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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlagoder Drehschlagbohren, eines Loches in Boden- oder Gesteinsmaterial und zum Ausbilden einer Verankerung in dem Loch, wobei durch Einbringen einer Bohrkrone ein Bohrloch gebildet wird, wobei nach Fertigstellung des Bohrloches in wenigstens einen sich im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrung erstreckenden Hohlraum wenigstens eines aufweitbaren Elements des Bohrgestänges bzw. wenigstens einen Hohlraum von wenigstens einem mit dem Bohrgestänge verbundenen, aufweitbaren Element zum wenigstens teilweisen Aufweiten des Aussenumfangs des bzw. der mit dem Fluid beaufschlagten, aufweitbaren Elements(e) in Anlage an die Bohrlochwand ein Fluid unter Druck eingebracht wird.
Die Erfindung bezieht sich weiters auf eine Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Loches in Boden- oder Gesteinsmaterial und zum Ausbilden einer Verankerung, wobei durch Einbringen einer Bohrkrone ein Bohrloch ausgebildet ist, wobei das Bohrgestänge der Bohrvorrichtung von wenigstens einem aufweitbaren Element mit einem sich im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrung erstreckenden Hohlraum zum Einbringen eines Fluids unter Druck zum wenigstens teilweisen Aufweiten des Aussenumfangs des aufweitbaren Elements ausgebildet ist und/oder das Bohrgestänge mit wenigstens einem aufweitbaren Element mit jeweils wenigstens einem sich im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrung erstreckenden Hohlraum zum Einbringen eines Fluids unter Druck zum Aufweiten des Aussenumfangs verbunden ist.
Im Zusammenhang mit der Herstellung eines Loches bzw. Bohrloches in Boden- oder Gesteinsmaterial und einer nachträglichen Ausbildung bzw. Festlegung einer Verankerung bzw. einer Auskleidung in dem Bohrloch ist es beispielsweise aus der WO 1998/21439 A1 und der WO 1998/58132 A1 bekannt, während des Bohrvorgangs, beispielsweise einem Schlag- oder Drehschlagbohren, ein Hüllrohr in das Bohrloch einzubringen, worauf nach Fertigstellung der Bohrung gegebenenfalls ein Teil der Bohrkrone gemeinsam mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt wird, während das Hüllrohr im Bohrloch verbleibt, so dass anschliessend durch ein Verfüllen mit einer aushärtenden Masse ein Anker im Bohrloch ausgebildet wird.
Gemäss der Ausbildung entsprechend der WO 1998/58132 A1 kann das Bohrgestänge an seinem Aussenumfang mit zusätzlichen Rippen und Rillen ausgebildet sein, so dass bei einem Verbleib des Bohrgestänges im Bohrloch und einem nachträglichen Verfüllen eine entsprechend gute Ankerwirkung erzielt werden kann.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind beispielsweise der WO 1991/06713 A1 oder der DE 40 24 869 A1 zu entnehmen, wobei auf eine Durchführung von speziellen Bohr- und Injektionsvorgängen abgezielt wird.
Alternativ ist es nach Herstellung eines Bohrloches bekannt, das Bohrwerkzeug mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch zu entfernen, woran anschliessend ein Anker bzw. eine Ankervorrichtung in das Bohrloch eingebracht wird, wobei beispielsweise auf die EP 79 875 A1, EP 47 727 B1, EP 207 030 B1, EP 16 742 B1, EP 077 762 A1, WO 1997/31177 A1, EP 112 316 A1, WO 1991/06713 A1, DE 40 24 869 A1, WO 2000/75489 A1, DE 31 11 673 A1 oder US 4 636 115 A verwiesen wird.
Bei diesem bekannten Stand der Technik werden nach Herstellung eines Bohrloches und nachträglichem Entfernen der Bohrvorrichtung in das Bohrloch aufweitbare Ankerelemente eingebracht, welche beim Einbringen in das Bohrloch auf einem gegenüber dem Bohrloch verringerten Durchmesser gehalten sind, worauf nach vollständigem Einführen in das Bohrloch aufweitbare und während des Einbringens gefaltete bzw. allgemein in ihrem Querschnitt verringerte Teilbereiche der Ankervorrichtung aufgeweitet werden. Bei diesem bekannten Stand der Technik ist insbesondere nachteilig, dass die gefalteten Bereiche ein gleichmässiges Aufweiten der Ankervorrichtung und somit eine zentrierte Positionierung der Ankervorrichtung insbesondere bei Vorsehen einer Mehrzahl von nebeneinander liegenden Ankerelementen nicht ohne weiteres ermöglichen.
