EP3865655A1 - Device for creating a borehole - Google Patents
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- EP3865655A1 EP3865655A1 EP21156269.9A EP21156269A EP3865655A1 EP 3865655 A1 EP3865655 A1 EP 3865655A1 EP 21156269 A EP21156269 A EP 21156269A EP 3865655 A1 EP3865655 A1 EP 3865655A1
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
- E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
- E21B4/14—Fluid operated hammers
Definitions
- the invention relates to a device and a method for producing an earth borehole.
- the device comprises a down-the-hole hammer and a hollow rod, the first end of which is connected to the down-the-hole hammer. At least part of a compressed air flow generated with the aid of a compressed air generation unit for driving the down-the-hole hammer is fed to the other, second end of the rod assembly.
- a down-the-hole hammer is for example from the document EP 0 851091 A2 famous.
- Devices for generating an earth bore are in particular from the documents EP 2 957 710 B1 and EP 2 085 566 B1 famous.
- Known devices can include a pump for conveying a flushing fluid to the drilling tool. The flushing liquid then emerges from the drilling tool.
- Control units for controlling the pump and drilling device are known.
- a horizontal drilling rig in which a high-pressure pump for supplying flushing fluid to the drill pipe and a mixing device for processing the flushing fluid with a mixing unit having a mixing pump are arranged on the chassis of the horizontal drilling rig.
- Down-the-hole hammer drills are usually used for controlled horizontal drilling in rocky soil. However, it often happens that the drilling has to be continued after penetrating a rock section in mixed soils such as gravel, sand and / or clay.
- Known rock drilling tools have a drill head with an asymmetrical control surface at the front in the direction of advance. In soft, displaceable subsoil, the Drill head pushed through the ground. In order to carry out a straight bore, the drill head is rotated uniformly in the range from 30 to 100, in particular in the range from 30 to 60, revolutions per minute.
- the entire down-the-hole hammer, including the drill head is rotated with the aid of the rod and pushed forward.
- the impact piston of the down-the-hole hammer is driven with the aid of compressed air, for example with 2000 blows per minute and moved back and forth in such a way that it hits a preferably freely movable drill head of the down-the-hole hammer. This creates a round drilling channel in the rock, which has a straight course.
- the drill head is beveled on one side, whereby the asymmetrical control surface can be formed.
- the drill head is rotated together with the down-the-hole hammer to the desired rotary position, in which the asymmetrical control surface causes the drill head to be deflected in the desired direction.
- the down-the-hole hammer is moved back and forth with the drill head oscillating around this rotary position in an angular range of, for example, +/- 45 ° around the desired change in direction and at the same time pushed forward with the aid of the rod.
- the down-the-hole hammer drill is brought into a rotary position in which the asymmetrical control surface causes the drill head to be deflected in the desired direction, the drill head then being pushed forward without rotation. The drill head then slides along its control surface in the desired direction. This is not possible in hard, especially rocky, subsoil.
- the drill head of the down-the-hole hammer can include hard metal pins, in particular Ball pins and concave shaped pins. With every hit, these hard metal pins break small pieces, the so-called cuttings, out of the rock.
- the drill bit is in the range from 10% to 20% larger in diameter than the outside diameter of the downhole hammer.
- a device with the features of claim 1 ensures that the liquid added to the compressed air flow prevents the exhaust air ducts from clogging, since the liquid in particular reduces the friction between the soil that has penetrated the exhaust air openings and the inner wall of the exhaust air openings and prevents the soil from being blown out is at least easier to do from the exhaust air openings.
- the compressed air is fed in as a compressed air stream, in particular at a pressure of 14 bar to 24 bar, to which the liquid is then fed.
- the liquid is conveyed into the compressed air stream with the aid of a high pressure pump.
- the pressure of the liquid is simply slightly higher than the pressure of the compressed air. In particular, the pressure of the liquid is 0.5 bar to 10 bar higher than the pressure of the compressed air flow.
- the added liquid can be, for example, water or water with an additive. Even pure water prevents the exhaust air ducts of the down-the-hole hammer, in particular of the exhaust-air ducts of the drill bit of the down-the-hole hammer, from clogging.
- the appropriate additives are added, the sliding friction between the inner wall of the exhaust air ducts and the soil that has penetrated is further reduced.
- suitable polymers are used as additives, they can also increase the rate of breakdown of the rock, stabilize the stability of the drilling channel and enable the cuttings to be transported backwards from the drilling channel.
- the device has a drive unit for driving the rod towards the drive unit or away from the drive unit and / or for rotating the rod about its longitudinal axis.
- a drive unit for driving the rod towards the drive unit or away from the drive unit and / or for rotating the rod about its longitudinal axis.
- the device can be operated in different operating modes, with either the compressed air flow with added liquid or a flushing liquid being able to be fed to the second end of the rod assembly depending on the selected operating mode.
- a flushing liquid being able to be fed to the second end of the rod assembly depending on the selected operating mode.
- the device has at least one pump for conveying the liquid into the compressed air flow generated by the compressed air generation unit and / or for conveying the flushing liquid into the hollow rods.
- a single pump can be used both for conveying the liquid into the compressed air flow and for conveying the flushing liquid into the hollow linkage.
- the amount of liquid to prevent blockages in the exhaust air duct of the down-the-hole hammer drill is at least a factor of 10, in particular in the range between a factor of 10 and a factor of 100, less than the amount of flushing liquid that can be conveyed per unit of time.
- the pump preferably has a maximum delivery pressure in the range between 50 bar and 150 bar, in particular 75 bar or 100 bar.
- the maximum delivery pressure is, in particular, continuously adjustable.
- the pump generates a liquid volume flow in the range from 0.25 to 30 liters per minute, preferably in the range from 3 to 8 liters per minute.
- the pump can, in particular, depending on the size of the downhole hammer or the diameter of the to generating drilling channel generate a maximum liquid volume flow in the range of 50 to 2000 liters per minute, in particular a maximum liquid volume flow of 50 to 400 liters per minute, preferably a maximum liquid volume flow in the range of 95 to 150 liters per minute.
- the pump is controlled accordingly for this purpose.
- a volume flow measurement can also take place, in particular via a diaphragm or nozzle.
- Such a rod is also referred to as a drill rod.
- the individual rod sections can be inserted into the device one after the other, the device generating a feed in the advancing direction until a rod section has been moved in the direction of the borehole, so that a further rod section can be inserted into the device.
- the compressed air generation unit generates the compressed air flow when the down-the-hole hammer is operated with a pressure in the range between 7 bar and 24 bar, in particular in the range between 14 bar and 24 bar, and / or that the compressed air flow generated is in the range of 3 m 3 to 15 m 3 per minute, preferably in the range between 8 m 3 to 10 m 3 , is generated.
- the compressed air generation unit is suitable for driving known down-the-hole drills.
- the compressed air flow is also referred to as the compressed air volume flow.
- control unit changes the liquid volume flow generated by the pump in a direct proportion, preferably linearly, to the compressed air flow flowing through the linkage. This ensures that sufficient liquid can exit through the exhaust air openings, so that the inner surface of the outlet openings during operation of the down-the-hole hammer remains wetted, especially when the down-the-hole hammer is advanced and the soil enters the exhaust air openings.
- the down-the-hole hammer can comprise a housing, a pneumatic percussion unit arranged in the housing, and a working head, which is also referred to as a drill bit.
- a working head which is also referred to as a drill bit.
- the working head there is at least one outlet channel for discharging the volume flow of compressed air that emerges from the downhole hammer after it has been driven.
- the housing of the down-the-hole hammer is non-rotatably connected to the rod, the compressed air flow being able to be fed to the down-the-hole hammer via the rod.
- two, three or four outlet channels for discharging the compressed air volume flow can be present in the working head.
- the working head is preferably arranged to be longitudinally displaceable relative to the housing of the down-the-hole hammer.
- the outlet channel has an outlet opening on the front side pointing in the feed direction of the downhole hammer.
- the compressed air emerges as exhaust air at the front of the down-the-hole hammer, so that the cuttings removed from the rock with the help of the down-the-hole hammer when drilling rock are blown out of the drilling area with the help of the exhaust air.
- the working head comprises a drill bit equipped with hard metal elements.
- the down-the-hole hammer can also be used to drill holes in the rock.
- the working head is preferably a round eccentric drill head with an eccentric drill bit or an expansion drill head with an expansion crown.
- the eccentric drill bit preferably has a round cross section. This creates a round drilling channel when the down-the-hole hammer is in operation.
- the down-the-hole hammer drill has a front, first substantially cylindrical housing section and a second housing section firmly connected to the first housing section, the longitudinal axis of the first housing section and the longitudinal axis of the second housing section at a first angle in the range from 1 ° to 10 °, preferably at a first angle in the range from 1 ° to 4 °.
- a typical angle is 2 °.
- the housing has a kink between the first housing section and the second housing section. This kink is preferably arranged so that its outer wall is congruent with the point at which an eccentric drill bit has its overcut. The kink thus points in the desired control direction.
- the kink has an abrasion protection, in particular on its outside, which can be produced in particular by radial weld seams made of hard deposit. This protects the area that is always in contact with the outer wall of the drill channel.
- the longitudinal axis of the second housing section and the longitudinal axis of the linkage intersect at a second angle in the range from 0.5 ° to 5 °, preferably at a second angle in the range from 1 ° to 2 °.
- the longitudinal axis of the linkage and the longitudinal axis of the first housing section intersect at an angle which corresponds to the sum of the first angle and the second angle.
- these preferably have the same amount.
- the second housing section has, in particular, a receiving area for receiving an electronic transmitter, through which the down-the-hole hammer and thus the drill head can be located with the aid of a corresponding locating device.
- a blower is preferably arranged, which has two lateral, rearwardly inclined nozzles. In this way, the dismantled cuttings are conveyed away towards the rear in the direction of the rods. Furthermore, a blower can be arranged between the drill rod and the down-the-hole hammer, which has at least one nozzle pointing backwards in the direction of the drill rod. Alternatively or additionally, a blower can be arranged between the first housing section and the second housing section, which has at least one nozzle pointing backwards in the direction of the drill rod.
- blowers can be arranged along the rod, preferably at a distance in the range between 10 m and 30 m, preferably at a distance of 20 m.
- the amount of air required to drive the down-the-hole hammer and to operate the blower increases by 0.5 m 3 to 1 m 3 per minute per blower.
- a second aspect of the invention relates to a method for generating a hole in the ground, in which a compressed air flow is generated to drive a down-the-hole hammer and is fed to the down-the-hole hammer via a hollow rod. A liquid is added to the compressed air flow.
- the hammering down-the-hole hammer is rotated at 30 to 60 revolutions per minute and pushed forward with little contact pressure.
- an advance speed in the range of 2 m / h to 10 m / h can be achieved.
- an advance speed of up to 20 m / h can be achieved become.
- the down-the-hole hammer is rotated with the drill head so that the hard metal application on the kink and the overcut of the eccentric drill bit point in the direction opposite to the desired control direction Carbide application at the bend in the opposite direction.
