KR102112120B1 - 드릴 장치 - Google Patents

Abstract

지면 및/또는 암석에 구멍을 굴착하기 위한 드릴 장치로서, 상기 드릴 장치는 드릴 헤드 내에, 상기 윙 비트 (2)가 최소 직경 치수 내에 위치하도록, 다른 한편으로는, 최대 크기의 직경을 갖는 구멍을 굴착하기 위해 위치되고, 적어도 지면에 구멍을 굴착할 때, 드릴 장치가 굴착 중에 보호 파이프 (7)를 구멍 안으로 끌어 당기도록 배열되도록 조정 가능한 상호 배향을 갖는 동일한 분포로 배열된 복수의 드릴 윙 비트 (2)를 갖는다. 상기 윙 비트 (2)의 외부 원주는 상기 윙 비트 (2)가 상기 윙 비트에 의해 보호 파이프 (7)를 당기기 위하여 최소 직경 치수보다 실질적으로 큰 직경 크기로 조정될 때, 보호 파이프 (7)의 전방부에 속하는 링 (8)을 이들의 내부면에 수용하도록 배열된 원주 홈 (5)을 포함한다.

Description

드릴 장치

본 발명은 지면 및/또는 암석에 구멍을 굴착하기 위한 드릴 장치에 관한 것으로, 상기 드릴 장치는 이의 드릴 헤드 내에, 상기 윙 비트 (2)가 최소 직경 치수 내에 위치하도록 조정 가능하고, 다른 한편으로는, 최대 크기의 직경을 갖는 구멍을 굴착하기 위해 위치되고, 적어도 지면에 구멍을 굴착할 때, 드릴 장치가 굴착 중에 보호 파이프 (7)를 구멍 안으로 끌어당기도록 배열되도록 조정 가능한 상호 배향을 갖는 동일한 분포로 배열된 복수의 드릴 윙 비트 (2)를 갖는다.

구멍 굴착 중 보호 파이프를 구멍 안으로 끌어당기면서 연장 가능한 윙 비트가 제공되는 장치와 같은 드릴 장치에서 이전에 공지된 공정이 있다. 이들 중, 보호 파이프의 당김 지점은 파일럿 비트의 원통형 몸체에 위치하며, 이 지점은 윙 비트보다 명확히 더 뒤쪽에 위치한다. 파일럿 비트의 원통형 몸체는 파일럿 비트의 몸체를 둘러싸는 홈 또는 돌출 링을 갖는다. 보호 파이프의 전방부는 이에 대응하여 이 홈 또는 돌출 링을 수용하는 홈에 수용되는 링이 제공된다. 이러한 경우, 보호 파이프를 따라 잡아당기지 않고 곧 나오는 암석 구간에서 굴착이 계속될 때, 파일럿 비트에서 보호 파이프를 분리하는 방법에 어려움이 있었다. 또다른 목적은 굴착 후 구멍에서 보호 파이프를 통해 파일럿 비트와 윙 비트를 끌어당겨 수축시키는 것이다. 보호 파이프 및 파일럿 비트 사이에서, 이러한 경우에 알려진 연결 방식이 핀란드 특허 FI-96356에 개시된 바요넷 연결 (bayonet connection)이며, 여기서 이러한 연결은 파일럿 비트와 링 비트 사이에 적용된다. 이러한 연결의 결점은 보호 파이프와 파일럿 비트의 원통형 부분 사이에 불리하게도 큰 직경 차이가 요구된다는 것이다.

