KR20000060816A - 굴착공 확장 해머비트의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 땅속에 매립하는 시추공 관의 내부에 유입된 상태에서 시추공을 굴착하는 굴착공 확장 해머비트의 구조에 관한 것이다.

시추공을 굴착하는 해머비트는 그 용도 및 지질의 조건에 따라 다른 규격 다른 구조상의 해머비트를 사용하게 되는데 그 종류는 크게 두가지로 구분된다.

그 중의 한 종류는 대체적으로 지층의 상태가 양호하거나 깊이 굴착하지 않는 종류의 해머비트로서, 이 종류의 해머비트는 지층을 굴착할 때 별도의 보호관을 사용하지 않고 굴착한다.

그러나 다른 한종류의 해머비트는 대체적으로 지층이 불안정하거나 깊은 구멍을 굴착할 때 사용되는 것으로서, 이 종류의 해머비트는 도 10에 예시된 바와 같이 매립용 스틸관에 보호된 상태에서 굴착을 실시하게 된다.

한편, 전자의 해머비트는 문제가 없으나, 후자의 해머비트는 땅속깊이 들어갈수록 압력이 크게 증가되는 한편 그에 따른 많은 에너지를 필요로 하게 되며, 특히 매립용 스틸관 지름보다 비트의 지름이 클 경우에는 굴착후 해머비트를 꺼낼 수가 없기 때문에 이에 대한 대책들이 연구 개발되고 있다.

그 중에는 해머비트의 중심축으로부터 비트의 중심이 편심되게 구성하여 스틸관 지름보다 굴착공을 넓게 굴착하는 제품과, 굴착 할 때에는 두 개 또는 3개의 활개식 비트가 비트하우징에서 외경보다 넓게 외부로 돌출되어 스틸관 지름보다 넓은 시추공을 굴착한 후 굴착이 끝난 뒤에는 다시 원위치로 돌아가서 스틸관지름 이하로 축소되는 제품이 있다.

이와 같은 제품들은 다같이 매립되는 스틸관의 지름보다 작아야만 굴착후 스틸관에서 꺼낼 수 있도록 하기 위해 개발된 특수성을 가진 제품들이지만, 상기 설명한 종래 제품들은 전자의 경우 비트가 편심 작용을 하는 관계로 완만하게 회전되어, 시추공 작업시간이 많이 소요되는 동시에 비트에 상당한 부하가 걸리면서 비트가 깨지거나 목부분이 절단되는 등의 파손문제가 발생되면서 불가피하게 공사기간이 연장되는 손실과 동시에 1개에 2 - 3천만원씩 하는 고가품 비트의 손실이 초래되었었다.

그래서 본 발명에서는 종래 제품의 문제를 해결하는 동시에 보다 빠른 시추공작업으로 공사기간을 단축하고 특히 고가품인 비트의 파손을 예방할 수 있도록 안출된 것으로서, 이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 별도의 공기압 공급장치와 연결되는 상단의 톱써브(13)와 연결되는 드릴파이프(11) 및 해머드릴(12)의 하단부에 연결되서 땅속에 매립되는 스틸관(10)의 내부 하단부에 결합되서 회전 작동하는 비트하우징(100) 저면에 여러 개가 원방향을 따라 결합되고 또 빠이롯 비트(200)에 의해 지지되어, 비트하우징(100)이 회전할 때 반대방향으로 활개 작동하는 다구동비트(400)를 구성한다.

다구동비트(400)는 도 4 에 예시된 바와 같이 평면상 일면은 동그랗게 반원형으로 형성하는 동시에 그 반대쪽의 지층굴착 마찰면(403)은 한쪽이 깎인 모양으로 약간 만곡지게 형성하여 초경비트(300)를 결합하고 그 윗면의 편심부와 밑면의 편심부 중심에는 상면핀(401)과 저면핀(402)을 형성하여 도 8에 예시한 바와 같이 비트하우징(100) 저면에 빠이롯비트(200)로 보호될 수 있도록 구성한다.