- the kink thus points in the desired control direction. Then the down-the-hole hammer, together with the drill bit, is rotated through an angle in the range of +/- 10 ° to +/- 45 °, in particular in the range of +/- 5 ° to +/- 20 °, around the rotational position pointing in the desired direction alternately moved back and forth and pushed forward.
- the eccentric drill bit for producing the pilot hole has a diameter of 130 mm and the expansion bit has a diameter of 200 mm.
- the expansion crown preferably has a 10 cm to 20 cm long cylindrical guide which has a slightly smaller diameter than the pilot bore.
- the down-the-hole hammer is hammered through the drilling channel of the pilot hole.
- the down-the-hole hammer with the expanding crown follows the drilling channel of the pilot bore exactly, which is thereby expanded to a diameter of, for example, 200 mm.
- a rod section is advanced after it has been advanced an interruption in which another rod section is inserted into the rod.
- the rod sections are in particular in the range between 2 m and 3 m long. In other embodiments, other lengths, in particular 4 m or 5 m long rod sections, can also be used.
- a pump for introducing the liquid into the compressed air flow can deliver a larger delivery rate than when feeding the liquid into the compressed air volume flow, in which case the compressed air volume flow is then preferably no longer generated and the down-the-hole hammer is no longer operated. The fluid that is then pumped flows through the down-the-hole hammer into the drill channel created.
- the drill head is withdrawn together with the down-the-hole hammer over the length of a rod section, for example over 3 m, and then moved forward again over the same length.
- the cuttings removed from the rock with the help of the down-the-hole drill hammer are also washed back over longer drill channels of, for example, 50 m to 150 m and carried out of the drill channel.
- FIG. 1A a drilling rig 10 for the controlled drilling of a pilot well is shown.
- the drilling rig 10 works according to a horizontal drilling method, which is also referred to as Horizontal Directional Drilling (HDD) method.
- a horizontal drilling rig available under the trade name Terra-Jet is used for this purpose.
- Such a horizontal drilling rig is for example from the document DE 101 15 233 A1 famous.
- a rod 14 composed of several rod sections 13 is introduced into the ground 18 in the direction of the arrow P0 with the aid of a horizontal drilling device 12 at a starting point 16 with a down-the-hole hammer 20 arranged on the horizontal drilling device 12 remote end of the rod 14.
- the down-the-hole hammer drill 20 has a drill head 21 equipped with hard metal tips (not shown), by means of which a drill channel can also be produced in rock.
- the drilling rig 10 comprises a compressed air generation unit 30 for generating a compressed air flow which is conveyed into the hollow rod 14.
- the compressed air generation unit 30 is preferably a separate structural unit which is connected to the horizontal drilling device 12 via a compressed air hose, via which the compressed air flow generated can be fed to the horizontal drilling device 12.
- the compressed air flow is then passed via the rod 14 to the down-the-hole hammer 20 and is used to drive the down-the-hole hammer 20 3000 impacts, in particular 2000 impacts per minute, hits the freely movable drill head 21.
- the hard metal elements of the drill head 21 are in particular ball pins or concave pins. With every hit, the hard metal elements break small pieces, so-called cuttings, out of the rock. These cuttings are blown out of the area in front of the drill head 21 with the aid of the compressed air of the down-the-hole hammer 20.
- the horizontal drilling device 12 has a pump 42 which sucks liquid 46 from a liquid container 40 via a hose 48 and conveys it at high pressure into the compressed air flow generated with the aid of the compressed air generation unit 30.
- the conveyed volume of the liquid 46 is by a factor of 100 to a factor of 3000, in particular a factor of 800 to 2000, less than the compressed air flow generated with the aid of the compressed air generation unit 30.
- the downhole hammer drill 20 has a kink 23 with an angle in the range between 1 ° and 4 °, typically with an angle of 2 °.
- the kink 23 serves to support the down-the-hole hammer 20 in the drill channel 15, in particular when producing a bent or curved drill channel 15.
- the drill head 21 is an eccentric drill head and is used together with the entire down-the-hole drill 20 with the aid of the rod 14 to create a straight drill channel 15 rotated continuously.
- the drill head 21 In the event of a desired lateral movement, upward movement or downward movement, the drill head 21 is stopped in a position suitable for the desired movement and is continuously moved back and forth in a pendulum movement around the position in the range between +/- 10 ° and +/- 45 ° so that due to the kink 23 a corresponding deflection movement of the drill head 21 and the down-the-hole hammer 20 takes place in the ground 18.
- the central axis of a drill bit of the drill head 21 equipped with hard metal elements runs at a distance parallel to the axis of rotation of the drill head 21, as follows in connection with the Figures 4 and 5 will be explained in more detail.
- Figure 1B shows a detailed view of the end of the rod 14 remote from the horizontal drilling device 12, together with the down-the-hole hammer 20 and the drill head 21.
- an electronic probe is arranged in the rear housing section 24.
- the percussion piston and the control channels for controlling the percussion piston are preferably arranged in the front housing section 26 of the down-the-hole hammer 20.
- the probe and thus the position of the downhole hammer 20 can be determined exactly at any time from the surface of the earth with the aid of a corresponding locating device.
- the position of rotation and the inclination of the drill head are displayed on the tracking device.
- the movement path of the drill head 21 and thus the course of the drill channel 15 of the pilot bore is controlled simply by a controlled stopping of the rotation of the drill head 21 via the rod 14 and an oscillating rotary movement around this position.
- the liquid 46 transported by conveying the liquid 46 into the compressed air stream to the down-the-hole hammer 20 emerges together with the exhaust air from the down-the-hole hammer 20 via the exhaust air channels in the drill head 21, so that the inner surface of the exhaust air channels is wetted with this liquid 46.
- soil 18 can penetrate into the exhaust air ducts of the drill head 21 from the front.
- the penetrated soil 18 can then adhere more poorly to the inside of the exhaust air ducts due to the added liquid 46 and can thus simply be blown out of the exhaust air ducts with the aid of the exhaust air.
- the liquid can liquefy soil which has penetrated into the exhaust air ducts, so that the liquefied soil 18 can simply be blown out again by the exhaust air.
- the liquid 46 can in particular be water.
- An additive preferably a polymer, is preferably added to the water. With the aid of the additive, the friction between the soil 18 that has penetrated into the exhaust air ducts and the wall of the exhaust air ducts is further reduced and the soil 18 that has penetrated into the duct is prevented from sticking to the inside of the exhaust duct.
- soil 18 that has penetrated into the exhaust air duct is liquefied by the liquid 46 and can then simply be blown out of the exhaust air duct by the exhaust air.
- the downhole hammer drill 20 After reaching a target point 22, which is located, for example, in a target pit, the downhole hammer drill 20 is separated from the rod 14 and the rod is withdrawn in sections to the starting point 16. If necessary, the drilling channel 15 of the pilot hole can then be expanded in a second drilling process with the aid of an expansion head.
- flushing liquid can also be fed through the hollow rods 14 and through the downhole hammer 20 with the aid of the pump 42, which exits at the drill head 21 and at least partially flushes away the soil 18 located in front of the drill head 21.
- the aid of the down-the-hole hammer 20 without changing tools and a drilling channel 15 can be produced with the desired course.
- a control unit 50 of the horizontal drilling device 12 controls the compressed air generation unit 30 and the pump 42 for conveying the flushing fluid through the rods 14.
- the pump 42 can be controlled by the control unit 50 in particular in such a way that the volume flow of the liquid 46 conveyed by the pump 42 and thus the liquid 46 exiting at the drill head 21 can be controlled.
- the horizontal drilling device 12 preferably has a rotary drive for rotating the rod 14 about a longitudinal axis and a feed drive for moving the rod 14 along its longitudinal axis through the soil 18 together with the down-the-hole hammer 20 connected to the end of the rod 14 remote from the feed drive.
- Figure 2 shows a representation of a down-the-hole hammer 20 connected to a drill pipe 14 in a drilling channel 15 according to a first embodiment.
- this down-the-hole hammer 20 is shown without a drilling channel 15.
- the Figures 2 and 3 is the one in the Figures 1A and 1B Down-the-hole hammer 20, shown only schematically, is shown in detail.
- the drilling channel 15 is in Figure 2 shown above and below by two parallel lines. In front of the drill head 21, the expected course of the drill channel 15 when drilling is continued is shown by two parallel dashed lines.
- the front first housing section 26 is connected to the rear second housing section 24 with the aid of a connecting piece 23.
- the percussion mechanism of the down-the-hole hammer 20 with the percussion piston is arranged in the first housing section 26.
- a receiving area for a locating probe is provided in the second housing section 24.
- the receiving area can be closed with the aid of a cover.
- the drill head 21 is an eccentric drill head 21 equipped with hard metal elements, which is subsequently used in conjunction with the Figures 4 and 5 will be explained in more detail. In other embodiments, other drill heads 21 can also be used.
- the drill head 21 is non-rotatably connected to the housing sections 24, 26 and thus to the drill rod 14.
- the lateral overhang of the eccentric drill head 21 is on the same side as a kink between the housing sections 24 and 26 created by the connecting element 23 the contact area 64 is moved along the inner wall of the drilling channel 15 and makes contact with this wall in the process.
- a blower 28 is arranged between the drill rod 14 and the down-the-hole hammer drill 20, which has two nozzles pointing backwards in the direction of the drill rod 14, from which a defined amount of air exits, which is used to feed the removed cuttings in the direction of the starting point 16 of the drill channel 15 move.
- FIG Figure 4 shows a perspective view of the drill head 21 of the down-the-hole hammer 20 according to FIG Figures 2 and 3 .
- the drill head 21 has a shaft 32 which is received in the front, first housing section 26.
- the percussion piston of the down-the-hole hammer strikes the rear face 33 of the shaft 32 when the down-the-hole hammer 20 is in operation.
- the eccentric drill bit 34 adjoins the front end of the shaft 32 and is equipped on its front side with a multiplicity of hard metal elements, one of which is denoted by the reference numeral 36. Furthermore, the drill head 21 has four outlet channels 38a to 38d, from which the compressed air flow exits to the front after its use to drive the downhole hammer 20, whereby the exhaust air is used to remove the cuttings removed from the rock with the help of the hard metal elements 36 from the drilling area and on Blow down hole hammer 20 over.
- FIG. 13 shows a perspective view of the connecting element 23 between the first housing section 26 and the second housing section 24 of the down-the-hole hammer 20 according to FIG Figures 2 and 3 .
- Figure 7 shows a side view of the connecting element 23 and Figure 8 a longitudinal section of the connecting element 23.
- the connecting element 23 has a first threaded section 60 with a conical external thread and a second threaded section 66 with a conical internal thread.
- the first housing section 26 has, on the side facing the connecting element 23, an external thread complementary to the threaded section 66
- the second housing section 24 has, on its front side facing the connecting element 23, a threaded section complementary to the threaded section 60 with an internal thread.
- the connecting element 23 has an inner through opening 62 through which the compressed air generated by the compressed air generating unit 30 and conducted through the linkage 14 and the blower 28 and through the second housing section 24 flows and is supplied to the first housing section 26.