이러한 결점을 제거하기 위하여, 종래 기술에 비해 예상치 못한 개선을 달성할 수 있는 신규한 드릴 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 드릴 장치는 상기 윙 비트가 상기 윙 비트에 의해 보호 파이프를 당기기 위하여 최소 직경 치수보다 실질적으로 큰 직경 크기로 조절될 때, 보호 파이프의 전방부에 속하는 링을 이들의 내부면에 수용하도록 배열된 원주 홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이점은 보호 파이프의 내부 원주를 둘러싸는 균일한 링을 인장력을 전달하기 위한 보호 파이프의 전방부에서 사용되도록 하여, 상기 링의 치수를 감소시킬 수 있다는 것이다. 보호 파이프의 직경은 파일럿 비트의 원통형 부분의 직경이 아니라, 연장된 상태의 윙 비트 몸체의 외부 모서리 위치에 달려있다. 보호 파이프의 전방부에는 보호 파이프의 내부 직경을 감소시키기 위하여 단지 상대적으로 평평한 링이 제공되며, 이는 수축된 드릴 장치의 파일럿 비트 및 윙 비트가 각각의 방향에서 보호 파이프를 통해 그려질 수 있기 때문에 중요하다. 연장 가능한 윙 비트의 몸체에 제공된 홈이 보호 파이프의 상기 링을 만나도록 배열될 때, 회전을 허용하는 잠금 방식으로 상기 드릴 장치에 보호 파이프를 고정시키는 것이 용이하게 일어난다.

또한, 본 발명에 따른 상기 드릴 장치는 연장된 위치와 수축된 위치 모두에서 윙 비트를 사용하여 굴착을 가능하게 하고, 드릴 장치의 회전 방향은 이전의 것과 반대가 된다. 보호 파이프로 굴착할 때 큰 구멍을 뚫고, 보호 파이프 없이 굴착할 때 작은 구멍을 뚫고, 윙 비트를 수축시킨다. 두 경우 모두 굴착 표면의 플러싱은 신뢰성 있게 이루어지지만 부분적으로는 다른 채널을 통해 이루어진다. 보호 파이프 없이 굴착할 경우, 보호 파이프의 외부 직경보다 작은 구멍이 뚫리게 되고, 이 경우 보호 파이프는 수직 구멍에서 구멍의 바닥에 떨어지지 않는다. 이 경우, 토양 물질이 보호 파이프 외부로부터 구멍의 바닥에 떨어지지 않는다.

하기에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다, 여기서:
도 1은 분리된 윙 비트를 갖는 드릴 장치를 나타내는 사시도이고,
도 2는 드릴 장치의 측면도이고,
도 3은 드릴 장치 및 연장된 윙 비트와 연결된 보호 파이프를 나타내고,
도 4는 도 3의 드릴 장치의 정면도이고,
도 5는 드릴 장치의 측단면도이고,
도 6은 보호 파이프의 전방부를 상세하게 나타내고,
도 7은 수축되어 보호 파이프로부터 빠져나가는 윙 비트를 갖는 드릴 장치를 나타내고,
도 8은 도 7의 드릴 장치의 정면도이고,
도 9은 도 7의 드릴 장치의 단면도이고,
도 10 은 또다른 드릴 장치를 나타내는 측횡단면도이다.

도 1 및 2는 파일럿 비트 (1) 및 윙 비트 (2)를 포함하는, 본 발명에 따른 드릴 장치를 나타낸다. 파일럿 비트 (1)는 윙 비트 (2)의 몸체 (3)용 케이스 (4)뿐만 아니라 구멍의 중심을 굴착하는 돌출 비트부 (6)를 포함한다. 상기 윙 비트 (2) 몸체 (3)는 공지된 방식으로 그 자체로서 상기 케이스에서 회전할 수 있다. 윙 비트 (2)의 몸체 (3)의 외부 원주는 원주 홈 (5)이 제공된다. 비트 버튼을 구비한 실제 드릴 영역은 횡 방향으로 윙 비트 (2)의 몸체 (3)에 의해 형성된 직경보다 큰 외경 치수로 돌출시킨다.

도 3은 연장된 위치에 있는 윙 비트 (2)를 나타낸다. 달리 말하면, 이들은 파일럿 비트 (1)의 케이스 (4)에서 더 큰 방향으로 회전되었다. 윙 비트의 회전은 드릴 장치가 몸체 (3)에 대하여 편심하여 위치한 윙 비트 (2)가 그들의 케이스에서 바깥쪽으로 회전하기 시작하는 방향으로 드릴 장치가 회전하는 드릴 상황에서 발생한다. 최외곽 위치에서, 윙 비트 (2)의 외부 모서리는 도 4, 5 및 6에 도시된 보호 파이프 (7)의 외부 직경 치수를 초과한다.

