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Tiefbohren

[545] Tiefbohren oder Erdbohren [1] bezweckt die Untersuchung der Erdrinde in größerer Tiefe. Im allgemeinen dient das Tiefbohren der Vorbereitung des Bergbaubetriebes durch Aufsuchung von Lagerstätten nutzbarer Mineralien; doch kann in einzelnen Fällen das Bohrloch selbst zur Gewinnung von Mineralien (Salzsole, Erdöl, Schwefel) auch zur Beschaffung von brauchbarem Wasser (s. Brunnen) dienen (Erdbohren zur Feststellung der Beschaffenheit des Baugrundes vgl. Sondieren). Beim eigentlichen Grubenbetriebe werden Tiefbohrungen zuweilen angewendet, z.B. zur Herstellung von Wetterbohrlöchern an Stelle von Wetterschächten. Ferner hat man beim Abteufen eines neuen Schachtes für eine schon begehende Grube den Schachtpunkt mittels Strecke unterfahren und dann ein Bohrloch auf diese niedergebracht, um hierdurch die Wasserhaltung aus dem Schachtabteufen zu ersparen. Man führt das Wasser durch das Bohrloch den Pumpen der bereits vorhandenen Schächte zu. Auch[545] das Suchbohren, besonders in geneigter Richtung zur Gebirgsuntersuchung von vorhandenen Grubenbauen aus, findet immer mehr Eingang, und zwar unter Anwendung der Diamantbohrung. Ueber die Herstellung der Gefrierbohrlöcher beim Schachtabteufen nach dem Poetschen Verfahren und über Schachtbohren vgl. Schachtabteufen, Bd. 7, S. 578.

Das Gestängebohren umfaßt diejenigen Verfahren, bei denen der Bohrer an einem aus massiven, miteinander verschraubten Stangen bestehenden Gestänge gehandhabt wird. In losem und weichem Gebirge wird der Bohrer gedreht und wirkt schneidend, während in festem Gestein der Meißelbohrer (Fig. 1), gewöhnlich mit Ohrenschneiden o versehen, stoßend gebraucht wird.

Das Drehbohren. Der hierbei am meisten angewendete Bohrer ist die Schappe (Fig. 2); sie besteht aus einem Eisenblechzylinder, dessen oberes Ende an eine gegabelte Stange angenietet ist, diese trägt oben Bund und Schraube. Ein breiter Lappen am unteren Zylinderrande ist eigenartig umgebogen; an der Seite ist der Zylinder aufgeschnitten und der eine Rand als Schneide etwas nach außen gebogen. Zur Drehung des Bohrers wird gewöhnlich ein Drehhebel (s. Sondieren, Fig. 2), Krückel genannt, auf das eine Schraube bildende obere Ende der Schappe aufgeschraubt. Nachdem diese um ein gewisses Maß eingedrungen ist, wird sie herausgezogen und von den daran haftenden Bodenmassen befreit. Dem Fortschreiten der Bohrung entsprechend, werden zwischen Schappe und Krückel Bohrstangen – unten in die entsprechende Schraubenmutter, oben in die Schraubenspindel endend und außerdem an jedem Ende mit einer Verdickung, dem Bunde, versehen – eingefügt; sie sind aus Schmiedeeisen gefertigt oder bestehen aus Holz mit eisernen Beschlägen an den Enden. Die gewöhnlich verwendeten Stangen (Hauptstangen) haben mehrere Meter, bei großen Bohrungen bis zu 20 m Länge; um jedoch jederzeit das Gestänge nur so viel zu verlängern, daß der Krückel bequem gehandhabt werden kann, sind Hilfs- oder Aufsatzstangen vorhanden, deren Länge ¹/₂, ¹/₄, ¹/₈, u.s.w. der Hauptstange beträgt. Bringt die Schappe den losgebohrten Boden nicht heraus, so führt man den Löffel (Fig. 3) ein; er ist ein Eisenblechzylinder, etwa vom Durchmesser des Bohrloches, unten mit einem Ventil, z. B. Kugelventil, versehen. Die Massen öffnen das Ventil, treten in den Löffel ein, und ihr Gewicht schließt beim Aufholen das Ventil wieder. Oben ist der Löffel an eine gegabelte Stange mit Bund und Schraube angenietet. In härterem Boden wird der Schnecken- oder Spiralbohrer (Fig. 4) und auch der Trepanierbohrer (Fig. 5) angewendet, während im sandigen Boden der Sackbohrer (s.d.) gute Dienste leistet. In stark wasserführendem Sande kann der Löffel (Fig. 3), dann Ventilbohrer genannt, zum Bohren benutzt werden. Das Aufholen und Einholen des Gestänges findet bei größerem Gewichte in folgender Weise statt: es ist über dem Bohrloche ein Gerüst (in einfachen Fällen aus drei starken Bäumen bestehend, bei größeren Bohrungen Bohrturm genannt) aufgestellt und darin eine Seilscheibe aufgehängt (vgl. a. Fig. 17). Ueber diese läuft von einem Vorgelegehaspel aus ein Seil mit daran befestigtem Gegengewicht (um das Seil stets gespannt zu erhalten), einem Wirbel und anschließender Schraubenmutter (Kopfschraube) oder statt derselben einem Förderhaken, mit dem man die Bohrwerkzeuge unter dem Bunde fassen kann; im letzteren Falle müssen doppelte Bunde vorhanden sein. Auf die Mündung des Bohrloches ist eine zweiteilige starke Decke (Bohrschere) gelegt, die nur das Gestänge durchläßt. Man befestigt nun, um das Gestänge aufzuholen, die Kopfschraube an der obersten Stange und hebt das Bohrzeug mit Haspel und Seil so weit an, daß man auf der Bohrschere unter den nächsten Stangenbund eine Abfangegabel oder Gestängegabel (Fig. 6) unterschieben kann und läßt auf diese das Gestänge aufsetzen. Die oberste Stange wird darauf abgeschraubt, zur Seite gerückt, die Kopfschraube gelöst und, nachdem das Seil nachgelassen wurde, von neuem auf der nächsten Stange befestigt. So holt man nach und nach das ganze Gestänge auf; beim Einlassen verfährt man umgekehrt. Stangenzug nennt man mehrere, beim Aufholen miteinander verschraubt bleibende Stangen; der Bohrturm muß entsprechende Höhe haben.

