KR100841034B1

KR100841034B1 - 드릴링 툴

Info

Publication number: KR100841034B1
Application number: KR1020037005765A
Authority: KR
Inventors: 라르손켄네스; 로이터괴스타
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2008-06-24
Also published as: SE0003916L; SE516730C2; KR20040002845A; EP1328700B1; AU2001296121A1; ATE326609T1; US6681875B2; RU2277162C2; EP1328700A1; CA2426020A1; ZA200303068B; US20020050362A1; CA2426020C; SE0003916D0; WO2002036925A1

Abstract

본 발명은 암석드릴링용 굴착장치(rig for rock drilling)의 기계적 취급에 적절한 안내튜브 및 드릴스트링에 관한 것이다. 상기 안내튜브(10)는 제1끝단부(11)의 후퇴부(32)에 있는 암나사(16), 제2끝단부(13)에 있는 수나사(15) 및 플러싱매질을 충격식 톱 해머 드릴링용 착암비트로 이송하기 위한 관통 플러싱채널(19)을 포함한다. 상기 후퇴부는 축선방향 길이(L1)을 가진다. 안내튜브(10)는 제1끝단부(11) 부근에 원통형 허리부(23)를 포함한다. 허리부(23)는 후퇴부(32)의 축선방향 길이(L1)보다 긴 축선방향 연장부(L2)를 갖는다.

Description

드릴링 툴{DRILLING TOOL}

본 발명은 독립항의 전문에 따른 기계적 취급을 위한 드릴 스트링 및 안내튜브에 관한 것이다.

특히 노천채광에서의 드릴링시, 도 1에 도시된 바와 같이 기존의 폭발로 인하여 종종 암석에 균열이 형성되어 있다. 드릴링머신(1)이 드릴링 장소로 이동할 수 있도록 흔히 지면을 수 미터의 암괴(rock masses)(6)로 평탄하게 한다. 균열이 있는 암석에 직선으로 드릴링을 하는 것은 어렵기 때문에 드릴링될 구멍의 직진도를 향상시키기 위하여 여러 해법이 제안되어 왔다. 따라서, 안내튜브(2)에는 드릴비트의 진행을 안내하고 드릴비트 외측과 상부의 플러싱속도가 증가되도록 드릴비트가 직접 연결되어 제공된다. 상기 안내튜브는 길이가 대략 4 내지 6미터이며 상기 드릴비트쪽을 향하는 수나사와 상기 머신쪽을 향하는 암나사를 포함한다. 상기 안내튜브는 상기 안내튜브의 길이보다 깊은 구멍에서, 드릴링시 발생하는 분말을 보다 원활히 통과시키기 위한 튜브보다 작은 직경을 갖는 로드에 의하여 연장되는 것이 바람직하다. 요즈음의 드릴링머신은 연장 또는 나사해체시에 안내 튜브(2)의 상단부 가까이의 마찰에 의하여 잡아주기 위한 집게(tongs)를 포함한다. 흔히, 드릴링시에는 결합부가 상대적으로 약하게 조여져 있고 충격법(percussion)의 사용으로 인해 상기 결합이 느슨해지다가 나사가 풀리게 된다. 수분간 계속되는 충격법의 사용에 의해 상술한 바와 같이 느슨해질 때, 튜브는 도 6에 따른 위치에서 집게(3)의 클램핑 수단 또는 슈즈(4)와는 상대적으로 슬라이딩하며, 또한 결합부에서 열이 발생된다. 결국, 튜브의 끝단부가 변형되고 나사부에 마르텐사이트가 형성된다.

본 발명의 목적은 상술된 결점을 방지하는 기계적 취급을 위한 드릴스트링 및 안내튜브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 충격식 암석 툴 장비에서 간단히 나사결합부를 풀 수 있는 기계적 취급을 위한 드릴스트링 및 안내튜브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 충격식 암석 툴 장비의 나사결합부의 수명을 증가시키는 기계적 취급을 위한 안내튜브를 제공하는 것이다.

이들 목적 및 기타 목적은 첨부된 청구항에 정의된 바와 같은 기계적 취급을 위한 안내튜브 및 드릴스트링에 의하여 성취된다.

