CZ20031971A3 - Způsob a zařízení pro vrtání děr v zemině nebo v hornině - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu vrtání, zejména nárazového nebo otočně nárazového vrtání děr v zemině nebo hornině, přičemž se pomocí vrtací korunky, uložené na vrtném soutyčí, rozdělené v radiálním směru na centrální pilotní vrtací korunku a prstencovou vrtací korunku, obklopující pilotní vrtací korunku, pomocí nárazového a/nebo otočného pohybu vytváří vrtaná díra, a do vrtané díry se zavádí plášťová, popřípadě obalová trubka. Vynález se dále týká zařízení pro vrtání, zejména nárazové nebo otočně nárazové vrtání děr v zemině nebo hornině, přičemž vrtací korunka, uložená na vrtném soutyčí, vytváří pomocí nárazového a/nebo otočného pohybu vrtanou díru, a vrtací korunka je v radiálním směru vytvořena rozděleně na pilotní vrtací korunku a prstencovou vrtací korunku, obklopující pilotní vrtací korunku, a plášťová, popřípadě obalová trubka, je zaveditelná do vrtané díry.

Dosavadní stav techniky

V souvislosti se zhotovováním vrtaných děr, a popřípadě vykládáním děr v zemině nebo hornině, je známo společně s vrtací korunkou zavádět do vrtané díry plášťovou, popřípadě obalovou trubku, aby se zejména při uvolněné hornině zabránilo vnikání okolo ležícího materiálu během procesu vrtání do vrtané díry, přičemž takovémuto pronikání materiálu může být zabráněno dodatečným naplněním vrtané díry vytvrditelným materiálem za účelem vytvoření ukotvení, a to popřípadě po odebrání nebo vyndání vrtací korunky z vrtané díry a dodatečném vložení kotvy. V souvislosti se zaváděním takovéto plášťové, popřípadě obalové trubky, je zejména pro tenkostěnné, popřípadě lehkou konstrukcí vybavené plášťové, popřípadě obalové trubky, známo tyto bezprostředně spřáhnout s vrtací • · • ·

• » korunkou a razícím pohybem, popřípadě vrtacím pohybem vrtací korunky obalovou trubku, která je s vrtací korunkou spřažena například pouze na namáhání v tahu, zavést do vnitřku vrtané díry. Takový příklad provedení je například znám ze spisu WO 98/21439. Jestliže mají být po dokončení vrtání odstraněny z vrtané díry alespoň části vrtací korunky a dány k dispozici popřípadě pro další použití, je například také z této literatury známo použít v radiálním směru dělenou vrtací korunku, přičemž se centrální pilotní vrtací korunka obklopí prstencovou vrtací korunkou, takže obalová trubka, zavádějící během procesu vrtání vrtací korunku do vrtané díry, je bezprostředně spřažena s prstencovou vrtací korunkou. U takovéhoto příkladu provedení je patrné, že při samotném odstraňování centrální pilotní vrtací korunky zůstane tenkostěnná obalová trubka obvykle ve vrtané díře, takže prstencová vrtací korunka již nemůže být z vrtané díry vyndána, popřípadě odstraněna, a nemůže již tedy být použita. To je zejména nevýhodné u krátkých vrtaných děr, protože je obvykle životnost, popřípadě doba používání takovéto prstencové vrtací korunky dimenzována pro vrty o větších délkách. Nadto je u bezprostředně s vrtací korunkou, zejména prstencovou vrtací korunkou spřažené obalové trubky nevýhodné, že část nárazové energie, působící na vrtací korunku, musí být použita pro unášení obalové trubky, takže se vrtací práce celkově zpomalí.

