<Desc/Clms Page number 1>
déposée par la société dite : TONE BORING CO., LTD. ayant pour objet : Dispositif de perforation à marteau pneumatique Qualification proposée : BREVET D'INVENTION
<Desc/Clms Page number 2>
La présente invention concerne un dispositif de perforation à marteau pneumatique convenant pour forer une couche d'un lit rocheux dur, et elle concerne plus particulièrement un dispositif de perforation à marteau pneumatique dans lequel plusieurs trépans sont fixés à un seul organe support de trépans recevant des forces d'impact d'un marteau pneumatique, en vue de l'action de forage.
Ainsi qu'il est bien connu, avec le dispositif de perforation à marteau pneumatique dans lequel un poussoir à piston est déplacé par la pression de l'air en direction verticale, des forces d'impact sont appliquées par le poussoir à piston à un trépan, en vue de l'action de forage, en sorte qu'un lit rocheux dur peut être effectivement foré.
Comme le trépan du dispositif de perforation à marteau pneumatique est utilisé pour forer la couche du lit rocheux dur comme décrit plus haut, il est nécessaire de remplacer un trépan endommagé par un nouveau après qu'on l'ait employé pendant un temps prédéterminé. Le trépan classique était fait d'une pièce. Par suite, dans un dispositif de perforation à marteau pneumatique, pour forer un trou de grand diamètre, on prend le diamètre du trépan plus grand de manière correspondante, de sorte que le remplacement d'un trépan de grand diamètre entraîne des frais accrus, ce qui est anti-économique.
Du point de vue précédent, on a proposé que plusieurs trépans de petit diamètre soient prévus à la partie d'extrémité avant du dispositif de perforation à marteau pneumatique pour pouvoir en être détachés, et on ne remplace qu'un ou des trépans endommagés,
<Desc/Clms Page number 3>
La présente invention a été développée pour porter remède aux inconvénients précités de la technique antérieure et elle a pour objet de procurer un dispositif de perforation à marteau pneumatique capable de comporter plusieurs trépans de petit diamètre à la partie extrême avant du dispositif de perforation à marteau pneumatique et avec un montage de parties des trépans qui puisse leur éviter d'être endommagés par les ondes de choc.
A cette fin, la présente invention envisage qu'une partie à rainure soit formée sur la périphérie extérieure de chacun des arbres des trépans, un organe support de trépans étant formé avec des trous de montage pour recevoir les arbres des trépans, des éléments intermédiaires étant prévus sur l'organe support de trépans et placés dans les parties à rainures de chacun des arbres de trépans, dans l'état où les arbres des trépans sont accouplés dans les trous de montage, pour ainsi porter les trépans par l'organe support de trépans, et les surfaces supérieures des arbres des trépans étant mises en contact avec les surfaces de plafond des trous de montage pour ainsi recevoir les forces dtimpact venant de l'organe support de trépans.
Un autre objet de la présente invention est de procurer un dispositif de perforation à marteau pneumatique capable de dilater ou de rétrécir le diamètre du trou formé par les trépans pour réaliser le forage avec élargissement, en sorte que les processus de tubage simultané et au bouclier puissent être appliqués au forage d'un lit rocheux comprenant beaucoup de couches instables, susceptibles de donner lieu à des éboulements, etc., et une couche limite entre un sol dur et un sol tendre.
A cette fin, la présente invention propose que le dispositif de perforation à marteau pneumatique possède un organe support de trépans porté de manière à pouvoir
<Desc/Clms Page number 4>
de sorte qu'on peut améliorer l'économie de l'exploitation.
Cependant, dans le dispositif de perforation à marteau pneumatique où interviennent des ondes de choc, la construction de la monture des trépans pose toujours des problèmes. Plus particulièrement, pendant le forage, dans le dispositif de perforation à marteau pneumatique, les trépans sont soumis à des forces d'impact par le poussoir à piston, de sorte que des ondes de choc sont imparties aux points de montage des trépans, faisant naître ainsi la possibilité d'endommager la construction de la monture des trépans qui se fait par soudage, par filets ou de manière semblable.
Par ailleurs, la mise en oeuvre d'un marteau pneumatique sur la machine de forage donne la possibilité de forer efficacement la roche du lit. Néanmoins, la mise en oeuvre d'un marteau pneumatique a les inconvénients suivants. Le forage au marteau pneumatique est accompagné de chocs, de sorte que les parois du trou ont tendance à s'ébouler, avec la conséquence qu'on en a limité l'application à des lits rocheux uniformes et stables. Pour porter remède à l'inconvénient décrit ci-dessus, on a procédé au forage au marteau pneumatique en utilisant un procédé de tubage.
Cependant, suivant le procédé de tubage habituel, on met en place un tubage dont le diamètre extérieur est supérieur à celui du trépan, de sorte qu'il devient impossible d'introduire le tubage au cours du forage et par suite, on ne peut empêcher l'éboulement du trou, de sorte qu'il peut en résulter un échec du forage.
On a donc fait valoir la nécessité d'utiliser le procédé de tubage en même temps qu'une fonction d'élargissement du trou, et d'employer un dispositif de perforation à marteau pneumatique capable d'exécuter le procédé au bouclier pour le forage au marteau pneumatique dans une couche susceptible de s'ébouler.
<Desc/Clms Page number 5>
coulisser axialement, à la partie extrême avant d'un corps de marteau pneumatique, pour recevoir les forces d'impact provenant d'un poussoir à piston intérieur au corps du marteau pneumatique ; plusieurs trépans portés de façon à pouvoir tourner par l'organe support de trépans en des points excentrés par rapport au centre de rotation d'une tige de forage, de manière à être empêchés de prendre un mouvement axial ; l'ensemble des trépans pouvant :
tourner dans un sens de rotation opposé au sens de rotation de la tige de forage par suite d'une résistance à la face inférieure d'un trou de forage pendant la rotation de la tige de forage, pour ainsi dilater ou rétrécir le diamètre du trou formé par les trépans ; et se déplacer axialement en même temps que l'organe support de trépans de manière que les trépans respectifs soient au même niveau à leurs surfaces inférieures ; et des parties formant butées formées sur l'organe support de trépans, pour commander les trépans dans les positions où le diamètre est dilaté et dans les positions où le diamètre est rétréci.
