WO2008128266A1 - Vorrichtung zum herstellen eines bohrloches in gesteinsmaterial - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for producing a borehole in rock material, with a arranged on a drill string and the diameter of the drill string with its diameter exceeding drill bit, wherein the drill string is surrounded at least in the end behind the drill bit by a cladding tube, wherein a cladding tube at least one Slit part of its length is formed.
- Devices of this type are known for example from AT 005644 Ul and from AT 007067 Ul.
- the cladding tube provided with a longitudinal slot for the purpose of fixing an anchorage in a borehole in the radial direction expandable which widening on the one hand, in accordance with the AT 005644 Ul, by a rebound of the standing under a bias cladding tube after severing a slot bridging Welding point is effected and optionally reinforced by penetration of an intermediate element into the interior of the cladding tube, and on the other hand, according to AT 007067 Ul, alone by a shock stress of the cladding tube when driving a conical element is effected in the cladding tube.
- the invention aims at a further development of the device described above in that setting an anchor can be done with great certainty and under particularly efficient expansion of a cladding tube.
- impact loads which are always less easily controlled, should be avoided, and it should be feasible to achieve a widening of the cladding tube in a predetermined minimum extent feasible.
- the slotted cladding tube has an internal thread inside over at least a portion of its slotted length and that between the internal thread and the drill bit a threaded driving mandrel is provided with an external thread, which is engageable with the internal thread, which Thread driving mandrel by means of the drill string to the engagement of its external thread with the internal thread retractable screwed into the internal thread, preferably via a positive connection to the drill string, and wherein at least one of the threads is conical.
- a preferred embodiment is characterized in that the internal thread is provided on a threaded sleeve, which is connected to the slotted cladding tube, whereby it is possible to select the at least partially slotted cladding tube from the series production of the cladding tubes. It only has to be provided with a slot, but does not need to be provided with an internal thread. In this case, the threaded sleeve is inserted with internal thread in the otherwise standard manufactured cladding tube and connected thereto.
- the slotted cladding is the first cladding behind the drill bit.
- the threaded sleeve is advantageously also provided with a slot which corresponds to the slot of the cladding tube.
- the slot of the slotted cladding tube extends in the axial direction of the drill string.
- a manufacturing technology preferred variant is characterized in that the external thread is conical and in the internal thread of the cladding tube in a direction of rotation of the drill string opposite to the direction of rotation during drilling of the wellbore can be screwed.
- the threaded driving mandrel comes when retracting the drill string with the drill bit in contact and is by means of the drill bit displaceable against the internal thread of Hüllrohes, wherein the drill bit at least partially penetrates into the cladding tube, with an end portion having an outer diameter which is slightly smaller than the inner diameter of the cladding tube.
- the threaded sleeve is formed of plastic.
- a further preferred embodiment is characterized in that the threaded friction sleeve has a closed, but radially expandable cross-section.
- both threads are conical.
- Fig. 1 illustrates a Schrägrissdarwolf the device with view in the interior thereof.
- 2 and 4 show axial sectional views of the device in two different operating conditions and Figs. 3 and 5 represent to Figs. 2 and 4 are respectively end views.
- a drill pipe 1 which is optionally composed of a plurality of sections lengthwise, has at its front end a drill bit 2.
- the drill pipe 1 is surrounded in the end behind the drill bit 2 by a cladding tube 3, wherein if necessary depending on the depth of the hole several cladding tubes lying one behind the other, the drill string 1 can surround.
- the design of the drill string 1 and of the cladding tube or of the cladding tubes for the purpose of removing the drill cuttings or for the purpose of supplying hardening material to be introduced into the drilled hole, such as cement mortar, can be carried out in the usual way.
- the drill string is hollow to supply a rinse to remove the cuttings.
- the slot 4 could also be arranged spirally, and it does not have to extend over the entire length of the cladding tube 3.
- an internal thread 5 is provided, namely on a sleeve 6, which is also slotted according to the illustrated embodiment, wherein the slot 7 of the sleeve 6, which is hereinafter referred to as a threaded sleeve 6, is arranged in the same circumferential position as the slot 4 of the cladding tube 3.
- the threaded sleeve 6 is connected to the cladding tube 3 non-rotatably.
