Bohranleitung
Grundsätzlich lassen sich schlagende, drehende und drehschlagende Bohrverfahren unterscheiden. Die für die geologische/thermische Nutzung des Erdreiches wichtigsten Bohrverfahren sind:
· Rotarybohren mit Wasserspülung
· Trockenbohrung mit Hohlbohrschnecke
· Trockenbohrung mit Endlosbohrschnecke
· Spülbohrung mit Wasserspülung
· Lufthebebohren-Spülbohrung mit Wasser und Luft
· Imlochhammerbohrung mit Pressluft-DTH
· Trockenbohrung-Rammhammerbohrung
Rotarybohren (drehend): In mittleren bis harten Gesteinen wird das Bohrgut durch eine im Gestänge in die Tiefe gepumpte Flüssigkeit (-Bohrspülung) aufgenommen und zur Oberfläche transportiert. Für die Zerkleinerung des Bohrgutes kommen Stufen-, Rollen- und Warzenmeißel zum Einsatz. Rotarybohren ist stets relativ langsam, andererseits aber die einzige Methode zum Bohren bis in große Tiefen (einige Kilometer) bei Durchmessern bis etwa 1 Meter. Kleinere Bohrgeräte können mit 89 - 300 mm Durchmesser 200 - 400 m tief bohren.
Schneckenbohrer (drehend): Das Bohrgut wird durch die sich drehende Schnecke zutage gefördert. In weichen Böden, Durchmesser 63 - 350 mm, Tiefe 15 - 20 m.
Rammen (schlagend): In weichen Böden können Wärmetauscher aus Stahl auch direkt eingerammt werden (meist pneumatisch). In Schweden haben Versuche stattgefunden, mit speziellem Werkzeug auch PE-Rohre einzurammen/-drücken.
Bohrverfahren mit der Gewinnung gestörter Proben
Das Rotary-Druckspülbohrverfahren (Direktspülbohrverfahren)
Für das Abteufen von Aufschlussbohrungen (Durchmesser bis 300 mm) im Locker- (Bodenklassen 1 – 5) wie im Festgestein (Bodenklassen 5 + 6) bis in große Teufen (über 1000 m) wird das Rotary-Direktspülbohrverfahren eingesetzt.
Die technischen Hilfsmitteln und der Aufwand für das Niederbringen solcher Bohrungen sind relativ gering.
In Bild 1 ist der Spülungskreislauf beim direkten Spülbohrverfahren dargestellt. Mit einer Kolben- oder Kreiselpumpe, die im Normalfall auf den Bohrgeräten montiert ist, wird aus einer Spülwanne oder einem Spülteich das Spülungsmedium durch einen Druckschlauch und den Rotary-Drehkopf/ KDK gepumpt. Danach gelangt es durch das Bohrgestänge und das Bohrwerkzeug zur Bohrlochsohle. Dort tritt das Spülungsmedium zusammen mit dem Bohrklein in den entstehenden Zwischenraum(Ringraum) welcher zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand entsteht und wird über den Ringraum zutage gefördert. In den Spülteichen oder Spülwannen setzt sich das geförderte Bohrgut dann ab.
Die von den Feststoffen mittels Rüttelsieben(Shale Shaker) oder Desander/Desilter gereinigte Spülflüssigkeit wird durch einen Saugschlauch mittels der Pumpe in Umlauf gehalten.
Um die Bodenproben teufengerecht und möglichst von Nachfall unvermischt fördern zu können, muss die Pumpenleistung der Bohrgeräte, sowohl von der Literleistung (Volumen), als auch vom Förderdruck so bemessen sein, dass die Aufstiegsgeschwindigkeit des Spülmediums im Ringraum mindestens 0,5 m/sec., beträgt.
Durch solche Aufstiegsgeschwindigkeiten wird sichergestellt, dass teufengerechte Spülproben gewonnen werden können.
