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WO2008071666A1 - Method for breaking up hard rock, and a drilling apparatus - Google Patents

Method for breaking up hard rock, and a drilling apparatus Download PDF

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Publication number
WO2008071666A1
WO2008071666A1 PCT/EP2007/063621 EP2007063621W WO2008071666A1 WO 2008071666 A1 WO2008071666 A1 WO 2008071666A1 EP 2007063621 W EP2007063621 W EP 2007063621W WO 2008071666 A1 WO2008071666 A1 WO 2008071666A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
voltage
hard rock
drill head
high voltage
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2007/063621
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Suhm
Marc Peters
Günter KUNZE
Erik Anders
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Herrenknecht AG
Original Assignee
Herrenknecht AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Herrenknecht AG filed Critical Herrenknecht AG
Publication of WO2008071666A1 publication Critical patent/WO2008071666A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C37/00Other methods or devices for dislodging with or without loading
    • E21C37/18Other methods or devices for dislodging with or without loading by electricity
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/14Drilling by use of heat, e.g. flame drilling
    • E21B7/15Drilling by use of heat, e.g. flame drilling of electrically generated heat

Definitions

  • the present invention relates to a method for the degradation of hard rock according to the independent method claim and to a drilling apparatus according to the independent device claim.
  • Drilling devices with a drill head which has a face facing an approachable end face can be used for the degradation of hard rock in tunneling or deep wells.
  • mining tools in the form of rollers or round shank bits are nowadays arranged on a rotating cutting wheel of a drill head.
  • a contact pressure of tunneling machine or drill head on the tools on the working face pressure and tensile strength limits are exceeded in the rock and thereby mechanically dissolved rock material.
  • the dissolved rock material is then broken mechanically to recoverable size in a crusher chamber and transported away in the slurry, belt or cart conveyor.
  • the material is typically dissolved analogously and transported away in the pump or air lifting process.
  • the invention has for its object a method and a
  • Drilling device for the extraction of hard rock and to provide a method for the degradation of hard rock, which allow an efficient and economical degradation of hard rock.
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • Arranging at least two electrodes on a working face Arranging at least two electrodes on a working face; Generating streamer discharges through the hard stone of the working face by means of frequency-controlled build-up of a voltage between the electrodes.
  • the hard rock Due to the frequency-controlled voltage between the electrons can be formed due to their different electrical potentials switched streamer discharges, which are due to the short-term higher dielectric strength of a dielectric, which is preferably between the electrodes, are generated by the degraded hard rock. As described above, the hard rock can thus be degraded in an advantageous manner according to the invention.
  • a rinsing liquid is introduced between the electrodes, with which degraded hard rock is removed.
  • a rinsing liquid which has an at least temporarily higher electrical breakdown strength than the degraded hard rock.
  • a turbine is preferably operated by means of the rinsing liquid, so that a generator is driven by the turbine and generates an AC voltage.
  • This AC voltage is then over a rectifier is converted into DC voltage and by means of a high voltage generator, a high voltage is generated from the DC voltage, which is frequency-controlled transmitted to the electrodes.
  • Another aspect of the invention relates to a drilling apparatus as characterized by the features of the independent apparatus claim.
  • Advantageous embodiments of the inventive drilling device emerge from the features of the dependent device claims.
  • At least two electrodes are arranged on the front side of the drill head of the drilling device and the drilling device has tensioning means over which frequency-controlled voltage between the electrodes is buildable, in such a way that a streamer discharge through the hard rock of the working face can be generated.
  • the drilling device according to the invention is arranged at the face of the hard rock to be degraded and the frequency-controlled voltage is built up between the electrodes.
  • the working face here means the point of the hard rock where the hard rock is to be mined or is being mined.
  • streamer discharges are formed between the electrons due to their different electrical potentials, these streamer discharges being generated by the hard rock to be degraded because of the short-term higher electrical breakdown strength of a preferably present dielectric which is located between the electrodes. As a result, it is dissolved and degraded in the effective range of the streamer discharges along the structural boundaries.
  • the hard rock is not solved conventionally with appropriate mining tools mechanically by exceeding strength limits, but by quasi non-contact degradation by means of electrical discharges in the hard rock.
  • the electrodes have no or only adjacent contact with the working face without significant force transmission to the working face, so that the wear on the electrodes is low. Thus, the wear on the Dismantling tools of the drilling apparatus and accordingly minimized the downtime of the drilling device, so that an economic and efficient degradation of the hard rock is possible.
  • the electrodes comprise a central electrode disposed substantially centrally on the end face and a plurality of caliber electrodes arranged peripherally on the end face.
  • the drilling device comprises rinsing agent and the drill head has a jacket tube, wherein by means of the rinsing agent, a rinsing liquid through the jacket tube through to the front side and between the electrodes is conveyed.
  • the rinsing liquid can be used on the one hand as a dielectric between the electrodes, which means that it serves as an insulating medium around the electrodes around and ensuring the Streamerentladept through the degraded hard rock through.
  • the rinsing liquid is also a conveying medium with which the mined hard rock can be transported out of the excavation channel.
  • the drill head against its end facing the end toward a high voltage region, towards its end facing away from the end of a low-voltage range and between the high-voltage region and the low-voltage region a medium voltage range.
  • a turbine which can be operated by means of the flushing liquid and a generator which can be driven by the turbine are arranged.
  • a rectifier is arranged, by means of which AC voltage from the generator is converted into DC voltage.
  • a high voltage generator with capacitors is arranged, by means of which a frequency-controlled high voltage which can be transmitted to the electrodes can be generated.
  • the Tension means can be arranged in the drill head itself and in particular streamer discharges can be generated by a arranged in the drill head high-voltage pulse generator, the frequency-controlled passes the voltages to the electrodes.
  • the high voltage generator is stored isolated. In such an isolated environment unwanted discharges between the capacitors can be easily avoided.
  • the drill head on a grounding device, so that a safe stable operation of the drill head can be ensured, and so that in a simple manner, a sufficient potential difference between the electrodes can be provided.
  • Fig. 1 is a longitudinal sectional view of the drill head of an embodiment of the inventive drilling device, which is suitable here for example for deep drilling;
  • FIG. 2 is a view of a working face forth on the electrodes of the drilling apparatus of Fig. 1.
  • a drill head of a drilling device has a substantially hollow cylindrical jacket tube 1 (shield) and accommodated therein tension means for generating a streamer discharges.
  • the drill head is suspended and guided by a drill pipe 2, which is suspended successively extended on a derrick for days.
  • a rinsing liquid which is simultaneously a dielectric in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, is supplied from the surface to the drill head.
  • the flushing fluid is passed through hydrostatic pressure through the arranged in the low voltage region of the drill head turbine 3 (Moineau), which acts as a downhole motor and Bohrkopfantrieb.
  • the turbine 3 drives by rotation a generator 4, which supplies an input AC voltage.
  • the input AC voltage is forwarded via a medium-voltage transformer 5 in a medium voltage range of the drill head.
  • the input AC voltage is converted via a rectifier 6 into a DC voltage and further led into a lower high-voltage region and a Bohrkopfspitze.
  • Resistors reduce the corresponding short-circuit current to a charging unit if an error occurs.
  • the high voltage generator 8 In the high voltage range of the drill head high voltage via a high voltage generator 8 according to the Marx principle, in which the capacitors 9 are connected in parallel and discharged in series, discharged generated. In order to avoid premature unwanted discharge between the capacitors 9 instead of electrodes designed as a center electrode 10 and a caliber electrode 11, the high voltage generator is mounted in an isolated manner.
  • the high voltage is directly controlled frequency controlled in the individual electrodes when reaching a threshold voltage. Due to the different dielectric strength of the dielectric and the hard rock, the streamer discharge takes place between the center electrode 10 and the caliber electrodes 11 through the hard rock.
  • the caliber electrodes 11 are the drill head designed outwardly outstanding and as shown in Fig. 2 best seen peripherally disposed on the front side of the drill head. As a result of this arrangement of the caliber electrodes 11, an excavation cross-section which is larger than that of the jacket tube 1 and an overcut between the jacket tube and the surrounding hard rock is produced. The functioning as a rinsing liquid dielectric, which by the
  • Bohrkopf scholar is passed to the face, takes the detached hard rock and promotes this with the help of injected air after the air lifting process in the overcut between casing 1 and surrounding hard rock to day.