La nature exacte de l'invention, ainsi que d'autres buts et avantages de celle-ci, apparaîtront facilement à la considération de la description suivante se rapportant aux dessins joints au présent mémoire, où les mêmes indices de référence indiquent des parties identiques ou semblables sur toutes les figures, et où : - la figure 1 est une vue latérale montrant un exemple d'exécution de travaux par une machine de forage du type à tube guide ; - la figure 2 est une vue latérale montrant la construction générale du dispositif de perforation à marteau pneumatique suivant la présente invention ; - la figure 3 est une vue en coupe de la construction de montage de trépans fixes dans le dispositif de perforation à marteau pneumatique suivant l'invention ;
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
- figure 4 est une vue par-dessous montrant les formes des trépans suivant la ligne IV-IV de la figure 3 - figure 5 est une vue en coupe suivant la li- gne V-V de la figure 3 ; - la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 3 ; - la figure 7 est une vue en coupe agrandie montrant une partie A de la figure 6 ; - la figure 8 est une vue par-dessous montrant un autre exemple de la forme d'un trépan ; - la figure 9 est une vue latérale montrant un exemple d'exécution de travaux par une machine à forer du type propre au forage au câble ; - la figure 10 est une vue en coupe latérale montrant des parties essentielles de la forme de réalisation du type à dilatation et à rétrécissement suivant l'invention ;
- la figure 11 est une vue en coupe suivant la ligne XI-XI de la figure 10 ; - la figure 12 est une vue par-dessous considérée suivant la ligne XII-XII de la figure 10 ; - la figure 13 est une vue explicative montrant un autre exemple de la forme d'un trépan ; - la figure 14 est une vue en coupe montrant la construction du montage de la partie d'arbre de trépan dans le cas où la forme de réalisation du type à dilatation et à rétrécissement est appliquée à la forme de réalisation du type à trépans fixes.
On donnera ci-après une description détaillée d'une forme de réalisation préférée d'un dispositif de perforation à marteau pneumatique suivant la présente invention en se référant aux dessins joints au présent mémoire.
La figure 1 montre un exemple d'exécution de travaux du procédé de tubage et d'élargissement par une machine à forer du type à tube guide à laquelle la présente forme de
<Desc/Clms Page number 7>
réalisation est appliquée. On a désigné par 1 un compresseur, par 2 un réservoir récepteur, par 3 une machine de base, par 4 un changeur de tige, par 5 une tête d'injection d'entrainement, par 6 un jack moteur, par 7 un tuyau de tubage, par 7A un collecteur de poussière, par 8 une tige de forage, par 9 un accouplement à cannelures et par 10 un dispositif de perforation à marteau pneumatique.
La figure 2 montre partiellement la construction générale du dispositif de perforation à marteau pneumatique suivant la présente invention. Le dispositif de perforation à marteau pneumatique 10 comprend un corps de marteau pneumatique cylindrique 12, un poussoir à piston 14 déplaçable verticalement sous la pression d'air dans le corps de marteau pneumatique 12, une enclume 16 constituant organe support de trépans pour recevoir les forces d'impact du poussoir à piston 14, et des trépans 18 et 18 prévus amovibles sur la partie d'extrémité inférieure de l'enclume 16.
L'enclume 16 est portée par la surface périphérique intérieure du corps de marteau pneumatique 12 et par un accouplement à cannelures 19, et peut coulisser jusqu'à ce que la partie supérieure 17 de l'enclume 16 bute contre les butées 20 prévues à la surface périphérique intérieure du corps de marteau pneumatique 12. Comme montré aux figures 3 et 4, des trous de montage 22 sont formés dans la face inférieure de l'enclume 16 en des points opposés l'un à l'autre, à un intervalle de 1800. Avec ces trous de montage 22 sont accouplés des arbres 24 des trépans 18.
Comme montré à la figure 5, les parties intermédiaires des trous de montage 22, et aussi les parties intermédiaires des arbres des trépans 24 ont des sections hexagonales. La partie supérieure de chacun des trous de montage 22 a la forme d'un trou cylindrique et un trou de clavette 26 est formé dans une direction qui leur est tangentielle. En outre, la partie supérieure de chacun des arbres de tré-
<Desc/Clms Page number 8>
pans 24 a une forme cylindrique, et une rainure annulaire 28 est formée sur la surface périphérique extérieure dans une partie en face du susdit trou de clavette 26.
Le trou de clavette 26 sur le côté de l'enclume 16 et la rainure annulaire 28 sur le côté de l'arbre de trépan 24 sont propres à coïncider entre eux, dans l'état où la face supérieure 30 de l'arbre de trépan 24 vient en contact avec la surface de plafond 32 du trou de montage 22. Les trépans respectifs 18 sont montés de telle façon que les faces inférieures des trépans respectifs sont dans le même plan. Une broche ou clavette 34 constituant un élément intermédiaire est disposée dans le trou de clavette 26 dans une direction perpendiculaire à la ligne axiale de la tige de forage 10, c'est-à-dire suivant la ligne tangentielle montrée à la figure 6. Une partie de la clavette 34 est placée dans la rainure annulaire 28 en coIncidence avec le trou de clavette 26 en sorte que l'arbre de trépan 24 puisse être supporté par l'enclume 16.
