KR102251002B1

KR102251002B1 - 드릴 장치

Info

Publication number: KR102251002B1
Application number: KR1020167009723A
Authority: KR
Inventors: 카이 길링
Original assignee: 테라록 핀랜드 오와이
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2021-05-12
Also published as: US20160281435A1; EP3060741A4; FI124451B; CA2927247A1; CA2927247C; KR20160099530A; EP3060741B1; US10024108B2; FI20136041A; EP3060741A1; WO2015059347A1

Abstract

본 발명은 드릴 장치(1)와 케이싱부(2) 이와 더불어 필요시 헤머링 장치(hammering device)를 이용하여 구멍을 굴착하기 위한 다운-더-홀 드릴 기구(down-the-hole drilling apparatus)에 사용되기 위한 드릴 장치에 대한 것이다. 드릴 장치(1)는 드릴 헤드(I)(drilling head) 내에 그 가이드(4)와, 드릴 수단(5), 이와 더불어 바람직하게 발생된 드릴 폐수 세척을 위한 세척 수단을 구비한다. 드릴 수단(5)은 제1 드릴 비트 구성부(5a)와 상기 배열에 대해 움직일 수 있는 제2 드릴 비트 구성부(5b)를 포함하며, 제2 드릴 비트 구성부는 한편으로 케이싱부(2, casing part)의 말단(I')의 자유단면 구역보다 더 큰 구멍을 굴착하기 위해 확장되도록 배열되며, 다른 한편으로는 굴착되어 있는 구멍으로부터의 드릴 장치 제거를 가능하게 하기 위해 그리고 케이싱부를 통하여 위쪽으로부터 드릴 장치를 제거함으로써 굴착된 구멍에 케이싱부를 남겨놓기 위해 케이싱부의 말단(I')의 자유 단면 구역보다 더 작은 크기로 줄여지도록 배열된다. 제2 드릴 비트 구성부(5b)의 비트 피스(5b1)는, 가이드(4)를 통해 제2 드릴 비트 구성부(5b)의 확장/축소를 위해 배열되며, 드릴 방향에서 한쪽 방향(w)으로 가이드(4)를 회전시킴으로써 슬라이드 홈(U)에서 바깥쪽 반경 방향(r)으로 상기 비트 피스(5b1)를 이동시켜 제2 드릴 비트 구성부(5b)를 확장시키고, 상기와 반대 방향으로 가이드(4)를 회전시킴으로써 슬라이드 홈(U) 안쪽 반경 방향으로 비드 피스(5b1)를 이동시킴으로써 제2 드릴 비트 구성부(5b)를 축소시키기 위해 드릴 수단(5)의 드릴 면(P)에서 반경 방향(r)으로 넓게 개방되어 지나가는 슬라이드 홈(U)에서 움직일 수 있다.

Description

드릴 장치{Drilling device}

본 발명은 드릴 장치와 케이싱부(casing part), 및 필요시 해머링 장치(hammering device)를 이용하여 구멍을 뚫기 위한 다운-더-홀(down-the-hole) 드릴 기구에 사용되기 위한 드릴 장치에 관한 것이다. 드릴 장치는 드릴 헤드(head)에 헤드의 가이드, 드릴 수단과 더불어 바람직하게 생성된 드릴 폐기물을 유동시켜 방출하기 위한 유동 수단을 구비한다. 드릴 수단은 제1 드릴 비트(drill bit) 배열과 이에 대해 움직일 수 있는 제2 드릴 비트 구성부를 구비하며, 상기 드릴 비트 구성부에는 예컨대 통합된 드릴부, 독립된 드릴 피스(drilling piece), 비트(bit) 등과 같은, 드릴 오르간(drilling organ)이 제공된다. 제2 드릴 비트 구성부는, 한편으로 케이싱부의 말단부의 자유 단면 구역보다 더 큰 구멍을 뚫기 위해 확장되기 위해 배열되고, 다른 한편으로는 굴착되어 있는 구멍으로부터의 드릴 장치 제거를 가능하게 하기 위해 그리고 케이싱부를 통하여 위쪽으로부터 드릴 장치를 제거함으로써 굴착된 구멍에 케이싱부를 남겨놓기 위해 케이싱부의 말단의 자유 단면 구역보다 더 작은 크기로 줄여지도록 배열된다. 제2 드릴 비트 구성부는 드릴 수단의 드릴 표면에서 반경 방향으로 움직일 수 있는 두 개 이상의 비트 피스(bit pieces)를 구비하며, 상기 비트 피스의 드릴 오르간은 드릴 장치를 종방향으로 볼 때 그 앞쪽 표면에 배치된다.