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Abstract

In a method for breaking up hard rock and a corresponding apparatus, a drill head has an end face which can be arranged facing a drift face. At least two electrodes (10, 11) are arranged on the end face of the drill head. The drilling apparatus has voltage means (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) via which a voltage can be formed between the electrodes (10, 11), at a controlled frequency. During operation, the drilling apparatus is arranged adjacent to the drift face of the hard rock to be broken up, and the frequency-controlled voltage is applied between the electrodes (10, 11). The frequency-controlled voltage results in streamer discharges between the electrodes (10, 11) because of their different electrical potentials, which pass through the hard rock, resulting in it being separated and broken up along the joint boundaries in the area in which the streamer discharges act. In this case, the electrodes (10, 11) make no contact, or only resting contact, on the drift face, without any significant force being transmitted to the drift face, so that any wear on the electrodes (10, 11) is minor.

Description

Verfahren zum Abbau von Hartgestein und Bohrvorrichtung Process for breaking down hard rock and drilling equipment

Technisches GebietTechnical area

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abbau von Hartgestein gemäss dem unabhängigen Verfahrensanspruch sowie auf eine Bohrvorrichtung gemäss dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch.The present invention relates to a method for the degradation of hard rock according to the independent method claim and to a drilling apparatus according to the independent device claim.

