KR20000053166A - 자하중 천공 장비의 드릴 비트에 케이싱을 부착하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드릴 비트 본체와, 이 본체에 충격을 가하는 타격 부재와, 상기 본체에 부착되는 케이싱을 포함하는 자하중 천공 장치에 관한 것이다. 케이싱은 반원통형 절반부를 포함하는 케이싱슈에 의해 드릴 비트 본체에 연결되며, 반원통형 절반부는 절반부들에 용접되는 원형 링에 의해 서로 함께 유지된다. 케이싱슈와 드릴 비트 본체는 방사상으로 중첩하는 벽에 의해 상호 연결되어 있어서 천공 작업 중에 드릴 비트 본체가 케이싱을 당기게 된다.

Description

자하중 천공 장비의 드릴 비트에 케이싱을 부착하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ATTACHING A CASING TO A DRILL BIT IN OVERBURDEN DRILLING EQUIPMENT}

자하중 천공 장비는 예를 들어 미국 특허 제5,255,960호에 이미 개시되어 있다. 케이싱과 암석 드릴 비트가 상대 회전할 수 있게 축방향으로 연결되어 드릴 비트가 지중에서 전진할 때 드릴 비트가 케이싱을 당기도록 자하중 천공 장비를 구성하는 것이 바람직함을 알게 되었다. 이와 같은 상대 회전의 해결책은, 케이싱 또는 케이싱의 전방에 부착되는 케이싱슈가 드릴 비트에 축방향으로 중첩되는 "랩 조인트"인 것으로 상기한 특허에 설명되어 있다. 케이싱의 내부에 용접되는 스플릿 칼라는 드릴 비트 내에 형성된 원주방향 홈으로 돌출되어 드릴 비트가 케이싱을 당길 수 있게 한다. 이와 같은 용접이 파손되어 케이싱의 축방향 전진이 종종 중단되는 것으로 알려져 있다. 더욱이, 케이싱 내부에는 용접을 수행하기 위한 접근 공간이 제한적이다.

본 발명은 자하중 천공 장비 및 케이싱슈(casing shoe)에 관한 것으로, 자하중 천공 장비는 목표 구멍 내 낙하 해머(down-the-hole hammer) 등의 타격 유닛에 연결되기 위한 연결부를 후방 단부에서 가지며 드릴 비트의 회전축을 형성하는 드릴 비트 본체와, 홈과 칼라(collar)를 랩 조인트(lap-joint)로 상호 결합시킴으로써 드릴 비트 본체에 연결되는 케이싱 부착용 케이싱슈를 포함한다.

본 발명의 목적 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 다음의 바람직한 실시예에 관한 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

도1A는 본 발명에 따른 자하중 천공 장비의 분해도이다.

도1B는 자하중 천공 장비의 좌측 절반은 측면도로, 우측 절반은 종단면도로 도시한 도면이다.

도1C는 도1B에 도시된 자하중 천공 장비의 링 비트와 케이싱슈 사이의 조인트의 확대도이다.

도2A는 케이싱슈의 일 절반부의 측면도이다.

도2B는 조립된 2편 케이싱슈의 정면도이다.

도3은 일편 링의 평면도이다.

도4는 도3의 선 4-4를 따라 취한 일편 링의 단면도이다.

도5는 본 발명에 따른 다른 자하중 천공 장비의 링 비트와 케이싱슈 사이의 조인트를 도시한 도1C와 유사한 확대도이다.

본 발명의 목적은 전술한 단점을 회피하는, 자하중 천공 장비와, 케이싱 칼라 자체와, 케이싱 칼라를 부착하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적들은 드릴 비트 본체와 케이싱슈를 포함하는 자하중 천공 장비에 의해 달성된다. 종방향 회전축을 형성하는 드릴 비트 본체는 본체의 종방향 전방 단부에 있는 절삭면과, 본체의 종방향 후방 단부에 있어 타격 유닛에 연결되도록 된 연결부를 포함한다. 케이싱슈는 일반적으로 원통형이고 케이싱에 부착되도록 되어 있다. 드릴 비트 본체는 방사상 외측으로 연장되어 종방향으로 전방을 향하는 제1 벽을 포함한다. 케이싱슈는 방사상 내측으로 연장되어 종방향으로 후방을 향하고, 결합되는 제1 벽과 향하고, 천공 작업 중에 종방향으로 전진하는 제2 벽을 포함한다. 케이싱슈는 2개의 대체로 동일한 반원통형 절반부와, 절반부들을 서로 보유하기 위해 절반부 둘레에서 동축 방향으로 연장되는 대체로 원형의 무한 링을 포함한다.

양호하게는, 링은, 링의 각각의 전방 및 후방 측면에 배치되는 전방 및 후방 용접부에 의해 절반부에 용접된다.

