KR20060093110A - 토양 또는 암석에 구멍을 보링하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
시굴공이 드릴 봉 어셈블리(3)에 장착된 드릴 비트(2)에 의해 수행되는 충격 및/또는 회전 운동에 의해 형성되고, 드릴 비트(2)에 결합한 재킷 튜브(6)가 시굴공에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 특히 충격 드릴링 또는 회전식 충격 드릴링에 있어서, 토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 방법 및 장치에 있어서, 재킷 튜브(6)는, 드릴 비트(2)와 결합한 외장 튜브(4)의, 드릴 비트 작동면으로부터 멀리 향하는 단부에 제공된 소켓(5)에 연결되고, 재킷 튜브(6)는 드릴 비트로부터 멀리 향하는 단부 상에 충격 및/또는 압축 응력을 받으며, 이에 의해 방향적으로 정밀한 보링 또는 드릴링이 실행 가능하게 된다.
Description
본 발명은, 시굴공(borehole)이 드릴 봉 어셈블리(drill rod assembly)에 장착된 드릴 비트(drill bit)에 의해 수행되는 충격(percussion) 및/또는 회전 운동에 의해 형성되고, 드릴 비트에 결합한 재킷 튜브(jacket tube)가 시굴공에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 특히 충격 드릴링 또는 회전식 충격 드릴링에 있어서, 토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 방법, 및 시굴공이 드릴 봉 어셈블리에 장착된 드릴 비트에 의해 수행되는 충격 및/또는 회전 운동에 의해 형성되고, 드릴 비트에 결합한 재킷 튜브가 시굴공에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 특히 충격 드릴링 또는 회전식 충격 드릴링에 있어서, 토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치와 관련이 있다.
특히 충격 드릴링 또는 회전식 충격 드릴링에 의해 토양 또는 암석에 구멍을 만드는 예시에서, 일반적으로 시굴공이 드릴 봉 어셈블리에 장착된 드릴 비트에 의한 충격 및/또는 회전 운동에 의해 형성되고, 드릴 비트에 결합한 재킷 튜브가 시굴공에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 다양한 실시예들이 알려져 있다. 예를 들어 라이닝(lining) 튜브로서 차후에 작용하도록 의도된, 시굴공으로의 재킷 튜브의 삽 입을 고려하면, 한편으로는 드릴 비트 또는 이와 함께 연결된 충격 슈(impact shoe)와의 적절한 결합에 의해, 인장 응력을 통해 시굴공의 내부로 재킷 튜브를 삽입하는 것이 알려져 있다. 시굴공으로의 이러한 인장에 의한 이동(entrainment)은, 시굴공의 내부로 재킷 튜브를 삽입하는 동안 발생하는 과도한 응력 또는 변형(strain)을 피하기 위해, 재킷 튜브의 적절하게 얇고 가벼운 구성을 전제로 한다. 교대로, 시굴공으로부터 돌출한 단부 상에 충격 응력(impact stress)을 가함에 의해, 드릴 비트로부터 단독으로 시굴공의 내부로 재킷 튜브 또는 외장 튜브를 삽입한다고 알려져 있다. 또한, 모든 드릴링 작업 또는 드릴 공급은, 적절하게 단단히 설계된 외장 튜브 상에 가해진 충격 응력에 의해 드릴 비트로 전달된다고, 실시예에서 알려져 있다.
단지 인장 응력만 받고(merely tensilely stressed) 적절하게 얇은 벽을 가진(thin-walled) 재킷 튜브는, 특히 재킷 튜브의 삽입을 위한 적절하게 감소된 힘의 유도를 통해 이점들을 제공하는 반면에, 이러한 얇은 벽을 가진 재킷 튜브는, 추후에 재킷 튜브의 낮은 강도 때문에 정확한 드릴링을 불가능하게 한다는 단점을 종종 갖는다. 한편, 외장 튜브의 삽입를 위해, 대체로 분리되고 적절하게 단단한 구동 메카니즘(drive mechanism)이 추가적으로 필요한, 적절하게 단단히 설계된 외장 튜브는, 만들어질 시굴공의 주위의 벽들에 높은 마찰 부하를 가하는 단점을 갖는다.
처음에 한정된 종류의 방법 및 장치로부터 벗어나, 본 발명은, 긴 길이에 걸쳐서 조차 목표된 정확한 드릴링을 하고, 뿐만 아니라 얇은 벽을 가진 재킷 튜브의 이점을 이용하는, 간단한 예에 의해 가능하게 하는, 토양 또는 암석에 구멍(hole)을 드릴링하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 목적이다.