In festem Gestein muß zum Stoßbohren übergegangen werden. Stoßbohren an einem mit dem Meißel fest verschraubten, ununterbrochen bis zu Tage reichenden Gestänge nennt man englisches Stoßbohren; es kann nur bis zu beschränkten Bohrlochtiefen angewendet werden, da bei zu großem Gewichte des Bohrzeuges infolge Stauchungen Brüche eintreten. Das deutsche Stoßbohren vermeidet diesen Uebelstand dadurch, daß das Gestänge durch ein Zwischenstück (Rutschschere oder Freifallbohrer, s. weiter unten) in zwei voneinander unabhängige Teile, das mit dem Meißelbohrer fest verbundene Untergestänge und das Obergestänge, zerlegt wird. Das letztere wird von den Meißelschlägen nicht mit betroffen und dient lediglich zur Verbindung des Zwischenstückes mit der an der Oberfläche befindlichen Bewegungseinrichtung. Kanadisches Bohren nennt man eine für nicht zu harte Gesteine geeignete Methode, die zuerst in den Erdöldistrikten Nordamerikas ausgebildet wurde und auch heute noch in ähnlicher Form in den Petroleumgebieten Anwendung findet. – Die Bewegungseinrichtung für das Stoßbohren über Tage besteht aus einem zweiarmigen Hebel (Bohrschwengel), der auf dem Schwengelständer, auch Bohrdocke genannt, verlagert ist[546] (vgl. f in Fig. 17); an dem kurzen Lastarme ist das Bohrgestänge unter Einfügung der Kopfstücke aufgehängt, an dem langen Kraftarme greift bei kleinen Bohrungen die Mannschaft an; bei größeren Bohrungen ist ein stehender Dampfzylinder angeordnet, dessen Lenkstange direkt am Bohrschwengel befestigt ist. Das Bohrgestänge wird jedesmal angehoben und dann fallen gelassen, damit der Meißel vor dem Bohrorte den Schlag führt. Zu großes Gewicht des Bohrzeuges, beim deutschen Bohren das Gewicht des Obergestänges, ist durch Gegengewicht am Kraftarme des Bohrschwengels ausgeglichen; überdies ist eine starke Prellvorrichtung vorhanden, welche die Umkehr der Bewegung erleichtert. Die Kopfstücke (Fig. 7) bestehen aus dem Wirbel w nebst Krückel k zum Umsetzen des Bohrers (Drehen um einen kleinen Winkel) nach jedem Schlage (zuweilen dient auch der Krückel zum Auslösen des Abfallstückes am Freifallbohrer), ferner aus der Nachlaßschraube n, welche eine dem Bohrvorschritte entsprechende allmähliche Verlängerung des Bohrgestänges gestattet. Es ist ein Schraubenbolzen von der Länge der kürzesten Hilfsstange, dessen Mutter sich in einer Schere befindet; letztere wird nach und nach abgeschraubt. Beim Stoßbohren muß von Zeit zu Zeit zur Beseitigung des abgebohrten Gesteins (Bohrmehl, Bohrschlamm) gelöffelt werden. Die Zeit, während welcher fortgebohrt werden kann, nennt man eine Bohrhitze. Zum Löffeln muß zunächst das Gestänge mit dem Meißel aufgeholt werden, dann wird der Löffel gewöhnlich mit einem besonderen Haspel am Seile (Löffelseil) verwendet. An die Stelle der Nachlaßschraube tritt jetzt häufig die Nachlaßkette (vgl. Fig. 12 und kanadisches Bohren, weiter unten). Um das Löffeln zu ersparen, hat man auch beim Stoßbohren Hohlgestänge und Wasserspülung zur Entfernung des Bohrmehls in Anwendung gebracht (vgl. Spülbohren, weiter unten).

