DE102011000687A1 - A process for expanding a drill string segment of a drill string of a raise-boring machine and a raise-boring machine - Google Patents
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Abstract
Raise-Boring-Maschine (100) und Verfahren zum Ausbau eines Bohrgestängesegments (5, 6, 7), wobei jedes Bohrgestängesegment (5, 6, 7) an seinem in Betriebsstellung oberen Bereich mindestens eine Schlüsselfläche (18) umfasst, und mit einer heb- und senkbaren Drehantriebseinrichtung (2) zum Drehantrieb des Bohrgestänges (4), mit welcher das erste Bohrgestängesegment (5) verschraubt ist, wobei die Drehantriebseinrichtung (2) einen Drehwinkelaufnehmer (30) umfasst, der mit einer Steuereinrichtung (31) für die Drehantriebseinrichtung (2) derart kommuniziert, dass eine Drehung des Bohrgestänges (4) in Drehwinkelpositionen angehalten werden kann, in denen sich die mindestens eine Schlüsselfläche (18) in einer zum maschinellen Ansetzen eines Abfang- oder Brechschlüssels (17, 25) geeigneten Winkelposition befindet, und dass nach Ansetzen des Brechschlüssels (25) zum Lösen von miteinander verschraubten Bohrgestängesegmenten um einen Drehwinkel erfolgt, der eine maschinelle Entnahme des Brechschlüssels (25) ermöglicht.Raise-boring machine (100) and method for removing a drill pipe segment (5, 6, 7), each drill pipe segment (5, 6, 7) comprising at least one key surface (18) on its upper region in the operating position, and with a lifting device - and lowerable rotary drive device (2) for rotary drive of the drill pipe (4), with which the first drill pipe segment (5) is screwed, the rotary drive device (2) comprising a rotary angle sensor (30) which is connected to a control device (31) for the rotary drive device ( 2) communicates in such a way that rotation of the drill pipe (4) can be stopped in angular positions in which the at least one key surface (18) is in an angular position suitable for the mechanical application of a catch or breaking key (17, 25), and that after application of the breaking key (25) to loosen screwed drill pipe segments by an angle of rotation, which is a mechanical removal of the breaking key (25).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbau eines Bohrgestängesegments eines Bohrgestänges einer Raise-Boring-Maschine, bei welchem die Verschraubung jeweils eines oberen ersten Bohrgestängesegments, dessen oberes Ende mit einer Drehantriebseinrichtung verschraubt ist, von einem unten nachfolgenden, zweiten Bohrgestängesegment gelöst wird. Die Erfindung betrifft auch eine Raise-Boring-Maschine.The invention relates to a method for removing a Bohrgestängesegments a drill string Raise-Boring machine, in which the screw connection of each of an upper first Bohrgestängesegments whose upper end is screwed to a rotary drive device, is released from a subsequent below, second Bohrgestängesegment. The invention also relates to a raise-boring machine.
Das in der Fachsprache mit „Raise-Boring” bezeichnete Aufwärtsbohren ist ein Bohrverfahren, bei dem entlang einer Pilotbohrung von unten nach oben bohrend ein kreisrunder Schacht zwischen einem unterirdischen Hohlraum und einer höheren Ebene hergestellt werden kann. Dieses Verfahren findet insbesondere zur Herstellung von Verbindungen zwischen zwei Strecken in einem Bergwerk oder zwischen einer Kaverne und der Erdoberfläche Verwendung. Nachdem die Pilotbohrung durchschlägig ist, wird am Fuß der Bohrung ein Erweiterungswerkzeug an einem Bohrgestänge, welches eine Mehrzahl miteinander verschraubter Bohrgestängesegmente umfasst, montiert. Zum Erweitern der Pilotbohrung wird das Bohrgestänge drehangetrieben und aufgeholt. Jedes Mal, nachdem eine Bohrgestängesegmentlänge abgebohrt ist, muss ein Bohrgestängesegment ausgebaut werden. Hierzu wird das Bohrgestänge unterhalb des auszubauenden Segments abgefangen, wofür eine Abfangvorrichtung vorgesehen ist. Sie umfasst einen Abfangschlüssel, der mit einer Schlüsselfläche in Eingriff bringbar ist, die im oberen Bereich eines zweiten Bohrgestängesegments, welches dem ersten, oberen auszubauenden Bohrgestängesegment unten nachfolgt, vorgesehen ist.As referred to in the trade as "raise-boring", up-drilling is a drilling process in which a circular well can be made between a subterranean cavity and a higher level, drilling downhole from a pilot hole. This method is used in particular for the production of connections between two routes in a mine or between a cavern and the earth's surface. After the pilot hole is unscrewed, an extension tool is mounted at the base of the bore on a drill pipe comprising a plurality of drill string segments bolted together. To extend the pilot hole, the drill pipe is rotated and caught up. Each time a drill string segment length is drilled, a drill string segment must be removed. For this purpose, the drill string is intercepted below the segment to be removed, for which an interceptor is provided. It includes a interceptor key engageable with a key surface provided in the upper portion of a second drill string segment following the first upper tubular segment to be excavated down.
