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Patent Searching and Data


Title:
ROCK BOLTS WITH AN EXPANDABLE ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/062599
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and a device for drilling, more particularly for percussion drilling or rotary percussion drilling, a hole in ground or rock material and for forming an anchoring, wherein a borehole is formed by introducing a bore-crown (2). According to the invention, the boring rods of the boring device are configured by at least one expandable element (3, 4) having a cavity extending substantially in longitudinal direction of the boring for introducing a pressurized fluid so as to at least partly expand the outer periphery of the expandable element (3, 4) and/or the boring rods are connected to at least one expandable element (3, 4) having a cavity extending substantially in longitudinal direction of the boring for introducing a pressurized fluid so as to expand the outer periphery, whereby a secure anchoring can be achieved with a simplified construction by expanding the expandable element (3, 4) over the entire periphery and length of the device.

Inventors:
MOCIVNIK JOSEF (AT)
BOEHM KARL (AT)
Application Number:
PCT/AT2003/000019
Publication Date:
July 31, 2003
Filing Date:
January 21, 2003
Export Citation:
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Assignee:
TECHMO ENTW & VERTRIEBS GMBH (AT)
ALWAG TUNNELAUSBAU GMBH (AT)
MOCIVNIK JOSEF (AT)
BOEHM KARL (AT)
International Classes:
E21D21/00; E21D20/00; (IPC1-7): E21D21/00; E02D5/80
Domestic Patent References:
WO1991006713A11991-05-16
WO1998021439A11998-05-22
WO1998058132A11998-12-23
WO1997031177A11997-08-28
WO1991006713A11991-05-16
WO2000075489A12000-12-14
Foreign References:
DE4024869A11991-02-14
EP0079875A11983-05-25
EP0047727B11984-12-05
EP0207030B11989-12-06
EP0016742B11984-06-13
EP0077762A21983-04-27
EP0112316A21984-06-27
DE4024869A11991-02-14
DE3111673A11982-05-19
US4636115A1987-01-13
Attorney, Agent or Firm:
Miksovsky, Alexander (Währinger Strasse 3, Wien, AT)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlagoder Dreh schlagbohren, eines Loches in Bodenoder Gesteinsmaterial und zum Ausbilden einer Verankerung in dem Loch, wobei durch Einbringen einer Bohrkrone (2) ein Bohrloch gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung des Bohrloches in wenigstens einen sich im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrung erstreckenden Hohlraum (18) we nigstens eines aufweitbaren Elements (3,4, 12,29) des Bohrgestänges bzw. wenigstens einen Hohlraum von wenigstens einem mit dem Bohrgestänge (8,27, 31) verbundenen, auf weitbaren Element (9,28, 32) zum wenigstens teilweisen Aufweiten des Außenumfangs des bzw. der mit dem Fluid beaufschlagten, aufweitbaren Elements (e) in Anlage an die Bohrlochwand ein Fluid unter Druck eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang und/oder die Länge des herzustellenden Bohrloches eine Mehrzahl von voneinander getrennten, auf weitbaren Elementen (3,4, 12, 29, 9, 28, 32) mit Hohlräu men zum Aufweiten des Außenumfangs vorgesehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl von jeweils einen Hohlraum aufwei senden, aufweitbaren Elementen (9,28, 32) aneinander bzw. an einem zentralen Bohrgestänge (8,27, 31) festgelegt, insbesondere über jeweils einen Teil der Länge verschweißt, wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (8,27, 31) mit den aufweitbaren Elementen (9,28, 32) und/oder die das Bohrge stänge bildenden, aufweitbaren Elemente (12,29) über Ver bindungselemente (5,11, 15) verlängert werden, über welche das Fluid zum Aufweiten der Elemente geleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Fluid unter einem Druck von wenig stens 100 bar, insbesondere wenigstens 150 bar, in das In nere bzw. die Hohlräume der aufweitbaren Elemente (3,4, 12,29, 9,28, 32) eingebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß über das Bohrgestänge (8,27, 31) oder eine Leitung (24) ein Fluid zum Kühlen und/oder Spülen der Bohrkrone (2) während des Bohrvorgangs in den Bereich der Bohrkrone eingebracht wird.
7. Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlagoder Dreh schlagbohren, eines Loches in Bodenoder Gesteinsmaterial und zum Ausbilden einer Verankerung, wobei durch Einbringen einer Bohrkrone (2) ein Bohrloch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge der Bohrvorrichtung von wenigstens einem aufweitbaren Element (3,4, 12,29) mit einem sich im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrung erstreckenden Hohlraum (18) zum Einbringen eines Fluids unter Druck zum wenigstens teilweisen Aufweiten des Außen umfangs des aufweitbaren Elements (3,4, 12,29) ausgebil det ist und/oder daß das Bohrgestänge (8,27, 31) mit we nigstens einem aufweitbaren Element (9,28, 32) mit jeweils wenigstens einem sich im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrung erstreckenden Hohlraum (18) zum Einbringen eines Fluids unter Druck zum Aufweiten des Außenumfangs verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von aufweitbaren Elementen (12,29) zur Aus bildung des Bohrgestänges wenigstens teilweise über ihre Länge miteinander verbunden, insbesondere an aneinander an schließenden Randbereichen miteinander verschweißt, ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß an einem mittigen Bohrgestänge (8, 27, 31) eine Mehrzahl von aufweitbaren Elementen (9,28, 32) festgelegt, insbesondere über einen Teil der Länge verschweißt, ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (8,27, 31) und die aufweitbaren Elemente (9,28, 32) oder die das Bohrgestänge bildenden, aufweitbaren Elemente (12,29) über Verbindungs elemente (5,11, 15) verlängerbar sind, welche Durchtritte (10,17, 19) zum Durchleiten des Fluids zum Aufweiten der aufweitbaren Elemente (9,12, 28,29, 32) aufweisen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (11,15) die daran anschließen den, aufweitbaren Elemente (12) insbesondere durch Fort sätze (13) teilweise übergreifen und mit den aufweitbaren Elementen verbunden, insbesondere verschweißt, sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung wenigstens drei auf weitbare Elemente (12,32) zur Ausbildung des Bohrgestänges vorgesehen sind bzw. mit einem mittigen Bohrgestänge (31) verbunden sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitbaren Elemente (9,12, 28, 29, 32) in einem Querschnitt normal auf ihre Längsrichtung sichelförmig ausgebildet sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitbaren Elemente (12,32) mit sich im wesentlichen radial nach außen erstreckenden bzw. radial nach außen vorragenden Teilbereichen miteinander verbunden bzw. an einem mittigen Bohrgestänge (31) festge legt sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitbaren Elemente (12,32) in einer normal auf die Längsrichtung des Bohrloches (25) verlaufenden Ebene einen sternförmigen Umriß aufweisen bzw. definieren.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Bohrgestänge (8,27, 31) oder eine Leitung (24) während des Bohrvorgangs ein Fluid zum Kühlen und/oder Spülen der Bohrkrone (2) in den Bereich der Bohrkrone einbringbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (2) durch Schweißen, Schrauben oder dgl. an dem Bohrgestänge (3,8) bzw. den das Bohrgestänge bildenden, aufweitbaren Elementen (12) festge legt ist.
Description:
GEBIRGSANKER MIT AUFWEITBAREN ELEMENTEN Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag-oder Drehschlagbohren, eines Loches in Boden-oder Gesteinsmaterial und zum Aus- bilden einer Verankerung in dem Loch, wobei durch Einbrin- gen einer Bohrkrone ein Bohrloch gebildet wird, sowie auf eine Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag-oder Drehschlagbohren, eines Loches in Boden-oder Gesteinsmate- rial und zum Ausbilden einer Verankerung, wobei durch Ein- bringen einer Bohrkrone ein Bohrloch ausgebildet ist.

