Sechs häufige Fehlerquellen bei DTH-Aufträgen: Unfallanalyse aus der Tiefe des Bohrlochs

Das luftbetriebene DTH-Bohren ist in Hartgestein zehnmal schneller als herkömmliche Methoden. Diese Geschwindigkeit ist der Hauptvorteil. Doch die gleiche hohe Schlagfrequenz, die es so schnell macht, verzeiht auch keine Fehler. Ein DTH-Unfall entwickelt sich nicht langsam – er passiert mit fünfzig Schlägen pro Sekunde, und bis man es bemerkt, ist der Schaden bereits angerichtet.

Hier sind die sechs häufigsten Fehlerquellen bei einem DTH-Auftrag, deren Ursachen und was vorher und nachher zu tun ist.

1. Hammerkopfbruch – Der Ermüdungsbruch an der Keilwellenschulter

Der Hammerkopf bricht fast immer an derselben Stelle: am Übergang des Durchmessers direkt über dem Keilwellenabschnitt. Dort entsteht eine geometrische Spannungskonzentration – wo sich der Querschnitt ändert, staut sich die Spannung. An dieser Stelle überträgt der Meißel auch das Drehmoment über die Keilwellen, wodurch die axiale Stoßbelastung durch Scherspannungen verstärkt wird.

Zwei Faktoren können dazu führen, dass ein Hammerkopf seine Ermüdungsgrenze überschreitet. Erstens mangelhafte Fertigung: minderwertiger Stahl, Eigenspannungen durch die Bearbeitung, unzureichende Dauerfestigkeit. Zweitens die Betriebsbedingungen: zu hoher Vorschubdruck, der den Bohrstrang verbiegt und Vibrationen verstärkt, oder Bohren in Übergangszonen zwischen weichem und hartem Material, wo das Drehmoment ständig schwankt.

Prävention beginnt mit dem Kauf bei einem Hersteller, der seine Qualität nachweisen kann. Dann kommt es auf diszipliniertes Bohren an: Reduzieren Sie die Parameter beim Bohren in geklüftetem oder heterogenem Boden, beginnen Sie mit geringem Vorschub bei unbekannter Formation und verringern Sie den Vorschub in weichen Schichten, wo die Einsätze zu tief eindringen und das Drehmoment erhöhen können.

Zwei praktische Sicherheitsvorkehrungen: Verwenden Sie einen Hammer mit einer Haltehülse, damit ein abgebrochener Kopf nicht auf den Grund fällt, und falls der Kopf doch abbricht, fischen Sie ihn sofort heraus, bevor er sich dauerhaft verkeilt.

2. Bruchstelle einfügen – Zuerst die äußere Kante.

Beim normalen Bohren verschleißen die Einsätze allmählich. Die meisten Ausfälle sind plötzliche Brüche, wobei die Einsätze am äußersten Rand der Bohrkopffläche am anfälligsten sind. Sie sind der höchsten Stoßbelastung, dem stärksten abrasiven Kontakt mit der Bohrlochwand und der größten Biegebeanspruchung ausgesetzt.

Die Ursachen lassen sich in drei Kategorien einteilen: Gesteinsformation (harter, zerklüfteter oder gemischter Boden), Bohrparameter (zu viel Vorschub, zu hohe Drehzahl) und Betriebsart (unregelmäßiger Vorschub, Aufprall, Fehlzündungen).

Vorbeugung ist die beste Vorgehensweise: leichter Vorschub beim Anfahren, reduzierte Parameter in schwierigem Gelände, gleichmäßiger und konstanter Vorschubdruck und – am wichtigsten – die Wahl eines Meißels, dessen Schneidkantenform und Schneidflächenprofil zur Formation passen. Ein Schneidkantenbruch in einer Formation, für die der Meißel nicht ausgelegt ist, ist kein Qualitätsproblem, sondern ein Problem der Meißelauswahl.

3. Verstopfung durch den Hammer – Ablagerungen aus den eigenen Rohren

Das ist peinlich, weil es komplett selbstverschuldet ist.

Neues Bohrgestänge weist an der Innenwand Rost, Walzzunder und Produktionsrückstände auf. Beim Einströmen von Druckluft lösen sich diese Rückstände und gelangen durch das Gestänge direkt in den Bohrhammer. Dort verstopfen sie die Luftkanäle und das Rückschlagventil und behindern oder blockieren so den Luftstrom.

Die Lösung ist einfach und wird oft übersehen: Reinigen Sie jedes Rohr, bevor es in die Grube eingeführt wird. Blasen Sie es mit Druckluft durch. Bei neuen Rohren reinigen Sie die Bohrung mit einer Drahtbürste oder einem Reinigungsstab. Reinigen Sie auch die Druckluftleitungen an der Oberfläche – insbesondere Ventile und Winkelstücke, an denen sich Ablagerungen ansammeln.

4. Rückfluss – Der Druckunterschied, der das Bohrklein ansaugt

Dies ist der heimtückischste Fehlermodus des DHT, da er auftritt, wenn der Hammer gar nicht läuft.