Die Zwischenstücke. Die Rutschschere wurde zuerst 1834 durch v. Oeynhausen zur Anwendung gebracht; sie besteht (Fig. 8) aus der an das Obergestänge anschließenden Schere a, deren Arme unten durch einen Ring verbunden sind, und dem Abfallstück b, dessen Zunge durch eine entsprechende Bohrung des Ringes hindurchgeht und oben den von einem durchgesteckten Keile gebildeten Kopf F trägt. Die Schere endet oben in Bund und Schraube, das Abfallstück unten in die Schraubenmutter zur Verbindung mit dem Untergestänge. Beim Anheben des Meißels ruht der Kopf des Abfallstückes auf dem Ringe der Schere; wird der Schlag geführt, so wirkt nur das Gewicht des Meißels und des Untergestänges, das Obergestänge nebst Schere gleitet ein Stück an der Zunge des Abfallstückes abwärts. Die Rutschschere von Kind besteht aus zwei um 90° gegeneinander gedrehten Scheren. – Von Freifallbohrern seien hier diejenigen von Kind, 1844 eingeführt und von Fabian beschrieben, da die meisten andern Bauarten sich an die beiden genannten anlehnen. Bei dem Kindschen Freifallbohrer (Fig. 9 und 10) endet das Obergestänge O in eine Schere S, deren beide Hälften unten durch einen Ring r verbunden sind. In diesem führt sich die Zunge des Abfallstückes A, welche oben in das Köpfchen k endet; innerhalb der Schere ist ferner die Zange Z eingebaut, deren beide Hälften oben durch einen Winkelhebel verbunden sind. An diesen schließt eine gegabelte Zugstange an, die oben das kreisförmige Hütchen H, angenähert vom Bohrlochdurchmesser trägt. Ist der Schlag des Meißels erfolgt (Fig. 10), so geht auch das Obergestänge mit Schere und Zange abwärts; hierbei drückt das Wasser von unten gegen das Hütchen, und die Zange schiebt sich geöffnet über den Kopf des Abfallstückes. Wird dann das Obergestänge wieder angehoben, so drückt (Fig. 9) das Wasser das Hütchen in die tiefste Stellung, die Zange schließt sich, faßt den Kopf des Abfallstückes und hebt dieses mit hoch. Bei Beginn des Niederganges wird das Hütchen durch den Wasserdruck wieder in die höchste Stellung gebracht, die Zange öffnet sich und läßt das Abfallstück fallen. – Der Fabiansche Freifallbohrer (Fig. 11) besteht aus einem hohlen Zylinder C, der an das Obergestänge O anschließt; derselbe hat außer einer axialen Bohrung zwei senkrechte Schlitzes, welche sich oben verbreitern, die obere Abschrägung a heißt Gleitfläche, die wagerechte Fläche b Sitzfläche. Das Abfallstück A bewegt sich in der axialen Bohrung des Zylinders und trägt oben einen Kopf (oder Flügel) F, der in den Schlitzen geführt wird. Nachdem der Meißel einen Schlag auf die Bohrlochsohle geführt hat, folgt das Obergestänge nach, die Flügel des Abfallstückes gleiten in den Schlitzen des Zylinders aufwärts, werden dann durch die Gleitflächen seitwärts gedrückt und über die Sitzflächen gebracht. Auf diesen ruhen beim Wiederaufgang des Gestänges die Flügel des Abfallstückes, das mit gehoben wird. Nach Beendigung des Aufganges gibt der Bohrmeister am Krückel dem Obergestänge eine kurze plötzliche Drehung; hierdurch gleiten die Flügel von den Sitzflächen ab, und es erfolgt, während sich das Obergestänge in Ruhe befindet, der Schlag des Meißels vor dem Bohrort. – Um bei Benutzung eines Zwischenstückes über ein genügendes Schlaggewicht zu verfügen, wird zwischen Bohrmeißel und Abfallstück eine starke Stange (Bohrklotz, -bär, Schwerstange) eingeschaltet. Wird beim Bohren mit dem Meißel in ungleich[547] harten Gesteinen, z.B. in Konglomeraten, das Bohrloch nicht gleichmäßig rund, so bedient man sich zum Nachbohren (Nachbüchsen) der Bohrbüchse, d.i. ein zylindrischer Bohrer mit kreisförmiger Schneide. – Die Natur der durchbohrten Schichten muß beim stoßenden Bohren aus dem aufgeholten Bohrschlamme beurteilt werden, der namentlich dann, wenn von den Wandungen des Bohrloches Gesteinsmaterial nachfällt, nur unsichere Schlüsse gestattet. Man hat daher versucht, mit Meißeln, an denen die Mitte der Schneide ausgespart ist (Kernbohrer), von Zeit zu Zeit Gesteinskerne abzubohren, mit besonderen Werkzeugen (Kernbrecher) abzubrechen und aufzuholen. Näheres hierüber in [1], Bd. 1.