Im Zusammenhang mit der Herstellung eines Loches bzw. Bohr- loches in Boden-oder Gesteinsmaterial und einer nachträg- lichen Ausbildung bzw. Festlegung einer Verankerung bzw. einer Auskleidung in dem Bohrloch ist es beispielsweise aus der WO 98/21439 und der WO 98/58132 bekannt, während des Bohrvorgangs, beispielsweise einem Schlag-oder Drehschlag- bohren, ein Hüllrohr in das Bohrloch einzubringen, worauf nach Fertigstellung der Bohrung gegebenenfalls ein Teil der Bohrkrone gemeinsam mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt wird, während das Hüllrohr im Bohrloch verbleibt, so daß anschließend durch ein Verfüllen mit einer aushär- tend. en Masse ein Anker im Bohrloch ausgebildet wird. Gemäß der Ausbildung entsprechend der WO 98/58132 kann das Bohr- gestänge an seinem Außenumfang mit zusätzlichen Rippen und Rillen ausgebildet sein, so daß bei einem Verbleib des Bohrgestänges im Bohrloch und einem nachträglichen Verfül- len eine-entsprechend gute Ankerwirkung erzielt werden kann.

Alternativ ist es nach Herstellung eines Bohrloches be- kannt, das Bohrwerkzeug mit dem Bohrgestänge aus dem Bohr- loch zu entfernen, woran anschließend ein Anker bzw. eine Ankervorrichtung in das Bohrloch eingebracht wird, wobei beispielsweise auf die EP-A 0 079 875, EP-B 0 047 727, EP-B 0 207 030, EP-B 0 016 742, EP-A 0 077 762, WO 97/31177, EP- A 0 112 316, WO 91/06713, DE-A 40 24 869, WO 00/75489, DE-A 31 11 673 oder US-A 4 636 115 verwiesen wird. Bei diesem bekannten Stand der Technik werden nach Herstellung eines Bohrloches und nachträglichem Entfernen der Bohrvorrichtung in das Bohrloch aufweitbare Ankerelemente eingebracht, wel- che beim Einbringen in das Bohrloch auf einem gegenüber dem Bohrloch verringerten Durchmesser gehalten sind, worauf nach vollständigem Einführen in das Bohrloch aufweitbare und während des Einbringens gefaltete bzw. allgemein in ihrem Querschnitt verringerte Teilbereiche der Ankervor- richtung aufgeweitet werden. Bei diesem bekannten Stand der Technik ist insbesondere nachteilig, daß die gefalteten Be- reiche ein gleichmäßiges Aufweiten der Ankervorrichtung und somit eine zentrierte Positionierung der Ankervorrichtung insbesondere bei Vorsehen einer Mehrzahl von nebeneinander liegenden Ankerelementen nicht ohne weiteres ermöglichen.