이런 목적들을 달성하기 위해, 처음에 한정된 종류의 방법은, 드릴 비트와 결합된 외장 튜브의, 드릴 비트 작동면으로부터 멀리 향하는 단부 상에 제공된 소켓에 재킷 튜브가 연결되고, 재킷 튜브는 드릴 비트로부터 멀리 향하는 단부 상에 충격 및/또는 압축 응력을 받는 것을, 대체로 특징으로 한다. 발명에 따르면, 재킷 튜브가, 드릴 비트와 결합된 외장 튜브의 소켓에서 연결되고, 재킷 튜브는 드릴 비트로부터 멀리 향하는 단부 상에서 각각의 충격 및/또는 압축 응력을 받는다는 사실 때문에, 보링 동안 드릴 비트와 결합한 상대적으로 짧은 길이를 갖는 외장 튜브의 삽입는, 상기 외장 튜브를 통해 목표된 정확한 보링을 보장하도록 가능하게 된다. 또한, 재킷 튜브는 충격 및/또는 압축 응력에 의해 시굴공의 내부로 독립적으로 삽입되고, 이로써 드릴 비트 또는 예를 들어 드릴 비트의 영역에서 배치된 충격 슈에 의해, 시굴공에 삽입될 전체 재킷 튜브에 높은 에너지가 가해지지 않게 된다. 또한, 적절하게 정확하고 정밀한 시굴공의 형성과 함께, 보통 낮은 강도를 갖는 뒤이어 이어지는 재킷 튜브가, 적절하게 감소된 충격 및/또는 압축 응력을 가함에 의해, 과도한 마찰 저항 없이 적절하게 간단한 방법으로 시굴공 내부로 삽입될 수 있을 것이다.
재킷 튜브는 드릴 비트로부터 멀리 향하는 단부 상에 충격 및/또는 압축 응력을 받는데 적어도 이와 같은 정도로, 외장 튜브가 시굴공으로 삽입되거나 들어가는 것을 보장하기 위해, 바람직한 실시예에 의하면, 드릴 비트로부터 멀리 향하는 이 단부 상에서 재킷 튜브 상에 작용하는 압축 응력이 외장 튜브 상에 드릴 비트에 의해 가해지는 인장 응력보다 작도록 선택되는 것이 제안된다. 외장 튜브 상에 가해지는 인장 응력보다 재킷 튜브 상에 작용하는 압축 응력이 작게 선택됨에 의해, 바람직한 방법으로, 단지 간단한 플러그-인 연결에 의해 외장 튜브의 소켓에서 유리한 방법으로 수용된 재킷 튜브는, 드릴 비트 및 이와 함께 결합한 외장 튜브에 대한 경우보다 더 깊게 시굴공으로 삽입되지는 않을 것이고, 이로써 팽경 응력(upsetting stress)이 재킷 튜브에 가해지지 않을 것이다.
드릴 비트 상에 작용하는 회전 및 충격 응력들을 동시에 고려할 때, 외장 튜브 및 재킷 튜브 모두의 적절한 삽입을 보장하기 위해, 다른 바람직한 실시예에 의하면, 실질적으로 공지된 방식에 의하여, 드릴 비트가 외장 튜브 및/또는 재킷 튜브에 대하여 회전 가능하게 장착되는 것이 제안된다.
드릴 비트의 영역으로부터 굴착된 물질의 쉽고 적절한 운반을 보장하기 위해, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 굴착된 물질은, 드릴 비트 및 외장 튜브 사이의 연결부의 영역에 있는 적어도 하나의 구멍을 통해, 및/또는 드릴 비트 및 재킷 튜브 사이의 연결부로부터 떨어져서 있는 통로 구멍을 통해 드릴 봉 어셈블리의 외주면과 외장 튜브 및 인접하는 재킷 튜브의 내주면 사이에서 형성된 환형 공간으로 들어가 시굴공의 외부로 운반되는 것이 제안된다.
처음에 한정된 목적들을 이루기 위해, 처음에 한정된 종류의 장치는, 드릴 비트와 결합한 외장 튜브의 단부 중 드릴 비트의 작동면으로부터 멀리 향하는 단부 상에 있는 소켓에 재킷 튜브가 수용되고, 재킷 튜브의 단부 중 드릴 비트로부터 멀리 향하는 단부에 충격 및/또는 압축 응력이 가해지는 것을 대체로 특징으로 한다. 따라서 재킷 튜브에 작동하는 가능한 영향 및 보링 정확도에 악영향을 고려할 필요 없이, 드릴 비트와 결합한 외장 튜브를 통해 드릴 비트의 신뢰할 수 있고 목표된 삽입을 보장할 때, 구조적으로 간단한 배치는 효과가 있을 것이다.
드릴 비트를 따라 외장 튜브를 운반할 목적인 간단한 힘 전달을 위해, 바람직한 실시예에 따르면, 드릴 비트와 외장 튜브의 결합을 위해, 외장 튜브 상에서 드릴 봉 어셈블리에 의해 가해진 인장 응력의 전달을 위해, 슬리브 형태의 중간 요소가 제공되는 것이 제안된다. 이러한 슬리브 형태의 중간 요소는 간단한 방법으로 생산될 수 있고, 드릴링 작업을 수행하기 위해 드릴 비트와 직접 결합한 드릴 봉 어셈블리, 및 외장 튜브 사이에 적절하고 신뢰할 수 있는 힘 전달을 제공한다.