도 5 및 6은 파일럿 비트 (1)를 화살표 방향으로 회전시킴으로써 케이스 (4)로부터 외측으로 회전하는 윙 비트 (2)의 몸체 (3)에 보호 파이프 (7)를 잠그는 것을 나타낸다. 본체 (3)는 본체 (3)의 홈 (5)이 보호 파이프 (7)의 전방 모서리의 링 (8)에 도달하고 링 (8)이 홈 (5)에 정착하는데 필요한 만큼 회전 가능하게 되어있다. 굴착 중, 보호 파이프 (7)는 회전하지 않지만 홈 (5)은 느슨해져서 윙 비트 (2)가 회전하여 보호 파이프를 당길 수 있게 한다.

도 5는 중심의 구멍 (9)으로부터 파일럿 비트의 전방부의 비트 부 (6)까지의 플러싱 유동의 경로를 나타내며, 플러싱 유동은 윙 비트 (2)의 연장 된 위치에서 그 중간 공간으로부터 드릴 헤드의 외부 원주상으로, 그리고, 그로부터 보호 파이프 후방 및 내로 내부의 개구 (10)를 통해 배출된다. 이는 특히 보호 파이프를 당기는 동안 지면 굴착 중에 발생한다.

예를 들어, 도 5에 나타낸 바와 같이, 중심 구멍 (9)은 드릴 장치의 축 방향과 평행하다. 그러나, 중심 구멍 (9)은 비트부 (6)를 통해 연장하지 않는다. 대신에, 비트부 (6)의 측면에는 개구부 (10)가 제공된다. 따라서, 개구 (10)에 의해 형성된 채널은 드릴 장치의 축 방향에 수직이다. 따라서, 비트부 (6)는 중앙 구멍 (9) 내의 축 방향 플러싱 유동을 축 방향을 가로지르고 개구 (10)를 통해 유동하는 플러싱 유동으로 전환시킨다. 따라서, 플러싱 유동은 드릴 장치 앞에서 너무 많은 토양을 제거하지 못한다. 또한, 플러싱 유동이 지면을 과도하게 약화시키는 것이 방지된다. 또한, 축 방향을 가로지르는 플러싱 유동은 케이스 (4)를 가압한다. 이는 토양 및 다른 불순물이 케이스 (4)에 모이는 것을 방지한다. 이는 원하는 경우, 윙 비트 (2)가 케이스 (4)에서 더 작은 외경 직경 치수 방향으로 회전할 수 있도록 한다.

도 7, 8 및 9는 파일럿 비트 (1)가 역방향으로 회전하는 것을 나타내며, 이 경우 윙 비트 (2)는 더 작은 외부 직경 치수를 향해 회전 및 수축하기 시작한다. 이들은 파일럿 비트 (1)와 함께 링 (8)이 내부 치수를 감소시키더라도 보호 파이프 (7) 내부로부터 윙 비트가 위로 당겨질 수 있는 외부 직경 치수로 회전하도록 배열된다.

도 9는 드릴 장치가 당겨진/수축된 윙 비트 (2)를 이용하여 어떻게 보호 파이프 (7)를 통해 어느 방향으로 이동될 수 있는지를 나타낸다. 보호 파이프 (7)는 굴착 중에 사용되는 것과 반대 방향으로 드릴 장치를 회전시킴으로써 윙 비트 (2)의 몸체 (3)로부터 시추공 (borehole) 내에서 쉽게 분리될 수 있다. 드릴 장치가 암석 구멍으로부터 때때로 들어 올려지고 구멍으로 다시 내려가면 본체 (3)의 홈 (5)과 보호 파이프를 다시 결합시킬 수도 있다. 드릴 장치는 일반적으로 잠금이 발생하는 정확한 높이의 위치로 내려간다.

