[0001] Die Erfindung betrifft einen Injektionsbohranker aus mindestens einem Stahlrohr.
[0002] Injektionsbohranker werden in den verschiedensten Ausführungsformen zum Verbinden
von gebrächen Gesteinsschichten eingesetzt, um insbesondere im untertägigen Bergbau,
aber auch im Tunnelbau aufgefahrene Strecken und Hohlräume offen zu halten.
[0003] Beispiele für derartige Injektionsbohranker offenbaren die DE-PS 936 082, die DE
31 45 923 A1 sowie die DE 34 00 182 C2.
[0004] Um solche Injektionsbohranker in das Gebirge einbringen zu können, werden zunächst
mit Hilfe von Bohrgestängen Bohrlöcher hergestellt, in welche nach dem Entfernen der
Bohrgestänge dann die Injektionsbohranker eingebracht und mit Hilfe von Injektionsmedien
in den Bohrlöchern fixiert werden. An den aus den Bohrlöchern ragenden Enden sind
den Injektionsbohrankern Ankerplatten zugeordnet, mit denen sie sich am Gebirge abstützen.
[0005] Die Praxis hat gezeigt, dass es nach dem Erstellen eines Bohrlochs häufig nicht mehr
möglich ist, das Bohrgestänge aus dem Bohrloch zu entfernen, um anschließend einen
Injektionsbohranker einzubringen. Dies ist bei einem wenig standfesten Gebirge der
Fall, da dort nach dem Entfernen des Bohrgestänges das Bohrloch in sich zusammenbricht
und somit für das Einbringen eines Injektionsbohrankers unbrauchbar wird.
[0006] Die WO 91/15657 offenbart einen Injektionsbohranker mit einem Ankerrohr, das an der
zum Bohrlochtiefsten gerichteten Ankerspitze eine Bohrkrone sowie Spül- und Injektionsöffnungen
aufweist. Das Ankerrohr ist mit einem Bohrlochverschluss sowie an dem aus dem Bohrloch
herausragenden Ende mit einem lösbaren Anschlusselement versehen. Zur Verwendung eines
solchen Ankerrohrs als Bestandteil eines Bohrgestänges und gleichzeitig als Anker
ist der als Bohrer ausgebildete Abschnitt, der mit einem als Bohradapter ausgebildeten
Anschlusselement versehen ist, gegen einen als Ankerrohr ausgebildeten Abschnitt austauschbar,
wobei der Abschnitt mit einem Bohrlochverschluss und einem Rückschlagventil versehen
ist.
[0007] Um die Ausbildung des sich bei einer Nachverpressung mittels eines mit mehreren Verpressventilen
ausgerüsteten Injektionsbohrankers ergebenden, aus einem Verpressmedium bestehenden
Verankerungskörpers kontrollierbarer zu gestalten, wird im Rahmen der DE 197 02 749
A1 vorgeschlagen, jedes Verpressventil individuell mit dem Verpressmedium zu beaufschlagen,
so dass der Verpressvorgang in einer an die örtlichen Verhältnisse der Bohrlochwandung
angepassten Weise durchgeführt werden kann. Die sich um die Verpressventile ausbildenden
radialen Aufweitungen des Verankerungskörpers können auf diese Weise reproduzierbarer
gestaltet werden.
[0008] Die DE 44 45 626 A1 macht den Vorschlag, einen Injektionsgleitbohranker mit einem
Blähpacker, einem Blähmantel und einem stabilen Stützrohr auszurüsten und in das Stützrohr
ein Ventil zu integrieren. Über das Blähventil erfolgt das Festsetzen des Blähpackers,
wobei dieser Vorgang erst eingeleitet wird, wenn die Bohrarbeiten abgeschlossen sind.
Dazu wird bei Beginn des Injektionsvorgangs ein Ventilkörper in den Blähpacker eingespült,
der sich an einem dort vorgesehenen und ausgebildeten Ventilsitz abstützt. Der Ventilkörper
wird nach Abschluss der Bläharbeiten durch Druckerhöhung zerstört, so dass dann Injektionsmaterial
in den Krafteinleitungsbereich eindringen kann. Der Blähpacker ist mit einem Nachverpressventil
ausgerüstet, das ein Nachverpressen der Freispielstrecke ermöglicht.
[0009] Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, einen
Injektionsbohranker zu schaffen, der auch bei einem weniger standfesten Gebirge sicher
und aufgabengerecht in einem Bohrloch lagefixiert werden kann.
[0010] Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
[0011] Kern der Erfindung ist die Konzeption eines Injektionsbohrankers, der sowohl zur
Erstellung eines Bohrlochs, zum Abdichten des Bohrlochs, zum Einbringen eines Injektionsmediums
in das Gebirge und als tragendes Element der Gebirgssicherung dient.