[0002] Bohrvorrichtungen mit einem Bohrkopf, der eine einer Ortsbrust zugewandt anordenbare Stirnseite aufweist, können zum Abbau von Hartgestein im Tunnelbau oder bei Tiefbohrungen eingesetzt werden.Drilling devices with a drill head, which has a face facing an approachable end face can be used for the degradation of hard rock in tunneling or deep wells.

Stand der TechnikState of the art

[0003] Zum Abbau von Hartgestein in zu bohrenden Tunneln (im Wesentlichen horizontale Bohrungen) und Tiefbohrungen (im Wesentlichen vertikale Bohrungen) werden heutzutage Abbauwerkzeuge in Form von Rollenoder Rundschaftmeißeln auf einem rotierenden Schneidrad eines Bohrkopfs angeordnet. Durch Erzeugung eines Anpressdruckes von Vortriebsmaschine bzw. Bohrkopf über die Werkzeuge auf die Ortsbrust werden im Gestein Druck- und Zugfestigkeitsgrenzen überschritten und dadurch Gesteinsmaterial mechanisch gelöst. Das gelöste Gesteinsmaterial wird anschließend in einer Brecherkammer mechanisch auf förderbare Größe gebrochen und im Slurry-, Band- oder Wagenförderverfahren abtransportiert. In der Tiefbohrtechnik wird das Material typischerweise analog gelöst und im Pump- oder Lufthebeverfahren abtransportiert.For mining of hard rock in tunnels to be drilled (essentially horizontal holes) and deep holes (essentially vertical holes) mining tools in the form of rollers or round shank bits are nowadays arranged on a rotating cutting wheel of a drill head. By generating a contact pressure of tunneling machine or drill head on the tools on the working face pressure and tensile strength limits are exceeded in the rock and thereby mechanically dissolved rock material. The dissolved rock material is then broken mechanically to recoverable size in a crusher chamber and transported away in the slurry, belt or cart conveyor. In deep drilling technology, the material is typically dissolved analogously and transported away in the pump or air lifting process.

[0004] Durch die Anwesenheit von bestimmten Bestandteilen, wie zum Beispiel Mineralien, im abzubauenden Hartgestein und Adhäsion findet ein Verschleiß der Abbauwerkzeuge statt, so dass diese in Abhängigkeit von Bohrfortschritt und Hartgesteinseigenschaften periodisch ausgewechselt werden müssen, was beträchtliche Unkosten verursachen kann. Im Tunnelbau bedarf dies eines Zugangs zum Schneidrad, was erst ab Durchmessern von ungefähr 1 '200 mm zulässig ist. In der Tiefbohrtechnik muss zum Austausch der Abbauwerkzeuge der Bohrkopf mitsamt eines mit ihm verbundenen Rohrstrangs ausgebaut und wieder eingebaut werden. In beiden Fällen muss der eigentliche Hartgesteinabbau zwischenzeitlich eingestellt werden, was die Gesamtabbauleistung der Bohrvorrichtung reduziert.Due to the presence of certain constituents, such as minerals, in the degraded hard rock and adhesion wear of the mining tools takes place, so that they must be replaced periodically depending on Bohrfortschritt and hard rock properties, which can cause considerable costs. In tunneling, this requires access to the cutting wheel, which is permitted only from diameters of about 1 '200 mm. In deep drilling, the drill head and its associated pipe string must be removed and reinstalled to replace the mining tools. In both cases, the actual hard rock mining be adjusted in the meantime, which reduces the total degradation capacity of the drilling device.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eineThe invention has for its object a method and a

Bohrvorrichtung zum Abbau von Hartgestein und ein Verfahren zum Abbau von Hartgestein zu schaffen, die einen effizienten und ökonomischen Abbau von Hartgestein ermöglichen.Drilling device for the extraction of hard rock and to provide a method for the degradation of hard rock, which allow an efficient and economical degradation of hard rock.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Verfahren zum Abbau von Hartgestein, wie es durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs charakterisiert ist. Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemässen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Verfahrensansprüche.This object is achieved according to the invention by a method for the degradation of hard rock, as characterized by the features of the independent method claim. Advantageous variants of the inventive method are the subject of the dependent method claims.

[0007] Insbesondere umfasst das erfindungsgemässe Verfahren die folgenden Schritte:In particular, the method according to the invention comprises the following steps:

Anordnen von mindestens zwei Elektroden an einer Ortsbrust; Erzeugen von Streamerentladungen durch das Hartgestein der Ortsbrust mittels frequenzgesteuertem Aufbauen einer Spannung zwischen den Elektroden.Arranging at least two electrodes on a working face; Generating streamer discharges through the hard stone of the working face by means of frequency-controlled build-up of a voltage between the electrodes.

