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Verfahren und Vorrichtung zum saugenden Spülbohren Die Erfindung betrifft
ein neuartiges Verfahren zum saugenden Spülbohren zwecks Herstellens von Erdbohrungen
sowie eine vorzugsweise ortsbewegliche Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
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Bei dem sogenannten Spülbohren wird üblicherweise das Spülwasser unter
Druck an den Grund des Bohrloches geführt und tritt mehr oder minder beladen mit
dem beim Bohren anfallenden Bohrschutt am oberen Rand des Bohrloches aus. Diese
Arbeitsweise bedingt nicht nur einen erheblichen Bedarf an Wasser, sondern erfordert
auch das Vorhandensein eines großen stationären Flüssigkeitsbehälters, wie z. B,
eines Teiches od. dgl. Durch das sogenannte PRC-Verfahren (»Portadrill Revers Circulation«)
ist bereits eine Bohrmethode mit indirekter Spülung bekanntgeworden. Bei diesem
bekannten Verfahren wird neben dem niederzubringenden Bohrloch zunächst ein offenes
Wasserbecken von etwa, :2o m3 Fassungsvermögen hergestellt und mit Wasser gefüllt,
das während des Bo#hrens ständig in das auf diese Weise bis zum Rande gefüllte Bohrloch
fließt.
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Von dem Grunde des mit Wasser gefüllten Bohrloches wird das durch
den Bohrmeißel abgebohrte und mit Wasser vermischte Gestein u. dgl. bis zu einer
Größe von 15 cm mittels einer Spezialpumpe durch das Bohrrohr nach oben gesaugt.
Dieses
Gemisch von Wasser und Bohrschutt gelangt durch die Ansaugpumpe hindurch über ein
teleskopartiges Rohrsystem in das Wasserbecken zurück, wobei sich die schweren Teile
am Boden absetzen können.
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Bei diesem bekannten Verfahren tritt durch das die Pumpe durchsetzende
auch größere Gesteinsbrocken enthaltende Bohrwasser nicht nur häufig eine Störung
des Pumpvorganges ein, sondern die Pumpe ist auch einem starken und raschen Verschleiß
unterworfen.
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Diese Nachteile des bekannten Verfahrens werden erfindungsgemäß dadurch
beseitigt, daß durch die Pumpe nicht mit der Spülflüssigkeit das gesamte
abgebohrte Gestein hindurchgefördert wird, sondern nur die Spülflüssigkeit, nachdem
sich das Grobkorir des Bohrkleins in einem druckfesten, flüssigkeits- und luftdichten
Kessel abgesetzt hat, in den infolge des durch das Absaugen der durch Absetzen von
groben Teilchen befreiten Flüssigkeit entstehen-den Unterdruckes #die Spülflüssigkeit
mit dem abgebohrten Gestein von dem Grunde des Bohrloches hineingesaugt wird.
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Dieser Kessel wird zweckmäßigerweise auf einem Fahrgestell montiert,
wodurch die ganze Anlage ortsbeweglich wird und nicht mehr an das Vorhandensein
eines bestehenden oder künstlichen Wasserbeckens gebunden ist. In diesem zu Beginn
vollständig mit Wasser gefüllten Kessel befindet sich ein Siebkopf, der durch Schwimmkörper
od. dgl. jeweils in unmittelbarer Nähe der Wasseroberfläche gehalten wird und mit
einer Sangpumpe, beispielsweise einer Kreiselpumpe, in. Verbindung steht. Durch
die Saugpumpe wird im Kessel ein Unterdruck erzeugt, durch den mittels einer zum
Grunde des Bohrlöches reichenden Leitung das mit dem Bohrschutt vermengte Wasser
in den Kessel hineingesaugt und durch den Siebkopf gereinigt und laufend wieder
abgezogen wird.
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Durch diesen Siebkopf können nach bereits weitgehend erfolgter Sedimentierung
des den Bohrschutt enthaltenden Wassers höchstens kleinere, .das Arbeiten der Kreiselpumpe
nicht störende Partikelchen- hindurchtr eten. Der sich am Boden des zweckmäßig geneigten
Kessels ansammelnde, vom Boden des Bohrloches heraufgesaugte Bohrschutt kann von
Zeit zu Zeit abgezogen werden.