Durch die entstehende Wassersäule im Bohrloch wird ein hydrostatischer Überdruck erzeugt, der in aller Regel die Bohrlochwand stabilisiert. Eventuell notwendige Hilfsverrohrungen werden nur benötigt, wenn Spülungsmittelzusätze (Bentonite , Barytmehl oder CMC-Produkte) nicht eingesetzt werden dürfen oder Formationen durchteuft werden, in denen große Spülungsverluste auftreten (grobkörnige unverfestigte Sedimente oder sehr klüftiges Gestein). Auf gute Vermischung der Spülungszusätze ist unbedingt zu achten.
Um solchen eventuellen Spülungsverlusten vorbeugen zu können, ist es unbedingt nötig, das übertage vorgehaltene Spülungsvolumen entsprechend groß anzulegen.
Während des Einbauvorganges oder bei einer stehenden Bohrung ist unbedingt auf einen steten Spülungsnachfluss aus dem Spülteich zu achten um das Bohrloch zu stabilisieren.
Die Wirtschaftlichkeit des Druckspülverfahrens hängt von der Kapazität der Pumpen und vom Gestängedurchmesser ab und bis zu welchen Teufen der Einsatz nötig ist.
Durchaus gängige Leistungen der Kreiselpumpen sind 2500-3500 l/min, bei einem Pumpendruck von 10 bar, während auf Bohrgeräten aufgebaute Kolbenpumpen Leistungen von bis zu 1500 l/min und 25 bar Pumpendruck erreichen.
Mit großen Pumpenleistungen sind Aufschlussbohrungen im Rotary-Druckspülbohrverfahren bis 900 m und tiefer wirtschaftlich realisierbar.
Von der Geologie ist es abhängig, wie kalibertreu solche Bohrungen geteuft werden können, denn die mit Bohrgut aufgeladene Spülflüssigkeit kann auf gröber klastische Formationen, erosiv wirken. Dieser Effekt kann aber durch den Einsatz von Spülungsmittelzusätzen minimiert bzw. ganz ausgeschlossen werden.
In Bild 1 ist der prinzipielle Ablauf einer Bohrung im Rotary-Direktspülbohrverfahren gezeigt. Bild 2 zeigt die Spülungsrinne zur Entnahme von Spülproben und einen kleinen Spülteich während des Abteufens einer ca. 60 m tiefen Aufschlussbohrung.
1.2 Das Rotary-Lufthebebohrverfahren
Für den Bau von Absenk-, Trink- oder Mineralwasserbrunnen ist das Rotary-Druckspülbohrverfahren nur bedingt anwendbar. Wirtschaftlich sind nur Bohrdurchmesser bis maximal 400 mm. Bei größeren Bohrlochdurchmessern wären wiederum zu hohe Antriebsenergien notwendig, um die erforderliche Auftriebsgeschwindigkeit der Spülung im Ringraum zu realisieren.
Deshalb wurde das, früher für flache Bohrungen angewandte Saugbohrverfahren, technisch in das Lufthebebohrverfahren übergeführt.
Beim Rotary- Lufthebebohrverfahren wird das, beim Bohren gelöstes Bohrgut, durch eine Flüssigkeits-/Luftsäule im Bohrgestänge über den Kraftdrehkopf der Bohranlage zutage gefördert (Bild 3).
Beim Lufthebebohrverfahren fließt die Spülflüssigkeit (in aller Regel klares Wasser) im Ringraum zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand zur Bohrlochsohle, belädt sich dort mit Bohrgut und wird durch das Bohrgestänge über den Drehkopf einer Absetzgrube zugeführt. Hier wird die Spülflüssigkeit von Feststoffen gereinigt und feststofffreies Wasser der Bohrung wieder zugeführt.
Die Fließgeschwindigkeit im Bohrgestänge beträgt idealerweise 3-4 m/sec. Diese Geschwindigkeit ist ausreichend, um auch beim Einsatz von klarem Wasser als Spülmedium, grobkörnige Gesteinpartikel oder Cuttings zutage zu fördern. Die Größe der zu fördernden Gesteinskomponenten hängt von der Größe des Innendurchmessers des Bohrgestänges ab.
Mit dieser Methode ist es möglich, Bohrungen mit einem Durchmesser bis 2000 mm zu realisieren. Wird die Fließgeschwindigkeit 3-4 m/sec im Gestänge erreicht, werden teufengerechte Spülproben gefördert.
