WO2008154669A1 - Verfahren und vorrichtung zum bohren eines loches in boden- oder gesteinsmaterial und ausbilden einer verankerung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bohren eines loches in boden- oder gesteinsmaterial und ausbilden einer verankerung Download PDF

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WO2008154669A1
WO2008154669A1 PCT/AT2008/000219 AT2008000219W WO2008154669A1 WO 2008154669 A1 WO2008154669 A1 WO 2008154669A1 AT 2008000219 W AT2008000219 W AT 2008000219W WO 2008154669 A1 WO2008154669 A1 WO 2008154669A1
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WO
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borehole
drill string
expansion
drilling
drill
Prior art date
Application number
PCT/AT2008/000219
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karl BÖHM
Walter Karpellus
Original Assignee
'alwag' Tunnelausbau Gesellschaft M.B.H.
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Publication date
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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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/36—Percussion drill bits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0033—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts having a jacket or outer tube

Definitions

  • the present invention relates to a method for drilling, in particular percussion or rotary impact drilling, a hole in soil or rock material and forming an anchor in the hole, wherein a borehole is formed by a drill bit mounted on a drill string, as well as a device for Drilling, in particular percussion or rotary impact drilling, a hole in soil or rock material and forming an anchor in the hole, wherein a drill bit is mounted on a drill pipe for forming the borehole.
  • the drill pipe can be formed on its outer circumference with additional ribs and grooves, so that a fate of the drill string in the borehole and a subsequent backfilling a correspondingly good anchor effect can be achieved.
  • it is known to remove the drill with the drill string from the well followed by an anchor into the well for example US 4,305,687 A, US 4,380,407 A, CH 476 129 A , WO 94/05900 A, DE 916 286 C, US Pat. No. 4,516,883 A, EP 0 354 760 A, AT 339 239 B and WO 2005/040556 A.
  • Drilling device together with the drill pipe and a subsequent introduction of the anchoring device is only feasible in comparatively firm soil or rock, in which it must be ensured that, for example during the drilling process or after removing the drilling tool and before the final introduction of the anchoring device material breaks into the wellbore, so that the wellbore would be blocked, whereby an introduction of the anchor device is no longer possible.
  • packers on the outer circumference of a drill string of a drilling apparatus which allow expansion over a short portion after completion of the hole in engagement with the borehole wall and thus counteract removal or removal of the drill string from the borehole.
  • a reliable anchoring effect in particular when providing a plurality of side by side anchors, for stabilizing surrounding soil or rock material can not be achieved with such packers, so that optionally provide additional means for anchoring, such as the application of hardening material would.
  • the present invention aims to avoid the problems of the aforementioned prior art and to provide a method and a device of the type mentioned above, wherein immediately after completion of a well reliable anchoring with reduced time and simple construction is possible, wherein In particular, a removal of a drilling device and separate and subsequent introduction of an anchoring device can be dispensed with.
  • a method of the type mentioned is essentially characterized in that after completion of the borehole, anchoring is formed by at least one expansion element mounted on the circumference of the drill string, which is brought, in particular expanded, into a material penetrating or abutting the borehole.
  • an anchorage is formed by at least one mounted on the circumference of the drill string spreader after completion of the well, it is ensured that the addition of providing a separate anchoring according to the prior art additional and time-consuming process steps of removing the drilling device from the produced or completed wellbore and a subsequent introduction and anchoring or bracing a separate Ankervor- direction can be dispensed with, so that even if loose material surrounding the well immediate and reliable anchoring is possible without, for example, at least partial penetration of material to fear in the borehole during the removal of the drilling device and the subsequent introduction of the anchor device.
  • the at least one expansion element provision is made for the at least one expansion element to be widened into a position or position penetrating the borehole, so that during the drilling process no obstruction or impairment in the production of the borehole is provided by the provided, at least one expandable expansion element it is to be feared that, after completion of the borehole, the at least one expansion element can be brought into abutment against the surrounding material or into a penetrating position with correspondingly loose, surrounding material, in particular can be expanded.
  • Such an expandable expansion element may be arranged relatively close to the drill bit to directly behind the drill bit to achieve a correspondingly secure anchoring effect.
  • the at least one expansion element in an oriented opposite to a Bohrvortriebsraum layer is expanded into the material surrounding the wellbore.
  • the at least one expansion element by an action by a coupled to the drill string element during a rotational movement of the drill string against rotation for Training the borehole is placed in the expanded position.
  • the at least one expansion element is expanded by a relative movement along the longitudinal axis of the drill string relative to a non-displaceably mounted on the drill string in the axial direction stop element, as corresponds to a further preferred embodiment of the method according to the invention ,
  • a device of the type initially mentioned is substantially characterized in that at least one expansion element is mounted on the outer circumference of the drill string and, after completion of the drill hole, penetrates or abuts the material surrounding the bore hole Location or
  • the at least one expansion element can be expanded in a position which penetrates the material surrounding the borehole, counter to a drilling advancing direction after completion of the borehole.
  • this makes it possible, in particular, to provide an increasing anchoring effect against forces which act in the direction or in the sense of pulling out the anchor from the borehole.
  • the at least one expandable expansion element from the penetrated into the surrounding material layer or adjacent layer can be removed again, so that continued without hindrance by the at least one expansion element of the drilling and the Depth of the borehole can be increased.
  • the at least one expansion element by a rotational movement of the drill string against rotation for forming the borehole in which is expandable into the material surrounding the borehole penetrating layer.
  • the at least one spreading element formed on a cooperating with the drill string, sleeve-like element thread during a rotational movement of the drill string against the drilling direction in the material surrounding the hole material penetrating position is expandable, as corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the at least one expansion element starts from a position substantially adjacent to the outer circumference of the drill string during the drilling operation in the position surrounding the borehole Material penetrating movement is at least partially elastically deformed.
  • the at least one expandable expansion element at its end facing the stop element with a bevel or Profiling is formed, which cooperates with a particular complementary bevel or profiling on the stop element.
  • a uniform distribution of an anchoring effect over the circumference of the drill string is also inventively preferably proposed that a plurality of expandable expansion elements is arranged distributed substantially uniformly over the circumference of the drill string.
  • a plurality of expandable spreading elements be arranged at different distances from one another the drill bit is provided on the circumference of the drill string, as corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the at least one expansion element during the drilling process by an additional retaining element in the is secured substantially at the drill pipe adjacent position.
  • Drill rod mounted bushing is provided, which can be brought to expand the at least one expansion element in a disengaged from the toothing with the drill bit or with an element coupled to the drill bit position, as corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention.
  • a socket or tooth socket can be adapted to the forces to be introduced during the drilling process as well as during the expansion process correspondingly solid and constructively simple.