Une partie de tête formée à l'une des extrémités 36 de la clavette 34 est disposée sur un épaulement 38, tandis que l'autre partie d'extrémité 42 est rematée pour refouler le métal. Plus spécifiquement, comme montré en détail à la figure 7, une rondelle 44 est fixée à l'autre partie d'extrémité 42 de la clavette 34, puis la partie d'extrémité 42 est portée au rouge au moyen d'un brûleur ou analogue, après quoi la partie d'extrémité 42 est refoulée au moyen d'un marteau ou d'un outil analogue pour prendre la forme indiquée par la ligne en traits mixtes à la figure 7. Ainsi, la clavette 34 est empêchée de quitter son logement de sorte que l'arbre de trépan 24 peut être soutenu par l'enclume 16 par le moyen de la clavette 34.
Comme montré à la figure 3, l'enclume 16 est pourvue dans sa partie centrale d'un passage d'échappement 46 et des trous de petit diamètre 48,50, 52 sont percés pour
<Desc/Clms Page number 9>
constituer des branchements au fond de ce passage d'échappement 46. Les trous de petit diamètre 48,50 sont ouverts dans les surfaces périphériques intérieures des trous de montage 22 des arbres de trépans 24 en assurant ainsi la fonction de joints d'air entre les trous de montage 22 et les arbres des trépans 24. Comme montré à la figure 4, le trou de petit diamètre 52 est ouvert dans la partie centrale de la face inférieure de l'enclume 16 en enlevant ainsi la boue dans les positions centrales des trépans 18 et 18 et en nettoyant les trépans 18.
Comme montré à la figure 3, un trou incliné 54, incliné radialement vers l'extérieur, est formé à partir du trou de petit diamètre 52. Le trou incliné 54 est propre à souffler de l'air vers la paroi 56 du trou foré, en sorte que les trépans 18 ne puissent être empêchés de tourner par suite de la boue.
Suivant cette forme de réalisation, avec l'arrangement précédent, les arbres des trépans 24 sont accouplés dans les trous de montage 22 de l'enclume 16 et au surplus portés par l'enclume 16 à l'aide des clavettes 34 qui sont en direction tangentielle, et l'enclume 16, les arbres 24 des trépans et les clavettes 34 ne forment pas une pièce unique, mais sont formés séparément, si bien que les parties de montage des arbres 24 des trépans puissent échapper aux dommages dus aux ondes de choc imparties par l'enclume 16.
En outre, lorsque la nécessité se présente de remplacer les trépans 18 après un temps prédéterminé d'usage, on coupe au chalumeau les autres parties d'extrémité 42 des clavettes 34 et on enlève celles-ci, puis on monte de nouveaux trépans 18 dans les trous de montage 22, sur le côté de l'enclume 16. Ainsi, dans cette forme de réalisation, lorsque le ou les trépans 18 sont usés ou endommagés, il suffit de les remplacer par d'autres, de sorte qu'on peut éliminer la nécessité de remplacer le dispositif à marteau pneumatique en entier, ce qui réalise une économie.
<Desc/Clms Page number 10>
Comme montré à la figure 4, dans cette forme de réalisation, une partie du trépan 18 qui vient en contact avec la paroi 56 du forage est un taillant métallique disposé du côté extérieur. Lorsque le taillant métallique disposé à l'extérieur est usé, on fait tourner de 600 la partie de l'arbre de trépan 24 introduite dans le trou de montage 22, en sorte qu'une partie non usée du taillant métallique puisse être amenée à l'extérieur.
D'ailleurs, les arbres des trépans et les trous de montage peuvent avoir des formes quelconques si on le désire.
La figure 8 montre un autre exemple du trépan 18 qui a reçu une forme sensiblement en secteurs. Les trépans 18 montrés à la figure 8 sont amenés en contact surface à surface avec la paroi 56 du forage, si bien que la longévité des taillants métalliques disposés du côté extérieur peut être considérablement prolongée.
Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, les clavettes 34 sont utilisées comme éléments intermédiaires, mais les éléments intermédiaires ne doivent pas nécessairement être limités à cela. On peut adopter un arrangement dans lequel plusieurs billes d'acier ou analogues sont introduites dans la rainure annulaire et où l'arbre de trépan 24 peut être porté à l'extérieur de l'enclume 16 par ces billes d'acier. Au surplus, dans la forme de réalisation précédente, deux trépans 18 sont prévus, mais on peut aussi bien avoir trois trépans 18 par exemple.
La figure 9 montre la machine de forage du type à câble (ou à derrick) à laquelle on a appliqué la présente forme de réalisation et elle montre en même temps les conditions de forage suivant le procédé de tubage simultané.
A la figure 9, un marteau pneumatique 62 est prévu au bas d'une tige de forage 60 et plusieurs trépans 66 du type à dilatation et à rétrécissement sont prévus de manière à
<Desc/Clms Page number 11>
pouvoir tourner à la partie inférieure du marteau pneumatique 62 en utilisant une enclume 64 comme support des trépans. En outre, on a désigné par 68 un tuyau de tubage.
On décrira maintenant un mécanisme de dilatation et de rétrécissement des trépans 66. Comme montré à la figure 10, un trou cylindrique de montage 76 est formé à la partie inférieure de l'enclume 64 et un arbre de trépan cylindrique 78 du trépan 66 est soutenu dans le trou de montage 76 de façon à permettre une rotation d'un angle prédéterminé. Plus spécifiquement, l'enclume 64 est conformée avec des trous de clavette 80 semblables à ceux des figures 3 et 6, chacun des arbres de trépans 78 ayant à sa périphérie extérieure une rainure annulaire 82 et chacun des arbres de trépans 78 étant soutenu par l'enclume 64 à l'aide d'une clavette 83.
Comme montré à la figure 11, l'arbre de trépan 78 est conformé à sa surface périphérique extérieure avec des parties surélevées 84 et 84, tandis que l'enclume 64 comporte des surfaces de butée 86 et 86 pour la position à diamètre dilaté, et 88 et 88 pour une position à diamètre rétréci. En conséquence, chacun des trépans 66 ne peut tourner que dans une amplitude angulaire réduite par les surfaces de butée 86 et 88.