1.3 Imlochhammer DTH (drehendschlagend):
In mittelhartem bis sehr hartem Gestein ist mit dem Imlochhammer eine hohe Bohrgeschwindigkeit zu erreichen. Voraussetzung ist ein leistungsfähiger Kompressor, da Druckluft als Antriebsmittel des Hammers und zum Transport des Bohrgutes dient. Durchmesser 101 - 216 mm, Tiefen über 100 m. Für Bohrungen in hartem Gestein unter einer weicheren Überdeckung wurde als Variante das sog. ODEX-Verfahren entwickelt.
Beim Betrieb eines Imlochhammers ist unbedingt auf steten Andruck sowie regelmäßige Rotation zu achten da der Hammer sich durch die Eigendynamik vom Bohrstrang lösen kann.
Für den Betrieb eines DTH Imlochhammers empfiehlt es sich immer über dem Hammer einen Shock-Absorber/ Stoßdämpfer zu installieren. Rohr und Hammer-abrisse werden dadurch vermieden.
ROTA ODEX TOOLS
BIL Bild folgt
Zusätzlich zur Im-Loch-Hammer-Bohrmethode für Hartgesteine
gibt es das ODEX-System, bei dem gleichzeitig die Verrohrung
eingebracht wird.
Aus dieser sehr bewährten ODEX-Methode hat sich das „ROTA ODEX-System“ entwickelt.
Es wird in lockeren Bodenformationen und Überlagerungen aller Art eingesetzt.
In folgenden Bereichen hat sich dieses System als sehr wirksam erwiesen und zwar durch:
- verbesserte Spülleistung
- schnelleren Bohrfortschritt
- höhere Zuverlässigkeit
Beim „ROTA ODEX-System„ reduziert sich gleichzeitig:
- der Bohrkronenverbrauch
- die Bohrmeter Kosten
- die Festbohrgefahr
1 Drehwerk
2 Übergang (Adapter)
3 Innere Kupplung
4 Äußere Kupplung
5 Zwischenstück
6 Senkhammer-Bohrgestänge
7 Obere Führung
8 Senkhammer
9 Futterrohr
10 untere Führung
11 Futterrohr-Schuh (-Schneide)
12 Exenterkrone
13 Bohrkrone
1.5 Schlagbohren (schlagend):
Bei diesem Verfahren ist das Schlagwerkzeug-Hydraulikhammer etc. auf dem Bohrkopf des Bohrgerätes montiert, die Schläge werden durch das Bohrgestänge übertragen. In sehr hartem Material bei Tiefen bis etwa 70 m und einem Durchmesser von 76 - 115 mm sehr schnell; häufig eingesetzt zum Bohren von Sprenglöchern.
Andere Methoden sind untersucht, aber für thermische Anwendungen noch nicht kommerziell eingesetzt worden.
1.6 Kernen- Kernbohrungen mit Bohrspülung
Eine Bohrspülung ist für fast alle Bohr- oder Kernbohrarbeiten unerlässlich.
Die Spülung hat dabei folgende Aufgaben zu erfüllen:
- das Säubern und Kühlen der Bohrkrone (z.B. Diamanten/Dia-Krone)
- eine Reduzierung des Verschleißes an Bohrwerkzeugen
- das Säubern der Bohrlochsohle von Bohrgut (höherer Bohrfortschritt)
- den Transport des Bohrgutes (Cuttings) von der Sohle bis Zutage
- die Schmierung des Bohrstranges im Bohrloch (dadurch Minderung der Reibung)
- das Abdichten der Gesteinsporen und Klüfte durch Bildung eines Filterkuchens
- die Stabilisierung des Bohrkerns im Weichgestein
Damit alle diese Funktionen erfüllt werden können muss die Spülung, hauptsächlich bestehend aus Wasser, evtl. mit entsprechenden Zusätzen versehen werden.
Dabei handelt es sich um Spülungsstabilisatoren (z.B. GS 550 o.Antisol) die das Wasser,
je nach Bedarf, entsprechend andicken und beschweren oder auch um Zugabe
von Luft, um ein Luft-Wassergemisch zu erzeugen.
