AT505335B1 - DEVICE FOR MANUFACTURING A DRILL BIT IN ROCK MATERIAL - Google Patents
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Abstract
Description
österreichisches Patentamt AT505 335B1 2009-12-15Austrian Patent Office AT505 335B1 2009-12-15
Beschreibungdescription
VORRICHTUNG ZUM HERSTELLEN EINES BOHRLOCHES IN GESTEINSMATERIALDEVICE FOR MANUFACTURING A DRILL BIT IN ROCK MATERIAL
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bohrloches in Gesteinsmaterial, mit einer an einem Bohrgestänge angeordneten und den Durchmesser des Bohrgestänges mit ihrem Durchmesser übersteigenden Bohrkrone, wobei das Bohrgestänge zumindest im Endbereich hinter der Bohrkrone von einem Hüllrohr umgeben ist, wobei ein Hüllrohr zumindest über einen Teil seiner Länge geschlitzt ausgebildet ist.The invention relates to a device for producing a borehole in rock material, arranged with a drill pipe and the diameter of the drill pipe with its diameter exceeding drill bit, wherein the drill string is surrounded at least in the end behind the drill bit by a cladding tube, wherein a cladding tube slotted at least over part of its length is formed.
[0002] Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der AT 005644 U1 und aus der AT 007067 U1 bekannt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist das mit einem Längsschlitz versehene Hüllrohr zwecks Fixierung einer Verankerung in einem Bohrloch in radialer Richtung aufweitbar, welches Aufweiten einerseits, und zwar gemäß der AT 005644 U1, durch ein Auffedern des unter einer Vorspannung stehenden Hüllrohres nach Durchtrennen einer den Schlitz überbrückenden Schweißstelle bewirkt wird und gegebenenfalls durch Eindringen eines Zwischenelementes in das Innere des Hüllrohres verstärkt wird, und andererseits, gemäß der AT 007067 U1, alleine durch eine Schlagbeanspruchung des Hüllrohres bei Eintreiben eines konischen Elements in das Hüllrohr bewirkt wird.Devices of this type are known for example from AT 005644 U1 and from AT 007067 U1. In these known devices, the cladding tube provided with a longitudinal slot for the purpose of fixing an anchor in a borehole in the radial direction expandable, which widening on the one hand, in accordance with the AT 005644 U1, by a rebound of the standing under a bias envelope after cutting a slot bridging Welding point is effected and optionally reinforced by penetration of an intermediate element into the interior of the cladding tube, and on the other hand, according to the AT 007067 U1, alone by a impact stress of the cladding tube when driving a conical element is effected in the cladding tube.
[0003] Aus der WO 03/062599 A1 ist es bekannt, eine Verankerung in einem Bohrloch dadurch zu sichern, dass das Bohrgestänge von einem aufweitbaren Element umgeben ist, in das ein Fluid unter Druck unter wenigstens teilweisem Aufweiten des Außenumfangs des aufweitbaren Elements einbringbar ist. Diese Art der Sicherung ist aufwändig und bedingt eine absolute Dichtheit des aufweitbaren Elements.From WO 03/062599 A1 it is known to secure anchoring in a wellbore by surrounding the drill string with an expandable member into which a fluid can be introduced under pressure with at least partial expansion of the outer periphery of the expandable member , This type of backup is complex and requires an absolute tightness of the expandable element.
