DE19635916A1 - Milling head, drilling device and device and method for drilling the seabed - Google Patents
Milling head, drilling device and device and method for drilling the seabedInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Fräskopf für Erdbohrungen, ei ne Bohrvorrichtung für Bodenerkundungen, sowie eine Meeres boden-Bohrvorrichtung und ein Verfahren zum Meeresbodenboh ren, welche bei Bodenerkundungen eingesetzt werden, um Bo denproben aus einer definierten Tiefe unterhalb der Bohr oberfläche zu sammeln.The invention relates to a milling head for earth bores, egg ne drilling device for ground exploration, as well as a marine Soil drilling device and method for seabed drilling Ren, which are used in soil exploration to Bo samples from a defined depth below the drilling collect surface.
Für Erdbohrungen sind Schlitzwandfräsen bekannt, welche achsparallel zwei versetzte Schneidräderpaare aufweisen, die auf horizontalen Achsen gegensinnig rotieren, so daß das gelöste Erdreich in den Zwischenraum zwischen den bei den Rädern gefördert wird, wo es von einer Absaugeinrich tung nach oben transportiert wird. Diese Schlitzwandfräsen haben einen großvolumigen Rahmenaufbau und sind sehr schwer. Der Bohrquerschnitt ist rechteckig. Zum Stützen des Bohrloches muß eine Stützflüssigkeit, beispielsweise jene welche unter dem Namen Bentonit bekannt ist, in das Bohr loch eingefüllt werden.Trench wall cutters are known for earth drilling, which have two offset cutting wheel pairs parallel to the axis, which rotate in opposite directions on horizontal axes, so that the loosened soil in the space between the at the wheels are conveyed where there is a suction device tion is transported upwards. These trench cutters have a large-volume frame structure and are very heavy. The drilling cross section is rectangular. To support the The borehole must have a supporting liquid, for example that which is known as bentonite, in the Bohr be filled in.
Für Bodenerkundungen sind derartige Schlitzwandfräsen nicht sehr geeignet, da die Stützflüssigkeit bis zur Bohrsohle vorhanden ist und sich dort mit dem aufgebohrten Erdreich vermischt. Eine saubere Analyse der Zusammensetzung der aufgebohrten Erdschicht ist somit nicht mehr möglich. Zudem sind die Bohrquerschnitte unnötig groß und die rechteckige Bohrquerschnittsform hat eine nur mäßige Eigenstabilität der Teufe zur Folge. Such trench cutters are not suitable for exploring the ground very suitable as the support fluid to the bottom of the drill is present and there with the drilled soil mixed. A neat analysis of the composition of the Drilled soil is no longer possible. In addition the drill cross sections are unnecessarily large and the rectangular ones Drill cross-sectional shape has only moderate inherent stability of depth.
Schlitzwandfräsen dieses Typs werden zwar auch von einem Versorgungsschiff für die Bodenerkundung unter dem Meeres spiegel eingesetzt. Allerdings ist die maximal erreichbare Bohrtiefe begrenzt. Meeresbodenerkundungen wie beispiels weise das Diamant Schürfen oder die Suche nach anderen sel tenen Materialien werden daher häufig mit Schürfkübeln durchgeführt. Dieses Verfahren ist jedoch sehr ungenau und nicht besonders leistungsfähig.Trench wall cutters of this type are also used by one Supply vessel for ground exploration under the sea mirror used. However, the maximum achievable Limited drilling depth. Seabed explorations such as wise the diamond prospecting or searching for other sel materials are therefore often used with scrapers carried out. However, this procedure is very imprecise and not particularly powerful.
Weiterhin ist es bekannt, den Meeresboden mit verrohrten Schnecken zu erkunden. Mit diesem Verfahren lassen sich zwar größere Bohrtiefen erreichen, andererseits erlaubt ei ne Bohrschnecke prinzipbedingt nur ein Bohren in relativ weichem Grund.It is also known to cased the seabed To explore snails. With this procedure you can reach greater drilling depths, on the other hand allows egg ne auger basically only one drilling in relative soft ground.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fräskopf, eine Bohrvorrichtung und eine Meeresboden-Bohr vorrichtung zu schaffen, sowie ein Verfahren zum Meeres bodenbohren anzugeben, welche eine leistungsfähige Boden erkundung bis in große Bohrtiefen und auch bei hartem Grundmaterial ermöglichen.The invention has for its object a Milling head, a drilling device and a seabed drilling create device, as well as a method for marine Soil drilling indicate which is a powerful soil exploration down to great drilling depths and even when hard Enable basic material.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 hinsichtlich des Fräskopfes, des Anspruchs 7 hinsichtlich der Bohrvorrichtung, des An spruchs 11 hinsichtlich der Meeresboden-Bohrvorrichtung und des Anspruchs 16 hinsichtlich des Verfahrens zum Meeresbodenbohren gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The task is characterized by the characteristics of the Part of claim 1 with respect to the milling head Claim 7 with respect to the drilling device, the Proverb 11 regarding the seabed drilling device and claim 16 with respect to the method for Seabed drilling solved. Advantageous embodiments are described in the subclaims.
Indem man einen Fräskopf mit mindestens zwei gegenläufig, rotierenden koaxialen Fräsrädern, deren Durchmesser sich zur Bildung eines etwa runden Bohrquerschnitts nach einer Seite verjüngen, vorsieht, erhält man einen an die beson deren Bedingungen der Bodenerkundung sehr gut angepaßtes Bohrwerkzeug. By using a milling head with at least two opposing rotating coaxial milling wheels, the diameter of which is to form an approximately round cross-section after a Rejuvenate side, provides you get one in particular whose conditions are very well adapted to soil exploration Drilling tool.
Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung liefert eine Bohrprobe, welche die Tiefenlage und die Menge der einzelnen Material arbeiten genau wiedergibt. Durch einen etwa runden Bohrquer schnitt werden sehr stabile Verhältnisse im Bohrloch er zielt. Die Bohrlochwandfläche ist im Verhältnis zum Bohr lochvolumen minimal. Dementsprechend wird bei der erfin dungsgemäßen Bohrlochform eine hohe Leistungsfähigkeit, d. h. eine hohe Ergiebigkeit an gefördertem Fräsgut er reicht.The drilling device according to the invention provides a drilling sample, which is the depth and the amount of each material work accurately reproduces. Through an approximately round drilling cross Very stable conditions in the borehole are cut aims. The borehole wall area is in relation to the drilling hole volume minimal. Accordingly, the inventor high performance, d. H. high productivity of conveyed milled material enough.
Obwohl die Bohrvorrichtung auch an Land eingesetzt werden kann, ist sie besonders für den Einsatz als Meeresboden- Bohrvorrichtung geeignet.Although the drilling device can also be used on land it is particularly suitable for use as a seabed Suitable drilling device.
Ein sehr gutes Bohrergebnis wird erreicht, wenn der Fräs kopf als Vollschnittfräskopf ausgeführt ist.A very good drilling result is achieved when the milling head is designed as a full cut milling head.
Vorteilhafterweise ist der Fräskopf aus gegensinnig umlau fenden kegelstumpfförmigen Fräsrädern gebildet. Durch die sen Aufbau kann sehr gut ein kreisförmiger Bohrquerschnitt erreicht werden. Gleichzeitig weist der Bohrkopf eine sehr hohe Bohrleistung auf.The milling head is advantageously umlau in opposite directions fenden frustum-shaped cutting wheels formed. Through the A circular drilling cross-section can very well be used can be achieved. At the same time, the drill head has a very high drilling performance.
Es ist zweckmäßig, daß vier Fräsräder paarweise an Getrie beschilden gelagert sind und hydraulische Antriebsmotoren oberhalb der Getriebeschilde angeordnet sind.It is useful that four cutting wheels in pairs on gear plate are stored and hydraulic drive motors are arranged above the transmission shields.
Gute Förderleistungen werden auch durch Räumerplatten am Fräskopf erzielt, durch die das Fräsgut von Fräszähnen auf definierte maximale Korngröße zerkleinerbar ist.Good conveying performance is also achieved by scraper plates on Milling head achieved through which the milled material from milling teeth on defined maximum grain size is crushable.
Geeigneterweise ist das zerkleinerte Fräsgut durch einen Saugkasten über eine Absaugleitung absaugbar.The comminuted milling material is suitably separated by a Suction box can be extracted via a suction line.
Eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung weist über einem Fräskopf ein Rohr mit einem etwa dem Bohrquerschnitt entsprechenden Querschnitt auf. A drilling device according to the invention has a Milling head a tube with a roughly the same cross section corresponding cross section.
Dadurch ist eine Sicherung der gesamten Teufe gegeben. Die Teufe kann nicht einstürzen oder durch nachrutschendes Ma terial wieder zugeschüttet werden, so daß ein genau vorgeb barer Bodenbereich mit definiertem Volumen gefördert werden kann. Die Auswertung einer derartigen Probebohrung ist da her besonders zuverlässig. Außerdem ist es auf diese Weise leicht möglich, den Fräsenvorschub zu erzeugen.This ensures that the entire depth is secured. The Depth can not collapse or by slipping Ma material are filled in again, so that a precisely specified floor area with a defined volume can. The evaluation of such a test hole is there especially reliable. It is also this way easily possible to generate the milling feed.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn ein erfin dungsgemäßer Fräskopf verwendet wird und wenn ein sich auf der Bohroberfläche abstützender Arbeitstisch, welcher das Rohr mit einem Nachfaßsystem erfaßt und in Rohrlängsrich tung verschiebt, verwendet wird. Insbesondere übt der Ar beitstisch mit dem Nachfaßsystem eine Vorschubkraft auf den Fräskopf aus. Durch diese Anordnung ist eine einfach anzu bringende und sichere Stabilisierung der Bohrvorrichtung möglich. Weiterhin werden beim Herausziehen des Bohrkopfes und des Rohres die dabei auftretenden Kräfte direkt auf die Bodenoberfläche umgeleitet, ohne weitere Bauteile der Vor richtung zu belasten.Particularly good results are achieved when an inventor the appropriate milling head is used and if one is on work surface supporting the drilling surface, which the Pipe recorded with a follow-up system and in pipe longitudinal direction tion shifts, is used. In particular, the Ar side table with the follow-up system a feed force on the Milling head. This arrangement makes it easy to put on Bringing and safe stabilization of the drilling device possible. Furthermore, when pulling out the drill head and the pipe the forces that occur directly on the Redirected floor surface without further components of the front direction.
Zur Erzielung eines leistungsfähigen Betriebes werden zur Ent- und Versorgung des Fräskopfes je eine massive Sauglei tung und Hydraulikleitung fest im Rohr angeordnet und dem Fräskopf Spülwasser durch das Rohr zugeführt. Mit dieser vorteilhaften Ausführungsform des den Bohrkopf umgebenden Bereiches ist ein schnelles und zuverlässiges Abführen des Fräsgutes gewährleistet. Weiterhin ist eine nachhaltige Er leichterung der Fräsbedingungen durch den guten Abfluß von gelöstem Boden gegeben. Die Ausbildung als massives Rohr, beispielsweise aus Stahl oder Kunststoff, schützt gegen Beschädigungen durch den Kontakt mit scharfkantigen Vorsprüngen des aufgebohrten Bodens.To achieve efficient operation, Removal and supply of the milling head each a massive suction line device and hydraulic line firmly in the pipe and the Milling head flushing water fed through the pipe. With this advantageous embodiment of the surrounding the drill head Area is a quick and reliable drainage of the Milled material guaranteed. Furthermore, he is sustainable easier milling conditions due to the good drainage of given dissolved soil. Training as a massive pipe, for example made of steel or plastic, protects against Damage from contact with sharp-edged ones Projections of the drilled bottom.
