-
Verfahren zur EIerstellung von Großlochbohrungen
-
unter Einsatz von druckluftbetriebenen Bohrlochhämmern und Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Großlochbohrungen unter Einsatz von druckluftbetriebenen Bohrlochhämmern sowie
eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
-
Zur Herstellung von Bohrungen in der Brunnenbau- und Tiefbautechnik
ist die Verwendung von druckluftbetriebenen Bohrlochhämmern seit mehr als 10 Jahren
bekannt. Derartige Bohrlochhämmer ermöglichen wegen ihrer schnellen Schlagfolge
im festenGestein im Vergleich mit den herkömmlichen Bohrverfahren einen etwa zehnmal
grösseren Bohrfortschritt. Da jedoch die Verwendung druckluftbetriebener Bohrlochhämmer
gleichzeitig eine Austragung des Bohrgutes durch die Antriebsdruckluft bedingt Faren
bisher derartige vorteilhafte
Verfahren unter Verwendung von druckluftbetrieben
Bohrlochhämmern auf Bohrlochdurchmesser von etwa maximal Lt45 mn. begrenzt.
-
Diese Begrenzung ergibt sich aus der Tatsache, daß zum Austragen des
Bohrgutes eine Auftriebsgeschwindigkeit von etwa 15-20 n/sec erforderlich ist, was
bei größeren Bohrlochdurchmessern einen Luftbedarf ergibt, der in Größenordnungen
liegt, die wrxi t ror':nalen üblichen Kompressoren nicht mehr erreichbar sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren und eine
Vorrichtung der ob gen genannten Art zu schaffen, mittels derer diese Grenze überschritten
werden kann, ohne daß die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile auftreten.
-
Bei einem Verfahren der oben genannten Art wird diese Aufgabe im wesentlichen
dadurch gelöst, daß die Druckluft ausschließlich zum Betrieb des Bohrlochhammers
verwendet wird und daß das anfallende Bohrgut nach dem Mammutpumpen-Prinzip durch
Zugabe von Wasser in das Bohrloch im Lufthebeverfahren aus dem Bohrloch gefördert
wird.
-
Es ist offensichtlich, daß durch die Erfindung insbesondere der Vorteil
erzielt wird, daß die zum Austragen des Bohrgutes mindestens erforderliche Auftriebsgeschwindigkeit
in der oben erwähntenGrößenordnung keine kritische, den Bohrlochdurchmesser begrenzede
Menge darstellt,da durch die Kombination von Antriebs luft und Wasser das Mammutpumpen-Prinzip
zum Austragen des Bohrgutes verwendet werden kann.
-
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
mehrere nebeneinander angeordnete Bohrlochhämmer verwendet.
-
Hierdurch wird erreicht, daß mit handelsüblichen Größen von Bohrlochhämmern
theoretisch beliebig große Bohrlochdurchmesser im Fest; gestein hergestellt werden
können.
-
Im einzelnen ist es von Vorteil, das Bohrloch mit einem Gefälle zur
Mitte herzustellen, wobei dann die Bohrgutförderung aus dem tiefsten Punkt des Bohrloches
durchgeführt wird.
-
Nache einer besonders Vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden
die Bohrlochhämmer beim Vortrieb des Bohrloches im Kreisbogen um die Bohrlochmitte
bewegt.
-
Hierbei werden die Bohrlochhämmer vorzugsweise in sich überschneidenden
Kreisbögen bewegt.
-
Die Überschneidung beträgt nach einer vorteilhafter Ausführungsform
nach der Erfindung etwa 10-15 cm.
-
Da es bei dem erfindungsgemässen Verfahren unvermeidbar ist, daß die
Meißel der weiter aussen angeordneten Bohrlochhämmer stärker beansprucht werden
als die Meißel im Bereich der hohrlochmitte, )a sie eine wesentlich größere Fläche
zu bearbeiten haben, ist es von besonderem Vorteil, die Meißel im Bohrlochhammer
nach jeder Bohrung um 180° zu drehen.
-
Hierbei ist es ferner vorteilhaft, die Meißel des radial außenliegenden
Bohrlochhammers mit dem Meißel des radial inneren Bohrlochhammers zu vertauschen.
-
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung
des beschriebenen Verfahrens mit mindestens einem druckluftbetriebenen Bohrlochhammer,
welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Durchlaßöffnung im oberen Teil des Bohrlochhammers
blind gesetzt ist und daß ein Luftheberrohr zum Fördern von Bohrgut-Luft-Wasser-Gemis
eh vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäuse Vorrichtung wird ebenfalls die eingangs
definierte Aufgabe der Erfindung in vollem Umfang gelöst, in-dem die Druckluft lediglich
zum Betrieb der Auf- und Abbewegung des Kolbens in dem Bohrloch, zur Erzeugung der
Schlagenergie verwendet wird und keine zusätzliche Luft zum Bohrgutaustrag durch
den Bohrlochhammer strömt. Die Bohrgutförderung, die bisher ausschließlich durch
Druckluft erfolgte, wird hierbei ebenfalls unter Wasserzugabe in das Bohrloch im
Lufthebeverfahren, nach dem Mammutpumpen-
Prinzip durchgeführt Eine
vorteilhafte Weiterbildung kann die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch erfahren,
daß mehrere druckluftbetriebene Bohrlochhämmer in etwa einer Ebene nebeneinander
angeordnet ,orgesehen sind.