Für diese Spülung benötigt man z.B. eine Spül-Kolben-Pumpe oder Kreiselpumpe
Sie pumpt die Flüssigkeit durch einen Spül- od. Druckschlauch vom Spülkopf
hinab zum Bohrwerkzeug und wird dann wieder von der Bohrsohle durch den Ringraum zutage befördert. Wichtig ist es vor Beginn einer Bohrung das Spülvolumen zu kennen, um die geeignete Spülpumpe einzusetzen. Dabei sollte die Kapazität großzügig gewählt werden, damit der tatsächliche Zwangsumlauf der Spülung immer gewährleistet wird.
Um einen möglichst störungsfreien Ablauf zu erreichen, ist eine bestimmte
Aufstiegsgeschwindigkeit erforderlich. Die Aufstiegsgeschwindigkeit ist abhängig vom Verhältnis Bohrlochdurchmesser zu Bohrstrangdurchmesser.
Der ideale Wert von Wasser liegt bei 40 - 60 cm/s, der von Luft liegt bei
40 - 60 m/s.
Es werden dann Bohrkronen eingesetzt die besondere Kriterien erfüllen,
um größere Ausspülungen (Kavernen) zu verhindern. Diese Kronen unterscheiden sich z.B. durch Besatzarten, Profile, Spüllöcher u. –kanäle,
Junk-Slots und Skallops.
1.7 Schneckenbohren
Das Schneckenbohren bzw. das Bohren mit schneckenförmigem Bohrgestänge wird mit kleineren Bohrlochdurchmessern von 37 mm bis 90 mm vorwiegend in mittelharten bis harten Gesteinen und mit größeren Durchmessern von 45 mm bis 900 mm in weichen, bindigen sowie in lockeren kohäsionslosen Gesteinen angewandt. Mit Sonderkonstruktionen werden sogar Bohrlochdurchmesser bis 2000 mm erreicht.
Der generelle Vorteil des Schneckenbohrens besteht darin, dass der Bohrgut- bzw. Bohrkleinaustrag kontinuierlich, jedoch ohne einen zirkulierenden Bohrspülungsumlauf erfolgt. Auf diese Weise verbindet das Schneckenbohren die Vorteile des Spülungsbohrens hinsichtlich erreichbarer Bohrgeschwindigkeiten mit der Einfachheit des Trockenbohrens, bei dem Ausrüstung und Kosten für die Bohrspülung, den Spülungsumlauf und für die im übertägigen Gelände notwendigen Aufwendungen für das Ausheben von Spülungsgruben und deren Beseitigung ohne Hinterlassen von Umweltschäden entfallen. Nachteile und Grenzen des Schneckenbohrens bestehen darin, dass es nur bis zu bestimmten Teufen, gegenwärtig bis etwa 100 m, anwendbar ist, und dass es im wechselhaften, mit Bohrhindernissen versetzten Gebirge nicht mehr wirtschaftlich arbeitet. Im Lockergebirge ist das Bohren unterhalb des Grundwasserspiegels problematisch, wie noch näher ausgeführt wird. Etwas nachteilig ist das Schneckenbohren auch durch die ständige Reibung zwischen den Bohrlochwänden einerseits und den Wendeln des Schneckenbohrstranges sowie dem sich auf den Wendeln befindlichen Bohrgut bzw. Bohrklein andererseits. Daher sind für des Schneckenbohren Bohrgeräte erforderlich, die die entstehenden hohen Drehmomente aufbringen können, vor allem, wenn in bindigen Schichten und in Teufen > 25 m zu bohren ist.
Seine besondere Bedeutung hat das Schneckenbohren in den letzten Jahren vor allem durch die Weiterentwicklung des Hohlschneckenbohrens gewonnen. In dieser Variante wird es im Lockergebirge mehr zu einem Basisverfahren, auf dessen Grundlage sehr rationell und mit hohem Genauigkeitsgrad Informationen und Proben aus den durchbohrten Schichten gewonnen werden, deren Möglichkeiten erst in der Gegenwart erkannt wurden und verstärkt genutzt werden.
