DE4310726A1 - Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf - Google Patents
Bohrgestänge mit Senkhammer-BohrkopfInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bohrgestänge mit einem
Luftkanal zur Zufuhr von Preßluft zu einem Senkhammer-
Bohrkopf, der an seinem unteren Ende eine Schlagbohrkrone
und an seinem oberen Ende ein zentrisches Anschlußstück
mit einer Preßluft-Zufuhröffnung aufweist.
Bei der Verwendung von Senkhammer-Bohrköpfen befindet sich
der durch Preßluft angetriebene Senkhammer an der tiefsten
Stelle im Bohrloch. Die zum Hammerantrieb erforderliche
Preßluft wird durch das als einfaches Bohrrohr ausgeführte
Bohrgestänge zugeführt. Die Preßluft tritt an der
Schlagbohrkrone aus und strömt im Zwischenraum zwischen
der Bohrlochwandung und dem Bohrgestänge nach oben, wobei
das beim Bohren anfallende Bohrklein nach oben gefördert
wird.
Um eine für die Aufrechterhaltung der Förderwirkung
ausreichende Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen und
aufrechtzuerhalten, müssen sehr große Preßluftmengen
zugeführt werden. Beispielsweise ist es erforderlich, bei
einem Bohrungsdurchmesser von etwa 380 mm und einem
Bohrrohrdurchmesser von etwa 150 mm etwa 25-30 m3 Preßluft
einzusetzen; damit wird die erforderliche
Strömungsgeschwindigkeit von etwa 30 m/sec im Ringraum
zwischen dem Bohrrohr und der Bohrungswandung erreicht.
Hierfür sind Kompressoren sehr hoher Leistung
erforderlich, die demzufolge einen sehr hohen
Energiebedarf von beispielsweise 100 l Dieselkraftstoff
pro Stunde haben. Der Betrieb der Dieselmotoren für den
Antrieb der Kompressoren stellt eine erhebliche
Umweltbelastung dar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bohrgestänge mit
einem Senkhammer-Bohrkopf der eingangs genannten Gattung
so auszugestalten, daß unter Verwendung herkömmlicher
Senkhammer-Bohrköpfe eine wesentliche Verringerung des
Energiebedarfs erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
Bohrgestänge aus einem Bohrrohr mit einem zentrischen
Förderkanal besteht, an dessen Umfang der Luftkanal
angeordnet ist, daß zwischen dem unteren Ende des
Bohrrohrs und dem Anschlußstück des Senkhammer-Bohrkopfes ein
Verbindungsstück angebracht ist, das einen vom zentrischen
Förderkanal des Bohrrohrs zu einer seitlichen
Eintrittsöffnung verlaufenden Förderkanalabschnitt und
mindestens einen vom Luftkanal des Bohrrohrs zum
zentrischen Anschlußstück des Senkhammer-Bohrkopfes
verlaufenden Luftkanalabschnitt aufweist, und daß im
Bereich der seitlichen Eintrittsöffnung des
Verbindungsstücks eine nach unten offene Schürze angeordnet
ist.
Die Verwendung eines an sich bekannten Zweiwege-Bohrrohrs
ermöglicht es, den zentrischen Förderkanal des Bohrrohrs
zum Abtransport des Bohrkleins mittels der eingebrachten
Preßluft zu verwenden. Da der Durchtrittsquerschnitt
dieses zentrischen Förderkanals wesentlich geringer ist
als der des Ringraums zwischen dem Bohrrohr und der
Bohrungswandung wird eine für den Fördervorgang
erforderliche ausreichende Strömungsgeschwindigkeit
bereits mit einer wesentlich geringeren Preßluftmenge
erreicht. Beispielsweise kann die Preßluftmenge und damit
auch der Energiebedarf auf die Hälfte gegenüber dem
herkömmlichen Verfahren verringert werden. Dadurch wird
auch eine wesentliche Schonung der Umwelt erreicht.