링은 양호하게는 각 절반부의 전방 단부에 형성된 원주방향 리세스 내에 형성되고, 이 리세스들은 원주방향으로 서로 정렬되어 있다.

본 발명은 또한 케이싱슈 자체와, 드릴 비트 본체 상에 케이싱 슈를 장착하는 방법에 관한 것이다.

도1A 내지 도1C에는 본 발명에 따른 자하중 천공 장비의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 장비(10)는 목표 구멍 내 낙하 해머(11)와, 파일럿 드릴 비트(12)와, 링 드릴 비트(13)와, 케이싱슈(14)와, 케이싱(15)을 포함한다. 파일럿 드릴 비트(12)와 링 드릴 비트(13)는 함께 드릴 비트 본체를 형성한다.

해머(11)는 양호하게는 공압식이며 파일럿 드릴 비트(12)에 대하여 축방향 충격을 생성한다. 파일럿 드릴 비트에는 초경합금 삽입체(18)가 구비되며, 나사부, 스플라인 또는 돌기(16)를 통해 링 비트(13)에 연결된다. 링 비트에는 초경하금 삽입체(19)가 구비되며 회전축(CL)을 중심으로 한 링 비트(13)와 케이싱슈(14) 사이의 상대 회전 운동을 허용하는 방식으로 케이싱슈(14)에 연결된다. 케이싱슈는 양호하게는 용접에 의해 케이싱(15)에 단단히 연결된다.

이상 설명한 바와 같이, 장비는 종래 기술과 유사하며, 이러한 유형의 장비의 일반적인 사상은 장비에 의해 구멍을 천공하고, 해머와 파일럿 비트를 구멍으로부터 후퇴시키기 전에 파일럿 비트를 링 비트로부터 분리시킴으로써 구멍 내에 링 비트와, 케이싱슈와, 케이싱을 남겨두는 것이다. 케이싱 주변의 지면이 장비의 후퇴 후에도 안정적으로 남아있는 성질을 갖는 경우에는 장비 전체를 후퇴시킬 수도 있다.

이하 도1C를 참조하면, 도1B의 조인트(17)가 확대 단면도로 도시되어 있다. 링 비트(13)는 각각 종방향으로 전방 및 후방을 향하고 대체로 회전축(CL)에 수직으로 연장되며 축방향으로 이격된 벽(21, 22)을 구비하는 원주방향으로 연장되는 외부 칼라(20)를 축방향 내부 단부에서 포함한다. 벽(21)은 종방향으로 후방을 향하는 벽(24A)과 협동하여, 바닥(24B)을 갖는 원주방향 홈(23A)을 링 비트에 형성한다. 원주 방향으로 연장되는 내부 홈(23)은 칼라(10)를 수납하는 케이싱슈(14) 내에 마련된다. 홈(23)은 각각 종방향으로 후방 및 전방을 향하고 대체로 회전축(CL)에 수직으로 연장되며 축방향으로 이격된 벽(24, 25)에 의해 구획된다. 홈의 축방향 길이는 칼라의 축방향 길이보다 길어서, 링 비트에 대한 케이싱의 축방향 이동을 어느 정도 허용한다. 그러나, 이들 길이는 케이싱슈의 자유단 또는 외부 단부(40)가 링 비트 상에 충격을 가하지 않도록 선택된다.

케이싱슈(14)는 2개의 대체로 동일한 거울 대칭의 반원통형 절반부(14A, 14B)들을 포함한다(도2A와 도2B 참조). 각 절반부의 전방부(38) 내에는, 제1 또는 전방 경사부(27)와, 랜드(28)와, 제2 또는 후방 경사부(29)를 포함하는 원주방향 리세스(26)가 구비된다. 랜드(28)는 회전축(CL)과 대체로 평행하며, 둔각을 이루는 외부 코너 상에서 제1 경사부(27)에 연결된다. 랜드(28)는 둔각을 이루는 내부 코너 상에서 제2 경사부(29)에 연결된다. 제1 경사부(27)와 제2 경사부(29)는 대체로 평행하다. 절반부의 종방향 모서리(30)들은, 함께 용접을 수용하는 각도(β)를 형성하도록 종방향으로 연장되는 경사부의 형상으로 형성됨으로써 용접을 위해 마련된다.

링(31)은 2개의 절반부를 용접에 대비하여 위치시키도록 마련된다(도3과 도4 참조). 링(31)은 대체로 마름모 단면을 가지며, 반경 방향으로 이격된 평행한 평면의 내부면(32) 및 외부면(33)과, 회전축(CL)에 대하여 비스듬하게 각각 연장되는 2개의 축방향으로 이격된 표면(34, 35)을 포함한다. 각 경사면(34, 35)은 회전축(CL)에 대해 수직으로 연장되는 선(P)과 예각(α)을 형성한다. 예각(α)은 양호하게는 약 30 °이다.