  • linear guide is guided on the drill pipe and / or coupled to the drill bit element, as corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention.
  • a drilling operation is carried out by making a rotational movement of the drill string in the original direction of rotation to form the borehole. If such a further drilling operation is to be reliably prevented and, if appropriate, a reliable anchoring of the at least one expansion element without possibility of loosening thereof is to be provided, it is proposed according to a preferred embodiment that at least for prevention of rotational movement in the direction of the rotational movement for formation the bore hole mounted on the drill pipe, socket or sleeve-like elements are provided, which are formed on mutually facing end faces with mutually complementary elevations or profiles.
  • FIG. 1 shows a partial longitudinal section through an apparatus according to the invention for carrying out the method according to the invention during the drilling operation, wherein at least one expansion element is essentially in contact with the drill pipe;
  • 2 shows, in a representation similar to FIG. 1, the device according to the invention for carrying out the method according to the invention, wherein the at least one spreading element is widened into the material surrounding the borehole;
  • FIG. 3 shows a partial longitudinal section through a modified embodiment of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention in a representation similar to FIG. 1, in which case a barrier is provided in particular to carry out further rotational movements;
  • Fig. 4 in an exploded view of individual elements of the embodiment of FIG. 3, which are provided to achieve the turnstile and surround the drill string.
  • a drill string is generally designated by 1, which in particular has a corrugated or thread-like shape on its outer surface, in order subsequently to serve as an anchor rod after completion of the drilling operation.
  • a transmission of a rotary movement of the anchor rod or drill pipe 1 which is transmitted via a non-illustrated drive device outside of the designated hole 2, via a face 3 of a coupled with the drill string 1, sleeve-like Elements 4, wherein the end face 3 cooperates with a bushing or toothed bushing 5, which has an outer toothing 6 which is coupled to an element or driver 8 coupled to the drill bit 7, so that a rotational movement of the drill string 1 via the toothed bushing 5 on the driver
  • At least one expansion element 12 which can be widened subsequently, essentially bears against the outer contour of the drill pipe or anchor rod 1, so that no impairment or obstruction of the drilling process by the at least one expandable expansion element 12 takes place during the drilling process.
  • a central axis of the drill string 1 and thus the entire drilling apparatus is denoted by 13.
  • the drill head or the drill bit 7 is pressed against the borehole interior in accordance with the boring advancing direction and the arrow 14, whereupon the drill string 1 is subjected to a rotational movement counter to the drive direction for carrying out the drilling operation.
  • the sleeve-like element 4 which is coupled to the drill string or anchor rod 1, has a thread 16 on its outer surface which, after reversing the direction of rotation of the drill pipe 1, causes the complementary thread 17 to have at least one expandable element or expansion element 12 against the Bohrvortriebsraum, which coincides with the pressing direction 14 of the drill head 7 in Fig. 2, is moved along the outer surface of the drill string 1, as indicated by the arrow 18 tet.
  • a substantially linear movement of the at least one expandable expansion element 12 is also a linear guide 19, 20 on the outer surface of the expansion element 12 and in which the expansion element 12 provided in particular during the drilling operation covering portion 21 of the driver 8.
  • a stop 23 on the outer circumference of the drill string or anchor rod 1 is also provided at a distance from the mounting of the expansion element 12.
  • the expansion element 12 has a bevel or profiling 24, which with a substantially complementary bevel or Profiling 25 of the stop element 23 cooperates, so that by the linear movement of the spreader 12 corresponding to the arrow 18 by the rotational movement on the cooperating threads 16 and 17, a widening and penetration of the spreader 12 and in particular the tip 26 takes place in the surrounding material 22.
  • an elastically deformable region 28 of the expansion element 12 is furthermore provided.
  • the at least one expandable expansion element 12 against the Bohrvortriebsraum which is indicated by the arrow 14, penetrates into the surrounding material 22 and comes into contact with this, is ensures that at an action of forces in the direction of arrow 18, which indicates a pull-out of the drill string or anchor rod 1, the at least one expandable spreader 12 penetrates deeper into the surrounding material 22 or more firmly comes into contact with the borehole wall 2 so as to provide increased forces against undressing.
  • the drill pipe 1 is in turn coupled to the drill bit 7 and the driver 8 and the drilling process can be continued, at the same time by the orientation of the cooperating threads 16 and 17, the spreader 12 in the in FIG. 1 shown position is withdrawn and thus does not hinder or impede further drilling.
  • a plurality of spreading elements 12 can be distributed or provided substantially uniformly over the circumference of the drill string 1.
  • a securing ring 29 is also indicated in Fig. 1, which during the drilling process, for example, a plurality of evenly distributed over the circumference spreading elements 12 holds substantially in contact with the drill pipe 1.
  • a plurality of spreading elements 12 are distributed at different, axial distances from the drill bit 7 and, conveniently, substantially evenly distributed over the circumference of the drill string 1 . is provided.
  • an anchor rod formed by a drill pipe 1 which, as will be discussed below, is provided with an external thread, not shown, wherein the anchor rod or the drill pipe 1 a turn designated 7 drill bit for forming the borehole 2 is applied.
  • a socket 30 is provided which with a cooperates with the element 4 comparable bushing 31 to transmit a rotational movement to a driver 32, which subsequently drives the drill bit 7 to a rotary motion.
  • a driver 32 which subsequently drives the drill bit 7 to a rotary motion.
  • a further sleeve-like or sleeve-like element 33 cooperating with the drill bit 7 is provided, wherein both the drill bit 7 and the sleeve-like element 33 have elevations or profilings 34 and 35, respectively which, during the drilling process, slide over one another similar to a ratchet and thus allow a rotational movement or drilling advance movement, while a locking movement of the drill bit 7 against the drilling direction by the additionally provided contact pressure via a spring 36 causes a rotation of the anchor rod or drill pipe 1. is acting.
  • the bushes or sleeves 30 and 31 are provided with respective surveys or profilings 37 and 38 complementary to one another, which likewise effect a block when a rotational movement is reversed.
  • an additional sleeve-like element 39 coupled to the element 32 is provided which is coupled via a further sleeve-like element or sleeve 40 arranged inside it, wherein both the element 39 and the element 40 undergo a reverse rotational movement interact with the 41 designated spreading element.
  • the sleeve or sleeve-shaped expansion element 41 is formed with a plurality of longitudinally extending slots 42, which against a rotational movement to form the borehole over mutually complementary inclined surfaces upon application of the drill string 1 43 and 44 both of the expansion element 41 and a stop element 45 cooperate and allow expansion of the individual expansion elements 41 'in an expanded position against the Bohrvortriebsraum.
  • the sleeve or bush-like elements 39, 40 and the sleeve-like or sleeve-like element 41 also formed each with mutually complementary elevations or profiles 46, 47 and 48, which cause according to the intended orientation a turnstile.