Die für den Antrieb des Senkhammer-Bohrkopfes
erforderliche Preßluft wird innerhalb des
Verbindungsstückes von dem am Umfang mündenden Luftkanal
nach unten zu dem zentrischen Anschlußstück des
Senkhammer-Bohrkopfes geleitet. Damit wird erreicht, daß
der Senkhammer-Bohrkopf weiterhin zentrisch am
Bohrgestänge angebracht ist, was aus Gründen der
Krafteinleitung erforderlich ist, und daß die
Preßluftzufuhr weiterhin zentrisch am Anschlußstück
erfolgt, so daß konstruktive Änderungen am Senkhammer-
Bohrkopf nicht erforderlich sind. Deshalb können die
herkömmlichen Senkhammer-Bohrköpfe unverändert verwendet
werden.
Die am Anschlußstück dicht angebrachte, den Antriebsteil
des Senkhammer-Bohrkopfes umgebende Schürze ist in erster
Linie im Bereich unterhalb der seitlichen Eintrittsöffnung
des Verbindungsstücks nach unten geöffnet, um das beim
Bohren anfallende Bohrklein unmittelbar oberhalb der
Schlagbohrkrone aufzunehmen. Die üblicherweise im Bohrloch
anstehende Wassersäule drückt das Bohrklein mit der
Preßluft in die unten offene Schürze, von wo es in einem
im wesentlichen unbehinderten Strömungskanal in den
zentrischen Förderkanal des Bohrrohrs gelangt und nach
oben gefördert wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, daß die Schürze ein mit dem
Verbindungsstück verbundenes, nach unten offenes Rohr ist,
das gegenüber dem Senkhammer-Bohrkopf zur Seite der
Eintrittsöffnung hin exzentrisch versetzt ist. Dadurch
wird erreicht, daß der Eintrittsquerschnitt in die Schürze
unterhalb der Eintrittsöffnung des Verbindungsstücks am
größten ist, wobei der gesamte zur Verfügung stehende
Zwischenraum zwischen dem Senkhammer und der
Bohrlochwandung ausgenützt werden kann. Dadurch können
auch verhältnismäßig große Stücke des Bohrkleins ohne
Schwierigkeiten weggefördert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß das Bohrrohr
gegenüber der Bohrlochöffnung abgedichtet ist und der
Zwischenraum zwischen dem Bohrrohr und der Bohrlochöffnung
an eine Zufuhrleitung für Preßluft und/oder Wasser
angeschlossen ist. Auf diese Weise ist es möglich, in dem
das Bohrrohr umgebenden Ringraum einen erhöhten Druck
aufrechtzuerhalten, der das Einströmen des mit Wasser und
Preßluft vermischten Bohrkleins in die Schürze sowie den
Fördervorgang unterstützt. Die Zufuhr von Wasser in den
abgedichteten Zwischenraum kann besonders zu Anfang eines
Bohrvorgangs zweckmäßig sein, wenn im Bohrloch noch kein
Grundwasser ansteht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des
Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Senkhammer-Bohrkopf
am unteren Ende eines Bohrgestänges und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen in einem Bohrloch
angeordneten Senkhammer-Bohrkopf mit Bohrgestänge.
Das bei den dargestellten Ausführungsbeispielen
verwendete, von einem (nicht dargestellten) Bohrgerät
getragene Bohrgestänge 1, besteht aus einem Bohrrohr 2 mit
einem zentrischen Förderkanal 3 und einem an dessen Umfang
angeordneten Luftkanal 4 und wird deshalb auch als
Zweiwege-Bohrgestänge bezeichnet.
