DE2243635A1 - Verfahren und vorrichtung zum abfuehren des vorstaubes beim gesteinsbohren mit spuelluft - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum abfuehren des vorstaubes beim gesteinsbohren mit spuelluftInfo
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Description
Patentanwälte
Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem
6 Frankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-Str.18
Atlas Copco Aktiebolag
Nacka / Schweden .
Verfahren und Vorrichtung zum Abführen des Vorstaubes beim
Gesteinsbohren mit Spülluft.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abführen des Vorstaubes beim Gesteinsbohren mit Spülluft unter Verwendung
einer das Bohrgestänge umschließenden und an ihrem Boden mit einer Durchbrechung für' das Bohrgestänge versehenen
Glocke, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bekannte Verfahren zum Abführen des Vorstaubes haben sich darin als nachteilig erwiesen, daß sie unwirtschaftlich
sind und eine schwer zu handhabende Ausrüstung erfordern. Gemäß diesen bekannten Verfahren, wird die Ausrüstung
während der Arbeit einem sehr starken Verschleiß unterworfen.
Aufgabe dor Erfindung ist es, dieso Schwierigkeiten zu
überwinden, wozu erfingungsgemäß vorgeschlagen wird, daß die Glocke mit ihrem offenen Ende gegen die Gesteinsoberfläche
gerichtet wird, daß. zwischen dem Bohrgestänge und der Glocke ein Hingspalt freigelassen id.rd, wenn das Bohr-AT
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gestänge einschließlich dem Bohrkopf oder Bohrmeißel durch
die öffnung im Boden der Glocke hindurchgeführt wird, daß
durch den ßingcpalt nach vorne ein Luftstrom gerichtet wird,
der auf die vom Bohrloch in die Glocke zurückströmende staubgeladene Spülluft trifft, und daß die in der Glocke
aufgefangene Luft mit dem darin enthaltenen Staub durch Saugung aus der Glocke abgeführt wird, wobei die Saugleistung
so groß bemessen wird, daß ein radial nach einwärts gerichteter Luftstrom aus der umgebenden Atmosphäre zwischen der
Glocke und der Gesteinsoberfläche entsteht.
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung
zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens mit einer am vorderen Ende offenen und damit gegen die Gesteinsoberfläche richtbaren Glocke, deren rückwärts gelegener Boden
mit einer Durchbrechung für den Durchtritt des Bohrgestänges versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese
Durchbrechung so groß bemessen ist, daß auch der Bohrkopf hindurchführbar ist, daß ferner die Glocke am rückwärtigen
Ende mit einer Luftstrahlpumpe (Ejektor) versehen ist, durch
welchen ein vorwärtsgerichteter Luftstrom durch den Ringspalt zwischen dem Bohrgestänge und der Durchbrechung im
Glockenboden ^erzeugbar ^St, und daß die Glocke eine *m eine
Saugeinrichtung anschließbare Auslaßöffnung zum Entleeren der Glocke aufweiet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, von rückwärts gesehen,
• ·
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Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach Pig. 1 gemäß der dortigen Schnittlinie 2-2,
Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch eine andere Ausführungsform
der Erfindung, "bei welcher die Luftstrahlpumpe in zwei Hälften unterteilt- ist, die
zusammen mit je einer Bohrgestängeführung um parallele
Achsen verschwenkbar...
Fig. 4· einen Verdikaischnitt durch noch eine andere Ausführungsform
der Erfind'mg, bei welcher eine zusätzliche
Luftstrahlpumpe (Ejektor) zur Erleichterung
des Aufsammeins .und der Abführung des Staubea
insbesondere beim. Bohren /in Wasser · enthaltenden Schichten, vorgesehen ist, una
" «.
Fig. 5 einen Verdikaischnitt durch eine Luftstrahlpumpe
(Ejektor) für eine Vorrichtung gemäß der Erfingung.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem glockenförmigen Gehäuse 1, welches an seinem vorderen,
der Gesteinsoberfläche zugekehrten Ende offen ist und am
rückwärtigen Ende eine exzentrisch angeordnete Durchbrechung 2 enthält. Die Durchbrechung 2 dient zur Durchführung des
Bohrgestänges durch das Gehäuse. In der Durchbrechung 2 befindet sich eine Luftstrahlpumpe (Ejektor) 3» die aus einem
Ringkragen 4- mit gekrümmtem Innenprofil und einem Ringspalt 5 für die Luft besteht. Die Durchbrechung· 2 und der
Ringkragen 4- sind so bemessen, daß sie einen ringförmigen Luftkanal zwischen dem Ringkragen 4- und dem Bohrgestänge
bilden. Der Ringspalt 5 ist über einen Einlaß 7 an eine Druckluftquelle angeschlossen und dient zur Schaffung eines
Primärluftströmes durch, den Ringkragen 4» Der Primärluftstrom ißt im wesentlichen radial nach einwärts gerichtet
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und wird dann entlang der gewölbten Innenfläche des Ringkragens
durch den sogenannten Coanda-Effekt nach vorne umgelenkt.
