DE3347696A1 - Device for the rotary drilling of rock - Google Patents

Device for the rotary drilling of rock

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Richard Dr.-Ing. 4300 Essen Sabela
Helmut Dipl.-Ing. 4100 Duisburg Spiers
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/54Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of the rotary drag type, e.g. fork-type bits

Abstract

Drill bits can be used in particular in coal mining both in soft to medium-hard rock and in hard and abrasive rock if, apart from the cutting edges of hard, wear-resistant material, a number of further small cutting surfaces completely or partly covering the drill head, in particular in the form of mounted or inserted diamond chips, are provided. <IMAGE>

Description

Vorrichtung zum drehenden Bohren von Gestein Device for rotary drilling of rock

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum drehenden Bohren von Gestein, insbesondere der im Steinkohlengebirge anstehenden Schichten, mit einem über den Antrieb beaufschlagten Bohrgestänge und der auf dem freien Ende des Bohrgestänges angeordneten Bohrkrone, die mit verschleißfesten Schneiden bestückt ist.The invention relates to a device for rotary drilling of rock, especially of the pending layers in the coal mountains, with one over the Drive acted upon drill pipe and on the free end of the drill pipe arranged drill bit, which is equipped with wear-resistant cutting edges.

Derartige hartmetallbestückte Dreh- und Drehschlagbohrkronen konventioneller Bauform und -art haben nur einen begrenzten Einsatzbereich. Bei hartem und abrasivem Gestein ist der Verschleiß so groß und tritt so schnell ein, daß ein wirtschaftlicher Einsatz nicht zu erreichen ist. Auch aus polykristallinen Werkstoffen bestehende Drehbohrkronen können bei derartigem wechselnden oder überwiegend harten und abrasiven Gesteinsformationen nicht eingesetzt werden, weil sie wegen ihrer hohen Sprödigkeit zu hoch beansprucht und zu schnell zerstört werden. Es ist auch bereits versucht worden, Bohrkronen einzusetzen, die mit Diamantsplittern bestückt oder diamantimprägniert sind. Derartige Bohrkronen arbeiten aber mit ungenügender Bohrgeschwindigkeit und arbeiten auch in weicheren Gebirgsschichten und mit unbefriedigendem Bohrerfolg. Es zeigt sich somit als besonders nachteilig, daß die vorhandenen Bohrkronen nicht universell einsetzbar sind.Such carbide-tipped rotary and rotary percussion drill bits are more conventional The design and type have only a limited area of application. For hard and abrasive Rock is wear and tear so big and occurs so quickly that an economic use cannot be achieved. Also made from polycrystalline materials Existing rotary drill bits can change or predominantly hard with such and abrasive rock formations are not used because of their high brittleness, they are stressed too much and destroyed too quickly. It is also Attempts have already been made to use drill bits that are equipped with diamond splinters or are diamond impregnated. Such drill bits work with insufficient Drilling speed and also work in softer mountain layers and with unsatisfactory Drilling success. It thus turns out to be particularly disadvantageous that the existing drill bits are not universally applicable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das drehende Bohren eine universell einsetzbare Bohrkrone zu schaffen.The invention is based on the object for rotary drilling to create a universally applicable drill bit.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß neben den Schneiden aus hartem, verschleißfestem Werkstoff eine Anzahl weiterer, den Bohrkopf ganz oder teilweise überdeckender, kleiner Schneidflächen vorgesehen ist.The object is achieved according to the invention in that, in addition to the cutting edges from hard, wear-resistant material a number of others, the drill head completely or partially overlapping, small cutting surfaces is provided.

Mit Hilfe einer derartigen Bohrkrone kann sowohl in normalem Gebirge, wie auch im harten und abrasiven Gestein wirksam drehend gebohrt werden, wobei die üblichen Schneiden einmal im weichen bis mittelharten Gestein dieses grobzerspannen und gleichzeitig unabhängig von der Beschaffenheit des Gesteins für den Abtransport des Bohrkleins Sorge tragen. Im harten und abrasiven Gestein wird dieses durch die in großer Anzahl zusätzlich aufgebrachten kleinen Schneiden fein zerspant und so ebenfalls wirksam aus dem Verband gelöst. Damit ist unabhängig von der Beschaffenheit des Gebirges bzw. Gesteins ein ständiger Eingriff des Bohrwerkzeuges auf der Bohrlochsohle gewährleistet, was zu einer Verringerung der Geräuschemissionen führt und damit zu einer Humanisierung des Arbeitsplatzes. Darüber hinaus tritt ein wesentlich geringerer Verschleiß ein, auch dann, wenn die erfindungsgemäße Bohrkrone mal in weichem bis mittelharten, mal im harten bis abrasiven Gestein arbeitet.With the help of such a drill bit, both in normal mountains, as well as in hard and abrasive rock can be effectively drilled in a rotating manner, whereby the usual cutting once in the soft to medium-hard rock, this rough machining and at the same time independent of the nature of the rock for removal take care of the cuttings. In hard and abrasive rock this is caused by the Finely machined in a large number of additional small cutting edges and so on also effective from the association solved. This is independent of the nature of the mountain or rock requires constant intervention of the drilling tool on the bottom of the borehole, which leads to a reduction in noise emissions leads and thus to a humanization of the workplace. It also occurs significantly less wear, even if the drill bit according to the invention sometimes works in soft to medium-hard, sometimes in hard to abrasive rock.