따라서 상기의 다구동비트(400)는 비트하우징(100)과 빠이롯비트(200)사이에 결합된 상태에서 비트하우징(100)과 빠이롯비트(200)가 회전함에 따라 5개의 다구동비트(400)는 지층굴착마찰면(403)이 동시에 지층에 걸리면서 도 8에 예시된 바와 같이, 100。(±10。) 회전하게 되며, 상기 회전된 다구동비트(400)는 더 이상 회전하지 못하도록 비트하우징(100) 저면에 형성한 걸림돌기(115)에 걸려서 회전중인 비트하우징(100)과 빠이롯비트(200)를 따라 회전하면서 스틸관(10) 지름보다 확장된 구멍을 굴착하게 되므로 스틸관(10) 박음질이 용이하게되고, 굴착 종료 후에는 공기압으로 강하게 불어줌과 동시에 역회전 시켜서 원위치로 오므려지는 동작을 실시하게 되므로, 스틸관(10) 지름보다 좁게 좁혀진 비트하우징(100)을 굴착공에서 쉽게 빼낼 수 있도록 구성되는 것이다.

Description

굴착공 확장 해머비트의 구조{Sturcture of a hammerbit for enlarging an excavated cavity}

본 발명은 땅속에 매립되는 시추공 관한 다시 말해서 스틸관의 내부에 유입된 상태에서 시추공을 굴착하는 굴착공 확장 해머비트의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 굴착용 해머비트는 그 용도나 지층(지질)의 조건에 따라 각기 다른 규격 다른 구조상의 해머비트를 상용하게 되는데, 그 종류는 크게 분류하여 두가지로 압축 설명할 수 있다.

그 중의 한 종류는 대체적으로 지층의 상태가 양호하거나 깊이 굴착하지 않는 종류의 해머비트로서, 이 종류의 해머비트는 스틸관을 사용하지 않고 해머드릴에 장착된 비트하우징이 회전하면서 지층을 굴착하는 직접 굴착방식의 종류이며, 다른 한 종류의 해머비트는 굴착공에 스틸관을 매립하면서 굴착을 실시하는 종류로서, 이 제품의 경우에는 해머드릴에 장착된 비트하우징과 비트가 스틸관 지름보다 넓은 구멍을 뚫게 한 후 그 스틸관을 통하여 꺼내지는 간접 굴착 방식의 종류가 있다.

한편 전자의 직접굴착방식의 해머비트는 문제가 없으나, 후자의 간접 굴착방식의 해머비트는 땅속 깊이 들어갈수록 압력이 크게 증가되면서 많은 에너지에 의한 부하가 해머비트를 방해하여 굴착작업을 힘들게 한다.

뿐만 아니라 매립되는 스틸관의 지름보다 넓은 구멍을 굴착해야 하는 간접굴착방식의 해머비트는 굴착되는 양만큼 스틸관이 동시에 박히게 되는 것으로서, 그 스틸관이 용이하게 들어갈 수 있도록 구멍을 넓게 굴착하지 못하면 그 만큼 스틸관의 매립이 어려워질 뿐 아니라 굴착중에 많은 부하가 걸리면서 비트의 파손을 발생시키게 되며 굴착후 비트를 꺼내기가 매우 어렵게 된다.

그러므로 당해분야에서는 보다 강한 해머비트의 공급과 아울러 신속한 굴착작업을 실시할 수 있는 제품을 공급하기 위해 많은 연구개발리 실시되고 있는 바, 현재 개발되어 사용중인 제품은 편심회전 방식과, 활개형 방식의 제품이 알려져 있다.

먼저, 편심회전 방식의 제품은 굴착하는 비트가 동심에서 벗어나 편심회전하면서 굴착을 실시하는 것으로서, 이 제품은 구조상 편심되는 관계로 빠른 굴착이 불가능한 동시에 작은 부하에도 비트가 깨지거나 혹은 비트하우징의 목부가 부러지는 등의 문제가 발생되어 널리 공급되지 못하고 있으며, 또 활개형 방식의 종래 제품은 비트하우징 저면에 2개 또는 3개의 다구동비트가 활개하는 구조로서, 이 제품은 구조적으로 비트간의 간격이 너무 멀 뿐 아니라 그 비트를 지지하는 지지부가 제외되어 있기 때문에 비트의 기능을 다하지 못하고 작은 충격에도 부러지는 등의 문제가 발생되므로, 값비싼 굴착작업을 하게 된다.

비트의 가격은 그 제품의 종류와 규격에 따라 매우 큰 차이가 있으나 간접방식의 굴착용 해머비트라면 비트 하나에 적어도 500만원 이상 2 - 3천만원 하는 고가의 제품이어서 한 개의 시추공을 굴착할 때마다 노심초사 조심스럽게 굴착작업을 실시하게 되는 것으로서, 만약 작업중 비트의 파손문제가 발생되기라도 하게 되면 그 영향은 직접 공사비에 연관되는 문제가 발생하게 된다.