Nachteilig bei diesem bekannten Stand der Technik ist wei- ters die Tatsache, daß in einem ersten Verfahrensschritt das Bohrloch hergestellt werden muß, worauf nach Entfernen des Bohrwerkzeugs samt dem Bohrgestänge in einem weiteren Verfahrensschritt die Ankervorrichtung in das gegebenen- falls eine große Länge aufweisende Bohrloch eingebracht wird, wonach anschließend unter Aufweiten des Außendurch- messers der Ankervorrichtung eine Anlage an die Bohrloch- wand gelingen soll. Es ist unmittelbar einsichtig, daß nicht nur für die zwei voneinander getrennten Arbeits- schritte ein entsprechend vergrößerter Zeitaufwand

erforderlich ist, sondern daß gegebenenfalls ein nachträg- liches Einbringen einer derartigen Ankervorrichtung mit großer Länge mit Schwierigkeiten verbunden ist. Weiters ist davon auszugehen, daß ein Entfernen der Bohrvorrichtung samt dem Bohrgestänge und ein nachträgliches Einbringen der Verankerungsvorrichtung lediglich in vergleichsweise festem Boden bzw. Gestein durchführbar ist, bei welchem sicherge- stellt sein muß, daß nicht beispielsweise während das Bohr- vorgangs oder nach dem Entfernen des Bohrwerkzeugs und vor dem endgültigen Einbringen der Verankerungsvorrichtung Ma- terial in das Bohrloch hereinbricht, so daß das Bohrloch blockiert wäre, wodurch ein Einbringen der Ankervorrichtung nicht mehr möglich ist.

Darüber hinaus ist es beispielsweise bekannt, sogenannte Packer am Außenumfang eines Bohrgestänges einer Bohrvor- richtung anzuordnen, welche über einen kurzen Teilbereich nach Fertigstellung der Bohrung ein Aufweiten in Anlage an die Bohrlochwand ermöglichen und somit einem Herausziehen bzw. Entfernen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch entgegen- wirken. Eine zuverlässige Verankerungswirkung, insbesondere bei Vorsehen einer Mehrzahl von nebeneinander vorzusehenden Ankern, zur Stabilisierung von umliegendem Boden-oder Ge- steinsmaterial läßt sich mit derartigen Packern jedoch nicht erzielen, so daß gegebenenfalls zusätzliche Mittel zur Verankerung, wie beispielsweise das Ausbringen von aus- härtendem Material, vorzusehen wären.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik zielt die vorliegende Erfindung daher darauf ab, ein Ver- fahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei bei vereinfachter Konstruk- tion und insbesondere verringertem Zeitaufwand unmittelbar

nach Fertigstellung eines Bohrloches eine Ausbildung einer Verankerung, insbesondere zur Stabilisierung des umliegen- den Boden-oder Gesteinsmaterials, möglich wird.

Zur Lösung dieser Aufgaben ist ein Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung des Bohrloches in wenigstens einen sich im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrung erstreckenden Hohlraum wenigstens eines aufweitbaren Elements des Bohrge- stänges bzw. wenigstens einen Hohlraum von wenigstens einem mit dem Bohrgestänge verbundenen, aufweitbaren Element zum wenigstens teilweisen Aufweiten des Außenumfangs des bzw. der mit dem Fluid beaufschlagten, aufweitbaren Elements (e) in Anlage an die Bohrlochwand ein Fluid unter Druck einge- bracht wird. Dadurch, daß erfindungsgemäß nach Fertigstel- lung des Bohrloches wenigstens ein durch Einbringen eines Fluids aufweitbares Element in Anlage an die Bohrlochwand bringbar ist, wird sichergestellt, daß in einem einzigen Arbeitsgang unmittelbar nach Fertigstellung der Bohrung und insbesondere ohne Entfernung der Bohrvorrichtung aus dem Bohrloch eine Verankerung und Stabilisierung des umliegen- den Boden-oder Gesteinsmaterials möglich wird, wobei das aufweitbare Element eine entsprechend große Länge aufweisen kann und somit eine zuverlässige Verankerung erzielbar ist.

Es wird somit unmittelbar bei der Ausbildung des Bohrloches wenigstens ein aufweitbares Element gemeinsam mit dem Bohr- gestänge eingebracht bzw. wird das Bohrgestänge von einem wenigstens teilweise aufweitbaren Element gebildet, so daß bei vereinfachter Konstruktion nach Fertigstellung des Bohrloches eine ordnungsgemäße Verankerung erzielbar ist.