Darubeifoinaus ist das Gehäuße mit einem Auslaßstutzen 8,
der im wesentlichen tangential an die Genauoewandung an-Bchließt,
und oinom konischen Gummischurz 9 verochon.
Dao mit dieser Vorrichtung durchgeführte orfindungaßornäßo
Verfahren vorläuft wie folgt:
Das Gehäuse 1 wird vor der Gesteinsoberfläche angeordnet,
und das Bohrgestänge 10 wird durch den Ringkragen 4- und das Gehäuse 1 hindurchgeführt. Während des Bohrens wird Spülluft
12 nach unten durch das Bohrgestänge 10 und den Bohrkopf 11 geleitet,,Um1 den Bohrstaub aus dem Bohrloch herauszublasen.
Dadurch gelangt die nunmehr mit Staub geladene Spülluft nach oben zur Gesteinsoberfläche mit einer beträchtlichen
Geschwindigkeit. Um zu verhindern, daß der Bohrstaub in die Atmosphäre entweicht, wird das glockenförmige Gehäuße
1 derart gegen die Gesteinsoberfläche angesetzt, daß der Gummischurz in einem Abstand von nur einigen Zentimetern
oberhalb der Gesteinsoberfläche steht. Der Luftstrahlpumpe 5 wird Druckluft zugeführt, wodurch ein Primärluftstrom
13 durch den Ringkanal 6 entsteht. Der Primärluftstrom
erzeugt einen Sekundärluftstrom 14, der aus durch den
Ringkanal 16 strömende Atmosphäre zur Luft besteht. Diese Luftströme bilden zusammen einen beträchtlichen luftstrahl,
dessen Zweck darin besteht, den durch das Bohrloch zurückflutenden Luftstrom zu verlangsamen.
Um den Staub aus dem Gehäuse 1 abzuführen, ist dieses an eine (nicht dargestellte) Saugeinrichtung angeschlossen.
Diese Saugeinrichtung ist so bemessen, daß ein atmosphärischer Luftstrom 15 zwischen dem Gummischurz 9 und der Ge-AT
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Steinsoberfläche in das Innere des Gehäuses 1 entsteht, wodurch
der Staub nicht mehr in der Lage ist', in die Atmosphäre auszutreten.
Durch Anordnung des Auslaßstutzens 8 tangential an der Gehäusewandung
und exzentrische Anordnung der Luftstrahlpumpe
3 wird eine Rotation der Luft und des Staubes innerhalb
des Gehäuses erzeugt, wodurch der Staub gehindert wird, sich an der Gehäuseinnenwandung abzusetzen»
Eine Aufgabe des konischen Gummischurzes 9 besteht darin,
den größten Teil der aus dem Bohrloch hochsteigenden divergierenden Staubpartikel abzufangen«, Besonders dann, wenn die
Vorrichtung mit einem gewissen Abstand von der Gesteinsoberfläche
angeordnet wird, sind eine Menge solcher Partikel· vorhanden. Eine weo.te.re Aufgabe des Gummischurzes 9 besteht
im elastischen Ausgleich von Unebenheiten der Gesteinsoberfläche
, wenn die Vorrichtung unmittelbar auf die Gesteinsoberfläche aufgesetzt wird» Die Staubabführvorrichtung ist
besonders wirksam, wenn ein Luftspalt zwischen dem Schurz und der Gesteinsoberfläche vorhanden ist, und zwar aufgrund,
der Tatsache, daß die Staubentleerung des Gehäuses beson- ■
ders wirkungsvoll ist, wenn der Druck im Gehäuseinneren
nicht zu niedrig ist und wenn das geförderte Luftvolumen groß ist. Andererseits wird, wenn die Vorrichtung unmittelbar gegen die Gesteinsoberfläche angesetzt wird, atmosphärische
Luft am Eintritt in das Gehäuse gehindert9 wodurch
der Druck im Inneren des Gehäuses und die Menge an geförderter
Luft abnehmen.
Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß die staubbeladene Spülluft 12, die das Bohrloch verläßt,
mit Hilf© eines entgegengerichteten Luftstroms verlangsamt wird. Dies bedeutet, daß die Schwierigkeiten mit
wenig wirkungsvollen Dichtungen, wie sie bei den bisher
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bekannten Vorrichtungen benutzt werden, beseitigt werden. Im Gegenteil, die Erfindung besteht darin, daP- ein Luftkanal
6 zwischen dem Bohrgestänge 1o und dem Gehäuse 1 vorhanden sein muß, um einen entgegengerichteten Luftstrom zu
ermöglichen. Sie erfordert weiter, daß die Durchbrechung 2 im Gehäuse 1 einen solchen Durchmesser besitzt, daß das
Bohrgestänge 10 einschl. dem Bohrkopf 11 durch diese Durchbrechung hindurchführbar ist. Bei den bisher bekannten
Staubabführeinrichtungen werden an dieser Dichtungen verwendet, die eine Teilung des Gehäuses erfordern, damit dieses
um das Bohrgestänge placiert werden kann. Eine derartige Anordnung wird durch die Erfindung vermieden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt auch dadurch einen
Vorteil, daß das Gehäuse im Abstand zur Gesteinsoberfläche angeordnet werden.kann, ohne dadurch an Wirksamkeit bezüglich
der StaubaufSammlung zu verlieren. Dies bedeutet, daß das Gehäuße 1 am vorderen Ende einer Vorschublafette angebracht
werden kann. Es kann aber ebensogut auch unmittelbar gegen die Gesteinsoberfläche angesetzt werden, falls dies
erwünscht ist. Wenn es an einer Vorschublafette angebracht
ist, ist die Vorrichtung der Erfindung sehr gut gegen Be- ·""'
Schädigungen geschützt, weil eine unmittelbare Berührung mit dem Bohrgestänge vermieden wird. Da das Bohrgestänge
während des Bohrens ständig taumelt, können nämlich Beschädigungen am Gehalt e dann sehr leicht auftreten, wenn
dieses auf der Gesteinsoberfläche ohne seitliche Abstützung aufruht. Dies ist ein ernsthaftes Problem bei den bekannten
Staubabführeinrichtungen, die unmittelbar gegen die
zu bearbeitende Steinsoberfläche angesetzt werden müssen.
Die vorbeschriebene Art einer Luft strahlpumpe ist vorteilhaft in der Erzeugung eines gleichförmigen Luftstroms durch
die Peripherie und durch das Vorhandensein eines Luftspaltes in einem Abstand vom Bohrloch, wodurch die Begrenzungs-AT
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kanten des Luftspaltes beim Ein- und Ausfahren des Bohrgestänges
geschützt werden.
Durch die Anordnung gemäß der Erfindung ist es möglich, so- ■
wohl den Bohrkopf wie Bohrgestängekupplungen ohne Trennung
oder Teilung des Gehäuses durch die Durchbrechung im Gehäuseboden
hindurchzuführen. Auch ist es möglich, Bohrgestänge
verschiedenen Durchmessers zu verwenden.. -
In Fig. 3*ist eine abgewandelte Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt, die mit einer teilbaren Bohrgestängestütze 20 kombiniert und zur Anbringung
an einer Vorschublafette bestimmt ist. Die bei dieser Ausführungsform verwendete Luftstrahlpumpe ist an ein Bohrgestänge
10 mit.einem Durchmesser angepaßt, der verhältnismäßig klein im Vergleich zu dem verwendeten Bohrkopf ist.
Wenn die Luftstrahlpumpe in gleicher Weise, wie zuvor beschrieben,
ausgeführt wäre, würde der Ringspalt zwischen dem Ringkragen 3 und dem Bohrgestänge 10 wegen der Notwendigkeit,
den Bohrkopf durch den Ringkragen 2 hindurchführen zu können, zu groß werden. XTm die Weite dieses Ringspaltes
zu vermindern, ist die hier verwendete Luftstrahlpumpe in
zwei Teile 21 und 22 unterteilt, die um zwei parallele Achsen 23 und 24 verschwenkbar sind. Auf diese Weise lassen sich
die beiden Hälften der Luftstrahlpumpe zwischen einer ge- .
schlossenen Arbeitsstellung und einer offenen Ruhestellung verschwenken. Die beiden .Hälften 21 und 22 der Luftstrahlpumpe
sind um dieselben Achsen verschwenkbar, wie die geteilte
Bohrgestängestütze 20.
Im linken Teil der Fig. 4· befinden sich die Luftstrahldüse
und die Bohrgestängestütze 20 in ihrer Offenstellung für den
Durchlass des Bohrkopfes, während der rechte"Teil der Fig.
die Luftstrahlpumpe und die Bohrgestängestütze in ihrer Ar-
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beitsstellung zeigt.