전술된 드릴 장치의 형식은 특허 공보 FI 75650에 예시로서 오랫동안 사용되었으며, 코어 파이프(core pipe) 안쪽에 배치된 드릴 로드 유닛(drill rod unit)과 연결하여 사용되기 위한 보링 및/또는 해머 드릴 수단인 보링 공구(boring tool)가 제공되어 있다. 드릴 로드 유닛의 전단부에 부착된 보링 공구는, 커팅 유닛(cutting unit)이 제공되어 있는 중앙 드릴과, 상기 중앙 드릴 뒤에 배치되어 있고 또한 커팅 유닛을 가진 편심 리밍 드릴(eccentric reaming drill)을 포함한다. 리밍 드릴은 중앙 드릴에 대해, 코어 파이프의 전방에 위치한 드릴 위치와, 코어 파이프 안쪽늬 반경 방향으로 빼내져 있는 복귀 위치 사이에서 움직인다. 중앙 드릴이 대부분의 경우 경금속으로 만들어지고 반경 방향으로 지향된 4개의 커팅 부를 포함하고 있으며, 해당 공보에 따른 해결책으로, 그 커팅 부에 대한 리머(reamer)가 경금속으로 만들어진 하나 또는 두 개의 반경 방향으로 지향된 커팅 부를 구비하는 이전의 해결책을 벗어나서, 상기 커팅 부는 특정 방식으로 배열되어 있는 비트 부로 교체된다. 해당 공보에 나타난 해결책에 따라, 중앙 드릴과 리밍 드릴의 그러한 구조는 보링 공구의 작동 시간이 가능한 길어지기를 요구하고 있다.

따라서, 전술한 타입의 드릴 장치의 사용은 지면에 뚫릴 구멍이 리밍 드릴을 편심으로 작동함으로써 확공되는 것을 특징으로 한다. 이는 대부분 다른 종류의 문제들을 야기한다. 무엇보다 편심으로 수행되는 리밍 드릴의 모든 드릴 모션은 드릴 로드 유닛에 높은 뒤틀림 응력을 야기한다. 이런 경우, 드릴 로드 유닛의 높은 파손 위험, 특히 유닛의 갈라짐 위험으로 인해 드릴 장치의 효과적인 작동을 최적으로 이용하기 어려울 수 있다. 다른 한편, 실제 드릴 상황에서의 문제점은 흔히, 지면 질로 인한 것인, 리밍 드릴과 중앙 드릴 사이에 수용되는, 복귀 위치로의 리밍 드릴의 복귀에 있다. 리밍 드릴을 복귀 위치로 돌려놓기 위해, 보통 드릴 장치의 전후 반복 거동이 요구된다. 당연히, 예컨대, 너무 높은 작동 동력이 사용되거나 드릴 장치 부품의 재질이 낮은 내피로성을 갖는 경우, 드릴 로드 유닛의 파손 위험은 높다.

다른 한편으로, 예컨대 핀란드 특허 번호 94891에는, 동일한 평면에서 서로에 대해 움직이는 2개 또는 3개의 블록(block)을 가진 보링 공구가 공지되어 있으며, 상기 블록은 보링 공구의 드릴 비트를 형성한다. 해당 보링 공구는 전술한 바와 같이 드릴 상황에서 비트 블록이 방출된 위치에 있는 방식으로 사용될 수 있으며, 이런 경우 거기에 배치된 비트 부는 케이싱부보다 특히 더 큰 구멍을 뚫는다. 드릴 상황 이후, 케이싱부는 구멍에 남겨질 수 있으며 구멍 안의 드릴 로드 유닛과 그 비트 블록은, 케이싱부의 자유 내부 지름보다 더 작은 형태로 빼내지는 방식으로, 서로에 대해 비트 블록을 움직임으로써 구멍으로부터 전체적으로 제거될 수 있다. 문제의 해결책에서, 비트 블록은 단일 가이드 핀을 통해 비트 블록을 지지하는 가이드 부와 서로 각각 결합됨으로써 서로에 대해 움직일 수 있도록 배열되며, 가이드 부의 회전 방향을 따르는 핀(pins)은 비트 블록의 돌출을 야기하거나 또는 마찬가지로 가이드 부의 가이드 홈과 협력하여 서로 합쳐지게 한다.

