KR20070045257A

KR20070045257A - 착암 드릴 비트 및 나사 조인트

Info

Publication number: KR20070045257A
Application number: KR1020077003689A
Authority: KR
Inventors: 요한 린덴; 보 칼스트룀
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-05-02
Also published as: SE0402026D0; AU2005273067A1; JP2008510090A; SE527202C2; CN101006247A; EP1781892A1; SE0402026L; ZA200701396B; RU2007109802A; US20060060388A1; WO2006019346A1; CA2576145A1; US7325633B2

Abstract

본 발명은 충격 착암 드릴링용 드릴 비트에 관한 것이다. 드릴 비트 (10) 는 로드 (11) 를 향한 방향으로 플러시 매체를 전달하여 충격 드릴링시 초기 캐비테이션을 감소시키기 위해 형성된다. 드릴 비트는 드릴 비트 (10) 에 일체화된 스커트 (13) 를 포함한다. 드릴 비트 (10) 는 물과 같은 플러시 매체의 이송을 위해 1 이상의 채널을 포함한다. 드릴 비트 (10) 는 최대 제 1 외경 (DO) 을 형성하는 버튼 (31) 이 제공된 전방면 (29), 및 충격 드릴링을 위한 로프 또는 사다리꼴 나사와 같은 암 나사 (24) 를 갖는 리세스가 빠져나오는 제 1 단면을 갖는다. 리세스는 깊이 (LO) 를 갖는다. 스커트 (13) 의 외면 (28) 은 원뿔부 (15) 를 포함한다. 원뿔부 (15) 는 리세스의 깊이 (LO) 의 1/8 보다 큰 축선 신장을 갖는다. 본 발명은 또한 충격 착암 드릴링용 나사 조인트에 관한 것이다.

Description

착암 드릴 비트 및 나사 조인트{A ROCK DRILL BIT AND A THREAD JOINT}

본 발명은 독립 청구항 1의 전제부에 따른 충격 착암 드릴링용 착암 드릴 비트에 관한 것이다. 본 발명은 또한 충격 착암 드릴링용 나사 조인트에 관한 것이다.

드릴 스트링이 탑 해머로부터 초경합금으로 된 드릴 스트링의 단부에 있는 드릴 비트에 충격 에너지를 전달하는 역할을 하는 충격 탑 해머 드릴링의 경우, 드릴 스트링의 나사 조인트는 큰 부하에 노출된다. 통상, 개별적인 드릴 로드는 다른 드릴 로드의 대향 단부에 있는 수 나사를 수용하기 위해 일 단부에 형성된 암 나사를 갖는다. 통상, 드릴링시에 부분적으로 보어로부터 절삭물을 제거하기 위해, 또한 부분적으로 드릴 비트를 윤활 및 냉각시키기 위해 드릴링시에 플러싱 매체로서 물이 사용된다 (예컨대, 윤활을 개선하기 위한 일부 첨가물도 함께 사용될 수 있다). 드릴강, 즉 비트의 재료, 로드, 튜브, 슬리브 및 생크 어댑터는 드릴링 중에, 마모 및 부식에 노출된다. 이는 특히, 플러시 매체로서 물이 사용되며 일반적으로 습한 환경인 지하를 드릴링할 때 해당한다. 나사 단부 또는 나사 클리어런스와 같은 비교적 작은 직경의 부분에서는 마모와 부식이 특히 심각하다.

WO-A1-03042493 은 충격 드릴링시 캐비테이션의 영향에 대해 적절히 대응하기 위해 연구하였다. 이는 드릴 비트의 스커트로 드릴 로드의 가는 부분을 덮으므로써 이루어졌다. 그리하여, 캐비테이션은 상기 가는 부분에 도달하지 못하고, 조인트의 더 큰 치수의 부분 쪽으로 유도된다. 종래의 해결방안이 이러한 제품의 성능을 개선 시켰지만, 드리프터 로드는 종종 10000m 와 같이 깊게 드릴링된 로드의 스커트 바로 아래의 로드 표면에서 손상을 겪었다. 이 손상은 아주 국부적이며, 실질적으로 전체 로드 원주 둘레에 생긴 컷의 형태를 갖는다. 손상은 로드에 심한 굽힘이 가해질 때 균열 개시점으로서 작용을 한다.