도 9는 윙 비트 (2)가 수축된 채로 굴착하는 동안의 플러싱 유동 배열을 나타낸다. 플러싱 유동은 파일럿 비트 (1)의 내부에 형성된 굴착(화살표로 표시)을 따라 파일럿 비트 (1)의 중심 구멍 (9)으로부터 윙 비트 (2)의 몸체 (3)에 제공된 케이스 (4)의 바닥으로 전달되며, 여기서 플러싱 유동은 윙 비트 (2)를 관통하는 개구부 (11)를 통해 윙 비트 (2)의 표면으로 그리고 드릴 헤드의 외부 원주로 더 진행한다. 윙 비트 (2)의 개구 (11)는 파일럿 비트 (1)를 통해 오는 굴착과 접하고, 윙 비트 (2)는 비트부 (6)에서 윙 비트 (2) 쪽으로 개방하는 유동 개구 (10)를 차례로 닫는다 (도 2).

윙 비트 (2)를 관통하는 개구 (11)는 윙 비트 (2)의 전면까지 개방된다. 따라서, 플러싱 유동은 개구 (11)를 통해 유동하면서 드릴 장치의 축 방향을 향하게 된다. 도 9에 따른 드릴 상태는 예를 들어 먼저 보호 파이프가 원하는 깊이로 굴착되고, 이어서 더 작은 구멍이 보호 파이프 없이 굴착될 때 발생할 수 있다. 이러한 더 작은 구멍은 예를 들어 바위에 뚫릴 수 있다. 이러한 경우에, 축 방향 플러싱 유동이 드릴 장치 앞에 단단하지 않은 암석 물질을 제거하는 것이 유리하다.

연장된 위치에 윙 비트 (2)를 갖는 드릴 장치로 굴착할 때, 적어도 보호 파이프 (7)로서 정해진 크기의 직경을 갖는 구멍이 뚫려 있다. 따라서, 동시에, 윙 비트 (2)의 몸체 (3) 내의 홈 (5)은 드릴 장치와 함께 보호 파이프 (7)를 잡아 당기기 위해 사용된다. 이러한 경우에, 예를 들어 도 5에 나타낸 바와 같이, 비트 버튼을 구비한 윙 비트 (2)의 드릴 부분은 보호 파이프 (7)보다 약간 연장된다. 경우에 따라서는, 윙 비트가 수축된 위치로 회전하고 드릴 장치가 보호 파이프 (7)로부터 들어올려질 때, 보호 파이프 (7)는 연장된 위치에 있는 윙 비트 (2)로 굴착된 구멍의 바닥에 도달하지 않을 수도 있다. 이 문제는 도 10에 따른 드릴 장치에 의해 해결될 수 있다.