- the longitudinal axes of the threaded sections 60, 66 intersect at an angle ⁇ , so that the connecting element 23 creates a kink between the first housing section 26 and the second housing section 24 when the housing sections 24, 26 are connected to one another via the connecting element 23 are.
- An abrasion protection 64 is provided on the outside of the kink.
- the abrasion protection 64 is formed by a hard coating applied with the aid of a welding process. This reduces the abrasion of the surface material of the connecting element 23 when the outer kink of the connecting element 23 comes into contact with the drilling channel 15, so that long service lives of the connecting element 23 and the entire down-the-hole hammer 20 are achieved.
- FIG. 14 shows a perspective view of the blower 28, which is used as in connection with FIGS Figures 2 and 3 explained, is arranged between the drill pipe 14 and the down-the-hole hammer 20. Further blowers 28 can also be arranged at larger distances between rod sections, so that the air exiting at these blowers 28 blows the cuttings in this area backwards towards the starting point 16 through the drilling channel 15.
- FIG. 14 shows a side view of the blower 28 according to FIG Figure 9 and Figure 11 a longitudinal section of the blower 28.
- the blower 28 has a first threaded section 68 with a conical internal thread and a second threaded section 70 with a conical external thread as well as a continuous internal opening 80 for guiding the compressed air flow from the rod to the down-the-hole hammer 20.
- the blower has two outlet nozzles 76, 78 pointing obliquely backwards, the longitudinal axis of which intersects the longitudinal axis of the blower 28 at an acute angle.
- two surfaces 72, 74 are worked into the outer wall of the blower 28, into which a tool, in particular a spanner, can engage, in particular to detach the blower 28 from the rod 14 and from the down-the-hole drill hammer 20.
- the blower 28 can have only one blow-out nozzle or more than two blow-out nozzles, in particular three or four blow-out nozzles.
- Figure12 shows a perspective illustration of an expander head 80, which can be used for expanding a pilot hole instead of the eccentric drill head 21 in the down-the-hole hammer drill 20.
- the receiving shaft 82 of the expanding head 80 is preferably identical to the receiving shaft 32 of the drill head 21 according to the Figures 4 and 5 .
- the widening drill bit 86 is equipped with a multiplicity of hard metal elements, one of which is designated by the reference numeral 88 by way of example.
- the expanding drill bit 86 is symmetrical in this exemplary embodiment, the first housing section 26 and the second housing section 24 of the down-the-hole hammer being connected to one another without the connecting element 23 during the expansion process, so that the down-the-hole hammer 20 then has no kink, but is straight.
- the widening drill head 80 In front of the widening drill bit 86, the widening drill head 80 has a cylindrical guide element 84, on the front side of which a plurality of hard metal elements are arranged, of which one hard metal element is designated by the reference numeral 90 by way of example.
- the cylindrical guide area 84 has approximately the same outside diameter as the drilling channel 15 of the pilot hole generated with the aid of the eccentric drill head 21, so that the expansion drilling head 80 follows the course of the drilling channel 15 of the pilot hole through the cylindrical guide section 84 during an expansion drilling process.
- the expansion head 80 has at least one, preferably two, exhaust air openings for the exit of the exhaust air from the down-the-hole hammer 20, which are shown in FIG Figure 12 are not shown.
- non-symmetrical expansion drill heads 80 can also be used. It is also possible to continue to use the connecting element 23 both with symmetrical and asymmetrical expansion heads 80, so that the first housing section 26 and the second housing section 24 are arranged at an angle ⁇ to one another.
- the angle ⁇ has one Value in the range between 1 ° and 10 °, preferably between 1 ° and 4 °, in particular 2 °.
- Figure 13 FIG. 8 shows a side view of the expander head 80 of FIG Figure 12 .
- FIG 14 shows a block diagram 100 of a compressed air and liquid circuit of the horizontal drilling device 12 of the drilling rig 10 according to Figure 1a .
- flushing liquid 46 is supplied from the flushing liquid tank 40 to the inlet E1.
- the supplied rinsing liquid 46 is freed of dirt particles in a line filter 102 and reaches the pump 42 via a motorized ball valve 104.
- the pump 42 When the pump 42 is operated with the ball valve 104 open, the pump 42 sucks in rinsing liquid from the container 40 and conveys it via a shut-off valve 108 and an elbow screw connection 110 at the output A1 in the drill rod 14.
- the delivery pressure of the pump 42 is detected on the pressure side with the aid of a pressure transmitter 106. With the aid of a pressure transmitter 118, the suction pressure of the pump 42 is also recorded.
- the arrangement further comprises an antifreeze tank 112 for providing antifreeze, which is connected to the suction side of the pump 42 via a ball valve arrangement 114.
- a check valve 116 is arranged between the ball valve 114 and the pump 42.
- the ball valve arrangement 104 is closed and the ball valve arrangements 108, 114 opened, so that when the pump 42 is operating, anti-freeze liquid is conveyed from the anti-freeze tank 112 through the lines and the pump 42, so that the lines and the Pump 42 are then filled with antifreeze.
- a down-the-hole hammer 20 When a down-the-hole hammer 20 is in operation, no rinsing liquid, but rather water, preferably with an additive, in particular a special polymer, is fed from a tank 40 via the inlet E1.
- a compressed air stream is fed into the linkage 14 via a compressed air branch 120 via the output A1.
- the compressed air is generated with the aid of the compressed air generating unit 30 generated and fed to the compressed air branch 120 via the input E2.
- the compressed air flow Via a motor-operated three-way valve 122, the compressed air flow is fed via a high-pressure shut-off valve 128 and a T-piece 130 to the angular rotary screw connection 110 to the output A1 and thus to the drill rod 14.
- a pressure transmitter 126 is provided to detect the air pressure.
- the motor-operated three-way valve 122 is reversed so that the compressed air flow supplied via the input E2 escapes into the environment via a silencer 124.
- the compressed air at output A1 has a value in the range between 10 bar and 24 bar for operating the down-the-hole hammer 20.
- the water circuit and the air circuit are connected at the T-piece 130, with the liquid supplied via the inlet E1 being fed into the compressed air flow in rock bores at the T-piece 130.
- the pump 42 is controlled by the control unit 50 in such a way that it delivers only a small amount of liquid, preferably has a delivery rate of 3 l / min to 5 l / min, whereas it is controlled by the control unit 50 for horizontal bores in the mixer area 18, that it delivers 40 l / min to 100 l / min, in particular 60 l / min, flushing liquid 46.
- the air volume flow of the compressed air is in the range between 5 m 3 / min and 15 m 3 / min, depending on the down-the-hole hammer 20 used.
- Figure 15 shows a representation of a down-the-hole hammer 200 connected to the drill pipe 14 in the drilling channel 15 according to a second embodiment.
- the down-the-hole hammer 200 after Fig.15 differs from the down-the-hole hammer 20 after Figure 2 ff. in that, in addition to the connecting piece 23 between the housing sections 24, 26, a second connecting piece 123 is provided between the end of the rod 14 and the second housing section 24 or between the blower 28 and the second housing section 24.
- the connecting element 123 also creates a kink between the second housing section 26 and the linkage 14 and has an abrasion-resistant one Contact area 164 through which the down-the-hole hammer 200 is supported on the wall of the drill channel 15, the rotation of the down-the-hole hammer 22 moving the contact areas 64, 164 along the inner wall of the drill channel 15 and thereby contacting this wall.
- the downhole hammer drill 200 is bent both with respect to the rod 14 with the aid of the connecting element 123 and within itself between the housing sections 24 and 26, the total angle between the longitudinal axis of the rod 14 and the first housing section 26 being made up of the angle of the connecting elements 123 and 23, the longitudinal axis of the rod 14, the longitudinal axis of the second housing section 24 and the longitudinal axis of the first housing section 26 lying in one plane at least in the area of the downhole hammer 200.
- the connecting elements 23, 123 preferably produce the same angle between the housing sections 24, 26 or linkage 14 connected by the respective connecting element °, in particular from 1 ° to 2 °. It is particularly advantageous if the connecting elements 23, 123 are constructed identically, so that the manufacturing costs and the outlay for stocking replacement parts are low.
- the second housing section 24 can have a different length in relation to the first housing section 26 in other down-the-hole drills.
- the section between the two connecting elements 123, 23 lies in the range between 50% and 150% of the length of the first housing section 26 in which the hammer mechanism of the down-the-hole hammer 200 is arranged.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10, 12) und ein Verfahren zum Erzeugen einer Bohrung im Erdreich (18), die einen Imlochbohrhammer (20), eine Drucklufterzeugungseinheit (30) zum Erzeugen eines Druckluftstroms zum Antrieb des Imlochbohrhammers (20) und ein hohles Gestänge (14) hat. Ein erstes Ende des Gestänges ist mit dem Imlochbohrhammer (20) verbunden. Dem anderen zweiten Ende des Gestänges (14) ist zumindest ein Teil des Druckluftstroms zuführbar. Dem Druckluftstrom ist eine Flüssigkeit (46) zugesetzt.The invention relates to a device (10, 12) and a method for generating a hole in the ground (18), which includes a down-the-hole hammer (20), a compressed air generating unit (30) for generating a compressed air flow to drive the down-the-hole hammer (20) and a hollow rod (14) has. A first end of the rod is connected to the down-the-hole hammer (20). At least part of the compressed air flow can be fed to the other, second end of the rod (14). A liquid (46) is added to the compressed air flow.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Erdbohrung. Die Vorrichtung umfasst einen Imlochbohrhammer und ein hohles Gestänge, dessen erstes Ende mit dem Imlochbohrhammer verbunden ist. Dem anderen, zweiten Ende des Gestänges wird zumindest ein Teil eines mit Hilfe einer Drucklufterzeugungseinheit erzeugten Druckluftstroms zum Antrieb des Imlochbohrhammers zugeführt.The invention relates to a device and a method for producing an earth borehole. The device comprises a down-the-hole hammer and a hollow rod, the first end of which is connected to the down-the-hole hammer. At least part of a compressed air flow generated with the aid of a compressed air generation unit for driving the down-the-hole hammer is fed to the other, second end of the rod assembly.
