-
Verfahren zur Beeinflussung der Richtung von Bohrlöchern und Bohreinrichtung
zur Durchführung des Verfahrens Zum Langlochbohren im Bergbau, z. B. zu Zwekken
der Aufklärung des Verlaufs einer Lagerstätte, bei Erdölbohrungen, bei Bohrungen
in Steinbrüchen, bei Untersuchungsbohrungen des Untergrundes für große Bauwerke
od. dgl. wird ein aus einzelnen Schüssen bestehendes einfaches Bohrgestänge verwendet,
an dessen vorderem Ende ein Bohrwerkzeug befestigt ist, welches normalerweise geradlinig
in das Mineral oder Gestein eindringt.
-
In bestimmten Fällen muß jedoch das Bohrwerkzeug aus seiner Richtung
abgelenkt werden, z. B. um eine beim Auftreffen auf eine härtere Schicht erfolgte
Richtungsänderung auszugleichen. Hierzu wird bei Erdölbohrungen eine elektromechanische
Vorrichtung benutzt, die eine quer zu der Bohrrichtung verlaufende Kraft hervorruft.
-
Im Bergwerksbetrieb werden Großlochbohrungen, die z. B. der Aufklärung
schrägstehender Flöze dienen, als gerade Löcher in der Ebene des Flözes mit Hilfe
einer Bohrmaschine mit Doppelgestänge hergestellt, wobei sich die an den Gestängeenden
befestigten Werkzeuge gegensinnig drehen und durch einen gemeinsamen Rahmen, der
sie parallel führt, verbunden sind.
-
Um Änderungen des Flözverlaufes folgen zu können, ist das doppelte
Bohrwerkzeug mit einer mechanisch ferngesteuerten Vorrichtung ausgestattet, die
die Bohrwerkzeuge entsprechend nach oben oder unten ablenkt. Die hierbei wirksame
Kraft verläuft ebenfalls rechtwinklig zur Bohrrichtung. Diese Arbeitsweise macht
es aber erforderlich, daß die elektrische, pneumatische oder hydraulische Vorrichtung,
welche die Steuerung der Werkzeuge besorgt, mit in das Bohrloch eingeführt wird.
-
Hieraus ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die bekannten Bohrvorrichtungen
störungsanfällig sind, weil die Schläuche oder Kabel, über die der Ablenkmechanismus
angetrieben wird, von nachfallendem Gestein beschädigt werden können. Diese Gefahr
ist um so größer, je länger das Bohrloch ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die genannten Nachteile
der bekannten Bohrvorrichtungen zu vermeiden. Zu ihrer Lösung wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß die Orientierung des Bohrwerkzeugs nicht mehr durch Krafteinwirkung
quer zur Bohrrichtung, sondern parallel zu ihr vorgenommen wird.
-
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein schematisch dargestelltes Bohrwerkzeug in Vorderansicht, F i g. 2 das
Werkzeug nach F i g. 1 in Draufsicht, F i g. 3 eine Bohreinrichtung mit Doppelgestänge,
F i g: 4 eine Draufsicht auf den Antrieb der Bohreinrichtung mit Doppelgestänge,
F i g. 5 eine Stirnansicht der Vorrichtung nach F i g. 4 und F i g. 6 eine Stirnansicht
einer mit vier Werkzeugen ausgestatteten Bohreinrichtung.
-
Der Erfindung liegen folgende überlegungen zugrunde: Wenn an irgendeinem
Punkt a (F i g. 1) der Arbeitsfläche eines drehangetriebenen Bohrwerkzeugs ß, das
an einer biegsamen Bohrstange in seinem Mittelpunkt abgestützt ist, eine zusätzliche
Schub-oder Zugkraft wirksam ist, die parallel zur Hauptschubkraft verläuft, ergibt
sich eine Änderung 8 der Bohrrichtung, die um so größer ist, je größer die zusätzliche
Kraft ist, und je länger diese einwirkt.
-
Bei einem Bohrwerkzeug, das aus n durch einen Rahmen verbundenen Bohrkronen
besteht, die von n Bohrstangen angetrieben und gegen die Bohrlochsohle gedrückt
werden, ergibt sich somit die Möglichkeit, die von den Bohrstangen übertragene Schubkraft
wahlweise zu ändern, und dadurch das Werkzeug aus seiner normalen Richtung auszulenken
bzw. seine Richtung zu korrigieren, wenn es beispielsweise auf Grund unterschiedlicher
Gesteinshärte abgelenkt wird.
Das gleiche Ergebnis kann auch durch
die Verwendung von Schub- oder Zugstangen erzielt werden, welche nicht zum Drehantrieb
der Bohrkronen gehören, zumal es dabei einfach ist, für diese Stangen am die Bohrgestänge
verbindenden Rahmen Widerlager anzubringen, die die zusätzlichen Druck- oder Zugkräfte
aufnehmen.