Generell wird das Schneckenbohren in zwei Varianten angewandt:
Diskontinuierliches Schneckenbohren
Bei dieser Variante, die vor allem für Bohrlöcher mit größerem Durchmesser (300 bis 600 mm Durchmesser) und bei kleinen Bohrtiefen angewandt wird, besteht das Bohrwerkzeug aus mehrflügeligen Schneiden, dem ein kurzer Schneckenstrang von 0,5 bis etwa 2 m Länge angeschlossen ist. Der übrige Bohrstrang besteht aus normalen Gestängerohren. Beim Eindrehen füllt sich der schneckenförmige Teil des Bohrstranges mit Bohrgut und wird anschließend ausgebaut, entleert und erforderlichenfalls für das Weiterbohren wieder eingebaut. Diese Arbeitsweise ist nur oberhalb des Grundwasserspiegels und in bindigen bzw. schwach verfestigten Schichten durchführbar. Die so hergestellten Bohrlöcher werden entweder als Standrohrlöcher für das Weiterbohren in größeren Tiefer oder, vor allem bei größeren Durchmessern, für den Einbau von zylindrischen Behältern genutzt. Vereinzelt wurde mit dieser Methode mit Durchmessern von etwa 1,8 bis 2 m gebohrt.
Kontinuierliches Schneckenbohren
Die Anwendungsmöglichkeiten des kontinuierlichen Schneckenbohrens sind sowohl hinsichtlich des Verwendungszwecks des Bohrloches, des Bohrlochdurchmessers, der Bohrlochteufe und der Gesteine, in denen gebohrt werden kann, wesentlich vielseitiger als beim diskontinuierlichen Schneckenbohren.
Anwendungsbeispiele für das Bohren mit kleineren Durchmessern in mittelharten bis harten Schichten sind:
- Untersuchungsbohrungen ohne Kerngewinn,
- Entgasungsbohrungen im Steinkohlen- und im Salzbergbau,
- Testbohrungen in gebirgsschlaggefährdeten Bereichen des Steinkohlen- und Salzbergbaus,
- Wasserlösungsbohrungen bei vermuteten Standwässern in alten Grubenbauen oder in Karstgebieten,
- Sprenglochbohrungen,
- Ankerbohrungen zur Verbindung von aufgelockerten Gesteinsbereichen, um bergmännisch hergestellte Hohlräume mit dem unverritzten Gebirge zu sichern,
- Bohrungen zum Einpressen von Wasser in Kohlenflöze zur Reduzierung des bei der Kohlegewinnung anfallenden Staubes.
Alle diese Bohrungen werden für Betonanker Übertage sowie im untertägigen Bergbau vor allem auf Steinkohle, Stein- und Kalisalz sowie Kalkstein hergestellt.
Das beim Schneckenbohren mit kleineren Durchmessern benutzte Bohrgestänge kann als Voll- und auch als Hohlgestänge in Verbindung mit Luft- oder Wasserspülung ausgebildet sein. Letzteres ist jedoch verhältnismäßig selten in Anwendung.
Das Schneckenbohren kann unter Verwendung von modernen Flachbohrgeräten durchgeführt werden, die als Bohrstrangantrieb einen hydraulischen Kraftdrehkopf anwenden. Wichtig ist, dass diese ein möglichst hohes Drehmoment aufbringen können. Bei kleinen bis mittleren Bohranlagen werden Drehmomente von 5 bis 25 kNm, bei schweren Pfahlbohranlagen 120 kNm erreicht.
Für kleinere Bohrlochteufen bis etwa 5 m kann die Schneckenbohreinrichtung in Verbindung mit einem Ladekran oder auch als Baggeranbaugerät eingesetzt werden. Der Ladekran kann auf einem LKW montiert sein. Der Antrieb des Schneckenbohrstranges erfolgt hier durch einen Kraftdrehkopf, der am Ende des Kranarmes so angebracht ist, dass das beim Drehen des Bohrstranges entstehende Gegenmoment vom Kran aufgenommen werden.
