Bei bekannten derartigen Bohrvorrichtungen besteht ein ver- gleichsweise ungünstiges Verhältnis zwischen dem Durchmesser des zu erstellenden Bohrlochs und dem Durchmesser des Bohr- gestänges. Hieraus ergeben sich Schwierigkeiten bei der Spü- lung des Bohrlochs und beim Abtransport des beim Bohrfort- schritt an der Bohrlochsohle entstehenden Bohrkleins.

Darüber hinaus ist die mit der eingangs geschilderten Bohr- vorrichtung erreichbare Richtungsgenauigkeit beim Bohren so- wie die sich ergebende Gestängestabilität relativ gering.

Ein exaktes Bohren in der vorgegebenen Bohrrichtung wird mit der eingangs geschilderten herkömmlichen Bohrvorrichtung le- diglich bis zu einer Bohrtiefe von 15 m erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs ge- schilderte gattungsgemäße Bohrvorrichtung derart weiterzu- bilden, daß unter Vermeidung der vorstehend erwähnten Nach- teile der gattungsgemäßen Bohrvorrichtung einerseits eine erhöhte Gestängestabilität erreicht und andererseits die Spülung des zu erstellenden Bohrlochs sowie der Abtransport des an der Bohrlochsohle beim Bohrfortschritt entstehenden Bohrkleins erheblich effektiver gestaltet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bohrgestänge ein Innengestänge, mittels dem die Bohrenergie vom Drehschlag-Außenbohrhammer zur Bohrkrone übertragbar und in dem ein erster Spülkanal ausgebildet ist, der sich von einem ersten Spülmediumversorgungsanschluß bis zur Bohrkrone erstreckt, und ein Außengestänge aufweist, das das Innenge- stänge im Abstand umgibt und zwischen seiner Innenmantelflä- che und der Außenmantelfläche des Innengestänges einen zwei- ten Spülkanal ausbildet, der eingangsseitig an einem zweiten Spülmediumversorgungsanschluß und ausgangsseitig durch das Außengestänge durchbrechende Bohrungen an den zwischen der Außenmantelfläche des Außengestänges und der Bohrlochwandung ausgebildeten Ringraum angeschlossen ist. Aufgrund der Redu- zierung des Ringraums zwischen der Bohrlochwandung und der Außenmantelfläche des Bohrgestänges aufgrund des Vorhanden- seins des Außengestänges kann der Spülmediumdruck auch in Strömungsrichtung gesehen hinter bzw. oberhalb der Bohrloch- sohle besser aufrecht erhalten werden. Durch die zusätzliche Spülung durch den zweiten Spülkanal wird darüber hinaus ge- währleistet, daß insbesondere bei klüftigem Gestein der Spülmediumstrom nicht mehr unterbrochen wird. Zur Spülung des Bohrlochs steht erheblich mehr Spülmedium zur Verfügung, wobei selbst bei einem Verstopfen der Bohrkrone die Spülung des Bohrlochs durch den zweiten Spülkanal aufrecht erhalten

werden kann. Durch das Außengestänge kann der Ringraum zwi- schen der Außenmantelfläche des gesamten Bohrgestänges und der Bohrlochwandung optimal angepaßt werden. Hierdurch wird eine verbesserte Spülung erreicht. Darüber hinaus ergibt sich ein stabilerer Gestängestrang, so daß ein richtungsge- naues Bohren beim maximaler Bohrleistung auch bei größeren Bohrtiefen ohne weiteres erreicht werden kann. Nahezu jeder Drehschlag-Außenbohrhammer kann mit dem vorstehend geschil- derten Bohrgestänge ausgerüstet werden.

Als Innengestänge des Bohrgestänges der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung kann jedes herkömmliche, mit Drehschlag- Außenbohrhämmern einsetzbare Bohrgestänge vorgesehen sein, wobei lediglich geringe Nacharbeiten an diesem Bohrgestänge erforderlich sind.

Das Außengestänge des Bohrgestänges der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ist zweckmäßigerweise aus miteinander ver- bindbaren Mantelrohren ausgebildet, so daß letztere bei Be- schädigungen od. dgl. einzeln ausgetauscht werden können.