본 발명의 목적은 상기한 문제를 완화시키기 위한 것이며, 현대 채광의 효율을 더 개선하는, 충격 착암 드릴링용의 개선된 나사 조인트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 충격 드릴링시 캐비테이션 발생을 감소시킬 수 있는 드릴 비트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 외부 플러시 매체에 의한 블라스팅 효과 및 부식을 감소시킬 수 있는 드릴 비트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가는 치수의 착암 드릴 로드의 수명을 연장시킬 수 있는 드릴 비트를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 이러한 목적은 독립항의 특징부에 기재된 구성에 의해 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 드릴 비트 및 나사 조인트의 바람직한 실시예는 종속항에 기재되어 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 나사 조인트의 길이방향 단면도를 나타낸다.

도 2 는 도 1 의 선 Ⅱ-Ⅱ 에 따른 단면도를 나타낸다.

도 3 은 도 1 의 나사 조인트의 확대부를 나타낸다.

본 발명은 충격 착암 드릴링 (percussive rock drilling) 용 드릴 비트 (10) 에 관한 것이다. 도 1 에 제 1 드릴 로드 (11) 가 도시되어 있으며, 이 드릴 로드는 드릴 비트 (10) 에 일체화된 스커트 (13) 에 연결되어 있다. 스커트 (13) 는 적어도 부분적으로 원뿔형의 외면 (28) 을 가지며, 이 외면은 원뿔부 (15) 를 갖는다. 드릴 비트 (10) 는 다수의 전방 버튼 (30) 및 외주 버튼 (31) 을 갖는 전방면 (29) 을 포함하며, 도 1 에는 네 개만 도시되어 있다. 외주 버튼 (31) 은 통상의 방법으로 드릴링된 보어의 직경을 규정한다.

드릴 로드 (11) 와 그 나사 조인트는 물과 같은 플러시 매체의 이송을 위한 1 이상의 채널을 포함한다. 상기 채널 (14) 은 적어도 드릴 비트 (10) 의 한 채널에 연결된다. 드릴 로드 (11) 는 원형의 반경 단면을 가지며, 제 1 외면 (16) 을 포함한다. 제 1 외면 (16) 은 실질적으로 축선 방향으로 일정한 제 1 외경 (D3) 을 갖는다. 드릴 로드 (11) 는 충격 드릴링을 위해 로프 또는 사다리꼴 나사와 같은 수 나사가 제공된 제 1 단부 (17) 또는 스피것 (spigot) 을 갖는다. 수 나사는 오목한 나사 입구 또는 나사 개시부, 및 오목한 나사 출구 또는 나사 단부를 포함할 수 있다. 제 1 단부 (17) 는 제 1 단면 (21) 을 포함한다. 제 1 드릴 로드 (11) 는 바람직하게는 직경 (D3) 보다 큰 직경을 갖는 제 2 외면 (22) 을 포함한다. 드릴 비트 (10) 의 스커트 (13) 는 암 나사 (24) 및 내부 접촉면 (25) 을 갖는 리세스를 포함한다. 리세스 (23) 는 스커트의 제 2 단면 (26) 에 연결된다. 리세스의 최소 직경은 실질적으로 직경 (D3) 에 대응한다. 제 2 단면 (26) 은 실질적으로 링 형상이다. 제 1 단면 (21) 이 내부 접촉면 (25) 에 맞닿을 때까지 스피것 (17) 이 리세서 내로 나사결합되면 나사 조이트가 장착된다.

상기한 바와 같이, 손상이 때때로 스커트 바로 아래의 로드 표면 (도 1 의 위치"16" 참조) 에서 발생한다. 이 손상은 아주 국부적이며, 기본적으로 전체 원주 둘레의 "노치" 형상을 갖는다. 로드에 심한 굽힘이 가해지면, 이 손상은 균열 개시점으로서 작용하게 된다. 본 발명이 억제하려고 하는 것은 플러싱 물이 통상의 드릴 비트의 단부를 통과하는 경우 발생하는 난류로 인한 침식 또는 캐비테이션 부식이다. 본 발명에 따른 드릴 비트 (10) 는 적어도 부분적으로 원뿔형인 스커트 (13) 를 포함한다. 적절한 구성의 스커트에 의해, 플러싱 물은 스커트의 형상을 연속적으로 따르므로, 캐비테이션이 실질적으로 회피되거나 크게 감소된다. 이와 관련한 정확한 구성은 스커트를 따라 점진적 면적 변화, 및 스커트의 단부 (26) 에서 덜 격한 면적 변화를 의미한다.

드릴 비트의 치수는 도 2 를 참조하여 우선 다음식에 따라 선택된다.

