DE3111090A1

DE3111090A1 - Rotary drilling rig

Info

Publication number: DE3111090A1
Application number: DE19813111090
Authority: DE
Inventors: Werner 3160 Lehrte Wippig
Original assignee: Bade & Co 3160 Lehrte GmbH; Bade & Co GmbH
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1982-09-30

Abstract

Rotary drilling rig with a mobile drilling excavator with extendable boom and a drilling implement arranged on a winch rope or a kelly bar and having a hydraulic drive for the drilling implement. An essentially perpendicularly displaceable bracing device, which has bearing plates laterally displaceable by hydraulic cylinders, and also a hydraulic feed device for the drilling tool are arranged between the winch rope or the kelly bar and the drilling tool. Furthermore, a drilling bucket fitted with roller drilling bits and having a built-in pump device can be used as the drilling implement.

Description

Drehbohrgerät Rotary drilling rig

Die Erfindun; betrifft ein Drehbohrgerät, bestehend aus einem fahrbaren Bolrbagger mit ausziehbarem Ausleger und mit einem an einem Winlenseil oder einer Kellystange angeordneten Bohrgerät mit hydraulischem Antrieb für das Bohrenit.The invention relates to a rotary drilling rig, consisting of a mobile one Bolr excavator with an extendable boom and one on a Winlenseil or one Kelly bar arranged drilling device with hydraulic drive for the drilling.

Das bekannte Drehbohrgerät leidet unter dem Mangel, daß die Größe der Drehmomente beschränkt ist, die auf den Bohrer einwirken. Bei iusführungsformen mit einer Kellystange entsteht der Nachteil, daß wegen der begrenzten Festigkeit, insbesondere Drehfestigkelt der Kellystange, nur ein begrenztes Drehmoment und auch nur ein verhältnismäßig geringer Andruck auf das Bohrwerkzeug übertragen werden kann. Die geschilderten Nachteile entstehen insbesondere bei größeren Bohrdurchmessern oder bei Durchbohrung von standfesten Böden, bei denen automatisch schwerere Bohrbedingungen entstehen.The known rotary drilling rig suffers from a defect that the size the torques that act on the drill is limited. In the case of embodiments with a Kelly bar the disadvantage arises that because of the limited strength, in particular Drehfestigkelt the Kelly bar, only a limited torque and also only a relatively low pressure can be transferred to the drilling tool can. The disadvantages outlined arise in particular with larger drilling diameters or when drilling through stable soils, where automatically more difficult drilling conditions develop.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Drehbohranlage zu entwickeln bei der die bisherige Begrenzung des Drehmomentes und des Andrucks beseitigt ist. Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin eine Anlage zu entwickeln, die sowohl für Trockenbohrungen als auch für die DurchIührung von Spulbohrungen geeignet ist.The object of the invention is to develop a rotary drilling rig in which the previous limitation of torque and pressure has been eliminated. Furthermore, the object of the invention is to develop a system that both is suitable for dry bores as well as for the execution of winding bores.

SchlieBlich bestand die Aufgabe auch darin, ein Gerät zu entwickeln, das sowohl mit einem Windenseil als auch einer Kellystange betrieben werden kann.Finally, the task also consisted of developing a device which can be operated with a winch rope as well as a Kelly bar.

Die Erfindung besteht darin, daß zwischen dem Windenseil oder der Kellystange und einem Bohrwerkzeug eine im wesentlichen lctrecht verschiebbare Verspannvorrichtung angeordnet ist, die durch Hydraulikzylinder seitlich verschiebbar Anlageplatten aufweist, und daß außerdem eine hydraulische Vors hubeinrichtung fir das Bohrwerkzeug angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Verspannvorrichtun; ; und dem Bohrwerkzeug ein Drehmomentwandler mit Hochdruck-Hydrulik-(5lmctoren as Antrieb oder mit elektrischem Antrieb durch Unterwasser-E-Motoren angeorden, der in Abhängigkeit von diesen Antriebsmitteln auf das Bohrwerkzeug jede gewünschte Umdrehungszahl überträgt.The invention consists in that between the winch rope or the Kelly bar and a drilling tool a substantially vertically displaceable clamping device is arranged, the laterally displaceable contact plates by hydraulic cylinders has, and that also a hydraulic Vors lifting device fir the drilling tool is arranged. In one embodiment of the invention is between the Verspannvorrichtun; ; and the drilling tool a torque converter with high pressure hydraulic (5lmctoren as Drive or with electric drive by underwater electric motors arranged, the depending on these drive means on the drilling tool any desired Speed transmits.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung st die Antriebskraft für das Bohrgerät durch einen Drehtisch erzeugbar und das Drehmoment mittels der Kellystange auf den Drehmonentwandler übertragbar.In a further embodiment of the invention, the driving force is st can be generated for the drill by a turntable and the torque by means of the Kelly bar can be transferred to the torque converter.