V souvislosti se zhotovováním vrtaných děr, zejména nárazovým nebo otočně nárazovým vrtáním, je nadto známo zavádět do vrtané díry vedle příslušného náhonu pro vrtací korunku pomocí ovládání s odděleným náhonem v poměrně malém odstupu za vrtací korunkou tenkostěnnou, popřípadě masivní plášťovou, popřípadě obalovou trubku, takže energie, vynakládaná na vrtací korunku, je plně k dispozici pro vrtací, popřípadě uvolňovací práce. Protože pro řádné zavádění plášťové, popřípadě obalové trubky, musí mít samozřejmě vrtaná díra, vytvořená vrtací korunkou, větší rozměry než je vnější obvod obalové trubky, je bezprostředně zřejmé, že při použití jednodílné vrtací korunky nemůže být tato po dokončení vrtané díry z vrtané díry odstraněna, protože průchod, popřípadě vyndání skrz obalovou trubku není možné. V této souvislosti se dále již navrhovalo u adekvátně masivně vytvořené plášťové, popřípadě obalové trubky, vytvořit na jejím předním konci například břitové těžební nástroje, takže se přesně vzato vrtací korunkou vytvoří centrální oblast vrtané díry, zatímco v obvodové oblasti vrtané díry probíhají pomocí těžebních nástrojů na předním konci plášťové, popřípadě obalové trubky, vrtací, popřípadě uvolňovací práce. Musí být tedy i na obalovou trubku přiváděna adekvátně vysoká energie, takže tato musí být vytvořena velmi masivně, čímž se obvykle musí adekvátně zvětšit průřez vytvářeného vrtu. Použití vrtacích korunek, dělených v radiálním směru, tak jak to bylo výše naznačeno, není u takovýchto případů provedení jen tak možné, protože při obvykle uvažované uvolnitelnosti, popřípadě dělitelnosti mezi pilotní vrtací korunkou a prstencovou vrtací korunkou, nemůže být při dokončení vrtu prstencová vrtací korunka řádně uspořádána, popřípadě setrvat v nejpřednějším úseku vrtané díry.

Vynález se nyní zaměřuje na poskytnutí způsobu, jakož i zařízení pro vrtání, zejména nárazové nebo otočně nárazové vrtání děr v zemině nebo hornině, přičemž za použití vrtací korunky, rozdělené na pilotní vrtací korunku a prstencovou vrtací korunku, a plášťové, popřípadě obalové trubky, zaveditelné pomocí odděleného náhonu, může být po dokončení vrtu alespoň centrální pilotní vrtací korunka z vrtané díry odstraněna a tedy připravena pro další použití.

Podstata vynálezu

Tyto úkoly řeší způsob podle vynálezu, který vychází ze způsobu výše uvedeného druhu, a jehož podstata spočívá vtom, že se po dokončení vrtu prstencová vrtací korunka spojí s koncem obalové trubky, přivráceným k vrtací korunce, a uvolní od centrální pilotní vrtací korunky sdružené vrtací korunky, a že • · · se pilotní vrtací korunka z vrtané díry vyndá. Tím, že se podle vynálezu po dokončení vrtu prstencová vrtací korunka spojí s obalovou trubkou a uvolní od centrální pilotní vrtací korunky, tak se i u příkladu provedení, při kterém se plášťová, popřípadě obalová trubka s odděleným náhonem zavádí do vrtané díry, podaří po dokončení vrtu alespoň centrální pilotní vrtací korunku z vrtané díry odstranit, a tedy popřípadě dále použít, zatímco se na obalové trubce provede bezpečné nastavení polohy prstencové vrtací korunky.

Podle jednoho výhodného příkladu provedení se podle vynálezu navrhuje, aby po zavedení kotvy a/nebo vytvrditelného materiálu do vrtané díry byla obalová trubka s na ní upevněnou prstencovou vrtací korunkou z vrtané díry vyndána. Podle vynálezu se tedy po odstranění centrální pilotní vrtací korunky z vrtané díry zavede v dalším sledu do vrtané díry například kotva a/nebo vytvrzující materiál, načež se obalová trubka s na ní umístěnou prstencovou vrtací korunkou z vrtané díry vyndá, takže je potom k dispozici pro další použití i prstencová vrtací korunka. To znamená, že tedy i při krátkých délkách vrtaných děr se mohou použít adekvátně proti opotřebení odolné prstencové vrtací korunky, protože tyto mohou být po dokončení vrtané díry a popřípadě vytvoření ukotvení z vrtané díry odstraněny a tedy dále použity.