  • the element 40 in the element 39 longitudinally displaceable, but rotatably mounted, so that taking into account the profiling or elevations or serrations 46, 47 and 48 in the event that during the expansion of the spreading 41 'the element 40 of the element 39 exits, the respective face serrations or profiling 47 and 48 cause a turnstile of the individual elements, so that by providing the respective serrations or profilings a lock on the achieved position of the spreading 41 'can be achieved.

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Loches (2) in Boden- oder Gesteinsmaterial und Ausbilden einer Verankerung in dem Loch (2), wobei durch eine an einem Bohrgestänge (1) gelagerte Bohrkrone (7) ein Bohrloch (2) gebildet wird, ist vorgesehen, daß nach Fertigstellung des Bohrloches (2) eine Verankerung durch wenigstens ein am Umfang des Bohrgestänges (1) gelagertes Spreizelement (12) ausgebildet wird, welches in eine in das das Bohrloch (2) umgebende Material (22) eindringende bzw. daran anliegende Lage bzw. Stellung gebracht, insbesondere aufgeweitet, wird, wodurch es möglich wird, unmittelbar nach Fertigstellung eines Bohrloches (2) eine zuverlässige Verankerung zu erzielen.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BOHREN EINES LOCHES IN BODENODER GESTEINSMATERIAL UND AUSBILDEN EINER VERANKERUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Loches in Boden- oder Gesteinsmaterial und Ausbilden einer Verankerung in dem Loch, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone ein Bohrloch gebildet wird, sowie auf eine Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Loches in Boden- oder Gesteinsmaterial und Ausbilden einer Verankerung in dem Loch, wobei an einem Bohrgestänge eine Bohrkrone zur Ausbildung des Bohrloches gelagert ist.
Im Zusammenhang mit der Herstellung eines Loches bzw. Bohrloches in Boden- oder Gesteinsmaterial und einer nachträglichen Ausbildung bzw. Festlegung einer Verankerung bzw. einer Auskleidung in dem Bohrloch ist es beispielsweise aus der WO 98/21439 und der WO 98/58132 bekannt, während des Bohrvorgangs, beispielsweise einem Schlag- oder Drehschlagbohren, ein Hüllrohr in das Bohrloch einzubringen, worauf nach Fertigstellung der Bohrung gegebenenfalls ein Teil der Bohrkrone gemeinsam mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt wird, während das Hüllrohr im Bohrloch verbleibt, so daß anschließend durch ein Verfüllen mit einer aushärtenden Masse ein Anker im Bohrloch ausgebildet wird. Gemäß der Ausbildung entsprechend der WO 98/58132 kann das Bohrgestänge an seinem Außenumfang mit zusätzlichen Rippen und Rillen ausgebildet sein, so daß bei einem Verbleib des Bohrgestänges im Bohrloch und einem nachträglichen Verfüllen eine entsprechend gute Ankerwirkung erzielt werden kann. Alternativ ist es nach Herstellung eines Bohrloches bekannt, das Bohrwerkzeug mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch zu entfernen, woran anschließend ein Anker bzw. eine Ankervorrichtung in das Bohrloch eingebracht wird, wobei beispielsweise auf die US 4,305,687 A, US 4,380,407 A, CH 476 129 A, WO 94/05900 A, DE 916 286 C, US 4,516,883 A, EP 0 354 760 A, AT 339 239 B und WO 2005/040556 A verwiesen wird. Bei diesem bekannten Stand der Technik werden nach Herstellung eines Bohrloches und nachträglichem Entfernen der Bohrvorrichtung in das Bohrloch aufweitbare Ankerelemente eingebracht, welche beim Einbringen in das Bohrloch auf einem gegenüber dem Bohrloch verringerten Durchmesser gehalten sind, worauf nach vollständigem Einführen in das Bohrloch aufweitbare und während des Einbringens gefaltete bzw. allgemein in ihrem Querschnitt verringerte Teilbereiche der Ankervorrichtung aufgeweitet werden. Nachteilig bei diesem bekannten Stand der Technik ist die Tatsache, daß in einem ersten Verfahrensschritt das Bohrloch hergestellt werden muß, worauf nach Entfernen des Bohrwerkzeugs samt dem Bohrgestänge in einem weiteren Verfahrensschritt die Ankervorrichtung in das gegebenenfalls eine große Länge aufweisende Bohrloch eingebracht wird, wonach anschließend unter Aufweiten des Außendurchmessers der Ankervorrichtung eine Anlage an die Bohrlochwand gelingen soll. Es ist un- mittelbar einsichtig, daß nicht nur für die zwei voneinander getrennten Arbeitsschritte ein entsprechend vergrößerter Zeitaufwand erforderlich ist, sondern daß gegebenenfalls ein nachträgliches Einbringen einer derartigen Ankervorrichtung mit großer Länge mit Schwierigkeiten verbunden ist. Weiters ist davon auszugehen, daß ein Entfernen der
Bohrvorrichtung samt dem Bohrgestänge und ein nachträgliches Einbringen der Verankerungsvorrichtung lediglich in vergleichsweise festem Boden bzw. Gestein durchführbar ist, bei welchem sichergestellt sein muß, daß nicht beispielsweise während das Bohrvorgangs oder nach dem Entfernen des Bohrwerkzeugs und vor dem endgültigen Einbringen der Verankerungsvorrichtung Material in das Bohrloch hereinbricht, so daß das Bohrloch blockiert wäre, wodurch ein Einbringen der Ankervorrichtung nicht mehr möglich ist.