1 ＜ A3/A2 ＜ 1.6

여기서, A2 는 단면 (26) 으로부터의 축선방향 거리 (L2) 에서 스커트 (13) 의 직경 (D2) 과 드릴 비트의 최대 직경 (D0) 사이의 반경 단면의 가상 면적이며 (즉, A2 = π/4*(D0²-D2²), A3 는 리세스의 최소 직경 (D3) 과 드릴 비트의 최대 직경 (D0) 사이의 반경 단면의 가상 면적이다 (즉, A3 = π/4*(D0²-D3²). A3/A2 는 바람직하게는 1.30 ~ 1.60 이다. 축선방향 거리 (L2) 는 단면 (26) 에서부터, 도 3 에 나타난 바와 같이 스커트 (13) 의 제 2 단면 (26) 과 내경 (D3) 사이의 교차점으로부터 예컨대 45°의 각 (β) 으로 그은 선으로 규정되는 지점까지의 거리를 중심선 (CL) 과 평행하게 측정한 것이다. 원뿔부 (15) 의 길이 (L1) 는 리세스의 깊이 (L0) 의 1/8 보다는 크지만, 리세스의 깊이 (L0) 보다는 작다. 원뿔부 (15) 의 가상 정점은 단면 (26) 으로부터 축선방향으로 리세스의 깊이 (L0) 의 1/4 보다 큰 거리에 있다.. 드릴 비트의 최대 직경 (DO) 은 30 ~ 50 ㎜으로 설정된다. 이러한 크기의 드릴 비트는 비교적 가는 드릴 로드에 연결되며, 이러한 드릴 로드는 블라스트된 원주 노치로 인해 파손될 수 있다. 드릴 비트의 치수는 다음 조건을 만족한다.

단면 (26) 에서, 보어 및 스커트 사이에서 플러싱 물이 통과하는 취약 영역은 최대 직경 (D0) 과 비교하여 60% 까지 증가한다.

도시된 실시예에서, 스커트 (13) 의 외면 (28) 은 원통형 외면 (12) 및 원뿔부 (15) 의 이루어진다. 원통형 외면의 정렬에 의해 드릴 비트의 벽 두께는 접 촉면 (21 및 25) 에 가깝게 유지되어, 저항성이 있는 드릴비트가 얻어진다. 원뿔부 (15) 는 드릴 비트의 중심선 (CL) 과 각도 (α) 를 형성한다. 각도 (α) 는 최대 15°(즉, 0 ＜α≤15°), 바람직하게는 2 ~ 5°이다. 각도 (α) 의 조건은 다음과 같다.

tan α = (D1-D2)/2/(L1-L2), 여기서 tan 0°= 0, tan 15°

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여기서, L1 은 원뿔부 (15) 의 길이, 또는 리세스의 깊이 (L0) 의 절반이며, L2 = h = (D2-D3)/2 로, 단면 (26) 에서의 경사는 고려하지 않는다. 단면 (26) 에서부터의 축선방향 거리 (L2) 는 리세스의 깊이 (L0) 의 1/8 보다 크다.

D3 은 드릴 비트의 나사 상부에 의해 한정되는 내경에 대응한다. L2 는 도 3 에 도시된 바와 같이, 스커트의 단면 (26) 과 내경 (D3) 사이의 교차점으로부터 45°의 각도로 그은 선으로 결정될 수 있다. 원뿔부 (15) 의 가상의 연장선 (X) 은 단면 (26) 으로부터 축선방향으로 리세스의 깊이 (L0) 의 1/8 보다 큰 거리로 드릴 로드의 제 1 외면 (16) 과 교차한다. 원통형 외면 (12) 은, 내부 접촉면 (25) 의 평면으로부터 후방으로 리세스의 깊이 (L0) 의 최대 7/8 인 축선방향 길이를 갖는다.

선택된 치수로 인해 부분 (11) 및 부분 (10) 사이에는 비교적 작은 기하학적 천이가 주어져, 캐비테이션의 크기를 감소시켜, 연장 조인트에 대한 절삭물 및 공격적 물의 영향이 감소된다. 플러시 매체는 선택적으로 공기 및 물의 혼합물로 이루어질 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 충격 착암 드릴링, 바람직하게는 탑 해머 드릴링만을 위한 드릴 비트에 관한 것이다. 드릴 비트 (10) 는 플러시 매체를 로드 (11) 를 향한 방향으로 플러시 매체를 전달하여 충격 드릴링시 캐비테이션의 원인을 감소시키도록 형성된다.