-
Von besonderem Vorteil ist es hierbei, die Bohrlochhämmer exzentrisch
zui' Bohrlochachse anzuordneten, derart, daß jeder Bohrlochhammer um die Bohrlochachse
auf einem Kreisbogen bewegbar ist.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung
kann dadurch £escha!fen werden, daß die Exzentrizität der Bohrlochhämmer verschieden
bemessen ist, derart, daß sich die zugeordneten Kreisbögen gegenseitig überschneiden.
-
Von besonderem Vorteil ist es auch, die Bohrlochhämmer mit verschiedener
Exzentrizität abwechselnd auf den beiden 3eiten der Bohrlochachse anzuordnen.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung
kann dadurch geschaffen werden, daß die Bohrlochhämmer auf einem gemeinsamen Träger
gelagert sind und daß der Träger für den oder die Bohrlochhämmer um die Bohrlochachse
drehbar angetrieben ist.
-
Der radial am weitesten innen angeordnete Bohrlochhammer ist bei einerhesonders
bevorzugten Ausführungsform nach derErfindung tie fer als die übrigen Bohrlochhämmer
angeordnet.
-
Hierbei ist es von Vorteil, das Luftheberrohr lediglich neben dem
tiefer angeordneten Bohrlochhammer vorzusehen.
-
Die oben erwähnte Überschneidung der Kreisbögen, auf denen die Bohrlochhämmer
bewegbar sind, bildet vorzugsweise einen 20-70 mm
breiten Streifen.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Zeichnungen beispielhaft
veranschaulichen Ausführungsform näher erläutert.
-
Es zeigt: Fig. 1 eine skizzenhafte Seitenansicht der Vorrichtung nah
der vorliegenden Erfindung und Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß Figur 1 längs der
Linie II - II.
-
Bei der in Figur 1 veranschaulichtes Ausführungsform, bei der es sich
lediglich um eine Prinzipskizze handelt, wird ein Bohrloch 1 mittels der erfindungsgemässen
Vorrrichtung gebohrt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel aus zwei ueblichen druckluftbetriebenen Bohrhämmern 2,3, deren
Durchlaßöffnung (nicht dargestellt) zu It ) im oberen Teil des Bohrlochhammer jedoch
blind gesetzt ist, da nach dem erfindungsgemässen Verfahren keine zusätzliche Luft
zum Bohrgutaustrag durch den Bohrlochhammer strömen muß.
-
Dc beiden Bohrlochhämmer 2,3 sind an einem Rahmen oder Drehgestell
gelagert, welches allgemein mit 4 bezeichnet ist. Bei dem veranschaulichtern Ausführungsbeispiel
ist der Rahmen oder Drehgestell + aus zwei Teilen 5 und 6 aufgebaut, in welchen
die beiden Bohrlochhämmer 2 und 3 an zwei im axialen Abstand befindlichen telle
gelagert sind. Der Rahmen oder Drehgestell 4 ist um die Bohrlochachse 7 drehbar
angetrieben, wobei Einzelheiten des Gestänges zum Absenken und Dre-hen nicht veranschaulicht
sind.
-
Die beidenRohrlochhämmer 2 und 3 werden über eine gesemeinsame Druckluftleitung
mit Antriebsdruckluft (Pfeil 9) von 7 - 20 atü versorgt, wobei diese Antriebsdruckluft
an einem T-Stück 10 auf die zwei den Bohrlochhämmern 2 bzw. 3 zugeordnete Versorgungsleitungen
11 und 12 aufgeteilt wird.
-
Jeder der Bohrlochhämmer 2 und 3 ist mit einem schematisch dargestelllten
Meißel
13 bzw. 14 versehen. Ferner ist ein Luftheberrohr 15 vorgesehen, welches das Bohrgut-Luft-Wasser-Gemisch
(Pfeil 16), das wegen der Füllung des olirloches 1 mit Wasser Ihr der ohnehin zugeführten
Atltriebs-lllft fUr die bohrhämmer 2 unter 3 erzeugt wird, durch seine im Bereich
des Bohrlochbodens befindliche Öffnung 17 auf-nimmt und nach dem Mammutpumpen-Prinzip
nach oben fördert.