재킷 튜브 상에 각각의 충격 및 압축 응력의 특히 간단하고 신뢰할 수 있는 전달을 위해, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 드릴 봉 어셈블리에 의해 재킷 튜브 상에 가해지는 압축 응력의 전달을 위해, 슬리브 형태의 중간 요소가 제공되는 것이 제안된다.
시굴공의 치수에 대체로 맞춰지고 따라서 증가한 마찰 저항을 받는, 외장 튜브 및 재킷 튜브 상에, 긴 드릴링 길이와 함께 선택적으로 필요한 큰 힘을 유도할 수 있기 위해, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 드릴 봉 어셈블리 및 외장 튜브 사이, 뿐만 아니라 드릴 봉 어셈블리 및 드릴 비트로부터 멀리 향하는 재킷 튜브의 단부 사이에 제공된, 슬리브 형태의 중간 요소의 정지면은, 드릴 봉 어셈블리, 외장 튜브, 및 재킷 튜브의 종축을 예각으로 둘러싸고, 드릴 봉 어셈블리 또는 이와 함께 결합한 어댑터의 각각의 상보적 정지면과 상호 작용하는, 정지면으로 각각 구성되도록 제안된다. 이러한 정지면들은, 외장 튜브 및 재킷 튜브로 적절하고 신뢰할 수 있는, 힘 전달 및 유도를 위해, 적절하게 비용 효과적이고 정확한 방법으로 이용가능하게 만들어질 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 드릴 봉 어셈블리 및 외장 튜브 사이에 제공된 중간 요소의 정지면은, 드릴 봉 어셈블리 및 드릴 비트로부터 멀리 향하는 재킷 튜브 단부 사이에 있는 중간 요소의 정지면 보다 큰 것이 제안되고, 이미 위에서 지적된 바와 같이, 이에 의해 외장 튜브로 전달되는 인장 응력이 재킷 튜브에 가해진 충격 응력보다 큰 것이 보장된다.
적절한 드릴 공급을 위해, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 외장 튜브 및 재킷 튜브를, 드릴링 절차를 위해 필요한, 회전 움직임 또는 드릴 비트로부터 떨어진 시굴공의 내부로의 선형 삽입을 확실하게 막기 위해, 실질적으로 공지된 방식에 의해, 드릴 비트는 외장 튜브 및/또는 재킷 튜브에 대하여 회전 가능하게 장착된다.
이미 위에서 여러번 나타난 것처럼, 외장 튜브는 목표된 정확한 드릴링을 보장하고, 이는 외장 튜브의 외부 지름이 재킷 튜브의 외부 지름보다 크다는 점에서 추가로 지지된다. 따라서 적절하게 감소된 지름을 갖는 인접한 재킷 튜브가 큰 마찰 저항 없이 시굴공의 내부로 쉽게 삽입될 수 있는 동안, 시굴공의 내벽 상에서 외장 튜브의 꼭 맞는 접촉에 의해 발생한 마찰력이 안전하게 극복될 수 있도록 외장 튜브가 적절하게 짧은 길이를 갖은 채, 외장 튜브의 외부 지름은 만들어질 시굴공의 치수에 정확하게 조정될 수 있다.
정확한 보링을 하는 것을 돕기 위해, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 외장 튜브는 재킷 튜브에 대하여, 높은 강도 및/또는 큰 단면적을 갖는 것이 제안된다. 외장 튜브가 높은 강도 및/또는 큰 단면적을 갖는다는 사실 때문에, 외장 튜브의 강도 및 단단함(rigidity) 때문에 발생하는, 요구되는 드릴링 방향으로부터의 벗어남은 예방될 것이라는 것이 보장될 것이다.
인접한 재킷 튜브 요소의 특히 단순하고 신뢰할 수 있는 연결을 제공하기 위해, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 인접한 재킷 튜브 요소의 연결을 위해, 각각 재킷 튜브 요소의 인접한 단부 영역을 덮고, 재킷 튜브 요소의 외주면을 주위로 있는 상보적 함몰부 또는 요부와 결합하는 돌출부 또는 상승부를 갖고 형성되거나 형성될 수 있는, 슬리브 형태의 요소가 제공되는 것이 제안된다. 상보적 함몰부 또는 요부에 결합한 이러한 돌출부 또는 상승부는 간단하고 생산하기에 비용 절약적일 뿐만 아니라, 종래의 나사 연결과는 다르게, 일반적으로 거친 보링 또는 드릴링 작동에 있어서, 연장을 위한 간단한 연결로서 신뢰성 있는 연결 또는 재킷 튜브 섹션의 결합을 가능하게 한다. 또한, 이러한 함몰부 또는 요부, 및 돌출부 또는 상승부는, 각각 재킷 튜브 요소를 연장하는데 사용되는 알려진 나사 연결의 경우에서와 같이, 쉽게 손상되지는 않을 것이다.