해당 특허에서, 이러한 가이드 핀과 비트 블록을 결합하기 위해 몇몇 다른 해결책이 제시되었다. 그러나, 실제로 이러한 타입의 해결책의 가장 큰 문제는, 특히 돌이 많은 지면을 뚫을 때의 경우, 가이드 핀에 높은 응력이 가해지는 것이며, 매우 높은 뒤틀림 응력과 더불어 토크 하중이 가이드 핀에 가해지기 때문에, 가이드 핀의 내구성은 강한 테스트를 받게 된다. 이는 특히 요구 상황에서 수행되기 위한 천공 중의 가이드 핀의 기능성이 매우 신뢰성이 없는 이유이며, 드릴 시 예컨대 암석을 천공하는 경우 연속 피로 하중이 핀에 가해지며, 더욱이 그 인장 성능이 오래 지속 사용되면서 약해지기 때문이다.

더욱이 예를 들어, 특허 문서 CH 622312, US 5361859, US 3365010, GB 2310229 및 GB 973790에서, 제2 드릴 비트 배치가 드릴 수단의 드릴 면에 활짝 열려 지나가는 슬라이드 홈(slide grooves)에서 반지름 방향으로 움직일 수 있는 두 개 이상의 비트 피스로 배열되는 것으로 공지되어 있으며, 드릴 오르간은 드릴 장치의 종방향으로 볼 때 그 전면에 배열되는 것으로 공지되어 있다. 종방향 단면에서 볼 때 슬라이드 홈이 드릴 장치의 드릴 헤드를 향해 기울어져 있으며, 상기 비트 피스가 예컨대 천공 중 사용되는 세척 유동 매체의 영향으로 또는 드릴 장치의 드릴 헤드가 지면에 대해 눌려질 때 거기에 가해지는 힘의 영향으로 인해 슬라이드 홈에서 움직일 수 있게 배열되는, 전술한 모든 해결책에 대해 공통적이다. 드릴 헤드를 축소시키기 위한 해당 비트 피스의 복귀 거동은, 예컨대 드릴 헤드가 케이싱부 내에서 위쪽으로 올려질 때 스프링력 또는 중력에 의해 수행된다. 해당 해결책의 형식에 따라, 실제적으로, 예컨대, 천공된 구멍에서 위쪽으로 케이싱부를 올리는 것은 불가능하며, 특정 경우에 필요하다.

전술한 타입의 드릴 헤드의 문제점은 매우 강한 원추형 드릴 면이며, 이는 비트의 마모가 불규칙하게 나타나는 이유이며, 이로써 드릴 비트의 일부분이 조기에 마모된다. 다른 한편 문제의 구현 유형에 대한 실질적인 추가적인 어려운 문제는, 거기에 활용된 해결책에 의해서 드릴 헤드의 축소 위치로의 비트 피스의 복귀가 실질적으로 불확실하고, 모든 환경에서 가능하지 않다는 사실이며, 드릴 헤드가 파손되지 않고는 천공된 구멍으로부터 필연적으로 제거될 수 없는 이유이다. 게다가, 문제의 드릴 장치의 형식은 "끼어버리는 상태"가 될 수 있으며, 이는 드릴 비트를 해제하기 위해 반복적인 사용이 필요하며, 편심 드릴의 사용에 대해 상기 설명했던 동일한 문제를 야기한다. 문제의 구현 형식에 따른 상기와 같은 이유로 인해, 충분히 신뢰할만하고 오래 지속되는 방식으로 문제의 천공을 수행하지 못 할 수 있다.

본 발명에 따른 드릴 장치는 전술한 문제점들을 결정적으로 개선하려는 것이 목표이며, 이를 통해 종래 기술 수준을 실질적으로 향상시키는 것이다.

이러한 목표를 달성하기 위해, 본 발명에 따른 드릴 장치는 주로 제2 드릴 비트 구성부의 비트 피스가 가이드를 통해 제2 드릴 비트 구성부의 확장/축소를 위해 배열되며, 드릴 방향의 한쪽 방향으로 가이드를 회전시킴으로써 슬라이드 홈에서 반경 방향 바깥쪽으로 배열의 드릴 비트를 이동시켜 제2 드릴 비트 구성부를 확장하기 위해, 그리고 상기 가이드를 반대 방향으로 회전시킴으로써 슬라이드 홈의 반경 방향의 안쪽으로 비트 피스를 이동시켜 제2 드릴 비트 구성부를 축소시키기 위해, 상기 제2 드릴 비트 구성부의 비트 피스가 드릴 수단의 드릴 면에서 반경 방향으로 넓게 개방되어 통과하는 슬라이드 홈에서 움직일 수 있는 것을 특징으로 한다.