Der Abfangschlüssel wird hierzu manuell auf die Schlüsselfläche aufgeschoben. Da dieser Vorgang im Arbeitsraum der Raise-Boring-Maschine, d. h. innerhalb des vom Maschinengestell umgrenzten Raumes erfolgt, ist er mit einem hohen Unfallrisiko verbunden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Raise-Boring-Vorrichtung dem Erweitern einer zur senkrechten schräg verlaufenden Pilotbohrung dient, da ein angesetzter Abfangschlüssel im Falle von Montagepositionen, in welchen dessen Zinken schräg nach oben weisen, zum unerwünschten Abfallen neigt.The interception key is manually pushed onto the key area. Since this process takes place in the work space of the raise-boring machine, i. H. within the space bounded by the machine frame, it is associated with a high accident risk. This is especially true when the Raise Boring device is used to expand a perpendicular to the inclined pilot hole, as an attached interceptor in the case of mounting positions in which its prongs obliquely upward, tends to unwanted dropping.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich des Verletzungsrisikos verbessertes Verfahren zum Ausbau eines Bohrgestängesegments eines Bohrgestänges einer Raise-Boring-Maschine, sowie eine Raise-Boring-Maschine zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The invention is therefore based on the object, with respect to the risk of injury improved method for expanding a Bohrgestängesegments a drill string Raise Boring machine, as well as a Raise Boring machine to perform the method.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren und durch die in Anspruch 2 wiedergegebene Vorrichtung gelöst.This object is achieved by the method set forth in
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Drehen des Bohrgestänges um dessen Drehachse in eine Winkelposition, in der der Abfangschlüssel maschinell an eine Schlüsselfläche im oberen Bereich des zweiten Bohrgestängesegments ansetzbar ist;
- – Maschinelles Ansetzen des Abfangschlüssels;
- – Drehen des Bohrgestänges um die Drehachse in eine Winkelposition, in der ein Brechschlüssel an eine Schlüsselfläche im oberen Bereich des ersten Bohrgestängesegments maschinell ansetzbar ist;
- – Absenken des Bohrgestänges, bis der Abfangschlüssel dreharretiert mit einer drehfest angeordneten Abfangaufnahme zusammenwirkt, die das Bohrgestänge gegen weiteres Absenken abfängt;
- – Brechen der Schraubverbindung zwischen dem ersten Bohrgestängesegment und der Drehantriebseinrichtung;
- – Ineingriffbringen einer an der Drehantriebseinrichtung vorgesehenen Brechaufnahme mit dem Brechschlüssel, so dass dieser drehfest mit der Brechaufnahme zusammenwirkt;
- – Lockern der Schraubverbindung zwischen dem ersten und zweiten Bohrgestängesegment durch Drehbetätigung der Drehantriebseinrichtung;
- – Ansetzen eines Manipulators an das erste Bohrgestängesegment;
- – Brechen der Schraubverbindung zwischen den ersten und zweiten Bohrgestängesegmenten und Entfernen des ersten Bohrgestängesegments.