Nachteilig bei diesem bekannten Stand der Technik ist weiters die Tatsache, dass in einem ersten Verfahrensschritt das Bohrloch hergestellt werden muss, worauf nach Entfernen des Bohrwerkzeugs samt dem Bohrgestänge in einem weiteren Verfahrensschritt die Ankervorrichtung in das gegebenenfalls eine grosse Länge aufweisende Bohrloch eingebracht wird, wonach anschliessend unter Aufweiten des Aussendurchmessers der Ankervorrichtung eine Anlage an die Bohrlochwand gelingen soll. Es ist unmittelbar einsichtig, dass nicht nur für die zwei voneinander getrennten Arbeitsschritte ein entsprechend vergrösserter Zeitaufwand erforderlich ist, sondern dass gegebenenfalls ein nachträgliches Einbringen einer derartigen Ankervorrichtung mit
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grosser Länge mit Schwierigkeiten verbunden ist.
Weiters ist davon auszugehen, dass ein Entfernen der Bohrvorrichtung samt dem Bohrgestänge und ein nachträgliches Einbringen der Verankerungsvorrichtung lediglich in vergleichsweise festem Boden bzw. Gestein durchführbar ist, bei welchem sichergestellt sein muss, dass nicht beispielsweise während das Bohrvorgangs oder nach dem Entfernen des Bohrwerkzeugs und vor dem endgültigen Einbringen der Verankerungsvorrichtung Material in das Bohrloch hereinbricht, so dass das Bohrloch blockiert wäre, wodurch ein Einbringen der Ankervorrichtung nicht mehr möglich ist.
Darüber hinaus ist es beispielsweise bekannt, sogenannte Packer am Aussenumfang eines Bohrgestänges einer Bohrvorrichtung anzuordnen, welche über einen kurzen Teilbereich nach Fertigstellung der Bohrung ein Aufweiten in Anlage an die Bohrlochwand ermöglichen und somit einem Herausziehen bzw. Entfernen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch entgegenwirken. Eine zuverlässige Verankerungswirkung, insbesondere bei Vorsehen einer Mehrzahl von nebeneinander vorzusehenden Ankern, zur Stabilisierung von umliegendem Boden- oder Gesteinsmaterial lässt sich mit derartigen Packern jedoch nicht erzielen, so dass gegebenenfalls zusätzliche Mittel zur Verankerung, wie beispielsweise das Ausbringen von aushärtendem Material, vorzusehen wären.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik zielt die vorliegende Erfindung daher darauf ab, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei bei vereinfachter Konstruktion und insbesondere verringertem Zeitaufwand unmittelbar nach Fertigstellung eines Bohrloches eine Ausbildung einer Verankerung, insbesondere zur Stabilisierung des umliegenden Boden- oder Gesteinsmaterials, möglich wird.
Zur Lösung dieser Aufgaben ist ein Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang und/oder die Länge des herzustellenden Bohrloches eine Mehrzahl von voneinander getrennten, aufweitbaren Elementen mit Hohlräumen zum Aufweiten des Aussenumfangs vorgesehen wird. Da nach Fertigstellung des Bohrloches wenigstens ein durch Einbringen eines Fluids aufweitbares Element in Anlage an die Bohrlochwand bringbar ist, wird sichergestellt, dass in einem einzigen Arbeitsgang unmittelbar nach Fertigstellung der Bohrung und insbesondere ohne Entfernung der Bohrvorrichtung aus dem Bohrloch eine Verankerung und Stabilisierung des umliegenden Boden- oder Gesteinsmaterials möglich wird, wobei das aufweitbare Element eine entsprechend grosse Länge aufweisen kann und somit eine zuverlässige Verankerung erzielbar ist.