[0012] Zu diesem Zweck umfasst der erfindungsgemäße Injektionsbohranker mindestens ein Stahlrohr,
das einen an der äußeren Oberfläche glatt zylindrischen mittleren Längenabschnitt
und an den Enden äußere Gewindeabschnitte umfasst. Von diesen Gewindeabschnitten ist
ein erster Gewindeabschnitt einerseits mit einem Bohrantrieb und andererseits im Austausch
mit dem Bohrantrieb mit einem Injektionsadapter zur Zuführung eines Injektionsmediums
kuppelbar. Der am anderen Ende des Stahlrohrs liegende zweite Gewindeabschnitt dient
der Kupplung mit einem eine Bohrkrone tragenden, Austrittsbohrungen für das Injektionsmedium
aufweisenden Stangenkopf. Auf dem mit wenigstens einer Querbohrung versehenen mittleren
Längenabschnitt ist ein Blähschlauch lagefixiert.
[0013] Aufgrund der bezüglich der vertikalen Mittelquerebene spiegelbildlichen Ausbildung
des Stahlrohrs kann dieses beliebig gekuppelt werden.
[0014] Zum Einbringen eines Injektionsbohrankers wird zunächst der erste Gewindeabschnitt
mit einem Bohrantrieb gekuppelt. Durch den Bohrantrieb wird ein Bohrloch hergestellt,
wobei gleichzeitig ein Spülfluid über den Bohrantrieb zugeführt werden kann. Der Druck
des Spülfluids darf aber nicht so groß sein, dass der Blähschlauch aktiviert wird.
[0015] Ist das Bohrloch bis auf die geforderte Tiefe erstellt, wozu bei Bedarf zwei oder
mehrere Stahlrohre durch entsprechende Kupplungsmuffen aneinander gesetzt werden können,
wird der Bohrantrieb vom ersten Gewindeabschnitt entfernt. Anschließend werden eine
unter Druck verformbare Sperrkugel mit definierter Härte in den Längskanal des Stahlrohrs
eingeführt und danach der Injektionsadapter an den ersten Gewindeabschnitt gekuppelt.
[0016] Nunmehr wird das Injektionsmedium über den Injektionsadapter in das Stahlrohr eingebracht,
wobei die Sperrkugel bis zur Mündung der Sperrbohrung im Stangenkopf im Längskanal
verlagert wird. Hier dichtet die Sperrkugel den Austrittsbereich des Längskanals in
den Stangenkopf ab. Das Injektionsmedium tritt dadurch über die Querbohrung in der
Wand des Stahlrohrs in den Blähschlauch ein. Dieser bläht auf und dichtet druckabhängig
und formschlüssig gegen die Wand des Bohrlochs. Anschließend wird der Druck des Injektionsmediums
so weit erhöht, dass die Sperrkugel unter Verformung durch die Sperrbohrung im Stangenkopf
gepresst wird, dadurch in den Innenraum im Stangenkopf gelangt und somit den Weg für
das Injektionsmedium über den Stangenkopf und die dort vorgesehenen Austrittsbohrungen
in das umgebende Gebirge freigibt. Durch das druckabhängige Abdichten des Blähschlauchs
im Bohrloch kann das Injektionsmedium mit hohem Druck in das Gebirge injiziert werden.
Der Injektionsbereich im umgebenden Gebirge wird dadurch wesentlich vergrößert. Durch
diese Möglichkeit kann die Anzahl der zu setzenden Anker wesentlich reduziert werden.
[0017] Nach beendeter Injektion wird der Injektionsadapter vom ersten Gewindeabschnitt abgenommen
und für weitere Injektionen genutzt.
[0018] Die Erfindung bohrbarer Injektionsbohranker mit Injektionspacker erlaubt es folglich,
mit einfachen Mitteln in vergleichsweise kurzer Zeit eine Gebirgsankerung - auch in
einem gebrächen Gebirge - mit optimaler Injizierung von Injektionsflüssigkeiten durchzuführen.
[0019] Gemäß einer fertigungsgerechten Bauart entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs
2 ist der Stangenkopf mit einer ein Innengewinde aufweisenden Gewindemuffe auf den
zweiten Gewindeabschnitt geschraubt.
[0020] Die Bohrkrone ist gemäß Patentanspruch 3 mit einer mit einem Innengewinde versehenen
Schraubmuffe auf einem ein Außengewinde aufweisenden Stutzen des Stangenkopfs festgelegt.
Zwischen der Gewindemuffe und dem Stutzen des Stangenkopfs erstrecken sich die vom
Innenraum ausgehenden Austrittsbohrungen für das Injektionsmedium. Diese sind vom
Innenraum ausgehend vorzugsweise leicht in Richtung zum Stahlrohr geneigt angeordnet.