케이싱슈(14)는 다음의 방식으로 링 비트(13)에 장착된다. 링(31)의 최소 직경은 링 비트(13)의 칼라(20)의 최대 직경보다 크다. 이는 링이 도1C에 점선으로 도면 부호 31A로 도시된 바와 같이 링 비트의 홈(23)의 바닥(23A) 둘레에 위치될 수 있음을 의미한다. 이것이 수행된 후에, 케이싱슈(14)의 절반부(14A, 14B)는 링 비트 둘레에 위치되어 케이싱슈의 홈(23)이 링 비트의 칼라(20)를 수용한다. 절반부들이 링 비트 둘레에 보유되는 동안, 링(31)은 원주방향으로 정렬된 리세스(26) 상에서 축방향으로 미끄럼 삽입되어 절반부들이 서로에 대해 그리고 링 비트에 대해 위치된다. 이렇게 되면, 링의 경사면(34, 35)과 케이싱슈의 제1 및 제2 경사부(27, 29)에 의해 각각 형성된 전방 및 후방의 V자형 리세스는 용접에 적합하게 된다. 우선, 형성된 리세스 내에 용접 재료를 충전하고, 축방향 전방 용접부(36)와 축방향 후방 용접부(37)를 형성함으로써 용접이 수행된다. 그런 다음, 경사부(30)들에 의해 형성되어 종방향으로 연장되는 조인트가 함께 용접된다. 이와는 다르게, 종방향으로 연장되는 경사부(30)가 먼저 용접될 수도 있다.

이와 같이 자하중 천공 장비의 케이싱슈가 내구적인 용접에 의해 제조될 수 있으므로, 케이싱의 축방향 전진이 상당 기간 동안 유지될 수 있게 된다. 더욱이, 용접을 수행하기 위한 넓은 접근 공간이 생기는데, 이는 장비를 보다 용이하게 제조할 수 있게 한다.

다음은 도5를 참조하면, 본 발명에 따른 자하중 천공 장비의 다른 실시예가 도1B와 유사한 도면으로 도시되어 있다. 링 비트(13')의 주연부에는 회전축(CL)에 대체로 수직으로 연장되고 축방향으로 이격된 벽(21', 22')을 포함하며 원주방향으로 연장되는 내부 홈(23')이 구비된다. 원주방향으로 연장되는 해당 외부 칼라(20')가 케이싱슈(14') 상에 마련된다. 칼라(20')는 축방향으로 이격된 벽(24', 25')에 의해 구획된다. 홈(23')의 축방향 길이는 칼라(20')의 축방향 길이보다 길어서 링 비트에 대한 케이싱의 축방향 운동을 어느 정도 허용한다. 그러나, 축방향 길이는, 케이싱슈의 축방향 전방 용접부(36')가 링 비트 상에 충격을 가할 수 있도록 선택된다. 충격면(25')을 형성하는 용접부(36')는 이러한 충격 하에서 내구적인 재료로 형성될 수 있다.

자하중 장비의 작동시, 타격 장치에 의해 충격이 가해지는 동안에 드릴 비트 본체는 회전되어 구멍을 천공한다. 비트 본체가 전진할 때, 링 비트의 벽(24)은 케이싱슈의 벽(21)과 결합하여 케이싱을 당긴다. 삽입체(18)를 냉각 및 세척하기 위해 유체가 내부 통로(50, 52)를 통해 비트 본체의 전방으로 안내된다. 상기 유체는, 절삭칩을 동반하여 케이싱슈의 방사상 내측에 배치된 복귀 채널(54)을 통해 구멍으로부터 배출되고, 그런 다음 케이싱(15) 내에서 이동한다.

본 발명은 첨부된 청구 범위의 범주 내에서 자유롭게 변형될 수 있다. 본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 당해 분야의 기술자라면 첨부된 청구 범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 구체적으로 설명되지 않은 추가, 생략, 변경, 대체를 수행할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (14)

1. 구멍을 천공하기 위한 자하중 천공 장치에 있어서,

   종방향 회전축을 형성하고, 본체의 종방향 전방 단부에 있는 절삭면과, 종방향 후방 단부에 있어 타격 유닛과 연결되도록 된 연결부를 포함하는 드릴 비트 본체와,

   케이싱에 부착되도록 된 원통형 케이싱슈를 포함하고,

   상기 드릴 비트 본체는 방사상 외측으로 연장되어 종방향으로 전방을 향하는 제1 벽을 포함하고,

   상기 케이싱슈는 방사상 내측으로 연장되어 종방향으로 후방을 향하고, 결합되는 제1 벽을 향하며, 천공 작업 중에 종방향으로 전진하는 제2 벽을 포함하고,