도 1은 충격식 톱 해머 드릴링용 드릴링머신의 개략적인 측면도,

도 2는 나사결합부의 나사를 풀기 위한 집게의 개략적인 평면도,

도 3은 드릴링의 초기 단계에 있는 본 발명에 따른 드릴스트링을 나타낸 도,

도 4는 추후의 드릴링 단계에 있는 본 발명에 따른 드릴스트링을 나타낸 도,

도 5a는 본 발명에 따른 안내튜브의 측면도,

도 5b는 도 5a의 안내튜브의 끝단부도,

도 5c는 도 5b의 안내튜브의 V-V 라인을 따른 단면도,

도 6은 종래기술의 안내튜브의 끝단부를 잡고 있는 집게의 도,

도 7a는 본 발명에 따른 안내튜브의 끝단부를 잡고 있는 집게의 도,

도 7b는 나사를 풀기 위한 위치에서 본 발명에 따른 안내튜브를 잡고 있는 집게의 도이다.

이제부터 암석드릴링용 굴착장치의 기계적 취급을 위한 본 발명에 따른 안내튜브(10)의 일 실시예에 대하여 도 5a 내지 도 5c를 우선적으로 참조하여 설명하기로 한다. 안내튜브(10)는 직경이 D인, 대체로 원통형의 기본형상을 갖는 세장형 몸체로 이루어진다. 안내튜브는 암요소부, 즉 슬리브(12)를 구비한 제1끝단부(11) 및 돌출된 스피곳(spigot), 즉 수요소부(14)를 구비한 제2끝단부(13)을 갖는다. 스피곳과 같은 수요소부(14)는 대체로 원통형인 수나사(15)를 가지며 슬리브(12)는 내부에 대체로 원통형의 암나사(16)를 가진다. 암나사(16) 또는 암나사가 제공되는 후퇴부(32)는 실질적으로 슬리브(12)의 끝단면(24)으로부터 슬리브의 맞댐면 또는 저부(18)까지 연장되는 축선방향 길이 L1을 가진다.

19로 대략 도시된 플러싱 채널은, 플러싱 매질, 통상적으로 공기나 물이 이송되는 안내튜브(10)의 안쪽으로 연장된다. 관통하는 상기 플러싱채널(19)은 충격식(percussive) 톱 해머 드릴링용 착암비트(20)로 플러싱 매질을 인도하기 위하여 제공된다. 상기 채널은 원통형 몸체의 중앙에 위치하는 것이 적절하다. 플러싱채널은 적어도 3개의 부분(19A,19B,19C)으로 이루어진다. 축선방향의 플러싱채널(19)은 제1끝단부(11)에 입구(19A)를 포함하고 제2끝단부(13)에 있는 출구(19C)에서 끝난다. 입구(19A) 직경 d_i는 출구 직경 d_o보다 크다.

안내튜브(10)는 제1끝단부(12)와 연결되거나 부근에 위치한 축소된 직경의 구역, 즉 원통형의 허리부(23)를 포함한다. 상기 허리부(23)는 상기 축선방향의 길이(L1)보다 긴 축선방향의 길이(L2)를 가진다. 제1쇼울더(25)와 제2쇼울더(26)는 허리부와 경계를 이룬다. 제1쇼울더는 저부(18)로부터 L3의 거리에 있는 암나사(16)의 부근에 제공된다. 제2쇼울더(26)는 제1쇼울더(25)로부터 L2의 거리에 제공된다. 거리 L2는 후퇴부(32)의 축선방향의 깊이 L1보다 50% 이상 길며, 일례를 들면 L2는 200mm이고 L1은 120mm이다. 제1쇼울더(25)는 슈즈(4)가 벗겨져 나가지 않도록 안내튜브의 중심축선(CL)에 대해 수직으로 제공되는 평면부(27)를 포함한다(이하 참조). 상기 평면부(27)는 슬리브의 재킷면(28)과 90°로 연결된다. 재킷면(28)은 슬리브(12)의 직경(DA)을 형성한다. 평면부(27)는 반경방향 안쪽으로 반경 R1을 갖는 천이부(29)를 거쳐 허리부(23)의 대체로 원통형인 재킷면(30)에 연결된다. 제2쇼울더는 제1쇼울더의 반경 R1보다 큰 비교적 큰 반경 R2를 거쳐 재킷면(30)과 연결된다. 허리부의 직경(D2)은 안내튜브 외경(D)의 60 내지 80% 범위내에서 선택된다. 안내튜브의 외경(D)이 0.9*DA 내지 1.3*DA가 되도록 허리부의 각 부분에서는 -10% 내지 +30%의 직경의 차이가 존재하며, 여기서 DA는 슬리브(12)의 외경이다. 플러싱채널(19)은 튜브에서의 본체(goods)의 두께를 유지하기 위하여, 즉 충격 및 강도를 전달하기 위한 자체 능력을 보존하기 위하여 허리부의 영역(12a)내에 한정된다. 튜브의 중간부에서 본체의 직경(D) 및 두께는 일정하다. 안내튜브(10)는 중간부(10A) 및 상기 중간부에 마찰 용접되는 2개의 끝단부(11,13)로 이루어진다. 상기 중간부(10A)는 입구(19A)의 직경 d_i보다 큰, 바람직하게는 적어도 2배의 직경 d_m을 갖는 채널(19B)을 구비한다. 이 부분들은 탄소강으로 만들어지지만, 끝단부(11,13)는 스테인리스강으로 만들고 중간부(10A)는 탄소강으로 만드는 방법도 선택될 수 있다.