Es wird somit unmittelbar bei der Ausbildung des Bohrloches wenigstens ein aufweitbares Element gemeinsam mit dem Bohrgestänge eingebracht bzw. wird das Bohrgestänge von einem wenigstens teilweise aufweitbaren Element gebildet, so dass bei vereinfachter Konstruktion nach Fertigstellung des Bohrloches eine ordnungsgemässe Verankerung erzielbar ist. Dabei wird zur Erzielung der Verankerung zumindest der Aussenumfang bzw. die Aussenkontur des wenigstens einen aufweitbaren Elements wenigstens teilweise aufgeweitet bzw. vergrössert, um in Anlage an die Bohrlochwand zu gelangen.
Durch erfindungsgemässes Vorsehen einer Mehrzahl von aufweitbaren Elementen über den Umfang des herzustellenden Bohrloches und/oder über die Länge desselben lässt sich eine gleichmässige Krafteinbringung sowohl über den Umfang als auch über die Länge des Bohrloches und somit eine entsprechend sichere Verankerung erzielen. Insbesondere bei Vorsehen einer Mehrzahl von aufweitbaren Elementen über den Umfang des Bohrloches wird es möglich, bei gleichzeitigem Aufweiten der aufweitbaren Elemente eine zentrierte Anordnung der Bohrvorrichtung im fertiggestellten Bohrloch aufrecht zu erhalten und die Krafteinbringung in umliegendes Boden- oder Gesteinsmaterial zu vergleichmässigen.
Für eine ordnungsgemässe Festlegung der aufweitbaren Elemente aneinander bzw. an einem zentralen Bohrgestänge sowie zur Sicherstellung eines ordnungsgemässen Aufweitens der aufweitbaren Elemente ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass eine Mehrzahl von jeweils einen Hohlraum aufweisenden, aufweitbaren Elementen aneinander bzw. an einem zentralen Bohrgestänge festgelegt, insbesondere über jeweils einen Teil der Länge verschweisst, wird.
Da die aufweitbaren Elemente insbesondere für den Fall, dass diese unmittelbar das Bohrgestänge ausbilden, entsprechend widerstandsfähig insbesondere aus einem metallischen Material ausgebildet sein müssen, ist verständlich, dass entsprechend grosse Kräfte zum Aufweiten der aufweitbaren Elemente eingebracht werden müssen, so dass eine ordnungsgemässe Festlegung der Elemente aneinander und/oder an dem Bohrgestänge vorzusehen ist.
Für eine Verlängerung der Bohrvorrichtung zur Ausbildung von Bohrlöchern grosser Länge ist es bekannt, jeweils entsprechende Gestängeelemente miteinander zu verbinden, wobei im
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Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgeschlagen wird, dass das Bohrgestänge mit den aufweitbaren Elementen und/oder die das Bohrgestänge bildenden, aufweitbaren Elemente über Verbindungselemente verlängert werden, über welche das Fluid zum Aufweiten der Elemente geleitet wird, wobei durch derartige Verbindungselemente sichergestellt wird, dass das nach Fertigstellung der Bohrung in die aufweitbaren Elemente einzubringende Fluid sicher in die Mehrzahl von aufweitbaren Elementen einbringbar ist.
Wie oben angedeutet, sind insbesondere für den Fall, dass die aufweitbaren Elemente unmittelbar Teile des Bohrgestänges ausbilden, entsprechend widerstandsfähige, aufweitbare Elemente vorzusehen, wobei für ein ordnungsgemässes Aufweiten der Elemente nach Fertigstellung der Bohrung in Anlage an das umliegende Boden- oder Gesteinsmaterial Fluid unter hohem Druck einzubringen ist, wobei gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen wird, dass das Fluid unter einem Druck von wenigstens 100 bar, insbesondere wenigstens 150 bar, in das Innere bzw. die Hohlräume der aufweitbaren Elemente eingebracht wird.
Neben dem Einbringen eines Fluids unter Druck zum Aufweiten der Elemente nach Fertigstellung der Bohrung zur Ausbildung einer Verankerung ist es während eines Bohrvorgangs allgemein bekannt, ein Fluid zum Spülen und/oder Kühlen der Bohrkrone als auch gegebenenfalls zum Abtransport von abgebautem Material in den Bereich der Bohrkrone einzubringen, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, dass über das Bohrgestänge oder eine Leitung ein Fluid zum Kühlen und/oder Spülen der Bohrkrone während des Bohrvorgangs in den Bereich der Bohrkrone eingebracht wird, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens entspricht.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang und/oder die Länge des herzustellenden Bohrloches eine Mehrzahl von voneinander getrennten, aufweitbaren Elementen mit Hohlräumen zum Aufweiten des Aussenumfangs vorgesehen ist. Wie oben bereits erwähnt, gelingt durch Vorsehen einer Mehrzahl von aufweitbaren Elementen nach Fertigstellung der Bohrung unter Einbringen eines Fluids unter Druck in die aufweitbaren Elemente eine sichere und zuverlässige Verankerung im Bohrloch, wobei auf ein nachträgliches Einbringen eines Ankers verzichtet werden kann.