인접한 재킷 튜브 요소의 특히 간단한 연결을 위해, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 슬리브 형태의 요소는 돌출부 또는 상승부의 영역에서 감소된 물질 단면을 갖도록 설계되고, 돌출부 또는 상승부는, 연결될 재킷 튜브 요소의 외주면 상에 슬리브 형태의 요소의 배치 후, 재킷 튜브 요소의 함몰부에 상응하도록 형성될 수 있는 것이 제안된다.
인접한 재킷 튜브 요소의 연결을 위해 제시된 슬리브 형태의 요소에 부가하여, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 예를 들어 핀-형태의 스터드(stud) 또는 스피곳(spigot)과 같은 추가의 고정 요소는, 연결 위치의 적절하게 안전한 유지를 가능하게 하기 위해, 슬리브 형태의 요소를 위치시키고/위치시키거나 고정시키기 위해 제공되는 것이 제안된다.
드릴 비트의 영역으로부터 굴착된 물질의 특히 신뢰성 있는 운반을 위해, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 외장 튜브를 드릴 비트 및/또는 이와 함께 연결된, 충격 슈(impact shoe) 또는 어댑터에 고정하는 영역에서, 드릴 봉 어셈블리의 외주면과, 외장 튜브 및 인접하는 재킷 튜브의 내주면 사이에서 형성된 환형 공간으로 굴착된 물질의 유도를 위한, 하나 이상의 통로가 제공되는 것이 제안된다.
굴착된 물질의 운반에서 돕거나, 외장 튜브 또는 접하는 재킷 튜브, 및 드릴 봉 어셈블리의 외주면 사이의 환형 공간의 내부로 물질을 유도하기 위해서, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 드릴 비트 또는 이와 연결된 어댑터는, 작동면으로부터 멀리 향하는 이의 뒷부분 상에서, 외장 튜브에 대하여 수축된 상태에서, 외장 튜브와 결합하기 위한 중간 요소 또는 어댑터의 상보적 다각형 수용 구멍에 들어가는, 다각형 형상을 갖고 제공되는 것이 제안된다.
외장 튜브와 드릴 비트의 연결부의 영역에 직접적으로 굴착된 물질을 유도하는 선택에 부가하여, 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 드릴 비트 및/또는 어댑터, 및 외장 튜브 사이의 연결부로부터 떨어진 외장 튜브의 외주면에 적어도 하나의 통로 구멍이 제공되고, 이 통로 구멍은 드릴 봉 어셈블리의 외주면 및 외장 튜브의 내주면 사이에서 한정된 환형 공간의 내부로 통하는 것이 제안된다.
이하에서, 첨부된 도면에서 개략적으로 도시된 대표적 실시예들에 의해, 발명은 더욱 자세하게 설명될 것이다.
도 1은, 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 발명에 따른 장치의 단면도이다.
도 2는, 도 1과 유사한 도에서 발명에 따른 장치의 부분적인 단면이 도시된 측면도이다.
도 3은, 드릴 비트를 드릴 봉 어셈블리에 결합하기 위한, 그리고 드릴 비트에 뒤이어 이어지는 외장 튜브에 인장 응력을 전달하기 위한, 발명에 따른 장치의 어댑터를 확대된 스케일에서 도시한다.
도 4는, 발명에 따른 장치의 재킷 튜브에 충격 응력 또는 압축 응력을 가하기 위한, 드릴 봉 어셈블리 및 재킷 튜브 사이의 결합 영역의 개략적인 단면도이다.
도 5는, 도 5a는 드릴 봉 어셈블리로부터 재킷 튜브로 압축 응력을 전달하도록 작용하는 중간 요소(intermediate element)를 도시하고, 도 5b는 드릴 봉 어셈블리로부터 외장 튜브로 인장 응력을 전달하기 위한 중간 요소를 도시하는 것을 특징으로 하는, 중간 요소의 사시도를 도시한다.
도 6은, 확대된 스케일에서 두 개의 인접하는 재킷 튜브 사이의 연결을 도시한다.
도 7은, 인접하는 재킷 튜브 요소의 연결을 통한 도 6의 VII라인을 따르는 단면이고, 도 6은 도 7의 화살표 VI에서 바라보았을 때의 도이다.
도 8은, 도 2와 유사한 도에서, 굴착된 물질의 운반을 위해 사용되는 외장 튜브의 영역을 단지 표시하고 있는, 발명에 따른 장치의 측면도이다.
도 9는, 도 8에서와 같이 드릴 비트가 외장 튜브로부터 떨어져서 배치된, 도 8에 따른 배치의 부분적 단면도이다.