[0021] Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 4 ist auch die Bohrkrone mit einem Längskanal
versehen. Über diesen kann neben dem Spülfluid auch das Injektionsmedium in das Bohrloch
übertreten, wenn die Sperrkugel über den Längskanal in der Bohrkrone in das Bohrloch
gedrückt worden ist. Entsprechend ist der Durchmesser im Längskanal der Bohrkrone
in Relation zum Durchmesser der Sperrkugel gestaltet.
[0022] Damit das beim Herstellen des Bohrlochs anfallende Bohrklein einwandfrei umfangsseitig
des Stahlrohrs abgeführt werden kann, ist entsprechend den Merkmal des Patentanspruchs
5 auf dem der Bohrkrone zugewandten Ende des endseitig mit Presshülsen auf dem Stahlrohr
lagefixierten Blähschlauchs eine sich in Richtung zur Bohrkrone bis auf die äußere
Oberfläche des Stahlrohrs konisch verjüngende Abweiserhülse befestigt. Ein Stau im
Transport des Bohrkleins wird hierdurch vermieden. Die Wanddicke der Abweiserhülse
entspricht vorzugsweise der Wanddicke der Presshülsen.
[0023] Einer verbesserten Überführung des Injektionsmediums aus dem Längskanal im Stahlrohr
in den umfangsseitig des glatt zylindrischen Längenabschnitts fixierten Blähschlauch
dienen die Merkmale des Patentanspruchs 6.
[0024] Die Mündungen der Querbohrungen in die äußere Oberfläche des Stahlrohrs sind nach
Patentanspruch 7 durch eine das Stahlrohr straff umschließende elastische Hülse abgedeckt.
Die Elastizität der Hülse ist so gestaltet, dass sie erst bei einem bestimmten Innendruck
im Längskanal des Stahlrohrs nachgibt und dem Injektionsmedium den Weg in den Blähschlauch
zum Anpressen an die Bohrlochwandung freigibt. Die Hülse kann beispielsweise aus einem
Schlauchabschnitt gebildet sein.
[0025] Zur Lagesicherung der elastischen Hülse auf dem Stahlrohr vor dem Verpressen des
Blähschlauchs sind stirnseitig der Hülse auf dem Stahlrohr festgelegte Fixierringe
vorgesehen (Patentanspruch 8).
[0026] Der Bohrantrieb weist - mindestens mittelbar - entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs
9 eine Drehdurchführung für ein Spülfluid, wie z.B. Wasser, und eine mit der Drehdurchführung
verbundene Rohrkupplung auf. Die Rohrkupplung umfasst in einem ringförmigen Kupplungsmantel
zwei begrenzt drehbare sowie gegen eine elastische Rückstellkraft radial verlagerbare
Klemmbacken mit an den ersten Gewindeabschnitt angepassten inneren Gewindesegmenten
und in umfangsseitigen Vertiefungen gelagerte Rastkugeln. In die zylindrische innere
Oberfläche des Kupplungsmantels sind diametral einander gegenüberliegend in eine Umfangsrichtung
sperrende Rastausnehmungen vorgesehen. Die Flächen dieser Rastausnehmungen erstrecken
sich von einem radialen Absatz zunächst in Umfangsrichtung und dann leicht ansteigend,
bis sie in die innere Oberfläche übergehen.
[0027] Wird der Bohrantrieb aktiviert, werden die Rastkugeln durch die Kurvengebung der
Rastausnehmungen radial nach innen gedrückt, so dass sie dann an der inneren Oberfläche
des Kupplungsmantels entlang rollen. Hierbei umgreifen die Klemmbacken mit den inneren
Gewindesegmenten den ersten Gewindeabschnitt und drehen bei weiter andauernder Aktivierung
des Bohrantriebs das Stahlrohr mit der endseitigen Bohrkrone.
[0028] Ist die gewünschte Tiefe des Bohrlochs erreicht, wird der Bohrantrieb still gesetzt
und die Rohrkupplung um 90° zurück gedreht, bis dass die Rastkugeln unter dem Einfluss
der elastischen Rückstellkraft in die Rastausnehmungen gelangen und sich die Gewindesegmente
vom ersten Gewindeabschnitt lösen. Der Bohrantrieb steht mit dem Injektionsbohranker
nicht mehr in Verbindung. Anschließend kann die Drehdurchführung mit der Rohrkupplung
von dem ersten Gewindeabschnitt entfernt werden.
[0029] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird nach Patentanspruch
10 darin gesehen, dass die elastische Rückstellkraft für die zwischen segmentartigen,
sich an der inneren Oberfläche des Kupplungsmantels abstützenden Gleitkörpern radial
zwangsgeführten Klemmbacken durch neben den Gewindesegmenten angeordnete Schraubendruckfedern
gebildet ist. Die Enden der Schraubendruckfedern liegen vorzugsweise in Taschen der
Klemmbacken.