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Da das Bohrloch stets bis in die Nähe seines oberen Randes-,mit Wasser
gefüllt ist, so reicht der in dem Kessel durch das Absaugen des in ihm befindlichen
Wassers entstehende Unterdiuck vollauf dazu aus, das Wasser mit dem mit ihm vermischten
Bohrschutt vom Grunde des Bohrloches heraufzubefördern, so daß der zylinderringförtnige
Bohrmeißel stets mit dem ihm frisch von der Pumpe zugeführten Wasser arbeiten kann.
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Das-von dem Kessel in das Bohtloch eingeführte Saugrohr wird erfindungsgemäß
flüssigkeitsdicht it dem teleskopartig in dem Drehrohr verschiebbaren, den Meißel
tragenden Meißelrohr verbunde'n, so daß letzter-es den unteren, bis jeweils an den
Grund des Behrloches reichenden Teil des Saugrohres bildet. 1 Die Erfindung
betrifft weiterhin eine Vorrichtung, mit deren Hilfe', ohne daß dadurch der in dem
Pumpen- und Wasserleitungssystem herrschende Unterdräck zusammenbricht, während
des Betriebes Proben des aus dem Bohrloch. mit dem Wasser herausgezogenen Bohrschuttes
genommen werden können.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht ,'da.rin, daß das den Bohrmeißel.
tragende Rohr etwa die gleiche Länge aufweist wie das innen und -außen mit sich
über seine ganze Länge erstreckenden Rippen versehene Drehrohr, dessen äußere Rippen
in an sich bekannter Weise zur Führung des Drehrohres in dem Drehtisch und dessen
innere Rippen zur Führung der am oberen Ende des Meißelrohres angebrachten Mitnehmernocken
dienen.
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Im Innern des Meißelrohres befindet sich das zu dem Kesselwagen führende
Saugrohr, das so weit in das Bohrloch eingeführt wird, daß es in der jeweils tiefsten
Stellung des Meißelrohres noch innerhalb des oberen En-des des Meißelrohres liegt,
wo durch an sich bekannte Dichtungsringe eine hinreichend große Dichtung zwischen
Saugrohr und Meißelrohr erzielt wird.
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An dem Meißelrohr sind oberhalb des Meißels zwei oder drei achsenparallele
Profileisen, vorzugsweise Flacheisen, angeibracht, mit deren Hilfe das Meißelrohr
zu Beginn des Bohrprozesses oder zum Zwecke des Anbringens eines etwa die doppelte
Länge des Meißelrohres aufweisenden Verlängerungsstückes so an. dem Drehrohr befestigt
werden kann, daß diese beiden ineinandergeschobenen Rohre eine Länge aufweisen,
die etwa der Hälfte -der jeweils erzielbaren Bohrtiefe entspricht.
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Wenn beispielsweise das Meißelrohr und das Drehrohr
je eine
Länge von
5 m aufweisen, ist es möglich, mit Hilfe dieser Anordnung eine
Bohrtiefe von io m zu erreichen, wobei das stets im Innern des Meißelrohres befindliche
Ende des Saugrohres teleskopartig durch das es umfangende Meißelrohr verlängert
wird. Sobald die größte, etwa der doppelten Länge des Drehrohres oder des Meißelrohres
entsprechende Bohrtiefe erreicht ist, wird das Drehrohr in an sich bekannter Weise
hochgezogen, bis die an dem Meißelrohr befestigten Halteschien-en od. dgl.. oberhalb
des Drehtisches erscheinen und hier in an sich bekannter Weise festgelegt werden
können. Alsdann wird'das Drehrohr wieder abgesenkt und die Halteschienen des Meißelrohres
an dem oberen Ende des Drehrohres festgelegt, worauf das Ganze wieder hochgezogen
werden kann. Nunm#ehr wird nach Abschrauben des Meißels von dem Meißelrohr ein beispielsweise
io m
1 anges Verlängerungsstück an das Meißelrohr angeschraubt, an dessen
unteres Ende zuvor der Meißel aufgeschraubt war. Nunmehr ]<arm in der gleichen
Weise wie während des ersten Abschnittes das Bohren fortgesetzt werden, bis der
Meißelkopf auf die Tiefe von 2o m gelangt und so weiter fort.