Wenn sich im Bohrloch zähflüssiges Bohrgut befindet und der Hammer stoppt, entsteht ein Druckunterschied. Schließt das Rückschlagventil nicht dicht oder sind die internen Toleranzen verschlissen, saugt dieser Druckunterschied das Bohrgut zurück – durch die internen Spalten des Hammers nach oben und in die Kolben- und Verzahnungsspalte. Das Bohrgut verdichtet sich. Der Kolben blockiert. Die Verzahnung klemmt fest. Die Auslasskanäle verstopfen.

Die Hauptursache ist meist ein verschlissenes oder beschädigtes Rückschlagventil oder ein zu großes Kolben-Zylinder-Spiel, das nicht mehr abdichtet. Vorbeugung ist die regelmäßige Inspektion: Prüfen Sie das Rückschlagventil vor jeder Fahrt, kontrollieren Sie das Kolben-Zylinder-Spiel planmäßig und tauschen Sie verschlissene Teile aus, bevor es zu Rückfluss kommt.

Eine ausgefeiltere Lösung für tiefe Bohrlöcher: die Installation eines Schwimmerventils in 150–200 Metern Höhe entlang des Bohrgestänges. Das Schwimmerventil schließt sich bei sinkendem Luftdruck und verhindert so den Rückfluss, der das Bohrklein in den Bohrhammer drückt.

Bei eingeschränktem Luftstrom ist Folgendes sofort zu tun: Bewegen Sie die Schnur kräftig auf und ab, um die Blockade zu lösen. Falls das nicht hilft, ziehen Sie an der Schnur und überprüfen Sie die Blockade – versuchen Sie nicht, weiterhin Luft in einen blockierten Hammer zu pressen.

5. Schlammring-Wickeltechnik – Der langsame Würgegriff

Bei feuchten Bedingungen werden die Bohrspäne nicht abgeführt. Sie haften – am Bohrgestänge, an der Bohrlochwand, am Hammerkörper. Es bildet sich ein Ring aus verdichteten Bohrspänen. Der Ringspalt verringert sich. Bohrspäne, die zuvor vorbeiflossen, stauen sich nun am Ring. Der Ring wächst zu einer Schlammpackung an, die schließlich den Ringspalt vollständig abdichtet. Das Bohrgestänge sitzt fest.

Der Mechanismus ist fortschreitend: Jeder Zirkulationszyklus hinterlässt etwas mehr Material auf dem Ring, wodurch der nächste Zyklus weniger effizient wird. Bis jemand bemerkt, dass die Zirkulation nachlässt, hat sich das Pulver bereits gebildet.

Vorbeugen bedeutet, den Ringraum sauber zu halten: ausreichend Luftvolumen, regelmäßiges, kräftiges Spülen und Beachtung des Rückflusses. Verlangsamt sich der Rückfluss, spülen Sie kräftig, bevor er ganz zum Erliegen kommt.

6. Feststecken und begraben – Die Formation wehrt sich

Der letzte Ausfallfall ist der teuerste: Die Schnur verklemmt sich, und je länger sie dort bleibt, desto mehr verklemmt sie sich.

Zu den Entstehungsfaktoren zählen zerklüftetes oder verwerfungsreiches Gestein, das in das Bohrloch einstürzt, sowie wasserführende Schichten, die zum Aufquellen und Zerfall von Schiefergestein führen. Zu den technischen Faktoren gehören die hochfrequenten Vibrationen, die die Bohrlochwand lockern, die Hochgeschwindigkeitsluft, die instabiles Gestein erodiert, und das Fehlen einer wandstützenden Flüssigkeit beim Luftbohren.

Wenn die Wände einzustürzen beginnen, ist der Ablauf vorhersehbar: Blöcke fallen herunter, der Hammer verklemmt sich, und wenn das Loch einstürzt, wird der Hammer verschüttet.

Die Vorgehensweise ist abgestuft. Beginnen Sie mit der Beobachtung: Achten Sie auf den Rückfluss, das Drehmoment und Veränderungen der Bohrtiefe. Halten Sie das Bohrgestänge in Bewegung – häufige kurze Bohrungen und regelmäßige Auf- und Abwärtsbewegungen verhindern ein Absinken. Bei ersten Anzeichen von Problemen stoppen Sie die Arbeiten und beheben Sie diese. Verwenden Sie Schauminjektion, um grobes Bohrgut abzutransportieren. Führen Sie kurze Bohrungen durch, um den Zustand der Bohrlochwand zu überprüfen. Wenn sich das Bohrloch nicht offen halten lässt, wechseln Sie die Taktik – Schaumbohren, Verwendung einer wandstützenden Flüssigkeit oder Verrohrung. Als letzte Möglichkeit kann das Fräsen eines festsitzenden Bohrgestänges helfen.

Das Muster

DTH-Bohren ist schnell, belohnt aber Aufmerksamkeit und bestraft Nachlässigkeit. Die sechs Unfallarten haben eines gemeinsam: Fast alle sind durch Inspektion, Reinigung und diszipliniertes Bohren vermeidbar. Ein Hammerausfall aufgrund von Ablagerungen in einem verschmutzten Bohrrohr, eines verschlissenen Rückschlagventils oder zu hohem Förderdruck ist kein Pech. Er ist die vorhersehbare Folge von Auslassungen bei den Bohrschritten.