[0030] Schließlich ist es erfindungsgemäß noch von Vorteil, wenn gemäß Patentanspruch 11
der eine Schraubmuffe zur Verbindung mit dem ersten Gewindeabschnitt aufweisende Injektionsadapter
in Hintereinanderanordnung einen Schlauchanschluss, einen Mischer und ein Rückschlagventil
umfasst. Der Schlauchanschluss dient der Verbindung mit einer Injektionsleitung. Hierbei
ist vorzugsweise ein Schnell-Schnappverschluss vorgesehen. Der Mischer dient der Herstellung
einer ordnungsgemäßen Konsistenz des Injektionsmediums, während das Rückschlagventil
den Rückfluss des Injektionsmediums nach Füllen des Spalts zwischen der Bohrlochwandung
und dem Injektionsbohranker verhindert.
[0031] Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- im vertikalen Längsschnitt einen an einen Bohrantrieb gekuppelten Injektionsbohranker;
- Figur 2
- im vertikalen Längsschnitt den Injektionsbohranker der Figur 1, angekuppelt an einen
Injektionsadapter;
- Figur 3
- in vergrößertem Maßstab im Längsschnitt ein Stahlrohr des Injektionsbohrankers der
Figuren 1 und 2 mit einem Blähschlauch in der Bohrposition;
- Figur 4
- in nochmals vergrößertem Maßstab den mittleren Längenabschnitt des Stahlrohrs der
Figur 3 während der Verspannung des Injektionsbohrankers in einem Bohrloch;
- Figur 5
- in vergrößertem Maßstab im vertikalen Längsschnitt eine Drehdurchführung eines Bohrantriebs
zusammen mit einer Rohrkupplung;
- Figur 6
- einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der Figur 5 entlang der Linie VI-VI
in Richtung der Pfeile Vla gesehen in der entkuppelten Position;
- Figur 7
- die Darstellung der Figur 6 in der gekuppelten Position;
- Figur 8
- in vergrößertem Maßstab im vertikalen Längsschnitt den Injektionsadapter der Figur
2 und
- Figur 9
- in vergrößertem Maßstab im vertikalen Längsschnitt den Ausschnitt IX der Figur 2.
[0032] Mit 1 ist in den Figuren 1 und 2 ein Injektionsbohranker zur Verfestigung eines gebrächen
Gebirges bezeichnet.
[0033] Der Injektionsbohranker 1 umfasst (siehe auch Figur 3) ein Stahlrohr 2 mit einem
Längskanal 3. Die Enden des Stahlrohrs 2 weisen äußere Gewindeabschnitte 4, 5 auf.
Zwischen den Gewindeabschnitten 4, 5 erstreckt sich ein glatt zylindrischer mittlerer
Längenabschnitt 6. In diesem Längenabschnitt 6 sind vier um jeweils 90° umfangsseitig
zueinander versetzte und paarweise in diametraler Anordnung in zwei parallelen Querebenen
Q1, Q2 vorgesehene Querbohrungen 7 in der Wand 8 des Stahlrohrs 2 angeordnet. Die
Mündungen der Querbohrungen 7 in die äußere Oberfläche 9 des Stahlrohrs 2 sind durch
eine das Stahlrohr 2 straff umschließende elastische Hülse 10, z.B. in Form eines
Schlauchabschnitts, abgedeckt. Die axiale Lage der elastischen Hülse 10 auf dem Stahlrohr
2 ist durch zwei stirnseitig der Hülse 10 auf dem Stahlrohr 2 festgelegte Fixierringe
11 gesichert.
[0034] Die Querbohrungen 7, die Hülse 10 und die Fixierringe 11 werden von einem Blähschlauch
12 überdeckt. Der Blähschlauch 12 ist in der Nähe seiner Stirnflächen 13 durch Presshülsen
14 auf dem Stahlrohr 2 lagefixiert.
[0035] An dem einer Bohrkrone 15 des Injektionsbohrankers 1 (Figuren 1, 2 und 9) zugewandten
Ende des Blähschlauchs 12 ist eine sich in Richtung zur Bohrkrone 15 bis auf die äußere
Oberfläche 9 des Stahlrohrs 2 konisch verjüngende Abweiserhülse 16 befestigt. Die
Wanddicke der Abweiserhülse 16 entspricht in etwa der Wanddicke der Presshülsen 14.