Darüber hinaus ist es beispielsweise bekannt, sogenannte Packer am Außenumfang eines Bohrgestänges einer Bohrvor- richtung anzuordnen, welche über einen kurzen Teilbereich nach Fertigstellung der Bohrung ein Aufweiten in Anlage an die Bohrlochwand ermöglichen und somit einem Herausziehen bzw. Entfernen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch entgegenwirken. Eine zuverlässige Verankerungswirkung, insbesondere bei Vorsehen einer Mehrzahl von nebeneinander vorzusehenden Ankern, zur Stabilisierung von umliegendem Boden- oder Gesteinsmaterial läßt sich mit derartigen Packern jedoch nicht erzielen, so daß gegebenenfalls zusätzliche Mittel zur Verankerung, wie beispielsweise das Ausbringen von aus- härtendem Material, vorzusehen wären.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Probleme des obengenannten Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei unmittelbar nach Fertigstellung eines Bohrloches eine zuverlässige Verankerung bei verringertem Zeitaufwand und einfacher Konstruktion möglich wird, wobei insbesondere auf eine Entfernung einer Bohrvorrichtung und getrennte sowie nachträgliche Einbringung einer Verankerungsvorrichtung verzichtet werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgaben ist ein Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung des Bohrloches eine Verankerung durch wenigstens ein am Umfang des Bohrgestänges gelagertes Spreizelement ausgebildet wird, welches in eine in das das Bohrloch umgebende Material eindringende bzw. daran anlie- gende Lage bzw. Stellung gebracht, insbesondere aufgeweitet, wird. Dadurch, daß erfindungsgemäß nach Fertigstellung des Bohrloches eine Verankerung durch wenigstens ein am Umfang des Bohrgestänges gelagertes Spreizelement ausgebildet wird, wird sichergestellt, daß auf die bei Vorsehen einer getrennten Verankerung gemäß dem Stand der Technik zusätzlichen und zeitaufwendigen Verfahrensschritte eines Entfer- nens der Bohrvorrichtung aus dem hergestellten bzw. fertiggestellten Bohrloch sowie eines nachträglichen Einbringens und Verankerns bzw. Verspannens einer getrennten Ankervor- richtung verzichtet werden kann, so daß auch bei gegebenenfalls lockerem, das Bohrloch umgebendem Material eine unmittelbare sowie zuverlässige Verankerung möglich wird, ohne ein beispielsweise wenigstens teilweises Eindringen von Material in das Bohrloch während der Entfernung der Bohrvorrichtung sowie dem nachträglichen Einbringen der Ankervorrichtung befürchten zu müssen. Erfindungsgemäß ist hiebei vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement in eine in das das Bohrloch umgebende Material eindringende Lage bzw. Stellung insbesondere aufgeweitet wird, so daß während des Bohrvorgangs keine Behinderung bzw. Beeinträchtigung bei der Herstellung des Bohrloches durch das vorgesehene, wenigstens eine aufweitbare Spreizelement zu befürchten ist, während nach Fertigstellung des Bohrloches das wenigstens eine Spreizelement in Anlage an das um- gebende Material bzw. in eine eindringende Lage bei entsprechend lockerem, umgebendem Material bringbar, insbesondere aufweitbar ist. Ein derartiges aufweitbares Spreizelement kann relativ nahe der Bohrkrone angeordnet sein, um unmittelbar hinter der Bohrkrone eine entsprechend sichere Verankerungswirkung zu erzielen.
Für eine Erzielung einer zuverlässigen Verankerungswirkung, welche insbesondere Kräften entgegenwirkt, welche im Sinne eines Herausziehens der durch die Bohrvorrichtung bzw. insbesondere das Bohrgestänge gebildeten Ankervorrichtung nach einem Setzen des wenigstens einen Spreizelements wirken, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß das wenigstens eine Spreizelement in eine entgegen einer Bohrvortriebsrichtung orientierte Lage in das das Bohrloch umgebende Material aufgeweitet wird. Durch eine derartige Orientierung des wenigstens einen Spreizelements entgegen der Bohrvortriebsrichtung wird sichergestellt, daß bei einem Einwirken von Kräften im Sinne eines Ausziehens der Bohr- und Ankervorrichtung aus dem Bohrloch die aufweitbare Spreizvorrichtung tiefer in das umgebende Material eindringt bzw. in direktere bzw. festere Anlage an das die Bohrloch begrenzende Material gelangt, so daß die durch das wenigstens eine Spreizelement erzielbare Verankerungswirkung erhöht bzw. verstärkt wird.
Für ein besonders zuverlässiges Aufweiten des wenigstens einen Spreizelements nach Fertigstellung der Bohrung bzw. Beendigung des Bohrvorgangs ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement durch eine Beaufschlagung durch ein mit dem Bohrgestänge gekoppeltes Element bei einer Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen einer Rotationsbewegung zur Ausbil- düng des Bohrloches in die aufgeweitete Lage gebracht wird.
Es läßt sich somit in einfacher Weise lediglich durch eine Umkehr der Drehrichtung des Bohrgestänges, welches in weiterer Folge den Anker bzw. Ankerstab ausbildet, das we- nigstens eine aufweitbare Spreizelement in Anlage an das das Bohrloch begrenzende Material bzw. in eine in das umgebende Material eindringende Lage bringen.
Zur Unterstützung der Aufweitbewegung des wenigstens einen Spreizelements ist darüber hinaus vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement durch eine Relativbewegung entlang der Längsachse des Bohrgestänges relativ zu einem am Bohrgestänge in axialer Richtung unverschiebbar gelagerten Anschlagelement aufgeweitet wird, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht .
Falls ein weiterer Bohrvorgang zuverlässig verhindert werden soll und/oder gegebenenfalls eine Möglichkeit einer gegebenenfalls unbeabsichtigten Lösung der Verankerung ebenfalls verhindert werden soll, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß nach einem Aufweiten des wenigstens einen Spreizelements zumindest eine Drehbewegung in Richtung der Rotationsbewegung zur Ausbildung des Bohrloches verhindert wird. Derart wird sichergestellt, daß ein vorgesehene Lagerung des wenigstens einen Spreizelements sicher beibehalten werden kann.
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Spreizelement am Außenumfang des Bohrgestänges gelagert ist und nach Fertigstellung des Bohrloches in eine in das das Bohrloch umge- bende Material eindringende bzw. daran anliegende Lage bzw.
Stellung bringbar, insbesondere aufweitbar, ist. Wie oben bereits erwähnt, gelingt es somit, in einfacher Weise und ohne Erfordernis einer Entfernung der Bohrvorrichtung und eines nachträglichen Einbringens einer Ankervorrichtung unmittelbar nach Fertigstellung des Bohrloches bzw. Beendigung des Bohrvorgangs eine sichere und zuverlässige Verankerungswirkung zu erzielen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement in eine entgegen einer Bohrvortriebsrichtung nach Fertigstellung des Bohrloches in das das Bohrloch umgebende Material eindringende Lage auf- weitbar ist. Wie oben bereits erwähnt, gelingt hiedurch insbesondere eine Bereitstellung einer sich erhöhenden Verankerungswirkung gegenüber Kräften, welche in Richtung bzw. im Sinne eines Ausziehens des Ankers aus dem Bohrloch wirken. Darüber hinaus läßt sich durch eine derartige Orien- tierung des wenigstens einen aufweitbaren Spreizelements entgegen der Bohrvortriebsrichtung für den Fall, daß eine lediglich provisorische Verankerung erzielt werden soll, worauf in weiterer Folge der Bohrvorgang fortgesetzt und das Bohrloch weiter vorgetrieben werden soll, sicherstel- len, daß bei neuerlicher Umkehr der Rotationsrichtung des Bohrgestänges im Sinne einer Weiterführung des Bohrvorgangs das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement aus der in das umgebende Material eingedrungenen Lage bzw. anliegenden Lage wiederum entfernt werden kann, so daß ohne Behinderung durch das wenigstens eine Spreizelement der Bohrvorgang fortgesetzt und die Tiefe des Bohrloches vergrößert werden kann.