- Turning the drill string about its axis of rotation into an angular position in which the intercepting key can be mechanically attached to a key surface in the upper region of the second drill string segment;
- - Machine attachment of the interceptor key;
- Turning the drill string about the axis of rotation into an angular position in which a break key can be mechanically attached to a key face in the upper region of the first drill string segment;
- - Lowering the drill string until the interceptor key rotatably cooperates with a non-rotatably arranged Abfangaufnahme which intercepts the drill pipe to further lowering;
- - Breaking the screw connection between the first Bohrgestängesegment and the rotary drive device;
- - Ineingriffbringen a provided on the rotary drive device crushing receptacle with the breaking key, so that this rotatably cooperates with the crushing receptacle;
- - loosening the screw connection between the first and second Bohrgestängesegment by rotational actuation of the rotary drive device;
- - Attaching a manipulator to the first drill string segment;
- Breaking the threaded connection between the first and second drill string segments and removing the first drill string segment.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren maschinelles Ansetzen sowohl des Abfangschlüssels, als auch des Brechschlüssels erfolgt, was erst durch das Drehen des Bohrgestänges zunächst in die Winkelposition, in der der Abfangschlüssel an die Schlüsselfläche ansetzbar ist, anschließend in die Winkelposition, in der der Brechschlüssel an die Schlüsselfläche ansetzbar ist, ermöglicht wird, ist der Aufenthalt einer Person im Arbeitsraum der Maschine entbehrlich.Since in the method according to the invention machine attachment of both the interceptor key, as well as the refractive key takes place, which only by turning the drill string first in the angular position in which the interceptor is attached to the key surface, then in the angular position in which the breaking key to the Key surface is attached, is made possible, the residence of a person in the working space of the machine is unnecessary.
Die erfindungsgemäße Raise-Boring-Maschine, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, umfasst ein Bohrgestänge, das miteinander verschraubbare Bohrgestängesegmente umfasst, wobei jedes Bohrgestängesegment an seinem in Betriebsstellung oberen Bereich mindestens eine Schlüsselfläche umfasst, sowie eine heb- und senkbare Drehantriebseinrichtung zum Drehantrieb des Bohrgestänges, mit welcher das Bohrgestänge verschraubt ist. Die Drehantriebseinrichtung umfasst einen Drehwinkelaufnehmer, der mit einer Steuereinrichtung für die Drehantriebseinrichtung derart kommuniziert, dass eine Drehung des Bohrgestänges in Drehwinkelpositionen angehalten werden kann, in denen sich die mindestens eine Schlüsselfläche in einer zum maschinellen Ansetzen eines Abfang- oder Brechschlüssels geeigneten Winkelposition befindet, und dass nach dem Ansetzen des Brechschlüssels zum Lockern von miteinander verschraubten Bohrgestängesegmenten eine Drehung in eine Drehwinkelposition erfolgt, die eine maschinelle Entnahme des Brechschlüssels ermöglicht.The raise-boring machine according to the invention, which is suitable for carrying out the method according to the invention, comprises a drill pipe comprising drill pipe segments which can be screwed together, wherein each drill pipe segment comprises at least one spanner surface at its upper area in operating position, and a rotary drive device for rotary drive which can be raised and lowered the drill string to which the drill string is bolted. The rotary drive device comprises a Drehwinkelaufnehmer, which with a control device for the Rotary drive means communicates such that rotation of the drill string can be stopped in rotational angular positions in which the at least one key face is in an angular position suitable for mechanical attachment of a interceptor key, and that after attachment of the breaker key for loosening drill string segments bolted together Rotation takes place in a rotational angle position, which allows a mechanical removal of the breaker key.
Um das für die Erweiterungsbohrung erforderliche Antriebsmoment erzeugen zu können, umfasst die Drehantriebseinrichtung vorzugsweise ein Untersetzungsgetriebe. Damit eine möglichst genaue Erfassung des Drehwinkelgebers unabhängig von einem eventuellen toten Gang des Getriebes erfolgen kann, wirkt der Drehwinkelaufnehmer vorzugsweise mit der Getriebehauptwelle zusammen, mit welcher zum Betrieb das obere Ende des ersten Bohrgestängesegments verbunden ist. Vorzugsweise ist der Drehwinkelaufnehmer mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung für die Drehantriebseinrichtung verbunden. Es ist dann möglich, die speicherprogrammierbare Steuerung für verschiedene Bohrgestängeausführungsformen und Anwendungen zu programmieren, so dass stets eine korrekte Drehwinkellage der Schlüsselflächen zum Ansetzen des Abfang- oder des Brechschlüssels ohne Zutun von Bedienpersonal gewährleistet ist.In order to be able to generate the drive torque required for the extension bore, the rotary drive device preferably comprises a reduction gear. So that the most accurate possible detection of the rotary encoder can be done independently of a possible dead gear of the transmission, the Drehwinkelaufnehmer preferably cooperates with the transmission main shaft, with which the upper end of the first Bohrgestängesegments is connected for operation. Preferably, the Drehwinkelaufnehmer is connected to a programmable logic controller for the rotary drive device. It is then possible to program the programmable logic controller for various drill string embodiments and applications, so that a correct angular position of the key surfaces for applying the intercept or break key is always ensured without the intervention of operating personnel.