-
Wie F i g. 3 zeigt, sind zwei Bohrkronen 1 an zwei Stangen 2 befestigt,
welche letzteren in durch Querstreben 4 verbundenen Lagern 3 drehbar sind. Die Stangen
2 werden durch die beiden Bohrgestänge 5 angetrieben, die ihrerseits in Führungen
6 parallel zueinander gehalten sind. Die Führungen 6 stützen sich auf die Wände
des Großbohrlochs ab und sind zwischen am Bohrgestänge angebrachten Anschlägen 7
frei verschiebbar.
-
Wie aus F i g. 4 hervorgeht, werden beide Bohrgestänge 5 von je einer
Bohrmaschine angetrieben, die aus einer Führung 8 und einem hierauf in Längsrichtung
verschiebbaren Antriebsmotor 9 mit Getriebe und einem Vorschubmotor 10, ebenfalls
mit Getriebe, besteht. Das Ritzel des Vorschubmotors 10 steht mit einer fest
an der Führung 8 angeordneten Zahnstange im Eingriff.
-
Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung ist es bereits möglich, die
Richtung des vom Bohrwerkzeug 1 hergestellten Bohrlochs innerhalb der durch beide
Gestänge gehenden Ebene zu beeinflussen. Dies erfolgt dadurch, daß an einem der
beiden Antriebe so lange ein größerer Vorschub eingestellt wird als am anderen,
bis sich das Werkzeug in der gewünschten Richtung vorwärts bewegt. Dann werden beide
Antriebe wieder mit gleichmäßigem Vorschub betätigt, nachdem der Vorschub der zunächst
voreilenden Bohrkrone vorübergehend vermindert wurde, um beide Kronen wieder auf
gleiche Höhe zu bringen. Eine Beeinflussung der Bohrrichtung ist selbstverständlich
auch durch Verminderung des Vorschubs am einen Antrieb möglich, wobei der zweite
Antrieb bis zum Erreichen der gewünschten Richtungsänderung oder -korrektur mit
normalem Vorschub weiterarbeitet.
-
Wenn das Bohrwerkzeug jedoch z. B. beim Durchbohren schräg stehender
Schichten dauernd seine Richtung zu verlassen sucht und daher entsprechend ständig
das eine Bohrgestänge gegenüber dem anderen vorgeschoben arbeiten muß, kann die
Länge der in beiden Gestängen üblicherweise gleich langen Bohrstangen nicht voll
ausgenutzt werden. Es ist daher vorteilhaft, die aus Antriebsmotoren, Vorschubmotoren
und Führungen bestehenden Vorrichtungen einzeln parallel in Längsrichtung gegeneinander
verstellen zu können. Zu diesem Zweck sind beide aus Motoren und Führungsrahmen
bestehende Einheiten auf einem Hauptrahmen 12 verschiebbar gelagert. Am Rahmen
12 (F i g. 4) ist ein weiterer Motor 13 mit umsteuerbarer Drehrichtung
angebaut, der z. B. eine Spindel 14 mit zwei gegensinnig ansteigenden Gewindeabschnitten
dreht. Auf der Spindel laufen zwei Muttern 15, die je mit einem der Rahmen 8 verbunden
sind.
-
Auf diese Weise wird bei Antrieb der Spindel eine Vorwärtsverschiebung
der einen Maschine gegenüber der anderen und damit eine Ablenkung des Loches in
einer durch beide Gestänge gehenden Ebene erzielt.
-
Nach Fig. 6 treibt jede der beiden Bohrmaschinen ein Doppelgestänge
an; hierbei ist jeder Motor mit zwei Ausgangswellen ausgestattet, oder jedes Gestänge
hat einen eigenen Motor, der mit dem dazugehörigen zweiten Motor synchronisiert
ist.
-
Die beiden Bohrvorrichtungen 16 und 17 können übereinander angeordnet
sein und ein aus vier Bohrkronen bestehendes Werkzeug antreiben, wobei zur Parallelführung
der Kronen wiederum ein mit ihnen im Bohrloch verschiebbarer Rahmen verwendet wird.
-
Durch Vorschieben oder Zurückziehen z. B. der Bohrvorrichtung 16 gegenüber
der Vorrichtung 17 während des Bohrens ist es möglich, das Bohrwerkzeug nach oben
oder unten aus der augenblicklichen Richtung abzulenken, um so entweder durch wechselnde
Härte des Gesteins verursachte Krümmungen des Bohrlochs auszugleichen und ein geradliniges
Loch herzustellen oder um gewollte Richtungsänderungen der Bohrung herbeizuführen.
-
Selbstverständlich ist es auch möglich, eine mit vierfachem Gestänge
arbeitende Großlochbohrmaschine mit in Längsrichtung parallel gegeneinander und
unabhängig voneinander verstellbaren Antrieben auszustatten. Eine derartige Anordnung
ermöglicht durch entsprechende Kombination von mehr oder weniger großen Verstellungen
der Antriebe in Längsrichtung gegeneinander Ablenkungen des Bohrloches in allen
Raumrichtungen entgegenzuwirken oder sie gewollt herbeizuführen.