Für ein besonders einfaches und zuverlässiges Aufweiten des wenigstens einen Spreizelements ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement durch eine Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen einer Rotationsbewegung zur Ausbildung des Bohrloches in die in das das Bohrloch umgebende Material eindringende Lage aufweitbar ist. In diesem Zusammenhang wird für eine konstruktiv besonders einfache und zuverlässige Ausführungsform vorgeschlagen, daß das wenigstens eine Spreizelement über ein an einem mit dem Bohrgestänge zusammenwirkenden, muffenartigen Element ausgebildetes Gewinde bei einer Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen der Bohrrichtung in die in das das Bohrloch umgebende Material eindringende Lage aufweitbar ist, wie dies einer weiters be- vorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht .
Für ein zuverlässiges Einbringen des wenigstens einen aufweitbaren Spreizelements und zur Erzielung einer entspre- chenden Verankerungswirkung ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement ausgehend von einem während des Bohrvorgangs im wesentlichen an dem Außenumfang des Bohrgestänges anliegenden Position bei der in das das Bohrloch umgebende Material eindringenden Bewe- gung wenigstens teilweise elastisch verformt ist.
Zur Unterstützung der Aufweitbewegung des wenigstens einen Spreizelements ist darüber hinaus vorgesehen, daß in Abstand von der Anordnung des wenigstens einen Spreizelements an dem Außenumfang des Bohrgestänges ein mit dem Bohrgestänge zumindest während der Aufweitbewegung des wenigstens einen Spreizelements in axialer Richtung unverschiebbar gekoppelter Anschlag vorgesehen ist, über welchen das wenigstens eine Spreizelement aufweitbar ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht . - S -
Zur Bereitstellung einer entsprechend gleichmäßigen Aufweitbewegung, so daß durch Einwirken geringer Kräfte auch in rauhen Umgebungen ein zuverlässiges Eindringen des wenigstens einen Spreizelements erzielbar ist, wird darüber hinaus bevorzugt vorgeschlagen, daß das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement an seinem zum Anschlagelement gewandten Ende mit einer Abschrägung bzw. Profilierung ausgebildet ist, welche mit einer insbesondere komplementären Abschrägung bzw. Profilierung am Anschlagelement zusammen- wirkt.
Für eine gleichmäßige Verteilung einer Verankerungswirkung über den Umfang des Bohrgestänges wird darüber hinaus erfindungsgemäß bevorzugt vorgeschlagen, daß eine Mehrzahl von aufweitbaren Spreizelementen im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Bohrgestänges verteilt angeordnet ist.
Um gegebenenfalls über einen eine größere Länge aufweisen- den Anker, welcher durch das Bohrgestänge gebildet wird, eine zuverlässige Verankerungswirkung und eine Verteilung von in das umliegende Material einzubringenden Kräften zu erzielen, wird darüber hinaus vorgeschlagen, daß eine Mehrzahl von aufweitbaren Spreizelementen in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone am Umfang des Bohrgestänges vorgesehen ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht.
Zur Vermeidung einer Beeinflussung bzw. Beeinträchtigung des Bohrvorgangs und zur Sicherung der Lage des Spreizelements während des Bohrvorgangs ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement während des Bohrvorgangs durch ein zusätzliches Halteelement in der im wesentlichen am Bohrgestänge anliegenden Stellung gesichert ist.
Zur Einbringung der Verschiebekräfte zum Aufweiten des Spreizelements nach Fertigstellung des Bohrvorgangs sowie darüber hinaus zur zuverlässigen Einbringung der für das Schlag- bzw. Drehschlagbohren erforderlichen Kräfte wird weiters vorgeschlagen, daß für eine Übertragung der Rotationsbewegung vom Bohrgestänge auf die Bohrkrone eine mit einer Außenverzahnung versehene, am Bohrgestänge gelagerte Buchse vorgesehen ist, welche zum Aufweiten des wenigstens einen Spreizelements in eine außer Eingriff von der Verzahnung mit der Bohrkrone bzw. mit einem mit der Bohrkrone gekoppelten Element befindlichen Position bringbar ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Eine derartige Buchse bzw. Zahnbuchse läßt sich abgestimmt auf die sowohl während des Bohrvorgangs als auch während des Aufweitvorgangs einzubringenden Kräfte entsprechend massiv und konstruktiv einfach ausbilden.
Zur weiteren Unterstützung eines gewünschten Aufweitvorgangs des wenigstens einen Spreizelements ist darüber hinaus vorgesehen, daß das wenigstens eine Spreizelement wäh- rend des Aufweitvorgangs durch eine im wesentlichen in
Längsrichtung des Bohrloches verlaufende, lineare Führung am Bohrgestänge und/oder einem mit der Bohrkrone gekoppelten Element geführt ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ent- spricht.
Wie oben bereits erwähnt, ist es unter Umständen gewünscht oder möglich, daß nach einem vorübergehenden Aufweiten des Spreizelements ein Bohrvorgang durch Vornahme einer Drehbewegung des Bohrgestänges in der ursprünglichen Rotations- richtung zur Ausbildung des Bohrloches vorgenommen wird. Falls ein derartiger weiterer Bohrvorgang zuverlässig ver- hindert werden soll und gegebenenfalls auch eine zuverlässige Verankerung des wenigstens einen Spreizelements ohne Möglichkeit eines Lösens desselben vorgesehen sein soll, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß zumindest für eine Verhinderung einer Drehbewegung in Richtung der Rotationsbewegung zur Ausbildung des Bohrloches am Bohrgestänge gelagerte, muffen- bzw. buchsenartige Elemente vorgesehen sind, welche über an zueinander gewandten Stirnflächen mit zueinander komplementären Erhebungen bzw. Profilierungen ausgebildet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen: Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfin- dungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Bohrvorgangs, wobei sich wenigstens ein Spreizelement im wesentlichen in Anlage an das Bohrgestänge befindet; Fig. 2 in einer zu Fig. 1 ähnlichen Darstellung die erfin- dungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das wenigstens eine Spreizelement in das das Bohrloch umgebende Material aufgeweitet ist; Fig. 3 in einer zu Fig. 1 ähnlichen Darstellung einen teilweisen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei insbesondere eine Sperre gegenüber einer Durchführung weiterer Drehbewegungen vorgesehen ist; und Fig. 4 in einer Explosionsdarstellung einzelne Elemente der Ausführungsform gemäß Fig. 3, welche zur Erzielung der Drehsperre vorgesehen sind und das Bohrgestänge umgeben.