Pro obzvláště spolehlivé a jednoduché spojení mezi obalovou trubkou a prstencovou vrtací korunkou se podle jednoho dalšího výhodného příkladu provedení způsobu podle vynálezu navrhuje, aby bylo spojení prstencové vrtací korunky s obalovou trubkou provedeno sešroubováním mezi závitovým úsekem, uspořádaným na vnějším obvodu prstencové vrtací korunky, a komplementárním vnitřním závitem obalové trubky. Takové sešroubování pomocí závitového spojení může být vytvořeno adekvátně robustní a odolné, takže i za drsných podmínek okolí během procesu vrtání může být zachována korektní závitová struktura, která

• · po dokončení vrtané díry poskytne spolehlivé spojení, popřípadě upevnění mezi prstencovou vrtací korunkou a obalovou trubkou.

Jak již bylo výše naznačeno, tak se při odděleném zavádění plášťové, popřípadě obalové trubky, tato obvykle zavede do vrtané díry v nepatrném odstupu za vrtací korunkou. Pro spojení mezi prstencovou vrtací korunkou a obalovou trubkou se v této souvislosti navrhuje, aby se před spojením prstencová vrtací korunka stáhla zpět proti směru vrtání za dosednutí na konec obalové trubky, přivrácený k vrtací korunce, jak to odpovídá dalšímu výhodnému příkladu provedení způsobu podle vynálezu.

Pro oddělení, popřípadě uvolnění pilotní vrtací korunky od prstencové vrtací korunky po upevnění prstencové vrtací korunky na předním konci obalové trubky mohou být mezi pilotní vrtací korunkou a prstencovou vrtací korunkou uspořádány různé uzávěry, popřípadě spojovací mechanismy, přičemž však musí být dbáno na to, aby i po popřípadě déle trvajícím používání za ztížených podmínek muselo být možné spolehlivé uvolnění pilotní vrtací korunky od prstencové vrtací korunky. Podle jednoho obzvláště výhodného příkladu provedení se v této souvislosti navrhuje, aby se uvolnění pilotní vrtací korunky od prstencové vrtací korunky provedlo po spojení prstencové vrtací korunky s obalovou trubkou pomocí otočného a/nebo nárazového zatížení pilotní vrtací korunky za oddělení, popřípadě uvolnění alespoň jednoho upevňovacího prvku mezi pilotní vrtací korunkou a prstencovou vrtací korunkou. Takovéto upevňovací prvky mohou být zkonstruovány a uspořádány dostatečně robustní a spolehlivé, aby se během procesu vrtání zajistilo spolehlivé spřažení mezi pilotní vrtací korunkou a prstencovou vrtací korunkou, zatímco krátké působení na pilotní vrtací korunku po upevnění prstencové vrtací korunky na obalové trubce, přičemž pohyb prstencové vrtací korunky již není možný, sebou přinese oddělení, popřípadě odstřižení takovýchto upevňovacích prvků na hraniční ploše mezi pilotní vrtací korunkou a prstencovou vrtací korunkou, takže je dosažitelné rádné oddělení pilotní vrtací korunky od prstencové vrtací korunky.

Výše uvedené úkoly řeší i zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je prstencová vrtací korunka spojitelná s koncem obalové trubky, přivráceným k vrtací korunce, a samo o sobě známým způsobem od pilotní vrtací korunky uvolnitelná. Podle vynálezu se tedy zajistí, že se po dokončení vrtané díry umožní mezi prstencovou vrtací korunkou a obalovou trubkou spolehlivé spřažení, takže může být pilotní vrtací korunka příslušným způsobem z vrtané díry vyndána.