[0004] Die Erfindung bezweckt eine Weiterentwicklung der eingangs beschriebenen Vorrichtung dahingehend, dass das Festlegen einer Verankerung mit großer Sicherheit und unter besonders effizienter Aufweitung eines Hüllrohres, erfolgen kann. Insbesondere sollen Schlagbeanspruchungen, die stets weniger leicht kontrollierbar sind, vermieden werden, und es soll eine Aufweitung des Hüllrohres in einem vorbestimmten Mindestausmaß gesichert durchführbar sein.The invention aims a further development of the device described above to the effect that the setting of an anchorage with great certainty and under particularly efficient expansion of a cladding tube, can be done. In particular, impact loads, which are always less easily controlled, should be avoided, and it should be feasible to achieve a widening of the cladding tube in a predetermined minimum extent feasible.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungemäß dadurch gelöst, dass das geschlitzte Hüllrohr im Inneren über zumindest einen Teil seiner geschlitzten Länge ein Innengewinde aufweist und dass zwischen dem Innengewinde und der Bohrkrone ein Gewindetreibdorn mit einem Außengewinde vorgesehen ist, das mit dem Innengewinde in Eingriff bringbar ist, welcher Gewindetreibdorn mittels des Bohrgestänges bis zum Eingriff seines Außengewindes mit dem Innengewinde rückziehbar in das Innengewinde einschraubbar ist, vorzugsweise über eine Formschlussverbindung mit dem Bohrgestänge, und wobei zumindest eines der Gewinde konisch ausgebildet ist.This object is achieved according erfindungemäß in that the slotted cladding tube has an internal thread inside over at least a portion of its slotted length and that between the internal thread and the drill bit a threaded driving mandrel is provided with an external thread, which is engageable with the internal thread which threaded driving mandrel is retractable into the internal thread by means of the drill string to the engagement of its external thread with the internal thread, preferably via a positive connection with the drill string, and wherein at least one of the threads is conical.
[0006] Dadurch, dass erfindungsgemäß das Aufweiten des Hüllrohres mittels eines konischen Gewindes erfolgt, lässt sich die Aufweitung genau dosieren, zumal das Aufweiten durch die Anzahl der Umdrehungen beim Einschrauben des Außengewindes des Gewindetreibdorns in das Innengewinde vorherbestimmbar ist. Weiters werden hierbei Stoßbeanspruchungen, die wiederum zum Lockern eines teilweise aufgeweiteten Hüllrohres führen könnten, vermieden.Characterized in that according to the invention, the expansion of the cladding tube by means of a conical thread, the expansion can be precisely metered, especially since the expansion by the number of revolutions when screwing the external thread of the threaded driving mandrel is predeterminable in the internal thread. Furthermore, this impact stresses, which in turn could lead to the loosening of a partially expanded cladding avoided.
[0007] Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde an einer Gewindetreibhülse vorgesehen ist, die mit dem geschlitzten Hüllrohr verbunden ist, wodurch es möglich ist, das zumindest teilweise geschlitzte Hüllrohr aus der Serienfertigung der Hüllrohre auszuwählen. Es muss nur mit einem Schlitz versehen werden, braucht jedoch nicht mit einem Innengewinde versehen zu werden. In diesem Fall wird die Gewindetreibhülse mit Innengewinde in das sonst serienmäßig gefertigte Hüllrohr eingesetzt und mit diesem verbunden.A preferred embodiment is characterized in that the internal thread is provided on a threaded sleeve, which is connected to the slotted cladding tube, whereby it is possible to select the at least partially slotted cladding tube from the mass production of the cladding tubes. It only has to be provided with a slot, but does not need to be provided with an internal thread. In this case, the threaded sleeve is inserted with internal thread in the otherwise standard manufactured cladding tube and connected thereto.
[0008] Zweckmäßig ist das geschlitzte Hüllrohr das erste Hüllrohr hinter der Bohrkrone.Suitably, the slotted cladding tube is the first cladding behind the drill bit.
[0009] Um mit einer möglichst geringen Krafteinbringung ein maximales Aufweiten des Hüllroh- 1/5 österreichisches Patentamt AT505 335B1 2009-12-15 res zu erzielen, ist vorteilhaft die Gewindetreibhülse ebenfalls mit einem Schlitz versehen, der zu dem Schlitz des Hüllrohres korrespondiert.In order to achieve a maximum expansion of the Hüllroh- 1/5 Austrian Patent Office AT505 335B1 2009-12-15 res with the least possible introduction of force, advantageously the threaded sleeve is also provided with a slot which corresponds to the slot of the cladding tube.