Ein Imlochbohrhammer ist beispielsweise aus dem Dokument
Aus dem Dokument
Üblicherweise werden Imlochbohrhammer für gesteuerte Horizontalbohrungen im felsigen Erdreich genutzt. Oft kommt es jedoch vor, dass die Bohrung nach dem Durchdringen eines Felsabschnitts in Mischböden, wie Kies, Sand und/oder Lehm, fortgeführt werden muss. Bekannte Felsbohrwerkzeuge haben einen Bohrkopf mit in Vortriebsrichtung vorderer asymmetrischer Steuerfläche. In weichem, verdrängbarem Untergrund wird der Bohrkopf durch den Untergrund gedrückt. Um eine geradlinige Bohrung auszuführen, wird der Bohrkopf im Bereich von 30 bis 100, insbesondere im Bereich von 30 bis 60, Umdrehungen pro Minute gleichmäßig gedreht. Bei der Verwendung eines Imlochbohrhammers wird der gesamte Imlochbohrhammer einschließlich Bohrkopf mit Hilfe des Gestänges gedreht und nach vorne gedrückt. Zum Vortrieb in Fels wird derer Schlagkolben des Imlochbohrhammers mit Hilfe von Druckluft beispielsweise mit 2000 Schlägen je Minute angetrieben und dabei so hin und her bewegt, dass er auf einen vorzugsweise frei beweglichen Bohrkopf des Imlochbohrhammers trifft. Hierdurch wird ein runder Bohrkanal in Fels hergestellt, der einen geradlinigen Verlauf hat.Down-the-hole hammer drills are usually used for controlled horizontal drilling in rocky soil. However, it often happens that the drilling has to be continued after penetrating a rock section in mixed soils such as gravel, sand and / or clay. Known rock drilling tools have a drill head with an asymmetrical control surface at the front in the direction of advance. In soft, displaceable subsoil, the Drill head pushed through the ground. In order to carry out a straight bore, the drill head is rotated uniformly in the range from 30 to 100, in particular in the range from 30 to 60, revolutions per minute. When using a down-the-hole hammer, the entire down-the-hole hammer, including the drill head, is rotated with the aid of the rod and pushed forward. For propulsion in rock, the impact piston of the down-the-hole hammer is driven with the aid of compressed air, for example with 2000 blows per minute and moved back and forth in such a way that it hits a preferably freely movable drill head of the down-the-hole hammer. This creates a round drilling channel in the rock, which has a straight course.
Zur Richtungsänderung des Bohrkanals ist der Bohrkopf einseitig abgeschrägt, wodurch die asymmetrische Steuerfläche gebildet werden kann. Zum Steuern in eine gewünschte Richtung wird der Bohrkopf zusammen mit dem Imlochbohrhammer in die gewünschte Drehstellung gedreht, in der durch die asymmetrische Steuerfläche eine Ablenkung des Bohrkopfs in die gewünschte Richtung bewirkt wird. Dann wird der Imlochbohrhammer zusammen mit dem Bohrkopf pendelnd um diese Drehstellung in einem Winkelbereich von beispielsweise +/- 45° um die gewünschte Richtungsänderung hin und her bewegt und gleichzeitig mit Hilfe des Gestänges nach vorn gedrückt.To change the direction of the drill channel, the drill head is beveled on one side, whereby the asymmetrical control surface can be formed. To control in a desired direction, the drill head is rotated together with the down-the-hole hammer to the desired rotary position, in which the asymmetrical control surface causes the drill head to be deflected in the desired direction. Then the down-the-hole hammer is moved back and forth with the drill head oscillating around this rotary position in an angular range of, for example, +/- 45 ° around the desired change in direction and at the same time pushed forward with the aid of the rod.
Zum Ausführen eines gekrümmten Verlaufs des Bohrkanals in Mischböden, wird der Imlochbohrhammer in eine Drehstellung gebracht, in der durch die asymmetrische Steuerfläche eine Ablenkung des Bohrkopfs in die gewünschte Richtung bewirkt wird, wobei der Bohrkopf dann ohne Drehung nach vorne gedrückt wird. Der Bohrkopf rutscht dann entlang seiner Steuerfläche in die gewünschte Richtung. Dies ist in hartem, insbesondere im felsigen Untergrund nicht möglich.To create a curved course of the drill channel in mixed soils, the down-the-hole hammer drill is brought into a rotary position in which the asymmetrical control surface causes the drill head to be deflected in the desired direction, the drill head then being pushed forward without rotation. The drill head then slides along its control surface in the desired direction. This is not possible in hard, especially rocky, subsoil.
Der Bohrkopf des Imlochbohrhammers kann Hartmetallstifte umfassen, insbesondere Kugelstifte und konkav geformte Stifte. Bei jedem Schlag brechen diese Hartmetallstifte kleine Stücke, die sogenannten Cuttings, aus dem Fels heraus.The drill head of the down-the-hole hammer can include hard metal pins, in particular Ball pins and concave shaped pins. With every hit, these hard metal pins break small pieces, the so-called cuttings, out of the rock.
Diese erläuterte Bohrtechnik funktioniert in Fels gut, hat aber den Nachteil, dass sie in Mischböden, wie Kies, Sand und Lehm, nicht zuverlässig eingesetzt werden kann, da der auch als Bohrkrone bezeichnete Bohrkopf durch den Mischboden hindurchgedrückt wird und dabei Mischboden von vorn in Abluftöffnungen in der Bohrkrone eindringen kann und diese verstopft. Anders als bei bekannten Erdraketen tritt die Abluft beim Imlochbohrhammer vorne an der Bohrkrone durch mindestens zwei Abluftkanäle aus. Die Abluftkanäle haben bei einer Bohrkrone mit einem Durchmesser von beispielsweise 130 mm einen Durchmesser von 15 mm. Es muss sichergestellt sein, dass durch die Abluftkanäle genug Abluft, d.h. genug austretende zum Antrieb des lmlochbohrhammers genutzte Druckluft, nach vorne aus dem Bohrkopf austreten kann, um die im Fels abgetragenen Cuttings aus dem Bohrbereich heraus und am Imlochbohrhammer vorbei nach hinten in den Bohrkanal zu blasen. Üblicherweise ist die Bohrkrone im Bereich von 10 % bis 20 % größer im Durchmesser als der Außendurchmesser des Imiochbohrhammers.This drilling technique explained works well in rock, but has the disadvantage that it cannot be used reliably in mixed soils such as gravel, sand and clay, since the drill head, also known as the drill bit, is pushed through the mixed soil and mixed soil from the front into exhaust air openings can penetrate into the drill bit and clog it. In contrast to known rockets, the exhaust air with the down-the-hole hammer emerges at the front of the drill bit through at least two exhaust air ducts. In the case of a drill bit with a diameter of 130 mm, for example, the exhaust air ducts have a diameter of 15 mm. It must be ensured that enough exhaust air, i.e. enough exiting compressed air used to drive the down-the-hole hammer, can exit the drill head forwards through the exhaust air ducts in order to move the cuttings removed in the rock out of the drilling area and past the down-the-hole hammer back into the drill channel blow. Usually, the drill bit is in the range from 10% to 20% larger in diameter than the outside diameter of the downhole hammer.
Bei Mischböden, insbesondere bei Lehm oder Sand, schafft es die Abluft oft nicht, von vorn in die Abluftkanäle eingedrungenes Material wieder aus den Abluftöffnungen herauszublasen. Hierdurch kommt es zu Verstopfungen der Abluftöffnungen mit Lehm und Sand, die dann zum Stillstand des Imlochbohrhammers führen. Der Bohrvorgang kann dann nicht oder nur eingeschränkt fortgesetzt werden.With mixed soils, especially with loam or sand, the exhaust air often fails to blow material that has penetrated the exhaust air ducts out of the exhaust air openings again. This leads to blockages of the exhaust air openings with clay and sand, which then lead to a standstill of the down-the-hole hammer. The drilling process can then not be continued or only to a limited extent.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Erdbohrung im Erdreich anzugeben, durch die eine Erdbohrung mit Hilfe eines Imlochbohrhammers sowohl in Fels als auch in Mischböden sicher möglich ist.It is the object of the invention to provide a device and a method for producing an earth bore in the ground, by means of which an earth bore with the aid of a down-the-hole hammer is reliably possible both in rock and in mixed soils.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a device with the features of claim 1 and solved by a method having the features of
Durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird erreicht, dass die dem Druckluftstrom zugesetzte Flüssigkeit das Verstopfen der Abluftkanäle verhindert, da durch die Flüssigkeit insbesondere die Reibung zwischen dem in die Abluftöffnungen eingedrungenen Erdreich und der Innenwand der Abluftöffnungen reduziert ist und ein Ausblasen des Erdreichs aus den Abluftöffnungen zumindest einfacher möglich ist. Die Druckluft wird insbesondere mit einem Druck von 14 bar bis 24 bar als Druckluftstrom zugeführt, dem dann die Flüssigkeit zugeführt wird. Die Flüssigkeit wird hierzu mit Hilfe einer Hochdruckpumpe in den Druckluftstrom gefördert. Der Druck der Flüssigkeit ist dabei einfach etwas höher als der Druck der Druckluft. Insbesondere ist der Druck der Flüssigkeit 0,5 bar bis 10 bar höher als der Druck des Druckluftstroms. Die zugesetzte Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser sein oder Wasser mit einem Additiv. Bereits reines Wasser verhindert die Verstopfung der Abluftkanäle des Imlochbohrhammers, insbesondere von Abluftkanälen der Bohrkrone des Imlochbohrharnrners. Beim Zusatz von entsprechenden Additiven wird die Gleitreibung zwischen der Innenwandung der Abluftkanäle und des eingedrungenen Erdreichs weiter verringert. Werden als Additive geeignete Polymere eingesetzt, können diese zusätzlich die Abbaugeschwindigkeit des Felsbodens erhöhen, die Standfestigkeit des Bohrkanals stabilisieren und den Transport der Cuttings aus dem Bohrkanal nach hinten ermöglichen.A device with the features of claim 1 ensures that the liquid added to the compressed air flow prevents the exhaust air ducts from clogging, since the liquid in particular reduces the friction between the soil that has penetrated the exhaust air openings and the inner wall of the exhaust air openings and prevents the soil from being blown out is at least easier to do from the exhaust air openings. The compressed air is fed in as a compressed air stream, in particular at a pressure of 14 bar to 24 bar, to which the liquid is then fed. For this purpose, the liquid is conveyed into the compressed air stream with the aid of a high pressure pump. The pressure of the liquid is simply slightly higher than the pressure of the compressed air. In particular, the pressure of the liquid is 0.5 bar to 10 bar higher than the pressure of the compressed air flow. The added liquid can be, for example, water or water with an additive. Even pure water prevents the exhaust air ducts of the down-the-hole hammer, in particular of the exhaust-air ducts of the drill bit of the down-the-hole hammer, from clogging. When the appropriate additives are added, the sliding friction between the inner wall of the exhaust air ducts and the soil that has penetrated is further reduced. If suitable polymers are used as additives, they can also increase the rate of breakdown of the rock, stabilize the stability of the drilling channel and enable the cuttings to be transported backwards from the drilling channel.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung eine Antriebseinheit zum Antrieb des Gestänges zur Antriebseinheit hin oder von der Antriebseinheit weg und/oder zur Drehung des Gestänges um dessen Längsachse hat. Durch den Antrieb des Gestänges von der Antriebseinheit weg wird ein Vorschub des Imlochbohrhammers bzw. einer Bohrkrone des Imlochbohrhammers erreicht. Durch eine entsprechend gesteuerte Drehung des Gestänges kann ein geradliniger Verlauf oder, wenn gewünscht, eine entsprechende Krümmung des Bohrkanals in eine gewünschte Richtung erreicht werden.It is particularly advantageous if the device has a drive unit for driving the rod towards the drive unit or away from the drive unit and / or for rotating the rod about its longitudinal axis. By driving the linkage away from the drive unit, the down-the-hole hammer or a drill bit of the down-the-hole hammer is advanced. By appropriately controlled rotation of the rods, a straight course can be achieved or, if desired, a corresponding curvature of the drill channel can be achieved in a desired direction.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden kann, wobei dem zweiten Ende des Gestänges abhängig vom gewählten Betriebsmodus wahlweise entweder der Druckluftstrom mit zugesetzter Flüssigkeit oder eine Spülflüssigkeit zuführbar ist. Durch das Zuführen der Spülflüssigkeit alternativ zum Druckluftstrom kann insbesondere weiches Erdreich ohne Betätigung des Imlochbohrhammers weggespült werden, wobei gleichzeitig der Bohrkanal mit entsprechenden Zusätzen der Spülflüssigkeit stabilisiert werden kann.It is particularly advantageous if the device can be operated in different operating modes, with either the compressed air flow with added liquid or a flushing liquid being able to be fed to the second end of the rod assembly depending on the selected operating mode. By supplying the flushing liquid as an alternative to the compressed air flow, soft soil in particular can be flushed away without actuating the down-the-hole hammer, and at the same time the drilling channel can be stabilized with appropriate additives of the flushing liquid.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung mindestens eine Pumpe zum Fördern der Flüssigkeit in den von der Drucklufterzeugungseinheit erzeugten Druckluftstrom und/oder zum Fördern der Spülflüssigkeit in das hohle Gestänge hat. Hierdurch kann insbesondere eine einzige Pumpe sowohl zum Fördern der Flüssigkeit in den Druckluftstrom als auch zum Fördern der Spülflüssigkeit in das hohle Gestänge genutzt werden. Die Menge der Flüssigkeit zum Verhindern von Verstopfungen im Abluftkanal des Imlochbohrhammers ist dabei mindestens Faktor 10, insbesondere im Bereich zwischen Faktor 10 und Faktor 100 geringer als die förderbare Menge Spülflüssigkeit pro Zeiteinheit.It is also advantageous if the device has at least one pump for conveying the liquid into the compressed air flow generated by the compressed air generation unit and / or for conveying the flushing liquid into the hollow rods. In this way, in particular, a single pump can be used both for conveying the liquid into the compressed air flow and for conveying the flushing liquid into the hollow linkage. The amount of liquid to prevent blockages in the exhaust air duct of the down-the-hole hammer drill is at least a factor of 10, in particular in the range between a factor of 10 and a factor of 100, less than the amount of flushing liquid that can be conveyed per unit of time.