Erfindungsgemäß ist ferner, das Bohrgerät am Dretimomentwandler bei bestimmten Vorrichtungen austauschbar angeordrlet. Erfindungsgemäß ist schließlich ein Bohrgerät mit rollenbohrmeißel-bestücktem Bchrkübel vorgesehen, der mit eingebauter Pumpeinrichtung versehen i t.According to the invention is also, the drill on the torque converter certain devices arranged interchangeably. Finally, according to the invention a drilling rig with a roller drill bit-equipped bucket is provided, the one with built-in Pump device provided i t.

Der technische Fortschritt der Erfindung besteht zunächst darin, daM die Drehbohranlage mit einer hydraulischen Verspanneinrichtung i. Bohrloch verspannt werden kann, damit das im Getriebe erzeugte Drehmoment direkt in das Bohrwerkzeug eingeleitet werden kann.The technical progress of the invention consists first of all in daM the drilling rig with a hydraulic bracing device i. Borehole strained can be so that the torque generated in the gearbox directly into the drilling tool can be initiated.

Die Reaktionskräfte des Bohrwerkzeuges werden hie.lbei durch die hydraulische Verspanneinrichtung voll aufgenommen, so daß diese Verspanneinrichtung als Widerlager für die Vorschibeinrichtung des Bohrwerkzeuges dienen kann.The reaction forces of the drilling tool are generated by the hydraulic Bracing device fully recorded, so that this bracing device as an abutment can serve for the feed device of the drilling tool.

Vorteilhaft ist ferner, daß durch die Verspannung der Drehbohranlage hinter dem Bohrwerkzeug ein Abweichen aus der vorgesehenen Bohrrichtung verhindert und ein sehr ruhiges, vibrationsarme.C3 Arbeiten des Bohrwerkzeuges erreicht wird. Auch wird dadurch der Verschleiß beim Arbeiten mit~Rollenmeißeln verringert.It is also advantageous that the bracing of the drilling rig behind the drilling tool prevents deviating from the intended drilling direction and a very quiet, low-vibration C3 working of the drilling tool is achieved. This also reduces wear when working with roller bits.

Bei Benutzung des Gerätes wird erst nach dem Verspannen der Drehbohranlage mit der eigentlichen Bohrarbeit begonnen. Diese Verspannung bietet hierbei die Möglichkeit, daß mit dem Erfindungsgegenstand nunmehr Bohrtiefen erreicht werden können, die mit bekannten Drnbohrgeräten nicht erzielbar sind.When using the device, the drilling rig is only tightened after it has been braced started the actual drilling work. This bracing offers the possibility of that with the subject of the invention drilling depths can now be achieved that are not achievable with known drilling devices.

In besonderer Fällen ist erfindungsgem.iß wersentlich, daß ein Bohrkübel mit eingebauter Pumpeinrichtung verwendet werden kann.In special cases, according to the invention, it is essential that a drill bucket can be used with a built-in pumping device.

Diese Möglichkeit ist dann von Bedeutung, wenn die Bohrung bis in gewachsenen Fels heruntergebracht werden soll oder im Verlauf der Bohrung harte Gesteinspartien zu durchbohren sind, für die normalerweise vom Trockenbohren auf ein Spülsystemverfahren umgestellt werden müßte, jedenfalls bei den bekannten Geräten.This option is important when the hole is up to Grown rock is to be brought down or hard in the course of the drilling Sections of rock to be drilled through are normally used for dry drilling a flushing system process would have to be converted, at least with the known devices.

Von Vorteil ist schließlich, daß es bei bestimmten Einzel@fällen möglich ist, z. B. bei kleineren Bohrdurchmessern von etwa 600 mm Durchmesser auf das Untersetzungsgetriebe, bzw. den Drehmomentwandler zu verzichten, wobei das untere Ende der Kellystange unmittelbar liit einer Anpreß- und Vorschubeinheit gekoppelt wird.Finally, it is advantageous that it is possible in certain individual cases is e.g. B. for smaller drilling diameters of about 600 mm diameter on the reduction gear, or to forego the torque converter, with the lower end of the Kelly bar is directly coupled to a pressure and feed unit.

In der ZeicAlung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung, teils mit einem Windenseil, teils mit einer Kellystange, dargestellt.In the drawing are several embodiments of the invention, shown partly with a winch rope, partly with a Kelly bar.