[0008] Durch die frequenzgesteuerte Spannung zwischen den Elektronen können sich auf Grund derer unterschiedlichen elektrischen Potentiale geschaltete Streamerentladungen ausbilden, wobei diese wegen der kurzeitig höheren elektrischen Durchschlagsfestigkeit eines Dielektrikums, das sich vorzugsweise zwischen den Elektroden befindet, durch das abzubauende Hartgestein erzeugt werden. Wie oben beschrieben kann somit das Hartgestein erfindungsgemäss auf vorteilhafte Weise abgebaut werden.Due to the frequency-controlled voltage between the electrons can be formed due to their different electrical potentials switched streamer discharges, which are due to the short-term higher dielectric strength of a dielectric, which is preferably between the electrodes, are generated by the degraded hard rock. As described above, the hard rock can thus be degraded in an advantageous manner according to the invention.

[0009] Vorzugsweise wird eine Spülflüssigkeit zwischen den Elektroden eingebracht, mit welcher abgebautes Hartgestein abtransportiert wird.Preferably, a rinsing liquid is introduced between the electrodes, with which degraded hard rock is removed.

[0010] Besonders bevorzugt wird dabei eine Spülflüssigkeit verwendet, welche eine zumindest kurzzeitig höhere elektrische Durchschlagsfestigkeit aufweist als das abzubauende Hartgestein.Particularly preferred while a rinsing liquid is used, which has an at least temporarily higher electrical breakdown strength than the degraded hard rock.

[0011] Weiterhin wird vorzugsweise eine Turbine mittels der Spülflüssigkeit betrieben, so dass ein Generator durch die Turbine angetrieben wird und eine Wechselspannung erzeugt. Diese Wechselspannung wird dann über ein Gleichrichter in Gleichspannung umgewandelt und mittels eines Hochspannungsgenerators wird aus der Gleichspannung eine Hochspannung erzeugt, die frequenzgesteuert an die Elektroden übertragen wird.Furthermore, a turbine is preferably operated by means of the rinsing liquid, so that a generator is driven by the turbine and generates an AC voltage. This AC voltage is then over a rectifier is converted into DC voltage and by means of a high voltage generator, a high voltage is generated from the DC voltage, which is frequency-controlled transmitted to the electrodes.

[0012] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung, wie sie durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs charakterisiert ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Bohrvorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Vorrichtungsansprüche.Another aspect of the invention relates to a drilling apparatus as characterized by the features of the independent apparatus claim. Advantageous embodiments of the inventive drilling device emerge from the features of the dependent device claims.

[0013] Insbesondere sind an der Stirnseite des Bohrkopfs der Bohrvorrichtung mindestens zwei Elektroden angeordnet und die Bohrvorrichtung weist Spannungsmittel auf, über die frequenzgesteuert eine Spannung zwischen den Elektroden aufbaubar ist, und zwar derart, dass eine Streamerentladung durch das Hartgestein der Ortsbrust hindurch erzeugbar ist. Im Betrieb wird die erfindungsgemässe Bohrvorrichtung an der Ortsbrust des abzubauenden Hartgesteins angeordnet und die frequenzgesteuerte Spannung wird zwischen den Elektroden aufgebaut. Unter Ortsbrust wird hier die Stelle des Hartgesteins verstanden, an der das Hartgestein abgebaut werden soll beziehungsweise abgebaut wird. Durch die frequenzgesteuerte Spannung bilden sich zwischen den Elektronen auf Grund derer unterschiedlichen elektrischen Potentiale geschaltete Streamerentladungen aus, wobei diese wegen der kurzeitig höheren elektrischen Durchschlagsfestigkeit eines vorzugsweise vorhandenen Dielektrikums, das sich zwischen den Elektroden befindet, durch das abzubauende Hartgestein erzeugt werden. Dadurch wird dieses im Wirkbereich der Streamerentladungen entlang der Gefügegrenzen gelöst und abgebaut. Somit wird das Hartgestein nicht konventionell mit entsprechenden Abbauwerkzeugen mechanisch durch Überschreitung von Festigkeitsgrenzen gelöst, sondern durch quasi berührungslosen Abbau mittels elektrischer Entladungen im Hartgestein. Die Elektroden haben dabei keinen oder nur anliegenden Kontakt mit der Ortsbrust ohne wesentliche Kraftübertragung auf die Ortsbrust, so dass der Verschleiß an den Elektroden gering ist. Somit wird der Verschleiß an den Abbauwerkzeugen der Bohrvorrichtung und entsprechend die Stillstandzeiten der Bohrvorrichtung minimal gehalten, so dass ein ökonomischer und effizienter Abbau des Hartgesteins möglich ist.In particular, at least two electrodes are arranged on the front side of the drill head of the drilling device and the drilling device has tensioning means over which frequency-controlled voltage between the electrodes is buildable, in such a way that a streamer discharge through the hard rock of the working face can be generated. In operation, the drilling device according to the invention is arranged at the face of the hard rock to be degraded and the frequency-controlled voltage is built up between the electrodes. The working face here means the point of the hard rock where the hard rock is to be mined or is being mined. Due to the frequency-controlled voltage, streamer discharges are formed between the electrons due to their different electrical potentials, these streamer discharges being generated by the hard rock to be degraded because of the short-term higher electrical breakdown strength of a preferably present dielectric which is located between the electrodes. As a result, it is dissolved and degraded in the effective range of the streamer discharges along the structural boundaries. Thus, the hard rock is not solved conventionally with appropriate mining tools mechanically by exceeding strength limits, but by quasi non-contact degradation by means of electrical discharges in the hard rock. The electrodes have no or only adjacent contact with the working face without significant force transmission to the working face, so that the wear on the electrodes is low. Thus, the wear on the Dismantling tools of the drilling apparatus and accordingly minimized the downtime of the drilling device, so that an economic and efficient degradation of the hard rock is possible.