[0036] Wie bei gemeinsamer Betrachtung der Figuren 1, 2 und 9, insbesondere aber der Figur
9, erkennbar ist, weist die Bohrkrone 15 eine Schraubmuffe 17 mit einem Innengewinde
18 auf, mit welchem sie auf einen ein Außengewinde 19 aufweisenden Stutzen 20 eines
Stangenkopfs 21 festgelegt ist, der seinerseits mit einer ein Innengewinde 22 aufweisenden
Gewindemuffe 23 auf den zweiten Gewindeabschnitt 5 des Stahlrohrs 2 geschraubt ist.
Die Bohrkrone 15 ist mit einem zentrischen Längskanal 24 versehen.
[0037] Der Stangenkopf 21 weist vom Boden 25 der Gewindemuffe 23 ausgehend eine Sperrbohrung
26 mit einem Dichtsitz 27 auf, welcher dem Längskanal 3 im Stahlrohr 2 zugewandt ist.
Die Sperrbohrung 26 mündet über einen konischen Längenabschnitt 28 in einen Innenraum
29, der im Durchmesser größer als die Sperrbohrung 26 und auch größer als der Längskanal
24 in der Bohrkrone 15 bemessen ist. Von dem Innenraum 29 gehen mehrere Austrittsbohrungen
30 aus, welche in die umfangsseitige Oberfläche 31 des Stangenkopfs 21 münden. Die
Austrittsbohrungen 30 sind von der Bohrkrone 15 weg geneigt.
[0038] Der vorstehend beschriebene Injektionsbohranker 1 wird zur Herstellung eines Bohrlochs
im Gebirge mit einer Drehdurchführung 32 als Bestandteil eines nicht näher veranschaulichten
Bohrantriebs BA sowie mit einer mit der Drehdurchführung 32 verbundenen Rohrkupplung
33 verbunden (Figuren 1 und 5 bis 7).
[0039] Die Drehdurchführung 32 umfasst ein ringförmiges Gehäuse 34 mit einem Anschluss 35
für ein Spülfluid SF, wie z.B. Wasser (Figur 5). Von einem mit dem Anschluss 35 verbundenen
Ringkanal 41 im Gehäuse 34 gehen Querbohrungen 36 bis zu einer zentralen Sackbohrung
37 in dem mit dem Bohrantrieb BA kuppelbaren Rotor 38 der Drehdurchführung 32. Die
Bereiche neben den Mündungen der Querbohrungen 36 in die äußere Oberfläche 39 des
Rotors 38 sind durch in dem Gehäuse 34 gekammerte Dichtringe 40 abgedichtet. Die axiale
Relativlage des Gehäuses 34 und des Rotors 38 wird durch einen Radialflansch 42 am
Rotor 38 sowie durch einen Sicherungsring 43 gewährleistet.
[0040] Mit dem Rotor 38 ist ein ringförmiger Kupplungsmantel 44 der Rohrkupplung 33 fest
verbunden. Stirnseitig des Kupplungsmantels 44 erstrecken sich eine Begrenzungsscheibe
45 und ein Fixierring 46.
[0041] Wie besonders die Figuren 5 bis 7 zu erkennen geben, sind zwischen dem Rotor 38 und
der Begrenzungsscheibe 45 innerhalb des Kupplungsmantels 44 zwei Klemmbacken 47 radial
verlagerbar. Die Klemmbacken 47 werden zwischen zwei sich an der inneren Oberfläche
48 des Kupplungsmantels 44 abstützenden segmentartigen Gleitkörpern 49 geführt.
[0042] Innenseitig weisen die Klemmbacken 47 an den ersten Gewindeabschnitt 4 angepasste
Gewindesegmente 50 auf. Zwischen den Gewindesegmenten 50 und den Gleitkörpern 49 (Figur
6) befinden sich taschenartige Ausnehmungen 51, in die Schraubendruckfedern 52 eingesetzt
sind. Die Schraubendruckfedern 52 versuchen, die Klemmbacken 47 radial nach außen
zu verlagern.
[0043] In umfangsseitigen Vertiefungen 53 der Klemmbacken 47 befinden sich in zwei nebeneinander
verlaufenden Querebenen Rastkugeln 54, die über den Umfang 55 der Klemmbacken 47 vorstehen.
[0044] In die überwiegend zylindrische innere Oberfläche 48 des Kupplungsmantels 44 sind
in diametraler Versetzung Rastausnehmungen 56 eingearbeitet. Die Rastausnehmungen
56 erstrecken sich von einem radialen Absatz 57 aus mit einer umfangsseitigen Fläche
58 und einer sich daran anschließenden geneigten Übergangsfläche 59 bis in die innere
Oberfläche 48 des Kupplungsmantels 44.