Jak již bylo výše naznačeno, musí být i při zohlednění drsných podmínek při používání během procesu vrtání provedeno po dokončení vrtání bezpečné spřažení, popřípadě spojení mezi obalovou trubkou a prstencovou vrtací korunkou, přičemž se v této souvislosti podle dalšího výhodného příkladu provedení navrhuje, aby byla prstencová vrtací korunka na svém konci, odvráceném od dobývané plochy, opatřena vnějším závitem, který je sešroubovatelný s komplementárním vnitřním závitem obalové trubky. Pro obzvláště jednoduché zalícování závitových částí do sebe, popřípadě provedení sešroubování, přičemž musí být zohledněno, že se vrtaná díra popřípadě rozprostírá přes větší délku a tedy i obalová trubka a vrtné soutyčí se musí vytvořit adekvátně dlouhé, a ovládají se pomocí náhonů, uspořádaných mimo vrtanou díru, a aby se umožnilo bezpečné a spolehlivé spojení, popřípadě sešroubování, tak se podle jednoho dalšího výhodného příkladu provedení navrhuje, aby vnější závit prstencové vrtací korunky a/nebo vnitřní závit obalové trubky byly na vůči sobě přivrácených stranách vytvořeny se zešikmením, popřípadě zkosenou hranou. Tím, že alespoň na jednom z vůči sobě přivrácených konců prstencové vrtací korunky, popřípadě obalové trubky, jsou vytvořeny závity se zešikmením, popřípadě zkosenou hranou, se podaří spolehlivé nasazení závitů na sebe, načež • · • · > · · ·· ·· • · · ·

použitím otočného náhonu vrtací korunky se mezi obalovou trubkou a prstencovou vrtací korunkou provede jednoduchým způsobem sešroubování.

Pro spolehlivé spřažení mezi pilotní vrtací korunkou a prstencovou vrtací korunkou během procesu vrtání, které může být po spojení, zejména sešroubování, mezi prstencovou vrtací korunkou a obalovou trubkou spolehlivě uvolněno, se nadto navrhuje, aby byla prstencová vrtací korunka uložena na pilotní vrtací korunce pomocí alespoň jednoho uvolnitelného, popřípadě přestřihnutelného upevňovacího prvku, zejména alespoň jednoho upevňovacího čepu, jak to odpovídá jednomu dalšímu výhodnému příkladu provedení zařízení podle vynálezu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším blíže popsán a objasněn na příkladu jeho provedení podle připojených výkresů, které znázorňují na obr. 1 schematický boční pohled, částečně v řezu, na zařízení podle vynálezu pro provádění způsobu podle vynálezu, na obr. 2 ve zvětšeném měřítku v bočním pohledu opět částečně v řezu oblast vrtací korunky, jakož i odděleně zaveditelnou plášťovou, popřípadě obalovou trubku zařízení podle vynálezu podle obr. 1 během procesu vrtání, na obr. 3 ve znázornění, podobném znázornění na obr. 2, proces spojování mezi prstencovou vrtací korunkou a obalovou trubkou po dokončení vrtané díry, na obr. 4 ve znázornění, opět podobném znázornění na obr. 2 a obr. 3, proces vyndávání, popřípadě odstraňování pilotní vrtací korunky z vrtané díry po oddělení od prstencové vrtací korunky, a na obr. 5 ve znázornění, opět podobném znázorněním na předcházejících obrázcích, obalovou trubku s prstencovou vrtací korunkou, přičemž je naznačena kotva, popřípadě zařízení pro zavádění vytvrzujícího materiálu do vrtané díry.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 schematicky znázorňuje zařízení 1 pro vrtání, zejména nárazové nebo rotačně nárazové vrtání, ve schematicky naznačené vrtané díře 2, přičemž vrtací korunka 3, která je v následujících obrázcích znázorněna v detailu, je vytvořena z centrální pilotní vrtací korunky 4 a prstencové vrtací korunky 5, obklopující pilotní vrtací korunku 4. Pilotní vrtací korunka 4 a prstencová vrtací korunka 5 mají těžební prvky, například vložky 6 z tvrdého materiálu. Pro provádění vrtacích prací je uspořádán náhon 7, který ovládá vrtací korunku 3 pomocí schematicky naznačeného vrtného soutyčí 8. Vedle posuvného pohybu pomocí náhonu 7 ve směru šipky 9 působí na vrtné soutyčí 8 a tedy na vrtací korunku 3 otočný pohyb ve směru šipky 10, takže proces vrtání probíhá za kombinace nárazů a otáčení pilotní vrtací korunky 4 a prstencové vrtací korunky 5.