[0014] Vorzugsweise umfassen die Elektroden eine im Wesentlichen zentral an der Stirnseite angeordnete Zentralelektrode sowie eine Mehrzahl von peripher an der Stirnseite angeordnete Kaliberelektroden. Mittels einer solchen Anordnung der Elektroden, insbesondere bei einer ringförmigen Anordnung der Kaliberelektroden um die Zentrumselektroden herum, kann ein vorteilhafter Abbauquerschnitt erzeugt werden, der beispielsweise gross genug ist, dass ein Überschnitt zwischen dem Bohrkopf und dem den Bohrkopf umgebenden Gestein erzeugt werden kann.Preferably, the electrodes comprise a central electrode disposed substantially centrally on the end face and a plurality of caliber electrodes arranged peripherally on the end face. By means of such an arrangement of the electrodes, in particular with an annular arrangement of the caliber electrodes around the center electrodes around, an advantageous mining cross-section can be produced which is, for example, large enough that an overcut can be produced between the drill head and the rock surrounding the drill head.

[0015] Mit Vorteil umfasst die Bohrvorrichtung Spülmittel und der Bohrkopf weist ein Mantelrohr auf, wobei mittels der Spülmittel eine Spülflüssigkeit durch das Mantelrohr hindurch an die Stirnseite und zwischen die Elektroden förderbar ist. Die Spülflüssigkeit kann so einerseits als Dielektrikum zwischen den Elektroden eingesetzt werden, was heisst, dass sie als Isoliermedium um die Elektroden herum dient und der Sicherstellung der Streamerentladungen durch das abzubauende Hartgestein hindurch. Andererseits ist die Spülflüssigkeit auch Fördermedium, mit dem das abgebaute Hartgestein aus dem Abbaukanal transportiert werden kann.Advantageously, the drilling device comprises rinsing agent and the drill head has a jacket tube, wherein by means of the rinsing agent, a rinsing liquid through the jacket tube through to the front side and between the electrodes is conveyed. The rinsing liquid can be used on the one hand as a dielectric between the electrodes, which means that it serves as an insulating medium around the electrodes around and ensuring the Streamerentladungen through the degraded hard rock through. On the other hand, the rinsing liquid is also a conveying medium with which the mined hard rock can be transported out of the excavation channel.

[0016] In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist der Bohrkopf gegen sein der Stirnseite zugewandtes Ende hin einen Hochspannungsbereich, gegen sein der Stirnseite abgewandtes Ende hin einen Niederspannungsbereich und zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich einen Mittelspannungsbereich auf. Im Niederspannungsbereich sind dabei eine Turbine, die mittels der Spülflüssigkeit betreibbar ist, und ein Generator, der durch die Turbine antreibbar ist, angeordnet. Im Mittelspannungsbereich ist dabei ein Gleichrichter angeordnet, mittels welchem Wechselspannung aus dem Generator in Gleichspannung umwandelbar ist. Im Hochspannungsbereich ist dabei ein Hochspannungsgenerator mit Kondensatoren angeordnet, mittels dem eine an die Elektroden übertragbare frequenzgesteuerte Hochspannung erzeugbar ist. Über eine solche Anordnung können die Spannungsmittel im Bohrkopf selbst angeordnet sein und insbesondere können Streamerentladungen durch einen im Bohrkopf angeordneten Hochspannungs-Impulsgenerator erzeugt werden, der frequenzgesteuert die Spannungen an die Elektroden weiterleitet.In an advantageous embodiment, the drill head against its end facing the end toward a high voltage region, towards its end facing away from the end of a low-voltage range and between the high-voltage region and the low-voltage region a medium voltage range. In the low-voltage range, a turbine which can be operated by means of the flushing liquid and a generator which can be driven by the turbine are arranged. In the medium voltage range while a rectifier is arranged, by means of which AC voltage from the generator is converted into DC voltage. In the high voltage range, a high voltage generator with capacitors is arranged, by means of which a frequency-controlled high voltage which can be transmitted to the electrodes can be generated. About such an arrangement, the Tension means can be arranged in the drill head itself and in particular streamer discharges can be generated by a arranged in the drill head high-voltage pulse generator, the frequency-controlled passes the voltages to the electrodes.