In der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist allgemein mit 1 ein Bohrgestänge bezeichnet, welches insbesondere an seiner äußeren Oberfläche eine gewellte bzw. gewindeartige Form aufweist, um in weiterer Folge nach Fertigstellung des Bohrvorgangs als Ankerstab zu dienen. Wäh- rend des in Fig. 1 dargestellten Bohrvorgangs erfolgt eine Übertragung einer Drehbewegung des Ankerstabs bzw. Bohrgestänges 1, welche über eine nicht näher dargestellte Antriebsvorrichtung außerhalb des mit 2 bezeichneten Bohrloches übertragen wird, über eine Stirnfläche 3 eines mit dem Bohrgestänge 1 gekoppelten, muffenartigen Elements 4, wobei die Stirnfläche 3 mit einer Buchse bzw. Zahnbuchse 5 zusammenwirkt, welche eine Außenverzahnung 6 aufweist, welche mit einem mit der Bohrkrone 7 gekoppelten Element bzw. Mitnehmer 8 gekoppelt ist, so daß eine Drehbewegung des Bohrgestänges 1 über die Zahnbuchse 5 auf den Mitnehmer
8 und somit die Bohrkrone 7 übertragen wird, wobei Schneidbzw. Bohrelemente mit 9 und 10 angedeutet sind. Die zur Übertragung der Rotationsbewegung vorgesehene Zahnbuchse 5 wird hiebei durch eine Feder 11 in einer an der Stirnfläche 3 anliegenden Lage gehalten.
Während des Bohrvorgangs befindet sich wenigstens ein in weiterer Folge aufweitbares Spreizelement 12 im wesentlichen in Anlage an der Außenkontur des Bohrgestänges bzw. Ankerstabs 1, so daß während des Bohrvorgangs keine Beeinträchtigung bzw. Behinderung des Bohrvorgangs durch das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement 12 erfolgt. Eine zentrale Achse des Bohrgestänges 1 und somit der gesamten Bohrvorrichtung ist mit 13 bezeichnet.
Nach Fertigstellung des Bohrloches 2 erfolgt eine Anpres- sung des Bohrkopfs bzw. der Bohrkrone 7 entsprechend der Bohrvortriebsrichtung sowie dem Pfeil 14 an das Bohrlochinnere, worauf das Bohrgestänge 1 entgegen der Antriebsrichtung zur Durchführung des Bohrvorgangs zu einer Rotationsbewegung beaufschlagt wird.
Durch die Umkehr der Drehbewegung gelangt die Stirnfläche 3 des muffenartigen Elements 4 außer Eingriff von einer in Fig. 2 mit 15 bezeichneten Stirnfläche der Zahnbuchse 5, welche entgegen der Kraft der Feder 11 verschoben wird, so daß die Außenverzahnung 6 der Zahnbuchse 5 außer Eingriff von einer komplementären Verzahnung des mit der Bohrkrone 7 gekoppelten Mitnehmers 8 gelangt und somit keine Drehbewegung bzw. kein Drehmoment von dem Bohrgestänge 1 auf die Bohrkrone 7 übertragen wird.
Das mit dem Bohrgestänge bzw. Ankerstab 1 gekoppelte, muffenartige Element 4 weist an seiner äußeren Oberfläche ein Gewinde 16 auf, welches nach Umkehr der Rotationsrichtung des Bohrgestänges 1 bewirkt, daß das ein komplementäres Ge- winde 17 aufweisende, wenigstens eine aufweitbare Element bzw. Spreizelement 12 entgegen der Bohrvortriebsrichtung, welche mit der Anpreßrichtung 14 des Bohrkopfs 7 in Fig. 2 zusammenfällt, entlang der äußeren Oberfläche des Bohrgestänges 1 bewegt wird, wie dies durch den Pfeil 18 angedeu- tet ist. Für eine im wesentlichen lineare Bewegung des wenigstens einen aufweitbaren Spreizelements 12 ist darüber hinaus eine lineare Führung 19, 20 an der äußeren Oberfläche des Spreizelements 12 als auch in dem das Spreizelement 12 insbesondere während des Bohrvorgangs überdeckenden Teilbereich 21 des Mitnehmers 8 vorgesehen.
Für eine gezielte Aufweitbewegung des Spreizelements 12 in das die Bohrlochwand 2 umgebende Material 22 ist darüber hinaus in Abstand von der Lagerung des Spreizelements 12 ein Anschlag 23 am Außenumfang des Bohrgestänges bzw. Ankerstabs 1 vorgesehen. Für eine zuverlässige Führung der Aufweitbewegung, welche durch ein Eindringen des Spreizele- ments 12 in das umgebende Material 22 erzielbar ist, ist darüber hinaus vorgesehen, daß das Spreizelement 12 eine Abschrägung bzw. Profilierung 24 aufweist, welche mit einer im wesentlichen komplementären Abschrägung bzw. Profilierung 25 des Anschlagelements 23 zusammenwirkt, so daß durch die lineare Bewegung des Spreizelements 12 entsprechend dem Pfeil 18 durch die Drehbewegung über die miteinander zusammenwirkenden Gewinde 16 und 17 ein Aufweiten und Eindringen des Spreizelements 12 und insbesondere dessen Spitze 26 in das umgebende Material 22 erfolgt.
Wie angedeutet, ist darüber hinaus der Anschlag 23 mit einer sperrenden Muffe 27 gekoppelt.
Um ein Brechen des wenigstens einen Spreizelements 12 wäh- rend der in Fig. 2 dargestellten Aufweitbewegung bzw. in der aufgeweiteten Lage zu verhindern, ist darüber hinaus ein elastisch deformierbarer Bereich 28 des Spreizelements 12 vorgesehen.
Aufgrund der Tatsache, daß das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement 12 entgegen der Bohrvortriebsrichtung, welche durch den Pfeil 14 angedeutet ist, in das umgebende Material 22 eindringt bzw. in Anlage an dieses gelangt, wird sichergestellt, daß bei einem Einwirken von Kräften im Sinne des Pfeils 18, welcher eine Ausziehrichtung des Bohrgestänges bzw. Ankerstabs 1 andeutet, das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement 12 tiefer in das umgebende Mate- rial 22 eindringt bzw. fester in Anlage an die Bohrlochwand 2 gelangt, so daß dadurch erhöhte Kräfte gegenüber einem Ausziehen zur Verfügung gestellt werden.
