerungselements 5 ausgebildet sind, auch sämtliche anderen denkmöglichen Varianten mit mehr oder unmittelbar aufeinander folgenden Aufweiteinrichtungen oder mehreren in Umfangsrichtung angeordneten Paaren von Aufweitelementen 10a oder auch zwei vollständig voneinander unabhängigen Aufweiteinrichtungen und Druckbeaufschlagungseinrichtungen vorgesehen sein können. Ansprüche 1. Verfahren zum Schlag- bzw. Drehschlagbohren von Löchern in Boden oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung, wobei durch eine an einem Bohrgestänge (2) gelagerte Bohrkrone (3) ein Bohrloch ausgebildet wird, ein das Bohrgestänge (2) an der von einer Abbaufläche abgewandten Rückseite der Bohrkrone (3) umgebendes ringförmiges, einen Längsschlitz (15) aufweisendes Verankerungselement (5) in das Bohrloch eingebracht wird, und das Verankerungselement nach dem Fertigstellen des Bohrlochs aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (5) durch Zurückziehen des Bohrgestänges (2) im Inneren des eine Mehrzahl von gleichmäßig über seinen Umfang verteilt angeordnete Längsschlitze (15) aufweisenden Verankerungselements (5) und eine Druckbeaufschlagung von einer im Inneren des Verankerungselements vorgesehenen Mehrzahl von den Umfang des Bohrgestänges (2) umschließenden Paaren aus zusammenwirkenden keilförmigen Aufweitelementen (10a) aufgeweitet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (5) durch eine Beaufschlagung von Treibkeilen (10) der Aufweitelemente (10a) durch eine mit dem Bohrgestänge gekoppelte Sperrhülse (7) sowie einer damit zusammenwirkenden Zugfeder (8) bei einem Zurückziehen des Bohrgestänges (2) entgegen der Bohrvortriebsrichtung und einer Relativbewegung der Treibkeile (10) zu den damit zusammenwirkenden in Längsrichtung des Bohrgestänges (2) unverschiebbar gelagerten Spannkeilen (11) aufgeweitet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement durch ein Entkoppeln des Bohrgestänges (2) von dem Bohrkopf (3) durch eine Drehbewegung des Bohrgestänges (2) entgegen einer Drehrichtung des Bohrgestänges (2) beim Ausbilden des Bohrlochs, einem Verrasten einer Stirnverzahnung (20) zwischen den Treibkeilen (10) und der Zugfeder (8) und dem Zurückziehen des Bohrgestänges (2) entgegen der Bohrvortriebsrichtung aufgeweitet wird. 8/12 österreichisches Patentamt AT12 444U1 2012-05-15
4. 4. Vorrichtung zum Schlag- bzw. Drehschlagbohren von Löchern in Boden oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung in dem durch eine an einem Bohrgestänge (2) gelagerte Bohrkrone (3) ausgebildeten Bohrloch wobei das Bohrgestänge (2) an der von einer Abbaufläche abgewandten Rückseite der Bohrkrone (3) mit einem Verankerungselement (5) umgeben ist, welches einen Längsschlitz (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (5) eine Mehrzahl von gleichmäßig über seinen Umfang verteilt angeordneten Längsschlitzen (15) aufweist, dass im Inneren des Verankerungselements (5) eine Mehrzahl von den Umfang des Bohrgestänges (2) umschließenden Paaren aus zusammenwirkenden keilförmigen Aufweitelementen (10a) gelagert ist und dass die Aufweitelemente (10a) durch eine Druckbeaufschlagungseinrichtung (7, 8) aufweitbar sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Verankerungselements (5) jeweils wenigstens 3 Paare von Aufweitelementen (10a) angeordnet sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Paare von keilförmigen Aufweitelementen (10a) jeweils aus einem sich in Bohrvortriebsrichtung verjüngenden Spannkeil (11) und einem sich entgegen der Bohrvortriebsrichtung verjüngenden, in dem Spannkeil (11) gleitbar in Bohrlochlängsrichtung angeordneten Treibkeil (10) gebildet sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkeile (11) an ihrer zur Außenseite gerichteten Fläche eine mit den Längsschlitzen (15) des Verankerungselements (5) zusammenwirkende Längsrippe (14) aufweisen.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkeile (11) an ihrer Innenseite bzw. ihrer zu einem Bohrgestänge (2) gerichteten Fläche jeweils mit entsprechenden Längsrippen (17) des Treibkeils (10) zusammenwirkende Nuten bzw. Vertiefungen (16) aufweisen.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Treibkeile (10) an ihrer zur Bohrkrone (3) gewandten Endfläche mit einer mit der Druckbeaufschlagungseinrichtung (7, 8) zusammenwirkenden Stirnverzahnung ausgebildet sind.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagungseinrichtung (7, 8) aus einer an dem Bohrgestänge (2) festgelegten Sperrmuffe (7) und einer in einem Haltering (9) festgelegten Zugfeder (8) gebildet ist.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (7, 8) an seinem von der Bohrkrone (3) abgewandten Ende eine Auflageeinrichtung (13), insbesondere einen der Dicke des Spannkeils (11) im Wesentlichen entsprechenden Auflagerring für den Spannkeil aufweist.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung des Verankerungselements (5) eine Mehrzahl von Aufweitelementen (10a) angeordnet ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in Längsrichtung des Verankerungselements (5) angeordnete Mehrzahl von Aufweitelementen (10a) aneinander anliegend angeordnet ist und dass jeweils im Bereich der Anlage eines Aufweitelements (10a) an das Nächste die Längsschlitze (15) des Verankerungselements (5) mit Haltestegen (12) versehen sind.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschlitze (15) des Verankerungselements (5) eine der Länge der Aufweitelemente (10a) entsprechende Länge aufweisen.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmuffe (7) lösbar, insbesondere mittels eines Gewindes auf dem Bohrgestänge (2) festgelegt ist. 9/12 österreichisches Patentamt AT12 444 U1 2012-05-15
16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15 dadurch gekennzeichnet, das das Bohrgestänge (2) und der Bohrkopf (3) lösbar, insbesondere mittels Bajonettverschluss miteinander verbunden sind. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 10/12