KR20080052575A - A one-piece drill bit for single-pass anchor bolting and single pass drilling apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 드릴 비트와 싱글 패스 드릴 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a drill bit and a single pass drill apparatus according to the preamble of the independent claim.
굴착을 강화하기 위한 앵커 볼트의 설치는 보통 별도의 두 단계로 이루어진다. 일반적으로, 구멍을 뚫고 드릴강과 비트를 빼낸 후에, 볼트가 구멍에 삽입되어 조여지거나 그라우트(grout) 처리된다. 싱글 패스 앵커 볼팅은 이 두 단계를 동시에 수행하는 것을 포함하며, 볼트가 삽입되도록 드릴강을 제거하는 작업은 필요없게 된다. 싱글 패스 볼팅의 이점은 수동 또는 반수동 볼팅에 비해 볼트 설치에 필요한 시간을 최소화하고, 드릴 장치 조작자의 안전을 향상시키며, 공정의 완전한 자동화의 가능성을 높이는 것을 포함한다. 다른 이점은 수동 또는 반수동 볼팅에 비해 앵커 볼트 설치의 향상된 질과 정밀도이다. 구멍의 직경은 마찰, 예를 들어 스플리트 세트 볼트의 경우에 앵커 볼트 성능에 매우 중요하다. 싱글 패스 볼팅의 또 다른 이점은 볼트가 이미 구멍 내에 있기 때문에 드릴을 뺄 때 구멍이 붕괴될 수 없다는 것이다. 볼트가 항상 설치되어 있기 때문에, 즉 구멍의 손실이 없기 때문에, 이것은 더 큰 효율을 가져온다.Installation of anchor bolts to strengthen the excavation usually takes place in two separate steps. Generally, after drilling and removing the drill steel and bits, bolts are inserted into the holes and tightened or grouted. Single pass anchor bolting involves performing these two steps simultaneously, eliminating the need to remove the drill steel to insert the bolts. Advantages of single pass bolting include minimizing the time required for bolt installation, improving the safety of the drill device operator and increasing the possibility of complete automation of the process compared to manual or semi-manual bolting. Another advantage is the improved quality and precision of anchor bolt installation compared to manual or semi-manual bolting. The diameter of the hole is very important for the anchor bolt performance in the case of friction, for example split set bolts. Another advantage of single pass bolting is that the hole cannot collapse when the drill is removed because the bolt is already in the hole. Since the bolt is always installed, i.e. there is no loss of holes, this leads to greater efficiency.
싱글 패스 볼팅에 대한 종래의 시도는 그 단부 주위에 제공되는 드릴 비트를 가지는 드릴강으로서도 작용하는 혁신적인 앵커 볼트를 목적으로 한다. 이러한 장치는 회전 천공법 또는 회전/충격 천공법을 통해 사용되고, 일반적으로 단단한 지반 조건에 대해서는 적합하지 않다. 단단한 지반에 사용되며 드릴 비트를 재사용하지 않는 진동 앵커 볼트는 비용이 문제이다. 다양한 루프 볼트가 존재하며, 그 중 특별한 형태는 볼트를 통해 세로 방향으로 형성된 중심 구멍을 가지는 관형 (예를 들어, 스플리트 세트, Swellex, 등) 이다. 케이스를 통해 빼내기에 적합한 드릴 비트는 복잡해서 가격이 비싸다. 특별한 앵커 볼트의 사용과 복잡한 후퇴가능 비트의 배타적인 사용으로 인해 비트 비용에 대한 천공 속도의 비용 경쟁력이 종래 싱글 패스 앵커 볼트에서 나빠진다. 그럼에도 불구하고, 셀프 드릴링 루프 볼트의 설치 이점이 논셀프 드릴링 형태보다 중요한 경우도 있다.The conventional approach to single pass bolting aims at an innovative anchor bolt that also acts as a drill steel with a drill bit provided around its end. Such devices are used via rotary drilling or rotary / impact drilling and are generally not suitable for hard ground conditions. Vibration anchor bolts, which are used on hard ground and do not reuse drill bits, are costly. Various loop bolts exist, a particular type of which is tubular (eg, split set, Swellex, etc.) with a central hole formed longitudinally through the bolt. Drill bits suitable for pulling through the case are complex and expensive. The use of special anchor bolts and the exclusive use of complex retractable bits make the cost competitive of the drilling speed against the cost of the bit worse than conventional single pass anchor bolts. Nevertheless, the installation benefits of self-drilling loop bolts are often more important than the non-self drilling type.