Eine wirksame Einbindung bzw. Ausbildung der kleinen Schneidflächen wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Schneiden zusätzlich diamantbesetzt ausgebildet sind. Diese kleinen Diamanten wirken als zusatzliche Schneidflächen und tragen dafür Sorge, daß auch im harten und abrasiven Gestein dieses kontinuierlich frei zerspant und damit aus dem Verband gelöst wird.An effective integration or formation of the small cutting surfaces is achieved according to the invention in that the cutting edges are also diamond-studded are trained. These small diamonds act as additional cutting surfaces and ensure that this is continuous even in hard and abrasive rock is freely machined and thus released from the association.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung sieht vor, daß die Schneiden zusätzlich diamantimprägniert sind. Dies hat den Vorteil, daß beim kontinuierlichen Verschleiß der Schneidflächen automatisch immer weitere Diamantflächen, die wie die Rosinen im Kuchen eingebettet sind, freigelegt werden und dann als kleine Schneidflächen zur Verfügung stehen.Another advantageous embodiment provides that the cutting are also diamond impregnated. This has the advantage that with continuous The cutting surfaces automatically wear more and more diamond surfaces that like The raisins are embedded in the cake, exposed and then used as small cutting surfaces be available.

Um das Auswechseln der Bohrkronen möglichst zu reduzieren, ist vorgesehen, den gesamten Bohrkopf der Bohrkrone aus hartem, verschleißfesten Werkstoff bestehen zu lassen, an dessen Schneiden bzw. angrenzenden Bereiche diamantimprägniert oder -besetzt sind. Eine solche Ausbildung hat den Vorteil, daß die Bohrkrone insgesamt bzw. ihr Bohrkopf insgesamt über längere Standzeiten wirksam bleibt und immer neue kleine Schneidflächen für das Lösen des Gesteins zur Verfügung stellt. Zwar wird dann der Bohrkopf, der beispielsweise mit dem Schaft verschweißt, verlötet oder aber auch lösbar verbunden sein kann, in der Regel für weitere Einsatzfälle nicht zur Verfügung stehen, doch ist die längere Standzeit ein mehr ins Gewicht fallender Faktor, als der Materialwert des Bohrkopfes.In order to reduce the need to replace the drill bits as much as possible, it is the entire drill head of the drill bit consist of hard, wear-resistant material to leave, diamond impregnated or at the cutting edge or adjacent areas -are occupied. Such a design has the advantage that the drill bit as a whole or their drill head remains effective over a longer service life and is always new provides small cutting surfaces for loosening the rock. Though will then the drill head, which is welded, soldered or, for example, to the shaft but can also be releasably connected, usually not for other applications are available, but the longer service life is more significant Factor than the material value of the drill head.

Nach einer Ausbildung ist hierzu vorgesehen, daß der Bohrkopf insgesamt oder nur die Schneiden aus einem Wolfram-Karbid, Kobaldgemisch hergestellt sind. Eine derartige Metallmischung hat eine höhere Härte als der Quarz und ist somit als widerstandsfähiges Material gegen Verschleiß vorteilhaft. Außerdem können die Diamantsplitter in vorteilhafter Weise ein derartiges Metallgemisch eingebettet werden.According to one training, it is provided for this purpose that the drill head as a whole or only the cutting edges are made from a tungsten carbide and cobalt mixture. Such a metal mixture has a higher hardness than the quartz and is therefore advantageous as a material that is resistant to wear. In addition, the Diamond chips embedded in such a metal mixture in an advantageous manner will.