In Fig. 4 ist noch eine weitere Ausführungsforra einer
Staubabführeinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, Biese Vorrichtung ist mit zwei gegeneinander gerichteten
LuftStrahlpumpen 3o und 31 versehen, von denen eine jede aus einem Lufteinlaßschlitz 32 bzw. 33 und einem Ringkragen
34- bzw. 35 des Coanda-Typs besteht. Diese Stn.nhnbführvorrichtung
ist zur Verwendung beim Bohren im Wasser enthaltenden. Gesteinsschichten bestimmt. Din rückwärtige Luftstrahlpumpe
5So erfüllt dieoolbe Aufgabe wie die LuftStrahlpumpen
der vQrbes'chriebenen Ausführung^formen, nämlich zu verhindern,
daß der nach rückwärts längs dem Bohrgestänge 10 aus dem Bohrloch strömende Staub in die Atmosphäre entweicht.
Die zusätzliche Luftstrahlpumpe 31 ist am vorderen Ende des
Gehäuses 1 angeordnet? und dient zur Erleichterung der Aufnahme der Spülluft, die aus dem Bohrloch zusammen mit Staub
und Wasser zurückströmt.
Eine weitere Aufgabe der rückwärts gerichteten Luftstrahlpumpe
31 besteht in der Vergrößerung des Druckes innerhalb des Gehäuses 1 und dadurch einer"Steigerung der Geschwindigkeit des Luft-Staub-Wasser-Gemisches durch den Auslaßstutzen
8. Eine hohe Geschwindigkeit ist notwendig, um zu verhindern, daß sich nasser StaUb in dem Stutzen niederschlägt.
Die zuletzt beschriebene Staubabführvorrichtung ist zur Anbringung
an einer Bohrlafette bestimmt und zu diesem Zwecke mit zwei BefestigungsflanS chen 36 und 37 versehen.
In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform einer für
eine Staubabführeinrichtung gemäß der Erfindung bestimmten
Luftstrahlpumpe dargestellt. Diese Luftstrahlpumpe dient zur
Lösung des sehr speziellen Problems bei solchen Luftstrahlpumpen, die einen sehr engen Spalt zum Einblasen der Druck-AT
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luft besitzen. Dieses Problem besteht darin, daß selbst sehr
kleine -Staubpartikel,, die in der Druckluft enthalten-sind, >
oder von außen eintreten, sehr schnell zum Verstopfen des
engen Spalts führen und Störungen im Betrieb der Lufts.trahlpumpe hervorrufen.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform der Luftstrahlpumpe
hat einen elastischen Teil 4o, der die obere Begrenzung des Ringspaltes bildet. Dieser Teil 4-0 besteht aus einer Hülse
aus beispielsweise elastischem Material,wie Kunststoff,
und ist vorgespannt gegen eine Stellung, in welcher der Ringspalt geschlossen· ist. Die Größe der Vorspannung und die,
Elastizität der Hülse 4o xvird so gewählt,daß sie erst bei
einem bestimmten Druck an der Innenseite der Hülse nachgibt. Mit anderen Worten,' der Spalt der Luftstrahlpumpe wird auf
seine Arbeitsgröße erst bei einem geeigneten Arbeitsdruck
geöffnet. Diese Luftstrahlpumpe ist^ auch darin vorteilhaft,
daß der Luftspalt gereinigt werden kann, indem ein dem Arbeitsdruck übersteigender Druck aufgegeben wird, wodurch der
Ringspalt aufgeweitet wird. Durch Anwendung eines solchen Druckes werden Staubpartikel, die den Luftspalt verstopft
haben, aus diesem herausgeblasen. Diese Luftstrahlpumpe ist
somit sowohl selbstschließend wie selbstreinigend-
Die Luftstrahlpumpe ist im linken Teil der Pig. 5 in geschlossener
Stellung und im rechten Teil der.Pig* 5 in geöffneter
Stellung unter Druck gezeigt. -
Patentansprüche
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BAD
Claims (12)
1. Verfahren zum Abführen des Bohrstaubes beim Gesteinsbohren
mit Spülluft unter Verwendung einer das Bohrgestänge umschließenden und an ihrem Boden mit einer Durchbrechung
für das Bohrgestänge versehenen Glocke, dadurch gekennzeichnet,
daß die Glocke (Gehäuse 1) mit ihrem offenen Ende gegen die Gesteinsoberfläche gerichtet v/ird, daß
zwischen dem Bohrgestänge (10) und der Glocke (1) ein Hingspalt (6) freigelassen wird, wenn das Bohrgestänge
(10) einschließlich dem Bohrkopf (11) durch die Durchbrechung (2) im Boden der Glocke hindurchgeführt wird, daß
durch den Ringspalt (6) nach vorne ein Luftstrom (13»14)
gerichtet wird, der auf die vom Bohrloch in die Glocke zurückströmende staubbeladene Spülluft (12) trifft, und
daß die in der Glocke (1) aufgefangene Luft mit dem darin
enthaltenen Staub durch Saugung aus der Glocke (1) abflrführt
wird, wobei die Saugleistung so groL bemessen wird, daß ein radial nach einwärts gerichteter Luftstrom (15)
aus der umgebenden Atmosphäre zwischen der Glocke (1) und der Gesteinsoberfläche entsteht·
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der
Luftstrom (13, 14) durch die Bodendurchbrechung (2) der
Glocke durch Einblasen von Druckluft (13) in die Durchbrechung unter Schaffung einer Luftstrahlpumpe (Ejektor)
hervorgerufen wird.