Trockenbohren im Lockergestein
Unter Trockenbohren versteht man, wie bereits erläutert, das Niederbringen von Bohrungen ohne eine im Bohrloch zirkulierende Bohrspülung. Es ist das älteste unter den Bohrverfahren. Das Trockenbohren wird dann angewandt, wenn
- die Bohrlöcher nur eine geringe Tiefe von wenigen Metern haben, so dass sich die Anwendung einer Spülung nicht lohnt,
- Wasser zur Herstellung einer Bohrspülung entweder gar nicht oder nur mit hohem Aufwand zu beschaffen ist,
- die Gewinnung von Bohrproben ohne den Einfluss einer Bohrspülung erfolgen muss,
- das zu durchbohrende Gebirge bereits entwässert ist, so dass bei Anwendung einer Flüssigkeitsspülung mit sehr hohen Spülverlusten gerechnet werden müsste,
- das Bohrgut durch ein besonders ausgebildetes Bohrgestänge, z. B. mit Schneckengängen versehen, ausgefördert werden kann. Das Trockenbohren wird in den meisten Fällen in Bohrtiefen <60 m und vorwiegend im nichtstandfesten Gebirge angewandt. Mit Ausnahme des Schneckenbohrens muss beim Trockenbohren der Austrag des Bohrgutes diskontinuierlich erfolgen, und dadurch werden – das Schneckenbohren wiederum ausgenommen – beim Trockenbohren in der Regel wesentlich niedrigere Bohrleistungen erzielt als beim Spülungsbohren. Dieser Leistungsunterschied ist bei Bohrungen mit kleiner Endteufe verhältnismäßig gering, er wächst aber sehr schnell mit zunehmender Bohrlochtiefe.
Im unverfestigten Gebirge muss das Bohrloch ständig verrohrt werden, um ein Einstürzen zu vermeiden. Die Verrohrung wird teleskopartig eingebracht, wobei die jeweiligen Absetzteufen einer Rohrtour zwischen 15 und 40 m schwanken können. In Einzelfällen wurde ein Bohrintervall auch in Längen von mehr als 40 m abgebohrt. Entscheidend hierbei ist u. a., ob die Rohre mit einer Verrohrungsmaschine eingebracht werden oder ohne Mechanisierung und auch, ob im Gebirgsprofil Tonschichten anstehen, die eine Erhöhung der Wandreibung verursachen. In der Regel werden die Rohre nach Fertigstellung der Bohrung zurückgewonnen. Müssen dabei besonders hohe Zugkräfte aufgebracht werden, dann können leicht Beschädigungen der Rohrgewinde eintreten.
Wichtig ist die Festlegung der Absetzteufen für die einzelnen Rohrtouren. In der Regel werden die Rohre in einer bindigen Schicht abgesetzt, um zu verhindern, dass beim Weiterbohren mit der nächstengeren Rohrtour die vorherige Rohrtour nachrutscht. Sind bindige Schichten an der Absetzstelle einer Rohrtour nicht vorhanden, so muss diese Rohrtour zumindest übertage mit Schellen abgefangen werden. Es ist auch möglich, durch Einwerfen einer entsprechenden Menge von Tonkugeln bzw. von stückigem Ton eine künstliche Tonschicht im Bohrlochbereich zu schaffen. Diese Tonkugeln müssen jedoch etwa 24 Stunden quellen. Da man diesen Zeitaufwand möglichst vermeiden will, wird von dieser Maßnahme selten Gebrauch gemacht. Unabdingbar müssen jedoch die Ringräume zwischen den Rohrtouren bis zum Grundwasserspiegel mit Wasser angefüllt sein, um das Eindringen von Sand in die Ringräume und damit ein erschwertes Ziehen der Rohrkolonnen zu vermeiden.
In einem weitgehend entwässerten Gebirge kann es erforderlich werden, von übertage Wasser ins Bohrloch zu geben, um bestimmte Bohrwerkzeuge, z. B. Ventilbohrer (Schlammbüchsen) oder Kiespumpen, einsetzen zu können. Diese Handhabung ist jedoch unrationell. Inzwischen gibt es Bohrwerkzeuge, die auch bei einem unverfestigten entwässerten Gebirge eingesetzt werden können, wie z. B. Drehschappen oder Bohrgreifer.
