VORRICHTUNG ZUM HERSTELLEN EINES BOHRLOCHES IN GESTEINSMATERIAL

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der AT 005644 U1 und aus der AT 007067 U1 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 U1, 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 U1, alleine durch eine Schlagbeanspruchung des Hüllrohres bei Eintreiben eines konischen Elements in das Hüllrohr bewirkt wird.

[0003] Aus der WO 03/062599 A1 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.

[0004] Die WO 92/09789 offenbart eine weitere Verankerung

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] Dadurch, dass erfindungsgemäß 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.

[0008] 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.

[0009] Zweckmäßig ist das geschlitzte Hüllrohr das erste Hüllrohr hinter der Bohrkrone.

[0010] 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.

[0011] Vorzugsweise erstreckt sich der Schlitz des geschlitzten Hüllrohres in Achsrichtung des Bohrgestänges.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] Vorzugsweise ist die Gewindetreibhülse aus Kunststoff gebildet.

[0015] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindetreibhülse einen geschlossenen, jedoch radial aufweitbaren Querschnitt aufweist.

[0016] Bevorzugt sind beide Gewinde konisch ausgebildet.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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 außenseitig aufweist, verschiebbar ist, jedoch mit Drehen des Bohrgestänges 1 gezwungen ist, sich mitzudrehen.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] 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.

Ansprüche

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.

Claims

1. Device for making a borehole in a rock material, with a drill bit (2) arranged at a drill rod (1) and having a larger diameter than the diamater of the drill rod (2), wherein the drill rod (1) is surrounded by a canning tube (3) at least in the end area behind the drill bit (2), wherein the canning tube (3) is formed in a slotted form along at least a part of its extension, characterised in that the slotted canning tube (3) has an inside thread (5) in its interior across at least a part of its slotted extension and that there is provided between the inside thread (5) and the drill bit (2) a thread drift (8) with an outside thread (9), which may be brought into engagement with the inside thread (5), wherein the thread drift (8) may be retractibly screwed into the inside thread (5) by means of the drill rod (1) until its outside thread (9) engages with the inside thread (5), and wherein at least one of the threads (5 and 9, respectively) has a conical form.

2. Device according to claim 1, characterised in that the inside thread (5) is provided at a thread drift sleeve (6) connected with the slotted canning tube (3).

3. Device according to claim 1 or 2, characterised in that the slotted canning tube (3) is the first canning tube behind the drill bit (2).

4. Device according to claim 1 to 3, characterised in that the thread drift sleeve (6) is also provided with a slot (7) corresponding with the slot (4) of the canning tube (3).

5. Device according to one of the claims 1 to 4, characterised in that the slot (4) of the slotted canning tube (3) extends into the axis direction of the drill rod (1).

6. Device according to one of the claims 1 to 5, characterised in that the outside thread (9) is formed in a conical way and may be screwed into the inside thread (5) of the canning tube (3) in a direction of rotation of the drill rod (1) opposing the direction of rotation while the borehole is being drilled.

7. Device according to one of the claims 1 to 6, characterised in that the thread drift (8) contacts the drill bit (2) when the drill rod (1) is removed and may be moved against the inside thread (5) of the canning tube (3) by means of the drill bit (2), wherein the drill bit (2) enters the canning tube (3) at least in part, and in fact with an end part with an external diameter which is slightly smaller than the internal diameter of the canning tube (3).

8. Device according to one of the claims 2 to 7, characterised in that the thread drift sleeve (6) is made of plastics.

9. Device according to one of the claims 2 to 8, characterised in that the thread drift sleeve (6) has a closed but radially expandable cross-section.

10. Device according to one of the claims 1 to 9, characterised in that both threads (5 and 9) are provided in a conical form.

Revendications

1. Dispositif pour réaliser un trou de forage dans la roche, avec une couronne de forage (2), disposée sur une tige de forage (1) et dont le diamètre est plus grand que le diamètre de la tige de forage (1), la tige de forage (1), au moins dans une zone d'extrémité située derrière la couronne de forage (2), étant entourée par un tube enveloppe (3), un tube enveloppe (3) étant fendu au moins sur partie de sa longueur, caractérisé en ce que le tube enveloppe (3) fendu présente intérieurement, sur au moins une partie de sa longueur fendue, un filetage intérieur (5), et en ce que, entre le filetage intérieur (5) et la couronne de forage (2), est prévu un mandrin d'entraînement fileté (8), muni d'un filetage extérieur (9) susceptible d'être mis en prise avec le filetage intérieur (5), ledit mandrin d'entraînement fileté (8) étant susceptible d'être vissé à l'intérieur du filetage intérieur (5), avec possibilité de rétraction, au moyen de la tige de forage (1), jusqu'à mise en prise de son filetage extérieur (9) avec le filetage intérieur (5), de préférence par l'intermédiaire d'une liaison à ajustement de forme avec la tige de forage (1), et au moins l'un des filetages (5 ou 9) étant conique.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filetage intérieur (5) est prévu sur une douille d'entraînement filetée (6), reliée au tube enveloppe (3) fendu.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube enveloppe (3) fendu est le premier tube enveloppe derrière la couronne de forage (2).

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la douille d'entraînement filetée (6) est également munie d'une fente (7), correspondant à la fente (4) du tube enveloppe (3).

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fente (4) du tube enveloppe (3) fendu s'étend dans la direction axiale de la tige de forage (1).

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le filetage extérieur (9) est conique et est susceptible d'être vissé dans le filetage intérieur (5) du tube enveloppe (3), dans le cas d'un sens de rotation de la tige de forage (1) opposé au sens de rotation rencontré pendant le forage du trou de forage.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, lors de la rétraction de la tige de forage (1), le mandrin d'entraînement fileté (8) arrive en contact avec la couronne de forage (2) et est déplaçable, au moyen de la couronne de forage (2), contre le filetage intérieur (5) du tube enveloppe (3), la couronne de forage (2) pénétrant, au moins en partie, dans le tube enveloppe (3) et, précisément, par une partie d'extrémité présentant un diamètre extérieur légèrement plus petit que le diamètre intérieur du tube enveloppe (3).

8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la douille d'entraînement filetée (6) est formée en matière synthétique.

9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la douille d'entraînement filetée (6) présente une section transversale fermée, cependant susceptible d'être élargie radialement.

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les deux filetages (5 et 9) sont coniques.

Zeichnung