La figure 12 est une vue par-dessous de la face inférieure du trépan 66. On décrira maintenant la forme du trépan 66 en se reportant à la figure 12. Sur la figure 12, on a désigné par 0 le centre de rotation d'une tige de forage 60 et par CL le centre de rotation de l'arbre de trépan 78. Comme dans le cas du trépan 66, on a indiqué en traits pleins la position dans laquelle un forage est en cours avec un diamètre dilaté, tandis que la ligne en traits mixtes à deux points indique les conditions de forage à diamètre réduit.
La surface périphérique extérieure du trépan 66 est divisée par un prolongement d'une ligne qui relie le centre 0 de l'enclume 64 et le centre 01 de
<Desc/Clms Page number 12>
l'arbre de trépan 78 dans la position de dilatation du trépan 66 en deux sections, comprenant une partie avant (comprise entre A et B) dans le sens de rotation au cours du forage et une partie arrière entre B et C faisant suite à la partie avant ; la partie avant est formée en arc de cercle ayant un diamètre égal au diamètre du trou de forage et la partie arrière est formée de façon telle que le trépan 66 puisse tourner dans le sens de rotation du forage.
Dans le contour du trépan 66, une partie comprise entre les points A et B est en arc de cercle centré sur 0 et ayant un rayon (rayon de forage à l'instant de diamètre dilaté) R, et ensuite, une partie comprise entre B et C est en arc de cercle centré sur 01 et ayant un rayon r1.
Le trépan 66 réduit progressivement son rayon dans une partie comprise entre C et D de son contour pour arriver à une forme d'arc circulaire de centre 01 et de rayon r2 en D.
La partie comprise entre A et B du contour est celle qui fore la partie périphérique extérieure dans les conditions de diamètre dilaté, et la partie comprise entre B et C est celle qui est prévue pour maintenir le diamètre à l'instant où il est dilaté, même lorsque les trépans tournent légèrement en sens inverse en raison de la résistance opposée par la paroi pendant le forage dans les conditions de diamètre dilaté. Lorsque la partie en arc de cercle du contour, ayant le rayon rest placée du côté extérieur, les trépans 66 sont dans les conditions du diamètre rétréci.
On va décrire dans ce qui suit l'action de l'arrangement précédent suivant la présente invention. D'abord, à la figure 12, lorsque la tige de forage 60 tend à tourner dans un sens indiqué par la flèche P, les trépans 66 tournent autour de 01 en sens opposé, c'est-à-dire dans un sens indiqué par la flèche Q, en raison de la résistance opposée au forage par la face inférieure du trou foré.
Lorsque les trépans 66 tendent à tourner dans le sens indi-
<Desc/Clms Page number 13>
qué par la flèche Q, la partie comprise entre A et B est disposée du côté extérieur, ce qui fait que l'on se trouve dans les conditions de forage à diamètre dilaté. Lorsque les trépans 66 viennent dans une position indiquée par les traits pleins à la figure 12, les parties surélevées 84 et 84 butent contre les surfaces de butées montrées à la figure 11, pour être retenues, et les trépans ne peuvent tourner davantage. Si le dispositif de forage ou de perforation à marteau pneumatique tourne dans les conditions décrites ci-dessus, les trépans 66 commencent le forage à diamètre dilaté dans les conditions de retenue aux positions indiquées par les traits pleins à la figure 12.
Un tuyau de tubage 68 est introduit dans le trou de forage à mesure de la progression du forage, le forage se poursuivant dans les conditions décrites ci-dessus.
A la fin du forage, les trépans 66 sont amenés dans les conditions de rétrécissement de diamètre réduit, comme on le décrira dans la suite, pour retirer la tige de forage 60 du tuyau de tubage 68. Précisément, lorsque la tige de forage 60 tourne en un sens opposé au sens indiqué par la flèche P, les trépans 66 sont amenés à tourner, par suite de la résistance au forage, opposée à la face inférieure du trou de forage, dans un sens opposé à celui qu'indique la flèche Q, tandis qu'ils sont retirés progressivement dans le diamètre du forage et sont finalement retirés dans le diamètre du forage à la position où les parties surélevées 84 et 84 sont arrêtées dans leur mouvement par les surfaces de butée 88 et 88, c'est-à-dire la position indiquée par les traits mixtes à deux points de la figure 12.
Dans cet état de diamètre réduit, les trépans 66 peuvent passer à travers le tuyau de tubage 68 et par conséquent, le dispositif de perforation à marteau pneumatique peut être retiré vers le haut du tuyau de tubage 68.
<Desc/Clms Page number 14>
La forme de réalisation décrite ci-dessus convient pour l'application du procédé de tubage à travers une couche susceptible d'éboulement parce que, dans cette forme de réalisation, les trépans 66 peuvent exécuter la fonction de dilatation et de rétrécissement du diamètre du forage, parce que le tuyau de tubage 68 peut être introduit tandis que le forage se poursuit dans les conditions de diamètre dilaté des trépans 66 et parce qu'à l'achèvement du forage, les trépans 66 sont amenés dans l'état de diamètre réduit et peuvent être enlevés vers le haut à travers le tuyau de tubage 68. Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, on a prévu trois trépans, mais l'invention n'est pas limitée nécessairement à cela, plusieurs trépans pouvant être adoptés. On peut par exemple prévoir deux trépans opposés l'un par rapport à l'autre.
La figure 13 montre la construction d'une autre forme de réalisation suivant la présente invention. La forme du trépan 66 ne doit pas nécessairement être limitée à celle que montre la figure 12, mais une forme circulaire incomplète dans laquelle un cercle est partiellement coupé, comme montré à la figure 13, peut donner le résultat voulu.
Plus particulièrement, avec les trépans 66 montrés à la figure 13, le placement des parties circulaires incomplètes 90 du côté extérieur correspond aux conditions de diamètre réduit, tandis que la mise en place, à l'extérieur, des parties de rayon r correspond aux conditions de diamètre dilaté. Comme décrit plus haut, n'importe quel trépan 66 dont la forme peut varier par rotation, peut réaliser le but de la présente invention.