Am unteren Ende des Bohrrohrs 2 ist ein Verbindungsstück 5
angebracht, vorzugsweise angeschweißt. In das
Verbindungsstück 5 ist von unten ein herkömmlicher
Senkhammer-Bohrkopf 6 mit seinem zentrischen Anschlußstück
7 eingeschraubt, das eine Preßluft-Zufuhröffnung 8
aufweist, durch die der Senkhammer-Bohrkopf 6 zum Antrieb
seiner Schlagbohrkrone 9 mit Preßluft versorgt wird. Der
Durchmesser der Schlagbohrkrone 9 ist größer als der des
Bohrrohrs 2 und auch größer als der Durchmesser des
Antriebsteils des Senkhammer-Bohrkopfes 6.
Im Verbindungsstück 5 verläuft ein Förderkanalabschnitt 10
vom zentrischen Förderkanal 3 des Bohrrohrs 2 schräg nach
unten zu einer seitlichen Eintrittsöffnung 11.
Der Luftkanal 4 des Bohrrohrs 2 mündet in einer die obere
Öffnung des Förderkanalabschnitts 10 konzentrisch
umgebenden stirnseitigen Nut 12 des Verbindungsstücks 5.
Von einer Umfangsstelle dieser als ringförmiger
Sammelkanal wirkenden Nut 12 verläuft ein
Luftkanalabschnitt 13 schräg nach unten zum zentrischen
Anschlußstück 7 des Bohrkopfs 6. Wie man aus der Zeichnung
erkennt, verläuft der Luftkanalabschnitt 13 angenähert
parallel zum Förderkanalabschnitt 10.
Am Verbindungsstück 5 ist eine nach unten offene Schürze
14 angebracht. Diese Schürze 14 wird von einem nach unten
offenen Rohr gebildet, das am Verbindungsstück 5
angeschraubt ist und gegenüber dem Senkhammer-Bohrkopf 6
zur Seite der Eintrittsöffnung 11 hin exzentrisch versetzt
ist. Dadurch wird auf der Seite dieser Eintrittsöffnung 11
in geringem Abstand oberhalb der Schlagbohrkrone 9 eine
Einströmöffnung 15 gebildet, die über den
Förderkanalabschnitt 10 mit dem Förderkanal 3 im Bohrrohr
2 verbunden ist.
Wie in Fig. 2 mit Pfeilen angedeutet ist, strömt die
Preßluft durch den Luftkanalabschnitt 13 und die Preßluft-
Zufuhröffnung 8 des zentrischen Anschlußstücks 7 in den
Senkhammer-Bohrkopf 6 und treibt die Schlagbohrkrone 9 zu
Schlagbewegungen an. Zugleich wird das gesamte
Bohrgestänge 1 mit dem daran hängenden Senkhammer-Bohrkopf
6 durch das tragende Bohrgerät gedreht.
Die Preßluft tritt durch in der Zeichnung gestrichelt
angedeuteter Luftkanäle 16 nach unten aus der
Schlagbohrkrone 9 aus und nimmt das anfallende Bohrklein
im wassergefüllten Bohrloch in die Öffnung 15 der Schürze
14 mit. Durch das in der Schürze 14, dem
Förderkanalabschnitt 10 und dem Förderkanal 3 nach oben
strömende Wasser-Luft-Gemisch wird das Bohrklein
mitgerissen und nach oben transportiert.
In Fig. 2 ist angedeutet, daß das Bohrrohr 2 gegenüber der
Bohrlochöffnung abgedichtet ist. Hierzu ist die
Bohrlochöffnung mit einem Futterrohr 17 ausgekleidet, das
über eine Gleitdichtung 18 gegenüber dem Bohrrohr 2
beweglich abgedichtet ist.
In den Zwischenraum 19 zwischen dem Bohrrohr 2 und der
Bohrlochöffnung mündet eine in Fig. 2 nur schematisch
angedeutete Zufuhrleitung 20 für Preßluft und/oder Wasser.