Da der interessierende Bereich bei Bodenerkundungen häufig nicht direkt unter der Oberfläche liegt, ist eine vorteil hafte Vereinfachung des Bohrbetriebes dadurch gegeben, daß ein Bypassventil am oberen Ende des Rohres vorgesehen ist, durch welches nicht benötigtes Fräsgut aus der Absauglei tung ausgepumpt werden kann. Dadurch erspart man sich den Aufwand zum Pumpen des nicht benötigten Fräsgutes durch die gesamte Absaugleitung bis an das Versorgungsschiff.Because the area of interest is common when exploring the ground is not directly below the surface is an advantage there simplification of the drilling operation given that a bypass valve is provided at the upper end of the tube, through which unneeded milled material from the suction tion can be pumped out. This saves you the Effort for pumping the milling material not required by the entire suction line to the supply ship.
Ein vorteilhafter Einsatz der Meeresboden-Bohrvorrichtung wird durch die Montage auf einem Schiff mit einem über ei ner mittschiffs angeordneten Öffnung angeordneten Arbeits turm gewährleistet. Der herablassbare Teil der Meeresboden bohrvorrichtung, welcher hauptsächlich aus dem Fräskopf, dem Arbeitstisch und dem Rohr besteht, ist durch die Öffnung ein- und ausfahrbar. In dem Arbeitsturm kann das hochgezogene Rohr sicher in vertikaler Ausrichtung befes tigt werden.An advantageous use of the seabed drilling device is by mounting on a ship with an over egg ner amidships arranged opening arranged work tower guaranteed. The condensable part of the ocean floor drilling device, which mainly consists of the milling head, the worktable and the pipe is through that Opening retractable and extendable. In the work tower it can hoisted pipe securely fixed in a vertical orientation be done.
Ein guter Bohrbetrieb wird erzielt, indem vom Schiff durch die obere Öffnung des Rohres zum Fräskopf verlaufende Lei tungen für den Betrieb der Meeresboden-Bohrvorrichtung über Umlenkeinrichtungen am Arbeitstisch geführt sind. Dadurch ist es möglich, diese Leitungen relativ stark bei minimaler Länge zu spannen sowie Treiben in der Meeresströmung zu vermeiden, ohne daß durch diese Leitungen eine unerwünschte Kraft nach oben auf den Bohrkopf und das Rohr ausgeübt wird. Die Leitungen üben lediglich auf den Arbeitstisch ei ne Kraft nach oben aus, welcher dadurch auf Grund seines hohen Gewichtes jedoch im allgemeinen keine Beeinträchti gung seiner Ausrichtung erfährt.Good drilling operations are achieved by going through from the ship the upper opening of the pipe to the milling head for the operation of the seabed drilling device Deflection devices are guided at the work table. Thereby it is possible to use these lines relatively strongly at minimal Tension length as well as hustle and bustle in the ocean current avoid without an undesirable through these lines Force is exerted on the drill head and the pipe becomes. The lines only practice on the work table ne force upwards, which is due to its high weight, however, generally no impairment experienced its orientation.
Weiterhin ist ein vorteilhafter Betrieb ermöglicht, indem ein über Rollen geführtes Seil, welches das Schiff, den Ar beitsturm, ein das Rohr umschließendes verschiebbares Führungsteil und den Arbeitstisch miteinander verbindet, zum Herablassen und Heraufziehen des herablaßbaren Teils der Meeresboden-Bohrvorrichtung vorgesehen ist. Dadurch wird ein schnelles und zielgenaues Arbeiten gewährleistet.Furthermore, advantageous operation is made possible by a rope run over rollers, which the ship, the Ar beitsturm, a slidable enclosing the pipe Connecting the guide part and the work table, for lowering and pulling up the lowerable part the seabed drilling device is provided. Thereby quick and precise work is guaranteed.
Auf besonders vorteilhafte Weise kann die Vertikalausrich tung des Rohres durch das Führungsteil übernommen werden, falls das Seil stetig mit einer relativ hohen Spannung ge halten wird. Wie bereits oben beschrieben, kann der Ar beitstisch aufgrund seines hohen Gewichtes relativ hohen nach oben gerichteten Kräften ausgesetzt werden, ohne in seiner Ausrichtung beeinträchtigt zu werden.The vertical alignment can be carried out in a particularly advantageous manner tion of the pipe are taken over by the guide part, if the rope is steadily ge with a relatively high tension will hold. As already described above, the Ar side table due to its high weight relatively high exposed to upward forces without being in its alignment to be affected.
Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch folgende Schritte gelöst:The task is procedurally carried out by the following steps solved:
- - der herablaßbare Teil der Meeresboden-Bohrvorrichtung, welcher hauptsächlich aus dem Fräskopf, dem Arbeitstisch und dem Rohr besteht, wird durch die Öffnung an dem Seil von der schiffseitigen Bergewinde auf den Meeresboden herabgelassen, wobei sich der Arbeitstisch am unteren En de des Rohres befindet;- the lowerable part of the seabed drilling rig, which mainly comes from the milling head, the worktable and the pipe is through the opening on the rope from the ship's winch to the sea floor lowered, with the work table at the lower En de the pipe is located;
- - der Fräskopf beginnt damit, in den Meeresboden zu boh ren, wobei das Nachfaßsystem seinem Vortrieb entsprechend das Rohr nach unten nachschiebt;- the milling head starts drilling into the seabed ren, the follow-up system according to its propulsion pushes the pipe down;
- - das Fräsgut wird über eine Absaugleitung zum Schiff hoch befördert;- The milled material is raised to the ship via a suction line promoted;
- - nach Beenden des Bohrvorganges zieht das Nachfaßsystem das Rohr aus dem Bohrloch wieder hoch;- After the drilling process, the follow-up system pulls the pipe up from the borehole;
- - der herablaßbare Teil der Meeresboden-Bohrvorrichtung wird über das Seil von der schiffseitigen Bergewinde wie der auf das Schiff hochgezogen;- The lowerable part of the seabed drilling device is like the rope from the ship's side winch who pulled up on the ship;
Es wird somit eine Meeresbodenerkundung ermöglicht, welche auf einfache und schnelle Weise große Meeresbodenprobenvo lumina fördern kann. Verfahrensbedingt sind relativ große Bohrtiefen möglich, insbesondere da die Teufe durch das Rohr gesichert wird und eine sichere Ausrichtung durch den schweren, sich auf den Meeresboden abstützenden Arbeits tisch gegeben ist.This enables seabed exploration, which large and easy seabed samplesvo lumina can promote. The process is relatively large Drilling depths possible, especially since the depth through the Pipe is secured and secure alignment through the heavy work resting on the seabed table is given.