Die Pumpe hat vorzugsweise einen maximalen Förderdruck im Bereich zwischen 50 bar und 150 bar, insbesondere 75 bar oder 100 bar. Der maximale Förderdruck ist insbesondere stufenlos einstellbar. Zum Fördern der Flüssigkeit in den Druckluftstrom erzeugt die Pumpe einen Flüssigkeitsvolumenstrom im Bereich von 0,25 bis 30 Liter pro Minute, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 8 Liter pro Minute. Zum Fördern der Spülflüssigkeit in das Gestänge kann die Pumpe insbesondere in Abhängigkeit von der Größe des Imlochbohrhammers bzw. des Durchmessers des zu erzeugenden Bohrkanals einen maximalen Flüssigkeitsvolumenstrom im Bereich von 50 bis 2000 Liter pro Minute, insbesondere einen maximalen Flüssigkeitsvolumenstrom von 50 bis 400 Liter pro Minute, vorzugsweise einen maximalen Flüssigkeitsvolumenstrom im Bereich von 95 bis 150 Liter pro Minute erzeugen. Die Pumpe wird hierzu entsprechend angesteuert. Zur genauen Erfassung des von der Pumpe erzeugten Flüssigkeitsvolumenstroms kann auch eine Volumenstrommessung, insbesondere über eine Blende oder Düse erfolgen.The pump preferably has a maximum delivery pressure in the range between 50 bar and 150 bar, in particular 75 bar or 100 bar. The maximum delivery pressure is, in particular, continuously adjustable. To convey the liquid into the compressed air flow, the pump generates a liquid volume flow in the range from 0.25 to 30 liters per minute, preferably in the range from 3 to 8 liters per minute. To convey the flushing liquid into the rods, the pump can, in particular, depending on the size of the downhole hammer or the diameter of the to generating drilling channel generate a maximum liquid volume flow in the range of 50 to 2000 liters per minute, in particular a maximum liquid volume flow of 50 to 400 liters per minute, preferably a maximum liquid volume flow in the range of 95 to 150 liters per minute. The pump is controlled accordingly for this purpose. For the precise detection of the liquid volume flow generated by the pump, a volume flow measurement can also take place, in particular via a diaphragm or nozzle.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gestänge aus mehreren rohrförmigen Gestängeabschnitten zusammengesetzt ist. Ein solches Gestänge wird auch als Bohrgestänge bezeichnet. Die einzelnen Gestängeabschnitte können nacheinander in die Vorrichtung eingesetzt werden, wobei die Vorrichtung einen Vorschub in Vortriebsrichtung erzeugt bis ein Gestängeabschnitt in Richtung Bohrloch bewegt worden ist, so dass ein weiterer Gestängeabschnitt in die Vorrichtung einsetzbar ist.It when the linkage is composed of several tubular linkage sections is particularly advantageous. Such a rod is also referred to as a drill rod. The individual rod sections can be inserted into the device one after the other, the device generating a feed in the advancing direction until a rod section has been moved in the direction of the borehole, so that a further rod section can be inserted into the device.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Drucklufterzeugungseinheit den Druckluftstrom beim Betrieb des Imlochbohrhammers mit einem Druck im Bereich zwischen 7 bar und 24 bar, insbesondere im Bereich zwischen 14 bar und 24 bar, erzeugt und/oder dass der erzeugte Druckluftstrom im Bereich von 3 m3 bis 15 m3 pro Minute, vorzugsweise im Bereich zwischen 8 m3 bis 10 m3, erzeugt wird. Hierdurch ist die Drucklufterzeugungseinheit geeignet, bekannte Imlochbohrhämmer anzutreiben. Der Druckluftstrom wird auch als Druckluftvolumenstrom bezeichnet.It is also advantageous if the compressed air generation unit generates the compressed air flow when the down-the-hole hammer is operated with a pressure in the range between 7 bar and 24 bar, in particular in the range between 14 bar and 24 bar, and / or that the compressed air flow generated is in the range of 3 m 3 to 15 m 3 per minute, preferably in the range between 8 m 3 to 10 m 3 , is generated. As a result, the compressed air generation unit is suitable for driving known down-the-hole drills. The compressed air flow is also referred to as the compressed air volume flow.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuereinheit den von der Pumpe erzeugten Flüssigkeitsvolumenstrom direkt proportional, vorzugsweise linear, zu dem durch das Gestänge strömenden Druckluftstrom ändert. Hierdurch wird sichergestellt, dass ausreichend Flüssigkeit durch die Abluftöffnungen austreten kann, so dass die innere Oberfläche der Austrittsöffnungen während des Betriebs des Imlochbohrhammers benetzt bleibt, insbesondere bei einem Vorschub des Imlochbohrhammers, bei dem Erdreich in die Abluftöffnungen eintritt.It is particularly advantageous if the control unit changes the liquid volume flow generated by the pump in a direct proportion, preferably linearly, to the compressed air flow flowing through the linkage. This ensures that sufficient liquid can exit through the exhaust air openings, so that the inner surface of the outlet openings during operation of the down-the-hole hammer remains wetted, especially when the down-the-hole hammer is advanced and the soil enters the exhaust air openings.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Imlochbohrhammer ein Gehäuse, eine im Gehäuse angeordnete pneumatische Schlageinheit und einen Arbeitskopf, der auch als Bohrkrone bezeichnet wird, umfassen kann. Im Arbeitskopf ist mindestens ein Austrittskanal zum Abführen des Druckluftvolumenstroms vorhanden, der nach dem Antrieb des Imlochbohrhammers aus diesem austritt. Insbesondere ist das Gehäuse des Imlochbohrhammers drehfest mit dem Gestänge verbunden, wobei dem Imlochbohrhammer der Druckluftstrom über das Gestänge zuführbar ist. Im Arbeitskopf können insbesondere zwei, drei oder vier Austrittskanäle zum Abführen des Druckluftvolumenstroms vorhanden sein. Der Arbeitskopf ist vorzugsweise längsverschiebbar relativ zum Gehäuse des Imlochbohrhammers angeordnet.It is particularly advantageous if the down-the-hole hammer can comprise a housing, a pneumatic percussion unit arranged in the housing, and a working head, which is also referred to as a drill bit. In the working head there is at least one outlet channel for discharging the volume flow of compressed air that emerges from the downhole hammer after it has been driven. In particular, the housing of the down-the-hole hammer is non-rotatably connected to the rod, the compressed air flow being able to be fed to the down-the-hole hammer via the rod. In particular, two, three or four outlet channels for discharging the compressed air volume flow can be present in the working head. The working head is preferably arranged to be longitudinally displaceable relative to the housing of the down-the-hole hammer.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Austrittskanal eine Austrittsöffnung an der in Vorschubrichtung des Imlochbohrhammers weisenden Vorderseite hat. Hierdurch tritt die Druckluft als Abluft an der Vorderseite des Imlochbohrhammers aus, so dass die bei Felsbohrungen vom Fels mit Hilfe des Imlochbohrhammers abgetragenen Cuttings mit Hilfe der Abluft aus dem Bohrbereich geblasen werden.It is particularly advantageous if the outlet channel has an outlet opening on the front side pointing in the feed direction of the downhole hammer. As a result, the compressed air emerges as exhaust air at the front of the down-the-hole hammer, so that the cuttings removed from the rock with the help of the down-the-hole hammer when drilling rock are blown out of the drilling area with the help of the exhaust air.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Arbeitskopf eine mit Hartmetallelementen bestückte Bohrkrone umfasst. Hierdurch kann der Imlochbohrhammer auch zum Erzeugen von Bohrungen im Fels eingesetzt werden.It is also advantageous if the working head comprises a drill bit equipped with hard metal elements. This means that the down-the-hole hammer can also be used to drill holes in the rock.