[0010] Vorzugsweise erstreckt sich der Schlitz des geschlitzten Hüllrohres in Achsrichtung des Bohrgestänges.Preferably, the slot of the slotted cladding tube extends in the axial direction of the drill string.
[0011] Eine fertigungstechnisch bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde konisch ausgebildet ist und in das Innengewinde des Hüllrohres bei einer Drehrichtung des Bohrgestänges entgegengesetzt zur Drehrichtung während des Bohrens des Bohrloches einschraubbar ist.A manufacturing technology preferred variant is characterized in that the external thread is conical and in the internal thread of the cladding tube in a direction of rotation of the drill string opposite to the direction of rotation during drilling of the wellbore can be screwed.
[0012] Um in einfacher Weise ein Eingreifen des Außengewindes des Gewindetreibdorns in das Innengewinde des Hüllrohres sicherzustellen, gelangt der Gewindetreibdorn beim Rückziehen des Bohrgestänges mit der Bohrkrone in Kontakt und ist mittels der Bohrkrone gegen das Innengewinde des Hüllrohes verschiebbar, wobei die Bohrkrone zumindest zum Teil in das Hüllrohr eindringt, und zwar mit einem Endteil, der einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig geringer ist als der Innendurchmesser des Hüllrohrs.In order to ensure easy engagement of the external thread of the threaded driving mandrel in the internal thread of the cladding tube, the threaded driving mandrel comes when retracting the drill string with the drill bit in contact and is displaceable by means of the drill bit against the internal thread of the Hüllrohes, the drill bit at least in part penetrates into the cladding tube, with an end portion having an outer diameter which is slightly smaller than the inner diameter of the cladding tube.
[0013] Vorzugsweise ist die Gewindetreibhülse aus Kunststoff gebildet.Preferably, the threaded sleeve is formed of plastic.
[0014] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindetreibhülse einen geschlossenen, jedoch radial aufweitbaren Querschnitt aufweist.A further preferred embodiment is characterized in that the threaded friction sleeve has a closed, but radially expandable cross-section.
[0015] Bevorzugt sind beide Gewinde konisch ausgebildet.Preferably, both threads are conical.
[0016] Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Fig. 1 eine Schrägrissdarstellung der Vorrichtung mit Sicht in deren Inneres veranschaulicht. Die Fig. 2 und 4 zeigen Axialschnittdarstellungen der Vorrichtung in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen und die Fig. 3 und 5 stellen zu den Fig. 2 bzw. 4 jeweils Stirnansichten dar.The invention is explained in more detail below with reference to embodiments schematically illustrated in the drawing, wherein Fig. 1 illustrates a Schrägrissdarstellung the device with view in the interior thereof. 2 and 4 show axial sectional views of the device in two different operating conditions and Figs. 3 and 5 represent to Figs. 2 and 4 are respectively end views.
[0017] Ein Bohrgestänge 1, das gegebenenfalls aus mehreren Abschnitten längenmäßig zusammengesetzt ist, weist an seinem vorderen Ende eine Bohrkrone 2 auf. Das Bohrgestänge 1 ist im Endbereich hinter der Bohrkrone 2 von einem Hüllrohr 3 umgeben, wobei bei Bedarf auch je nach Bohrlochtiefe mehrere Hüllrohre hintereinander liegend das Bohrgestänge 1 umgeben können. Die Ausgestaltung des Bohrgestänges 1 und des Hüllrohres bzw. der Hüllrohre zwecks Ausförderung des Bohrkleins bzw. zwecks Zuführung von in das Bohrloch einzubringendem aushärtenden Material, wie Zementmörtel, kann in üblicher Weise erfolgen. So ist beispielsweise das Bohrgestänge hohl, um Spülmittel zum Ausfördern des Bohrkleins zuzuführen.A drill pipe 1, which is optionally composed of a plurality of sections lengthwise, has at its front end a drill bit 2. The drill pipe 1 is surrounded in the end behind the drill bit 2 by a cladding tube 3, wherein if necessary depending on the depth of the hole several cladding tubes lying one behind the other, the drill string 1 can surround. The design of the drill string 1 and of the cladding tube or of the cladding tubes for the purpose of removing the drill cuttings or for the purpose of supplying hardening material to be introduced into the drilled hole, such as cement mortar, can be carried out in the usual way. For example, the drill string is hollow to supply a rinse to remove the cuttings.