Das kanadische Bohrsystem ist gekennzeichnet durch einfache, aber gut durchgebildete Apparate bei Anwendung von Holzgestänge, Rutschschere und Nachlaßkette (Fig. 12) statt der Nachlaßschraube. Die Nachlaßkette, an der das Gestänge mittels Kopfschraube befestigt ist, läuft am Bohrschwengel mehrere Male über eine starke eiserne Spirale, um die nötige Reibung zu erzeugen; das Ende der Kette ist auf eine kleine Welle aufgewickelt, die auf dem Bohrschwengel verlagert ist. Sperrklinke nebst Sperrad, die in der Regel das Abwickeln der Kette hindern, können gegen den Zug der Feder f nach Bedarf durch den Seilzug s vom Krückelführer ausgelöst werden, um die Kette nachzulassen. Der Antrieb des Bohrschwengels erfolgt durch Riemenübertragung, Kurbel und Lenkstange von einer Lokomobile aus; mittels eines zweiten Riemens, der durch eine Spannrolle angedrückt wird, kann nach Lösung der Lenkstange auch der Haspel mit dem Seile zum Aufholen und Einlaufen des Gestänges in Betrieb gesetzt werden. Es wird am Gestänge gelöffelt. Das Verfahren wird bis zu Tiefen von 200 und 400 m angewendet, und es werden mit geübten Arbeitern Fortschritte bis zu 10 m täglich erzielt ([1], Bd. 1). Dem hier beschriebenen kanadischen Bohrsystem schließen sich die in den Erdölgebieten angewendeten Einrichtungen an, jedoch wird, um Zeit zu ersparen, am Seil gelöffelt.

Spülbohren ([1], Bd. 2) umfaßt alle diejenigen Verfahren der Tiefbohrtechnik, bei denen als Gestänge Rohre benutzt werden und ein mittels Druckpumpe durch dieselben bis vor das Bohrort gedrückter Wasserstrom entweder die losen Gebirgsmassen selbst löst (Dänisches Spülbohren) oder den durch ein Bohrwerkzeug gelösten Bohrschmand fortspült. Das Spülwasser steigt, indem es das Gesteinsmaterial mit sich fortführt, zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand oder einer an ihre Stelle tretenden Verrohrung (s. weiter unten) wieder in die Höhe und verläßt durch einen aufgesetzten Ausguß das Bohrloch. Das Löffeln fällt also fort, die eigentliche Bohrarbeit kann längere Zeit ununterbrochen fortgesetzt werden, und das Bohrwerkzeug wirkt kräftiger auf der stets reinen Bohrlochsohle. Das dänische Spülbohren wurde zuerst 1855 in größerem Umfange angewendet; durch das Bohrrohr a (Fig. 13) gelangt der Wasserstrom bis auf die Bohrlochsohle, löst dort die losen Masten und führt sie in die Höhe, indem er zwischen Bohrrohr und Futterrohr b aufsteigt. – Fauck führte 1877 Zwischenstücke für das stoßende Spülbohren ein; in neuester Zeit bohren Fauck und Raky mit Bohrtürmen, welche mit den kanadischen Aehnlichkeit haben, und wenden hierbei mit bemerkenswertem Erfolge die Wasserspülung an. Beide arbeiten mit verhältnismäßig kleinem Hub und hoher Spielzahl. Dabei ist die Verlagerung des Bohrschwengels oder das Bohrgerüst federnd ausgestaltet, und es wird auch auf die Elastizität des Bohrgestänges gerechnet. Die Wirkungsweise erstellt am besten daraus, daß der Hub so eingestellt wird, daß der Bohrmeißel beim Beginn der Arbeit die Bohrlochsohle nicht berührt; erst wenn bei Steigerung der Spielzahl die Schwingungen des Bohrzeuges größer werden, führt der Bohrer kurze, kräftige Schläge auf die Bohrlochsohle. Fauck hat außerdem die umgekehrte Spülung eingeführt, um beim Meißelbohren Kerne zu erhalten und die selbsttätig an die Oberfläche zu befördern, d.h. er pumpt das Spülwasser, nachdem auf das oberste Futterrohr ein Aufsatz mit Stopfbüchse für das Rohrgestänge aufgesetzt worden ist, zwischen Bohrwand und Rohrgestänge in das Bohrloch hinunter und läßt es im Rohrgestänge wieder aufsteigen. Wegen des kleinen Querschnittes ist die Geschwindigkeit hier verhältnismäßig groß. Der Meißel besteht aus mehreren parallelen Schneiden (Fig. 14), in der Mitte ist eine Bohrung ausgespart, welche dem inneren Durchmesser des Rohrgestänges entspricht. Die Bohrkerne brechen ab, nachdem sie eine gewisse Länge erreicht haben, werden von dem Spülwasser mit in die Höhe geführt, an die Oberfläche gebracht und in einer seitlich an das Rohrgestänge angebauten Kammer aufgefangen. Das Verfahren (Schnellschlagbohren, auch Rapidbohren genannt) eignet sich besonders für mittelharte Gesteine; es kann auf eine durchschnittliche tägliche Leistung von 20 m, einschließlich aller Nebenarbeiten, gerechnet werden, doch sind Tagesleistungen von 200 m vorgekommen.