Der Arbeitskopf ist vorzugsweise ein runder Exzenterbohrkopf mit einer Exzenterbohrkrone oder ein Aufweitbohrkopf mit einer Aufweitkrone. Die Exzenterbohrkrone hat zugsweise einen runden Querschnitt. Dadurch wird beim Betrieb des Imlochbohrhammers ein runder Bohrkanal erzeugt.The working head is preferably a round eccentric drill head with an eccentric drill bit or an expansion drill head with an expansion crown. The eccentric drill bit preferably has a round cross section. This creates a round drilling channel when the down-the-hole hammer is in operation.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Imlochbohrhammer einen vorderen ersten im Wesentlichen zylindrischen Gehäuseabschnitt und einen mit dem ersten Gehäuseabschnitt fest verbundenen zweiten Gehäuseabschnitt hat, wobei sich die Längsachse des ersten Gehäuseabschnitts und die Längsachse des zweiten Gehäuseabschnitts in einem ersten Winkel im Bereich von 1° bis 10°, vorzugsweise in einem ersten Winkel im Bereich von 1° bis 4°, schneiden. Ein typischer Winkel beträgt 2°. Hierdurch hat das Gehäuse einen Knick zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt und dem zweiten Gehäuseabschnitt. Dieser Knick ist vorzugsweise so angeordnet, dass seine Außenwand deckungsgleich mit der Stelle, an der eine Exzenterbohrkrone ihren Überschnitt hat. Der Knick zeigt somit in die gewünschte Steuerrichtung. Der Knick hat insbesondere auf seiner Außenseite einen Abriebschutz, der insbesondere durch Radialschweißnähte aus Hartauftrag erzeugt werden kann. Hierdurch wird der Bereich, der immer mit der Außenwandung des Bohrkanals in Kontakt ist, geschützt. Beim Steuern des Imlochbohrhammers stützt sich dieser an der Stelle des Außenknicks am Bohrkanal ab. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Längsachse des zweiten Gehäuseabschnitts und die Längsachse des Gestänges in einem zweiten Winkel im Bereich von 0,5° bis 5°, vorzugsweise in einem zweiten Winkel im Bereich von 1° bis 2°, schneiden. Hierbei ist es besonders vorteilhast, wenn sich die Längsachse des Gestänges und die Längsachse des ersten Gehäuseabschnitts in einem Winkel schneiden, der der Summe des ersten Winkels und des zweiten Winkels entspricht. Beim Vorsehen des ersten Winkels und des zweiten Winkels haben diese vorzugsweise denselben Betrag.Furthermore, it is advantageous if the down-the-hole hammer drill has a front, first substantially cylindrical housing section and a second housing section firmly connected to the first housing section, the longitudinal axis of the first housing section and the longitudinal axis of the second housing section at a first angle in the range from 1 ° to 10 °, preferably at a first angle in the range from 1 ° to 4 °. A typical angle is 2 °. As a result, the housing has a kink between the first housing section and the second housing section. This kink is preferably arranged so that its outer wall is congruent with the point at which an eccentric drill bit has its overcut. The kink thus points in the desired control direction. The kink has an abrasion protection, in particular on its outside, which can be produced in particular by radial weld seams made of hard deposit. This protects the area that is always in contact with the outer wall of the drill channel. When controlling the down-the-hole hammer, it is supported at the point of the outside kink on the drill channel. It is particularly advantageous if the longitudinal axis of the second housing section and the longitudinal axis of the linkage intersect at a second angle in the range from 0.5 ° to 5 °, preferably at a second angle in the range from 1 ° to 2 °. It is particularly advantageous if the longitudinal axis of the linkage and the longitudinal axis of the first housing section intersect at an angle which corresponds to the sum of the first angle and the second angle. When the first angle and the second angle are provided, these preferably have the same amount.
Der zweite Gehäuseabschnitt hat insbesondere einen Aufnahmebereich zur Aufnahme eines elektronischen Senders, durch den mit Hilfe eines entsprechenden Ortungsgerätes die Ortung des Imlochbohrhammers und somit des Bohrkopfs möglich ist.The second housing section has, in particular, a receiving area for receiving an electronic transmitter, through which the down-the-hole hammer and thus the drill head can be located with the aid of a corresponding locating device.
Am vorderen Ende des ersten Gehäuseabschnitts ist vorzugsweise ein Ausbläser angeordnet, der zwei seitliche, nach hinten geneigte Düsen hat. Damit werden die abgebauten Cuttings nach hinten in Richtung des Gestänges weggefördert. Ferner kann zwischen Bohrgestänge und dem Imlochbohrhammer ein Ausbläser angeordnet sein, der mindestens eine nach hinten in Richtung des Bohrgestänges weisende Düse hat. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt und dem zweiten Gehäuseabschnitt ein Ausbläser angeordnet sein, der mindestens eine nach hinten in Richtung des Bohrgestänges weisende Düse hat. Bei langen Bohrkanälen können mehrere Ausbläser entlang des Gestänges angeordnet sein, vorzugsweise in einem Abstand im Bereich zwischen 10 m und 30 m, vorzugsweise im Abstand von 20 m. Hierdurch kann der erzeugte Bohrkanal vollständig nach hinten freigeblasen werden. Je nach Düsengröße erhöht sich die erforderliche Luftmenge zum Antrieb des Imlochbohrhammers und zum Betrieb der Ausbläser um 0,5 m3 bis 1 m3 pro Minute je Ausbläser.At the front end of the first housing section, a blower is preferably arranged, which has two lateral, rearwardly inclined nozzles. In this way, the dismantled cuttings are conveyed away towards the rear in the direction of the rods. Furthermore, a blower can be arranged between the drill rod and the down-the-hole hammer, which has at least one nozzle pointing backwards in the direction of the drill rod. Alternatively or additionally, a blower can be arranged between the first housing section and the second housing section, which has at least one nozzle pointing backwards in the direction of the drill rod. In the case of long drill channels, several blowers can be arranged along the rod, preferably at a distance in the range between 10 m and 30 m, preferably at a distance of 20 m. Depending on the nozzle size, the amount of air required to drive the down-the-hole hammer and to operate the blower increases by 0.5 m 3 to 1 m 3 per minute per blower.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Bohrung im Erdreich, bei dem ein Druckluftstrom zum Antrieb eines Imlochbohrhammers erzeugt und dem Imlochbohrhammer über ein hohles Gestänge zugeführt wird. Dem Druckluftstrom wird eine Flüssigkeit zugesetzt. Hierdurch werden dieselben Vorteile erreicht wie bei der Vorrichtung nach Anspruch 1. Ferner kann das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung in gleicher Weise weitergebildet werden wie die Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.A second aspect of the invention relates to a method for generating a hole in the ground, in which a compressed air flow is generated to drive a down-the-hole hammer and is fed to the down-the-hole hammer via a hollow rod. A liquid is added to the compressed air flow. This achieves the same advantages as with the device according to claim 1. Furthermore, the method according to the second aspect of the invention can be developed in the same way as the device according to claim 1, in particular by the features of the dependent claims.
Zum Erzeugen gerader Bohrkanäle, d.h. um geradeaus zu bohren, wird der schlagende Imlochbohrhammer mit 30 bis 60 Umdrehungen pro Minute gedreht und mit geringem Anpressdruck vorwärts geschoben. Je nach Felshärte kann dadurch eine Vortriebsgeschwindigkeit im Bereich von 2 m/h bis 10 m/h erreicht werden. In weichem Fels kann eine Vortriebsgeschwindigkeit von bis zum 20 m/h erreicht werden. Um einen gekrümmten Bohrkanal zu erzeugen, d.h. um den Imlochbohrhammer zu steuern, wird der Imlochbohrhammer mit dem Bohrkopf so gedreht, dass der Hartmetallauftrag auf dem Knick und der Überschnitt der Exzenterbohrkrone in die zur gewünschten Steuerrichtung entgegengesetzten Richtung zeigen, Der Imlochbohrhammer steuert somit in die dem Hartmetallauftrag am Knick entgegengesetzten Richtung. Der Knick zeigt somit in die gewünschte Steuerrichtung. Dann wird der Imlochbohrhammer zusammen mit der Bohrkrone um einen Winkel im Bereich von +/- 10° bis +/-45°, insbesondere im Bereich von +/-5° bis +/-20°, um die in die gewünschte Richtung zeigende Drehstellung alternierend hin und her bewegt und vorwärts geschoben.To create straight drill channels, ie to drill straight ahead, the hammering down-the-hole hammer is rotated at 30 to 60 revolutions per minute and pushed forward with little contact pressure. Depending on the hardness of the rock, an advance speed in the range of 2 m / h to 10 m / h can be achieved. In soft rock, an advance speed of up to 20 m / h can be achieved become. In order to create a curved drill channel, i.e. to control the down-the-hole hammer, the down-the-hole hammer is rotated with the drill head so that the hard metal application on the kink and the overcut of the eccentric drill bit point in the direction opposite to the desired control direction Carbide application at the bend in the opposite direction. The kink thus points in the desired control direction. Then the down-the-hole hammer, together with the drill bit, is rotated through an angle in the range of +/- 10 ° to +/- 45 °, in particular in the range of +/- 5 ° to +/- 20 °, around the rotational position pointing in the desired direction alternately moved back and forth and pushed forward.
Üblicherweise wird zuerst eine gesteuerte Pilotbohrung fertiggestellt, ein Bohrkanal mit relativ geringem Durchmesser erzeugt. Diese Pilotbohrung muss in der Regel auf einen größeren Durchmesser aufgeweitet werden. Hierzu wird eine spezielle Aufweitkrone genutzt, die einen größeren Durchmesser hat. Beispielsweise hat die Exzenterbohrkrone zum Herstellen der Pilotbohrung einen Durchmesser von 130 mm und die Aufweitkrone einen Durchmesser von 200 mm. Die Aufweitkrone hat an ihrem vorderen Ende vorzugsweise eine 10 cm bis 20 cm lange zylindrische Führung, die einen etwas kleineren Durchmesser hat als die Pilotbohrung. Zum Aufweiten wird der Felsbohrhammer am Ende der erzeugten Pilotbohrung vom Bohrgestänge getrennt. Das Bohrgestänge wird durch die erzeugte Pilotbohrung zurückgezogen. Die Aufweitkrone wird dann anstelle der Exzenterbohrkrone auf den Imlochbohrhammer montiert. Anschließend wird der Imlochbohrhammer schlagend durch den Bohrkanal der Pilotbohrung getrieben. Durch den vorderen zylindrischen Führungsabschnitt folgt der Imlochbohrhammer mit der Aufweitkrone exakt dem Bohrkanal der Pilotbohrung, der dadurch auf einen Durchmesser von beispielsweise 200 mm aufgeweitet wird.Usually a controlled pilot bore is completed first, and a bore channel with a relatively small diameter is created. This pilot hole usually has to be widened to a larger diameter. A special widening crown with a larger diameter is used for this. For example, the eccentric drill bit for producing the pilot hole has a diameter of 130 mm and the expansion bit has a diameter of 200 mm. At its front end, the expansion crown preferably has a 10 cm to 20 cm long cylindrical guide which has a slightly smaller diameter than the pilot bore. For expansion, the rock drill is separated from the drill rod at the end of the pilot hole that has been generated. The drill string is withdrawn through the created pilot hole. The expansion crown is then mounted on the down-the-hole hammer instead of the eccentric drill bit. Then the down-the-hole hammer is hammered through the drilling channel of the pilot hole. Through the front cylindrical guide section, the down-the-hole hammer with the expanding crown follows the drilling channel of the pilot bore exactly, which is thereby expanded to a diameter of, for example, 200 mm.