Odděleně od vrtací korunky 3 se nadto v odstupu od vrtací korunky 3 zavádí do vrtané díry 2 poměrně masivně vytvořená plášťová, popřípadě obalová trubka 11, přičemž je k tomu účelu uspořádán doplňkový náhon 12, přičemž posuvný pohyb obalové trubky JI je naznačen šipkou 13.

Ze schematického obr. 1 je dále zřejmé, že odtěžený materiál se z vrtané díry 2 vynáší skrz prstencový prostor, popřípadě volný prostor, definovaný mezi vrtným soutyčím 8 a obalovou trubkou 11, a vystupuje z tohoto prstencového prostoru přes příslušné výstupní otvory 15 mimo vrtanou díru.

Na obr. 2 je ve zvětšeném detailu znázorněno provedení vrtací korunky 3, přičemž je zřejmé, že centrální pilotní vrtací korunka 4 je obklopena prstencovou vrtací korunkou 5. Na obr. 2 jsou nadto uvnitř pilotní vrtací korunky 4 vyznačeny výplachové kanálky, popřípadě průchody 16, pro zavádění chladicího, popřípadě výplachového fluida, do oblasti vrtací korunky 3. Dále je vyznačen upevňovací

prvek 17, popřípadě upevňovací čep, který během procesu vrtání poskytuje spojení mezi pilotní vrtací korunkou 4 a prstencovou vrtací korunkou 5, přičemž mohou být rozděleně po obvodě v přibližně stejných úhlových odstupech uspořádány tři takovéto upevňovací prvky 17.

V oblasti předního konce 18 obalové trubky 11 je na obr. 2 patrný vnitřní závit 19, přičemž komplementární vnější závit 20 je vyznačen na konci prstencové vrtací korunky 5, odvráceném od dobývané plochy, přičemž přes tento vnitřní závit 19 a vnější závit 20, tak jak je to patrnější z následujících znázornění, se po dokončení vrtání vytvoří spojení mezi prstencovou vrtací korunkou 5 a obalovou trubkou 11.

Na obr. 2 je nadto naznačeno vedení, popřípadě opěra 21, pro nastavení polohy obalové trubky H relativně vůči vrtnému soutyčí 8, popřípadě vrtací korunce 3.

U znázornění na obr. 3 je patrné, že se vrtací korunka 3 při dosednutí na přední konec 18 obalové trubky H stáhla zpět proti pohybu ražení ve směru šipky 22, takže se vnější závit 20 prstencové vrtací korunky 5 dostal do záběru s vnitřním závitem 19 předního konce 18 obalové trubky H. Zešikmením 23, vytvořeným alespoň na vnějším závitu 20, se umožní spolehlivé zalícování vnitřního závitu 19 a vnějšího závitu 20 do sebe za účelem jednoduchého našroubování prstencové vrtací korunky 5 do vnitřního závitu 19 obalové trubky 11. Pro realizaci sešroubování se přitom použije otočný náhon vrtací korunky 3, přičemž provedení závitu musí být přizpůsobeno obvyklému pohybu otáčení vrtací korunky 3 během procesu vrtání, a vůči němu tedy opačně.

Po podle obr. 3 provedeném sešroubování mezi předním koncem 18 obalové trubky H a prstencovou vrtací korunkou 5 dojde pohybem pilotní vrtací • · · ·

korunky 4 proti pohybu ražení opět k uvolnění, popřípadě oddělení od prstencové vrtací korunky 5, fixované na předním konci 18 obalové trubky 11, za destrukce, popřípadě oddělení upevňovacích prvků 17, takže při nezměněném nastavení polohy obalové trubky JI a na ní našroubované prstencové vrtací korunky 5 se může centrální pilotní vrtací korunka 4 společně s vrtným soutyčím 8 z obalové trubky 11. a tedy z vrtané díry odstranit.