드릴 장치의 가장 중요한 장점으로서, 단순함과 그 기능과 구조의 작동 안정성을 말할 수 있다. 천공 시와 그에 대한 모든 작동 시에 대한 본 발명을 통해, 가장 먼저 가이드의 회전 운동의 영향으로 인해 그리고 다른 한편으로 비트 피스의 움직임을 제어하는 이동 메커니즘을 통해 달성된 "강제 제어"에 의해, 드릴 수단의 제2 드릴 비트 구성부의 비트 피스가 드릴 면의 반경 방향의 슬라이드 홈에서, 확장된 드릴 위치에서 축소된 위치로 그리고 그 반대로 움직일 수 있게 배치되기 때문에, 드릴 기구의 작동 효율을 최적으로 이용할 수 있다. 전술한 슬라이드 홈은 다른 방향으로의 드릴 피스의 움직임이 전체적으로 차단되는 방식으로, 예컨대 이른바 도브타일(dovetile) 또는 티-홈(t-groove) 형상을 통해, 더욱더 바람직하게 수행된다.

그뿐만 아니라, 드릴 유닛의 바깥쪽 면에서 대칭으로 반경 방향에 있는 슬라이드 홈에서 움직이는 바람직하게 여러 개의 비트 피스를 사용할 때, 하나의 단일 드릴 비트에 기초한 해결법의 활용 또는 다른 방식의 비대칭 해결책과 비교할 때 천공으로 인한 충분히 낮은 피로 응력이 그곳으로 지향된다는 사실로 인해, 드릴 장치의 파손 위험이 또한 낮아진다. 이런 경우, 케이싱부 내부의 긴 지지 면을 통한 당 해결책에서 요구되는 방식의 드릴 장치의 후방 부를 지지하는 것이 전혀 필요하지 않게 되며, 이 경우 또한 드릴 장치의 후방 부와 케이싱부의 내부 면 사이의 슬라이드 면 구조는 가능한 짧게 만들어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 드릴 장치의 전체적인 비용 효과는 또한 드릴 장치의 후방 부의 구조가 상응하는 본 해결책보다 명확하게 더 가볍게 수행될 수 있다는 사실에 기초한다. 가장 중요한 것은, 본 발명에 따른 드릴 장치가 또한, 위로부터 하나의 단일 피스로서 움직일 수 있는 부분과 함께 전체적으로 케이싱부 내부로부터 드릴 장치의 제거를 가능하게 한다는 사실이며, 이런 경우, 천공되어 있는 구멍에 케이싱부 또는 코어 파이프에 더해 어떤 여분을 남길 필요가 없다. 상기는 자연스럽게 놀라운 비용 절감 효과를 불러온다.

본 발명에 따른 드릴 장치의 바람직한 실시예는 이에 대한 종속 청구항에 명시되어 있다.

다음의 설명에서 본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명된다.
도 1a 및 1b에는, 굴착 자세로 있는 본 발명에 따른 바람직한 드릴 장치가 종단면과 아래에서 본 도면으로 도시되어 있다,
도 2a 및 2b에는, 본 발명에 따른 도 1a, 1b의 드릴 장치의 보조 프레임과 드릴 비트에 대한 사시도가 도시되어 있다,
도 3a 및 3b는, 굴착 자세로 있는 본 발명에 따른 드릴 장치의 다른 바람직한 실시예를 종단면과 아래에서 본 도면으로 도시되어 있다,
도 4a 및 4b는 도 3a 및 3b에 도시된 드릴 장치에 포함되는, 반대방향으로 도시된 중간 프레임에 대한 사시도이며,
도 5a 및 5b는 도 3a 및 3b에 따른 드릴 장치에 포함되는 가이드의 말단면과 드릴 비트의 바람직한 실시예에 대한 사시도를 나타낸다.