Beim Erzeugen der Pilotbohrung erfolgt nach dem Vorschub eines Gestängeabschnitts eine Unterbrechung, in der ein weiterer Gestängeabschnitt in das Gestänge eingefügt wird. Die Gestängeabschnitte sind insbesondere im Bereich zwischen 2 m und 3 m lang. Bei anderen Ausführungsformen können auch andere Längen, insbesondere 4 m oder 5 m lange Gestängeabschnitte verwendet werden. Nach dem Vorschub des Gestänges um einen Gestängeabschnitt kann eine Pumpe zum Einbringen der Flüssigkeit in den Druckluftstrom eine größere Fördermenge fördern als beim Zuführen der Flüssigkeit in den Druckluftvolumenstrom, wobei dann vorzugsweise kein Druckluftvolumenstrom mehr erzeugt wird und der Imlochbohrhammer nicht mehr betrieben wird. Die dann geförderte Flüssigkeit fließt durch den Imlochbohrhammer in den erzeugten Bohrkanal. Gleichzeitig wird der Bohrkopf zusammen mit dem Imlochbohrhammer über die Länge eines Gestängeabschnitts, beispielsweise über 3 m, zurückgezogen und dann wieder über dieselbe Länge nach vorne bewegt. Dadurch wird ein Flüssigkeitsschwall erzeugt, der den erzeugten Bohrkanal gründlich reinigt. Hierdurch werden die mit Hilfe des Imlochbohrhammers vom Fels abgebauten Cuttings auch über längere Bohrkanäle von beispielsweise 50 m bis 150 m nach hinten geschwemmt und aus dem Bohrkanal ausgetragen.When the pilot hole is generated, a rod section is advanced after it has been advanced an interruption in which another rod section is inserted into the rod. The rod sections are in particular in the range between 2 m and 3 m long. In other embodiments, other lengths, in particular 4 m or 5 m long rod sections, can also be used. After the rod has been advanced by a rod section, a pump for introducing the liquid into the compressed air flow can deliver a larger delivery rate than when feeding the liquid into the compressed air volume flow, in which case the compressed air volume flow is then preferably no longer generated and the down-the-hole hammer is no longer operated. The fluid that is then pumped flows through the down-the-hole hammer into the drill channel created. At the same time, the drill head is withdrawn together with the down-the-hole hammer over the length of a rod section, for example over 3 m, and then moved forward again over the same length. This creates a surge of liquid that thoroughly cleans the bore channel. As a result, the cuttings removed from the rock with the help of the down-the-hole drill hammer are also washed back over longer drill channels of, for example, 50 m to 150 m and carried out of the drill channel.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.Further features and advantages emerge from the following description, which explains the invention in more detail on the basis of exemplary embodiments in connection with the accompanying figures.
- Figur 1AFigure 1A
- eine schematische Darstellung einer Bohranlage zum gesteuerten Bohren einer Pilotbohrung, mit der eine Durchgangsöffnung im Erdreich erzeugt wird, die nachfolgend mithilfe eines Aufweitwerkzeugs aufweitbar ist;a schematic representation of a drilling system for the controlled drilling of a pilot hole, with which a through opening is created in the ground, which can subsequently be expanded with the aid of an expansion tool;
- Figur 1BFigure 1B
-
einen vergrößerten Ausschnitt der Bohranlage nach
Figur 1A , wobei der Bohrkopf zum Erzeugen der Pilotbohrung dargestellt ist;an enlarged section of the drilling rigFigure 1A , wherein the drill head is shown for generating the pilot bore; - Figur 2Figure 2
- eine Darstellung eines mit einem Bohrgestänge verbundenen Imlochbohrhammers in einem Bohrkanal gemäß einer ersten Ausführungsform;a representation of a downhole hammer connected to a drill pipe in a drill channel according to a first embodiment;
- Figur 3Figure 3
-
den Imlochbohrhammer nach
Figur 2 ohne Bohrkanal;down the hole hammerFigure 2 without drilling channel; - Figur 4Figure 4
-
eine perspektivische Darstellung eines Bohrkopfs des Imlochbohrhammers nach den
Figuren 2 und 3 ;a perspective view of a drill head of the down-the-hole hammer according to theFigures 2 and 3 ; - Figur 5Figure 5
-
eine Seitenansicht des Bohrkopfs nach
Figur 4 ;a side view of the drill head according toFigure 4 ; - Figur 6Figure 6
-
eine perspektivische Darstellung eines Verbindungsstücks zwischen einem ersten Gehäuseabschnitt und einem zweiten Gehäuseabschnitt des Imlochbohrhammers nach den
Figuren 2 und 3 ;a perspective view of a connector between a first housing section and a second housing section of the downhole hammer according to theFigures 2 and 3 ; - Figur 7Figure 7
-
eine Seitenansicht des Verbindungsstücks nach
Figur 6 ;a side view of the connector according toFigure 6 ; - Figur 8Figure 8
-
einen Längsschnitt des Verbindungsstücks nach den
Figuren 6 und 7 ;a longitudinal section of the connector according to theFigures 6 and 7 ; - Figur 9Figure 9
- eine perspektivische Darstellung eines Ausbläsers zur Verwendung zwischen einem Gestänge und dem Imlochbohrhammer oder zwischen einzelnen Gestängeabschnitten des Gestänges;a perspective view of a blower for use between a rod and the downhole hammer or between individual rod sections of the rod;
- Figur 10Figure 10
-
eine Seitenansicht des Ausbläsers nach
Figur 9 ;a side view of the blower according toFigure 9 ; - Figur 11Figure 11
-
einen Längsschnitt des Ausbläsers nach den
Figuren 9 und 10 ;a longitudinal section of the blower after theFigures 9 and 10 ; - Figur 12Figure 12
-
eine perspektivische Darstellung eines Aufweitkopfs, der anstelle des Bohrkopfs nach den
Figuren 4 und 5 beim Imlochbohrhammer nach denFiguren 2 und 3 einsetzbar ist;a perspective view of an expander head, which instead of the drill head according to theFigures 4 and 5 for the down-the-hole hammer according to theFigures 2 and 3 can be used; - Figur 13Figure 13
-
eine Seitenansicht des Aufweitkopfs nach
Figur 12 ;a side view of the expander head according toFigure 12 ; - Figur 14Figure 14
-
ein Blockschaltbild eines Flüssigkeitskreislaufs eines Horizontalbohrgeräts der Bohranlage nach
Figur 1A ; unda block diagram of a fluid circuit of a horizontal drilling device of the drilling rig according toFigure 1A ; and - Figur 15Figure 15
- eine Darstellung eines mit einem Bohrgestänge verbundenen Imlochbohrhammers in einem Bohrkanal gemäß einer zweiten Ausführungsform.a representation of a down-the-hole hammer connected to a drill pipe in a drill channel according to a second embodiment.
In
Die Bohranlage 10 umfasst eine Drucklufterzeugungseinheit 30 zum Erzeugen eines Druckluftstroms, der in das hohle Gestänge 14 gefördert wird. Die Drucklufterzeugungseinheit 30 ist vorzugsweise eine separate Baueinheit, die über einen Druckluftschlauch mit dem Horizontalbohrgerät 12 verbunden ist, über den der erzeugte Druckluftstrom dem Horizontalbohrgerät 12 zuführbar ist. Der Druckluftstrom wird dann über das Gestänge 14 zum Imlochbohrhammer 20 geleitet und dient zum Antrieb des Imlochbohrhammers 20. Der Imlochbohrhammer 20 ist derart aufgebaut, dass mit Hilfe der Druckluft ein Schlagkolben angetrieben wird, der mit einer Vielzahl von Schlägen pro Minute im Bereich zwischen 1000 und 3000 Schlägen, insbesondere von 2000 Schlägen, pro Minute, auf den frei beweglichen Bohrkopf 21 trifft. Die Hartmetallelemente des Bohrkopfs 21 sind insbesondere Kugelstifte oder konkave Stifte. Mit jedem Schlag brechen die Hartmetallelemente kleine Stücke, sogenannte Cuttings, aus dem Fels heraus. Diese Cuttings werden mit Hilfe der Druckluft des Imlochbohrhammers 20 aus dem Bereich vor dem Bohrkopf 21 herausgeblasen.The
Erfindungsgemäß hat das Horizontalbohrgerät 12 eine Pumpe 42, die über einen Schlauch 48 Flüssigkeit 46 aus einem Flüssigkeitsbehälter 40 ansaugt und mit hohem Druck in den mit Hilfe der Drucklufterzeugungseinheit 30 erzeugten Druckluftstrom hineinfördert. Das geförderte Volumen der Flüssigkeit 46 ist um Faktor 100 bis Faktor 3000, insbesondere um Faktor 800 bis 2000, geringer als der mit Hilfe der Drucklufterzeugungseinheit 30 erzeugte Druckluftstrom.According to the invention, the horizontal drilling device 12 has a
Der Imlochbohrhammer 20 hat einen Knick 23 mit einer Abwinklung im Bereich zwischen 1° und 4°, typischerweise mit einer Abwinklung von 2°. Der Knick 23 dient zur Abstützung des Imlochbohrhammers 20 im Bohrkanal 15 insbesondere beim Herstellen eines gebogenen bzw. gekrümmten Bohrkanals 15. Der Bohrkopf 21 ist ein Exzenterbohrkopf und wird zusammen mit dem gesamten Imlochbohrhammer 20 mit Hilfe des Gestänges 14 zum Erzeugen eines geraden Bohrkanals 15 kontinuierlich gedreht. Bei einer gewünschten seitlichen Bewegung, Aufwärtsbewegung oder Abwärtsbewegung, wird der Bohrkopf 21 in einer für die gewünschte Bewegung geeigneten Position angehalten und in einer pendelnden Bewegung um die Position im Bereich zwischen +/- 10 ° und +/- 45° kontinuierlich hin und her bewegt, so dass aufgrund des Knicks 23 eine entsprechende Ablenkbewegung des Bohrkopfs 21 und des Imlochbohrhammers 20 im Erdreich 18 erfolgt. Die Mittelachse einer mit Hartmetallelementen bestückten Bohrkrone des Bohrkopfs 21 verläuft in einem Abstand parallel zur Drehachse des Bohrkopfs 21, wie nachfolgend in Verbindung mit den
Mit Hilfe der im hinteren Gehäuseabschnitt 24 angeordneten elektronischen Sonde kann mit Hilfe eines entsprechenden Ortungsgerätes die Sonde und somit die Position des Imlochbohrhammers 20 jederzeit von der Erdoberfläche aus exakt bestimmt werden. Zusätzlich werden am Ortungsgerät die Drehstellung und die Neigung des Bohrkopfs angezeigt.With the aid of the electronic probe arranged in the
Die Bewegungsbahn des Bohrkopfs 21 und damit der Verlauf des Bohrkanals 15 der Pilotbohrung wird einfach durch kontrolliertes Stoppen der Drehung des Bohrkopfs 21 über das Gestänge 14 und eine pendelnde Drehbewegung um diese Position herum gesteuert.The movement path of the