Bei Vorsehen von sich über einen entsprechend grossen Teilbereich der Länge der Bohrung erstreckenden, aufweitbaren Elementen lässt sich darüber hinaus eine sichere Verankerung und Stabilisierung des umliegenden Boden- oder Gesteinsmaterials erzielen.
Zur Vergleichmässigung der Verankerungswirkung als auch zur Sicherstellung einer Verankerung über eine grosse Länge ist gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass eine Mehrzahl von aufweitbaren Elementen zur Ausbildung des Bohrgestänges wenigstens teilweise über ihre Länge miteinander verbunden, insbesondere an aneinander anschliessenden Randbereichen miteinander verschweisst, ist. Durch die Festlegung mehrerer aufweitbarer Elemente aneinander bzw. an einem Bohrgestänge wenigstens über einen Teilbereich der Länge gelingt ein zuverlässiges Einbringen der Bohrvorrichtung, wobei zum Einbringen der Bohrenergie entsprechend grosse Kräfte übertragen werden müssen, so dass eine zuverlässige Verbindung der einzelnen Elemente aneinander erforderlich ist.
Gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass an einem mittigen Bohrgestänge eine Mehrzahl von aufweitbaren Elementen festgelegt, insbesondere über einen Teil der Länge verschweisst, ist, wodurch eine sichere Festlegung der aufweitbaren Elemente am Bohrgestänge während des Bohrvorgangs erzielbar ist. Darüber hinaus wird durch Vorsehen einer Mehrzahl von aufweitbaren Elementen während des nachträglichen Verankerns und Aufweitens sichergestellt, dass das Bohrgestänge in einer mittigen bzw. zentralen Lage verbleibt und somit eine zuverlässige Verankerungswirkung erzielbar ist.
Wie oben bereits angedeutet, ist es insbesondere bei Ausbildung von Bohrlöchern grosser Länge bekannt, Gestängeteile der Bohrvorrichtung jeweils zu verlängern, wobei zum Einbringen des Fluids zum Aufweiten der aufweitbaren Elemente nach Fertigstellung der Bohrung gemäss der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgeschlagen wird, dass das Bohrgestänge und die aufweitbaren Elemente oder die das Bohrgestänge bildenden, aufweitbaren Elemente über Verbindungselemente verlängerbar sind, welche Durchtritte zum Durchleiten des Fluids zum Aufweiten der aufweitbaren Elemente aufweisen.
Zur sicheren Festlegung der aufweitbaren Elemente an den Verbindungselementen wird
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gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Verbindungselemente die daran anschliessenden, aufweitbaren Elemente insbesondere durch Fortsätze teilweise übergreifen und mit den aufweitbaren Elementen verbunden, insbesondere verschweisst, sind. Derartige, die aufweitbaren Elemente teilweise übergreifende Bereiche bzw. Fortsätze der Verbindungselemente dienen hiebei für eine ordnungsgemässe Festlegung der aufweitbaren Elemente an dem Verbindungselement und/oder aneinander.
Wie oben bereits angedeutet, ist für eine Ausbildung einer gleichmässigen bzw. mittigen Verankerung über den Umfang der herzustellenden Bohrung eine Mehrzahl von aufweitbaren Elementen vorgesehen, wobei in diesem Zusammenhang gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen wird, dass in Umfangsrichtung wenigstens drei aufweitbare Elemente zur Ausbildung des Bohrgestänges vorgesehen sind bzw. mit einem mittigen Bohrgestänge verbunden sind. Bei Vorsehen von wenigstens drei aufweitbaren Elementen lassen sich nicht nur die zur Ausbildung der Bohrung auf die Bohrkrone zu übertragenden Kräfte ordnungsgemäss und zuverlässig einbringen, sondern es wird während des Aufweitvorgangs sichergestellt, dass eine entsprechend mittige Positionierung des Ankers und somit eine gleichmässige Stabilisierung des umliegenden Bodenoder Gesteinsmaterials erzielbar ist.