본 발명은 드릴 장치(1)와 케이싱부(2), 및 이와 더불어 필요시 헤머링 장치(hammering device)를 이용하여 구멍을 굴착하기 위한 다운-더-홀 드릴 기구(down-the-hole drilling apparatus)에 사용되기 위한 드릴 장치에 대한 것이다. 드릴 장치(1)는 드릴 헤드(I)(drilling head) 내에 그 가이드(4)와, 드릴 수단(5), 이와 더불어 바람직하게 발생된 드릴 폐수 유동 방출을 위한 세척 유동 수단을 구비한다. 드릴 수단(5)은 제1 드릴 비트 구성부(5a)와 상기 배열에 대해 움직일 수 있는 제2 드릴 비트 구성부(5b)를 포함하며, 드릴 비트 구성부는 통합된 드릴부, 독립된 드릴 피스, 비트 등과 같은, 드릴 오르간(10, drilling organs)을 구비한다. 제2 드릴 비트 구성부는 한편으로 케이싱부(2, casing part)의 말단(I')의 자유 단면 구역보다 더 큰 구멍을 굴착하기 위해 확장되도록 배열되며, 다른 한편으로는 굴착되어 있는 구멍으로부터의 드릴 장치 제거를 가능하게 하기 위해 그리고 케이싱부를 통하여 위쪽으로부터 드릴 장치를 제거함으로써 굴착된 구멍에 케이싱부를 남겨놓기 위해 케이싱부의 말단(I')의 자유 단면 구역보다 더 작은 크기로 줄여지도록 배열된다. 제2 드릴 비트 구성부(5b)는 드릴 수단의 드릴 면(P)에서 반경 방향(r)으로 움직일 수 있는 하나 또는 두 개의 비트 피스로 배열되며, 드릴 장치의 종방향(s)에서 볼 때 드릴 오르간(10; 10")이 그 전방 면에 배열된다.

슬라이드 홈(U)의 폭보다 본래 더 길고 제2 드릴 비트 구성부(5b)에 포함되는 바람직하게 본질적으로 기다란 비트 피스(5b1)는, 가이드(4)를 통해 제2 드릴 비트 구성부(5b)의 확장/축소를 위해 배열되며, 드릴 방향에서 한쪽 방향(w)으로 가이드(4)를 회전시킴으로써 슬라이드 홈(U)에서 바깥쪽 반경 방향(r)으로 상기 비트 피스(5b1)를 이동시켜 제2 드릴 비트 구성부(5b)를 확장시키고, 상기와 반대 방향으로 가이드(4)를 회전시킴으로써 슬라이드 홈(U) 안쪽 반경 방향으로 비드 피스(5b1)를 이동시킴으로써 제2 드릴 비트 구성부(5b)를 축소시키기 위해 드릴 수단(5)의 드릴 면(P)에서 반경 방향(r)으로 넓게 개방되어 지나가는 슬라이드 홈(U)에서 움직일 수 있다.

특히 도 1a, 1b를 참고하여 본 발명에 따른 드릴 장치의 바람직한 실시예로서, 제1 드릴 비트 구성부(5a)는 가이드(4)와 연결되는 고정된 방식으로 배열되며, 또 다른 바람직한 실시예로서, 가이드(4)에 내장된 방식으로 배치되어 있는, 제1 드릴 비트 구성부(5a)의 드릴 오르간(10')은 드릴 면(P1)으로 작동하는 가이드(4)의 바깥쪽 말단부에 배열된다.

상기 드릴 장치의 또 다른 바람직한 실시예로서, 제2 드릴 비트 구성부(5b)의 비트 피스(5b1)의 슬라이드 홈(U)은 도 2a에 따른 보조 프레임(R1)에 배열되며, 보조 프레임(R1)은 예컨대 핀/가이드 홈 구조(T1/O1) 등에 의해, 가로 평면(x)에서 제한된 방식으로 회전하도록 그 자체가 도 1a에 나타난 원리로 가이드(4)와 결합된다.

더욱이, 도 1a, 1b에 따른 드릴 장치의 바람직한 실시예로서, 드릴 장치의 종방향(s)과 기본적으로 수직인 가로 평면(x)에서 반경 방향(r)으로 움직이는, 제2 드릴 비트 구성부의 비트 피스(5b; 5b1)의 이동 메커니즘은, 케이싱부(2)로부터 가이드를 종방향(s)으로 밀어내기 위해 또는 케이싱부(2) 내측으로 마찬가지로 당기기 위해 가이드(4)의 회전 방향을 따라 안내되며, 반경 방향(r)으로의 비트 피스의 움직임은, 비트 피스 그리고 케이싱부(2)와 가이드(4)의 말단부 모두와 관련되어 있는 가이드 면 형상(y')에 의해 인도된다.