도 10은, 도 9와 유사한 도에서, 외장 튜브와 접하도록 안으로 수축된(retracted) 위치에 있는 드릴 비트를 도시한다.
도 11은, 외장 튜브의 맨 앞 부분(foremost portion)에서 도 8의 XI-XI라인을 따른 단면을 도시한다.
도 12는, 확대된 스케일에서 도 11의 XII영역의 상세한 도이다.
도 1 및 2에 따른 도면으로부터, 일반적으로 도면부호 (1)로 표시된 보링 또는 회전식 충격 드릴링을 위한 장치는, 도 1 및 2에서 상세하게 도시되지 않은 물질을 굴착하기 위해서, 드릴 봉 어셈블리(3)를 통해, 충격 또는 회전식 충격 드릴링을 하도록 구성된, 도면부호 (2)로 개략적으로 표시되는 드릴 비트를 포함하는 것은 명백하다.
드릴 비트(2)는, 비교적 두꺼운 단면 및 고강도를 갖는 외장 튜브(4)에 연결 되고, 상기 외장 튜브(4)는, 드릴 비트(2)로부터 멀리 향하는 단부 상에 재킷 튜브(6)가 연결된 소켓(5)을 포함하며, 상기 재킷 튜브(6)는 외장 튜브(4)의 지름(D)과 비교하여 감소된 지름(d)를 갖고 또한 감소된 벽 두께 및 강도를 갖는다.
드릴 비트(2)는 도 3에서 상세하게 도시된 어댑터(7)를 통해 드릴 봉 어셈블리(3)에 직접 연결되고, 또한 이 어댑터(7)를 통해, 도 5b에서 상세하게 도시된 중간 요소(8)를 통해, 외장 튜브(4)가 동반하게 되고(entrainment), 특히 외장 튜브에 인장 응력이 가해지게 된다.
외장 튜브(4)가 상대적으로 긴 길이를 갖고, 적당한 강도뿐만 아니라 또한, 상세하게 도시되지는 않은, 드릴 비트(2)에 의해 형성된 시굴공의 치수와 거의 대응하는 지름 D를 갖는다는 사실을 고려할 때, 정확한 보링이 가능할 것이라는 것은 외장 튜브(4)에 의해 보장된다.
드릴 비트(2)로부터 멀리 향하는 외장 튜브 단부 상의 소켓(5)에 연결된 재킷 튜브(6)도 마찬가지로, 재킷 튜브(6)가 드릴 비트(2)의 전진 이동 동안 화살표(11) 방향을 따라, 시굴공으로 똑같이 삽입되도록, 도 4 및 5a에서 더욱 상세하게 도시된 추가 중간 요소(10)를 통해 드릴 봉 어셈블리(3)에 의해 압축 응력을 받는다.
도 3에서 확대된 스케일로 도시된 어댑터(7)로부터, 도 3에서 상세하게 도시되지 않은 나사부(14)에 나사 결합한 드릴 봉 어셈블리를 통해 화살표(9) 방향으로 어댑터(7)가 작동할 때, 드릴 비트(2)의 전진과 함께 외장 튜브(4)가 동반하여 이동하도록 하기 위하여, 어댑터는 도 5b에서 도시된 중간 요소(8)의 적절한 (accordingly) 상보적 형태의 정지면(13)과 함께 작용하는 정지면(12)을 포함하는 것을 알 수 있다.
도 3에 따른 도면에서, 이하에서 더욱 자세하게 설명될 것처럼, 굴착된 물질를 운반하고/운반하거나 드릴(2)을 씻기 위한 출구 구멍들(16) 및 통로 채널(15)이 어댑터(7) 내에서 추가적으로 표시된다.
도 4 및 5a에서 상세하게 도시된 중간 요소(10)는, 재킷 튜브(6) 상에 충격 또는 압축 작용을 위해 제공된다. 중간 요소(10)의 이동 및 이에 따른 재킷 튜브(6)의 이동도 마찬가지로, 시굴공으로부터 돌출한 드릴 봉 어셈블리(3)의 영역에서 적절한 상보적 정지면(18)과 함께 작용하는 정지면(17)을 통해 이루어진다.
도 3 내지 5로부터 특히 명백한 것처럼, 어댑터(7) 및 드릴 봉 어셈블리(3)의 정지면 및 슬리브-형태의 중간 요소(8, 10)의 각각의 정지면들(13, 18)은, 도 4에서 (19)에 의해 표시된 드릴 봉 어셈블리의 종축에 대하여 각각 기울어져 있다.