도 3에는 드릴링작업의 초기 단계에서 본 발명에 따른 안내튜브(10)를 지니고 있는 본 발명에 따른 드릴 스트링의 외관이 도시되어 있다. 암나사를 갖는 안내튜브(10)의 제1 끝단부(11)는 통상의 섕크 어댑터(22)에 견고하게 나사결합되고, 충격식 드릴링용 초경합금 버튼을 구비한 통상의 착암비트(20)는 수나사에 의하여 다른 끝단부(13)상에 견고하게 나사결합된다. 이에 의하여, 상기 착암비트의 이동이 안내되고 안내 튜브(10)로 인하여 상기 착암비트의 바깥쪽과 상부로의 플러싱속도가 증대되기 때문에 구멍의 직진도 및 드릴 먼지의 배출을 유지하면서 수 미터의 암괴에서의 드릴링이 수행될 수 있다.

도 4에는 드릴링작업의 추후 단계, 즉 착암비트(20)가 적어도 대략 4 내지 6m의 깊에에 도달했을 때의 본 발명에 따른 안내튜브(10)를 구비한 본 발명에 따른 드릴스트링의 모습이 도시되어 있다. 따라서, 구성요소들이 서로 상대적으로 회전되는 동안 집게(3)의 슈즈(4)가 슬리브(12)를 잡아주기 때문에 섕크어댑터(22)와 안내튜브(10)간의 나사결합이 해체된다. 안내튜브(10)의 나사결합이 풀렸을 때 그 대신 섕크어댑터(22)가 연장로드(21)내로 나사결합된다. 안내튜브에 대해 연장로드(21)를 해체하거나 조일때, 즉 슈즈(4)가 슬리브(12)를 클램핑할 때의 슈즈(4)의 통상적인 위치가 도 7a에 도시되어 있다. 해체시의 나사결합부가 물려 있다면(stuck) 도 7b에 따른 위치가 사용된다. 즉, 슈즈(4)가 허리부(23)의 주위를 클램핑하는 한편, 쇼울더(27)는 슈즈의 윗측면(5)에 대해 지지된다. 이러한 상태에서, 윗측면(5)으로부터의 지지가 안정되어 있기 때문에 나사를 과열시키기거나 슬리브(12)를 변형시키지 않고 나사결합이 수행될 수 있다. 허리부(23)의 직경(D2)은 실질적으로 연장로드(21)의 직경크기로 선택된다. 허리부의 길이(L2)는 적어도 아무런 문제 없이 허리부 주위에 슈즈(4)를 위치설정시키기에 충분한 길이가 선택된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 충격식 암석드릴링 장비에서의 나사결합의 해체가 간단하고 이들 나사결합부의 사용수명을 연장시키는 암석드릴링용 굴착장치의 기계적 취급을 위한 안내튜브 및 드릴스트링에 관한 것이다.