Ainsi qu'il a été décrit plus haut, dans le dispositif de perforation à marteau pneumatique suivant la présente invention, lorsque la tige de forage tourne dans les conditions où les trépans sont en contact avec la face inférieure du trou de forage, les trépans sont amenés dans
<Desc/Clms Page number 15>
les conditions de diamètre dilaté, dans la position dans laquelle les trépans sont arrêtés dans leur mouvement par les butées pour le diamètre dilaté, tandis que lorsque la tige de forage tourne en sens opposé, les trépans sont arrêtés dans leur mouvement par les butées pour le diamètre réduit et sont amenés dans la condition de diamètre réduit en sorte qu'on peut enlever facilement les trépans du tuyau de tubage.
Dans la forme de réalisation précédente, des espaceurs sont disposés dans les espaces formés par les parties surélevées 84 des arbres des trépans 82 et par les surfaces des butées 86 ou dans les espaces formés par les parties surélevées 84 et les surfaces des butées 88, de sorte que la fonction de dilatation-rétrécissement est éliminée et que les trépans peuvent être utilisés comme trépans fixes.
En passant de la présente forme de réalisation à la forme de réalisation avec les trépans fixés n'ayant pas la fonction de dilatation et de rétrécissement, les arbres 78 des trépans peuvent être conformés pour avoir des formes d'espaceurs, au lieu de faire usage d'espaceurs. Plus spécifiquement, comme montré à la figure 14, des parties formant nervures 92 peuvent être accouplées avec des espaces formés à la périphérie extérieure des arbres de trépans 78 entre les surfaces des butées 86 pour le diamètre dilaté et les surfaces des butées 88 pour le diamètre réduit, de sorte que l'arbre de trépan 78 ne puisse tourner par rapport à l'enclume 64 en raison de la présence des parties formant nervures 92.
Chacune des parties en nervures 92 de l'arbre 78 du trépan est conformée pour avoir une dimension aussi grande que la somme des dimensions de la partie surélevée 84 et de l'espaceur précité.
Dans le dispositif de perforation à marteau pneumatique, des. dommages aux parties d'extrémité avant des
<Desc/Clms Page number 16>
trépans atteignent leurs valeurs maximales pendant le forage. Cependant, les formes de réalisation décrites cidessus sont avantageuses en ce sens que l'on ne remplacera que les seuls trépans 66 endommagés. En particulier, avec le dispositif de perforation à marteau pneumatique pour un trou de forage de grand diamètre, le coût de fabrication atteint une valeur très élevée et, par suite, la reprise du forage après n'avoir remplacé que les parties d'extrémité avant, les trépans, fait qu'il est possible de prolonger la longévité en service des produits, ce qui a une grande valeur pratique.
En outre, dans le dispositif de perforation suivant la présente invention, la force d'impact est donnée simultanément aux trépans respectifs et les trépans sont mobiles avec les faces inférieures au même niveau les unes que les autres, et par suite le dispositif de perforation à marteau pneumatique est très efficace pour forer les lits rocheux comprenant plusieurs couches susceptibles d'éboulement et une couche limite entre un terrain dur et un terrain tendre.
<Desc / Clms Page number 1>
registered by the so-called company: TONE BORING CO., LTD. having for object: Punching device with pneumatic hammer Qualification proposed: PATENT OF INVENTION
<Desc / Clms Page number 2>
The present invention relates to a pneumatic hammer perforation device suitable for drilling a layer of a hard rock bed, and it relates more particularly to an pneumatic hammer perforation device in which several bits are fixed to a single bit support member receiving impact forces of an air hammer, for drilling action.
As is well known, with the pneumatic hammer punching device in which a piston plunger is moved by air pressure in a vertical direction, impact forces are applied by the piston plunger to a drill bit , for drilling action, so that a hard rock bed can be effectively drilled.
Since the drill bit of the air hammer punching device is used to drill the hard rock bed layer as described above, it is necessary to replace a damaged drill bit with a new one after it has been used for a predetermined time. The classic drill bit was made in one piece. Consequently, in a pneumatic hammer punching device, to drill a large diameter hole, the corresponding diameter of the drill bit is taken correspondingly, so that the replacement of a large diameter drill bit entails increased costs, this which is anti-economic.
From the previous point of view, it has been proposed that several drill bits of small diameter are provided at the front end part of the pneumatic hammer perforation device in order to be able to be detached therefrom, and only one or more damaged drill bits are replaced,
<Desc / Clms Page number 3>
The present invention has been developed to remedy the aforementioned drawbacks of the prior art and its object is to provide a pneumatic hammer punching device capable of comprising several small diameter drill bits at the front end of the pneumatic hammer punching device and with an assembly of parts of the drill bits which can prevent them from being damaged by shock waves.
To this end, the present invention contemplates that a grooved portion is formed on the outer periphery of each of the drill bit shafts, a drill bit support member being formed with mounting holes for receiving the drill bit shafts, intermediate elements being provided on the drill bit support member and placed in the grooved parts of each of the drill bit shafts, in the state where the drill bit shafts are coupled in the mounting holes, so as to carry the drill bits by the drill support member drill bits, and the upper surfaces of the drill bit shafts being brought into contact with the ceiling surfaces of the mounting holes to thereby receive impact forces from the drill bit support member.
Another object of the present invention is to provide a pneumatic hammer punching device capable of expanding or narrowing the diameter of the hole formed by the drill bits for carrying out drilling with enlargement, so that the simultaneous casing and shielding processes can be applied to the drilling of a rock bed comprising many unstable layers, likely to give rise to landslides, etc., and a boundary layer between hard soil and soft soil.
To this end, the present invention proposes that the pneumatic hammer punching device has a drill bit support member carried so as to be able to
<Desc / Clms Page number 4>
so that you can improve the economics of operations.