주로 드릴 봉 어셈블리(3)의 전진 이동에서 재킷 튜브(6) 상에 대한 것보다 외장 튜브(4) 상에 더 큰 힘이 전달되어, 외장 튜브(4)가 재킷 튜브(6)와 적어도 동일한 한도까지 시굴공에 삽입되는 것을 보장하도록, 드릴 봉 어셈블리(3) 및 재킷 튜브(6) 사이에 제공된 중간 요소(10)의 정지면(18)은, 어댑터(7)(따라서 드릴 봉 어셈블리(3))와 외장 튜브(4) 사이에 제공된 중간 요소(8)의 정지면(13)보다 더 작은 것을 도 5a 및 5b로부터 명백히 알 수 있다. 또한, 시굴공에 외장 튜브(4)를 삽입시키는데 있어서, 큰 지름 및 이로 인해 발생되는 시굴공의 벽면과 외장 튜브(4)의 외주면 사이의 높은 마찰 저항(friction resistance) 및 더 큰 지름 때문에, 외장 튜브(4)의 적절한 삽입을 위해서는 더 큰 힘이 필요할 것으로 예상된다.
또한, 도 4에서 핀 또는 볼트(20)에 의한 재킷 튜브(6)의 추가적 결합이 나타나 있다.
도 6 및 7에서 나타난 인접한 재킷 튜브 요소(6' 및 6") 사이의 간단한 연결을 위해, 인접한 재킷 튜브 요소(6' 및 6")의 안전한 연결을 보장하기 위한 재킷 튜브의 각각의 함몰부 또는 요부(depression or recess, 23)와 결합하는, 재킷 튜브(6)의 내부를 향해 침투하는 돌출부 또는 상승부(projection or elevation, 22)를 가진 슬리브-형태의 요소(21)가 각각 공급된다. 상기 돌출부 또는 상승부(22)는, 인접한 재킷 튜브 요소(6' 및 6")를 연결시킬 때 슬리브 요소(21)가 적당한 탄성을 보이도록 미리 형성되거나, 또는 이들은 연결될 재킷 튜브 요소(6' 및 6")의 영역에서 슬리브 형태의 요소(21)의 배치 후, 단순한 도구를 사용하여 미리 결정된 극한점(breaking point)의 영역에 형성될 수 있다.
앞서 도 1 및 도 2의 개략도에서는 다수의 통로 구멍들(24)이 드릴 비트에 대하여 공간적으로 떨어진 관계에서 외장 튜브(4) 내에 표시되어 있었는데, 이제 도 8 내지 도 12를 참조하여 드릴 비트(2)의 영역으로부터 물질의 운반을 설명한다.
드릴 비트(2)로부터 떨어져 있는 통로 구멍(24)에는, 도면부호 (26)에 의해 개략적으로 표시된 굴착된 물질들을 통로 구멍들(24)의 영역으로 수송하기 위해, 적절하게 오프셋(offset) 되거나 또는 함몰된 영역(25)이 종방향을 따라 연장되어 외장 튜브(4)의 외주면 주위에 제공되어 있으며, 이에 더하여 외장 튜브(4)의 단부 면(27)의 영역에서 드릴 비트(2)의 후면 상에서는, 도 8 및 9에서 도시된 보링 위치에서 돌출하는 어댑터(7)의 전방부(front portion) 영역으로, 굴착된 물질이 들어가게 될 것이다.
도 11 및 12, 뿐만 아니라 도 5b에서 슬리브-형태의 중간 요소(8)의 개략도로부터 명백한 것처럼, 이 영역에서 또한 드릴 봉 어셈블리(3) 또는 어댑터(7)와 외장 튜브(4) 사이의 환형 또는 자유 공간에 굴착된 물질이 들어가는 것을 가능하게 하기 위해, 어댑터(7)는 다각형 특히 드릴 비트(2)로의 연결 구역에서 둥근 모서리를 갖는 거의 삼각형으로 설계된다. 중간 요소(8) 및 외장 튜브(4)로부터 돌출하는 어댑터부의 다각형 설계(32, 33)에 의해, 드릴 비트(2) 뒤에 존재하는 굴착된 물질은 안전하게 제거될 수 있도록 대부분 분해된다.
특히 통로 구멍들(24)을 통해 외장 튜브(4) 및 드릴 봉 어셈블리(3) 사이의 환형 공간으로 들어오는 물질의 적절한 운반을 위해, 웜 콘베이어(worm conveyor) 또는 나사 형상으로 구성된 안내 수단(28)이 드릴 봉 어셈블리(3)의 맨 전방부 상에 추가적으로 제공된다. 또한, 웜 콘베이어 또는 안내 수단(28)은 도 1 및 2에서 개략적으로 도시된다.
반시계 방향으로 드릴 봉 어셈블리(3) 및 드릴 비트(2)의 회전 운동은, 외장 튜브(4)와 드릴 봉 어셈블리(3) 사이에 있는 환형 공간(31)을 통해, 그리고 외장 튜브(4)에 뒤이어 이어지는 재킷 튜브(6) 및 드릴 봉 어셈블리(3) 사이에 있는 환형 공간을 통해, 웜 콘베이어 또는 안내 수단(28)에 의해 굴착된 물질을 안전하게 운반되도록 한다.