예를 들어 도 1a에 따른 실시예에서, 전술한 가이드 면 형상(y')은 가이드(4)의 외측 가장자리와 이와 더불어, 예컨대 도 2b에 따라, 비트 피스(5b1)의 양측 말단부의 경사진 가이드 면에 엣지 가스켓(edge gasket)을 포함하며, 상기 가스켓은 하기에 설명된 것처럼 가이드(4)가 케이싱부(2) 내에서 종방향(s)으로 움직일 때, 케이싱부(2)의 말단부에 있는 케이싱 슈(8, casing shoe)의 내부 가이드 면에 대해 미끄러진다.

도 1a, 1b에 따른 실시예는, 더욱 바람직하게 가이드(4)의 말단부의 비트(10')가 제2 드릴 비트 구성부(5)의 비트(10")보다 종방향(s)으로 어느 정도 더 깊게 배치되는 방식으로 수행되며, 이는 전체적으로 동일한 평면에 비트를 배치하는 것보다 어떤 경우에는 굴착 중 실질적으로 더욱 유리하게 작동하는 것으로 확인된다. 도 1a 및 2b에 따라, 비트 피스(5b1)의 맞은편 말단에서 비트(10")는 바람직하게 경사진 면에 배치되므로 비트 피스의 "리밍 말단부(reaming end)"에서의 비트는 케이싱부(8)의 말단부에서 케이싱 슈(8)의 바깥 지름에 대해 충분한 간격(t)을 가지고 도 1에 따라 굴착되어 있는 굴착공을 확공하기 위해 배열된다.

본 발명에 다른 드릴 장치의 또 다른 바람직한 실시예로서, 가이드가 드릴 회전 방향(w)에 대해 반대 방향으로 회전될 때, 종방향(s)으로의 가이드(4)의 이동(z)은 핀/가이드 홈 구조(T1/O1)에 의해 가이드(4)와 보조 프레임(R1) 사이에서 수행된 나사 결합에 의해 안내되며, 이와 같은 경우, 보조 프레임은 하나 이상의 나사 홈을 가지며 가이드(4)는 하나 이상의 드로우 핀(draw pins)을 각각 갖는다. 서로의 위에 가이드(4)와 보조 프레임(R1)을 설치한 후 보조 프레임(R1)의 구멍(H)으로 설치되기 위해 바람직하게 드로우 핀을 사용함으로써 수행되는, 문제의 나사 결합은 또한 보조 프레임(R1)으로 가이드(4)의 회전 운동을 전달하는 동력 전달 배열로서 실제 굴착 상황에서 작동한다.

특히 도 3a, 3b에 나타난 바람직한 실시예와 관련하여 전술한 것에 대한 대안 실시예로서, 제1 드릴 비트 구성부(5a)는, 예컨대 핀/가이드 홈 구조(T2/O2) 또는 그 자체가 도 3a, 4b에 나타난 것에 의해, 가로 평면(x)에서 제한된 회전 운동으로 움직일 수 있도록 가이드(4)에 결합된, 중간 프레임(R2)에 배열된다. 전술된 것은 도 4b에 잘 나타나 있으며, 상기 도면에는 중간 프레임(R2)이 뒤로부터 도시되어 있고, 도면에 따라서, 중간 프레임(R2)의 구멍(H)에는 가이드(4)의 기다란 가이드 홈(O2)에서 움직이는 핀(T2)가 끼워져 있다.

상기 실시예에서, 도 3b에 도시된 것처럼, 드릴 장치의 종방향(s)에 기본적으로 수직한 가로 평면(x)에서 움직일 수 있는 제2 드릴 비트 구성부의 비트 피스(5b; 5b1)는, 제1 드릴 비트 구성부(5a)의 드릴 오르간(10')을 포함하는 중간 프레임(R2)의, 예컨대 도브타일 또는 T-홈으로 일컫는, 슬라이드 홈(U)과 또한 바람직하게 결합되며, 상기 홈이 또한 (s) 축방향으로 비트 피스를 수용한다(또한 당연히 도 1a, 1b에 따른 실시예의 비트 피스에 적용되는 방식으로).

도 3a, 3b에 따른 드릴 장치의 또 다른 바람직한 실시예로서, 반경 방향(r)으로의 제2 드릴 비트 구성부의 드릴 비트(5b; 5b1)의 이동은 가이드(4)와 비트 피스(5b1) 사이의 이동 메커니즘으로 배열된다.