However, in the pneumatic hammer punching device where shock waves are involved, the construction of the drill bit mounting still poses problems. More particularly, during drilling, in the pneumatic hammer perforating device, the drill bits are subjected to impact forces by the piston plunger, so that shock waves are imparted to the mounting points of the drill bits, causing thus the possibility of damaging the construction of the drill bit frame which is done by welding, threads or the like.
Furthermore, the use of a pneumatic hammer on the drilling machine gives the possibility of effectively drilling the rock of the bed. However, the use of a pneumatic hammer has the following disadvantages. Pneumatic hammer drilling is accompanied by shocks, so that the walls of the hole tend to collapse, with the consequence that their application has been limited to uniform and stable rock beds. To remedy the drawback described above, air hammer drilling was carried out using a casing process.
However, according to the usual casing process, casing is put in place whose outside diameter is greater than that of the drill bit, so that it becomes impossible to introduce the casing during drilling and consequently, it cannot be prevented the collapse of the hole, so that drilling may fail.
It has therefore been argued that it is necessary to use the casing process at the same time as a hole widening function, and to employ a pneumatic hammer punching device capable of carrying out the shield process for core drilling. pneumatic hammer in a layer liable to collapse.
<Desc / Clms Page number 5>
sliding axially, at the front end part of a pneumatic hammer body, to receive the impact forces coming from a piston plunger inside the air hammer body; several drill bits carried so as to be able to rotate by the drill bit support member at points eccentric with respect to the center of rotation of a drill pipe, so as to be prevented from taking an axial movement; all the bits which can:
rotate in a direction of rotation opposite to the direction of rotation of the drill pipe due to resistance to the underside of a drill hole during the rotation of the drill pipe, thereby dilating or narrowing the diameter of the hole formed by drill bits; and move axially at the same time as the drill bit support member so that the respective drill bits are at the same level at their lower surfaces; and stopper portions formed on the drill bit support member for controlling the drill bits in the positions where the diameter is expanded and in the positions where the diameter is narrowed.
The exact nature of the invention, as well as other objects and advantages thereof, will become readily apparent on consideration of the following description relating to the drawings appended to this specification, where the same reference numbers indicate identical parts or similar in all the figures, and where: - Figure 1 is a side view showing an example of execution of work by a drilling machine of the guide tube type; - Figure 2 is a side view showing the general construction of the pneumatic hammer punching device according to the present invention; - Figure 3 is a sectional view of the mounting construction of fixed drill bits in the pneumatic hammer punching device according to the invention;
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
- Figure 4 is a view from below showing the shapes of the drill bits along the line IV-IV of Figure 3 - Figure 5 is a sectional view along the line V-V of Figure 3; - Figure 6 is a sectional view along line VI-VI of Figure 3; - Figure 7 is an enlarged sectional view showing part A of Figure 6; - Figure 8 is a view from below showing another example of the shape of a drill bit; - Figure 9 is a side view showing an example of execution of work by a drilling machine of the type suitable for cable drilling; - Figure 10 is a side sectional view showing essential parts of the embodiment of the dilation and narrowing type according to the invention;
- Figure 11 is a sectional view along line XI-XI of Figure 10; - Figure 12 is a view from below considered along the line XII-XII of Figure 10; - Figure 13 is an explanatory view showing another example of the shape of a drill bit; - Figure 14 is a sectional view showing the construction of the mounting of the bit shaft part in the case where the embodiment of the expansion and shrinkage type is applied to the embodiment of the fixed drill bit type.
A detailed description will be given below of a preferred embodiment of a pneumatic hammer punching device according to the present invention with reference to the drawings attached to this specification.
Figure 1 shows an example of execution of work of the casing and widening process by a drilling machine of the guide tube type to which the present form of
<Desc / Clms Page number 7>
achievement is applied. We have designated by 1 a compressor, by 2 a receiving tank, by 3 a basic machine, by 4 a rod changer, by 5 a drive injection head, by 6 a motor jack, by 7 a hose casing, by 7A a dust collector, by 8 a drill rod, by 9 a splined coupling and by 10 a perforating device with pneumatic hammer.
Figure 2 partially shows the general construction of the pneumatic hammer punching device according to the present invention. The pneumatic hammer punching device 10 comprises a cylindrical pneumatic hammer body 12, a piston plunger 14 movable vertically under air pressure in the pneumatic hammer body 12, an anvil 16 constituting a bit support member for receiving the forces impact of the piston plunger 14, and of the bits 18 and 18 provided removable on the lower end part of the anvil 16.
The anvil 16 is carried by the inner peripheral surface of the pneumatic hammer body 12 and by a splined coupling 19, and can slide until the upper part 17 of the anvil 16 abuts against the stops 20 provided for in the inner peripheral surface of the pneumatic hammer body 12. As shown in FIGS. 3 and 4, mounting holes 22 are formed in the underside of the anvil 16 at points opposite one another, at an interval of 1800. With these mounting holes 22 are coupled shafts 24 of the drill bits 18.
As shown in Figure 5, the intermediate parts of the mounting holes 22, and also the intermediate parts of the drill bit shafts 24 have hexagonal sections. The upper part of each of the mounting holes 22 has the shape of a cylindrical hole and a keyhole 26 is formed in a direction which is tangential to them. In addition, the upper part of each of the tre-
<Desc / Clms Page number 8>
sides 24 has a cylindrical shape, and an annular groove 28 is formed on the outer peripheral surface in a part opposite the aforesaid key hole 26.
The keyhole 26 on the side of the anvil 16 and the annular groove 28 on the side of the drill bit shaft 24 are adapted to coincide with each other, in the state where the upper face 30 of the drill bit shaft 24 comes into contact with the ceiling surface 32 of the mounting hole 22. The respective drill bits 18 are mounted in such a way that the lower faces of the respective drill bits are in the same plane. A pin or key 34 constituting an intermediate element is disposed in the key hole 26 in a direction perpendicular to the axial line of the drill pipe 10, that is to say along the tangential line shown in Figure 6. A part of the key 34 is placed in the annular groove 28 in coincidence with the key hole 26 so that the drill bit shaft 24 can be supported by the anvil 16.