[0017] Vorzugsweise ist der Hochspannungsgenerator isoliert gelagert. In einer solchen isolierten Umgebung können ungewollte Entladungen zwischen den Kondensatoren einfach vermieden werden.Preferably, the high voltage generator is stored isolated. In such an isolated environment unwanted discharges between the capacitors can be easily avoided.

[0018] Mit Vorteil weist der Bohrkopf eine Erdungseinrichtung auf, so dass ein sicherer stabiler Betrieb des Bohrkopfs gewährleistet werden kann, und so dass auf einfache Weise eine ausreichende Potentialdifferenz zwischen den Elektroden bereitgestellt werden kann.Advantageously, the drill head on a grounding device, so that a safe stable operation of the drill head can be ensured, and so that in a simple manner, a sufficient potential difference between the electrodes can be provided.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0019] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Hilfe der schematischen Zeichnungen. Es zeigen:Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the following description of an embodiment of the invention with the aid of the schematic drawings. Show it:

[0020] Fig. 1 eine Längsschnittansicht des Bohrkopfs eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Bohrvorrichtung, die hier beispielhaft für Tiefbohrungen geeignet ist; undFig. 1 is a longitudinal sectional view of the drill head of an embodiment of the inventive drilling device, which is suitable here for example for deep drilling; and

[0021] Fig. 2 eine Ansicht von einer Ortsbrust her auf die Elektroden der Bohrvorrichtung von Fig. 1.2 is a view of a working face forth on the electrodes of the drilling apparatus of Fig. 1.

Weg(e) zur Ausführung der ErfindungWay (s) for carrying out the invention

[0022] Bestimmte Ausdrücke werden in der folgenden Beschreibung aus praktischen Gründen verwendet und sind nicht einschränkend zu verstehen. Die Wörter „unten" und „oben" bezeichnen Richtungen in der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Die Ausdrücke „nach innen" und „nach aussen" bezeichnen Richtungen hin zum oder weg vom geometrischen Mittelpunkt der Bohrvorrichtung sowie benannter Teile derselben. Die Terminologie umfasst die oben ausdrücklich erwähnten Wörter, Ableitungen von denselben und Wörter ähnlicher Bedeutung.Certain terms are used in the following description for convenience and are not intended to be limiting. The words "bottom" and "top" designate directions in the drawing to which reference is made. The terms "inward" and "outward" refer to directions toward or away from the geometric center of the drilling apparatus and designated parts thereof. The terminology includes the words expressly mentioned above, derivatives thereof, and words of similar meaning.

[0023] In der Fig. 1 ist ein Bohrkopf einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung gezeigt. Sie weist ein im wesentlichen hohlzylindrisches Mantelrohr 1 (Schild) auf und darin untergebrachte Spannungsmittel zur Erzeugung einer Streamerentladungen auf. Der Bohrkopf ist aufgehängt und geführt über ein Bohrgestänge 2, das sukzessive verlängert an einem Bohrturm über Tage aufgehängt ist. Durch das Bohrgestänge wird von über Tage eine Spülflüssigkeit, die im in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel gleichzeitig Dielektrikum ist, zum Bohrkopf zugeführt.In Fig. 1, a drill head of a drilling device according to the invention is shown. It has a substantially hollow cylindrical jacket tube 1 (shield) and accommodated therein tension means for generating a streamer discharges. The drill head is suspended and guided by a drill pipe 2, which is suspended successively extended on a derrick for days. Through the drill pipe, a rinsing liquid, which is simultaneously a dielectric in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, is supplied from the surface to the drill head.

[0024] In einem oberen Niederspannungsbereich des Bohrkopfes wird die Spülflüssigkeit mit hydrostatischem Druck durch die im Niederspannungsbereich des Bohrkopfes angeordnete Turbine 3 (Moineau) geleitet, die als Untertagemotor und Bohrkopfantrieb fungiert. Die Turbine 3 treibt durch Rotationsbewegung einen Generator 4 an, der eine Eingangs-Wechselspannung liefert.In an upper low voltage range of the drill head, the flushing fluid is passed through hydrostatic pressure through the arranged in the low voltage region of the drill head turbine 3 (Moineau), which acts as a downhole motor and Bohrkopfantrieb. The turbine 3 drives by rotation a generator 4, which supplies an input AC voltage.