문제의 이동 메커니즘은 가이드(4)의 말단 면(4a)과 비트 피스(5b1)의 후방 면 사이의 상호 핀/가이드 홈 구조(T3/O3)로 또는 상응하는 방식으로 배열되며, 특히 도 5a, 5b를 참고하여, 이동 메커니즘은 이런 경우 가이드(4)의 말단 면에서 가이드 홈(O3)에 의해 수행되었으며, 비트 피스의 핀(T3)과 협력되는 슬라이드 홈(U)의 반경 방향으로 가이드(4)의 회전 방향을 따라서 비트 피스(5b1)의 움직임을 전달한다. 가이드의 말단 면(4a)에서, 또한, 비트 피스의 말단 면에 의해 안내된 가이드의 외측 면에서 반경 방향으로 그리고 중간 프레임(R2)의 슬라이드 홈(U)을 통하여 드릴 장치의 드릴 면(P)으로 중심으로 가져오는, 세척 유동 매체의 안내를 위한 유동로(6)가 형성되어 있다.

본 발명이 전술된 상기 실시예에 한정되지 않는다는 것은 명백하지만, 그 대신 기본 아이디어 내에서 충분히 수정될 수 있다. 따라서, 예컨대 드릴 장치의 드릴면에 도면에 도시된 것보다 더 많은 프레임 부를 사용하는 것이 가능하며, 또는 예컨대 넓거나 좁은 비트 피스를 사용함으로써 어떤식으로든 "혼합된" 방식으로 도 1a, 1b, 3a, 3b에 도시된 실시예를 활용하는 것이 가능하다. 이에 대응하여 케이싱부의 말단부와 관련하여 독립된 케이싱 슈를 사용하는 것이 필연적으로 필요 없게 되며, 그러나 대신 상응하는 배열은 예컨대 케이싱부의 말단부의 외측 및/또는 내측 면에 혼합된 배열로 형성될 수 있다. 도면에 도시된 원리에 따른 세척 유동을 안내하는 것을 통해 드릴부 사이에 개방되어 있을 공간으로 세척 유동 매체의 효과적인 유동을 달성하기 위해 노력하고 있으므로, 물질은 그 안에 수집되지 않을 수 있다. 이러한 영향은 전술한 것보다 더욱 풍부한 세척 유동 통로 시스템을 이용하여 또는 이른바 역류하여 작동되도록 세척 유동 통로 시스템을 수행함으로써 더욱 효율적이 될 수 있다. 본 발명에 따른 드릴 장치에서, 관례적으로 사용된 물질을 사용하여 가장 이질적인 제조 기술을 활용하여 제작된 부품을 활용할 수 있다.