A head part formed at one of the ends 36 of the key 34 is arranged on a shoulder 38, while the other end part 42 is rematée to push back the metal. More specifically, as shown in detail in FIG. 7, a washer 44 is fixed to the other end part 42 of the key 34, then the end part 42 is brought to red by means of a burner or the like. , after which the end part 42 is pushed back by means of a hammer or a similar tool to take the shape indicated by the line in phantom in Figure 7. Thus, the key 34 is prevented from leaving its housing so that the drill bit shaft 24 can be supported by the anvil 16 by means of the key 34.
As shown in Figure 3, the anvil 16 is provided in its central part with an exhaust passage 46 and small diameter holes 48.50, 52 are drilled to
<Desc / Clms Page number 9>
constitute connections at the bottom of this exhaust passage 46. The holes of small diameter 48.50 are open in the interior peripheral surfaces of the mounting holes 22 of the drill bit shafts 24 thereby ensuring the function of air seals between the mounting holes 22 and the drill bit shafts 24. As shown in FIG. 4, the small diameter hole 52 is opened in the central part of the underside of the anvil 16, thereby removing the mud in the central positions of the drill bits 18 and 18 and by cleaning the drill bits 18.
As shown in FIG. 3, an inclined hole 54, inclined radially outwards, is formed from the small diameter hole 52. The inclined hole 54 is suitable for blowing air towards the wall 56 of the drilled hole, so that the bits 18 cannot be prevented from turning due to the mud.
According to this embodiment, with the previous arrangement, the shafts of the drill bits 24 are coupled in the mounting holes 22 of the anvil 16 and, moreover, carried by the anvil 16 using the keys 34 which are in the direction tangential, and the anvil 16, the shafts 24 of the drill bits and the keys 34 do not form a single piece, but are formed separately, so that the mounting parts of the shafts 24 of the drill bits can escape the damage due to shock waves imparted by the anvil 16.
In addition, when the need arises to replace the drill bits 18 after a predetermined time of use, the other end parts 42 of the keys 34 are cut with a torch and these are removed, then new drill bits 18 are mounted in the mounting holes 22, on the side of the anvil 16. Thus, in this embodiment, when the drill bit (s) 18 are worn or damaged, it suffices to replace them with others, so that one can Eliminate the need to replace the entire air hammer device, saving money.
<Desc / Clms Page number 10>
As shown in FIG. 4, in this embodiment, part of the drill bit 18 which comes into contact with the wall 56 of the borehole is a metal cutter arranged on the outside. When the outside metal cutter is worn, the part of the drill bit 24 introduced into the mounting hole 22 is rotated by 600, so that an unused part of the metal cutter can be brought to the 'outside.
Besides, the drill bit shafts and the mounting holes can have any shape if desired.
FIG. 8 shows another example of the drill bit 18 which has received a shape substantially in sectors. The bits 18 shown in Figure 8 are brought into surface to surface contact with the wall 56 of the borehole, so that the life of the metal cutters disposed on the outside can be considerably extended.
In the embodiment described above, the keys 34 are used as intermediate elements, but the intermediate elements need not necessarily be limited to this. An arrangement can be adopted in which several steel balls or the like are introduced into the annular groove and where the drill bit shaft 24 can be carried outside the anvil 16 by these steel balls. In addition, in the previous embodiment, two drill bits 18 are provided, but it is also possible to have three drill bits 18 for example.
Figure 9 shows the cable type (or derrick) type drilling machine to which the present embodiment has been applied and at the same time shows the drilling conditions according to the simultaneous casing process.
In FIG. 9, a pneumatic hammer 62 is provided at the bottom of a drill rod 60 and several drill bits 66 of the expansion and shrinkage type are provided so as to
<Desc / Clms Page number 11>
be able to turn to the lower part of the pneumatic hammer 62 using an anvil 64 as a support for the drill bits. In addition, a tubing pipe has been designated by 68.
We will now describe a mechanism for expanding and shrinking the drill bits 66. As shown in FIG. 10, a cylindrical mounting hole 76 is formed at the bottom of the anvil 64 and a cylindrical drill bit shaft 78 of the drill bit 66 is supported. in the mounting hole 76 so as to allow rotation by a predetermined angle. More specifically, the anvil 64 is shaped with keyholes 80 similar to those of FIGS. 3 and 6, each of the drill bit shafts 78 having at its outer periphery an annular groove 82 and each of the drill bit shafts 78 being supported by the anvil 64 using a key 83.
As shown in FIG. 11, the drill bit shaft 78 is shaped at its outer peripheral surface with raised portions 84 and 84, while the anvil 64 has abutment surfaces 86 and 86 for the expanded diameter position, and 88 and 88 for a narrowed diameter position. Consequently, each of the bits 66 can only rotate in an angular amplitude reduced by the abutment surfaces 86 and 88.
FIG. 12 is a view from below of the lower face of the drill bit 66. The shape of the drill bit 66 will now be described with reference to FIG. 12. In FIG. 12, the center of rotation of a drill rod 60 and by CL the center of rotation of the drill bit shaft 78. As in the case of drill bit 66, the position in which drilling is in progress with an expanded diameter has been indicated in solid lines, while the two-point dashed line indicates drilling conditions with reduced diameter.
The outer peripheral surface of the bit 66 is divided by an extension of a line which connects the center 0 of the anvil 64 and the center 01 of
<Desc / Clms Page number 12>
the drill bit shaft 78 in the expansion position of the drill bit 66 in two sections, comprising a front part (between A and B) in the direction of rotation during drilling and a rear part between B and C following the front part; the front part is formed in an arc having a diameter equal to the diameter of the borehole and the rear part is formed in such a way that the drill bit 66 can rotate in the direction of rotation of the borehole.
In the outline of drill bit 66, a part between points A and B is in an arc centered on 0 and having a radius (drilling radius at the moment of expanded diameter) R, and then, a part between B and C is in an arc centered on 01 and having a radius r1.