Ein sicherer Abtransport des Bohrkleins ist gewährleistet, wenn der Bohrkopf, wie erfindungsgemäß vorgesehen, mit seitlichen Schlitzen zum Abtransport des Bohrkleins ausgerüstet ist. Je besser der Abtransport des abgespanten Materials auf diese Weise bewerkstelligt wird, um so größer kann die Bohrgeschwindigkeit sein.Safe removal of the cuttings is guaranteed if the Drill head, as provided according to the invention, with lateral slots for removal of the cuttings is equipped. The better the removal of the chipped material is accomplished in this way, the greater the drilling speed can be.

Jede Kantenform zwischen axialem und radialem Schneidwinkel ist möglich. Die Schneiden sind daher versetzt angeordnet und weisen einen Schneidwinkel von plus bis minus auf.Any edge shape between axial and radial cutting angles is possible. The cutting edges are therefore offset and have a cutting angle of plus to minus on.

Eine besonders günstige Wirkungsweise der Bohrkrone ist gegeben, wenn die Diamantsplitter von unterschiedlicher Größe und/oder Form sind. Auf diese Weise wird über den Bohrkopf bzw. die Schneidflächen verteilt, eine unterschiedliche Abspanwirkung erreicht, so daß eine gleichmäßige Zerkleinerung des anstehenden Gebirges bei optimal gleichmäßiger Abtragung des verschleißfesten Materials bzw. der Diamantsplitter gegeben ist.A particularly favorable mode of operation of the drill bit is given when the diamond chips are of different sizes and / or shapes. In this way is distributed over the drill head or the cutting surfaces, a different stock removal effect achieved, so that a uniform crushing of the mountains at optimum even removal of the wear-resistant material or diamond splinters given is.

Dabei tritt gleichzeitig eine quasi kontinuierliche Schärfung der Schneidflächen ein, weil sie immer wieder einem unterschiedlichen Eingriff des anstehenden Gebirges ausgesetzt sind.At the same time there is a quasi-continuous sharpening of the Cutting surfaces because they always have a different engagement of the pending Mountains are exposed.

Der technische Fortschritt und die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß eine universell einsetzbare Bohrkrone geschaffen ist, die bei wirtschaftlich günstigen Standzeiten einen vorteilhaften Bohrfortschritt sowohl in weichem bis mittelhartem Gestein wie auch im harten und abrasiven Gestein gewährleistet. Die Form des Bohrkopfes mit den großen Schneiden und der großen Anzahl kleiner Schneiden gewährleistet einen sicheren Abtransport des Bohrkleins und gleichzeitig möglichst großkörniges Bohrklein, so daß bei glattem Abtransport dieses Materials große Bohrfortschritte zu verzeichnen sind. In der Kombination der qroßen und der vielen kleinen Schneiden ist der große und überraschende Erfolg derartiger Bohrkronen bzw. Bohrköpfe zu sehen, wobei durch die vorgeschlagene Materialwahl das verschleißfeste Material ein weiterer Vorteil zu sehen ist, da darin die Diamantsplitter wie in einen Rosinenkuchen vorteilhaft eingebettet werden können.The technical progress and advantages of the invention are particular can be seen in the fact that a universally applicable drill bit is created, which at economically favorable tool life an advantageous drilling progress both guaranteed in soft to medium-hard rock as well as in hard and abrasive rock. The shape of the drill head with the large cutting edges and the large number of small cutting edges ensures safe removal of the cuttings and at the same time as possible large-grain cuttings, so that if this material is removed smoothly, great drilling progress is made are recorded. In the combination of the large and the many small cutting edges you can see the great and surprising success of such drill bits or drill heads, with the proposed choice of material, the wear-resistant material is another Advantage can be seen, as in it the diamond chips are beneficial as in a raisin cake can be embedded.

Die nachfolgende Zeichnung dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer Bohrkrone, und Fig. 2 eine Draufsicht auf diese Bohrkrone.The following drawing serves to further explain the invention. 1 shows a side view of a drill bit, and FIG. 2 shows a plan view on this drill bit.

Die in Fig. 1 gezeigte Bohrkrone 1 mit ihrem Bohrkopf 2 bildet das obere Ende des Bohrgestänges 3.The drill bit 1 shown in Fig. 1 with its drill head 2 forms the upper end of the drill pipe 3.

Bohrkrone 1 und Bohrgestänge 3 haben einen korrespondierenden Spülkanal 4, dessen Kanalmündung 5 so gelegt ist, daß sie beim Bohren nicht zugesetzt werden kann, sondern vielmehr zu einer Kühlung der Schneiden 6, 7 wie auch zum Abtransport des Bohrkleins beiträgt.Drill bit 1 and drill rod 3 have a corresponding flushing channel 4, the canal mouth 5 of which is placed so that they are not clogged when drilling can, but rather for cooling the cutting edges 6, 7 as well as for transporting them away of the cuttings contributes.