[0025] Vom Generator aus wird die Eingangs-Wechselspannung über einen Mittelspannungstransformator 5 in einen Mittelspannungsbereich des Bohrkopfes weitergeleitet. Im Mittelspannungsbereich wird die Eingangs- Wechselspannung über einen Gleichrichter 6 in eine Gleichspannung umgewandelt und weiter in einen unteren Hochspannungsbereich und eine Bohrkopfspitze geführt. Widerstände reduzieren bei Fehler den entsprechenden Kurzschlussstrom auf eine Ladeeinheit. Eine Erdung des gesamten Bohrkopfes erfolgt über eine Mantelaußenfläche über Gleitkontakte 7 in das Erdreich.From the generator, the input AC voltage is forwarded via a medium-voltage transformer 5 in a medium voltage range of the drill head. In the medium-voltage range, the input AC voltage is converted via a rectifier 6 into a DC voltage and further led into a lower high-voltage region and a Bohrkopfspitze. Resistors reduce the corresponding short-circuit current to a charging unit if an error occurs. A grounding of the entire drill head via a jacket outer surface via sliding contacts 7 in the soil.

[0026] Im Hochspannungsbereich des Bohrkopfes wird Hochspannung über einen Hochspannungsgenerator 8 nach dem Marx-Prinzip, bei dem die Kondensatoren 9 parallel geschaltet geladen und in Reihe geschaltet entladen werden, erzeugt. Um eine frühzeitige ungewollte Entladung zwischen den Kondensatoren 9 anstatt über als Zentrumselektrode 10 und Kaliberelektrode 11 ausgestalteten Elektroden zu vermeiden, ist der Hochspannungsgenerator isoliert gelagert.In the high voltage range of the drill head high voltage via a high voltage generator 8 according to the Marx principle, in which the capacitors 9 are connected in parallel and discharged in series, discharged generated. In order to avoid premature unwanted discharge between the capacitors 9 instead of electrodes designed as a center electrode 10 and a caliber electrode 11, the high voltage generator is mounted in an isolated manner.

[0027] Vom Hochspannungsgenerator wird die Hochspannung bei Erreichen einer Grenzspannung direkt frequenzgesteuert in die einzelnen Elektroden geleitet. Aufgrund der unterschiedlichen Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums und des Hartgesteins erfolgt die Streamerentladung zwischen der Zentrumselektrode 10 und den Kaliberelektroden 11 durch das Hartgestein hindurch. Die Kaliberelektroden 11 sind den Bohrkopf nach aussen überragend ausgestaltet und wie in der Fig. 2 am besten ersichtlich peripher an der Stirnseite des Bohrkopfs angeordnet. Durch diese Anordnung der Kaliberelektroden 11 wird ein gegenüber dem Mantelrohr 1 vergrößerter Aushubquerschnitt und ein Überschnitt zwischen Mantelrohr und umgebendem Hartgestein erzeugt. Das als Spülflüssigkeit fungierende Dielektrikum, das durch dasFrom the high voltage generator, the high voltage is directly controlled frequency controlled in the individual electrodes when reaching a threshold voltage. Due to the different dielectric strength of the dielectric and the hard rock, the streamer discharge takes place between the center electrode 10 and the caliber electrodes 11 through the hard rock. The caliber electrodes 11 are the drill head designed outwardly outstanding and as shown in Fig. 2 best seen peripherally disposed on the front side of the drill head. As a result of this arrangement of the caliber electrodes 11, an excavation cross-section which is larger than that of the jacket tube 1 and an overcut between the jacket tube and the surrounding hard rock is produced. The functioning as a rinsing liquid dielectric, which by the

Bohrkopfzentrum an die Ortsbrust geleitet wird, nimmt das losgelöste Hartgestein auf und fördert dieses mit Hilfe eingeblasener Luft nach dem Lufthebeverfahren im Überschnitt zwischen Mantelrohr 1 und umgebenden Hartgestein nach über Tage. Bohrkopfzentrum is passed to the face, takes the detached hard rock and promotes this with the help of injected air after the air lifting process in the overcut between casing 1 and surrounding hard rock to day.