따라서 본 발명은 종래 제품의 문제를 감안하여 악조건 속에서도 효율성 높은 굴착작업을 할 수 있는 제품을 제공하기 위해 안출된 것으로서, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 굴착공 확장 해머비트의 구조는, 공압공급구조와 구조물 연결 구조를 가지는 비트하우징(100)과,; 활개 작동하여 시추공을 넓게 확장 굴착하는 다구동비트(400),; 또한 상기의 비트하우징(100) 저면에 결합되어 다구동비트(400)를 지지한 체 굴착하는 빠이롯비트(200)를 구성하여, 스틸관(10)의 지름보다 큰 시추공을 굴착하고 매립되는 스틸관(10)으로부터 비트하우징(100)을 쉽게 빼낼 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명중 비트하우징의 정면도

도 2는 상기 도 1의 비트하우징 저면도

도 3은 도 2의 A-A선 단면도

도 4는 본 발명중 다구동비트의 결합상태 예시도

도 5는 본 발명중 빠이롯비트의 정면도

도 6은 상기 도 5의 빠이롯비트 저면도

도 7은 상기 도6의 B-B선 단면도

도 8은 상기 도 1의 비트하우징에 다구동비트가 결합된 상태와 다구동비트의 작용상태를 예시한 저면도

도 9는 본 발명의 비트하우징을 비롯한 다구동비트와 빠이롯비트의 결합 상태를 예시한 단면도

도 10은 본 발명의 사용상태 예시도

＜도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

(10)…스틸관 (11)…드릴파이프 (12)…해머드릴 (13)…톱써브

(14)…팁배출관 (100)…비트하우징 (101)…상단부 (102)…하단부

(103)…스플라인 (104)…링홈 (105)…비트핀끼움홈 (106)…공압공급구멍

(107, 205)…공압배출구멍 (108)…구멍폐쇄볼트 (109, 201)…베어링반홈

(110, 202)…체결핀반홈 (111)빠이롯비트구멍 (112)…빠이롯머리홈

(113)…베어링유입구멍 (114)…팁배출로 (115)…걸림돌기

(200)… 빠이롯비트 (203)…저면핀구멍 (204)…다구동비트지지면

(300)…초경비트 (400)…다구동비트 (401)…상면핀 (402)…저면핀

(403)…지층굴착마찰면

비트하우징(100),;

상기의 비트하우징(100)은, 상기의 다구동비트(400)와, 빠이롯비트(200)가 결합된 상태에서 해머드릴(10)에 결합되어, 스틸관(10) 내부에 넣어진 상태에서 보호 회동하면서 시추공을 굴착실시하는 동체로서, 외형적으로는 도 1에 예시한 바와 같이, 상단부(101)는 좁고 하단부(102)는 넓은 모양으로 형성한다.

상단부(101)는, 별도의 링을 끼워서 내주연에 스플라인을 가진 해머드릴(10) 하단부에 결합되는 부분으로서, 원주연에는 링홈(104)을 형성하는 동시에 그 아래위는 스플라인(103)을 형성한다.

상기의 상단부(101)보다 넓게 형성하는 하단부(102) 저면에는 다구동비트(400)와 빠이롯비트(200)가 결합되는 부분으로서, 외주연에는 약간의 단턱을 형성하는 동시에 수직간 일정한 간격으로 팁배출로(114)를 형성하며, 저면에는 도 1 또는 도 2에 예시된 바와 같이, 원방향을 따라서 저면을 향한 삼각형 돌출 모양의 걸림돌기(115)와, 그 사이사이에 공압배출구멍(107)과 각 구멍마다 연통하는 공압배출구멍(107)을 일정한 간격으로 형성하며, 또 수직간 중심에는 도 2 또는 도 3에 예시한 바와 같은 공압공급구멍(106)과 빠이롯머리홈(112) 및 6각형 상의 빠이롯비트구멍(111)을 단턱지게 관통 형성하는 동시에 수평상 내주연에는 베어링반홈(109)을 원방향을 따라 형성하는 한편 체결핀반홈(110)을 일직선상으로 형성하므로서, 도 9에 예시된 바와 같이 빠이롯비트(200)를 베어링(500)과 체결핀(600)으로 결합할 수 있도록 구성한다.