Darüber hinaus wird durch die Orientierung des wenigstens einen Spreizelements 12 entgegen der Bohrvortriebsrichtung 14 sichergestellt, daß die vorliegende Ausbildung beispielsweise auch zur Erzielung einer provisorischen Sicherung bzw. Verankerung herangezogen werden kann, da bei einer neuerlichen Umkehr der Rotationsrichtung des Bohrge- stänges bzw. Ankerstabs 1 im Sinne der Bohrvortriebsrichtung über die Zahnbuchse 5 das Bohrgestänge 1 wiederum mit der Bohrkrone 7 bzw. dem Mitnehmer 8 gekoppelt wird und der Bohrvorgang fortgesetzt werden kann, wobei gleichzeitig durch die Orientierung der miteinander zusammenwirkenden Gewinde 16 und 17 das Spreizelement 12 in die in Fig. 1 dargestellte Lage zurückgezogen wird und somit einen weiteren Bohrvorgang nicht behindert bzw. beeinträchtigt.
Für eine gleichmäßige Verteilung von aufzunehmenden Verankerungskräften kann eine Mehrzahl von Spreizelementen 12 im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Bohrgestänges 1 verteilt angeordnet bzw. vorgesehen sein.
Für eine Sicherung in einer im wesentlichen am Bohrgestänge 1 anliegenden Lage während des Bohrvorgangs ist darüber hinaus in Fig. 1 ein Sicherungsring 29 angedeutet, welcher während des Bohrvorgangs beispielsweise eine Mehrzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Spreizelementen 12 im wesentlichen in Anlage an das Bohrgestänge 1 hält.
Darüber hinaus kann für eine Verteilung von aufzunehmenden Verankerungskräften entlang einer gegebenenfalls eine größere Länge aufweisenden Bohrvorrichtung 1 vorgesehen sein, daß eine Mehrzahl von Spreizelementen 12 in unterschiedlichem, axialem Abstand von der Bohrkrone 7 und günstigerweise im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Bohrgestänges 1 verteilt angeordnet bzw. vorgesehen ist.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß beispielsweise unmittelbar anschließend an den mit der Bohrkrone 7 gekoppelten Mitnehmer bzw. das Element 8 ein in den Zeichnungen nicht näher dargestelltes Hüllrohr anschließt, so daß das wenigstens eine Spreizelement 12 und günstigerweise eine Mehrzahl von Spreizelementen 12 durch entsprechende Durchtrittsöffnungen bzw. Schlitze in die in Fig. 2 dargestellte Lage austreten kann, um eine entsprechende Verankerungswir- kung zu erzielen.
Es wird somit möglich, unmittelbar nach Fertigstellung des Bohrloches 2 durch eine einfache Umkehr der Bewegungs- bzw. Rotationsrichtung des Bohrgestänges bzw. Ankerstabs 1 das wenigstens eine Spreizelement 12 in eine verankernde bzw. sichernde Lage aufzuweiten, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 sind, soweit möglich, die Bezugszeichen der vorangehenden Ausführungsform beibehalten worden. Es ist auch bei dieser Ausbildung ein von einem Bohrgestänge 1 gebildeter Ankerstab vorgesehen, welcher, wie dies nachfolgend erörtert werden wird, mit einem nicht näher dargestellten Außengewinde versehen ist, wobei der Ankerstab bzw. das Bohrgestänge 1 eine wiederum mit 7 bezeichnete Bohrkrone zur Ausbildung des Bohrloches 2 beaufschlagt.
Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 zur Übertragung der Drehbewegung des Bohrgestänges bzw. Anker- Stabs 1 auf die Bohrkrone 7 ähnlich der Buchse 5 eine Buchse 30 vorgesehen, welche mit einer mit dem Element 4 vergleichbaren Buchse 31 zusammenwirkt, um eine Drehbewegung auf einen Mitnehmer 32 zu übertragen, welcher in weiterer Folge die Bohrkrone 7 zu einer Drehbewegung antreibt. Darüber hinaus ist bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ein mit der Bohrkrone 7 zusammenwirkendes, weiteres, muffen- bzw. buchsenartiges Element 33 vorgesehen, wobei sowohl die Bohrkrone 7 als auch das muffenartige Element 33 Erhebungen bzw. Profilierungen 34 bzw. 35 aufweisen, welche während des Bohrvorgangs ähnlich einer Ratsche übereinander gleiten und somit eine Drehbewegung bzw. Bohrvortriebsbewegung ermöglichen, während bei einer Drehbewegung des Ankerstabs bzw. Bohrgestänges 1 entgegen der Bohrrichtung durch die darüber hinaus vorgesehene Anpressung über eine Feder 36 eine Sperre der Bohrkrone 7 be- wirkt wird.
In ähnlicher Weise sind zur Erzielung einer entsprechenden Sperrwirkung auch die Buchsen bzw. Muffen 30 und 31 mit jeweils zueinander komplementären Erhebungen bzw. Profilie- rungen 37 und 38 versehen, welche bei Umkehr einer Drehbewegung ebenfalls eine Sperre bewirken. Darüber hinaus ist ein mit dem Element 32 gekoppeltes, zusätzliches, muffenartiges Element 39 vorgesehen, welches über ein im Inneren desselben angeordnetes, weiteres, muffenartiges Element bzw. eine Hülse 40 gekoppelt ist, wobei sowohl das Element 39 als auch das Element 40 bei einer Umkehrdrehbewegung mit dem mit 41 bezeichneten Spreizelement zusammenwirken. Insbesondere aus der Darstellung gemäß Fig. 4 ist ersichtlich, daß das hülsen- bzw. muffenförmige Spreizelement 41 mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung verlaufenden Schlitzen 42 gebildet ist, welche bei einer Beaufschlagung des Bohrgestänges 1 entgegen der Rotationsbewegung zur Ausbildung des Bohrloches über zueinander komplementären Schrägflächen 43 und 44 sowohl des Spreizelements 41 als auch eines Anschlagelements 45 zusammenwirken und eine Aufweitung der einzelnen Spreizelemente 41' in eine aufgeweitete Lage entgegen der Bohrvortriebsrichtung ermöglichen.
Um eine gegebenenfalls gewünschte, weitere Drehbewegung nach einem Aufweiten der Spreizelemente 41' zuverlässig zu vermeiden, sind ähnlich wie die muffenartigen Elemente 30, 31, 33 sowie die Bohrkrone 7 auch die muffen- bzw. buchsenartigen Elemente 39, 40 und das von einem hülsen- bzw. muffenartigen Element 41 gebildete Spreizelement ebenfalls je- weils mit zueinander komplementären Erhebungen bzw. Profilierungen 46, 47 und 48 ausgebildet, welche entsprechend der vorzusehenden Orientierung eine Drehsperre bewirken. Hiebei ist davon auszugehen, daß sich das Element 40 auf einem Rechtsgewinde direkt am Ankerstab bzw. Bohrgewinde 1 verschraubt und sich für ein Aufweiten des Spreizelements 41 bzw. der einzelnen Teilbereiche 41' direkt auf dem Ankerstab bzw. Bohrgestänge 1 bewegt und sich das Spreiz- element 41 über das Anschlagelement 45 bewegt und somit durch eine relative Bewegung der Schrägflächen 43 und 44 ein Aufweiten der Spreizelemente 41' bewirkt.