Optional kann nicht benötigtes Fräsgut über das Bypaßventil am oberen Ende des Rohres aus der Absaugleitung entfernt werden, ohne zum Versorgungsschiff hochgepumpt werden zu müssen.Optionally, unneeded material can be cut via the bypass valve removed from the suction line at the top of the pipe without being pumped up to the supply ship have to.
Im gesamten Betrieb wird der Bohrkopf durch das Rohr sicher mit großen Mengen von nachlaufendem Meerwasser als Spülwas ser für den Fräsbetrieb versorgt.The drill head is secured by the pipe throughout the operation with large amounts of trailing sea water as rinsing water supplied for milling operations.
In folgendem wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren weiter erläutert. Es zeigen schematisch:In the following the invention is exemplified with reference to Figures explained further. They show schematically:
Fig. 1 eine Seitenqueransicht eines erfindungsgemäßen Bohrkopfes; Figure 1 is a side cross-sectional view of a drill head according to the invention.
Fig. 2 eine Seitenlängsansicht eines erfindungsgemäßen Bohrkopfes entlang der Linie a-a aus Fig. 1; FIG. 2 shows a side longitudinal view of a drill head according to the invention along the line aa from FIG. 1;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Versorgungsschiffes mit darauf angebrachten Arbeitsturm und hochgezoge nem herablassbaren Teil der erfindungsgemäßen Meeresboden-Bohrvorrichtung sowie zusätzlich auch der Seitenansicht mit quergeschnittenem Meeresboden des im Bohrbetrieb befindlichen her ablassbaren Teils der erfindungsgemäßen Meeres boden-Bohrvorrichtung; Fig. 3 is a side view of a supply ship with attached work tower and pulled up nem releasable part of the seabed drilling device according to the invention and additionally also the side view with cross-sectioned seabed of the releasable part of the seabed drilling device according to the invention in drilling operation;
Fig. 4 eine Seitenansicht des herablaßbaren Teils einer erfindungsgemäßen Meeresboden- Bohr vorrichtung; Fig. 4 is a side view of the lowerable part of a seabed drilling device according to the invention;
Fig. 5 eine Draufsicht auf den herablassbaren Teil der erfindungsgemäßen Meeresboden-Bohrvorrichtung; Figure 5 is a plan view of the releasable portion of the seabed drilling device of the invention;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Teils der er findungsgemäßen Meeresboden-Bohrvorrichtung mit der Darstellung des Verlaufes eines Seiles. Fig. 6 is a perspective view of part of the inventive seabed drilling device with the representation of the course of a rope.
Fig. 1 zeigt einen Fräskopf 1 mit einem etwa runden Bohr querschnitt. Der Fräskopf 1 ist aus vier paarweise gegen sinnig umlaufenden kegelstumpfförmigen Fräsrädern 2 gebil det, welche über zwei Getriebeschilde 6 paarweise gelagert sind. Die Radien der Kegelstümpfe werden vom axialen Zen trum des Fräskopfes 1 ausgehend in axialer Richtung klei ner. Die axial äußeren Fräsräder 2 weisen einen kleine ren Durchmesser als die inneren Fräsräder 2 auf. Sie sind zusammengesetzt aus einem axial innenliegenden, größeren Stumpf eines Kegels, der flacher ist als der Kegel, aus dem die Stümpfe der inneren Fräsräder 2 abgeleitet sind, und einem axial außenliegenden, kleineren Stumpf eines noch fla cheren Kegels, dessen den axialen Abschluß bildende kleine Fläche wesentlich kleiner als der größte Durchmesser des Fräskopfes 1 ist. Fig. 1 shows a milling head 1 with an approximately round drilling cross section. The milling head 1 is made of four pairs against sensibly rotating frusto-conical milling wheels 2 , which are mounted in pairs on two gear shields 6 . The radii of the truncated cones are small ner starting from the axial center of the milling head 1 in the axial direction. The axially outer milling wheels 2 have a smaller diameter than the inner milling wheels 2 . They are composed of an axially inner, larger stump of a cone, which is flatter than the cone from which the stumps of the inner cutting wheels 2 are derived, and an axially outer, smaller stump of an even fla chere cone, the small axial end of which forms Area is significantly smaller than the largest diameter of the milling head 1 .
Die Antriebsmotoren (nicht dargestellt) befinden sich ober halb der Fräsräder 2. Die Getriebeschilde 6 sind an einem Rahmen 7 befestigt, welcher am Ende eines Rohres 12 (Fig. 3) angebracht sind. Die Fräsräder 2 laufen paarweise gegen sinnig, da jeweils zwei Fräsräder 2 über ein Getriebe an getrieben werden, so wie in der EP 0 167 090 dargestellt. Ein entstehendes Drehmoment um die Bohrachse wird durch die feste Arretierung des Rohres 12 in Umfangsrichtung in der Teufe kompensiert. Am Umfang der Fräsräder 2 sind in Um fangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandete Fräszähne 5 ausgebildet, welche den Wirkungsbereich des Fräskopfes 1 bis auf die in Fig. 1 gestrichelte Begren zungslinie 8 vergrößern.The drive motors (not shown) are located above half of the cutting wheels 2 . The gear shields 6 are attached to a frame 7 which is attached to the end of a tube 12 ( Fig. 3). The milling wheels 2 run in pairs against sensible, since two milling wheels 2 are driven by a gear, as shown in EP 0 167 090. A torque that arises about the drilling axis is compensated for by the firm locking of the tube 12 in the circumferential direction in the depth. On the circumference of the cutting wheels 2 are in the circumferential direction evenly spaced milling teeth 5 which enlarge the effective range of the milling head 1 to the dashed line in Fig. 1 Limitation 8 .