Fig. 1 zeit schematisch in der Ansicht eine VerspanneinricE-;tung mit Hydraulikmotoren und einem Drehmomentwandlers durch das das Drehmoment unmittelbar auf die Bohrschnecke übertragbar ist; Fig. la zeigt eine Aufsicht aus der sich ergibt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel wegen des standfesten Gebirges auf eine Verrohrung verzichtet wurde; Fig. 2 zeigt in der Seitenansicht eine Gesamtanordnung der Vorrichtung nach der Erfindung in Verbindung mit einem einem Bohrrohr, einem Drehtisch mit Kelly und Bohrbagger; Fig. 3 zeigt in einer Teilansicht das ausgeschwenkte Bohrgerät neben der Verrohrung; Fig. 4 zeigt in der Seitenansicht eine weitere Ausführungsform, bei der als Bohrwerkzeug ein Bohrküöel Verwendung findet; Fi. 5 schließlich, zeigt in der Seitenansicht eine Ausführungsform mit einem Bohrkopf unterhalb des Untersetzungsgetriebes.1 shows a schematic view of a bracing device with hydraulic motors and a torque converter through which the torque is immediate is transferable to the auger; Fig. La shows a plan view from which it follows that in this embodiment because of the stable mountains piping has not been used; Fig. 2 shows a side view of an overall arrangement the device according to the invention in connection with a drill pipe, a Rotary table with Kelly and dredger; Fig. 3 shows in a partial view the pivoted Drilling rig next to the casing; Fig. 4 shows a side view of a further embodiment, in which a Bohrküöel is used as a drilling tool; Fi. 5 finally shows in the side view an embodiment with a drill head below the reduction gear.

Fig. 1 zeigt in der Ansicht die Verspannvorrichtun,, bestehend aus den seitlich wirkenden Anlageplatten 1 mit radial angeordnetem Hydraulikzylinder 2, die auf das Bohrrohr 13 wirken. Zur Erzeugung der Vorschubkraft für den Bohrer dienen Äie Hydraulikzylinder 3. Oberhalb des Drehmomentwandlers 5 befi.lden sich die Hydraulikmotore 4, denen das Drucköl durch die Lei-ungen 4' zugefünrt wird. Unterhalb des Untersetzungsgetriebes befindet sich der Bohrer 7 mit der Welle 8 und der Bohrspitze 9, der mittels den Vorrichtung 6 am Untersetzungsgetriebe 5 austauschbar befestigt ist.Fig. 1 shows a view of the Verspannvorrichtun ,, consisting of the laterally acting contact plates 1 with a radially arranged hydraulic cylinder 2, which act on the drill pipe 13. To generate the feed force for the drill The hydraulic cylinders 3 are used above the torque converter 5 the hydraulic motors 4, to which the pressure oil is fed through the lines 4 '. The drill 7 with the shaft 8 is located below the reduction gear and the drill bit 9, which can be exchanged by means of the device 6 on the reduction gear 5 is attached.

Fi. la zeigt eine Abwandlung zu der Ausführungsfc gemäß Fig di bei standfestem Gebirge anwendbar ist. Bei dieser Ausführuiigsform wirken ctie Anlageplatten 1 unmittelbar unmittelbar auf elias Gebirge. Das Bohrrohr 15 kann also headieser Ausführungsform entfallen.Fi. la shows a modification of the embodiment according to FIG stable mountains is applicable. In this embodiment works ctie plant plates 1 directly on Elias Mountains. The drill pipe 15 This embodiment can therefore be omitted.

Fig. 2 zeigt die Gesamtanordnung einer hydraulischen Verrohrllngsmaschine. Die Teile 1 bis 9 entsprechen den entsprechend gekennzeichneten Teilen in Fig. 1. Abweichend von der Darstellung in Fig. 1 ist auf dem Bohrrohr 13 ein Drehtisch 12 angeordnet, er die Antriebsl-raft für das Bohrwerkzeug erzeugt. Von dem Drehtisch 12 führt eine Kellystange 17 zu dem Drehmomentwandler 5, wo die Antriebskraft auf das erforderliche Drehmoment für das Bohrwerkzeug 7 umgewandelt wird. Mit 14 ist die Rohrschelle bezeichnet, an der die Arme 15 über Gelenke 16 angreifen, so daß auf das 3ohrrohr 15 ein Kräftepaar übertragen wird, das eine hin- und her gehende :;yklische Schwenkbewegung des Bohrrohres 13 erzeugt.Fig. 2 shows the overall arrangement of a hydraulic casing machine. Parts 1 to 9 correspond to the correspondingly marked parts in FIG. 1. In a departure from the illustration in FIG. 1, a turntable 12 is located on the drill pipe 13 arranged, it generates the drive raft for the drilling tool. From the turntable 12 leads a Kelly bar 17 to the torque converter 5, where the driving force is on the required torque for the drilling tool 7 is converted. At 14 is denotes the pipe clamp on which the arms 15 engage via joints 16 so that on the 3ohrrohr 15 a couple of forces is transferred, the one going back and forth :; yclic pivoting movement of the drill pipe 13 is generated.