Um den Spülmediumstrom im Ringraum zwischen der Außenmantel- fläche des Bohrgestänges und der Bohrlochwandung über die gesamte Bohrlochtiefe nahezu in jedem Bereich unterstützen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die miteinander verbind- baren Mantelrohre jeweils nahe ihrer Verbindungsstelle mit dem in Bohrrichtung folgenden Mantelrohr die sie durchbre- chenden Bohrungen aufweisen. Hierdurch kann praktisch über die gesamte Erstreckung des Bohrlochs der Spülmediumstrom zum Abtransport des Bohrkleins unterstützt werden.

Die Mantelrohre des Außengestänges können eine vergleichs- weise geringe Wandstärke aufweisen, wodurch trotz optimal

möglicher Anpassung der Querschnittsfläche des Ringraums zwischen Außenmantelfläche des Bohrgestänges und Bohrloch- wandung die Gewichtserhöhung des Bohrgestänges insgesamt re- lativ gering bleibt.

Wenn in einer zum zweiten Spülmediumversorgungsanschluß füh- renden zweiten Spülmediumzufuhrleitung eine Schmiereinrich- tung angeordnet ist, ist es möglich, die Mantelrohre und die Gewindeverbindungen der das Innengestänge bildenden Bohr- stangen besser zu schmieren, so daß sich für das Bohrgestän- ge erhöhte Standzeiten ergeben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in einer zum zweiten Spülmediumversorgungsanschluß führenden zweiten Spülmediumzufuhrleitung eine zweite Durchflußre- geleinrichtung angeordnet ist, so daß der Durchflußstrom durch den zweiten Spülkanal bedarfsgerecht eingestellt wer- den kann.

Vorteilhaft ist das Außengestänge konzentrisch zum Innenge- stänge angeordnet, wodurch eine erhebliche Erhöhung der Sta- bilität des Gestängestrangs erreichbar ist. Aufgrund der er- höhten Stabilität des Gestängestrangs kann die Richtungsge- nauigkeit beim Bohren weiter erhöht werden.

In technisch-konstruktiv einfacher Weise läßt sich die Zen- trierung des Außengestänges in bezug auf das Innengestänge erreichen, wenn jede Bohrstange des Innengestänges im Be- reich ihrer beiden Enden eine Befestigungseinrichtung auf- weist, an der die beiden einander zugewandten Enden zweier aufeinanderfolgender Mantelrohre des Außengestänges lösbar befestigbar sind. Durch die lösbare Befestigung der Mantel-

rohre ist deren Austausch bei Beschädigungen etc. einfach möglich.

Wenn jede Bohrstange des Innengestänges im Bereich ihrer beiden Enden eine Führvertiefung aufweist, welche die ihr zugeordnete Befestigungseinrichtung drehfest und in Axial- richtung verschieblich haltert, ist es möglich, daß das aus den Mantelrohren bestehende Außengestänge weder mit der beim Schlaghub zu übertragenden Schlagenergie, noch mit der bei der Drehung des Bohrgestänges zu übertragenden Drehenergie beaufschlagt wird. An den Mantelrohren entstehen allenfalls Belastungen aufgrund der Reibung zwischen der Außenmantel- fläche der Mantelrohre und der Bohrlochwand oder bei einem Brechen des Gestänges. Der Verschleiß der Mantelrohre ist daher vergleichsweise gering. Dennoch kann das das Mantel- rohr aufweisende Außengestänge zuverlässig verhindern, daß größere Gesteinsmengen in das Bohrloch eindringen. Der Ver- lust eines Bohrgestänges aufgrund mangelnder Ziehbarkeit desselben bei Störungen im Bohrloch wird somit ausgeschlos- sen.

Um in jedem Fall eine Übertragung von Schlagenergie auf das Außengestänge zu vermeiden, sollte die Axialerstreckung je- der Führvertiefung etwa der Summe aus der Axialerstreckung der in ihr gehalterten Befestigungseinrichtung und dem Schlaghub des Drehschlag-Außenbohrhammers entsprechen. Ent- sprechend dem Schlaghub des Drehschlag-Anbohrhammers ergibt sich dann eine axiale Verstellbarkeit zwischen dem Innen- und dem Außengestänge.