-
Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind die Bohrlochhämmer 2 und 3 sowie
die Öffnung 17 des Luftheberrohres 15 exzentrisch zur Bohrlochachse 7 in verschiedenen
Exzentrizitaten angeordnet und werden bei Drehung des Rahmens oder Drehgestelles
4 auf Kreisbögen bewegt, auf die unter Bezugnahme auf Figur 2 nochmals näher eingegangen
wird.
-
Aus Figur 1 ist ferner ersichtlich, daß der weiter radial innenliegende
Bohrlcchhammer 2 etwas tiefer als der Bohrlochhammer 3 oder gegebenenfalls weitere
vorgesehene Bohrlochhämmer angeordnet ist, so daß in dem Bohrloch 1 ein Gefälle
zur Mitte hin erzeugt wird, welches ausreicht um es zu ermöglichen, daß das Luftheberrohr
15 lediglich neben dem am weitesten innen liegenden Bohrlochhammer 2 angeordnet
wird. Bei Verwendung von mehr als zwei Bohrlochhämmern sind diese bevorzugt von
innen nach aussen jeweils ca. 10cm höher an£eordnet,um das oben erwähnte Gefälle
zu erzeugen.
-
BeiAusführungsformen mit zwei oder mehr Bohrlochhämmer werden die
se jeweils abwechselnd auf der linken und rechten Seite der Bohrlochachse 7 angeordnet,
wobei beispielsweise bei einer praktischen Ausführungsform die Achse des ersten
Bohrlochhammers etwa 90mm links von der Bohrlochachse, die Achse des zweiten Bohrlochhammers
etwa 270 mm rechts von der Bohrlochachse, die Achse des dritten Bohrlochhammers
450mm links von der Bohrlochachse usw. liegt.
-
Wieinsbesondere aus Figur 2 ersichtlich, werden die Meißel 13 bzw,
14 der Bohrlochhämmer 2 bzw. 3 aufgrund ihrer verschiedenen Exzentrizität zur Bohrlochachse
7 auf Kreisbögen unterschiedlicher
Größe um die }3ohrlri'ha'hse
7 herumgelegt. Hierbei wird aus dem Bohtlochboden durch den von der Bohrlochachse
weiter entfernt liegenden Meißel 14 der din Figur 7 links schraffierte kreisförmige
Streifen und durch den weiter innen liegenden Meißel 13 der rechts schraffierte
Kreis 19 abgebaut. Es ist klar zu sehen, daß sich der durch den Mei?el iLt. abgebaute
kreisförmige Streifen 18 und der durch den Meißel 13 abgebaute Kreis 19 in einem
ringförmigen Streifen 20 überschneiden, so daß hierdurch gewährleistet ist, daß
zwischen den Abbaubereichen der beiden Bohrlochhämmer 2 und 3 kein Gestein stehen
bleibt. In der Praxis hat sich für die Breite des ringförmigen Streifens 20 eine
Größenordnung von 40 bis 70 mm als günstig erwiesen, welche sich daraus ergibt,
daß pro verwendetem Bohrlochhammer vom Meißeldurchmesser 20 bis 30 min abgezogenwerden.
Zwei Bohrlochhämmer mit Meißeln von 260 mm Durchmesser werden also etwa ein Bohrloch
von 720 mm Durchmesser, drei Bohrlochhämmer ein Bohrloch von etwa 1080 mm usw. herstellen,
können.
-
Dem Fachmann auf diesem Gebiet wird aus Figur 2 ferner offenbar, aaß
es bei dem erfindungsgemssen Verfahren unvermeidbar ist, daß die weiter außen liegenden
Meißel, wie beispielsweise der Meißel 14 des Bohrlochhslmers 3, stärker beansprucht
werden als die weiter innen liegenden Meißel, da sie eine wesentlich größere Fläche
abzutragen haben. Daher sollen nach jeder Bohrung die Meißel im Hammer um 1800 gedreht
und die Meißel der äußeren Bohrlochhämmer mit den Meißeln der inneren Bohrlochhämmer
vertauscht werden.
-
Ferner ist aus Figur 2 ersichtlich, daß die Öffnung 17 des Luftheberrohres
15 ebenfalls im Kreisbogen im Bereich des tiefsten Punktes des durch die aus Figur
1 ersichtliche Anordnung der Bohrlochhämmer erzeugten Gefälles bewegt wird. Hierdurch
wird die nach dem Mammutpumpen-Prinzip erfolgende Bohrgutförderung sichergestellt.
-
Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, daß im Rahmen
der vorliegenden Beschreibung keine Einzelheiten der Anschlüsse des Luftheberrohres
15 bzw. der Druckluftleitung 9 und des Dreh
antriebes des Rahmens
@ näher erläutert wurden, da diese Einzelheiten zum allgemeinen Fachwissen gehören
dürften.
-
Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen
erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.