"*>. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet,
daß in die Glocke (1) an deren vorderen Ende Hilfsluft
zur Steigerung des darin entstehenden Druckes eingeblasen wird (Fig. 4).
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3 mit einer am vorderen Ende offe-AT 8383 / 1.9.1972
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nen und damit gegen die Gesteinsoberfläche richtbaren
Glocke, deren rückwärts gelegener Boden mit einer Durchbrechung
für den Durchtritt des Bohrgestänges versehen ist, dadurch-gekennzeichnet, daß diese Durchbrechung (2)
so groß bemessen ist, daß auch der Bohrkopf (11) hindurch-
■ führbar ist, daß ferner die Glocke (Gehäuse 1) am rückwärtigen
Ende mit einer Luft strahlpumpe (3, 4-) versehen ist,durch welche ein vorwärtsgerichteter Luftstrom durch
den Ringspalt zwischen dem Bohrgestänge ("10) und flor Durchbrechung (2) in dem Glockenboden -erzeugbar ist* und
daß die Glocke (1) eine an eine Saugeinrichtung anschließbare
Auslaßöffnung (Auslaßstutzen 8) zum Entleeren der
Glocke aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4-' dadurch gekennzeichnet, daß
die Luftstrahlpumpe aus einem Ringspalt (5) zur Einblasung
von Druckluft in im wesentlichen radialer Richtung sowie einem mit gekrümmtem Innenprofil versehenen Ringkragen
(4-) besteht, durch welchen ^er eingeblasene Luftstrom
(13) nach vorn durch den Ringspalt (6) zwischen
■ dem Bohrgestänge (10) und der Durchbrechung (2) im Glokkenboden
umlenkbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß
die Luftstrahlpumpe aus zwei Hälften (21, 22) besteht,
die beide zwischen einer geschlossenen Arbeitsstellung und einer offenen Rohrstellung beweglich sind, in weichletzterer
der Bohrkopf (11) und gegebenenfalls 3ohrge-
. stängekupplungen hindurchführbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß
die Luftstrahlpumpe (21, 22) mit einer Bohrgestängestütze
(20) vereinigt ist.
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8. Vorrichtung nach Anspruch 4- oder 5 dadurch gekennzeichnet,
daß am vorderen Ende der Glocke eine zusätzliche, nach rückwärt^gerichtete Luftstrahlpumpe (51»33»35) zur Verstärkung
des Spülluftströmes ebenso wie des Druckes im
Inneren der Glocke (1) angeordnet ist.
. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß
der Ringspalt der Luftstrahlpumpe von mindcüvene einem
elastischen Glied (40) begrenzt ist,welches in einer den
Ringspalt verschließende Stellung vorgespannt ißt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß
die LuftStrahlpumpe eine Hülse (40) aus elastischem Material
aufweist, die den Ringkragen umschließt und mit einem inneren Flansch versehen ist, der gegen das rückwärtige
Ende des Ringkragens axial vorgespannt ist.
11* Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4- bis 10 dadurch
gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (Auslaßstutzen 8) tangential an der Glocke (1) angebracht ist, um eine
iteration der staubbeladenen Luft innerhalb der Glocke
bei deren Entleerung hervorzurufen.
12. Vorrichtung nach einem der. Ansprüche 4 bis 11 dadurch
gekennzeichnet, daß die Durchbrechung (2) für das Bohrgestänge
(10) exzentrisch im Glockenboden angeordnet ist, um eine Rotation der Luft innerhalb der Glocke hervorzurufen.
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