The drill bit 66 gradually reduces its radius in a part between C and D of its outline to arrive at a circular arc shape with center 01 and radius r2 at D.
The part between A and B of the contour is that which drills the outer peripheral part under the conditions of expanded diameter, and the part between B and C is that which is intended to maintain the diameter at the moment when it is expanded, even when the bits turn slightly in the opposite direction due to the resistance offered by the wall during drilling under the conditions of expanded diameter. When the part in an arc of the outline, having the radius rest placed on the outside, the bits 66 are in the conditions of the narrowed diameter.
We will describe in what follows the action of the previous arrangement according to the present invention. First, in FIG. 12, when the drill rod 60 tends to rotate in a direction indicated by the arrow P, the drill bits 66 rotate around 01 in the opposite direction, that is to say in a direction indicated by arrow Q, due to the resistance opposed to drilling by the underside of the drilled hole.
When the bits 66 tend to rotate in the direction indicated
<Desc / Clms Page number 13>
qué by arrow Q, the part between A and B is arranged on the outside, so that we are in the drilling conditions with expanded diameter. When the bits 66 come into a position indicated by the solid lines in Figure 12, the raised portions 84 and 84 abut against the stop surfaces shown in Figure 11, to be retained, and the bits cannot rotate further. If the pneumatic hammer drilling or perforating device rotates under the conditions described above, the bits 66 begin drilling with expanded diameter under the conditions of retention at the positions indicated by the solid lines in FIG. 12.
A casing pipe 68 is introduced into the borehole as the drilling progresses, the drilling continuing under the conditions described above.
At the end of drilling, the bits 66 are brought under the reduced diameter shrinkage conditions, as will be described below, to remove the drill rod 60 from the casing pipe 68. Precisely, when the drill rod 60 rotates in a direction opposite to the direction indicated by the arrow P, the bits 66 are caused to rotate, as a result of the resistance to drilling, opposite the underside of the borehole, in a direction opposite to that indicated by the arrow Q , while they are gradually withdrawn in the diameter of the borehole and are finally withdrawn in the diameter of the borehole at the position where the raised portions 84 and 84 are stopped in their movement by the abutment surfaces 88 and 88, that is i.e. the position indicated by the two-dot dashed lines in Figure 12.
In this state of reduced diameter, the bits 66 can pass through the tubing pipe 68 and therefore, the pneumatic hammer punching device can be pulled up from the tubing pipe 68.
<Desc / Clms Page number 14>
The embodiment described above is suitable for the application of the casing process through a layer susceptible to landslide because, in this embodiment, the bits 66 can perform the function of expansion and narrowing of the diameter of the borehole , because the casing pipe 68 can be inserted while drilling continues under the conditions of expanded diameter of the bits 66 and because at the completion of the drilling, the bits 66 are brought into the state of reduced diameter and can be removed upwards through the casing pipe 68. In the embodiment described above, three drill bits are provided, but the invention is not necessarily limited to this, several drill bits can be adopted. One can for example provide two drill bits opposite to each other.
Figure 13 shows the construction of another embodiment according to the present invention. The shape of drill bit 66 need not be limited to that shown in Figure 12, but an incomplete circular shape in which a circle is partially cut, as shown in Figure 13, can give the desired result.
More particularly, with the bits 66 shown in FIG. 13, the placement of the incomplete circular parts 90 on the outside side corresponds to the conditions of reduced diameter, while the placement, on the outside, of the parts of radius r corresponds to the conditions of dilated diameter. As described above, any drill bit 66 whose shape can vary by rotation, can achieve the object of the present invention.
As described above, in the pneumatic hammer punching device according to the present invention, when the drill pipe turns under the conditions where the drill bits are in contact with the underside of the drill hole, the drill bits are brought in
<Desc / Clms Page number 15>
conditions of expanded diameter, in the position in which the drill bits are stopped in their movement by the stops for the expanded diameter, while when the drill rod turns in opposite direction, the drill bits are stopped in their movement by the stops for the reduced diameter and are brought in the reduced diameter condition so that the drill bits can be easily removed from the tubing.
In the previous embodiment, spacers are arranged in the spaces formed by the raised parts 84 of the shafts of the bits 82 and by the surfaces of the stops 86 or in the spaces formed by the raised parts 84 and the surfaces of the stops 88, of so that the expansion-shrinkage function is eliminated and the drill bits can be used as fixed drill bits.
In passing from the present embodiment to the embodiment with the fixed drill bits not having the function of expansion and shrinkage, the shafts 78 of the drill bits can be shaped to have forms of spacers, instead of making use spacers. More specifically, as shown in FIG. 14, rib parts 92 can be coupled with spaces formed at the outer periphery of the drill bit shafts 78 between the surfaces of the stops 86 for the expanded diameter and the surfaces of the stops 88 for the diameter. reduced, so that the drill bit shaft 78 cannot rotate relative to the anvil 64 due to the presence of the rib parts 92.
Each of the rib portions 92 of the shaft 78 of the drill bit is shaped to have a dimension as large as the sum of the dimensions of the raised portion 84 and the aforementioned spacer.
In the pneumatic hammer punching device,. damage to the front end parts of
<Desc / Clms Page number 16>
drill bits reach their maximum values during drilling. However, the embodiments described above are advantageous in that only the damaged bits 66 will be replaced. In particular, with the pneumatic hammer punching device for a large diameter borehole, the manufacturing cost reaches a very high value and, consequently, the resumption of drilling after having replaced only the front end parts , the drill bits, makes it possible to extend the service life of the products, which has great practical value.
In addition, in the perforation device according to the present invention, the impact force is given simultaneously to the respective drill bits and the drill bits are movable with the lower faces at the same level as each other, and therefore the perforation device to pneumatic hammer is very effective for drilling rock beds comprising several layers susceptible to collapse and a boundary layer between hard ground and soft ground.