Na obr. 5 je nadto znázorněno, že po odstranění centrální pilotní vrtací korunky 4 s vrtným soutyčím 8 z obalové trubky JI byla do vnitřku obalové trubky 11 zavedena například schematicky naznačená kotva 24, načež dalším zavedením vytvrditelného materiálu do vrtané díry 2 může být realizováno ukotvení, takže následně může být obalová trubka JI společně s na ní upevněnou prstencovou vrtací korunkou 5 opět ve směru šipky 22 proti směru vrtání rovněž z vrtané díry 2 vyndána. Mohou se tedy pro další proces vrtání použít nejen pilotní vrtací korunka 4, nýbrž i prstencová vrtací korunka 5 a obalová trubka JI, takže i při realizaci poměrně krátkých vrtů mohou být adekvátně proti opotřebení odolné vrtací prvky použity ve větším počtu vytvářených vrtaných děr 2.

Claims (9)

1. Způsob vrtání, zejména nárazového nebo otočného nárazového vrtání, děr (2) v zemině nebo hornině, přičemž se vrtací korunkou (3), uloženou na vrtném soutyčí (8), rozdělenou v radiálním směru na centrální pilotní vrtací korunku (4) a prstencovou vrtací korunku (5), obklopující pilotní vrtací korunku (4), vytváří nárazovým a/nebo otočným pohybem vrtaná díra (2), a do vrtané díry (2) se zavádí plášťová, popřípadě obalová trubka (11), vyznačující se tím, že po dokončení vrtání se prstencová vrtací korunka (5) spojí s koncem (18) obalové trubky (11), přivráceným k vrtací korunce, a uvolní od pilotní vrtací korunky (4) vrtací korunky (3), a pilotní vrtací korunka (4) se vyndá z vrtané díry (2).

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že po zavedení kotvy a/nebo vytvrzujícího materiálu do vrtané díry (2) se obalová trubka (11) s na ní upevněnou prstencovou vrtací korunkou (5) vyndá z vrtané díry (2).

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že spojení prstencové vrtací korunky (5) s obalovou trubkou (11) se provede sešroubováním mezi vnějším závitem (20), vytvořeným na vnějším obvodu prstencové vrtací korunky (5), a komplementárním vnitřním závitem (19) obalové trubky (11).

4. Způsob podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že před spojením se prstencová vrtací korunka (5) stáhne zpět proti směru vrtání za dosednutí na konec (18) obalové trubky (11), přivrácený k vrtací korunce (3).

5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že uvolnění pilotní vrtací korunky (4) od prstencové vrtací korunky (5) se provede po spojení prstencové vrtací korunky (5) s obalovou trubkou (11) pomocí otočného a/nebo nárazového zatěžování pilotní vrtací korunky (4) za oddělení, popřípadě uvolnění alespoň jednoho upevňovacího prvku (17) mezi pilotní vrtací korunkou (4) a prstencovou vrtací korunkou (5).

6. Zařízení pro vrtání, zejména nárazové nebo otočně nárazové vrtání, děr (2) v zemině nebo hornině, zahrnující vrtací korunku (3), uloženou na vrtném soutyčí (8) pro vytváření vrtané díry (2) nárazovým a/nebo otočným pohybem, přičemž vrtací korunka (3) je v radiálním směru vytvořena rozděleně na centrální pilotní vrtací korunku (4) a prstencovou vrtací korunku (5), obklopující pilotní vrtací korunku (4), a do vrtané díry (2) je zaveditelná plášťová, popřípadě obalová trubka (11), vyznačující se tím, že prstencová vrtací korunka (5) je spojitelná s koncem (18) obalové trubky (11), přivráceným k vrtací korunce (3), a samo o sobě známým způsobem uvolnitelná od pilotní vrtací korunky (4).

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že prstencová vrtací korunka (5) je na svém konci, odvráceném od dobývané plochy, opatřena vnějším závitem (20), který je sešroubovatený s komplementárním vnitřním závitem (19) obalové trubky (11).

8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že vnější závit (20) prstencové vrtací korunky (5) a/nebo vnitřní závit (19) obalové trubky (11) je (jsou) vytvořen(y) na vůči sobě přivrácených koncích se zkosenou hranou, popřípadě zešikmením (23).

9. Zařízení podle nároku 6, 7 nebo 8, vyznačující se tím, že prstencová vrtací korunka (5) je na pilotní vrtací korunce (4) uložena pomocí alespoň jednoho uvolnitelného, popřípadě přestřihnutelného upevňovacího prvku (17), zejména alespoň jednoho upevňovacího čepu.