Um selbst bei entsprechend widerstandsfähigen Materialien, welche die aufweitbaren Elemente ausbilden, eine zuverlässige Aufweitung und damit Anlage an die Bohrlochwand zu erzielen, ist gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die aufweitbaren Elemente in einem Querschnitt normal auf ihre Längsrichtung sichelförmig ausgebildet sind. Derartige sichelförmige Rohrelemente lassen sich mit einfachen Werkzeugen mit entsprechender Kontur und Festigkeit herstellen und ermöglichen in weiterer Folge eine einfache Festlegung aneinander bzw. an einem mittigen Bohrgestänge und stellen eine günstige Formgebung für das abschliessende Aufweiten bei entsprechend geringer, durch das Fluid einzubringender Krafteinleitung sicher.
Gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die aufweitbaren Elemente mit sich im wesentlichen radial nach aussen erstreckenden bzw. radial nach aussen vorragenden Teilbereichen miteinander verbunden bzw. an einem mittigen Bohrgestänge festgelegt sind, wobei gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform in diesem Zusammenhang vorgeschlagen wird, dass die aufweitbaren Elemente in einer normal auf die Längsrichtung des Bohrloches verlaufenden Ebene einen sternförmigen Umriss aufweisen bzw. definieren.
Durch eine derartige Formgebung lassen sich die für die Ausbildung der Bohrung erforderlichen Kräfte zuverlässig einbringen, wobei durch den sternförmigen Umriss bereits während des Bohrvorgangs eine ordnungsgemässe Zentrierung im Bohrloch erzielbar ist, während durch das Aufweiten ebenfalls die zentrale bzw. mittige Lage aufrecht erhalten werden kann.
Zum Kühlen bzw. Spülen der Bohrkrone als auch gegebenenfalls zum Abtransport des abgebauten Materials wird gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass durch das Bohrgestänge oder eine Leitung während des Bohrvorgangs ein Fluid zum Kühlen und/oder Spülen der Bohrkrone in den Bereich der Bohrkrone einbringbar ist.
Für eine ordnungsgemässe Festlegung der Bohrkrone an dem das Bohrgestänge bildenden Element ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass die Bohrkrone durch Schweissen, Schrauben oder dgl. an dem Bohrgestänge bzw. den das Bohrgestänge bildenden, aufweitbaren Elementen festgelegt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens; Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung ; Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, in vergrössertem Massstab eines Verbindungselements zum Verlängern eines Bohrgestänges sowie der aufweitbaren Elemente einer erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 4 Schnittansichten der Ausführungsform gemäss Fig. 3, wobei Fig. 4a einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3 darstellt, Fig. 4b einen Schnitt ähnlich der Fig. 4a zeigt, wobei durch zusätzliche Umrisslinien eine teilweise Aufweitung der aufweitbaren Elemente in Abstand von der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3 gezeigt ist, und Fig. 4c einen Schnitt durch die aufweitbaren Elemente nach
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Beendigung des Aufweitvorgangs andeutet ; Fig. 5 in einer zu Fig. 4a ähnlichen Darstellung unterschiedliche Ausführungsformen einer Anord- nung von aufweitbaren Elementen von erfindungsgemässen Vorrichtungen zeigt.
In der schematischen Darstellung gemäss Fig. 1 ist allgemein mit 1 eine Bohrvorrichtung bezeichnet, wobei eine schematisch mit 2 angedeutete Bohrkrone an einem aus mehreren Einzelteilen 3 und 4 bestehenden Bohrgestänge festgelegt wird, wobei die einzelnen Gestängeteile 3 und 4 über ein schematisch mit 5 angedeutetes Verbindungselement verbunden bzw. verlängert sind, wobei eine Ausbildung im Detail in Fig. 3 näher dargestellt ist.
Wie aus den nachfolgenden Darstellungen näher ersichtlich, sind die Gestängeteile 3 und 4 aus einer Mehrzahl von aufweitbaren Elementen gebildet bzw. ist eine Mehrzahl von aufweitbaren Elementen um ein mittiges Bohrgestänge vorgesehen, wobei eine nicht näher dargestellte Vorrichtung zum Einbringen einer Bohr- und Schlagenergie in die Bohrkrone 2 an einem mit 6 bezeichneten Ende angreift.
Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, erfolgt nach Fertigstellung des Bohrloches ein Aufweiten von aufweitbaren Elementen in die strichliert mit 3' bzw. 4' angedeutete Position über den Umfang als auch über die Länge der Bohrvorrichtung 1, so dass durch Aufweiten zumindest des Aussenumfangs bzw. der Aussenkontur insgesamt sowohl eine stabile Verankerung der Bohrvorrichtung 1 im nicht näher dargestellten Bohrloch als auch eine Stabilisierung von umliegendem Boden- oder Gesteinsmaterial erzielbar ist.
In Fig. 1 ist weiters angedeutet, dass sowohl im Bereich des Verbindungselements 5 als auch des Abschlusselements 6 sowie der Festlegung der Gestängeteile 3 und 4 an der Bohrkrone 2 jeweils über einen Teilbereich 7 eine Festlegung der in den nachfolgenden Figuren im Detail gezeigten, aufweitbaren Elemente bzw. allgemein Gestängeteile 3 und 4 aneinander als auch dem Verbindungselement 5, dem Abschlusselement 6 sowie der Bohrkrone 2 erfolgt, so dass in diesen Teilbereichen 7 eine sichere Festlegung vorgenommen werden kann, welche auch einem Aufweiten bei Einbringen eines Fluids unter hohem Druck, beispielsweise von wenigstens 100 bar, in das Innere der aufweitbaren Elemente widerstehen kann und sich insgesamt eine tonnen- bzw. kissenförmige Aussenkontur 3' bzw. 4' nach dem Aufweiten zum Ausbilden der Verankerung erzielen lässt.
Bei der Darstellung gemäss Fig. 2 ist ersichtlich, dass an einem zentralen Bohrgestänge 8, welches mit der wiederum mit 2 bezeichneten Bohrkrone verbunden ist, im wesentlichen halbkreisförmige, aufweitbare Elemente 9 vorgesehen sind, wobei die aufweitbaren Elemente 9 mit dem Bohrgestänge über wiederum mit 7 bezeichnete Teilbereiche im Bereich des Anschlusses an die Bohrkrone 2 als auch an ein wiederum schematisch mit 5 angedeutetes Verbindungselement festgelegt, beispielsweise verschweisst, sind.
In dem Verbindungselement 5 gemäss Fig. 2 ist mit 10 eine Eintrittsöffnung angedeutet, über welche, wie dies insbesondere bei der Darstellung gemäss Fig. 3 näher ersichtlich werden wird, ein Einbringen von Fluid unter Druck in das aufweitbare Element 9 möglich wird, so dass nach einer Fertigstellung der Bohrung wiederum ein Aufweiten der aufweitbaren Elemente 9 zur Ausbildung einer Verankerung erzielbar ist.
Wie bereits oben angedeutet, ist in Fig. 3 der Bereich eines Verbindungselements 5 im Detail dargestellt. Ein erstes Verbindungselement 11 ist an einer Mehrzahl von aufweitbaren Elementen 12 festgelegt bzw. insbesondere verschweisst, wobei Fortsätze 13 die aufweitbaren Elemente 12 wenigstens teilweise übergreifen, wie dies auch in der Schnittdarstellung gemäss Fig. 4a deutlich ersichtlich ist. Das Verbindungselement 11 weist ein Innengewinde 14 auf, in welches ein zweites Verbindungselement 15 über ein entsprechendes Aussengewinde 16 verschraubbar ist, wobei auch das zweite Verbindungselement 15 mit entsprechenden Fortsätzen 13 ausgebildet ist, um wiederum aufweitbare Elemente 12 wenigstens teilweise zu übergreifen.
Im Endbereich der aufweitbaren Elemente 12 sowie in den Verbindungselementen 11 bzw. 15 sind Durchtritte bzw. Durchtrittskanäle 17 ausgebildet, welche einerseits in die Hohlräume 18 der aufweitbaren Elemente 12 münden. Die Durchtrittskanäle münden darüber hinaus in einen Verbindungskanal bzw.-durchtritt 19, welcher in einem hülsen- bzw. muffenartigen Element 20 ausgebildet ist, wobei das Element 20 den Bereich der Verbindung der Verbindungselemente 11 und 15 umgibt bzw. umschliesst.