Beispielhaft ist ein Fräszahn 5 in den Fig. 1 und 2 ein gezeichnet. Fig. 2 zeigt weiterhin eine Räumerplatte 4, welche das Fräsgut auf definierte maximale Korngröße zer kleinert. Das Fräsgut wird durch einen Saugkasten 3 und ei ne Absaugleitung 28 abgesaugt.For example, a milling tooth 5 is shown in FIGS . 1 and 2. Fig. 2 also shows a scraper plate 4 , which crushes the milled material to a defined maximum grain size. The milled material is sucked through a suction box 3 and ei ne suction line 28 .
Wie Fig. 3 zeigt, ist ein Schiff 11 als Überwasser-Be triebsleiteinrichtung vorgesehen, das mittschiffs einen Ar beitsturm 16 trägt, welcher über einer Öffnung 18 im Schiffsboden angeordnet ist. Durch diese Öffnung 18 kann der herablaßbare Teil der Meeresboden-Bohrvorrichtung, wel cher hauptsächlich aus dem Fräskopf 1 (nicht dargestellt), dem Rohr 12 und einem Arbeitstisch 13 besteht, an einem Seil 26 herabgelassen werden. Fig. 3 zeigt diesen Teil in Ruhestellung und in Arbeitsstellung, nämlich sowohl in her aufgezogener Stellung, wobei das Rohr 12 in vertikaler Aus richtung im Arbeitsturm 16 fixiert ist, als auch in herab gelassener Stellung, wobei das Rohr 12 durch ein Nachfaßsy stem 14 relativ zum Arbeitstisch 13 auf die maximale Bohr tiefe heruntergeschoben ist.As shown in FIG. 3, a ship 11 is provided as an operational control device which carries an Ar working tower 16 amidships, which is arranged above an opening 18 in the ship's bottom. Through this opening 18 , the lowerable part of the seabed drilling device, which mainly consists of the milling head 1 (not shown), the tube 12 and a work table 13 , can be lowered on a rope 26 . Fig. 3 shows this part in the rest position and in the working position, namely both in the raised position, the tube 12 being fixed in the vertical direction in the work tower 16 , and in the lowered position, the tube 12 by a Nachfaßsy stem 14 relative to the work table 13 is pushed down to the maximum drilling depth.
Das Nachfaßsystem 14 besteht aus hydraulisch angetriebenen und in Radialrichtung sowie in Axialrichtung des Rohres 12 verstellbaren Klammern. Diese greifen am Umfang des Rohres 12 an und verschieben es in Axialrichtung. Die Klammern werden mit dem hydraulischen Antrieb in Radialrichtung ge gen das Rohr 12 gedrückt, so daß sie verschiebfest am Um fang des Rohres 12 anliegen. Die Klammern sind etwa gleichmäßig über den Rohrumfang verteilt, so daß kein re sultierendes Moment in Radialrichtung auf das Rohr 12 wirkt. Zum Verschieben des Rohres 12 werden die Klammern hydraulisch angetrieben in Axialrichtung des Rohres 12 be wegt, wobei sie das Rohr 12 mitnehmen und es relativ zum Arbeitstisch 13 verschieben. Soll das Rohr 12 relativ zum Arbeitstisch 13 weiter verschoben werden, als der Maximal hub der Klammern in Axialrichtung, lösen sich die Klammern beim Erreichen des Maximalhubes in Axialrichtung von dem Rohr 12, werden dann in entgegengesetzter Richtung zurückgefahren und ergreifen daraufhin das Rohr 12 wieder durch eine Bewegung in radialer Richtung. Daraufhin nehmen die Klammern das Rohr 12 wiederum in der gewünschten Bewe gungsrichtung mit.The Nachfaßsystem 14 consists of hydraulically driven and adjustable in the radial direction and in the axial direction of the tube 12 brackets. These attack the circumference of the tube 12 and move it in the axial direction. The brackets are pressed with the hydraulic drive in the radial direction ge conditions the tube 12 , so that they rest against the start of the tube 12 . The brackets are distributed approximately evenly over the circumference of the tube, so that no resulting torque acts on the tube 12 in the radial direction. To move the tube 12 , the brackets are hydraulically driven in the axial direction of the tube 12 be moved, taking the tube 12 and move it relative to the work table 13 . If the tube 12 is to be displaced further relative to the work table 13 than the maximum stroke of the clamps in the axial direction, the clamps are released from the tube 12 when the maximum stroke is reached in the axial direction, are then moved back in the opposite direction and then take the tube 12 again a movement in the radial direction. Then the brackets take the tube 12 again in the desired direction of movement.
Das Rohr 12 weist einen dem Bohrdurchmesser des Fräskopfes 1 entsprechenden Durchmesser auf. Beim Bohrbetrieb dient die über das Nachfaßsystem vom Arbeitstisch 13 auf das Rohr 12 übertragene Kraft in Axialrichtung des Rohres 12 als Vorschubkraft für den Fräskopf 1. Insbesondere beim Meeres bodenbohren führt das Rohr 12 zu verbesserten Bohrbedingun gen, da die Teufe durch die hochgradig fließfähigen Be standteile des Meeresbodens immer der Gefahr ausgesetzt ist, zugeschüttet zu werden. Da das Rohr 12 keine Vorsprün ge aufweist und relativ glattwandig ist, ist seine Ein bringung in die Teufe mit relativ geringem Kraftaufwand möglich. Durch das Rohr 12 wird der Fräskopf 1 auf einer geradlinigen Bohrrichtung gehalten. Dadurch ist es möglich, in genau definierten Bereichen Probebohrungen vorzunehmen. Der Fräskopf 1 und das Rohr 12 sind fest miteinander ver bunden. Das Rohr 12 erfüllt somit auch eine Stützfunktion für den Fräskopf 1. Der Rohrquerschnitt ist dem etwa kreisförmigen Bohrquerschnitt des Fräskopfes 1 angepaßt. Durch diese Querschnittsform ist die Stabilität des Rohres 12 gegen Eindrücken oder Verbiegen sehr hoch.The tube 12 has a diameter corresponding to the drilling diameter of the milling head 1 . During drilling operation, the force transmitted from the work table 13 to the pipe 12 via the follow-up system serves in the axial direction of the pipe 12 as a feed force for the milling head 1 . In particular when drilling the sea floor, the pipe 12 leads to improved drilling conditions, since the depth is always exposed to the risk of being buried due to the highly flowable components of the sea floor. Since the tube 12 has no projections and is relatively smooth-walled, its introduction into the depths is possible with relatively little effort. The milling head 1 is held in a straight drilling direction by the tube 12 . This makes it possible to drill test holes in precisely defined areas. The milling head 1 and the tube 12 are firmly connected to each other. The tube 12 thus also fulfills a supporting function for the milling head 1 . The pipe cross section is adapted to the approximately circular drilling cross section of the milling head 1 . Due to this cross-sectional shape, the stability of the tube 12 against being pressed in or bent is very high.