- the arrangement of the internal thread 5 not directly on the cladding tube 3, but on the threaded sleeve 6, has the advantage that the production of the cladding tube 3 is possible in a simple manner as a slotted tube.
- a threaded driving mandrel 8 is provided, which has an external thread 9, which corresponds to the internal thread 5 of the threaded sleeve 6. At least one of the threads, so either the outer or the internal thread 9 or 5, or preferably both threads 9 and 5, are conical, so that it comes when screwing the Gewindedreibdorns 8 in the Gewindetreibhülse 6 to a widening of the cladding tube 3.
- the threaded mandrel 8 has centrally a hexagon socket through opening 10, whereby the threaded driving mandrel 8 along the drill string 1, which at least in this section, on which the expandable sheath 3 is provided, a hexagonal cross-section 11 réelle utility, is displaceable, but with rotation of the drill string 1 is forced to turn around.
- the threaded driving mandrel 8 is then screwed into the threaded sleeve 6, and an expansion of at least one section 15 of the cladding tube 3 occurs, as illustrated in FIG. 5.
- the expansion of the cladding tube 3 can be precisely metered, with an increasing rotational resistance of the drill string 1 when screwing the Thread driving mandrel 8 in the Gewindetreibhülse 6 close to a sufficient anchoring of the cladding tube 3 in the borehole.
- the threaded sleeve 6 does not necessarily have to be slotted; it may also have a closed circumference if its dimension and material still allow it to widen.
- the threaded sleeve 6 may also be formed of plastic.
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Abstract
Eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bohrloches in Gesteinsmaterial, mit einer an einem Bohrgestänge (1) angeordneten und den Durchmesser des Bohrgestänges (1) mit ihrem Durchmesser übersteigenden Bohrkrone (2), wobei das Bohrgestänge (1) zumindest im Endbereich hinter der Bohrkrone (2) von einem Hüllrohr (3) umgeben ist, wobei ein Hüllrohr (3) zumindest über einen Teil seiner Länge geschlitzt ausgebildet ist, ist zum Aufweiten des Hüllrohres (3) dadurch gekennzeichnet, dass das geschlitzte Hüllrohr (3) im Inneren über zumindest einen Teil seiner geschlitzten Länge ein Innengewinde (5) aufweist und dass zwischen dem Innengewinde (5) und der Bohrkrone (2) ein Gewindetreibdorn (8) mit einem Außengewinde (9) vorgesehen ist, das mit dem Innengewinde (5) in Eingriff bringbar ist, welcher Gewindetreibdorn (8) mittels des Bohrgestänges (1) bis zum Eingriff seines Außengewindes (9) mit dem Innengewinde (5) rückziehbar in das Innengewinde (5) einschraubbar ist, vorzugsweise über eine Formschlussverbindung mit dem Bohrgestänge (1), und wobei zumindest eines der Gewinde (5 bzw. 9) konisch ausgebildet ist.
Description
Vorrichtung zum Herstellen eines Bohrloches in Gesteinsmaterial
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bohrloches in Gesteinsmaterial, mit einer an einem Bohrgestänge angeordneten und den Durchmesser des Bohrgestänges mit ihrem Durchmesser übersteigenden Bohrkrone, wobei das Bohrgestänge zumindest im Endbereich hinter der Bohrkrone von einem Hüllrohr umgeben ist, wobei ein Hüllrohr zumindest über einen Teil seiner Länge geschlitzt ausgebildet ist.
Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der AT 005644 Ul und aus der AT 007067 Ul bekannt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist das mit einem Längsschlitz versehene Hüllrohr zwecks Fixierung einer Verankerung in einem Bohrloch in radialer Richtung aufweitbar, welches Aufweiten einerseits, und zwar gemäß der AT 005644 Ul, durch ein Auffedern des unter einer Vorspannung stehenden Hüllrohres nach Durchtrennen einer den Schlitz überbrückenden Schweißstelle bewirkt wird und gegebenenfalls durch Eindringen eines Zwischenelementes in das Innere des Hüllrohres verstärkt wird, und andererseits, gemäß der AT 007067 Ul, alleine durch eine Schlagbeanspruchung des Hüllrohres bei Eintreiben eines konischen Elements in das Hüllrohr bewirkt wird.