Eine drehfeste Anbringung des Außengestänges am Innengestän- ge wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß die Befe-

stigungseinrichtungen in Umfangsrichtung formschlüssig mit den Führvertiefungen verbunden sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind etwaig für die Halterung der Mantelrohre aneinander und am Innengestän- ge erforderliche Verschleißteile in der Befestigungseinrich- tung angeordnet. Diese Verschleißteile können dann durch Austausch der Befestigungseinrichtung erneuert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung läßt sich ein be- sonders günstiges Verhältnis zwischen dem Bohrlochdurchmes- ser einerseits und dem Durchmesser des Bohrgestänges ande- rerseits erreichen. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Spülung des Bohrlochs sowie eine höhere Effektivität bei der Abförderung des an der Bohrlochsohle entstehenden Bohr- kleins. Diese verbesserte Spülung wird durch den erfindungs- gemäß vorgesehenen zweiten Spülkanal noch optimaler gestal- tet. Insbesondere für Großlochbohrungen im Bereich von Bohr- lochdurchmessern zwischen 70 und 180 mm kann die erfindungs- gemäße Bohrvorrichtung unter optimaler Erreichung der mit ihr erzielbaren Vorteile eingesetzt werden. Aufgrund des bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung vorhandenen zweiten Spülmediumstroms wird erreicht, daß die aufwärts gerichtete Spülmediumströmung im Ringraum zwischen der Außenmantelflä- che des Bohrgestänges und der Bohrlochwandung auch bei flüchtigem Gestein nicht abreißt, denn oberhalb einer Kluft entsteht ein Unterdruck, mittels dem das Bohrklein nach oben gezogen wird. Mittels des zweiten Spülkanals können bei Be- <BR> <BR> <BR> <BR> darf auch Bindemittel, z. B. Glukose od. dgl., zur Stabilisie- rung der Bohrlochwandung eingebracht werden. Resultierend aus der mittels der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung er- reichten Optimierung kann die Antriebsleistung der Bohrvor- richtung und können deren Kompressoren verkleinert werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausführungs- form unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur eine Ausführungsform der erfindungsge- mäßen Bohrvorrichtung prinzipiell dargestellt ist.

Eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung hat einen in der ein- zigen Figur lediglich hinsichtlich seiner Funktionsweise prinzipiell durch zwei Pfeile dargestellten Drehschlag- Außenbohrhammer l, mittels dem Bohrenergie in Form einer Dreh- und einer Schlagbewegung erzeugbar ist. Für die erfin- dungsgemäße Bohrvorrichtung können unterschiedliche Bautypen von Drehschlag-Außenbohrhämmern 1 zum Einsatz kommen.

Die Übertragung der vom Drehschlag-Außenbohrhammer 1, der außerhalb des Bohrlochs 2 angeordnet ist, erzeugten Bohr- energie zur Bohrlochsohle 3 erfolgt mittels eines Innenge- stänges 4, das so mit dem Drehschlag-Außenbohrhammer 1 ver- bunden ist, daß die Dreh- und die Schlagbewegung, wie sie vom Drehschlag-Außenbohrhammer 1 erzeugt wird, auf das In- nengestänge 4 übertragbar ist.

Das Innengestänge 4 bildet einen Bestandteil des gesamten Bohrgestänges 5 der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung.

Zu dem Bohrgestänge 5 gehört noch ein Außengestänge 6, wel- ches das Innengestänge 4 konzentrisch umgibt.

Mittels des Innengestänges 4 wird die Bohrenergie zu einer Bohrkrone 7 übertragen, mittels der die Bohrenergie durch fortschreitende Zerstörung der Bohrlochsohle 3 in Bohrfort- schritt umsetzbar ist.

Zum Abtransport des bei der Zerstörung der Bohrlochsohle 3 entstehenden Bohrkleins weist die Bohrkrone 7 Spülmediumaus- lässe 8 auf, die mittels eines bohrkronenseitigen Spülme- diumanschlusses 9 in Fluidverbindung mit einem ersten Spül- kanal 10 stehen, der seinerseits über einen ersten Spülme- diumversorgungsanschluß 11, der in einem Haltekopf 12 der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ausgebildet ist, und eine erste Spülmediumversorgungsleitung 13 an eine Spülmediumver- sorgungsquelle 14 angeschlossen ist.