Am oberen Ende des Rohres 12 befindet sich ein Bypaßventil 15, durch welches nicht benötigtes Fräsgut aus der Absaug leitung 28 ausgepumpt werden kann. Mit diesem Bypassventil 15 ist es beispielweise möglich, das Fräsgut, welches auf dem ersten Abschnitt der Bohrung ausgebohrt wurde, abzulas sen und nur das Fräsgut welches aus einer größeren Bohrtie fe stammt, zum Schiff 11 hochzubefördern. Nach beendetem Bohrvorgang wird das Rohr 12 mit dem Fräskopf 1 durch das Nachfaßsystem 14 relativ zum Arbeitstisch 13 wieder hochge zogen. Typische Rückzugkräfte entsprechen der Größenordnung von 500 bis 1000 Tonnen. Diese werden jedoch nicht in das Seil 26 zwischen Schiff 11 und Arbeitstisch 13 eingeleitet. Erst nachdem das Rohr 12 vollständig relativ zum Arbeits tisch 13 hochgezogen wurde, wird das Seil 26 von einer schiffsseitigen Bergewinde 25 (siehe Fig. 6) eingerollt.At the upper end of the tube 12 is a bypass valve 15 through which unneeded milled material can be pumped out of the suction line 28 . With this bypass valve 15 , it is possible, for example, to remove the milled material that was drilled out on the first section of the bore and only to convey the milled material that comes from a larger drilling depth to the ship 11 . After the drilling process, the tube 12 with the milling head 1 is pulled up again by the follow-up system 14 relative to the work table 13 . Typical retraction forces are on the order of 500 to 1000 tons. However, these are not introduced into the rope 26 between the ship 11 and the work table 13 . Only after the tube 12 has been completely pulled up relative to the work table 13 , the rope 26 is rolled up by a ship-side recovery thread 25 (see FIG. 6).
Die Fig. 4 und 5 zeigen das Rohr 12, an dessen unterem Ende sich der Fräskopf 1 befindet (nicht dargestellt). Das Rohr 12 ist über das Nachfaßsystem 14 mit dem Arbeitstisch 13 verbunden. Der Rohrdurchmesser beträgt typisch circa 2 Meter, die Rohrlänge maximal circa 30 Meter. Das Gewicht des Arbeitstisches 13 beträgt 120 Tonnen. Es sind jedoch auch größere Dimensionen ausführbar. Der Arbeitstisch 13 und das Rohr 12 sind über eine kardanische Aufhängung 27 miteinander verbunden, um auch bei schrägem Meeresboden ei ne senkrechte Bohrung vornehmen zu können. Eine Hydrauli kleitung 20 und die Absaugleitung 28 verlaufen vom Fräskopf 1 aus nach oben im Inneren des Rohres 12, am oberen Ende des Rohres 12 aus diesem heraus, dann parallel zum Rohr 12 nach unten zu Umlenkeinrichtungen, welche aus am Arbeits tisch 13 befestigten Umlenkrollen 17 bestehen, und dann weiter hoch zum Schiff 11. Das Rohr 12 bildet auch eine Spülwasserleitung für die Spülwasserversorgung des Fräskop fes 1. Innerhalb des Rohres 12 und an den halbkreisförmigen Umlenkteilen am oberen Rohrende sind die Hydraulikleitung 20 und die Absaugleitung 28 als Metallrohre ausgeführt, da sie dort keine Verwindbarkeit aufweisen müssen. FIGS. 4 and 5 show, the tube 12, at its lower end, the cutter head 1 is located (not shown). The tube 12 is connected to the work table 13 via the follow-up system 14 . The pipe diameter is typically around 2 meters, the maximum pipe length is around 30 meters. The weight of the work table 13 is 120 tons. However, larger dimensions can also be implemented. The work table 13 and the tube 12 are connected to each other via a gimbal 27 in order to be able to carry out a vertical bore even with an inclined sea floor. A hydraulic line 20 and the suction line 28 run from the milling head 1 upwards inside the tube 12 , at the upper end of the tube 12 out of it, then parallel to the tube 12 downward to deflection devices, which are attached to the work table 13 deflection rollers 17th exist, and then further up to ship 11 . The tube 12 also forms a rinse water line for the rinse water supply of the Fräskop fes 1st Within the tube 12 and on the semicircular deflection parts at the upper end of the tube, the hydraulic line 20 and the suction line 28 are designed as metal tubes, since they do not have to be twistable there.
Innerhalb des oberen Teils des Rohres 12 befindet sich auch eine Höhenverstellung 30 für ein Führungsteil 24, welches das Rohr 12 umschließt.Within the upper part of the tube 12 there is also a height adjustment 30 for a guide part 24 which surrounds the tube 12 .