Wie durch Pfeile 21 angedeutet, gelingt über die Durchtritte 17 und 19 ein Einbringen eines Fluids unter Druck in sämtliche Hohlräume 18 der aneinander anschliessenden, aufweitbaren Elemente 12, so dass nach einer Fertigstellung der Bohrung durch das Einbringen des Fluids unter
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Druck, beispielsweise mit wenigstens 100 bzw. 150 bar, ein Aufweiten der aufweitbaren Elemente 12 erzielbar ist.
Wie aus den Darstellungen gemäss Fig. 4 ersichtlich, ist bei dieser Ausführungsform ein zentrales Bohrgestänge nicht vorgesehen, so dass das Bohrgestänge von drei jeweils sichelartigen, aufweitbaren Elementen 12 gebildet wird, wobei die aufweitbaren Elemente im Bereich der Verbindungselemente 11 bzw. 15 mit den übergreifenden Teilbereichen 13 verbunden, insbesondere verschweisst sind, wie dies mit 22 jeweils in Fig. 4a und 4b angedeutet ist. Darüber hinaus sind auch die aufweitbaren Elemente 12 über weitere Schweissstellen 23 miteinander wenigstens über einen Teilbereich ihrer Länge verbunden.
In Fig. 4 ist weiters angedeutet, dass in dem zwischen den Elementen 12 verbleibenden Freiraum eine zusätzliche Leitung 24 zum Einbringen eines Fluids in die Bohrkrone zum Kühlen bzw.
Spülen derselben vorgesehen ist.
Bei der Darstellung gemäss Fig. 4b ist schematisch angedeutet, wie in Teilbereichen in Abstand von den Verbindungselementen 11 bzw. 15 und insbesondere in Abstand von den die aufweitbaren Elemente 12 teilweise übergreifenden Fortsätzen 13 ein Aufweiten nach einem Einbringen eines Fluids unter Druck in die mit 12' bzw. 12" bezeichnete Lage möglich wird.
Bei der Darstellung gemäss Fig. 4c ist ersichtlich, wie in einem Teilbereich in grösserem Abstand von den Verbindungselementen 11 bzw. 15 nach dem Beendigen des Aufweitvorgangs die aufgeweiteten Elemente 12 an der Bohrlochwand 25 anliegen, wobei durch Vorsehen von drei aufweitbaren Elementen 12 über den Umfang des Bohrloches eine entsprechend zentrale bzw. mittige Positionierung erzielbar ist und somit auch eine entsprechend gleichmässige Einbringung von Kräften in das umliegende Boden- oder Gesteinsmaterial 26 als auch eine gleichmässige Stabilisierung desselben möglich wird.
Bei den schematischen Darstellungen gemäss Fig. 5 sind weitere abgewandelte Ausführungsformen gezeigt, wobei bei der Ausbildung gemäss Fig. 5a an einem zentralen bzw. mittigen Bohrgestänge 27 jeweils zwei aufweitbare Elemente 28 vorgesehen sind. Es finden wiederum im wesentlichen sichelförmige, aufweitbare Elemente 28 Verwendung, welche nach Fertigstellung der Bohrung durch Einbringen eines Fluids unter Druck ein Aufweiten und entsprechend zuverlässiges Anliegen an die wiederum mit 25 bezeichnete Bohrlochwand und somit eine zuverlässige Verankerung ermöglichen.
Durch Vorsehen von zwei aufweitbaren Elementen 28 verteilt über den Umfang wird nach dem Aufweiten sichergestellt, dass das Bohrgestänge 27 seine zentrale bzw. mittige Positionierung beibehält, so dass insbesondere bei Vorsehen einer Mehrzahl von nebeneinander liegenden Bohrlöchern 25 eine entsprechend gleichmässige Verankerung und Stabilisierung des umliegenden Boden- oder Gesteinsmaterials über entsprechende Flächen erzielbar werden.