Aus der WO 03/062599 Al ist es bekannt, eine Verankerung in einem Bohrloch dadurch zu sichern, dass das Bohrgestänge von einem aufweitbaren Element umgeben ist, in das ein Fluid unter Druck unter wenigstens teilweisem Aufweiten des Außenumfangs des aufweitbaren Elements einbringbar ist. Diese Art der Sicherung ist aufwändig und bedingt eine absolute Dichtheit des aufweitbaren Elements.
Die Erfindung bezweckt eine Weiterentwicklung der eingangs beschriebenen Vorrichtung dahingehend, dass das Festlegen einer Verankerung mit großer Sicherheit und unter besonders effizienter Aufweitung eines Hüllrohres erfolgen kann. Insbesondere sollen Schlagbeanspruchungen, die stets weniger leicht kontrollierbar sind, vermieden werden, und es soll eine Aufweitung des Hüllrohres in einem vorbestimmten Mindestausmaß gesichert durchführbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungemäß dadurch gelöst, dass das geschlitzte Hüllrohr im Inneren über zumindest einen Teil seiner geschlitzten Länge ein Innengewinde aufweist und dass zwischen dem Innengewinde und der Bohrkrone ein Gewindetreibdorn mit einem Außengewinde vorgesehen ist, das mit dem Innengewinde in Eingriff bringbar ist, welcher
Gewindetreibdorn mittels des Bohrgestänges bis zum Eingriff seines Außengewindes mit dem Innengewinde rückziehbar in das Innengewinde einschraubbar ist, vorzugsweise über eine Formschlussverbindung mit dem Bohrgestänge, und wobei zumindest eines der Gewinde konisch ausgebildet ist.
Dadurch, dass erfϊndungsgemäß das Aufweiten des Hüllrohres mittels eines konischen Gewindes erfolgt, lässt sich die Aufweitung genau dosieren, zumal das Aufweiten durch die Anzahl der Umdrehungen beim Einschrauben des Außengewindes des Gewindetreibdorns in das Innengewinde vorherbestimmbar ist. Weiters werden hierbei Stoßbeanspruchungen, die wiederum zum Lockern eines teilweise aufgeweiteten Hüllrohres führen könnten, vermieden.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde an einer Gewindetreibhülse vorgesehen ist, die mit dem geschlitzten Hüllrohr verbunden ist, wodurch es möglich ist, das zumindest teilweise geschlitzte Hüllrohr aus der Serienfertigung der Hüllrohre auszuwählen. Es muss nur mit einem Schlitz versehen werden, braucht jedoch nicht mit einem Innengewinde versehen zu werden. In diesem Fall wird die Gewindetreibhülse mit Innengewinde in das sonst serienmäßig gefertigte Hüllrohr eingesetzt und mit diesem verbunden.
Zweckmäßig ist das geschlitzte Hüllrohr das erste Hüllrohr hinter der Bohrkrone.
Um mit einer möglichst geringen Krafteinbringung ein maximales Aufweiten des Hüllrohres zu erzielen, ist vorteilhaft die Gewindetreibhülse ebenfalls mit einem Schlitz versehen, der zu dem Schlitz des Hüllrohres korrespondiert.
Vorzugsweise erstreckt sich der Schlitz des geschlitzten Hüllrohres in Achsrichtung des Bohrgestänges.
Eine fertigungstechnisch bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde konisch ausgebildet ist und in das Innengewinde des Hüllrohres bei einer Drehrichtung des Bohrgestänges entgegengesetzt zur Drehrichtung während des Bohrens des Bohrloches einschraubbar ist.
Um in einfacher Weise ein Eingreifen des Außengewindes des Gewindetreibdorns in das Innengewinde des Hüllrohres sicherzustellen, gelangt der Gewindetreibdorn beim Rückziehen des Bohrgestänges mit der Bohrkrone in Kontakt und ist mittels der Bohrkrone
gegen das Innengewinde des Hüllrohes verschiebbar, wobei die Bohrkrone zumindest zum Teil in das Hüllrohr eindringt, und zwar mit einem Endteil, der einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig geringer ist als der Innendurchmesser des Hüllrohrs.