Wie Fig. 6 zeigt, verläuft das Seil 26 von der schiffssei tigen Bergewinde 25 über eine Rolle an einem schiffsseiti gen Arbeitsturmoberteil 23 durch eine Öffnung des Führungs teils 24 zu zwei Rollen auf dem Arbeitstisch 13, danach noch einmal durch das Führungsteil 24 zum schiffseitigen Arbeitsturmoberteil 23, daraufhin nochmals zum Arbeitstisch 13 und schließlich wieder zurück zum schiffseitigen Ar beitsturmoberteil 23, an dem das Seilende fixiert ist. Beim Bohrbetrieb auf dem Meeresboden ist der Abstand zwischen dem schiffseitigem Arbeitsturmoberteil 23 und dem Führungs teil 24 stark gegenüber der in Fig. 6 dargestellten Situa tion vergrößert. Beispielsweise arbeitet die Vorrichtung in einer Wassertiefe von bis zu etwa 200 bis 300 Metern. Dieser Abstand entspricht dann etwa auch dem Abstand zwischen dem schiffseitigen Arbeitsturmoberteil 23 und dem Führungsteil 24.As shown in Fig. 6, the rope 26 runs from the ship's side recovery thread 25 via a role on a schiffsseiti gene tower top part 23 through an opening of the guide part 24 to two roles on the work table 13 , then again through the guide part 24 to the ship's side tower top part 23 , then again to the work table 13 and finally back to the ship-side Ar beitsturmoberteil 23 , on which the rope end is fixed. When drilling on the sea floor, the distance between the ship-side upper part of the tower 23 and the guide part 24 is greatly increased compared to the situation shown in Fig. 6 tion. For example, the device works at a water depth of up to about 200 to 300 meters. This distance then corresponds approximately to the distance between the upper part 23 of the work tower and the guide part 24 .
Das Führungsteil 24 ist in seiner Höheneinstellung relativ zum Rohr 12 mittels der Höhenverstellung 30 verstellbar. Die Höhenverstellung 30 dient dazu, das Führungsteil 24 bei vollständig in den Arbeitsturm 16 hochgefahrenem Rohr 12 abzusenken. Das Rohr 12 überragt in vollständig hochgefah renem Zustand die Höhe des Arbeitsturms 16 und damit auch die Höhe des schiffseitigen Arbeitsturmoberteils 23, so daß sich das Führungsteil 24 nicht mehr am oberen Ende des Rohres 12 befinden kann. Bei herabgelassenem Rohr 12 ist das Führungsteil 24 im allgemeinen möglichst weit oben am Rohr 12, um mit dem unter relativ hoher Spannung stehenden Seil 26 eine gute Vertikalführung für das Rohr 12 zu errei chen. Die Höhenverstellung 30 besteht aus zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Umlenkrollen 31 am oberen Rand des Rohres 12. Innerhalb des Rohres 12 sind nahe dem oberen Rand unter den beiden Umlenkrollen angetriebene Win den 32 (nur eine Winde 32 ist dargestellt) angeordnet. Von diesen aus geht jeweils ein Seil über die Umlenkrolle 31 an der Außenseite des Rohres 12 herab bis zu jeweils einem nächst dem Rohr 12 liegenden Befestigungspunkt auf dem Führungsteil 24. Das Führungsteil 24 wird durch das Auf- und Abrollen der Seile der Höhenverstellung 30 in Axial richtung relativ zum Rohr 12 verschoben.The height of the guide part 24 can be adjusted relative to the tube 12 by means of the height adjustment 30 . The height adjustment 30 serves to lower the guide part 24 when the tube 12 is fully raised in the work tower 16 . The tube 12 projects in a completely hochgefah renem state, the height of the work tower 16 and thus also the height of the ship-side work tower upper part 23 , so that the guide member 24 can no longer be located at the upper end of the tube 12 . When the tube 12 is lowered, the guide part 24 is generally as far up as possible on the tube 12 in order to achieve good vertical guidance for the tube 12 with the relatively high tension cable 26 . The height adjustment 30 consists of two diametrically opposed deflection rollers 31 on the upper edge of the tube 12 . Within the tube 12 near the upper edge under the two pulleys driven Win 32 (only one winch 32 is shown) are arranged. From each of these, a rope goes down over the deflection roller 31 on the outside of the tube 12 to a respective fastening point on the guide part 24 that is closest to the tube 12 . The guide member 24 is moved relative to the tube 12 by the winding and unwinding of the ropes of the height adjustment 30 in the axial direction.
Nachfolgend wird die Funktion der Meeresboden-Bohrvorrich tung anhand eines Beispiels beschrieben. Das Schiff 11 fährt über eine Stelle des Meeresbodens, welche erkundet werden soll. Während der Fahrt ist die Meeresboden-Bohrvor richtung hochgezogen und befindet sich im Arbeitsturm 16. Bei stillstehendem und ausgerichtetem Schiff 11 wird der herablaßbare Teil der Meeresboden-Bohrvorrichtung durch die Öffnung 18 vom Arbeitsturm 16 ins Wasser bis auf den Meeresboden herabgelassen. Der Arbeitstisch 13 befindet sich während dieses Vorgangs am unteren Ende des Rohres 12. Er kommt somit als erstes auf dem Meeresboden an und nimmt aufgrund seines hohen Gewichtes eine stabile Ausrichtung ein.The function of the seabed drilling device is described below using an example. The ship 11 travels over a point on the sea floor which is to be explored. During the journey, the seabed Bohrvor direction is pulled up and is in the work tower 16th When the ship 11 is stationary and aligned, the lowerable part of the seabed drilling device is lowered into the water through the opening 18 from the work tower 16 to the seabed. The work table 13 is located at the lower end of the tube 12 during this process. It arrives first on the sea floor and, due to its high weight, assumes a stable orientation.