Darüber hinaus ist das Element 40 in dem Element 39 längs- verschieblich, jedoch drehfest gelagert, so daß unter Berücksichtigung der Profilierungen bzw. Erhebungen oder Stirnverzahnungen 46, 47 und 48 für den Fall, daß während der Aufweitbewegung der Spreizelemente 41' das Element 40 aus dem Element 39 austritt, die jeweiligen Stirnverzah- nungen bzw. Profilierungen 47 und 48 eine Drehsperre der einzelnen Elemente bewirken, so daß durch Vorsehen der jeweiligen Stirnverzahnungen bzw. Profilierungen eine Sperre der erzielten Stellung der Spreizelemente 41' erzielbar ist.
Sollte gegebenenfalls auf eine Sperre der Spreizelemente 41' verzichtet werden, so wird auf die entsprechenden Profilierungen verzichtet.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Loches (2) in Boden- oder Gesteinsmate- rial und Ausbilden einer Verankerung in dem Loch (2) , wobei durch eine an einem Bohrgestänge (1) gelagerte Bohrkrone (7) ein Bohrloch (2) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung des Bohrloches (2) eine Verankerung durch wenigstens ein am Umfang des Bohrgestänges (1) gela- gertes Spreizelement (12, 41) ausgebildet wird, welches in eine in das das Bohrloch (2) umgebende Material (22) eindringende bzw. daran anliegende Lage bzw. Stellung gebracht, insbesondere aufgeweitet, wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spreizelement (12, 41) in eine entgegen einer Bohrvortriebsrichtung (14) orientierte Lage in das das Bohrloch (2) umgebende Material (22) aufgeweitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spreizelement (12, 41) durch eine Beaufschlagung durch ein mit dem Bohrgestänge (1) gekoppeltes Element (4, 31, 39, 40) bei einer Drehbewegung des Bohrgestänges (1) entgegen einer Rotationsbewegung zur Ausbildung des Bohrloches (2) in die aufgeweitete Lage gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spreizelement (12, 41) durch eine Relativbewegung entlang der Längsachse (13) des Bohrgestänges (1) relativ zu einem am Bohrgestänge (1) in axialer Richtung unverschiebbar gelagerten Anschlagelement (23) aufgeweitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Aufweiten des wenigstens einen Spreizelements (41) zumindest eine Drehbewegung in Richtung der Rotationsbewegung zur Ausbildung des Bohrloches (2) verhindert wird.
6. Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Loches (2) in Boden- oder Gesteinsmate- rial und Ausbilden einer Verankerung in dem Loch (2) , wobei an einem Bohrgestänge (1) eine Bohrkrone (7) zur Ausbildung des Bohrloches (2) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Spreizelement (12, 41) am Außenumfang des Bohrgestänges (1) gelagert ist und nach Fertigstellung des Bohrloches (2) in eine in das das Bohrloch (2) umgebende Material (22) eindringende bzw. daran anliegende Lage bzw. Stellung bringbar, insbesondere aufweitbar, ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spreizelement (12, 41) in eine entgegen einer Bohrvortriebsrichtung (14) nach Fertigstellung des Bohrloches (2) in das das Bohrloch (2) umgebende Material (22) eindringende Lage aufweitbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spreizelement (12, 41) durch eine Drehbewegung des Bohrgestänges (1) entgegen einer Rotationsbewegung zur Ausbildung des Bohrloches in die in das das Bohrloch (2) umgebende Material (22) eindringende Lage aufweitbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spreizelement (12, 41) über ein an einem mit dem Bohrgestänge (1) zusammenwirkenden, muffenartigen Element (4, 31, 39, 40) ausgebildetes Gewinde (16, 17) bei einer Drehbewegung des Bohrgestänges (1) entgegen der Bohrrichtung in die in das das Bohrloch (2) umgebende Material (22) eindringende Lage aufweitbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spreizelement (12, 41) ausgehend von einem während des Bohrvorgangs im wesent- liehen an dem Außenumfang des Bohrgestänges (1) anliegenden Position bei der in das das Bohrloch (2) umgebende Material (22) eindringenden Bewegung wenigstens teilweise elastisch verformt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Abstand von der Anordnung des wenigstens einen Spreizelements (12) an dem Außenumfang des Bohrgestänges (1) ein mit dem Bohrgestänge (1) zumindest während der Aufweitbewegung des wenigstens einen Spreizele- ments (12, 41) in axialer Richtung unverschiebbar gekoppelter Anschlag (23, 45) vorgesehen ist, über welchen das wenigstens eine Spreizelement (12, 41) aufweitbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine aufweitbare Spreizelement (12, 41) an seinem zum Anschlagelement (23, 45) gewandten Ende mit einer Abschrägung bzw. Profilierung (26, 43) ausgebildet ist, welche mit einer insbesondere komplementären Abschrägung bzw. Profilierung (25, 44) am Anschlagelement (23, 45) zusammenwirkt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von aufweitbaren Spreiz- elementen (12, 41') im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Bohrgestänges (1) verteilt angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von aufweitbaren Spreiz- elementen (12, 41) in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone (7) am Umfang des Bohrgestänges (1) vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spreizelement (12) während des Bohrvorgangs durch ein zusätzliches Halteelement (29) in der im wesentlichen am Bohrgestänge (1) anliegenden Stellung gesichert ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Übertragung der Rotationsbewegung vom Bohrgestänge (1) auf die Bohrkrone (7) eine mit einer Außenverzahnung (6) versehene, am Bohrgestänge (1) gelagerte Buchse (5, 30) vorgesehen ist, welche zum Aufweiten des wenigstens einen Spreizelements (12, 41) in eine außer Eingriff von der Verzahnung mit der Bohrkrone (7) bzw. mit einem mit der Bohrkrone (7) gekoppelten Element (8, 31, 39) befindlichen Position bringbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spreizelement (12, 41) während des Aufweitvorgangs durch eine im wesentlichen in Längsrichtung des Bohrloches verlaufende, lineare Füh- rung (19, 20) am Bohrgestänge (1) und/oder einem mit der Bohrkrone (7) gekoppelten Element (8) geführt ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für eine Verhinderung einer Drehbewegung in Richtung der Rotationsbewegung zur Ausbildung des Bohrloches (2) am Bohrgestänge (1) gelagerte, muffen- bzw. buchsenartige Elemente (30, 31, 33, 39, 40) vorgesehen sind, welche über an zueinander gewandten Stirnflächen mit zueinander komplementären Erhebungen bzw. Profilierungen (34, 35, 37, 38, 46, 47, 48) ausgebildet sind.
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