Die durch das Fördern der Flüssigkeit 46 in den Druckluftstrom zum Imlochbohrhammer 20 transportierte Flüssigkeit 46 tritt zusammen mit der Abluft des Imlochbohrhammers 20 über die Abluftkanäle im Bohrkopf 21 aus, so dass die innere Oberfläche der Abluftkanäle mit dieser Flüssigkeit 46 benetzt ist. Gelangt der Bohrkopf 21 insbesondere nach dem Durchdringen von Felsgestein in Mischboden, kann Erdreich 18 von vorn in die Abluftkanäle des Bohrkopfs 21 eindringen. Jedoch kann das eingedrungene Erdreich 18 durch die zugesetzte Flüssigkeit 46 dann schlechter an den Innenseiten der Abluftkanäle anhaften und kann dadurch mit Hilfe der Abluft einfach aus den Abluftkanälen ausgeblasen werden. Die Flüssigkeit kann darüber hinaus in die Abluftkanäle eingedrungenes Erdreich verflüssigen, so dass das so verflüssigte Erdreich 18 einfach durch die Abluft wieder ausgeblasen werden kann.The liquid 46 transported by conveying the liquid 46 into the compressed air stream to the down-the-
Die Flüssigkeit 46 kann insbesondere Wasser sein. Vorzugsweise wird dem Wasser ein Additiv zugesetzt, vorzugsweise ein Polymer. Mit Hilfe des Additivs wird die Reibung zwischen dem in die Abluftkanäle eingedrungenen Erdreich 18 und der Wandung der Abluftkanäle weiter herabgesetzt und ein Anhaften von eingedrungenem Erdreich 18 an den Innenseiten des Abluftkanals verhindert. Darüber hinaus wird in den Abluftkanal eingedrungenes Erdreich 18 durch die Flüssigkeit 46 verflüssigt und kann dann einfach durch die Abluft aus dem Abluftkanal geblasen werden.The liquid 46 can in particular be water. An additive, preferably a polymer, is preferably added to the water. With the aid of the additive, the friction between the
Nach Erreichen eines Zielpunkts 22, der sich beispielsweise in einer Zielgrube befindet, wird der Imlochbohrhammer 20 vom Gestänge 14 getrennt und das Gestänge wird gestängeabschnittsweise zum Startpunkt 16 zurückgezogen. Anschließend kann erforderlichenfalls der Bohrkanal 15 der Pilotbohrung mit Hilfe eines Aufweitkopfes in einem zweiten Bohrvorgang aufgeweitet werden.After reaching a
Insbesondere bei losem Erdreich kann anstelle des Druckluftstroms mit Hilfe der Pumpe 42 auch Spülflüssigkeit durch das hohle Gestänge 14 und durch den Imlochbohrhammer 20 geführt werden, die am Bohrkopf 21 austritt und das vor dem Bohrkopf 21 befindliche Erdreich 18 zumindest zum Teil wegspült. Dadurch kann unterschiedliches Erdreich 18 mit Hilfe des Imlochbohrhammers 20 ohne Werkzeugwechsel durchdrungen werden und ein Bohrkanal 15 mit gewünschtem Verlauf hergestellt werden.In particular with loose soil, instead of the compressed air flow, flushing liquid can also be fed through the
Eine Steuereinheit 50 des Horizontalbohrgeräts 12, insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuereinheit (SPS), steuert die Drucklufterzeugungseinheit 30 und die Pumpe 42 zum Fördern der Spülflüssigkeit durch das Gestänge 14 an. Die Pumpe 42 ist durch die Steuereinheit 50 insbesondere derart ansteuerbar, dass der Volumenstrom der durch die Pumpe 42 geförderten und somit der am Bohrkopf 21 austretenden Flüssigkeit 46 steuerbar ist. Ferner hat das Horizontalbohrgerät 12 vorzugsweise einen Drehantrieb zum Drehen des Gestänges 14 um eine Längsachse und einen Vorschubantrieb zum Bewegen des Gestänges 14 entlang seiner Längsachse durch das Erdreich 18 zusammen mit dem an dem vom Vorschubantrieb entfernten Ende des Gestänges 14 mit diesem verbundenen Imlochbohrhammer 20.A
Der vordere erste Gehäuseabschnitt 26 ist mit Hilfe eines Verbindungsstücks 23 mit dem hinteren zweiten Gehäuseabschnitt 24 verbunden. Wie bereits erwähnt, ist im ersten Gehäuseabschnitt 26 das Schlagwerk des Imlochbohrhammers 20 mit dem Schlagkolben angeordnet. Im zweiten Gehäuseabschnitt 24 ist ein Aufnahmebereich für eine Ortungssonde vorgesehen. Der Aufnahmebereich ist mit Hilfe eines Deckels verschließbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Bohrkopf 21 ein mit Hartmetallelementen bestückter Exzenterbohrkopf 21, der nachfolgend in Verbindung mit den
Der seitliche Überstand des Exzenterbohrkopfs 21 ist auf derselben Seite, wie ein an einer durch das Verbindungselement 23 erzeugten Knickstelle zwischen den Gehäuseabschnitten 24 und 26. Der Kontaktbereich 64 stützt den Imlochbohrhammer 20 an der Wandung des Bohrkanals 15 ab, wobei durch die Drehung des Imlochbohrhammers 20 der Kontaktbereich 64 an der inneren Wandung des Bohrkanals 15 entlang bewegt wird und diese Wandung dabei kontaktiert.The lateral overhang of the
Zwischen dem Bohrgestänge 14 und dem Imlochbohrhammer 20 ist ein Ausbläser 28 angeordnet, der zwei nach hinten in Richtung des Bohrgestänges 14 weisende Düsen hat, aus denen eine definierte Luftmenge austritt, die dazu dient, die abgebauten Cuttings in Richtung des Startpunkts 16 des Bohrkanals 15 zu bewegen.A
Am vorderen Ende des Schafts 32 schließt sich die Exzenterbohrkrone 34 an, die an ihrer Vorderseite mit einer Vielzahl von Hartmetallelementen, von denen eines mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet ist, bestückt ist. Ferner hat der Bohrkopf 21 vier Austrittskanäle 38a bis 38d, aus denen der Druckluftstrom nach dessen Nutzung zum Antrieb des Imlochbohrhammers 20 nach vorn austritt, wodurch die Abluft dazu genutzt wird, die mit Hilfe der Hartmetallelemente 36 vom Fels abgetragenen Cuttings aus dem Bohrbereich weg und am Imlochbohrhammer 20 vorbei zu blasen.The
Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch nicht symmetrische Aufweitbohrköpfe 80 eingesetzt werden. Auch ist es möglich, sowohl bei symmetrischen als auch bei asymmetrischen Aufweitköpfen 80 das Verbindungselement 23 weiterhin zu nutzen, so dass der erste Gehäuseabschnitt 26 und der zweite Gehäuseabschnitt 24 in einem Winkel α zueinander angeordnet sind. Der Winkel α hat einen Wert im Bereich zwischen 1° und 10°, vorzugsweise zwischen 1° und 4°, insbesondere 2°.
Beim Betrieb eines Imlochbohrhammers 20 wird über den Eingang E1 keine Spülflüssigkeit, sondern Wasser vorzugsweise mit einem Additiv, insbesondere einem Spezialpolymer, aus einem Tank 40 zugeführt. Zusätzlich erfolgt über einen Druckluftzweig 120 das Zuführen von einem Druckluftstrom über den Ausgang A1 in das Gestänge 14. Die Druckluft wird mit Hilfe der Drucklufterzeugungseinheit 30 erzeugt und über den Eingang E2 dem Druckluftzweig 120 zugeführt. Über ein motorisch betriebenes Dreiwegeventil 122 wird der Druckluftstrom über einen Hochdrucksperrhahn 128 und ein T-Stück 130 zur Winkeldrehverschraubung 110 dem Ausgang A1 und somit dem Bohrgestänge 14 zugeführt. Zum Erfassen des Luftdrucks ist ein Drucktransmitter 126 vorgesehen. Zum Anhalten des Imlochbohrhammers 20 wird das motorisch betriebene Dreiwegeventil 122 umgesteuert, so dass der über den Eingang E2 zugeführte Druckluftstrom über einen Schalldämpfer 124 in die Umgebung entweicht. Die Druckluft am Ausgang A1 hat zum Betrieb des Imlochbohrhammers 20 einen Wert im Bereich zwischen 10 bar und 24 bar. Am T-Stück 130 sind der Wasserkreislauf und der Luftkreislauf verbunden, wobei am T-Stück 130 in den Druckluftstrom bei Felsbohrungen die über den Eingang E1 zugeführte Flüssigkeit zugeführt wird. Hierbei wird die Pumpe 42 durch die Steuereinheit 50 derart angesteuert, dass sie nur eine geringe Flüssigkeitsmenge fördert, vorzugsweise eine Förderleistung von 3 l/min bis 5 l/min hat, wohingegen sie für Horizontalbohrungen im Mischerdreich 18 durch die Steuereinheit 50 derart angesteuert wird, dass sie 40 l/min bis 100 l/min, insbesondere 60 l/min, Spülflüssigkeit 46 fördert. Der Luftvolumenstrom der Druckluft liegt im Bereich zwischen 5 m3/min und 15 m3/min, abhängig vom eingesetzten Imlochbohrhammer 20.When a down-the-
Vorzugsweise bewirken die Verbindungselemente 23, 123 denselben Winkel zwischen den durch das jeweilige Verbindungselement verbundenen Gehäuseabschnitten 24, 26 bzw. Gestänge 14. Dieser Winkel liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5° bis 5°, vorzugsweise im Bereich von 0,5° bis 2°, insbesondere von 1° bis 2°. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbindungselemente 23, 123 identisch aufgebaut sind, so dass die Herstellungskosten und der Aufwand zum Vorhalten von Ersatzteilen gering ist. Insbesondere der zweite Gehäuseabschnitt 24 kann bei anderen Imlochbohrhämmern eine andere Länge im Verhältnis zum ersten Gehäuseabschnitt 26 haben. Der Abschnitt zwischen den beiden Verbindungselementen 123, 23 liegt im Bereich zwischen 50 % und 150 % der Länge des ersten Gehäuseabschnitts 26, in dem das Schlagwerk des Imlochbohrhammers 200 angeordnet ist.The connecting
Claims (15)
mit einem Imlochbohrhammer (20),
mit einer Drucklufterzeugungseinheit (30) zum Erzeugen eines Druckluftstroms zum Antrieb des Imlochbohrhammers (20), und
mit einem hohlen Gestänge (14), dessen erstes Ende mit dem Imlochbohrhammer (20) verbunden ist, wobei dem anderen zweiten Ende des Gestänges (14) zumindest ein Teil des Druckluftstroms zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckluftstrom eine Flüssigkeit (46) zugesetzt ist.Device for creating a hole in the ground,
with a down-the-hole hammer (20),
with a compressed air generating unit (30) for generating a compressed air flow for driving the down-the-hole hammer (20), and
with a hollow rod (14), the first end of which is connected to the downhole hammer (20), at least part of the compressed air flow can be fed to the other, second end of the rod (14), characterized in that a liquid (46) is added to the compressed air flow is.
bei dem ein Druckluftstrom zum Antrieb eines Imlochbohrhammers (20) erzeugt und dem Imlochbohrhammer (20) über ein hohles Gestänge (14) zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckluftstrom eine Flüssigkeit (46) zugesetzt wird.Method for creating a hole in the ground,
in which a compressed air flow is generated to drive a down-the-hole hammer (20) and fed to the down-the-hole hammer (20) via a hollow rod (14),
characterized in that a liquid (46) is added to the compressed air flow.
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