[0045] In der in der Figur 6 gezeigten entkuppelten Position kann der Injektionsbohranker
1 der Figuren 1 und 2 mit seinem ersten Gewindeabschnitt 4 zwischen den Gewindesegmenten
50 hindurch bis zum Anschlag an einen Dichtring 60 im Rotor 38 (Figur 5) geschoben
werden. Wird anschließend der Bohrantrieb BA aktiviert, dreht sich der Rotor 38 und
damit auch der Kupplungsmantel 44 der Rohrkupplung 33 gemäß dem Pfeil 62 in den Figuren
6 und 7, so dass die Rastkugeln 54 mitgenommen werden und über die Kurvenform der
Rastausnehmungen 56 radial nach innen gedrückt werden. Hierdurch werden auch die Klemmbacken
47 nach innen verlagert mit der Folge, dass die Gewindesegmente 50 den ersten Gewindeabschnitt
4 des Injektionsbohrankers 1 form- und kraftschlüssig umgreifen (Figur 7).
[0046] Beim weiteren Drehen des Bohrantriebs BA wird folglich der Gebirgsanker 1 gedreht,
so dass ein Bohrloch erzeugt werden kann.
[0047] Beim Bohren wird über den Anschluss 35 der Drehdurchführung 32 und über die Drehdurchführung
32 sowie den Längskanal 3 in dem Stahlrohr 2 ein Spülfluid SF dem Stangenkopf 21 zugeführt,
wo das Spülfluid SF über die Austrittsbohrungen 30 im Stangenkopf 21 und über den
Längskanal 24 in der Bohrkrone 15 austreten kann (Pfeile 61 in Figur 1). Das anfallende
Bohrklein gelangt zwischen der Bohrlochwandung und dem Injektionsbohranker 1 in Richtung
zur Bohrlochmündung. Hierbei ist Sorge dafür getragen, dass der Druck des Spülfluids
SF nicht ausreicht, die elastische Hülse 10 von den Mündungen der Querbohrungen 7
innerhalb des Blähschlauchs 12 abzuheben.
[0048] Ist das Bohrloch bis auf die geforderte Tiefe erstellt, wird die Rohrkupplung 33
so in Richtung des Pfeils 63 der Figur 7 verlagert, dass die Rastkugeln 54 nach dem
Erreichen der Rastausnehmungen 56 aufgrund der Rückstellkraft der Schraubendruckfedern
52 in die Rastausnehmungen 56 verlagert werden, so dass sich die Gewindesegmente 50
der Klemmbacken 47 vom ersten Gewindeabschnitt 4 lösen. Die Drehdurchführung 32 und
die Rohrkupplung 33 können danach vom ersten Gewindeabschnitt 4 abgezogen werden.
[0049] Im Anschluss daran wird eine flexible Sperrkugel 64 mit definierter Härte in den
Längskanal 3 des Stahlrohrs 2 eingeführt (Figur 2). Der Durchmesser der Sperrkugel
64 ist kleiner als der Durchmesser des Längskanals 3, jedoch größer als der Durchmesser
der Sperrbohrung 26 im Stangenkopf 21.
[0050] Nach dem Einführen der Sperrkugel 64 in den Längskanal 3 wird ein aus den Figuren
2 und 8 erkennbarer Injektionsadapter 65 mit einer Schraubmuffe 66 auf den ersten
Gewindeabschnitt 4 des Stahlrohrs 2 gedreht, bis dessen Stirnseite an einer Dichtung
67 im Innern der Schraubmuffe 66 zur Anlage gelangt. Zum leichteren Drehen des Injektionsadapters
65 sind an die Schraubmuffe 66 zwei diametral abstehende Handhebel 68 geschweißt.
[0051] Der Injektionsadapter 65 weist ferner in Längsrichtung eines mit der Schraubmuffe
66 verschweißten Rohrstücks 69 einen Schlauchanschluss 70, einen Mischer 71 sowie
ein Rückschlagventil 72 auf.
[0052] Nach dem Kuppeln einer Injektionsleitung an den Schlauchanschluss 70 wird das Injektionsmedium
IM aufgegeben (Figuren 2 und 3). Das Injektionsmedium IM durchströmt den Mischer 71
sowie das Rückschlagventil 72 und gelangt in den Längskanal 3 des Stahlrohrs 2, wo
es die Sperrkugel 64 bis zur Anlage an den Dichtsitz 27 der Sperrbohrung 26 verlagert
(Figuren 2 und 9).
[0053] Das Injektionsmedium IM kann folglich nicht über den Stangenkopf 21 in das Bohrloch
austreten. Vielmehr wird das Injektionsmedium IM unter Druckerhöhung über die Querbohrungen
7 unter Aufweiten der elastischen Hülse 10 (Figur 4) in den Blähschlauch 12 eintreten
und dessen mittleren, zwischen den Presshülsen 14 gelegenen Bereich 73 gegen die Bohrlochwandung
verpressen. Durch weitere Erhöhung des Injektionsdrucks verformt sich dann die Sperrkugel
64 zu einem ovalen Sperrkörper (strichpunktierte Linienführung in Figur 9) und tritt
durch die Sperrbohrung 26 in den Innenraum 29 des Stangenkopfs 21 ein. Das Injektionsmedium
IM kann nunmehr aus dem Innenraum 29 über die Austrittsbohrungen 30 in das Bohrloch
übertreten. Auch ein Übertritt über den Längskanal 24 in der Bohrkrone 15 ist gegebenenfalls
möglich.