Besondere Wichtigkeit hat unter den Methoden des Spülbohrens das 1864 von Leschot (Genf) erfundene Diamantbohren erlangt. Das Bohrwerkzeug, die Bohrkrone (vgl. a. Steinbearbeitungsmaschinen), besteht aus einem stählernen zylindrischen Ring (R in Fig. 15), dessen äußerer Durchmesser um einige Millimeter kleiner ist als der Bohrlochdurchmesser; die untere Fläche ist mit Bohrdiamanten besetzt. Hierzu dienen gewöhnlich schwarze Diamanten, Carbonados genannt, die in Brasilien in Seifen gewonnen werden, oder unreine, nicht schleifwürdige Diamanten (bort). Das Einsetzen der Steine in die Bohrkrone ist eine äußerst wichtige, aber auch schwierige Arbeit; es werden der Form der Steine entsprechende Löcher ausgemeißelt, die so gestellt sind, daß die größte Abmessung der Steine in die radiale[548] Richtung fällt; dann treibt man den Stahl mittels Meißels und Hammers so an die Steine heran, daß sie sicher festgehalten werden; größere Zwischenräume werden durch Kupferspäne ausgefüllt. Am äußeren und inneren Rande stehen einige Steine etwas über – um die Bohrkrone frei zu bohren –, während die übrigen so angeordnet sind, daß sie bei der Drehung der Bohrkrone die ganze Ringfläche bestreichen. Der Preis der Bohrdiamanten ist sehr schwankend, zwischen 25 und 80 M. für 1 Karat. = 0,206 g; dabei wiegt ein Stein von reichlich Erbsengröße etwa 5 Karat. Die Krone macht über 200 Umdrehungen in der Minute und schleift dabei vor Ort einen ringförmigen Raum aus; im mittleren Teile bleibt ein zylindrischer Bohrkern K stehen. Oben schließt an die Bohrkrone das zur Aufnahme der Bohrkerne bestimmte Kernrohr A an, das durch ein Verbindungsstück v in das Bohrgestänge G übergeht; durch letzteres wird das Spülwasser zugeführt. Es geht unter der Diamantkrone, die für diesen Zweck mehrere vertiefte Riesen hat, hindurch und steigt, mit dem Bohrschmand beladen, zwischen Bohrzeug und Bohrlochwand wieder aufwärts. Die Kerne, welche mit der Zeit abbrechen, werden durch einen federnden Ring r am Herabgleiten gehindert. Die Länge des Kernrohrs ergibt das Maß, um welches, ohne daß die Bohrkrone aufgeholt zu werden braucht, fortgebohrt werden kann. Die zweckmäßigste Art der Bohrrohre zeigt Fig. 16; es werden patentgeschweißte, bei tiefen Bohrungen auch Mannesmannröhre verwendet, welche an den Enden, dort, wo die Gewinde eingeschnitten sind, größere Wandstärke erhalten. Die hierdurch entstehende Verdickung bildet zu gleicher Zeit den Bund. Die Verbindung der einzelnen Rohrlängen geschieht am zweckmäßigsten durch äußere Muffe, da das Gestänge beim Bohren etwas schwankt und die Rohre selbst durch die Muffen vor Abnutzung durch das Anstreifen an den Bohrlochwänden geschützt werden, während letztere sich leicht und billig ersetzen lassen. Innere Muffen (Nippel) werden nur noch seiten gebraucht; sie hemmen den Spülwasserstrom. – Ueber den Antrieb des Bohrgestänges, Klemmfutter, Wasserwirbel oder Drehkopf s. [1], Bd. 3.

Je nach der Härte des Gesteins, dem Durchmesser und der Tiefe des Bohrloches beträgt die durchschnittliche tägliche Leistung beim Diamantbohren etwa 6–15 m. Außer dem schnelleren Fortschritte gegenüber dem Stoßbohren besteht der wesentlichste Vorteil darin, daß die Bohrkerne viel zuverlässigeren Aufschluß über die Natur der durchbohrten Gebirgsschichten geben als der Bohrschlamm. Auch im löslichen Gebirge, z.B. in Salzen, kann man Bohrkerne erhalten; man verwendet dann statt des Spülwassers eine gesättigte Lösung von Magnesiasalzen, die den erbohrten Satzkern nicht auflöst. Für sehr tiefe Bohrungen wird jetzt nur noch die Diamantbohrung angewendet.

Eine weitere Methode des Tiefbohrens, das Seilbohren, ist dadurch gekennzeichnet ([1], Bd. 4), daß statt des Gestänges ein Seil verwendet und an diesem stoßend gebohrt wird; es verringert sich der Zeitaufwand beim Einlassen und Aufholen des Bohrers ganz wesentlich, da das Zusammenschrauben und Auseinanderschrauben des Gestänges fortfällt. Das Seil wird mittels Seilklemme gefaßt und diese am Bohrschwengel befestigt. Das geringere Gewicht des Seiles gegenüber dem Gestänge gestattet die Anwendung des Verfahrens auch für Tiefen bis zu 1600 m. Als Nachteile sind zu nennen, daß wegen der Längung und Drehung des Seiles die Fallhöhe des Meißels nicht genau bestimmt werden kann und daß auch das Umsetzen unregelmäßig erfolgt. – Nach zuverlässigen Berichten wendeten die Chinesen besonders zum Erbohren von Salzquellen das Verfahren schon seit 2000 Jahren an, man nennt diese Methode daher auch chinesisches Bohren; in den letzten 20 Jahren ist es namentlich in Nordamerika, Galizien und Deutschland für kleinere Bohrungen zur Trinkwassergewinnung in Gebrauch, daher wird es auch Brunnenbohren genannt. Im allgemeinen ist diese Methode jedoch von geringerer Wichtigkeit. Für weichere Gesteine werden auch Bohrer gebraucht, die aus einem längeren Rohrstücke bestehen, das unten eine kreisförmige Schneide trägt und den Bohrschmand zum teil aufnimmt (Röhrenbohrer).