Eine darüber hinaus bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Raise-Boring-Maschine umfasst eine Abfangaufnahme, in welche der Abfangschlüssel einbringbar ist, und eine Brechaufnahme, in welche der Brechschüssel einbringbar ist. Vorzugsweise sind Mittel zur Dreharretierung zwischen einem in der Abfangaufnahme befindlichen Abfangschlüssel und/oder einem in der Brechaufnahme befindlichen Brechschlüssel vorgesehen, wobei die Mittel eine an dem Abfangschlüssel und/oder dem Brechschlüssel vorgesehene Verzahnung umfassen, die in eine an der Abfangaufnahme oder der Brechaufnahme vorgesehene Gegenverzahnung eingreift. Aufgrund dieser Maßnahme wird die Dreharretierung selbsttätig bewirkt, sobald sich der Abfangschlüssel in der Abfangaufnahme bzw. der Brechschlüssel in der Brechaufnahme befinden. Um bei dieser Ausgestaltung das maschinelle Einbringen des Abfangschlüssels in die Abfangaufnahme bzw. des Brechschlüssels in die Brechaufnahme zu erleichtern, sind die Verzahnungen und die Gegenverzahnungen derart ausgebildet, dass sich ein Verdrehspiel von zumindest einer Zahnteilung ergibt.A further preferred embodiment of the Raise-Boring machine according to the invention comprises a capture receptacle, in which the interceptor key can be introduced, and a crushing receptacle, in which the crushing bowl can be introduced. Preferably, means for Dreharretierung between a located in the interceptor interceptor key and / or a crusher in the Brechaufnahme are provided, wherein the means comprise a provided on the interceptor key and / or the break key teeth in a provided on the interceptor or the Brechaufnahme counter toothing intervenes. Due to this measure, the rotational locking is effected automatically as soon as the interceptor key is in the interception receptacle or the breaking key is in the crushing receptacle. In order to facilitate in this embodiment, the mechanical introduction of the interceptor key in the interceptor or the Brechschlüssels in the crushing receptacle, the teeth and the counter teeth are formed such that there is a backlash of at least one tooth pitch.
Konstruktiv kann hierzu bei den Verzahnungen und/oder bei den Gegenverzahnungen jeder zweite Zahn nicht ausgebildet sein.Constructively, this can not be formed in the teeth and / or in the counter teeth every second tooth.
Wenn – wie ganz besonders bevorzugt – die erfindungsgemäße Raise-Boring-Maschine darüber hinaus Mittel umfasst, mit denen die zum maschinellen Ansetzen des Abfang- oder des Brechschlüssels geeigneten Positionen der Schlüsselflächen erfassbar sind, so entfällt die je nach Größe und konstruktiver Ausgestaltung der Raise-Boring-Maschine für Bedienpersonal schwierige Maßnahme, durch manuelle Steuerung des Drehantriebs die Schlüsselflächen in die erforderlichen Positionen zu verlagern.If, as very particularly preferred, the raise-boring machine according to the invention also comprises means with which the positions of the key faces suitable for the mechanical attachment of the interceptor key or breaker key can be detected, then depending on the size and structural design of the riser Boring machine for operators difficult action to shift by manual control of the rotary actuator, the wrench flats in the required positions.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Raise-Boring-Maschine, bei welcher jedes Bohrgestänge zumindest vier in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung angeordnete Schlüsselflächen umfasst. Einerseits eignet sich diese Ausgestaltung zum Ansatz klammerartig ausgebildeter Abfang- und Brechschlüssel, andererseits lassen sich über vier Schlüsselflächen die erheblichen, zum Lösen der Schraubverbindungen zweier Bohrgestängesegmente notwendigen Drehmomente und hohen Abfangkräfte bei langen Bohrgestängen ohne Verformung der Schlüsselflächen übertragen. Zur weiteren Erhöhung der übertragbaren