Claims

드릴 장치(1)와 케이싱부(2)를 이용하여 구멍을 굴착하기 위한 다운-더-홀 드릴 기구(down-the-hole drilling apparatus)에 사용되는 드릴 장치로서,
상기 드릴 장치(1)는 드릴 헤드(I)에 헤드의 가이드(4) 및 드릴 수단(5)을 구비하며,
상기 드릴 수단(5)은 제1 드릴 비트 구성부(5a)와 이에 대해 움직일 수 있는 제2 드릴 비트 구성부(5b)를 구비하고,
상기 제1 드릴 비트 구성부(5a) 및 상기 제2 드릴 비트 구성부(5b)는 통합된 드릴부(drilling part), 독립된 드릴 피스(drilling pieces), 비트(bit) 등과 같은, 드릴 오르간(10, drilling organs)을 포함하며,
상기 제2 드릴 비트 구성부(5b)는, 한편으로 상기 케이싱부(2)의 말단부(I')의 자유 단면 구역보다 더 큰(t) 구멍을 굴착하기 위해 확장되도록 배열되며, 다른 한편으로는 굴착되어 있는 구멍으로부터 드릴 장치를 제거할 수 있도록 그리고 상기 케이싱부(2)를 통과하여 위로부터 드릴 장치(1)를 제거함으로써 굴착된 구멍에 케이싱부(2)를 남겨두도록 상기 케이싱부(2) 말단부(I')의 자유 단면 구역보다 더 작은 크기로 축소되도록 배열되며,
상기 제2 드릴 비트 구성부(5b)는 상기 드릴 수단의 드릴 면(P)에서 반경 방향(r)으로 움직일 수 있는 두 개 이상의 비트 피스로 구성되며, 상기 드릴 오르간(10; 10")이 상기 드릴 장치의 종방향(s)에서 볼 때 그 앞쪽 면에 배열되는, 드릴 장치(1)에 있어서,
상기 제2 드릴 비트 구성부(5b)의 비트 피스(5b1)는 상기 가이드(4)를 이용하여 상기 제2 드릴 비트 구성부(5b)를 확장/축소하기 위해 배열되며, 드릴 방향에서 한쪽 방향(w)으로 상기 가이드(4)를 회전시킴으로써 슬라이드 홈(U)에서 바깥쪽 반경 방향(r)으로 비트 피스(5b1)의 이동을 통해 제2 드릴 비트 구성부(5b)를 확장시키기 위해, 그리고 상기 한쪽 방향(w)의 반대 방향으로 상기 가이드(4)를 회전시킴으로써 상기 슬라이드 홈(U)에서 안쪽 반경 방향으로 비트 피스(5b1)를 이동시킴으로써 제2 드릴 비트 구성부(5b)를 축소시키기 위해 상기 드릴 수단(5)의 드릴 면(P)에서 반경 방향(r)으로 개방되어 지나가는 슬라이드 홈(U)에서 이동할 수 있으며,
상기 제2 드릴 비트 구성부(5b)의 비트 피스(5b1)의 슬라이드 홈(U)은 보조 프레임(R1)에 형성되되, 상기 제1 드릴 비트 구성부(5a)는 가이드(4)와 연결된 고정된 방식으로 형성되거나, 상기 슬라이드 홈(U)은 중간 프레임(R2)에 형성되되, 상기 제1 드릴 비트 구성부(5a)는, 가로 평면(x)에서 제한된 방식으로 회전할 수 있게 가이드(4)에 결합되어 있는 상기 보조 프레임(R1) 또는 상기 중간 프레임(R2)에 연결되는 것을 특징으로 하는 드릴 장치.
제1항에 있어서, 상기 가이드(4)에 내장 방식으로 형성된, 상기 제1 드릴 비트 구성부(5a)의 드릴 오르간(10')은 가이드(4)의 바깥쪽 말단에 드릴 면(P1)으로서 작동하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보조 프레임(R1)은 핀/가이드 홈 구조(T1/O1)에 의해 회전하도록 배열된 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 드릴 장치의 종방향(s)과 기본적으로 수직한 가로 평면(x)에서 반경 방향(r)으로 움직이는 상기 제2 드릴 비트 구성부의 비트 피스(5b; 5b1)의 이동 메커니즘(movement mechanism)은, 상기 케이싱부(2)로부터 상기 가이드(4)를 종방향(s)으로 밀어내도록 또는 케이싱부(2)의 안쪽으로 상기 가이드(4)를 당기도록, 상기 가이드(4)의 회전 방향에 따라 인도되며, 반경 방향(r)으로의 비트 피스의 이동은 비트 피스 그리고 케이싱부(2)와 가이드(4)의 말단부 모두와 연관되어 있는 가이드 면 형상(y')에 의해 인도되는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드(4)가 드릴 회전 방향(w)에 대해 반대 방향으로 회전될 때, 종방향(s)으로의 가이드(4)의 이동(z)은, 예컨대 보조 프레임의 하나 이상의 나사 홈과 가이드(4)의 하나 이상의 드로우 핀(draw pins)에 의한, 상기 가이드(4)와 보조 프레임(R1) 사이의 핀/가이드 홈 구조(T1/O1)에 의해 수행된 나사 결합에 의해 인도되는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
제1항에 있어서, 상기 중간 프레임(R2)은 핀/가이드 홈 구조(T2/O2)에 의해 회전하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
제6항에 있어서, 상기 드릴 장치의 종방향(s)과 기본적으로 수직한 가로 평면(x)에서 움직일 수 있는 제2 드릴 비트 구성부의 비트 피스(5b; 5b1)는 상기 제1 드릴 비트 구성부(5a)의 드릴 오르간(10')을 구비한 중간 프레임(R2)의 슬라이드 홈(U)과 결합되는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 반경 방향(r)에서의 상기 제2 드릴 비트 구성부의 드릴 비트(5b; 5b1)의 이동은 상기 가이드(4)와 비트 피스(5b1) 사이의 이동 메커니즘으로 인도되는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
제8항에 있어서, 상기 이동 메커니즘은 상기 가이드(4)의 말단 면(4a)과 비트 피스(5b1)의 후방 면 사이의 상호간 핀/가이드 홈 구조(T3/O3)에 의해 또는 상응하는 방식으로 인도되는 것을 특징으로 하는, 드릴 장치.
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