   상기 케이싱슈는 2개의 동일한 반원통형 절반부와, 절반부들을 서로 보유하기 위해 절반부 주위에서 동축 방향으로 연장되는 무한 원형 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 자하중 천공 장치.
2. 제1항에 있어서, 연결부에 연결되는 타격 유닛과, 케이싱슈의 후방 단부에 부착되고 타격 유닛을 에워싸는 케이싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자하중 천공 장치.
3. 제1항에 있어서, 링은 링의 각각의 전방 및 후방 측면에 배치된 전방 및 후방 용접부에 의해 절반부에 용접되는 것을 특징으로 하는 자하중 천공 장치.
4. 제3항에 있어서, 링은 각 절반부의 전방 단부에 형성된 원주방향 리세스 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 자하중 천공 장치.
5. 제4항에 있어서, 리세스 각각은 종방향으로 이격된 전방 및 후방 경사부를 포함하고, 전방 경사부는 후방 경사부에 대하여 방사상 내측에 위치하고, 링은 외부면이 전방 경사부와 함께 전방 V자형 리세스를 형성하고 내부면이 후방 경사부와 함께 후방 V자형 리세스를 형성하도록, 서로 평행하게 회전축에 대해 비스듬하게 경사져서 종방향으로 이격된 외부면과 내부면을 포함하고, 전방 및 후방 용접부는 전방 및 후방 V자형 리세스 내에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 자하중 천공 장치.
6. 제1항에 있어서, 제2 벽은 케이싱슈와 일체형 일편 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자하중 천공 장치.
7. 제6항에 있어서, 제1 벽은 본체 내에 형성된 원주방향 제1 홈의 후방 벽을 구성하는 것을 특징으로 하는 자하중 천공 장치.
8. 제7항에 있어서, 제2 벽은 케이싱슈 내에 형성된 원주방향 제2 홈의 전방 벽을 구성하는 것을 특징으로 하는 자하중 천공 장치.
9. 제1항에 있어서, 드릴 비트 본체는 파일럿 드릴 비트와, 이 파일럿 드릴 비트의 외주연부 상에 장착되는 링 비트를 포함하고, 제1 벽은 링 비트와 일체형 일편 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자하중 천공 장치.
10. 원통형 케이싱을 드릴 비트 본체에 연결시키도록 된 케이싱슈에 있어서,

    종축을 형성하는 실린더를 형성하도록 서로 결합되는 2개의 동일한 반원통형 절반부 - 각각의 절반부는 절반부들이 상호 결합되었을 때 원주방향으로 정렬되는 원주방향 리세스를 전방 단부에서 포함하고, 방사상 내측으로 연장되어 종방향으로 후방을 향하는 벽을 후방 단부의 종방향으로 전방에 배치된 지점에서 포함함 - 와,

    상기 절반부들을 서로 보유하기 위해 정렬된 리세스 내에 종방향으로 삽입되어 상기 절반부들에 용접되는 크기를 갖는 무한 원형 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이싱슈.
11. 제10항에 있어서, 각 리세스는 종방향으로 이격된 전방 및 후방 경사부를 포함하고, 전방 경사부는 후방 경사부에 대하여 방사상 내측에 위치하고, 링은 외부면이 전방 경사부와 함께 전방 V자형 리세스를 형성하고 내부면이 후방 경사부와 함께 후방 V자형 리세스를 형성하도록, 평행하게 축에 대해 비스듬하게 경사져서 종방향으로 이격된 외부면과 내부면을 포함하고, 전방 및 후방 V자형 리세스는 개별 용접을 수용하도록 된 것을 특징으로 하는 케이싱슈.
12. 케이싱슈를 드릴 비트 본체 상에 장착하는 방법에 있어서,

    (가) 종방향으로 전방을 향하는 제1 벽을 포함하고 드릴 비트 본체의 외주연부 내에 형성된 원주방향 홈 내에 무한 원형 링을 삽입하는 단계와,

    (나) 2개의 동일한 반원통형 절반부로 구성된 케이싱슈를 종방향으로 후방을 향하는 케이싱슈의 제2 벽이 제1 벽과 대면하도록 절반부들을 서로 결합시킴으로써 드릴 비트 본체 둘레에 설치하는 단계와,

    (다) 링이 절반부의 전방부를 둘러쌀 때까지 링을 종방향 후방으로 이동시키는 단계와,

    (라) 링을 절반부에 용접하는 단계와,

    (마) 종방향 조인트를 따라 절반부들을 함께 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 단계 (다)는 링을 절반부의 전방부 내에 형성된 원주방향 리세스 내에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 단계 (라)는 링의 대향한 축방향 측면들을 따라 리세스 내에 축방향 전방 및 후방 용접부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.