Die Verspannxorrichtung hängt an dem Windenseil 25, das über eine Umlenkrolle e4 zu den Antriebsvorrichtungen und dem BohrbaggUr geführt ist. Zwischen dem Ausleger 20 und dem Bohrbagger ist eine ausziMbare Stretie bestehend aus dem Hydraulikzylinder 21 und derl Kolben 22 anl,eordnet, so daß die Neigung des Auslegers 20 ohne Schwierigkeiten und schnell verändert werden kann. Mit 27 sind die Kraftaggregate und mit 50 das Führerhaus auf dem Bohrbagger 26 bezeichnet. Der Bohrbagger hat Ketten 28, die über Kettenrollen 29 ablaufen. Es versteht sich von selbst, daß statt des dargestellten Bohrgerätes 7 ein anderes beliebiges Bohrgerät verwendbar ist. Bei standfestem Gebirge ist es auch möglich, auf die Verwendung eines Bohrrohres 13 zu verzichten.The Verspannxorrichtung hangs on the winch cable 25, which has a Deflection roller e4 is guided to the drive devices and the BohrbaggUr. Between the boom 20 and the excavator is an extractable Stretie consisting of the Hydraulic cylinder 21 and the piston 22 are arranged so that the inclination of the boom 20 can be changed quickly and without difficulty. At 27 the power units are and with 50 denotes the driver's cab on the excavator 26. The excavator has chains 28, which run over chain rollers 29. It goes without saying that instead of the shown drilling device 7 any other drilling device can be used. at Stable rock, it is also possible to use a drill pipe 13 to renounce.

In Fig. 5 ist links von dem Bohrrohr 17 eine Verspanneinrichbung mit einem Drehtisch 12 dargestellt, bei der, abweichend von der Ausführungsform in Fig. 2 eine Kellystange 17 vorgesehen ist, während die Verspanneinrichtung mit den Anlageplatten 1 die gleiche Ausführungsform wie in Fig. 2 hat. Es versteht sich von selbst, daß die dargestellte Verspanneinrichtung mit der Kellystange 17 in das Bohrrohr 15 von oben eingelassen werden kann.In Fig. 5, a bracing device is to the left of the drill pipe 17 a turntable 12, in which, unlike the embodiment in Fig. 2 a Kelly bar 17 is provided, while the bracing device with the contact plates 1 has the same embodiment as in FIG. It goes without saying that the bracing device shown with the Kelly bar 17 in the drill pipe 15 of can be let in at the top.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Verspanneinrichtung mit den Anlageplatten 1 die gleiche Ausführungsform wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgebildet ist, jedoch unterhalb des Drehmomentwandlers 5 ein Bohrkübel 57 angeordnet ist, der mit einer eingebauten Pumpeinrichtung versehen werden kann. Diese Ausführungsform ist dann vorteilhaft, wenn die Bohrung bis in den gewachsenen Fels geführt werden soll oder im Verlauf der Bohrung harte Gesteinspartien zu durchbohren sind, für die bei den bekannten Geräten ein Umstellung vom Trockenbohren auf ein Spülsystemverfahren erforderlich ist.Fig. 4 shows a further embodiment of the invention in which the Bracing device with the contact plates 1 the same embodiment as in the already described embodiments is formed, but below of the torque converter 5, a drilling bucket 57 is arranged with a built-in Pump device can be provided. This embodiment is then advantageous if the drilling is to be carried out into the natural rock or in the course the drilling hard rock sections are to be pierced, for the known Devices require a switch from dry drilling to a flushing system method is.