In der ersten Spülmediumversorgungsleitung 13 ist eine von einem Bohrstand 15 aus bedienbare erste Durchflußregelein- richtung 16 angeordnet, mittels der die Spülmediumbeauf- schlagung an der Bohrlochsohle 3 in Abhängigkeit vom anste- henden Gestein und anderen Parametern einstellbar ist. Das im Bereich der Bohrlochsohle 3 durch die Bohrkrone 7 zer- störte bzw. zerkleinerte Gestein wird mittels des in der be- schriebenen Weise zur Bohrlochsohle 3 gelangenden Spülmedi- ums durch den Ringraum 17, der zwischen der Außenmantelflä- che des Außengestänges 6 und der Bohrlochwandung 18 ausge- bildet ist, aufwärts in Richtung zum Bohrlochmund 19 ab- transportiert.

Das Innengestänge 4 besteht aus miteinander drehfest verbun- denen Bohrstangen 20, die jeweils mittig mit den ersten Spülkanal 10 ausbildenden Axialbohrungen versehen sind.

Nahe ihren Enden weisen die Bohrstangen 20 jeweils eine Führvertiefung 21 auf, in denen in noch zu beschreibender Weise jeweils eine Befestigungseinrichtung 22 gehaltert ist.

Die Befestigungseinrichtung 22 dient zur drehfesten und axialverschieblichen Anbringung von das Außengestänge 6 aus- bildenden Mantelrohren 23 am Innengestänge 4.

An jeder Befestigungseinrichtung 22 sind die einander zuge- ordneten Enden zweier aufeinanderfolgender Mantelrohre 23 befestigbar. Die Befestigungseinrichtungen 22 sitzen dreh- fest und axialverschieblich in den in den Bohrstangen 20 ausgebildeten Führvertiefungen 21, so daß das durch die Man- telrohre 23 gebildete Außengestänge 6 in bezug auf das durch die Bohrstangen 20 ausgebildete Innengestänge 4 drehfest und axialverschieblich angeordnet ist.

Die Axialerstreckung jeder Führvertiefung 21 entspricht der Summe aus der Axialerstreckung der ihr zugeordneten Befesti- gungseinrichtung 22 und dem Schlaghub des Drehschlag- Außenbohrhammers 1 ; hierdurch kann verhindert werden, daß das Außengestänge 6 bzw. die Mantelrohre 23 mit der vom Drehschlag-Außenbohrhammer 1 erzeugten Schlagenergie beauf- schlagt werden.

Etwaige Verschleißteile 24, die für die bewegliche Anbrin- gung des Außengestänges 6 am Innengestänge 4 erforderlich sind, sind als Bestandteile der Befestigungseinrichtung 22 ausgebildet.

Des weiteren sind die Mantelrohre 23 des Außengestänges 6 mit einer Eingriffsvertiefung 25 ausgestaltet, die mit her- kömmlichen, in der Figur nicht dargestellten Lösevorrichtun- gen zusammenwirken können. Darüber hinaus sind die Bestand- teile des Bohrgestänges 5 so gestaltet, daß sie mit bewähr- ten Magazinen, Halteköpfen 12 und Lösevorrichtungen verwen- det werden können.

Die Mantelrohre 23 drehen sich mit dem Innengestänge 4 bzw. den Bohrstangen 20, so daß sie nicht mit einem Drehmoment belastet werden.

Aufgrund der geringen mechanischen Belastung der Mantelrohre 23 des Außengestänges 6 können die Mantelrohre 23 ver- gleichsweise dünnwandig ausgestaltet werden, so daß sich das Gesamtgewicht des Bohrgestänges 5 durch das zusätzliche Au- ßengestänge 6 nicht erheblich erhöht.

Zwischen der Außenmantelfläche des Innengestänges 4 bzw. der Bohrstangen 20 und der Innenmantelfläche des Außengestänges 6 bzw. der Mantelrohre 23 wird bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ein ringförmiger zweiter Spülkanal 26 ausge- bildet. Dieser zweite Spülkanal 26 ist mittels eines im Hal- tekopf 12 vorgesehenen zweiten Spülmediumversorgungsan- schlusses 27 an eine zweite Spülmediumzufuhrleitung 28 ange- schlossen, die ihrerseits mit der Spülmediumversorgungsquel- le 14 in Fluidverbindung steht.

In der zweiten Spülmediumzufuhrleitung 28 ist eine vom Bohrstand 15 aus betätigbare zweite Durchflußregeleinrich- tung 29 angeordnet, mittels der der Spülmediumstrom durch die zweite Versorgungsleitung 28 und damit durch den zweiten Spülkanal 26 einstellbar ist.