도 10에 따른 해법은 주로 도 1 내지 도 9에 나타낸 드릴 장치에 대응하나, 도 10에 따른 해법은 파일럿 비트 (1)에 견부 (12)가 제공된다. 굴착의 초기 단계는 도 1 내지 도 9에 따른 드릴 장치와 관련하여 수행된다. 이는 지면 (13)에 적어도 보호 파이프 (7)의 크기를 갖는 구멍, 즉, 더 큰 직경을 갖는 구멍 (14)을 굴착하여 윙 비트 (2)가 연장된 위치에 있게 하고, 보호 파이프 (7)의 링 (8)을 홈 (5)에 수용하며, 윙 비트 (2)에 의해 보호 파이프 (7)를 더 큰 직경의 구멍 (14) 내로 잡아당기는 것을 포함한다. 더 직경을 갖는 이러한 구멍 (14)은 지면 (13)의 연성 부분 (13a)에 굴착된다. 지면 (13), 예를 들어 암석의 더 경질의 부분 (13b)에 도달하면, 윙 비트 (2)는 수축된 위치에 배열되고 더 작은 직경을 갖는 구멍 (15)은 지면 (13)의 경질 부분 (13b)에 굴착된다. 견부 (12)의 외부 치수는 보호 파이프의 링 (8)의 내부 치수보다 크다. 따라서, 더 작은 직경을 갖는 구멍 (15)을 충분히 긴 거리로 굴착하는 동안, 견부 (12)는 보호 파이프 (7)의 링 (8)에 부딪혀 그에 따라 보호 파이프 (7)를 운반하기 시작한다. 이는 보호 파이프 (7)를 더 큰 직경을 갖는 구멍 (14)의 바닥를 향하여 확실하게 이동시킬 수 있게 한다. 더 작은 직경을 갖는 구멍 (15)이 충분한 거리로 굴착되면, 견부 (12)는 보호 파이프 (7)가 더 큰 직경을 갖는 구멍 (14)의 바닥까지 가는 모든 경로를 밀릴 수 있게 한다. 이는 필요에 따라, 보호 파이프 (7)를 지면 (13)의 경질 부분 (13b)에 대하여 확실하게 지지시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 지면 및 암석 중 적어도 하나에 구멍을 굴착하기 위한 드릴 장치에 있어서, 상기 드릴 장치는 이의 드릴 헤드 내에, 윙 비트 (2)가 최소 직경 치수 내에 위치하도록 조정 가능하고, 다른 한편으로는, 최대 크기의 직경을 갖는 구멍을 굴착하기 위해 위치되고, 적어도 지면에 구멍을 굴착할 때, 드릴 장치가 굴착 중에 보호 파이프 (7)를 구멍 안으로 끌어당기도록 배열되도록 조정 가능한 상호 배향을 갖는 동일한 분포로 배열된 복수의 드릴 윙 비트 (2)를 가지며,
   상기 드릴 장치는 윙 비트 (2)에 대한 케이스 (4)가 제공된 파일럿 비트 (1)를 포함하고, 여기서 윙 비트 (2)의 수는 적어도 2개이며, 이들의 위치를 조정하는 동안, 굴착 방향과 평행한 회전축을 이용하여 이들의 케이스 (4) 내에서 회전하고, 여기서 드릴 장치는 연장된 위치의 윙 비트 (2)와 수축된 위치의 윙 비트 (2) 모두를 굴착할 수 있는 것을 특징으로 하며,
   상기 윙 비트 (2)의 외부 원주는 상기 윙 비트 (2)가 상기 윙 비트에 의해 보호 파이프 (7)를 당기기 위하여 최소 직경 치수보다 실질적으로 큰 직경 크기로 조정될 때, 보호 파이프 (7)의 전방부에 속하는 링 (8)을 이들의 내부면에 수용하도록 배열된 원주 홈 (5)을 포함하는 것인, 드릴 장치.
2. 제1항에 있어서, 최대 직경 크기로 구멍을 굴착할 때, 굴착하는 윙 비트 (2)의 외부 모서리는 보호 파이프 (7)의 외부 직경보다 더 멀리 위치하는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 윙 비트 (2)는 제1 방향으로 드릴 헤드를 회전시킴으로써 더 작은 직경 치수를 향해 이동하고, 대응하여, 제2 방향으로 드릴 헤드를 회전시킴으로써 더 큰 직경 치수를 향해 이동하는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 수축된 위치에서 플러싱 유동은 파일럿 비트 (1)에 위치한 케이스 (4)의 바닥으로 전달되며 이로부터, 윙 비트 (2)에 위치한 개구를 통하여, 윙 비트 (2)의 전면으로 전달되는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 파일럿 비트 (1)는 구멍의 중심을 굴착하는 비트부 (6)가 제공되고, 상기 비트부 (6)는 플러싱 유동을 위한 유동 개구 (10)가 제공되며, 수축된 위치에서, 상기 윙 비트 (2)는 비트부 (6)를 통해 드릴 팁으로 오는 유동 개구 (10)를 닫도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 최소 직경 크기로 조정될 때, 상기 윙 비트 (2) 및 드릴 헤드는 보호 파이프 (7)를 통해 어느 방향으로든 당겨지거나 밀릴 수 있는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 드릴 장치는 외부 치수가 보호 파이프 (7)의 링 (8)의 내부 치수보다 큰 견부(shoulder) (12)가 제공되는 파일럿 비트 (1)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.

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