Dabei wird zur Erzielung der Verankerung zumindest der Außenumfang bzw. die Außenkontur des wenigstens einen auf-

weitbaren Elements wenigstens teilweise aufgeweitet bzw. vergrößert, um in Anlage an die Bohrlochwand zu gelangen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vor- geschlagen, daß über den Umfang und/oder die Länge des her- zustellenden Bohrloches eine Mehrzahl von voneinander ge- trennten, aufweitbaren Elementen mit Hohlräumen zum Aufwei- ten des Außenumfangs vorgesehen wird. Durch Vorsehen einer Mehrzahl von aufweitbaren Elementen über den Umfang des herzustellenden Bohrloches und/oder über die Länge dessel- ben läßt sich eine gleichmäßige Krafteinbringung sowohl über den Umfang als auch über die Länge des Bohrloches und somit eine entsprechend sichere Verankerung erzielen.

Insbesondere bei Vorsehen einer Mehrzahl von aufweitbaren Elementen über den Umfang des Bohrloches wird es möglich, bei gleichzeitigem Aufweiten der aufweitbaren Elemente eine zentrierte Anordnung der Bohrvorrichtung im fertiggestell- ten Bohrloch aufrecht zu erhalten und die Krafteinbringung in umliegendes Boden-oder Gesteinsmaterial zu vergleich- mäßigen.

Für eine ordnungsgemäße Festlegung der aufweitbaren Ele- mente aneinander bzw. an einem zentralen Bohrgestänge sowie zur Sicherstellung eines ordnungsgemäßen Aufweitens der aufweitbaren Elemente ist darüber hinaus bevorzugt vorge- sehen, daß eine Mehrzahl von jeweils einen Hohlraum aufwei- senden, aufweitbaren Elementen aneinander bzw. an einem zentralen Bohrgestänge festgelegt, insbesondere über je- weils einen Teil der Länge verschweißt, wird. Da die auf- weitbaren Elemente insbesondere für den Fall, daß diese un- mittelbar das Bohrgestänge ausbilden, entsprechend wider- standsfähig insbesondere aus einem metallischen Material ausgebildet sein müssen, ist verständlich, daß entsprechend

große Kräfte zum Aufweiten der aufweitbaren Elemente einge- bracht werden müssen, so daß eine ordnungsgemäße Festlegung der Elemente aneinander und/oder an dem Bohrgestänge vor- zusehen ist.

Für eine Verlängerung der Bohrvorrichtung zur Ausbildung von Bohrlöchern großer Länge ist es bekannt, jeweils ent- sprechend Gestängeelemente miteinander zu verbinden, wobei im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgeschlagen wird, daß das Bohrgestänge mit den aufweit- baren Elementen und/oder die das Bohrgestänge bildenden, aufweitbaren Elemente über Verbindungselemente verlängert werden, über welche das Fluid zum Aufweiten der Elemente geleitet wird, wobei durch derartige Verbindungselemente sichergestellt wird, daß das nach Fertigstellung der Boh- rung in die aufweitbaren Elemente einzubringende Fluid sicher in die Mehrzahl von aufweitbaren Elementen einbring- bar ist.

Wie oben angedeutet, sind insbesondere für den Fall, daß die aufweitbaren Elemente unmittelbar Teile des Bohrgestän- ges ausbilden, entsprechend widerstandsfähige, aufweitbare Elemente vorzusehen, wobei für ein ordnungsgemäßes Aufwei- ten der Elemente nach Fertigstellung der Bohrung in Anlage an das umliegende Boden-oder Gesteinsmaterial Fluid unter hohem Druck einzubringen ist, wobei gemäß einer weiters be- vorzugten Ausführungsform vorgeschlagen wird, daß das Fluid unter einem Druck von wenigstens 100 bar, insbesondere we- nigstens 150 bar, in das Innere bzw. die Hohlräume der auf- weitbaren Elemente eingebracht wird.

Neben dem Einbringen eines Fluids unter Druck zum Aufweiten der Elemente nach Fertigstellung der Bohrung zur Ausbildung

einer Verankerung ist es während eines Bohrvorgangs allge- mein bekannt, ein Fluid zum Spülen und/oder Kühlen der Bohrkrone als auch gegebenenfalls zum Abtransport von abge- bautem Material in den Bereich der Bohrkrone einzubringen, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, daß über das Bohrgestänge oder eine Leitung ein Fluid zum Kühlen und/oder Spülen der Bohrkrone während des Bohr- vorgangs in den Bereich der Bohrkrone eingebracht wird, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens entspricht.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben ist darüber hin- aus eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesent- lichen dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge der Bohrvorrichtung von wenigstens einem aufweitbaren Element mit einem sich im wesentlichen in Längsrichtung der Bohrung erstreckenden Hohlraum zum Einbringen eines Fluids unter Druck zum wenigstens teilweisen Aufweiten des Außenumfangs des aufweitbaren Elements ausgebildet ist und/oder daß das Bohrgestänge mit wenigstens einem aufweitbaren Element mit jeweils wenigstens einem sich im wesentlichen in Längsrich- tung der Bohrung erstreckenden Hohlraum zum Einbringen eines Fluids unter Druck zum Aufweiten des Außenumfangs verbunden ist. Wie oben bereits erwähnt, gelingt durch Vor- sehen wenigstens eines aufweitbaren Elements nach Fertig- stellung der Bohrung unter Einbringen eines Fluids unter Druck in das aufweitbare Element eine sichere und zuverläs- sige Verankerung im Bohrloch, wobei auf ein nachträgliches Einbringen eines Ankers verzichtet werden kann. Bei Vor- sehen eines sich über einen entsprechend großen Teilbereich der Länge der Bohrung erstreckenden, aufweitbaren Elements läßt sich darüber hinaus eine sichere Verankerung und Sta-

bilisierung des umliegenden Boden-oder Gesteinsmaterials erzielen.