Als Beispiel für eine moderne Bohranlage sei hier nach der Zeitschrift für das Berg-, Hütten- und Salinenwesen im preußischen Staate 1888, S. 296, und Tafel X, der Bohrturm von Köbrich, welcher die Anlagen für stoßendes [549] Bohren mit Stahlmeißel und Diamantbohrer vereinigt, an der Hand der Fig. 17 kurz beschrieben. In dem aus Holz gebauten Bohrtürme ist oben eine Scheibe aufgehängt, über welche die zum Aufholen und Einlassen des Gestänges angewendete Kette mit Kopfschraube k geführt ist; die Kette geht noch um eine lose Rolle; ihr Ende ist im Bohrtürme festgelegt. Die verschiedenen Bühnen n sind zur Bedienung des Bohrzeuges notwendig. Das Kettenkabel b kann mittels Riemen von der Lokomobile a her angetrieben werden und ist mit Kupplungen für Rechts- und Linksgang sowie mit Bremsscheibe versehen. In den Figuren ist die Anwendung des Diamantbohrens dargestellt: h ist der Antrieb für die Drehbewegung, g die Wasserzuführung zum Wasserwirbel von der Druckpumpe p aus. Das Gestänge G hängt am Bohrschwengel f und ist durch Gegengewicht Gg entlastet. Der Haspel x dient zur Entfernung des Gegengewichtes und zum Zurückziehen des Bohrschwengels, wenn das Gestänge aufgeholt oder eingelassen werden soll. Beim stoßenden Bohren wird die Lenkstange des Dampfzylinders f mit dem Bohrschwengel verbunden; r ist die Prellvorrichtung (vgl. weiter oben Stoßbohren). Ein Haspel für das Löffelseil ist nicht vorgesehen, da auch das stoßende Bohren mit Wasserspülung betrieben wurde.

Das Verrohren eines Bohrloches wird nötig in losem Gebirge (z.B. Sand) und in brüchigem Gestein, da sich hier leicht Massen (Nachfall) an den Bohrlochwänden lösen und in das Bohrloch hinabstürzen. Sie würden den Fortschritt der Bohrarbeiten hemmen, und es treten auf diese Weise auch leicht Klemmungen des Bohrzeuges ein. Weiter muß verrohrt werden, wenn wasserführende Schichten abzusperren sind, z.B. beim Bohren auf Salzsole oder Naphtha. – Die Rohre, welche zur Verkleidung eines Bohrloches dienen (Futterrohre), sind innen und außen tunlichst glatt gearbeitet, da so der Bohrlochdurchmesser am wenigsten verkleinert wird. Der äußere Durchmesser der Futterrohre wird etwa um 10 mm kleiner gewählt als der Bohrlochdurchmesser; beim Einlassen faßt man die Rohre auf der Außenseite durch einen zweiteiligen Ring (Röhrenbündel), der auch zum Abfangen dient; die einzelnen Längen werden aufgeschraubt oder durch Nietung verbunden und dann das Einlassen fortgesetzt, bis der Rohrstrang die nötige Länge hat. Doch kommt es auch nicht seiten vor, daß die Röhren durch weiteren Nachfall festgehalten werden und trotz Belastung oder Anwendung hydraulischer Pressen nicht weiter eingedrückt werden können. Dann muß unter Umständen innerhalb des ersten ein zweiter Rohrstrang eingelassen werden. Soll dann das Bohrloch noch weiter vertieft werden, so muß man entweder mit schwächerem Bohrer weiter arbeiten, der sich durch die Verrohrung einbringen läßt, oder es muß ein Erweiterungsbohrer ([1], Bd. 3, S. 15, und Bd. 5, S. 123) angewendet werden, der so eingerichtet ist, daß nach dem Einführen durch die Verrohrung sogenannte Nachschneiden heraustreten und die ringförmige Gesteinsmasse unter der Verrohrung fortnehmen; es ist dann möglich, die Verrohrung dem Bohrfortschritte entsprechend weiter einzusenken. Falls das Bohrloch seinen Zweck erfüllt hat, kann oft ein Teil der Rohre wieder herausgezogen werden; festsitzende Rohre versucht man durch Röhrensägen zu zerschneiden. – Handelt es sich darum, einzelne Stellen eines Bohrloches zu sichern, so kann auch das Zementieren in Frage kommen. Man schüttet das Bohrloch bis nahe unter der betreffenden Stelle mit seinem Sande zu und bringt darauf guten Zementmörtel oder Beton ein, der festgestampft wird. Nachdem man demselben Zeit zum Erhärten gelassen hat, wird das Bohrloch durch Nachbohren in der früheren Weise wiederhergestellt und der Sand durch Wasserspülung entfernt.