Claims

암석드릴링용 굴착장치(rig for rock drilling)의 기계적 취급을 위한 안내튜브로서, 상기 암석드릴링용 굴착장치는 클램핑수단(4)을 가지며, 상기 안내튜브(10)는 상기 튜브의 축선방향 연장부를 따라 실질적으로 일정한 외경(D)을 가지고 제1끝단부(11)에 있는 후퇴부(32)의 암나사(16), 제2끝단부(13)에 있는 수나사(15) 및 플러싱매질을 충격식 톱 해머 드릴링용 착암비트(rock drill bit)로 이송하는 관통 플러싱채널(19)을 포함하며, 상기 후퇴부(32)는 축선방향 길이(L1)을 가지는 상기 안내튜브에 있어서,

상기 클램핑수단(4)과의 상호작동을 위하여 상기 제1끝단부(11) 부근에 원통형 허리부(23)를 포함하며, 상기 허리부(23)는 상기 후퇴부(32)의 축선방향 길이(L1)보다 긴 축선방향 연장부(L2)를 가지는 것을 특징으로 하는 안내튜브.
제1항에 있어서,

상기 허리부(23)는 제1쇼울더(25) 및 제2쇼울더(26)에 의하여 경계지워지며, 상기 제1쇼울더는 상기 암나사(16) 부근에 제공되고, 상기 제2쇼울더는 상기 제1쇼울더로부터 제1거리(L2)만큼 떨어진 곳에 제공되는 것을 특징으로 하는 안내튜브.
제2항에 있어서,

상기 제1거리(L2)는 상기 후퇴부(32)의 축선방향 길이(L1)보다 적어도 50% 더 긴 것을 특징으로 하는 안내튜브.
제2항에 있어서,

상기 제1쇼울더(25)는 상기 안내튜브의 중심축선(CL)에 수직으로 제공되는 평면부(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안내튜브.
제2항에 있어서,

상기 제2쇼울더(26)는 상기 제1쇼울더(25)의 반경(R1)보다 큰 반경(R2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 안내튜브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 허리부의 직경(D2)은 상기 안내튜브의 외경(D)의 60 내지 80% 범위내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 안내튜브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 안내튜브의 외경(D)이 0.9*DA 내지 1.3*DA(여기서, DA는 제1끝단부(11)의 외경임)가 되도록 허리부(23) 각 부분에서 -10% 내지 +30%의 직경의 차이가 존재하는 것을 특징으로 하는 안내튜브.
제1항에 있어서,

상기 플러싱채널(19)은 상기 허리부(23)의 영역에 입구(19A)를 갖는 것을 특징으로 하는 안내튜브.
제1항에 있어서,

상기 플러싱채널(19)은 상이한 직경으로 된 적어도 3부분(19A,19B,19C)으로 이루어지고, 상기 플러싱채널(19)은 상기 제1끝단부(11)에 입구(19A)를 포함하고 상기 제2끝단부(13)에 있는 출구(19C)에서 끝나며, 상기 입구(19A)는 상기 출구(19C)의 직경(d_o)보다 큰 직경(d_i)을 갖는 것을 특징으로 하는 안내튜브.
암석드릴링용 굴착장치의 기계적 취급을 위한 드릴스트링으로서, 상기 굴착장치는 클램핑수단(4)을 가지며, 상기 드릴스트링은 연장로드(21) 또는 안내튜브(10)의 일 끝단부를 거쳐 드릴링머신(1)의 섕크 어댑터(22)에 고정하도록 되어 있고, 상기 안내튜브의 다른 끝단부는 충격식(percussive) 드릴링을 위한 착암비트(20)에 부착되고, 상기 안내튜브(10)는 상기 튜브의 축선방향 연장부를 따라 실질적으로 일정한 외경(D)을 가지며 제1끝단부(11)의 후퇴부(32)에 있는 암나사(16), 제2끝단부(13)에 있는 수나사(15) 및 플러싱매질을 충격식 톱 해머 드릴링용 착암비트로 이송하기 위한 관통 플러싱채널(19)을 포함하고, 상기 후퇴부는 축선방향 길이(L1)을 가지는 상기 드릴스트링에 있어서,

상기 안내튜브(10)는 상기 클램핑수단(4)과의 상호작동을 위하여 상기 제1끝단부(11) 부근에 원통형 허리부(23)를 포함하고, 상기 허리부(23)는 상기 후퇴부(32)의 축선방향 길이(L1)보다 긴 축선방향 연장부(L2)를 가지는 것을 특징으로 하는 드릴스트링.