Sowohl bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5a als auch bei den weiteren, in Fig. 5 schematisch angedeuteten Ausführungsformen ist wie bei den vorangehenden Ausführungsformen vorgesehen, dass aufweitbare Elemente miteinander bzw. an einem zentralen Bohrgestänge wenigstens über einen Teilbereich ihrer Länge verbunden, insbesondere verschweisst, sind und dass ein Aufweiten jeweils über einen Teilbereich der Länge in einer tonnen- bzw. kissenartigen Aussenkontur resultiert, wie dies in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Eine Verlängerung zur Erzielung grosser Bohrlängen erfolgt wiederum über entsprechende Verbindungselemente, wie dies beispielsweise schematisch in Fig. 3 angedeutet ist.
Bei der Ausbildung gemäss Fig. 5b finden wiederum zwei aufweitbare Elemente 29 Verwendung, wobei jedoch im Gegensatz zur Ausführungsform gemäss Fig. 5a ein zentrales Bohrgestänge nicht vorgesehen ist, so dass die wenigstens über Teilbereiche miteinander verbundenen, aufweitbaren Elemente 29, wobei eine Schweissstelle jeweils mit 30 angedeutet ist, auch die Funktion des Bohrgestänges zum Einbringen der Bohr- oder Schlagenergie übernehmen.
Nach Fertigstellung der Bohrung erfolgt wiederum ein Einbringen von Fluid unter Druck in den wiederum mit 18 bezeichneten Hohlraum der aufweitbaren Elemente 29 zur Anlage an die Bohrlochwand 25 zur Erzielung einer Verankerung.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5c findet wiederum ein zentrales Bohrgestänge 31 Verwendung, wobei über den Umfang verteilt drei aufweitbare Elemente 32 vorgesehen sind, welche ähnlich der Ausführungsform gemäss Fig. 4a mit nach aussen vorragenden Fortsätzen ausgebildet sind, und somit wiederum einen im wesentlichen sternförmigen Aussenquerschnitt ergeben. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, erfolgt durch die aufweitbaren Elemente eine Zentrierung des
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Bohrgestänges 31 bereits während des Bohrvorgangs durch Anlage an die Bohrlochwand 25, worauf nach Fertigstellung der Bohrung und Einbringen eines Fluids unter Druck in die Hohlräume 18 der aufweitbaren Elemente 32 die Zentrierung beibehalten wird und eine Anlage an die Bohrlochwand 25 erzielbar ist.
Ähnlich zu der Ausführungsform gemäss Fig. 5c sind bei der Ausbildung gemäss Fig. 5d an dem zentralen Bohrgestänge 31 symmetrisch vier aufweitbare Elemente 32 mit jeweils nach aussen ragenden Endabschnitten angeordnet, wobei sowohl während des Bohrvorgangs eine Zentrierung an der Bohrlochwand 25 als auch nach dem Aufweiten eine entsprechend sichere und zentrierte Verankerung erzielbar ist.
Bei sämtlichen Ausführungsformen gemäss Fig. 5 kann im zentralen bzw. mittigen Bereich eine zusätzliche Leitung zum Einbringen eines Spül- bzw. Kühlfluids vorgesehen sein bzw. es kann das zentrale Bohrgestänge 27 bzw. 31 unmittelbar als Durchtrittsquerschnitt zum Einbringen eines Spül- bzw. Kühlfluids in den Bereich der Bohrkrone verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Loches in
Boden- oder Gesteinsmaterial und zum Ausbilden einer Verankerung in dem Loch, wobei durch Einbringen einer Bohrkrone (2) ein Bohrloch gebildet wird, wobei nach Fertigstellung des Bohrloches in wenigstens einen sich im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrung erstreckenden Hohlraum (18) wenigstens eines aufweitbaren Elements (3,4, 12, 29) des
Bohrgestänges bzw. wenigstens einen Hohlraum von wenigstens einem mit dem Bohrge- stänge (8,27, 31) verbundenen, aufweitbaren Element (9,28, 32) zum wenigstens teilwei- sen Aufweiten des Aussenumfangs des bzw.
der mit dem Fluid beaufschlagten, aufweitba- ren Elements(e) in Anlage an die Bohrlochwand ein Fluid unter Druck eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang und/oder die Länge des herzustellenden
Bohrloches eine Mehrzahl von voneinander getrennten, aufweitbaren Elementen (3,4, 12,
29,9, 28,32) mit Hohlräumen zum Aufweiten des Aussenumfangs vorgesehen wird.