본 발명에 따른 드릴 비트는 종래 기술과 관련된 상기 문제를 실질적으로 극복하거나 적어도 그에 대한 대안을 제공하는 것을 목적으로 한다.The drill bit according to the invention aims to substantially overcome or at least provide an alternative to the above problems associated with the prior art.
본 발명의 또 다른 목적은 싱글 패스 드릴 비트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a single pass drill bit.
본 발명의 또 다른 목적은 더 저렴한 사용 비용의 드릴 비트 및 싱글 패스 드릴 장치를 제공하여, 채광 산업에서 싱글 패스 볼팅을 더 효과적으로 사용하게 하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a lower cost of use drill bit and single pass drill device, making the use of single pass bolting more efficient in the mining industry.
본 발명의 또 다른 목적을 양호한 내마모성을 가지는 드릴 비트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a drill bit having good wear resistance.
명세서에서, 그렇지 않은 것으로 기재되어 있지 않은 한, "포함하다" 또는 "포함하는" 등의 단어는 기재된 정수 또는 정수의 집단을 포함하는 것을 의미하지만, 다른 정수 또는 다른 정수의 집단을 배제하는 것을 의미하지는 않는다.In the specification, the word "comprises" or "comprising", unless stated otherwise, means to include the described integer or population of integers, but to exclude other integers or groups of other integers. It doesn't.
첨부된 도면은 전술한 종류의 본 발명의 실시형태를 도시한다. 도면과 관련된 설명의 상세한 사항은 전술한 본 발명의 넓은 범위의 설명의 일반성을 없애지 않는다.The accompanying drawings show embodiments of the invention of the kind described above. The details of the description in conjunction with the drawings do not obscure the generality of the foregoing broad description.
도 1A 내지 도 1G 는 본 발명에 따른 드릴 비트를 사용하는 싱글 패스 루프 볼팅의 순서를 개략적으로 도시한다.1A-1G schematically illustrate the sequence of single pass loop bolting using a drill bit in accordance with the present invention.
도 2A 는 본 발명에 따른 드릴 비트와 로드부를 도시하는 측면도이다.2A is a side view illustrating the drill bit and rod portion according to the present invention.
도 2B 는 드릴 비트를 도시하는 정면도이다.2B is a front view illustrating the drill bit.
도 3A 는 바위에 구멍을 뚫는 중인 드릴 비트를 도시하는 측면도이다.3A is a side view showing a drill bit being punched in a rock.
도 3B 는 바위에 구멍을 뚫는 중인 드릴 비트를 도시하는 정면도이다.3B is a front view showing a drill bit being punched in a rock.