특히 상대적으로 고강도이고 큰 단면적을 갖는 외장 튜브(4)에 의해 목표된 정확한 보링이 이루어지는 것과 더불어, 굴착된 물질의 선택적 운반은, 보링 속도 및 방향의 정확성 향상을 가능하게 할 것이다.
특히 종종 제거되어야할 물질에 의해 막힐 수 있는 통로 구멍들(24)의 주기적 청소를 위해, 드릴 비트(2)는 화살표(29)의 방향으로 외장 튜브(4)에 접하게 수축될 수 있고, 이에 의해 통로 구멍들(24)의 청소 효과가 상기 이동에 의해 얻어지도록 통로 구멍들(24)에 대하여 안내 수단 또는 웜 콘베이어(28)의 이동이 이루어진다. 또한, 적절한 굴착 방향에 반대 방향으로, 예를 들어 도 9 및 10에 도시된 도면에서 시계 방향으로의 드릴 봉 어셈블리(3)의 회전 이동은, 웜 콘베이어(28)의 반대로 된 운반 방향에 의해 통로 구멍들(24)의 청소가 이루어질 수 있다.
청소 후, 드릴 비트(2)는, 굴착 절차를 계속하기 위해, 도 9를 볼 때 화살표(30)의 방향으로 다시 작동한다.
또한, 삽입된 슬리브-형태의 중간 요소(8 및 10)를 각각 경유하여 드릴 봉 어셈블리(3)로부터 외장 튜브(4) 및 재킷 튜브(6)로 힘을 전달함에 의해, 외장 튜브(4) 및 재킷 튜브(6)가 시추될 시굴공의 오직 축방향 또는 종방향으로 시굴공에 삽입되는 동안, 드릴 봉 어셈블리(3)와 직접 결합한 드릴 비트(2)가 회전적으로 응력을 받지 않고 회전 및 충격 이동에서 작동 가능한 것이 보장된다.
Claims (18)
- 토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 방법으로서,시굴공(borehole)이 드릴 봉 어셈블리(drill rod assembly. 3)에 장착된 드릴 비트(drill bit, 2)에 의해 수행되는 충격(percussion) 및/또는 회전 운동에 의해 형성되고, 상기 드릴 비트(2)와 결합한 재킷 튜브(jacket tube, 6)가 상기 시굴공에 삽입되는 보링 또는 드릴링, 특히 충격 드릴링 또는 회전식 충격 드릴링 방법에 있어서,상기 재킷 튜브(6)는, 상기 드릴 비트(2)와 결합한 외장 튜브(4)의 단부 중 상기 드릴 비트 작동면으로부터 멀리 향하는 단부 상에 제공된 소켓에 수용되고,상기 재킷 튜브(6)는, 그 단부 중 상기 드릴 비트(2)로부터 멀리 향하는 단부 상에서 충격 및/또는 압축 응력을 받는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 드릴 비트(2)로부터 멀리 향하는 상기 재킷 튜브(6)의 단부에 작용하는 압축 응력은, 상기 외장 튜브(4) 상에 상기 드릴 비트(2)에 의해 가해진 인장 응력(tensile stress)보다 더 작도록 선택되는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 드릴 비트(2)는, 실질적으로 공지된 방식에 의하여, 상기 외장 튜브(4) 및/또는 상기 재킷 튜브(6)에 대하여 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,굴착된 물질은, 상기 드릴 비트(2) 및 상기 외장 튜브(4) 사이의 연결부 영역에 있는 하나 이상의 구멍 및/또는 상기 드릴 비트(2) 및 상기 외장 튜브(4) 사이의 연결부로부터 떨어져 있는 통로 구멍을 통해, 상기 드릴 봉 어셈블리(3)의 외주면(outer periphery)과 상기 외장 튜브(4) 및 인접하는 재킷 튜브(6)의 내주면(inner periphery) 사이에 형성된 환형 공간(31)으로 들어가 시굴공의 외부로 운반되는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 방법.