Zur Vergleichmäßigung der Verankerungswirkung als auch zur Sicherstellung einer Verankerung über eine große Länge ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß eine Mehrzahl von aufweitbaren Elementen zur Ausbildung des Bohrgestänges wenigstens teilweise über ihre Länge mit- einander verbunden, insbesondere an aneinander anschließen- den Randbereichen miteinander verschweißt, ist. Durch die Festlegung mehrerer aufweitbarer Elemente aneinander bzw. an einem Bohrgestänge wenigstens über einen Teilbereich der Länge gelingt ein zuverlässiges Einbringen der Bohrvorrich- tung, wobei zum Einbringen der Bohrenergie entsprechend große Kräfte übertragen werden müssen, so daß eine zuverlässige Verbindung der einzelnen Elemente aneinander erforderlich ist.

Gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform wird vorge- schlagen, daß an einem mittigen Bohrgestänge eine Mehrzahl von aufweitbaren Elementen festgelegt, insbesondere über einen Teil der Länge verschweißt, ist, wodurch eine sichere Festlegung der aufweitbaren Elemente am Bohrgestänge wäh- rend des Bohrvorgangs erzielbar ist. Darüber hinaus wird durch Vorsehen einer Mehrzahl von aufweitbaren Elementen während des nachträglichen Verankerns und Aufweitens si- chergestellt, daß das Bohrgestänge in einer mittigen bzw. zentralen Lage verbleibt und somit eine zuverlässige Veran- kerungswirkung erzielbar ist.

Wie oben bereits angedeutet, ist es insbesondere bei Ausbildung von Bohrlöchern großer Länge bekannt, Gestänge- teile der Bohrvorrichtung jeweils zu verlängern, wobei zum

Einbringen des Fluids zum Aufweiten der aufweitbaren Ele- mente nach Fertigstellung der Bohrung gemäß der vorliegen- den Erfindung bevorzugt vorgeschlagen wird, daß das Bohrge- stänge und die aufweitbaren Elemente oder die das Bohrge- stänge bildenden, aufweitbaren Elemente über Verbindungs- elemente verlängerbar sind, welche Durchtritte zum Durchleiten des Fluids zum Aufweiten der aufweitbaren Ele- mente aufweisen.

Zur sicheren Festlegung der aufweitbaren Elemente an den Verbindungselementen wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Verbindungselemente die daran anschließenden, aufweitbaren Elemente insbeson- dere durch Fortsätze teilweise übergreifen und mit den auf- weitbaren Elementen verbunden, insbesondere verschweißt, sind. Derartige, die aufweitbaren Elemente teilweise über- greifende Bereiche bzw. Fortsätze der Verbindungselemente dienen hiebei für eine ordnungsgemäße Festlegung der auf- weitbaren Elemente an dem Verbindungselement und/oder an- einander.

Wie oben bereits angedeutet, ist für eine Ausbildung einer gleichmäßigen bzw. mittigen Verankerung über den Umfang der herzustellenden Bohrung eine Mehrzahl von aufweitbaren Ele- menten vorgesehen, wobei in diesem Zusammenhang gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen wird, daß in Umfangsrichtung wenigstens drei aufweitbare Elemente zur Ausbildung des Bohrgestänges vorgesehen sind bzw. mit einem mittigen Bohrgestänge verbunden sind. Bei Vorsehen von we- nigstens drei aufweitbaren Elementen lassen sich nicht nur die zur Ausbildung der Bohrung auf die Bohrkrone zu über- tragenden Kräfte ordnungsgemäß und zuverlässig einbringen, sondern es wird während des Aufweitvorgangs sichergestellt,

daß eine entsprechend mittige Positionierung des Ankers und somit eine gleichmäßige Stabilisierung des umliegenden Boden-oder Gesteinsmaterials erzielbar ist.

Um selbst bei entsprechend widerstandsfähigen Materialien, welche die aufweitbaren Elemente ausbilden, eine zuverläs- sige Aufweitung und damit Anlage an die Bohrlochwand zu er- zielen, ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die aufweitbaren Elemente in einem Quer- schnitt normal auf ihre Längsrichtung sichelförmig ausge- bildet sind. Derartige sichelförmige Rohrelemente lassen sich mit einfachen Werkzeugen mit entsprechender Kontur und Festigkeit herstellen und ermöglichen in weiterer Folge eine einfache Festlegung aneinander bzw. an einem mittigen Bohrgestänge und stellen eine günstige Formgebung für das abschließende Aufweiten bei entsprechend geringer, durch das Fluid einzubringender Krafteinleitung sicher.

Gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform wird vorge- schlagen, daß die aufweitbaren Elemente mit sich im wesent- lichen radial nach außen erstreckenden bzw. radial nach außen vorragenden Teilbereichen miteinander verbunden bzw. an einem mittigen Bohrgestänge festgelegt sind, wobei gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform in diesem Zu- sammenhang vorgeschlagen wird, daß die aufweitbaren Ele- mente in einer normal auf die Längsrichtung des Bohrloches verlaufenden Ebene einen sternförmigen Umriß aufweisen bzw. definieren. Durch eine derartige Formgebung lassen sich die für die Ausbildung der Bohrung erforderlichen Kräfte zuver- lässig einbringen, wobei durch den sternförmigen Umriß be- reits während des Bohrvorgangs eine ordnungsgemäße Zentrie- rung im Bohrloch erzielbar ist, während durch das Aufweiten

ebenfalls die zentrale bzw. mittige Lage aufrecht erhalten werden kann.

Zum Kühlen bzw. Spülen der Bohrkrone als auch gegebenen- falls zum Abtransport des abgebauten Materials wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß durch das Bohrgestänge oder eine Leitung während des Bohrvorgangs ein Fluid zum Kühlen und/oder Spülen der Bohr- krone in den Bereich der Bohrkrone einbringbar ist.

Für eine ordnungsgemäße Festlegung der Bohrkrone an dem das Bohrgestänge bildenden Element ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, daß die Bohrkrone durch Schweißen, Schrauben oder dgl. an dem Bohrgestänge bzw. den das Bohrgestänge bildenden, aufweitbaren Elementen festgelegt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beiliegen- den Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispie- len näher erläutert. In dieser zeigen : Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchfüh- rung des erfindungsgemäßen Verfahrens ; Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung eine Seitenan- sicht einer abgewandelten Ausführungsform einer erfindungs- gemäßen Vorrichtung ; Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, in ver- größertem Maßstab eines Verbindungselements zum Verlängern eines Bohrgestänges sowie der aufweitbaren Elemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ; Fig. 4 Schnittansichten der Ausführungsform gemäß Fig. 3, wobei Fig. 4a einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3 darstellt, Fig. 4b einen Schnitt ähnlich der Fig. 4a zeigt, wobei durch zusätzliche Umrißlinien eine teilweise

Aufweitung der aufweitbaren Elemente in Abstand von der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3 gezeigt ist, und Fig. 4c einen Schnitt durch die aufweitbaren Elemente nach Beendi- gung des Aufweitvorgangs andeutet ; und Fig. 5 in einer zu Fig. 4a ähnlichen Darstellung unter- schiedliche Ausführungsformen einer Anordnung von aufweit- baren Elementen von erfindungsgemäßen Vorrichtungen zeigt.

In der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 ist allgemein mit 1 eine Bohrvorrichtung bezeichnet, wobei eine schema- tisch mit 2 angedeutete Bohrkrone an einem aus mehreren Einzelteilen 3 und 4 bestehenden Bohrgestänge festgelegt wird, wobei die einzelnen Gestängeteile 3 und 4 über ein schematisch mit 5 angedeutetes Verbindungselement verbunden bzw. verlängert sind, wobei eine Ausbildung im Detail in Fig. 3 näher dargestellt ist.

Wie aus den nachfolgenden Darstellungen näher ersichtlich, sind die Gestängeteile 3 und 4 aus einer Mehrzahl von auf- weitbaren Elementen gebildet bzw. ist eine Mehrzahl von aufweitbaren Elementen um ein mittiges Bohrgestänge vorge- sehen, wobei eine nicht näher dargestellte Vorrichtung zum Einbringen einer Bohr-und Schlagenergie in die Bohrkrone 2 an einem mit 6 bezeichneten Ende angreift.

Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, erfolgt nach Fertig- stellung des Bohrloches ein Aufweiten von aufweitbaren Ele- menten in die strichliert mit 3'bzw. 4'angedeutete Posi- tion über den Umfang als auch über die Länge der Bohrvor- richtung 1, so daß durch Aufweiten zumindest des Außenum- fangs bzw. der Außenkontur insgesamt sowohl eine stabile Verankerung der Bohrvorrichtung 1 im nicht näher darge-

stellten Bohrloch als auch eine Stabilisierung von umlie- gendem Boden-oder Gesteinsmaterial erzielbar ist.

