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Kernbohren mit Einfachkernrohr Die konstruktive Gestaltung des Einfachkernrohrs ist auf die grundsätzlich benötigten Komponenten eines Kernbohrwerkzeuges reduziert Aus der Abbildung 5 wird der Aufbau eines Einfachkernrohres ersichtlich. Die mehrteilige Bohrgarnitur setzt sich zusammen aus: • der Bohrkrone • dem Räumer • dem Kernfangring • dem Kernrohr • dem Kernrohrkopf Ausgabe 03 | 2009 Abb. 5: Aufbau Einfachkernrohr WEITERBILDUNG Abb. 4: Schema Kernfangring www.advanced-mining.com 10
Aufgrund der schlanken Bauweise von Einfachkernrohren sind die Bohrkronen mit einer schmalen Schneidlippe ausgestattet. Das Maß für die erforderliche Lippenbreite ergibt sich aus der Wandstärke des Kernrohres + dem äußeren Freischnitt + dem inneren Freischnitt. Die Wandstärke des Kernrohres beträgt 3,5 bis 4,5 mm, für den Freischnitt entfallen nochmals ca. 3,5 mm. Mit dem äußeren Freischnitt wird ein Ringspalt zwischen dem Kernrohr und der Bohrlochwand hergestellt. Dieser Ringspalt dient dem reibungsfreien Lauf des Kernrohres und als Wegsamkeit für die Bohrspülung. Mit dem inneren Freischnitt der Krone wird der Durchmesser des Bohrkernes geschnitten. Mit zunehmendem Bohrfortschritt fährt das Kernrohr über die von der Krone frei geschnittene Gesteinssäule. Mit dem inneren Freischnitt wird ein Spaltmaß zwischen dem Bohrkern und der inneren Kernrohrwand hergestellt. In diesem Ringspalt strömt die über das Gestänge zugeführte Bohrspülung zur Bohrkrone, wo diese über den äußeren Freischnitt mit Bohrgut beladen aufsteigt und anschließend im Ringraum nach übertage gelangt. Dem unmittelbar über der Bohrkrone positionierten Räumer kommt die Aufgabe der Stabilisierung des Kernrohres und der Gewährleistung der Kaliberhaltigkeit des Bohrloches zu. Mit der voranschreitenden Einsatzstrecke einer Bohrkrone ist der Verschleiß im Außenkaliber unvermeidbar. Ohne den Einsatz eines Räumers würde das Bohrloch in dieser Strecke an Durchmesser verlieren. Der Bohrkern ist den hydraulischen Spülungseinflüssen sowie den mechanischen Einflüssen des rotierenden und vorangetriebenen Kernrohres während der gesamten Kernmarschzeit ausgesetzt. Der hohe Grad der Störeinflüsse kann die Güte der Probe sowie den Bohrprozess nachteilig beeinflussen. Der direkt am Bohrkern entlang geführte Spülstrom wäscht aus diesem alle Feinanteile z. B. Kluftfüllungen oder Lettenschichten, heraus. Eine mechanische Beeinträchtigung des Kernes durch die Rotationseinflüsse ist kaum vermeidbar. Hinzu kommen radial wirkende Belastungen auf den Bohrkern, die durch Vibration und Unwuchten im Gestänge hervorgerufen werden. Die Folge können Beeinträchtigungen der Probengüte, aber auch erhebliche Störungen im Bohrprozess durch zerbrochene Kernstücke sein. Verklemmen sich Fragmente des zerbrochenen Bohrkerns im Kernrohr, wird der Bohrfortschritt stark reduziert oder kommt ganz zum erliegen. Die gesamte Kernrohrlänge, die für Einfachkernrohre zwischen 1 m und 3,50 m liegt, kann nicht vollständig abgebohrt werden. Mit der Einschränkung der möglichen Kernmarschlänge werden zum Erreichen der Endteufe zusätzliche Fördervorgänge erforderlich, die sich nachteilig auf die Brutto-Bohrleitung auswirken. Insbesondere mit dem Vordringen in größere Teufen nimmt die Förderung des Bohrkernes, das im Einfachkernrohr durch den Ausbau des gesamten Bohrstranges erfolgt, einen erheblichen Zeitaufwand in Anspruch. Zudem Ausgabe 03 | 2009 WEITERBILDUNG werden Bruchstücke im Kernrohr nicht mehr optimal vom Kernfangring gehalten. Unter den Belastungen des mechanischen Fördervorganges können sich diese Bruchstücke aus dem Kernrohr lösen und wieder auf die Bohrlochsohle fallen. In dieser Verkettung ungünstiger Eigenschaften wird die Effizienz des Bohrprozesses wie auch die Probenqualität nochmals stark beeinträchtigt. Der Einsatzbereich von Einfachkernrohren beschränkt sich auf die Erkundung regelmäßiger und kompakter Festgesteinsformationen im oberflächennahen Gebirgsbereich. Unter diesen Gegebenheiten können mit den schmalen Schneidlippen der Bohrkronen sehr gute Bohrfortschritte erzielt werden. Im Vergleich zu konkurrierenden Kernrohrbauweisen ist von den Kronen der Einfachkernrohre weniger Gesteinsvolumen/Bohrmeter zu lösen, wodurch mit einem vergleichbaren Energieaufwand für Andruck, Drehmoment und Spülungsantrieb ein höherer Bohrfortschritt erzielt wird. Die Vorteile der niedrigeren spezifischen Lösearbeit kommen vor allem im Einsatz mit kleinen Bohrgeräten, deren Vorschubkraft durch die geringe Eigenmasse limitiert ist, zum tragen. Aus der schmalen Schneidlippe der Bohrkrone ergibt sich zudem ein günstigeres Verhältnis aus dem Bohrdurchmesser zum Kerndurchmesser. Neben den technischen Vorteilen erfordern Einfachkernrohre durch ihre einfache Bauweise einen geringen Investitionsaufwand und haben verhältnismäßig kostengünstige Verschleißteile. In der technischen Nomenklatur werden zwei Arten von Einfachkernrohren unterscheiden. Die Einfachkernrohre mit der Typbezeichnung B sind aus dünnwandigem Material gefertigt und benötigen Bohrkronen mit einer Lippenbreite von 7 mm. Ein robusteres Standard-Einfachkernrohr steht mit der Typbezeichnung Z zur Verfügung, das eine Bohrkrone mit einer Lippenstärke von 14 mm benötigt. Auf die Dimensionierung der Bohrdurchmesser und den resultierenden Kerndurchmessern wird im Beitrag der nächsten Ausgabe näher eingegangen. Kernbohren mit Doppelkernrohr Mit dem Doppelkernrohr steht der Erkundungsbohrtechnik ein vielseitig einsetzbares Bohrwerkzeug für die vollständige Gewinnung durchgehend gekernter Proben zur Verfügung. Das Einsatzspektrum umfasst die Erkundungsarbeit in gebrächen und schwach verfestigten Formationen bis hin zum Erbohren von kompakten Quarzitgestein. Mit einer Modifikation des „klassischen“ Doppelkernrohres können auch Kerne aus Lockergesteinsformationen gewonnen werden. Aufgrund der konstruktiven Gestaltung der Doppelkernrohre, die sich grundsätzlich durch ein Innenrohr zur Kernaufnahme und einem Außenrohr zur Kraftübertragung auszeichnet, sollen folgende Kriterien gewährleistet werden: www.advanced-mining.com 11
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