Vorzugsweise ist die Gewindetreibhülse aus Kunststoff gebildet.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindetreibhülse einen geschlossenen, jedoch radial aufweitbaren Querschnitt aufweist.
Bevorzugt sind beide Gewinde konisch ausgebildet.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Fig. 1 eine Schrägrissdarstellung der Vorrichtung mit Sicht in deren Inneres veranschaulicht. Die Fig. 2 und 4 zeigen Axialschnittdarstellungen der Vorrichtung in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen und die Fig. 3 und 5 stellen zu den Fig. 2 bzw. 4 jeweils Stirnansichten dar.
Ein Bohrgestänge 1 , das gegebenenfalls aus mehreren Abschnitten längenmäßig zusammengesetzt ist, weist an seinem vorderen Ende eine Bohrkrone 2 auf. Das Bohrgestänge 1 ist im Endbereich hinter der Bohrkrone 2 von einem Hüllrohr 3 umgeben, wobei bei Bedarf auch je nach Bohrlochtiefe mehrere Hüllrohre hintereinander liegend das Bohrgestänge 1 umgeben können. Die Ausgestaltung des Bohrgestänges 1 und des Hüllrohres bzw. der Hüllrohre zwecks Ausförderung des Bohrkleins bzw. zwecks Zuführung von in das Bohrloch einzubringendem aushärtenden Material, wie Zementmörtel, kann in üblicher Weise erfolgen. So ist beispielsweise das Bohrgestänge hohl, um Spülmittel zum Ausfördern des Bohrkleins zuzuführen.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hüllrohr 3, das unmittelbar hinter der Bohrkrone 2 vorgesehen ist, geschlitzt ausgebildet, wobei sich der Schlitz 4 über die gesamte Länge in konstanter Breite und parallel zur Längsachse des Hüllrohres 3 erstreckt. Der Schlitz 4 könnte jedoch auch spiralförmig angeordnet sein, und er muss sich auch nicht über die gesamte Länge des Hüllrohres 3 erstrecken. Im Inneren des Hüllrohres 3 ist ein Innengewinde 5 vorgesehen, und zwar an einer Hülse 6, die gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls geschlitzt ausgebildet ist, wobei der Schlitz 7 der Hülse 6, die nachfolgend als Gewindetreibhülse 6 bezeichnet ist, in gleicher Umfangslage angeordnet ist wie der Schlitz 4 des Hüllrohres 3. Die Gewindetreibhülse 6 ist mit dem Hüllrohr 3 unverdrehbar verbunden. Das Anordnen des Innengewindes 5 nicht direkt am Hüllrohr 3,
sondern an der Gewindetreibhülse 6, bringt den Vorteil, dass die Fertigung des Hüllrohres 3 in einfacher Weise als geschlitztes Rohr möglich ist.
Zwischen der Gewindetreibhülse 6 und der Bohrkrone 2 ist ein Gewindetreibdorn 8 vorgesehen, der ein Außengewinde 9 aufweist, das zum Innengewinde 5 der Gewindetreibhülse 6 korrespondiert. Zumindest eines der Gewinde, also entweder das Außen- oder das Innengewinde 9 bzw. 5, oder vorzugsweise beide Gewinde 9 und 5, sind konisch ausgebildet, sodass es beim Einschrauben des Gewindetreibdorns 8 in die Gewindetreibhülse 6 zu einem Aufweiten des Hüllrohres 3 kommt. Der Gewindetreibdorn 8 weist zentral eine Innensechskant-Durchgangsöffnung 10 auf, wodurch der Gewindetreibdorn 8 entlang des Bohrgestänges 1 , das zumindest in diesem Abschnitt, an dem das aufweitbare Hüllrohr 3 vorgesehen ist, einen Sechskantquerschnitt 11 außenseitigv aufweist, verschiebbar ist, jedoch mit Drehen des Bohrgestänges 1 gezwungen ist, sich mitzudrehen.