Claims

일체화된 스커트 (13) 를 포함하는 충격 착암 드릴링용 드릴 비트 (10) 로서, 상기 드릴 비트 (10) 는 물과 같은 플러시 매체의 이송을 위한 1 이상의 채널을 포함하며, 상기 드릴 비트 (10) 는 최대 제 1 외경 (DO) 을 규정하는 버튼 (31) 이 제공된 전방면 (29) 및, 충격 드릴링을 위한 로프 또는 사다리꼴 나사와 같은 암 나사 (24) 가 제공된 리세스가 개구되어 있는 제 1 단면 (26) 을 가지며, 상기 리세스는 깊이 (LO) 를 갖는 상기 충격 착암 드릴링용 드릴 비트에 있어서,

스커트 (13) 의 외면 (28) 은 원뿔부 (15) 를 포함하며, 이 원뿔부 (15) 는 리세스의 깊이 (LO) 의 1/8 보다 크지만 이 깊이 (L0) 보다는 작은 축선방향 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 충격 착암 드릴링용 드릴 비트.
제 1 항에 있어서, 원통형 외면 (12) 이 드릴 비트 (10) 의 내부 접촉면 (25) 을 둘러싸며, 원통형 외면 (12) 은 내부 접촉면 (25) 으로부터 후방으로 리세스의 깊이 (L0) 의 최대 7/8 인 축선방향 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 충격 착암 드릴링용 드릴 비트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 원통부 (15) 는 드릴 비트의 중심선 (CL) 과 각 (α) 을 형성하며, 이 각 (α) 은 0°보다 크고 15°이하인 것을 특징으로 하는 충격 착암 드릴링용 드릴 비트.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, D2 가 단면 (26) 으로부터의 축선방향 거리 (L2) 에서 스커트 (13) 의 직경이며, D3 가 리세스의 최소 직경이며, D0 가 드릴 비트의 최대 직경이라고 할 때, 드릴 비트 (10) 의 치수는 다음 식에 따라서 선택되는 것을 특징으로 하는 충격 착암 드릴링용 드릴 비트.
제 4 항에 있어서, 드릴 비트의 치수는 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 충격 착암 드릴링용 드릴 비트.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 원뿔부 (15) 의 가상 정점이 단면 (26) 으로부터 축선 방향으로 리세스의 깊이 (L0) 의 1/4 보다 큰 거리에 있는 것을 특징으로 하는 충격 착암 드릴링용 드릴 비트.
제 1 드릴 로드와 드릴비트 (10) 에 일체화된 스커트 (13) 사이의 충격 착암 드릴링용 나사 조인트로서, 상기 드릴 비트 (10) 는 물과 같은 플러시 매체의 이송을 위한 1 이상의 채널을 포함하며, 상기 드릴 비트 (10) 는 최대 제 1 외경 (DO) 을 규정하는 버튼이 제공된 전방면 (29) 및, 충격 드릴링을 위한 로프 또는 사다리꼴 나사와 같은 암 나사 (24) 가 제공된 리세스가 개구되어 있는 제 1 단면 (26) 을 가지며, 상기 리세스는 깊이 (LO) 를 갖는 상기 충격 착암 드릴링용 나사 조인트에 있어서,

스커트 (13) 의 외면 (28) 은 원뿔부 (15) 를 포함하며, 이 원뿔부 (15) 는 리세스의 깊이 (LO) 의 1/8 보다 크지만 이 깊이 (L0) 보다는 작은 축선방향 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 충격 착암 드릴링용 나사 조인트.
제 7 항에 있어서, 상기 드릴 비트 (10) 의 내부 접촉면 (25) 을 원통형 외면 (12) 이 둘러싸며, 이 원통형 외면 (12) 은 내부 접촉면 (25) 으로부터 후방으로 리세스의 깊이 (L0) 의 최대 7/8 인 축선방향 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 충격 착암 드릴링용 나사 조인트.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 원통부 (15) 는 드릴 비트 중심선 (CL) 과 각 (α) 을 형성하며, 상기 각 (α) 은 0°보다 크고 15°이하인 것을 특징으로 하는 충격 착암 드릴링용 나사 조인트.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, A2 가 단면 (26) 으로부터 축선 방향 거리 (L2) 에서 스커트 (13) 의 직경 (D2) 과 드릴 비트의 최대 직경 (D0) 사이의 반경 단면의 가상 면적이며, A3 가 리세스의 최소 직경 (D3) 과 드릴 비트의 최대 직경 (D0) 사이의 반경 단면의 가상 면적이라고 할 때, 나사 조인트의 치수는 다음 식을 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 충격 착암 드릴링용 나사 조인트.

1 ＜ A3/A2 ＜ 1.6