Die Wassermenge ist so berechnet, daß eine optimale Kühlung des Material gewährleistet ist, damit es nicht verbrennt.The amount of water is calculated so that an optimal cooling of the material is guaranteed so that it does not burn.

Die Schneiden 6, 7 sind bei der in Fig. 1 bzw. 2 dargestellten Ausführungsform den beiden Flügeln 8, 9 des Bohrkopfes 2 zugeordnet. Statt der beiden Schneiden 6, 7 können beispielsweise auch vier oder mehr solcher Schneiden einen Bohrkopf bilden.The cutting edges 6, 7 are in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, respectively assigned to the two wings 8, 9 of the drill head 2. Instead of the two cutting edges 6, 7, for example, four or more such cutting edges can also form a drill head form.

Diesen Schneiden 6, 7 sind weitere, über die Schneiden bzw. den Bohrkopf 2 verteilt, zusätzliche kleine Schneid flächen 10, 11 zugeordnet. Diese Schneidflächen 10, 11 werden von einer Zahl unterschiedlich geformter bzw. unterschiedlich großer Diamantsplitter 12, 13, 14, 15 gebildet. Die Diamantsplitter 12 bis 15 sind entweder gleichförmig oder ungleichförmig auf die Schneiden 6, 7 bzw. den Bohrkopf aufgebracht oder aber in das Material dieser Teile eingebettet. Letzteres hat den Vorteil, daß beim kontinuierlichen Abtragen des Schneidenmaterials automatisch derartige Diamantsplitter auftauchen bzw. aufgedeckt werden und dann zum Zerspanen des anstehenden Gesteins eingesetzt werden können. Diese Diamantsplitter bedecken einmal, wie Fiq. 1 zeiqt, die Vorderseite 16 der Schneiden 6, 7 und zum anderen durchsetzen sie die qesamte Schneide 6, 7 wie F;Z. 2 vordeutlicht. Dabei besteht entweder nur die Schneide 6, 7 oder aber der qesamte Bohrkopf 2 aus verschleißfestem Material, während der Schaft 21 der Bohrkrone 1 aus Stahl, wie auch das Bohrgestänge 3, hergestellt ist.These cutting edges 6, 7 are more than the cutting edges or the drill head 2 distributed, additional small cutting surfaces 10, 11 assigned. These cutting surfaces 10, 11 are of a number of different shapes or sizes Diamond chips 12, 13, 14, 15 formed. The diamond chips 12 through 15 are either applied uniformly or non-uniformly to the cutting edges 6, 7 or the drill head or embedded in the material of these parts. The latter has the advantage that such diamond splinters automatically when the cutting material is continuously removed emerge or be uncovered and then to cut the rock can be used. These diamond chips cover once, like Fiq. 1 time, the front 16 of the cutting edges 6, 7 and on the other hand they enforce the qesamte Cut 6, 7 like F; Z. 2 highlighted. There is either only the cutting edge 6, 7 or the entire drill head 2 made of wear-resistant material, while the shank 21 of the drill bit 1 made of steel, like the drill rod 3, is made.

7um qleichmäßiqen Abtranssort und um möglichst große Schneidflächen durch die Schneiden 6, 7 zur VerEiiqunq zu haben, sind zwischen diesen große Anpassungen 17 vorgesehen. Außerdem sind die Kanten der Schneiden 6, 7 geringfügig versetzt, beispielsweise symmetrisch oder asymmetrisch zueinander und in Abstand zueinander angeordnet, so daß sich Kantenform zwischen axialem und radialem Schneidwinkel bilden und während des gesamten Einsatzes der Bohrkrone 1 auch halten. Der Schneidwinkel 18 geht von plus bis minus, was eine volle Wirksamkeit der Schneiden 6, 7 während des gesamten Einsatzes der Bohrkrone sicherstellt.7 about a uniform removal location and about the largest possible cutting surface by To have the cutting edges 6, 7 for verEiiqunq are great adaptations between these 17 provided. In addition, the edges of the cutting edges 6, 7 are slightly offset, for example symmetrically or asymmetrically to one another and at a distance from one another arranged so that the edge shape is formed between the axial and radial cutting angles and also hold during the entire use of the drill bit 1. The cutting angle 18 goes from plus to minus, giving full effectiveness of cutting 6, 7 during of the entire use of the drill bit.