Zwischen dem Schiff 11 und dem herablaßbaren Teil sind nun das Seil 26, die Hydraulikleitung 20 und die Absaugleitung 28 gespannt. Das Seil 26 verläuft am Rohr 12 durch das Führungsteil 24, welches nachdem das Rohr 12 den Arbeits turm 16 verlassen hatte ans obere Ende des Rohres 12 bewegt wurde. Dadurch wird durch das relativ stark gespannte Seil 26 eine vertikale Ausrichtung des Rohres 12 durch das Führungsteil 24 gewährleistet. Das Seil 26 kann relativ stark gespannt sein, ohne daß der schwere Arbeitstisch 13 abhebt. Bei einem unebenen Meeresboden kann trotz schräg aufliegendem Arbeitstisch 13 eine Vertikalausrichtung des Rohres 12 beibehalten werden, da diese beiden Teile mit der kardanischen Aufhängung 27 verbunden sind.The rope 26 , the hydraulic line 20 and the suction line 28 are now stretched between the ship 11 and the lowerable part. The rope 26 runs on the tube 12 through the guide member 24 which, after the tube 12 had left the working tower 16 , was moved to the upper end of the tube 12 . A vertical alignment of the tube 12 by the guide part 24 is thereby ensured by the relatively strongly tensioned cable 26 . The cable 26 can be stretched relatively strongly without the heavy work table 13 lifting off. In the case of an uneven sea floor, a vertical alignment of the tube 12 can be maintained despite the obliquely lying work table 13 , since these two parts are connected to the gimbal suspension 27 .
Als nächstes wird der eigentliche Bohrbetrieb aufgenommen, indem die Fräsräder 2 in Drehbewegung versetzt werden. Die Fräsräder 2 drehen sich dabei paarweise gegeneinander. Das Fräsgut wird von den Fräszähnen 5 erfaßt und von den Räumerplatten 4 zerkleinert. Das zerkleinerte Fräsgut wird durch den Saugkasten 3 und durch die Absaugleitung 28 abge saugt und zum Schiff 11 hochbefördert. Dort wird es aufge fangen und analysiert.The actual drilling operation is then started by setting the milling wheels 2 in rotary motion. The milling wheels 2 rotate in pairs against each other. The milled material is gripped by the milling teeth 5 and crushed by the scraper plates 4 . The crushed milled material is sucked abge through the suction box 3 and through the suction line 28 and transported up to the ship 11 . There it is collected and analyzed.
Der Bohrvorschub des Fräskopfes 1 wird durch das Nachfaßsy stem 14 am Arbeitstisch 13 bewerkstelligt, welches das Rohr 12 der Bohrvortriebsgeschwindigkeit entsprechend nach unten verschiebt. Während des Bohrvorgangs wird über die Hydrau likleitung 20 Antriebsenergie zum Fräskopf 1 übertragen und Meerwasser zum Spülen durch das Rohr 12 zugeführt. Optional kann ein Teil des Fräsgutes durch das Bypaßventil 15 am oberen Ende des Rohres 12 aus der Absaugleitung 28 entfernt werden, ohne zum Schiff 11 hochbefördert werden zu müssen. Die maximale Bohrtiefe ist durch die Länge des Rohres 12 festgelegt. Wird das Rohr 12 vom Nachfaßsystem 14 an seinem oberen Ende erfaßt, ist die maximale Bohrtiefe erreicht und das Rohr 12 wird vom Nachfaßsystem 14 wieder nach oben ver schoben. Danach wird der herablaßbare Teil der Meeresboden- Bohrvorrichtung vom Seil 26 wieder auf das Schiff 11 in den Arbeitsturm 16 hochgezogen. Der Bohrvorgang ist beendet und das Schiff 11 kann die Bohrstelle wieder verlassen.The drilling feed of the milling head 1 is accomplished by the Nachfaßsy stem 14 on the work table 13 , which moves the tube 12 of the drilling rate accordingly down. During the drilling process, 20 drive energy is transferred to the milling head 1 via the hydraulic line and seawater is fed through the tube 12 for rinsing. Optionally, part of the milled material can be removed from the suction line 28 through the bypass valve 15 at the upper end of the tube 12 without having to be conveyed up to the ship 11 . The maximum drilling depth is determined by the length of the tube 12 . If the tube 12 is grasped by the follow-up system 14 at its upper end, the maximum drilling depth is reached and the tube 12 is pushed back up by the follow-up system 14 . Thereafter, the lowerable part of the seabed drilling device is pulled up again by the rope 26 onto the ship 11 in the work tower 16 . The drilling process has ended and the ship 11 can leave the drilling site again.
Claims (18)
- - der herablaßbare Teil der Meeresboden-Bohrvorrich tung welcher hauptsächlich aus dem Fräskopf (1), dem Arbeitstisch (13) und dem Rohr (12) besteht, wird durch die Öffnung (18) an dem Seil (26) von der schiffseitigen Bergewinde (25) auf den Meeresboden herabgelassen, wobei sich der Arbeitstisch (13) am unteren Ende des Rohres (12) befindet;
- - der Fräskopf (1) beginnt in den Meeresboden zu boh ren, wobei das Nachfaßsystem (14) seinem Vortrieb entsprechend das Rohr (12) nach unten nachschiebt;
- - das Fräsgut wird über eine Absaugleitung (28) zum Schiff (11) hoch befördert;
- - nach Beenden des Bohrvorganges zieht das Nachfaß system (14) das Rohr (12) aus dem Bohrloch wieder hoch;
- - der herablaßbare Teil der Meeresboden-Bohrvorrichtung wird über das Seil (26) von der schiffseitigen Berge winde (25) wieder auf das Schiff (11) hochgezogen.
- - The lowerable part of the seabed Bohrvorrich device which mainly consists of the milling head ( 1 ), the work table ( 13 ) and the tube ( 12 ) is through the opening ( 18 ) on the rope ( 26 ) from the ship's side winch ( 25th ) lowered onto the sea floor, the work table ( 13 ) being at the lower end of the tube ( 12 );
- - The milling head ( 1 ) begins to boh ren in the seabed, the follow-up system ( 14 ) according to its propulsion pushes the tube ( 12 ) downwards;
- - The milled material is transported up to the ship ( 11 ) via a suction line ( 28 );
- - After completion of the drilling process, the follow-up system ( 14 ) pulls the pipe ( 12 ) up out of the borehole;
- - The lowerable part of the seabed drilling device is hoisted over the rope ( 26 ) from the ship-side mountains winch ( 25 ) back onto the ship ( 11 ).
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