[0054] Ist das Bohrloch einwandfrei mit dem Injektionsmedium IM verfüllt, wird ein Rückströmen
des Injektionsmediums IM aus dem Längskanal 3 im Stahlrohr 2 durch das Rückschlagventil
72 im Injektionsadapter 65 verhindert.
[0055] Die Zufuhr von Injektionsmedium IM wird gestoppt. Nach dem Aushärten des Injektionsmediums
IM kann der Injektionsadapter 65 nach Entfernung der Injektionsleitung vom Schlauchanschluss
70 von dem ersten Gewindeabschnitt 4 abgedreht werden.
Bezugszeichenaufstellung
[0056]
- 1 -
- Injektionsbohranker
- 2 -
- Stahlrohr v. 1
- 3 -
- Längskanal in 2
- 4 -
- erster Gewindeabschnitt
- 5 -
- zweiter Gewindeabschnitt
- 6 -
- mittlerer Längenabschnitt v. 2
- 7 -
- Querbohrungen in 8
- 8 -
- Wand v. 2
- 9 -
- äußere Oberfläche v. 2
- 10 -
- elastische Hülse
- 11 -
- Fixierringe f. 10
- 12 -
- Blähschlauch
- 13 -
- Stirnflächen v. 12
- 14 -
- Presshülsen f. 12
- 15 -
- Bohrkrone v. 1
- 16 -
- Abweiserhülse
- 17 -
- Schraubmuffe v. 15
- 18 -
- Innengewinde v. 17
- 19 -
- Außengewinde v. 20
- 20 -
- Stutzen v. 21
- 21 -
- Stangenkopf
- 22 -
- Innengewinde v. 23
- 23 -
- Gewindemuffe v. 21
- 24 -
- Längskanal in 15
- 25 -
- Boden v. 23
- 26 -
- Sperrbohrung in 21
- 27 -
- Dichtsitz an 26
- 28 -
- konischer Längenabschnitt in 21
- 29 -
- Innenraum v. 21
- 30 -
- Austrittsbohrungen in 21
- 31 -
- Oberfläche v. 21
- 32 -
- Drehdurchführung
- 33 -
- Rohrkupplung
- 34 -
- Gehäuse v. 32
- 35 -
- Anschluss an 34 f. SF
- 36 -
- Querbohrungen in 38
- 37 -
- Sackbohrung in 38
- 38 -
- Rotor v. 32
- 39 -
- äußere Oberfläche v. 38
- 40 -
- Dichtringe in 34
- 41 -
- Ringkanal in 34
- 42 -
- Radialflansch v. 38
- 43 -
- Sicherungsring an 38
- 44 -
- Kupplungsmantel v. 33
- 45 -
- Begrenzungsscheibe v. 33
- 46 -
- Fixierring v. 33
- 47 -
- Klemmbacken v. 33
- 48 -
- innere Oberfläche v. 44
- 49 -
- Gleitkörper v. 33
- 50 -
- Gewindesegmente v. 47
- 51 -
- taschenartige Ausnehmungen in 47
- 52 -
- Schraubendruckfedern
- 53 -
- Vertiefungen in 47
- 54 -
- Rastkugeln in 53
- 55 -
- Umfang v. 47
- 56 -
- Rastausnehmungen in 48
- 57 -
- radialer Absatz v. 56
- 58 -
- Fläche v. 56
- 59 -
- Übergangsfläche v. 56
- 60 -
- Dichtring in 38
- 61 -
- Pfeile
- 62 -
- Pfeil
- 63 -
- Pfeil
- 64 -
- Sperrkugel in 3
- 65 -
- Injektionsadapter
- 66 -
- Schraubmuffe v. 65
- 67 -
- Dichtung in 66
- 68 -
- Handhebel v. 65
- 69 -
- Rohrstück v. 65
- 70 -
- Schlauchanschluss v. 65
- 71 -
- Mischer v. 65
- 72 -
- Rückschlagventil v. 65
- 73 -
- Bereich v. 12
- BA -
- Bohrantrieb
- IM -
- Injektionsmedium
- Q1 -
- Querebene
- Q2 -
- Querebene
- SF -
- Spülfluid
1. Injektionsbohranker (1) aus mindestens einem Stahlrohr (2), das einen an der äußeren
Oberfläche (9) glattzylindrischen mittleren Längenabschnitt (6) und endseitig äußere
Gewindeabschnitte (4, 5) umfasst, von denen ein erster Gewindeabschnitt (4) einerseits
mit einem Bohrantrieb (BA) und andererseits im Austausch mit einem Injektionsadapter
(65) zur Zuführung eines Injektionsmediums (IM) und der andere zweite Gewindeabschnitt
(5) mit einem Austrittsbohrungen (30) für das Injektionsmedium (IM) und ein Spülfluid
(SF) aufweisenden, eine Bohrkrone (15) tragenden Stangenkopf (21) kuppelbar sind,
wobei umfangsseitig des mit wenigstens einer Querbohrung (7) versehenen mittleren
Längenabschnitts (6) ein Blähschlauch (12) lagefixiert und bei entkuppeltem Bohrantrieb
(BA) eine unter Druck verformbare Sperrkugel (64) in den Längskanal (3) des Stahlrohrs
(2) einführbar ist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Längskanals
(3), jedoch größer als der Durchmesser einer im Stangenkopf (21) am Übergang vom Längskanal
(3) auf einen im Durchmesser größer gestalteten Innenraum (29) im Stangenkopf (21)
vorgesehenen Sperrbohrung (26) ist.