Dadurch kann in diesem Zwischenraum 19 ein Druck
aufrechterhalten werden, der die Förderung des Bohrkleins
in die Schürze 14 hinein unterstützt. Wenn im
Anfangsabschnitt einer Bohrung noch kein Wasser im
Bohrloch ansteht, kann über die Leitung 20 Wasser
zugeführt werden, das für den Transport des Bohrkleins
durch Heberwirkung mittels der Preßluft erforderlich ist.
Da der Leitungsquerschnitt des Förderkanals über die
gesamte Länge der Bohrung gleichmäßig klein ist, kann eine
ausreichend hohe Fördergeschwindigkeit bereits mit der
Preßluftmenge aufrechterhalten werden, die für den
Schlagantrieb des Senkhammer-Bohrkopfes 6 erforderlich
ist. Es besteht keine Notwendigkeit, unter zusätzlichem
Energieaufwand eine zusätzliche Preßluftmenge zuzuführen,
die ausschließlich der Förderung des Bohrkleins dient.
Da eine ausreichende Förderwirkung für das Bohrklein unter
allen Betriebsbedingungen aufrechterhalten wird, bleibt
die Bohrsohle sauber, weil kein in der Schwebe
befindliches Bohrklein nach unten fallen kann. Dadurch
wird die Bohrwirkung der Schlagbohrkrone 9 verbessert.
Claims (7)
1. Bohrgestänge mit einem Luftkanal zur Zufuhr von
Preßluft zu einem Senkhammer-Bohrkopf, der an seinem
unteren Ende eine Schlagbohrkrone und an seinem oberen
Ende ein zentrisches Anschlußstück mit einer Preßluft-
Zufuhröffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das
Bohrgestänge (1) aus einem Bohrrohr (2) mit einem
zentrischen Förderkanal (3) besteht, an dessen Umfang der
Luftkanal (4) angeordnet ist, daß zwischen dem unteren
Ende des Bohrrohrs (2) und dem Anschlußstück (7) des
Senkhammer-Bohrkopfes (6) ein Verbindungsstück (5)
angebracht ist, das einen vom zentrischen Förderkanal (3)
des Bohrrohrs (2) zu einer seitlichen Eintrittsöffnung
(11) verlaufenden Förderkanalabschnitt (10) und mindestens
einen vom Luftkanal (4) des Bohrrohrs (2) zum zentrischen
Anschlußstück (7) des Senkhammer-Bohrkopfes (6)
verlaufenden Luftkanalabschnitt (13) aufweist und daß im
Bereich der seitlichen Eintrittsöffnung (11) des
Verbindungsstücks (5) eine nach unten offene Schürze (14)
angeordnet ist.
2. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Förderkanalabschnitt (10)
im Verbindungsstück (5) vom zentrischen Förderkanal (3)
des Bohrrohrs (2) schräg nach unten zur seitlichen
Eintrittsöffnung (11) verläuft.
3. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanalabschnitt (13)
von einer die obere Öffnung des Förderkanalabschnitts (10)
konzentrisch umgebenden stirnseitigen Nut (12) zum
zentrischen Anschlußstück (7) des Bohrkopfs (6) verläuft.
4. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanalabschnitt (13) im
Verbindungsstück (5) angenähert parallel zum
Förderkanalabschnitt (10) verläuft.
5. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schürze (14) ein mit dem
Verbindungsstück (5) verbundenes, nach unten offenes Rohr
ist, das gegenüber dem Senkhammer-Bohrkopf (6) zur Seite
der Eintrittsöffnung (11) hin exzentrisch versetzt ist.
6. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrrohr (2) gegenüber der
Bohrlochöffnung abgedichtet ist und der Zwischenraum (19)
zwischen dem Bohrrohr (2) und der Bohrlochöffnung an eine
Zufuhrleitung (20) für Preßluft und/oder Wasser
angeschlossen ist.
7. Bohrgestänge mit Senkhammer-Bohrkopf nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlochöffnung mit einem
Futterrohr (17) ausgekleidet ist, das über eine
Gleitdichtung (18) gegenüber dem Bohrrohr (2) abgedichtet
ist.
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