In Fig. 1 ist weiters angedeutet, daß sowohl im Bereich des Verbindungselements 5 als auch des Abschlußelements 6 sowie der Festlegung der Gestängeteile 3 und 4 an der Bohrkrone 2 jeweils über einen Teilbereich 7 eine Festlegung der in den nachfolgenden Figuren im Detail gezeigten, aufweitbaren Elemente bzw. allgemein Gestängeteile 3 und 4 aneinander als auch dem Verbindungselement 5, dem Abschlußelement 6 sowie der Bohrkrone 2 erfolgt, so daß in diesen Teilbe- reichen 7 eine sichere Festlegung vorgenommen werden kann, welche auch einem Aufweiten bei Einbringen eines Fluids unter hohem Druck, beispielsweise von wenigstens 100 bar, in das Innere der aufweitbaren Elemente widerstehen kann und sich insgesamt eine tonnen-bzw. kissenförmige Außen- kontur 3'bzw. 4'nach dem Aufweiten zum Ausbilden der Ver- ankerung erzielen läßt.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist ersichtlich, daß an einem zentralen Bohrgestänge 8, welches mit der wiederum mit 2 bezeichneten Bohrkrone verbunden ist, im wesentlichen halbkreisförmige, aufweitbare Elemente 9 vorgesehen sind, wobei die aufweitbaren Elemente 9 mit dem Bohrgestänge über wiederum mit 7 bezeichnete Teilbereiche im Bereich des An- schlusses an die Bohrkrone 2 als auch an ein wiederum sche- matisch mit 5 angedeutetes Verbindungselement festgelegt, beispielsweise verschweißt, sind. In dem Verbindungselement 5 gemäß Fig. 2 ist mit 10 eine Eintrittsöffnung angedeutet, über welche, wie dies insbesondere bei der Darstellung ge- mäß Fig. 3 näher ersichtlich werden wird, ein Einbringen von Fluid unter Druck in das aufweitbare Element 9 möglich wird, so daß nach einer Fertigstellung der Bohrung wiederum

ein Aufweiten der aufweitbaren Elemente 9 zur Ausbildung einer Verankerung erzielbar ist.

Wie bereits oben angedeutet, ist in Fig. 3 der Bereich eines Verbindungselements 5 im Detail dargestellt. Ein erstes Verbindungselement 11 ist an einer Mehrzahl von auf- weitbaren Elementen 12 festgelegt bzw. insbesondere ver- schweißt, wobei Fortsätze 13 die aufweitbaren Elemente 12 wenigstens teilweise übergreifen, wie dies auch in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 4a deutlich ersichtlich ist.

Das Verbindungselement 11 weist ein Innengewinde 14 auf, in welches ein zweites Verbindungselement 15 über ein entspre- chendes Außengewinde 16 verschraubbar ist, wobei auch das zweite Verbindungselement 15 mit entsprechenden Fortsätzen 13 ausgebildet ist, um wiederum aufweitbare Elemente 12 we- nigstens teilweise zu übergreifen.

Im Endbereich der aufweitbaren Elemente 12 sowie in den Verbindungselementen 11 bzw. 15 sind Durchtritte bzw.

Durchtrittskanäle 17 ausgebildet, welche einerseits in die Hohlräume 18 der aufweitbaren Elemente 12 münden. Die Durchtrittskanäle münden darüber hinaus in einen Verbin- dungskanal bzw.-durchtritt 19, welcher in einem hülsen- bzw. muffenartigen Element 20 ausgebildet ist, wobei das Element 20 den Bereich der Verbindung der Verbindungsele- mente 11 und 15 umgibt bzw. umschließt.

Wie durch Pfeile 21 angedeutet, gelingt über die Durch- tritte 17 und 19 ein Einbringen eines Fluids unter Druck in sämtliche Hohlräume 18 der aneinander anschließenden, auf- weitbaren Elemente 12, so daß nach einer Fertigstellung der Bohrung durch das Einbringen des Fluids unter Druck, bei-

spielsweise mit wenigstens 100 bzw. 150 bar, ein Aufweiten der aufweitbaren Elemente 12 erzielbar ist.

Wie aus den Darstellungen gemäß Fig. 4 ersichtlich, ist bei dieser Ausführungsform ein zentrales Bohrgestänge nicht vorgesehen, so daß das Bohrgestänge von drei jeweils sichelartigen, aufweitbaren Elementen 12 gebildet wird, wo- bei die aufweitbaren Elemente im Bereich der Verbindungs- elemente 11 bzw. 15 mit den übergreifenden Teilbereichen 13 verbunden, insbesondere verschweißt sind, wie dies mit 22 jeweils in Fig. 4a und 4b angedeutet ist. Darüber hinaus sind auch die aufweitbaren Elemente 12 über weitere Schweißstellen 23 miteinander wenigstens über einen Teilbe- reich ihrer Länge verbunden.

In Fig. 4 ist weiters angedeutet, daß in dem zwischen den Elementen 12 verbleibenden Freiraum eine zusätzliche Lei- tung 24 zum Einbringen eines Fluids in die Bohrkrone zum Kühlen bzw. Spülen derselben vorgesehen ist.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 4b ist schematisch angedeu- tet, wie in Teilbereichen in Abstand von den Verbindungs- elementen 11 bzw. 15 und insbesondere in Abstand von den die aufweitbaren Elemente 12 teilweise übergreifenden Fort- sätzen 13 ein Aufweiten nach einem Einbringen eines Fluids unter Druck in die mit 12 bzw. 12"bezeichnete Lage mög- lich wird.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 4c ist ersichtlich, wie in einem Teilbereich in größerem Abstand von den Verbindungs- elementen 11 bzw. 15 nach dem Beendigen des Aufweitvorgangs die aufgeweiteten Elemente 12 an der Bohrlochwand 25 anlie- gen, wobei durch Vorsehen von drei aufweitbaren Elementen

12 über den Umfang des Bohrloches eine entsprechend zen- trale bzw. mittige Positionierung erzielbar ist und somit auch eine entsprechend gleichmäßige Einbringung von Kräften in das umliegende Boden-oder Gesteinsmaterial 26 als auch eine gleichmäßige Stabilisierung desselben möglich wird.