Die Fangarbeit. Sehr bedeutender Aufenthalt kann beim Tiefbohren dadurch veranlaßt werden, daß entweder Gegenstände in das Bohrloch hineinfallen oder Brüche an den Bohrwerkzeugen eintreten; auch kann das Bohrzeug durch Nachfall festgeklemmt werden. – Im letzteren Falle müssen die zwischen Bohrzeug und Bohrlochwand steckengebliebenen Gesteinsstücke mit Bohrern (Freibohrer), deren Schneide nach der Kreislinie gebogen ist, vorsichtig zerbohrt werden. Ins Bohrloch gefallene Gegenstände oder steckengebliebene Bohrwerkzeuge müssen mit Fangwerkzeugen gefaßt und aufgeholt werden, ehe die Bohrarbeit fortgesetzt werden kann; ihre Einrichtung ist außerordentlich mannigfaltig, ihre Zahl wird je nach dem vorliegenden Falle durch die Findigkeit der Bohrmeister beständig vermehrt. Kleinere Gegenstände, z.B. ausgebrochene Diamanten, eine Schraubenmutter oder dergl. entfernt man aus dem Bohrloche mittels der Wachsbüchse, eine Glocke vom Durchmesser des Bohrloches, welche mit einer weichen Wachsmasse gefüllt ist. Wird diese bis auf die Bohrlochsohle niedergelassen, so drückt sich der betreffende Gegenstand in das Wachs ein und wird dann herausgebracht. Dann kommt es vor, daß sich eine Verschraubung der Bohrwerkzeuge löst und der untere Teil im Loche zurückbleibt. In diesem Falle versucht man entweder, mit dem Glückshaken, auch Stangenhaken genannt (Fig. 18), von der Seite unter den oben befindlichen Bund zu fassen oder die Federfalle (Fig. 19), bei größeren Gewichten die Kluppe (Fig. 20) von oben über den Bund zu schieben. Auch benutzt man, wenn das obere Ende des Bohrzeuges eine Schraubenspindel ist, eine entsprechende, mit einer Glocke als Führung versehene Schraubenmutter (Schraubentute, Fig. 21), um sie mittels besonderen Gestänges (Fanggestänge) aufzuschrauben und so das Bohrzeug zu fassen. Bei Rohrgestänge dient eine konisch gehaltene Schraubenspindel (Fig. 22) zu demselben Zwecke. Aehnliche Werkzeuge, die dann als Schraubenschneiden dienen, sucht man wohl auf gebrochene Stangen aufzuschrauben oder man[550] faßt sie mit dem Wolfsrachen, auch Fangschere genannt (Fig. 23). Er besteht aus zwei Teilen: in das Gestänge G ist ein Schlitz s eingeschnitten, dann gabelt es sich und trägt unten eine starke Glocke d. Der zweite Teil besteht aus den federharten, gezähnten Fängern a, die oben durch einen Bolzen b verbunden sind, welcher im Schlitze s geführt wird; eine kleine Holzspreize p hält beim Einführen des Werkzeuges die Fänger in der gezeichneten Stellung. Gelingt es, den Wolfsrachen über das Stangenende zu schieben, so wird hierbei die Spreize p herausgestoßen, die Fänger rutschen etwas abwärts, legen sich an die Stange an, drücken sich beim Anheben fest und bringen das Gestänge zutage. Zum Fassen eines gerissenen Seils dient der Krätzer (Fig. 24). Die erwähnten Fangwerkzeuge sind die am häufigsten angewendeten.

Der Verlauf der Bohrarbeit einschließlich aller Nebenarbeiten und die erlangten Ergebnisse sind von dem Bohrmeister fortlaufend in dem Bohrjournale zu buchen, die Bohrproben (getrockneter Bohrschlamm oder die Bohrkerne) sind geordnet und deutlich bezeichnet aufzubewahren. Außerdem wird gewöhnlich ein Bohrlochprofil gezeichnet. – Beim Bohren auf Naphtha hat man in den Vereinigten Staaten von Nordamerika und auch in Galizien bei Bohrlöchern mit nicht zufriedenstellendem Ertrage das Torpedieren, d.h. die Zündung einer Sprengladung in den naphthaführenden Schichten angewendet. Durch die Explosion entstehen einmal im Gebirge Risse, anderseits wird die im Bohrloche befindliche Wassersäule herausgeschleudert und dadurch für kurze Zeit eine Druckentlastung herbeigeführt.

Gewinnung aus Tiefbohrlöchern. Nur seiten werden Naphthaspringquellen erbohrt; in der Regel muß nach Erreichen der betreffenden Schichten durch Löffeln (Schöpfen) oder durch Betrieb einer in das Bohrloch gehängten Hubpumpe (Bohrlochpumpe) die Naphtha gehoben werden. – In gleicher Weise wird beim laufenden Betriebe die Salzsole gehoben ([1], Bd. 5, S. 111).