Beim Trockenbohren kann von einem einheitlichen Bohrvorgang nicht gesprochen werden. Die Arbeitsweise ist vom geologischen Schichtenaufbau und von der Art und der Charakteristik der Bohrwerkzeuge abhängig.
Beim Bohren mit Ventilbohrern und Kiespumpen wird das Bohrwerkzeuge am Seil eingelassen, und durch mehrmaliges Aufstauchen auf die Bohrlochsohle tritt eine allmähliche Füllung ein. Für diesen Vorgang müssen auf der Bohrlochsohle mehrere Meter Wasser anstehen, damit das Bohrgut aufgeschlämmt in das Bohrwerkzeug eindringen kann. Der Vorgang wird mit einer Bohrwinde ausgeführt, die möglichst mit einer Freifalleinrichtung versehen sein muss. Bei Bohrgeräten mit einem höheren Mechanisierungsgrad wird diese Arbeitsweise nicht mehr angewandt.
Am Seil eingehängt werden auch Bohrgreifer, die mit geöffneten Schalen in die Bohrlochsohle eindringen, sich beim Aufholen schließen und das Bohrklein nach übertrage fördern, unabhängig davon, ob im wassergesättigten, entwässerten oder im bindigen Gebirge gebohrt wird. Gegenüber Ventilbohrern und Kiespumpen haben Bohrgreifer den Vorteil, dass sie auch bei auftretenden Bohrhindernissen, wie grobes Geröll, und bei eingelagerten Gesteinsbänken mit Erfolg eingesetzt werden können, sofern einzelne größere Steine von den Greiferschalen umschlossen werden können oder die auftreffenden Greiferschalen in der Lage sind, die Gesteinsbank zu zertrümmern.
Ebenfalls am Seil eingehängt werden Blattmeißel (Einfachmeißel und Kreuzmeißel). Sie dienen jedoch lediglich zur Zerstörung von angetroffenen Bohrhindernissen.
Alle weiteren Trockenbohrwerkzeuge werden am Gestänge eingebaut. Ihre Arbeitsweise vollzieht sich drehend - drückend. Dabei werden relativ kleine Drehzahlen gewählt. Die Bohrwerkzeugbelastung richtet sich nach den Eigenschaften der zu durchbohrenden Schichten. Diese Werte werden auch gegenwärtig noch in erster Linie durch praktische Erfahrungen gewonnen. Eine wissenschaftlich fundierte Festlegung der Bohrregimeparameter, wie sie z. B. beim Rotarybohren im Festgestein bereits erfolgt ist, liegt noch nicht vor.
Mit zunehmenden Mechanisierungsgrad der Trockenbohrtechnik wurde es notwendig, die älteren Bohrwerkzeugtypen weiter zu entwickeln, und es traten an ihre Stelle modernere Werkzeuge, wie Klappschappen, Klappspiralen und Kübelbohrer.
Eine störungsfreie Arbeitsweise wird entscheidend davon beeinflusst, dass das Mitführen der Verrohrung in einer solchen Weise erfolgt, dass die Rohrtour der Bohrlochsole etwas vorauseilt, d. h., dass der Rohrschuh bereits in die Bohrlochsohle eingedrungen ist, bevor das Bohrwerkzeug nachfolgt. Dies ist besonders im wassergesättigten unverfestigten Gebirge wichtig, um zu verhindern, dass von außerhalb des Bohrloches Fein- und Schwimmsand oder Schluff eindringen. Falls dies eintritt, können im Bohrlochbereich Hohlräume oder aufgelockerte Zonen entstehen, die den Richtungsverlauf des Bohrloches und seine Standsicherheit ungünstig beeinflussen. Derartige Erscheinungen können vor allem bei hohem Grundwasserstand und mehr noch bei Vorhandensein von artesischem Wasser auftreten.
Ist die Aufgabe einer Trockenbohrung erfüllt, dann wird das Bohrloch in der Regel mit dem am Bohrloch befindlichen Bohrgut verfüllt, wobei gleichzeitig die Verrohrung zurückgewonnen wird. Bei Vorhandensein von Ton- sowie rolligen Schichten mit größerer Mächtigkeit müssen gegebenenfalls die Rohre unter Verwendung hydraulischer Pressen gezogen werden.