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.Bei dieser Art des Bohrens benötigt man also bei den oben angenommenen
Meiß elrohr- und Drehrohrlängen
lediglich Türme, die nur um weniges
höher sind, als das Drehrohr lang ist, was für die Ausführung der Bohrarbeiten äußerst
kosterrsparend wirkt.
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Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf welches die -zur Ausübung des
Verfahrens dienende Vorrichtung in ihrer Gesamtheit sowie einigen Einzelheiten mehr
oder minder schematisch dargestellt ist. Im einzelnen zeigt Fig. i eine Gesamtansicht
der Bahranlagen mit Kesselwagen und Pumpe, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den
Probe-Entnehmer bei Außer-Gebrauchstellung, Fig. 3 einen Vertikalschnitt
durch den Probe-Entnehmer während der Probe-Entnahme, .
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Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Bohrrohre bei Beginn des Bohrvorganges,
Fig. 5 den gleichen Schnitt, nachdem der Bohrineißel bis auf eine der Länge
des Drehrohres oder des gleich langen Meißelrohres entsprechende Tiefe gelangt ist,
Fig. 6 den gleichen Schnitt, nachdem der Bohrmeißel bis auf eine Tiefe gelangt
ist, die der doppelten Länge des Drehrohres und des Meißelrohres entspricht, Fig.
7 einen Horizontalschnitt gemäß Linie VII-VII der Fig. 4, Fig.
8 einen Horizontalschnitt gemäß Linie VIII-VIII der Fig. 5,
Fig. 9..
einen Horizontalschnitt gemäß Linie IX-IX der Fig. 6.
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Zu dem mehrere Kubikmeter fassenden, um eine horizontale Achse verschwenkbaren
Kessel i des Kesselwagens führt das im Zentrum des Bohrgestänges liegende Saugrohr
2, das innerhalb des sich allmählich vertiefenden Bohrloches io bis auf etwa die
Länge des es umgebenden Meißelrohres 1:2 abgesenkt wird.
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Im Innern des Kessels i befindet sich der von einem Schwimmkörper
3 getragene Siebkchrb 4 jeweils in einer solchen Lage, daß er sich unmittelbar
unter der Oberfläche des in dem Kessel befindlichen Wasserspiegels hält. Der Siebkorb4
ist über das mit ihm verbundene Rohr 5, die verformbare Verbindungsmuffe
6, beispielsweise aus Gummi, und das aus dem Kessel i austretende Rohr
7 mit der als Saugpumpe dienenden Kreiselpumpe 8 verbunden, von welcher
die Rohrleitung 9
in den oberen Teil des Bohrloches führt.
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Durch den in dem Kessel i infolge des Absaugens des darin befindlichen
Wassers entstehenden Unterdruck wird über das Saugrohr;:2 und dessen bis zum Boden
des Bohrloches reichende, durch das mit ihm flüssigkeitsdicht verbundene und relativ
zu ihm teleskopartig verschiebbare Meißelrohr 1:2 gebildete Verlängerung der am
Grunde des Bährloches anfallende mit Wasser vermischte Bohrschutt in den Kessel
gesaugt.
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In der vom Saugrohr 2 zum Kessel i führenden Rohrleitung i i ist zweckmäßig
unmittelbar vor dem Eintritt in den Kessel i ein sogenannter Probe-Entnehmer angeordnet,
der im einzelnen in den Fig.:2 und 3 im Vertikalschnitt dargestellt ist.
Der Probe-Entnehmer ist ein zylindrischer Körper, der flüssigkeitsdicht innerhalb
des vertikalen, quer zur Rohrleitung i i verlaufenden Rohres 13
verschoben
werden kann.