한편, 상기 각 공압배출구멍(107)을 형성하는 방법에 있어서는, 수평적으로 내부의 공압공급구멍(106)과 연통하도록 뚫는 한편 수직간 관통되도록 뚫은 다음 구멍 바깥에 구멍폐쇄볼트(108)로 폐쇄하고, 내주연을 따라 반원형으로 형성한 한 쪽에는 빡으로 관통하는 베어링유입구멍(113)을 수평 일직선상으로 형성하여 베어링(500)을 유입할 수 있도록 하며, 체결핀반홈(110)은 6각면으로 형성하는 빠이롯비트구멍(111) 일면에 일직선되게 수평 관통하여 체결핀(600)을 외부에서 박을 수 있도록 하는 것으로서, 공압공급구멍(106)으로 공급되는 공기압은 빠이롯비트구멍(111)을 비롯한 비트핀끼움홈(105)으로 공급되는 것으로서, 상기 공급되는 공기압은 강한 압력으로 공급되면서 굴착중에 발생되는 흙 또는 돌가루 등의 팁과 함께 팁배출로(114) 및 스틸관(10)을 통하여 팁배출관(14) 외부 즉, 굴착공 외부로 빠져나가게 되는 것이다.

다구동비트(400),;

상기의 다구동비트(400)는, 상기 비트하우징(100)과 빠이롯비트(200) 사이에 결합되어, 비트하우징(100)의 회동에 따라 회동되면서 시추공을 확장 굴착하게 되는 것으로서, 아래 윗면의 편심에는 상면핀(401)과 하면핀(402)이 형성되고 지층굴착마찰면(403)에는 여러 개의 초경비트(300)가 형성되어, 굴착시 비트하우징(100)이 회전할 때 100。(±10。) 각으로 전개 또는 활개되고 활개된 상태에서는 걸림돌기(115)에 지지되므로, 더 이상 유동하지 못하고 비트하우징(100)의 회전에 따라 회동하면서 시추공을 굴착하게 되는 것이다.

빠이롯비트(200),;

상기의 빠이롯비트(200)는, 상기의 다구동비트(400)가 굴착공의 내주연 즉, 굴착공의 내주연면을 긁어 파내서 굴착공을 넓게 확장하는 것인데 반하여, 빠이롯비트(200)는 굴착공을 지하깊이로 파내려가는 기능을 가지는 것으로서, 최상단부는 원형으로 형성하는 한편 그 밑둘레는 6각면으로 상기 비트하우징(100)의 빠이롯비트구멍(111)과 일치하도록 형성하며, 또 외주연에는 상기 비트하우징(100)의 내주연에 형성된 베어링반홈(109)과 체결핀반홈(109)에 일치되어 원형구멍이 형성되도록 하는 베어링반홈(201)과 체결핀반홈(202)을 도 5에 예시한 바와 같이 형성하고, 상기와 경계되는 단턱상의 다구동비트지지면(204)에는 상기 비트하우징(100)에 결합되는 다구동비트(400)의 저면핀(402)이 일치 삽입되는 저면핀구멍(203)을 형성하며, 그 하부의 외주연과 수직간 중심부 또한 저면에는 도 6 또는 도 7에 예시된 바와 같이, 등배간격으로 반구형 상태의 팁배출로(207)를 비롯한 공압공급구멍(208)과 상협 하광형으로 연통되는 공압배출구멍(205)을 형성하며, 굴착용 마찰면에는 100개 내외의 초경비트(300)를 견고하게 결합한 후, 상기 설명한 바와 같은 방법으로 다구동비트(400)가 결합된 비트하우징(100)에 베어링(500)과 체결핀(600)을 끼워서 결합하는 것으로서, 이때의 베어링(500)은 비트하우징(100) 외부에서 내부로 관통되게 형성한 베어링유입구멍(113)으로 정한 숫자만큼의 베어링(500)을 밀어 넣게 되는데, 이때 유입된 원구형 베어링(500)은, 비트하우징(100)과 빠이롯비트(200)에 형성된 베어링반홈(109, 201)이 만나서 원형구멍이 형성된 베어링반홈(109, 201)에 반물림 결합되므로, 결국 상기의 베어링(500)은 빠이롯비트(200)가 비트하우징(100)에서 분리되지 못하도록 하는 키 작용을 하게 되며, 또 체결핀(600)도 상기 베어링(500) 같이 비트하우징(100) 외부에서 내부로 관통된 핀구멍(110a)으로 밀어끼우게 되면 역시 비트하우징(100)의 체결핀반홈(110)과 빠이롯비트(200)의 체결핀반홈(202)이 일치되서 형성된 구멍에 반물림 형식으로 끼워지기 때문에 견고한 키 작용이 제공되고, 또 상기 결합시 다구동비트(400)는 그 밑면의 저면핀(402)이 빠이롯비트(200)의 다구동비트지지면(204)에 형성된 저면핀구멍(203)에 끼워지게 되므로, 비트하우징(100)과 빠이롯비트(200) 사이에서 작동할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 결합구성된 비트하우징(100)은, 도 10에 예시한 바와 같이 스틸관(10) 내부에 삽입된 해머드릴(12)의 하단부에 스플라인 및 링으로 결합된 상태가 되어, 공압이 공급됨과 동시에 진동 회전하면서 시추공을 굴착하게 되는 것으로서, 해머드릴(12)이 진동함에 따라 회동하는 비트하우징(100)과 빠이롯비트(200)는 동체가되서 시계방향으로 동시에 회동하게 되며, 이때 5개의 다구동비트(400)는 초기 비트하우징(100) 외경보다 좁은 안쪽으로 접혀 있다가 비트하우징(100)과 빠이롯비트(200)가 어느 정도 회동하여 지면에 닿을 쯤이면 지면 접촉과 동시에 도 8의 화살표 표시방향으로 모두가 100。(±10。) 반회전 활개되어, 비트하우징(100)과 스틸관(12)의 지름보다 넓은 지름을 형성하여 지하로 파고 들어가게 된다.