Momente und Kräfte können auch weitere Schlüsselflächen in einer oder mehreren, weiteren Ebenen vorgesehen sein, in die dann entsprechend angepasste oder weitere Schlüssel in Eingriff bringbar sind.Especially preferred is a development of the Raise Boring machine according to the invention, in which each drill string comprises at least four key surfaces arranged in a plane perpendicular to the longitudinal extent. On the one hand, this design is suitable for the approach of clamp-like trained interception and breaking keys, on the other hand can be transmitted over four key surfaces the considerable, necessary to release the screw connections of two Bohrgestängesegmente torques and high interception forces in long drill pipes without deformation of the key surfaces. To further increase the transmissible moments and forces and other key surfaces can be provided in one or more, further levels, in which then adapted or other keys can be brought into engagement.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sollen nun anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert werden. Es zeigen:The inventive method and the device according to the invention will now be explained with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die in der Zeichnung als Ganzes mit
Wie beispielsweise
Die Raise-Boring-Maschine
Um die Aufwärtsbohrbewegung zu bewerkstelligen, wird die Drehantriebseinrichtung
Nach dem Anschrauben wird das Bohrgestängesegment von der Abfangvorrichtung
Zur Verschraubung des ersten und des zweiten Bohrgestängesegments
Um nun die Bohrung aufwärts gerichtet weiter vortreiben zu können, muss das erste Bohrgestängesegment
Damit der verbleibende Bohrstrang
Im oberen Bereich der Bohrgestängesegmente
Zum maschinellen Ansetzen und Abnehmen des Abfangschlüssels
Nach dem Ansetzen und Schließen des Abfangschlüssels
Zwecks Bewirkung der Dreharretierung des Bohrgestänges
Nachdem der Abfangschlüssel
Um nun die Gewindepaarung
Mit der Hauptwelle
Nach Ansetzen des Brechschlüssels
Das von dem zweiten Bohrgestängesegment
Anschließend wird die Drehantriebseinrichtung
Nach Entnahme des ersten Bohrgestängesegments
Insbesondere aus den
Die Raise-Boring-Maschine
Die speicherprogrammierbare Steuerung ist derart programmiert, dass nach Ansetzen des Brechschlüssels
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Raise-Boring-MaschineRaise Boring Machine
- 11
- Maschinengestellmachine frame
- 22
- DrehantriebseinrichtungRotary drive device
- 33
- Kolben/ZylindereinheitenPiston / cylinder units
- 44
- Bohrgestängedrill pipe
- 55
- erstes Bohrgestängesegmentfirst drill string segment
- 66
- zweites Bohrgestängesegmentsecond drill string segment
- 77
- weiteres Bohrgestängesegmentanother drill string segment
- 88th
- Getriebetransmission
- 99
- Hauptwellemain shaft
- 1010
- Gewindeaufnahmethreaded receptacle
- 1111
- Außengewindeexternal thread
- 1212
- Abfangvorrichtunginterceptor
- 1313
- oberes Endetop end
- 1414
- Gewindeaufnahmethreaded receptacle
- 1515
- Außengewindeexternal thread
- 1616
- AbfangaufnahmeAbfangaufnahme
- 1717
- AbfangschlüsselAbfangschlüssel
- 1818
- Schlüsselflächenkey areas
- 1919
- Schlüsselflächenkey areas
- 2020
- Handlingvorrichtunghandling device
- 2121
- AbfangaufnahmeAbfangaufnahme
- 2222
- Stirnverzahnungspur gearing
- 2323
- Innenverzahnunginternal gearing
- 2424
- Handlingvorrichtunghandling device
- 2525
- Brechschlüsselbreaking key
- 2626
- Brechaufnahmegroundbreaking recording
- 2727
- Manipulatormanipulator
- 2828
- Mittelmedium
- 2929
- BilderfassungseinrichtungImage capture device
- 3030
- DrehwinkelaufnehmerRotation angle sensor
- 3131
- speicherprogrammierbare Steuerungprogrammable logic controller
- 3232
- Antriebssteuerungdrive control
- LL
- Längsachselongitudinal axis
- VV
- Verlagerungsrichtungdisplacement direction
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140902 |