Trotz umfangreicher Mechanisierung wird das Trockenbohren in Teufen < 25 m immer seltener angewandt, weil die erzielbaren Leistungen wesentlich unterhalb der mit Spülung arbeitenden Verfahren liegen. Für Bohrlöcher mit Endteufen < 25 m dominiert das Trockenbohren nach wie vor, weil bei so kleinen Bohrteufen der Aufwand für ein im Bohrloch zirkulierendes Spülungssystem zu hoch ist. Unabhängig davon können örtlich jeweils solche Bedingungen gegeben sein, die die oben angegebenen Teufengrenzen nach der einen oder auch nach der anderen Richtung verschieben können. Dabei ist es teilweise unvermeidbar, dass noch sehr einfache, wenig mechanisierte Bohreinrichtungen eingesetzt werden, wenn z. B. Platzgründe dies gebieten oder wenn das Bohren möglichst geräuscharm erfolgen muss, wie dies in unmittelbarer Nähe von Wohngebieten gefordert wird. Solche Bedingungen treten nicht selten bei der Baugrund- und Grundwassererkundung auf.
Sehr häufig wird das Trockenbohren auch heute noch bei der Erkundung oberflächennaher Lagerstätten von Baurohstoffen und Rohstoffen für die keramische und die Glasindustrie, für das Abteufen von Brunnen mit Teufen < 25 m sowie für die Herstellung von Bohrpfählen bei komplizierten Baugründungen angewandt. Bohrpfähle können Teufen von 10 bis 60 m erreichen.
Für das Trockenbohren im Lockergebirge wurden ursprünglich sehr einfache Bohranlagen, bestehend aus einem Drei- oder Vierbock aus Holz, später aus Stahlrohren, einer Handwinde und dem Bohrstrang, eingesetzt. Die Handwinde wurde später maschinell angetrieben und oft mit einer Freifalleinrichtung ausgestattet.
Mit der Freifalleinrichtung kann das Aufschlagen des Bohrwerkzeuges auf die Bohrlochsole maschinell betrieben werden. Diese Ausrüstungen/ Schlagwerke werden später Herstellerspezifisch beschrieben.
Uneingeschränkte Bedeutung besitzt die Trockenbohrtechnik auch gegenwärtig noch, wenn in unverfestigten Schichten und in geringen Bohrlochteufen von 3 bis etwa 15 m sehr grobkörnige Gerölle angetroffen werden. Derartige Bohrhindernisse können durch drehendes Bohren mit normalen Zeit- und Materialaufwand nicht zerstört und ausgefördert werden. Es bleiben beim gegenwärtigen Stand der Technik nur folgende konventionelle Möglichkeiten, die entweder einzeln, meist aber kombiniert geeignet sind, die Schwierigkeiten zu überwinden:
- Versuch, mit einem Greifer die Gesteinsbrocken zu fassen und auszufördern. Besonders geeignet sind Greifer, die „programmgesteuert“ arbeiten, d. h., ihre Arbeitsweise ist so vorprogrammiert, dass sie sich mehrmals öffnen und teilweise schließen, um das Bohrhindernis durch mehrmaliges „Nachfassen“ umschließen zu können.
- Einsatz von Blattmeißeln zum zertrümmern oder verschieben des Gesteins.
- Sprengung des Bohrhindernisses. Hier werden Sprengladungen(hochbrisante Sprengstoffe die in Plastikbeuteln verpackt ins Bohrloch gelassen werden), elektrisch gezündet. Diese Arbeiten sind von einem Sprengmeister auszuführen.
Bei solch widrigen Bedingungen erweist es sich als zweckmäßig, den Bohrlochdurchmesser entsprechend groß zu planen. Je größer der Durchmesser um so eher besteht die Möglichkeit, ein Hindernis ohne Zerstörung im Bohrloch mit einem Bohrgreifer zu fassen.
Die Erfahrung und Schulung des bohrtechnischen Personals vermindern hier die Gefahr von Fehlschlägen, wobei auch Kenntnisse der lokalen geologischen Verhältnisse von großer Bedeutung sind.