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Im oberen Teil des zylindrischen Schiebers befindet sich die horizontale,
quer durchgehende Öffnung 14, die für gewöhnlich koaxial zu der Rohrleitung ii verläuft
und dadurch einen ungehinderten Durchfluß des durch den Unterdruck im Kessel vom
Grunde des Bohrloches angesaugten Gemisches vonWasser und Bohrschutt ermöglicht.
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Während der Mittelteil des Schiebers einen geschlossenen Zylinder
16 bildet, ist im unteren Teil die der Strömungsrichtung zugewandte Seite des Schiebers
halbzylindrisch ausgespart und der stehengebliebene Wandteil 17 ist sielbartig durchbrochen,
so. daß das Wasser und feinere Teilchen hindurchdringen können. Auf der unteren
Querwand 18 des Schieberkörpers kann ein napfartiger Behälter ig aufgesetzt werden.
Durch die im Innern des Rohres 13 und am Schieberkörper angebrachten Dichtungsringe
2o wird für die erforderliche Flüssigkeitsdichtheit gesorgt.
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Zum Zwecke einer Probe-Entnahme wird der Schieber nach oben bis in
die durch die Stellschraube 15 bestimmte obere Grenzstellung (vgl. Fig.
3) geschoben, in welcher der Boden des Mittelteiles 16 etwa auf die Höhe
des oberen Randes der Rohrleitung ii zu liegen kommt und die an der linken Seite
des Schiebers vorgesehene Siebwand 17 den Durchfluß durch die Rohrleitung
ii versperrt, dergestalt, daß alle durch die Sieblöcher nicht hindurchgehenden festen
Partikel sich in dem am unteren Teil des Schiebers eingesetzten becherförmigen Behälter
ig sammeln. Nach Beendigung der Probe-Entnahme wird der Schieber wieder nach unten
in die in Fig.:2 dargestellte Normal-Stellung geschoben, worauf der gefüllte Behälter
ig ohne weiteres aus dem unteren Teil des Schiebers entnommen werden kann.
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Das Bohrgestänge besteht, wie schon eingangs dargelegt, aus dem Meißelrohr
1:2, an dessen unterem Ende der Meißel 21 angeschraubt ist. Unmittelbar oberhalb
des Meißels 21 ist an dem Meißelrohr 1:2 der Haltering 22 mit zwei diametral gegenüberliegenden
vertikalen Schlitzen anpbracht, in welche die als Halteschienen dienenden, an ihren
Enden hakenförmig umgebogenen Flacheisen:23 eingehängt sind, die bis zum oberen
Ende des Meißelrohres 1:2 reichen und hier ösenförmig umgebogen sind.
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Innerhalb des Meißelrohres 12 liegt das schon eingangs beschriebene
Saugrohr 2, das innerhalb des Meißelrohres 12 mittels der Dichtungsringe:24 flüssigkeitsdicht
geführt ist.
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Das Meißelrohr 12 ist von dem sogenannten Drehrohr:25 umgeben, das
an der Innenseite zwei sich über seine gesamte Länge erstreckende Rippen :26 aufweist,
an welchen die am oberen Ende des Meißelrohres 12 angebrachten Nocken
27 geführt sind, so daß in jeder beliebigen Höhenstellung des
Meißelrohres
i?, eine Mitnahme durch das in an sich bekannter Weise mittels des Drehtisches 2,8
in Drehung versetzte Drehrohr 2-5 gesichert ist, das in an sich bekannter
Weise mittels der an seiner Außenseite angebrachten, sich über seine ganze Länge
erstreckenden Rippen 29 in entsprechende Aussparungen des Drehtisches:28 eingre
' ift, Am oberen Ende -des Drehrohres :25 befinden sich die Augen
30, an denen mittels quer hindurchgesteckter Bolzen die oberen ösenförmig
umgebogenen Enden der Halteschienen 23. des Mzfflelrohres 12, festgelegt
werden können.