- 토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치로서,시굴공이 드릴 봉 어셈블리(3)에 장착된 드릴 비트(2)에 의해 수행되는 충격 및/또는 회전 운동에 의해 형성되고, 상기 드릴 비트(2)와 결합한 재킷 튜브(6)가 상기 시굴공에 삽입되는 보링 또는 드릴링, 특히 충격 드릴링 또는 회전식 충격 드릴링에 있어서,상기 재킷 튜브(6)는, 상기 드릴 비트(2)와 결합한 외장 튜브(4)의 단부 중 상기 드릴 비트 작동면으로부터 멀리 향하는 단부에 제공된 소켓(5)에 수용되고,상기 재킷 튜브(6)의 단부 중 상기 드릴 비트(2)로부터 멀리 향하는 단부에 충격 및/또는 압축 응력이 가해지는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 드릴 비트(2)와 상기 외장 튜브(4)의 결합을 위해, 상기 외장 튜브(4) 상에 상기 드릴 봉 어셈블리(3)에 의해 가해진 인장 응력을 전달하도록, 슬리브 형태의 중간 요소(8)가 제공되는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 재킷 튜브(6) 상에 상기 드릴 봉 어셈블리(3)에 의해 가해진 압축 응력을 전달하도록, 슬리브 형태의 중간 요소(10)가 제공되는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 드릴 봉 어셈블리(3) 및 상기 외장 튜브(4) 사이, 뿐만 아니라 상기 드릴 봉 어셈블리(3) 및 상기 드릴 비트(2)로부터 멀리 향하는 상기 재킷 튜브의 단부 사이에 제공된, 상기 슬리브-형태의 중간 요소(8, 10)의 정지면(13, 18)은, 상 기 드릴 봉 어셈블리(3), 상기 외장 튜브(4), 및 상기 재킷 튜브(6)의 종축(19)을 예각으로 둘러싸고, 상기 드릴 봉 어셈블리(3) 또는 이와 함께 결합한 어댑터(7)의 각각의 상보적 정지면들(12, 17)과 상호 작용하는, 정지면으로 각각 구성되는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 드릴 봉 어셈블리(3) 및 상기 외장 튜브(4) 사이에 제공된 상기 중간 요소(8)의 상기 정지면(13)은, 상기 드릴 봉 어셈블리(3) 및 상기 드릴 비트(2)로부터 멀리 향하는 상기 재킷 튜브 단부 사이에 있는, 상기 중간 요소(10)의 상기 정지면(18) 보다 큰 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 드릴 비트(2)는, 실질적으로 공지된 방식에 의해, 상기 외장 튜브(4) 및/또는 상기 재킷 튜브(6)에 대하여 회전 가능하게 장착된 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 외장 튜브(4)의 외부 지름(D)이 상기 재킷 튜브(6)의 외부 지름(d)을 초과하는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 외장 튜브(4)는, 상기 재킷 튜브(6)에 비하여 큰 단면적 및/또는 높은 강도를 갖는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,인접한 재킷 튜브 요소(6', 6")의 연결을 위해, 각각 상기 재킷 튜브 요소의 인접한 단부 영역들을 덮고, 상기 재킷 튜브 요소(6', 6")의 외주면을 주위로 있는 상보적 함몰부 또는 요부(depression or recess, 23)와 결합하는 돌출부 또는 상승부(projection or elevation, 22)를 갖고 형성되거나 형성될 수 있는, 슬리브 형태의 요소(21)가 제공되는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 슬리브 형태의 요소(21)는, 상기 돌출부 또는 상승부(22)의 영역에서 감소된 물질 단면적을 갖도록 설계되고,상기 돌출부 또는 상승부(22)는, 연결될 상기 재킷 튜브 요소(6', 6")의 상 기 외주면 상에 상기 슬리브 형태의 요소(21)의 배치 후, 상기 재킷 튜브 요소(6', 6")의 상기 함몰부(23)에 상응하도록 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,예를 들어 핀-형태의 스터드(stud) 또는 스피곳(spigot)과 같은 추가의 고정 요소(20)가, 상기 슬리브 형태의 요소(21)를 위치시키고/위치시키거나 고정시키기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 5 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 외장 튜브(4)를 상기 드릴 비트(2) 및/또는 이와 함께 연결된 충격 슈(impact shoe) 또는 어댑터(7)에 고정하는 영역에서, 상기 드릴 봉 어셈블리(3)의 외주면과, 상기 외장 튜브(4) 및 인접하는 상기 재킷 튜브(6)의 내주면 사이에 형성된 환형 공간(31)으로 굴착된 물질의 유도를 위한, 하나 이상의 통로가 제공되는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 드릴 비트(2) 또는 이와 연결된 어댑터(7)는, 상기 작동면으로부터 멀 리 향하는 이의 뒷 부분(rear side) 상에서, 상기 외장 튜브(4)에 대하여 수축된 상태에서, 상기 외장 튜브(4)와 결합하기 위한 상기 중간 요소(8) 또는 상기 어댑터(7)의 상보적 다각형 수용 구멍(33)에 들어가는, 다각형 형상(32)이 제공되는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
- 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,상기 드릴 비트(2) 및/또는 상기 어댑터(7)와 상기 외장 튜브(4) 사이의 상기 연결부로부터 떨어진 상기 외장 튜브(4)의 외주면에, 하나 이상의 통로 구멍(24)이 제공되고,상기 통로 구멍은, 상기 드릴 봉 어셈블리(3)의 상기 외주면 및 상기 외장 튜브(4)의 상기 내주면 사이에서 한정된 상기 환형 공간(31)의 내부로 통하는 것을 특징으로 하는,토양 또는 암석에 구멍을 보링 또는 드릴링 하기 위한 장치.
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