Seit kurzer Zeit wird Druckluft zur Hebung der Naphtha aus Bohrlöchern verwendet (Mammutpumpen). In Stufenkompressoren mit Zwischenkühlung wird Preßluft von 25 bis 35 Atmosphären Spannung erzeugt. In das Bohrloch ist ein Steigrohr eingelassen, das durch ein luftdicht an die Verrohrung des Bohrloches angeschlossenes Aufsatzstück hindurchgeht. Durch einen seitlichen Rohrstutzen tritt die Preßluft ein, verdrängt die in dem ringförmigen Räume zwischen Verrohrung und Steigrohr befindliche Flüssigkeitssäule und steigt endlich mit der Naphtha und Sand vermischt in dem Steigrohre beständig in die Höhe. An das untere Ende des Steigrohres kann zur Verteilung der Luft ein Mischungsstück befestigt werden. Nach der Inbetriebsetzung kann der Anfangsdruck, welcher zur Verdrängung der Flüssigkeit nötig war, durch ein Reduzierventil erniedrigt werden, weil sich das Gewicht der aufsteigenden Flüssigkeitssäule durch die Luftblasen verringert. Der Ertrag einzelner Bohrlöcher ist gegenüber dem Schöpfen mittels Löffel erheblich gesteigert worden. – Neu ist auch die Ausbeutung der reichen Schwefellager in Louisiana an der nördlichen Küste des Golfes von Mexiko durch Bohrlöcher. Das Verfahren beruht darauf, daß der Schmelzpunkt des Schwefels bei 109° C. liegt. Unter mehr als 100 m Bedeckung wurde schon im Jahre 1868 ein bis 32 m mächtiges Lager von fast reinem Schwefel erbohrt. Da starke Triebsandschichten im Deckgebirge dem Schachtabteufen unüberwindliche Schwierigkeiten bereiteten, hat seit 1895 der Generaldirektor Frasch der Standard Oil Co. das folgende Verfahren zur Gewinnung ausgebildet: Es werden Bohrlöcher bis in das Lager niedergebracht und verrohrt, außerdem wird ein engeres Rohr eingeführt. Durch das letztere wird zunächst überhitztes Wasser unter starkem Druck eingepreßt und der Schwefel geschmolzen, dann wird durch den zwischen beiden Rohren vorhandenen Zwischenraum erwärmte Preßluft eingeführt und hierdurch der geschmolzene Schwefel zum Ausfließen gebracht. Täglich können aus einem Bohrloche 300 t reiner Schwefel von 98% gewonnen werden. Wenn die Ergiebigkeit des Bohrloches abnimmt, bringt man in der Nähe ein neues Bohrloch nieder. – Beim Bohren auf Salzquellen bedient man sich zur Entnahme von Soleproben aus bestimmter Tiefe des Solhebers, eines starken zylindrischen Gefäßes mit eingeschliffenem Verschlußstopfen; es ist oben mittels gegabelten Gestänges mit Bund und Schraube zum Einlassen am Seil eingerichtet. Der Stopfen ist mit einem Bügel verbunden, der an den Seiten des zylindrischen Gefäßes geführt wird und unten in ein Belastungsgewicht endet. Läßt man den Solheber bis auf die Bohrlochsohle ein, so setzt der Bügel auf und öffnet den Stopfen, letzterer verschließt jedoch nach erneutem Anheben das Gefäß wieder, und die Solprobe gelangt unvermischt zutage. Will man in bestimmter Höhe über der Sohle eine Probe entnehmen, so werden an den Bügel des Stopfens unten eine entsprechende Anzahl Stangen angeschraubt.

Stratameter (s.d.) sind Einrichtungen, um den Verlauf eines Tiefbohrloches [2] festzustellen. – Von besonderer Wichtigkeit sind die Stratameter geworden, seitdem das Gefrierverfahren von Pötsch (Bd. 4, S. 340) des öfteren angewendet wird, davon der senkrechten Lage der Gefrierbohrlöcher das Gelingen der Frostmauer abhängt. – Haußmann, Aachen (D.R.P. Nr. 196237), hat vorgeschlagen, den Kreisel als Zeiger zu benutzen. Am besten dürften zurzeit den Zweck die neuen Stratameter von Erlinghagen (Essener »Glückauf« 1907, S. 738) und von Guido Körner (D.R.P. Nr. 197213) erfüllen.

Literatur: [1] Tecklenburg, Th., Handbuch der Tiefbohrkunde, Bd. 1: Das Gestängebohren – Drehbohren; englisches, deutsches und kanadisches Stoßbohren, 2. Aufl., Leipzig 1900; Bd. 2: Das Spülbohren, 2. Aufl., ebend. 1906; Bd. 3: Das Diamantbohren, ebend. 1889; Bd. 4: Das Seilbohren (Brunnenbohren), ebend. 1891; Bd. 5: Geneigtbohren, Verrohren, Fangarbeit, Pumpbetrieb; Ergänzungen zu Bd. 1–4, ebend. 1893; Bd. 6: Schachtbohren, ebend. 1896; Organ des Vereins der Bohrtechniker, Wien, seit 1894; Treptow, E., Grundzüge der Bergbaukunde einschließlich Aufbereitung und Brikettieren, 4. Aufl., 1907, S. 46–73. – [2] Erlinghagen, Die Feststellung des Fallens und Streichens von Tiefbohrlöchern durch Messung, Essener »Glückauf« 1907, S. 697; Freise, Neuere Stratameter und Bohrlochneigungsmesser, Oesterr. Zeitschr. f. Berg- und Hüttenwesen 1907, S. 293.

Treptow.

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