Die Bohrkrone 1 ist mit einem Innengewinde 20 oder einem Konus, das Bohrgestänqe 3 mit einem Außengewinde 19 versehen, so daß beide leicht voneinander gelöst werden können, wenn die Bohrkrone 1 aus irgendwelchen Gründen beispielsweise wegen zu großen Verschleisses ausgewechselt werden muß. Es sind auch andere Gewindeausbildungen möglich und auch vorgesehen, beispielsweise das Bohrkopf 2 und Schaft 21 lösbar miteinander verbunden sind.The drill bit 1 is with an internal thread 20 or a cone that Bohrgestänqe 3 provided with an external thread 19 so that both easily from each other can be solved when the drill bit 1 for any reason, for example has to be replaced because of excessive wear. There are also other thread designs possible and also provided, for example the drill head 2 and shaft 21 detachable are connected to each other.

1 Bohrkrone 2 Bohrkopf 3 Bohrgestänge 4 Spülkanal 5 Kanalmündung 6 Schneide 7 Schneide 8 Flügel 9 Flügel 10 Schneidfläche 11 Schneidfläche 12 Diamantsplitter 13 Diamantsplitter 14 Diamantsplitter 15 Diamantsplitter 16 Vorderseite 17 Anpassungen 18 Schneidwinkel 19 Außengewinde 20 Innengewinde 21 Schaft1 drill bit 2 drill head 3 drill rods 4 flushing channel 5 channel mouth 6 Cutting edge 7 cutting edge 8 wing 9 wing 10 cutting surface 11 cutting surface 12 diamond chips 13 Diamond Shards 14 Diamond Shards 15 Diamond Shards 16 Front 17 Adjustments 18 cutting angle 19 external thread 20 internal thread 21 shank

Claims (8)

Vorrichtung zum drehenden Bohren von Gestein Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum drehenden Bohren von Gestein, insbesondere der im Steinkohlengebirge anstehenden Schichten, mit einem über den antriebsbeaufschlagten Bohrgestänge und der auf dem freien Ende des Bohrgestänges angeordneten Bohrkrone, die mit verschleißfesten Schneiden bestückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Schneiden (6, 7) aus harten, verschleißfesten Werkstoff eine Anzahl weiterer, den Bohrkopf (2) ganz oder teilweise überdeckender kleiner Schneidflächen (10, 11) vorgesehen ist. Device for rotary drilling of rock Patent claims: 1. Device for rotary drilling of rock, especially in the coal mountains pending layers, with a drill rod loaded with a drive and the arranged on the free end of the drill string drill bit, which is with wear-resistant Cutting is equipped, characterized in that in addition to the cutting (6, 7) hard, wear-resistant material, a number of others, the drill head (2) completely or partially overlapping small cutting surfaces (10, 11) is provided. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (6, 7) zusätzlich diamantbesetzt ausgebildet sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the cutting edges (6, 7) are also diamond-studded. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (6, 7) zusätzlich diamantimprägniert sind.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the cutting edges (6, 7) are also impregnated with diamonds. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Bohrkopf (2) der Bohrkrone (1) aus hartem, verschleißfestem Werkstoff besteht, dessen Schneiden (6, 7) bzw. angrenzenden Bereiche diamantimprägniert oder -besetzt sind.4. Apparatus according to claim 1 to claim 3, characterized in that that the entire drill head (2) of the drill bit (1) made of hard, wear-resistant material consists, the cutting edges (6, 7) or adjacent areas or diamond impregnation -are occupied. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (2) insgesamt oder nur die Schneiden (6, 7) aus beispielsweise einem Wolfram-Karbid, Kobaldgemisch hergestellt sind.5. Apparatus according to claim 1 or claim 4, characterized in that that the drill head (2) as a whole or only the cutting edges (6, 7) from, for example a tungsten carbide and cobalt mixture. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (2) mit seitlichen Anpassungen (17) zum Abtransport des Bohrkleins ausgerüstet ist.6. Apparatus according to claim 1, characterized in that the drill head (2) is equipped with lateral adaptations (17) for the removal of the drill cuttings. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (6, 7) der Bohrkrone (2) versetzt angeordnet sind und einen Schneidwinkel (18) von plus bis minus aufweisen.7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the cutting edges (6, 7) of the drill bit (2) are arranged offset and a cutting angle (18) of show plus to minus. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantsplitter (12, 13, 14, 15) von unterschiedlicher Größe, Form, Qualität und Dichte sind.8. Apparatus according to claim 1, claim 2 or claim 3, characterized characterized in that the diamond chips (12, 13, 14, 15) of different sizes, Shape, quality and density are.
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