Um nach Fertigstellen des Bohrlochs das Hüllrohr 3 aufzuweiten, wird das Bohrgestänge in Achsrichtung entgegengesetzt zur Bohrrichtung 12, wie durch den Pfeil 13 veranschaulicht, zurückgezogen, wodurch ein Absatz 14 der Bohrkrone 2 mit dem Gewindetreibdorn 8 in Kontakt gelangt und diesen in Richtung zur Gewindetreibhülse 6 verschiebt. Durch Drehen des Bohrgestänges 1 entgegengesetzt zur Drehrichtung beim Bohren wird dann der Gewindetreibdorn 8 in die Gewindetreibhülse 6 eingeschraubt, und es kommt zu einem Aufweiten zumindest eines Abschnitts 15 des Hüllrohres 3, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist.
Durch die Wahl der Konizität der Gewinde 5 bzw. 9 und durch Wahl der Anzahl der Umdrehungen des Bohrgestänges 1 beim Einschrauben des Gewindetreibdorns 8 in die Gewindetreibhülse 6 lässt sich die Aufweitung des Hüllrohres 3 genau dosieren, wobei ein zunehmender Drehwiderstand des Bohrgestänges 1 beim Einschrauben des Gewindetreibdorns 8 in die Gewindetreibhülse 6 auf ein aureichendes Verankern des Hüllrohres 3 im Bohrloch schließen lässt.
Die Gewindetreibhülse 6 muss nicht unbedingt geschlitzt ausgebildet sein; sie kann auch einen geschlossenen Umfang aufweisen, wenn ihre Dimension und ihr Material ein Aufweiten trotzdem zulassen. Beispielsweise kann die Gewindetreibhülse 6 auch aus Kunststoff gebildet sein.
Claims
1. Vorrichtung zum Herstellen eines Bohrloches in Gesteinsmaterial, mit einer an einem Bohrgestänge (1) angeordneten und den Durchmesser des Bohrgestänges (1) mit ihrem Durchmesser übersteigenden Bohrkrone (2), wobei das Bohrgestänge (1) zumindest im Endbereich hinter der Bohrkrone (2) von einem Hüllrohr (3) umgeben ist, wobei ein Hüllrohr (3) zumindest über einen Teil seiner Länge geschlitzt ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlitzte Hüllrohr (3) im Inneren über zumindest einen Teil seiner geschlitzten Länge ein Innengewinde (5) aufweist und dass zwischen dem Innengewinde (5) und der Bohrkrone (2) ein Gewindetreibdorn (8) mit einem Außengewinde (9) vorgesehen ist, das mit dem Innengewinde (5) in Eingriff bringbar ist, welcher Gewindetreibdorn (8) mittels des Bohrgestänges (1) bis zum Eingriff seines Außengewindes (9) mit dem Innengewinde (5) rückziehbar in das Innengewinde (5) einschraubbar ist, vorzugsweise über eine Formschlussverbindung mit dem Bohrgestänge (1), und wobei zumindest eines der Gewinde (5 bzw. 9) konisch ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (5) an einer Gewindetreibhülse (6) vorgesehen ist, die mit dem geschlitzten Hüllrohr (3) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlitzte Hüllrohr (3) das erste Hüllrohr hinter der Bohrkrone (2) ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindetreibhülse (6) ebenfalls mit einem Schlitz (7) versehen ist, der zu dem Schlitz (4) des Hüllrohres (3) korrespondiert.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schlitz (4) des geschlitzten Hüllrohres (3) in Achsrichtung des Bohrgestänges (1) erstreckt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (9) konisch ausgebildet ist und in das Innengewinde (5) des Hüllrohres (3) bei einer Drehrichtung des Bohrgestänges (1) entgegengesetzt zur Drehrichtung während des Bohrens des Bohrloches einschraubbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindetreibdorn (8) beim Rückziehen des Bohrgestänges (1) mit der Bohrkrone (2) in Kontakt gelangt und mittels der Bohrkrone (2) gegen das Innengewinde (5) des Hüllrohres (3) verschiebbar ist, wobei die Bohrkrone (2) zumindest zum Teil in das Hüllrohr (3) eindringt, und zwar mit einem Endteil, der einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig geringer ist als der Innendurchmesser des Hüllrohrs (3).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindetreibhülse (6) aus Kunststoff gebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindetreibhülse (6) einen geschlossenen, jedoch radial aufweitbaren Querschnitt aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gewinde (5 und 9) konisch ausgebildet sind.
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