Des weiteren ist in der zweiten Spülmediumzufuhrleitung 28 eine Schmiereinrichtung 30 vorgesehen, mittels der ein ge- eignetes Schmiermittel in die zweite Spülmediumzufuhrleitung 28 einbringbar ist, so daß es die Lebensdauer der Mantelroh- re 23 sowie der Gewindeverbindungen der Bohrstangen 20 be- trächtlich erhöhen kann.

In den Mantelrohren 23 sind im dargestellten Ausführungsbei- spiel jeweils nahe den unteren Befestigungseinrichtungen 22 Bohrungen 31 ausgebildet, durch die hindurch Spülmedium aus dem zweiten Spülkanal 26 in den Ringraum zwischen der Bohr- lochwandung 18 und der Außenmantelfläche der Mantelrohre 23 bzw. des Außengestänges 6 eindringen kann. Hierdurch kann die Abförderung des an der Bohrlochsohle 3 mittels der Bohr- krone 7 erzeugten Bohrkleins durch den Ringraum 17 zwischen der Außenmantelfläche des Außengestänges 6 und der Bohrloch- wandung 18 bei Bedarf stark unterstützt werden, der anson- sten allein durch das durch den ersten Spülkanal 10 der Bohrkrone 7 und damit der Bohrlochsohle 3 zugeführte Spülme- dium bewerkstelligt werden müßte.

Des weiteren wird der Abtransport des an der Bohrlochsohle 3 durch die Bohrkrone 7 erzeugten Bohrkleins durch den Ring- raum 17 auch dadurch erleichtert, daß aufgrund des Vorhan- denseins des Außengestänges 6 die Querschnittsfläche des Ringraums 17 erheblich reduziert ist, so daß der Druck des Spülmediums im Ringraum 17 vergleichsweise groß bleibt.

Aufgrund der Zentrierung des Außengestänges 6 am Innenge- stänge 4 mittels der Befestigungseinrichtungen 20 wird eine höhere Stabilität des Bohrgestänges 5 sowie eine erhöhte Richtungsgenauigkeit beim Bohren erreicht.

Durch die Bohrungen 31 im Außengestänge 6 kann im Ringraum 17 ein erhöhter Spülmediumstrom erzeugt werden, was insbe- sondere bei klüftigem Gestein den Vorteil birgt, daß eine Unterbrechung des Spülmediumstroms nicht mehr auftritt.

Selbst für den Fall, daß die durch den ersten Spülkanal 10 zur Bohrlochsohle 3 geführte Spülmediumströmung aufgrund ir- gendwelcher Umstände, z. B. bei einer Verstopfung der Bohr-

krone 7, abbricht, kann der Spülmediumstrom durch den zwei- ten Spülkanal 26, ggf. durch Einstellung an der zweiten Durchflußregeleinrichtung 29 mit einer erhöhten Durchfluß- menge, aufrecht erhalten werden.

Aufgrund der mittels des Außengestänges 6 bewirkten Reduzie- rung des Querschnitts des Ringraums 17 wird das Nachfallen größerer Gesteinsmengen in das Bohrloch 2 nachhaltig redu- ziert bzw. verhindert. Die Wahrscheinlichkeit eines Verlusts des Bohrgestänges 5 aufgrund der Tatsache, daß das Bohrge- stänge 5 nicht mehr gezogen werden kann, ist somit erheblich reduziert.

Aufgrund der Bohrungen 31 im Außengestänge 6 ist es möglich, im Bedarfsfall dosiert Hilfsmittel zur Stabilisierung der Bohrlochwandung 18 an der gewünschten Stelle einzubringen.

Mittels des - wie vorstehend beschrieben - erfindungsgemäß ausgestalteten Bohrgestänges 5 sind somit eine bessere Spü- lung, ein stabilerer Bohrstrang, eine erhöhte Bohrleistung und auch oberhalb von 15 m Bohrtiefe ein richtungsgenaueres Bohren möglich. Desweiteren ist aufgrund der mit der erfin- dungsgemäßen Bohrvorrichtung erreichbaren Optimierung eine kleinere zu installierende Antriebsleistung möglich, wobei darüber hinaus kleinere Kompressoren eingesetzt werden kön- nen.