Fig. 5 schließlich zeigt eine letzte Ausführungsform, bei der die Verspannvorrichtung mit dem Drehmomentwandler 5 den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen im wesentlichen gleicht, jedoch im unteren Teil ein Rollenbohrmeißel 47 vorgesehen ist, der mit einem Bohrkübel 49 kombiniert ist. Gemäß der Darstellung kann das Gerät ohne Verrohrung arbeiten, sofern die geologischen Verhältnisse das gestatten. In anderen Fällen empfiehlt sich das Arbeiten mit einer Verrohrung. Der Rollenbohrer 47 arbeitet mit Bohrflüssigkeit, die sich nm den unteren Teil des Gerätes angesammelt und mit 15' bezeichnet ist. Das Pumpaggregat 48 dient zum Absaugen der Bohrflüssigkeit, wie sich aus den Pfeilen in Fig. 5 erkennen läßt. Das abgebohrte Material sammelt sich in dem Dübel 49.Finally, FIG. 5 shows a final embodiment in which the Bracing device with the torque converter 5 the embodiments described so far essentially the same, but a roller drill bit 47 is provided in the lower part which is combined with a drill bucket 49. According to the illustration, the device work without piping, provided the geological conditions permit. In in other cases it is advisable to work with piping. The roller drill 47 works with drilling fluid that has accumulated nm the lower part of the device and is denoted by 15 '. The pump unit 48 is used to suck off the drilling fluid, as can be seen from the arrows in FIG. The drilled material collects in the dowel 49.

Eine derartige Anordnung ist dann technisch besonders vorteilhaft, wenn die Bohrung bis in den gewachsenen Felsen heruntergebracht werden soll oder im Verlauf der Bohrung harte Gesteinspartien zu durchbohren sind, für die normalerweise vom Trockenbohren auf ein Spülsystemverfahren umgestellt werden muß.Such an arrangement is then technically particularly advantageous, if the hole is to be brought down into the natural rock or In the course of the drilling, hard rock sections are to be drilled through, for which normally must be converted from dry drilling to a flushing system method.

Mit 50 ist ein Saugrohr bezeichnet, durch das mittels des Pumpaggregates 48 die mit dem abgebohrten Bohrklein vermischte Spül- Flüssigkeit angesaugt wird und am Pumpenaustritt dem Abfangrohr des Bohrkübels 49 durch den Auslaß 51 zugeführt wird. Die Feststoffe setzen sich dann im Auffangraum des Bohrkübels 49 ab, während die Spülflüssigkeit über den Rand des Bohrkübels 49 austritt und dann für den fortlaufendenden Bohrvorgang wieder zur Verfügung steht. Der Betrieb mit dem Bohrkübel 49 ist nicht an die Antriebsmittel gebunden, die im oberen Teil der Zeichnung dargestellt sind Es sind auch andere an sich bekannte Antriebsmittel möglich0 LeerseiteWith a suction pipe 50 is designated, through which by means of the pump unit 48 the mud mixed with the drilled cuttings liquid is sucked in and at the pump outlet the intercept pipe of the drill tub 49 through the Outlet 51 is supplied. The solids then settle in the collecting area of the drill bucket 49 while the flushing liquid exits over the edge of the drill tub 49 and is then available again for the ongoing drilling process. The operation with the drill bucket 49 is not tied to the drive means in the upper part There are also other drive means known per se possible0 Blank page

Claims

PATENT CLAIMS ö. Drehbohierä't, consisting of a mobile drilling excavator with an extendable boom and with one on a winch rope or a Kelly bar arranged drilling device with hydraulic drive for the drilling device, marked thereby, that between the winch cable (2) or the Kelly bar 17) and a drilling tool (7, 34, 47) a clamping device that is essentially vertically displaceable is arranged which has laterally displaceable contact plates (1) through hydraulic cylinders (2), and that in addition a hydraulic feed device ()) for the drilling tool; is arranged.

Rotary drilling device according to claim 1, characterized in that between the clamping device (1) and the drilling tool (7; 37, 47) a torque converter (5) with high-pressure hydraulic motors as a drive or with an electric drive is arranged by Unterwa water electric motors, which is dependent on these drive means transmits every desired number of revolutions to the drilling tool.

). Rotary drilling device with a Kelly bar according to Claim 1, characterized in that that the driving force for the drilling device can be generated by a turntable (12) and the torque can be transmitted to the torque converter by means of the Kelly rod (17) is.

4. Rotary drilling device according to claim 1, characterized in that the Drill on the torque converter (5) with devices (6) arranged interchangeably is.

Ancillary claims Ç. Rotary drilling rig, characterized by the use a roller drill bit (47) with a drill dowel (49) which is connected to a pump unit (48) is provided.

0. Rotary drilling device according to claim 1, characterized in that the pump unit (48) is provided with a suction pipe (50) which is intended for sucking off a mixture of drilling cuttings and flushing fluid and that an outlet (ski) is also provided through which the the sucked-in mixture is supplied to the J3ohrkdbel, the rinsing liquid exits over the edge of the drill cable (49).