따라서, 굴착공은 비트하우징(100)의 지름보다 넓을 뿐 아니라 스틸관(12)보다도 넓게 굴착되므로, 지층으로 파 내려가는 만큼 스틸관(12)이 굴착공으로 쉽게 따라 들어가게 되며, 이때 굴착발생되는 흙 또는 돌가루등의 팁은 계속 강하게 공급되는 공기의 압력으로 스틸관(12)과 팁배출관(14)을 통하여 굴착공의 외부로 토출되 나오게 되며, 굴착을 완료한 후에는 당분간 공기압을 계속 공급하게 되면 그 공기압은 공압공급구멍(106, 208)과 공압배출구멍(107, 205)으로 공급 및 배출이 되면서 스틸관(12) 내부를 비롯한 비트하우징(100)과 다구동비트(400) 및 빠이롯비트(200)에 잔재해 있는 흙 돌가루등의 팁을 깨끗이 외부로 밀어내게 되며, 이어서 해머드링(12)을 역회전시키게 되면 비트하우징(100)과 빠이롯비트(200)가 역회전 되면서 다구동비트(400)를 원래의 위치로 반회전 시켜주게되므로, 스틸관(12) 내부 밑에서 외부로 쉽게 꺼낼 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 좁은 등배간격으로 장치된 5개의 다구동비트(400)가 좁혀지거나 넓혀지는 작용을 하게되므로, 지층의 불안정등 악조건 속에서도 효율성 높은 굴착공사를 실시할 수 있게 되는 동시에 걸림돌기(115)와 빠이롯비트(200)에 의해 다구동비트(400)가 철저하게 보호되므로, 장기간 파손없이 사용할 수 있게 되며, 따라서 공사기간 단축 및 공사비를 절감할 수 있도록 하는 효과를 제공하게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (1)

1. 수직 또는 직각 상의 공압공급구멍(106, 208) 및 공압배출구멍(107, 205)을 직각상으로 형성한 중심과 저면에 등배간격의 비트핀끼움홈(105)과 단턱상의 다구동비트지지면(204)을 형성하여 저면핀구멍(203)을 형성하며 내주연과 외주연이 일치되어 원형상의 베어링구멍과 핀구멍이 형성되는 베어링반홈(109, 201)과 체결핀반홈(110, 202)을 형성하고 원형상의 빠이롯머리홈(112)과 6각면체의 빠이롯비트구멍(111)을 형성하며 외주연에 팁배출로(114, 207)와 스플라인(103)을 형성해서, 등배간격으로 결합되는 5개의 다구동비트(400)가 100。(±10。) 각도로 반 정역회전 하면서 매립되는 스틸관(12)의 지름보다 넓게 굴착할 수 있게됨을 특징으로 하는 굴착공 확장 해머비트의 구조.