Bei den schematischen Darstellungen gemäß Fig. 5 sind wei- tere abgewandelte Ausführungsformen gezeigt, wobei bei der Ausbildung gemäß Fig. 5a an einem zentralen bzw. mittigen Bohrgestänge 27 jeweils zwei aufweitbare Elemente 28 vorge- sehen sind. Es finden wiederum im wesentlichen sichelför- mige, aufweitbare Elemente 28 Verwendung, welche nach Fer- tigstellung der Bohrung durch Einbringen eines Fluids unter Druck ein Aufweiten und entsprechend zuverlässiges Anliegen an die wiederum mit 25 bezeichnete Bohrlochwand und somit eine zuverlässige Verankerung ermöglichen. Durch Vorsehen von zwei aufweitbaren Elementen 28 verteilt über den Umfang wird nach dem Aufweiten sichergestellt, daß das Bohrge- stänge 27 seine zentrale bzw. mittige Positionierung beibe- hält, so daß insbesondere bei Vorsehen einer Mehrzahl von nebeneinander liegenden Bohrlöchern 25 eine entsprechend gleichmäßige Verankerung und Stabilisierung des umliegenden Boden-oder Gesteinsmaterials über entsprechende Flächen erzielbar werden.

Sowohl bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5a als auch bei den weiteren, in Fig. 5 schematisch angedeuteten Ausfüh- rungsformen ist wie bei den vorangehenden Ausführungsformen vorgesehen, daß aufweitbare Elemente miteinander bzw. an einem zentralen Bohrgestänge wenigstens über einen Teilbe- reich ihrer Länge verbunden, insbesondere verschweißt, sind und daß ein Aufweiten jeweils über einen Teilbereich der Länge in einer tonnen-bzw. kissenartigen Außenkontur re-

sultiert, wie dies in Fig. 1 schematisch angedeutet ist.

Eine Verlängerung zur Erzielung großer Bohrlängen erfolgt wiederum über entsprechende Verbindungselemente, wie dies beispielsweise schematisch in Fig. 3 angedeutet ist.

Bei der Ausbildung gemäß Fig. 5b finden wiederum zwei auf- weitbare Elemente 29 Verwendung, wobei jedoch im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 5a ein zentrales Bohrge- stänge nicht vorgesehen ist, so daß die wenigstens über Teilbereiche miteinander verbundenen, aufweitbaren Elemente 29, wobei eine Schweißstelle jeweils mit 30 angedeutet ist, auch die Funktion des Bohrgestänges zum Einbringen der Bohr-oder Schlagenergie übernehmen.

Nach Fertigstellung der Bohrung erfolgt wiederum ein Ein- bringen von Fluid unter Druck in den wiederum mit 18 be- zeichneten Hohlraum der aufweitbaren Elemente 29 zur Anlage an die Bohrlochwand 25 zur Erzielung einer Verankerung.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5c findet wiederum ein zentrales Bohrgestänge 31 Verwendung, wobei über den Umfang verteilt drei aufweitbare Elemente 32 vorgesehen sind, wel- che ähnlich der Ausführungsform gemäß Fig. 4a mit nach außen vorragenden Fortsätzen ausgebildet sind, und somit wiederum einen im wesentlichen sternförmigen Außenquer- schnitt ergeben. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, erfolgt durch die aufweitbaren Elemente eine Zentrierung des Bohrgestänges 31 bereits während des Bohrvorgangs durch Anlage an die Bohrlochwand 25, worauf nach Fertigstellung der Bohrung und Einbringen eines Fluids unter Druck in die Hohlräume 18 der aufweitbaren Elemente 32 die Zentrierung beibehalten wird und eine Anlage an die Bohrlochwand 25 er- zielbar ist.

Ähnlich zu der Ausführungsform gemäß Fig. 5c sind bei der Ausbildung gemäß Fig. 5d an dem zentralen Bohrgestänge 31 symmetrisch vier aufweitbare Elemente 32 mit jeweils nach außen ragenden Endabschnitten angeordnet, wobei sowohl wäh- rend des Bohrvorgangs eine Zentrierung an der Bohrlochwand 25 als auch nach dem Aufweiten eine entsprechend sichere und zentrierte Verankerung erzielbar ist.

Bei sämtlichen Ausführungsformen gemäß Fig. 5 kann im zent- ralen bzw. mittigen Bereich eine zusätzliche Leitung zum Einbringen eines Spül-bzw. Kühlfluids vorgesehen sein bzw. es kann das zentrale Bohrgestänge 27 bzw. 31 unmittelbar als Durchtrittsquerschnitt zum Einbringen eines Spül-bzw.

Kühlfluids in den Bereich der Bohrkrone verwendet werden.