2. Injektionsbohranker nach Patentanspruch 1, bei welchem der Stangenkopf (21) mit einer
ein Innengewinde (22) aufweisenden Gewindemuffe (23) auf den zweiten Gewindeabschnitt
(5) geschraubt ist.
3. Injektionsbohranker nach Patentanspruch 1 oder 2, bei welchem die Bohrkrone (15) mit
einer mit einem Innengewinde (18) versehenen Schraubmuffe (17) auf einem ein Außengewinde
(19) aufweisenden Stutzen (20) des Stangenkopfs (21) festgelegt ist.
4. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei welchem die Bohrkrone
(15) mit einem Längskanal (24) versehen ist.
5. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei welchem auf dem der
Bohrkrone (15) zugewandten Ende des endseitig mit Presshülsen (14) auf dem Stahlrohr
(2) lagefixierten Blähschlauchs (12) eine sich in Richtung zur Bohrkrone (15) bis
auf die äußere Oberfläche (9) des Stahlrohrs (2) konisch verjüngende Abweiserhülse
(16) befestigt ist.
6. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, bei welchem im mittleren
Bereich des Blähschlauchs (12) vier um jeweils 90° umfangsseitig zueinander versetzte
und paarweise in diametraler Anordnung in zwei parallelen Querebenen (Q1, Q2) vorgesehene
Querbohrungen (7) die Wand (8) des Stahlrohrs (2) durchdringen.
7. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei welchem die Mündungen
der Querbohrungen (7) in die äußere Oberfläche (9) des Stahlrohrs (2) durch eine das
Stahlrohr (2) straff umschließende elastische Hülse (10) abgedeckt sind.
8. Injektionsbohranker nach Patentanspruch 7, bei welchem die axiale Lage der elastischen
Hülse (10) auf dem Stahlrohr (2) durch zwei stirnseitig der Hülse (10) auf dem Stahlrohr
(2) festgelegte Fixierringe (14) gesichert ist.
9. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, bei welchem der Bohrantrieb
(BA) eine Drehdurchführung (32) für ein Spülfluid (SF) und eine mit der Drehdurchführung
(32) verbundene Rohrkupplung (33) aufweist, die in einem ringförmigen Kupplungsmantel
(44) zwei begrenzt drehbare sowie gegen eine elastische Rückstellkraft (52) radial
verlagerbare Klemmbacken (47) mit an den ersten Gewindeabschnitt (4) angepassten inneren
Gewindesegmenten (50) und in umfangsseitigen Vertiefungen (53) gelagerten Rastkugeln
(54) umfasst, welche mit der in eine Umfangsrichtung sperrende Rastausnehmungen (56)
aufweisenden, ansonsten zylindrischen inneren Oberfläche (48) des Kupplungsmantels
(44) zusammenwirken.
10. Injektionsbohranker nach Patentanspruch 9, bei welchem die elastische Rückstellkraft
(52) für die zwischen segmentartigen, sich an der inneren Oberfläche (48) des Kupplungsmantels
(44) abstützenden Gleitkörpern (49) radial zwangsgeführten Klemmbacken (47) durch
neben den Gewindesegmenten (50) angeordnete Schraubendruckfedern gebildet ist.
11. Injektionsbohranker nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, bei welchem der eine
Schraubmuffe (66) zur Verbindung mit dem ersten Gewindeabschnitt (4) aufweisende Injektionsadapter
(65) in Hintereinanderanordnung einen Schlauchanschluss (70), einen Mischer (71) und
ein Rückschlagventil (72) umfasst.