[0018] Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hüllrohr 3, das unmittelbar hinter der Bohrkrone 2 vorgesehen ist, geschlitzt ausgebildet, wobei sich der Schlitz 4 über die gesamte Länge in konstanter Breite und parallel zur Längsachse des Hüllrohres 3 erstreckt. Der Schlitz 4 könnte jedoch auch spiralförmig angeordnet sein, und er muss sich auch nicht über die gesamte Länge des Hüllrohres 3 erstrecken. Im Inneren des Hüllrohres 3 ist ein Innengewinde 5 vorgesehen, und zwar an einer Hülse 6, die gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls geschlitzt ausgebildet ist, wobei der Schlitz 7 der Hülse 6, die nachfolgend als Gewindetreibhülse 6 bezeichnet ist, in gleicher Umfangslage angeordnet ist wie der Schlitz 4 des Hüllrohres 3. Die Gewindetreibhülse 6 ist mit dem Hüllrohr 3 unverdrehbar verbunden. Das Anordnen des Innengewindes 5 nicht direkt am Hüllrohr 3, sondern an der Gewindetreibhülse 6, bringt den Vorteil, dass die Fertigung des Hüllrohres 3 in einfacher Weise als geschlitztes Rohr möglich ist.According to the illustrated embodiment, the cladding tube 3, which is provided immediately behind the drill bit 2, formed slotted, wherein the slot 4 extends over the entire length in a constant width and parallel to the longitudinal axis of the cladding tube 3. However, the slot 4 could also be arranged spirally, and it does not have to extend over the entire length of the cladding tube 3. Inside the cladding tube 3, an internal thread 5 is provided, namely on a sleeve 6, which is also slotted according to the illustrated embodiment, wherein the slot 7 of the sleeve 6, which is hereinafter referred to as a threaded sleeve 6, is arranged in the same circumferential position as the slot 4 of the cladding tube 3. The threaded sleeve 6 is connected to the cladding tube 3 non-rotatably. The arrangement of the internal thread 5 not directly on the cladding tube 3, but on the threaded sleeve 6, has the advantage that the production of the cladding tube 3 is possible in a simple manner as a slotted tube.
[0019] Zwischen der Gewindetreibhülse 6 und der Bohrkrone 2 ist ein Gewindetreibdorn 8 vorgesehen, der ein Außengewinde 9 aufweist, das zum Innengewinde 5 der Gewindetreibhülse 6 korrespondiert. Zumindest eines der Gewinde, also entweder das Außen- oder das Innengewinde 9 bzw. 5, oder vorzugsweise beide Gewinde 9 und 5, sind konisch ausgebildet, sodass es beim Einschrauben des Gewindetreibdorns 8 in die Gewindetreibhülse 6 zu einem Aufweiten des Hüllrohres 3 kommt. Der Gewindetreibdorn 8 weist zentral eine Innensechskant-Durch-gangsöffnung 10 auf, wodurch der Gewindetreibdorn 8 entlang des Bohrgestänges 1, das zu- 2/5Between the threaded sleeve 6 and the drill bit 2, a threaded driving mandrel 8 is provided, which has an external thread 9, which corresponds to the internal thread 5 of the threaded sleeve 6. At least one of the threads, so either the outer or the internal thread 9 or 5, or preferably both threads 9 and 5, are conical, so that it comes when screwing the Gewindedreibdorns 8 in the Gewindetreibhülse 6 to a widening of the cladding tube 3. The threaded driving mandrel 8 has a central hexagonal through-opening 10, whereby the threaded driving mandrel 8 along the drill string 1, the 2/5
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