Claims

Patentansprüche claims 1. Verfahren zum Abbau von Hartgestein, welches die folgenden Schritte umfasst:1. A process for the degradation of hard rock, comprising the following steps: Anordnen von mindestens zwei Elektroden (10, 11) an einer Ortsbrust; Erzeugen von Streamerentladungen durch das Hartgestein der Ortsbrust mittels frequenzgesteuertem Aufbauen einer Spannung zwischen den an der Ortsbrust angeordneten Elektroden (10, 11).Arranging at least two electrodes (10, 11) on a working face; Generating streamer discharges through the hard stone of the working face by means of frequency-controlled build-up of a voltage between the electrodes (10, 11) arranged at the working face. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem eine Spülflüssigkeit zwischen den Elektroden (10, 11) eingebracht wird, mit welcher abgebautes Hartgestein abtransportiert wird.2. The method of claim 1, wherein a rinsing liquid between the electrodes (10, 11) is introduced, with which degraded hard rock is removed. 3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine Spülflüssigkeit verwendet wird, welche eine zumindest kurzzeitig höhere elektrische Durchschlagsfestigkeit aufweist als das abzubauende Hartgestein.3. The method of claim 2, wherein a rinsing liquid is used, which has an at least temporarily higher electrical breakdown strength than the degraded hard rock. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem eine Turbine (3) mittels der Spülflüssigkeit betrieben wird, so dass ein Generator (4) durch die Turbine (3) angetrieben wird und eine Wechselspannung erzeugt, bei dem diese Wechselspannung über einen Gleichrichter (6) in eine Gleichspannung umgewandelt wird, und bei dem mittels eines Hochspannungsgenerators (8) aus der Gleichspannung eine Hochspannung erzeugt wird, die frequenzgesteuert an die Elektroden (10, 11) übertragen wird.4. The method according to any one of claims 2 or 3, wherein a turbine (3) is operated by means of the rinsing liquid, so that a generator (4) is driven by the turbine (3) and generates an AC voltage, in which this AC voltage via a Rectifier (6) is converted into a DC voltage, and in which by means of a high voltage generator (8) from the DC voltage, a high voltage is generated, which is frequency-controlled to the electrodes (10, 11) is transmitted. 5. Bohrvorrichtung zum Abbau von Hartgestein, die einen Bohrkopf umfasst, der eine einer Ortsbrust, die das abzubauende Hartgestein enthält, zugewandt anordenbare Stirnseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des Bohrkopfs mindestens zwei Elektroden (10, 11) angeordnet sind und dass die Bohrvorrichtung Spannungsmittel (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) aufweist, über die frequenzgesteuert eine Spannung zwischen den Elektroden (10, 11) aufbaubar ist derart, dass eine Streamerentladung durch das Hartgestein der Ortsbrust hindurch erzeugbar ist. 5. Drilling device for the degradation of hard rock, comprising a drill head, the one facing a working face, which contains the hard stone to be degraded facing arranged end face, characterized in that at the end face of the drill head at least two electrodes (10, 11) are arranged and that the drilling device has tensioning means (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) via which frequency-controlled voltage can be built up between the electrodes (10, 11) such that a streamer discharge can be generated through the hard rock of the working face. 6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Elektroden (10, 11) eine im wesentlichen zentral an der Stirnseite angeordnete Zentralelektrode (10) umfassen sowie eine Mehrzahl von peripher an der Stirnseite angeordneten Kaliberelektroden (11).6. Drilling device according to claim 5, wherein the electrodes (10, 11) comprise a central electrode arranged substantially centrally on the end face (10) and a plurality of peripherally arranged on the front side caliber electrodes (11). 7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, welche Spülmittel umfasst und bei welcher der Bohrkopf ein Mantelrohr (1) aufweist, wobei mittels der Spülmittel eine Spülflüssigkeit durch das Mantelrohr (1) hindurch an die Stirnseite und zwischen die Elektroden (10, 11) förderbar ist.7. Drilling device according to one of claims 5 or 6, which comprises flushing means and in which the drill head has a jacket tube (1), wherein by means of the rinsing agent a rinsing liquid through the jacket tube (1) through to the front side and between the electrodes (10, 11 ) is eligible. 8. Bohrvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher der Bohrkopf gegen sein der Stirnseite zugewandtes Ende hin einen Hochspannungsbereich, gegen sein der Stirnseite abgewandtes Ende hin einen Niederspannungsbereich und zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich einen Mittelspannungsbereich aufweist, wobei im Niederspannungsbereich eine Turbine (3), die mittels der Spülflüssigkeit betreibbar ist, und ein Generator (4), der durch die Turbine (3) antreibbar ist, angeordnet sind, wobei im Mittelspannungsbereich ein Gleichrichter (6) angeordnet ist, mittels welchem Wechselspannung aus dem Generator (4) in Gleichspannung umwandelbar ist, und wobei im Hochspannungsbereich ein Hochspannungsgenerator (8) mit Kondensatoren (9) angeordnet ist, mittels dem eine an die Elektroden (10, 11) übertragbare frequenzgesteuerte Hochspannung erzeugbar ist.8. Drilling device according to claim 7, wherein the drill head towards its end facing the end of a high voltage region, facing away from the front end towards a low voltage region and between the high voltage region and the low voltage region has a medium voltage range, wherein in the low voltage region, a turbine (3), which is operable by means of the rinsing liquid, and a generator (4), which is drivable by the turbine (3) are arranged, wherein in the medium voltage range, a rectifier (6) is arranged, by means of which AC voltage from the generator (4) convertible into DC voltage is, and wherein in the high voltage region, a high voltage generator (8) with capacitors (9) is arranged, by means of which a to the electrodes (10, 11) transferable frequency-controlled high voltage can be generated. 9. Bohrvorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher der Hochspannungsgenerator (8) isoliert gelagert ist.9. Drilling apparatus according to claim 8, wherein the high voltage generator (8) is mounted isolated. 10. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei welcher der Bohrkopf eine Erdungseinrichtung (7) aufweist. 10. Drilling device according to one of claims 5 to 9, wherein the drill head has a grounding device (7).
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