도 1A 내지 도 1G 는 본 발명에 따른 드릴 비트 (16) 를 사용하는 본 발명에 따른 싱글 패스 드릴 장치 (10) 를 도시하며, 도 2A 내지 도 3B 는 본 발명에 따른 드릴 비트 (16) 를 더 상세히 도시한다. 싱글 패스 드릴 장치 (10) 는, 예를 들어, 드릴 방향 (F) 에 대해서 선도(leading) 단부 (12) 와 후속(trailing) 단부(미도시)를 가지는 긴 드릴강 (11) 등의 수개의 부분을 포함한다. 선도 단부 (12) 는 나사 (15), 테이퍼(taper) 또는 베이어넷(bayonet) 연결(미도시)을 포함하는 연결부를 가진다. 일체형 드릴 비트 (16) 는 바위 가공 수단 (17, 18A, 18B, 18C) 을 가진다. 드릴 비트 (16) 는 나사, 테이퍼 또는 베이어넷 연결 (미도시) 을 포함하는 연결부 (20) 를 통해서 드릴강에 연결될 수 있다. 드릴강 (11) 과 드릴 비트는 드릴 수단을 구성한다. 싱글 패스 드릴 장치 (10) 는 적어도 부분적으로 드릴강 (11) 을 둘러싸도록 되어 있는 앵커 볼트 (21) 를 더 포함한다. 앵커 볼트 (21) 는 개방 단부를 가진다. 드릴 비트의 가장 큰 직경 방향 크기는 앵커 볼트 (21) 의 가장 작은 직경보다 작다.1A to 1G show a single
싱글 패스 드릴 장치 (10) 의 기본 착상은, 볼트가 드릴강을 둘러싼 채로 구멍을 뚫고, 그 다음에 비트를 다시 사용하기 위해 빼내는 것이다. 비트 부분의 손실은 없다. 싱글 패스 드릴 장치 (10) 는 본 명세서에서 참고로 관련되어 있는 스웨덴 특허출원 제 0400597-1 호에 더 상세하게 개시되어 있다.The basic idea of a single
드릴 비트 (16) 는 도 2A 및 도 2B 를 참고하여 이하와 같이 구성될 수 있다. 일체형 드릴 비트 (16) 는 두 일체형 부분, 즉 전체 장치 (10) 를 적절하게 안내하기 위해 충분한 길이, 즉 길이 (L) 를 가지는 파일럿부 (14) 및 리머부 (19) 를 가진다. 파일럿부 (14) 의 중심선 (CL1) 은 리머부의 제 1 중심선 (CL2) 에 평행하게 연장되는 축 (CL3) 과 예각인 제 2 각도 (α) 를 이룬다. 각도 (α) 는 0° 를 제외한 -20° 내지 +20° 이며, 바람직하게는 +0.1° 이상 및 +15° 이하이며, 도 2A 및 도 3A 에는 "+" 지수로 도시된다. 중심선 (CL1) 은 천공 중에 구멍 (22) 의 축과 실질적으로 일치한다. 또한, 파일럿부 (14) 의 중심선 (CL1) 은 천공 중에 앵커 볼트 (21) 의 중심선과 실질적으로 일치하지만, 드릴 비트의 후퇴 중에는 일치하지 않는다. 리머부 (19) 의 중심선 (CL2) 과 드릴강 (11) 의 중심선은 천공을 하지 않을 때 일치한다. 파일럿부 (14) 와 리머부 (19) 는 반경 방향 단면이 원형이거나 대칭일 필요가 없어서, 선 (CL1) 과 선 (CL2) 은 각각의 부분에서의 평균적인 중심선으로 이해될 수 있다는 것을 유의해야 한다.
일체형 바위 드릴 비트 (16) 는 본체 (25) 및 초경합금 수단, 즉 치즐 (chisel) 및/또는 버튼 (17, 18A, 18B, 18C) 을 포함한다. 드릴 비트의 본체는 강철로 만들어진다. 본체 (25) 는 실질적으로 원통형인 파일럿부 (14) 및 실질적으로 원뿔형인 리머부 (19) 를 포함한다. 파일럿부 (14) 가 원뿔형상을 가질 수 있고, 리머부 (19) 가 원통형상을 가질 수 있다. 파일럿부는 직경 방향으로 연장되는 치즐 (17) 또는 직경 방향으로 실질적으로 정렬된 둘 이상의 전방 버튼 (미도시) 을 포함하는 전방면을 가진다. 리머부 (19) 는 원형의 반경 방향 단면을 가질 수 있다. 리머부는 하나 이상의 전방 버튼, 여기서는 세 개의 전방 버튼 (18A, 18B, 18C) 을 포함하는 전방면을 가진다. 전방면은 볼록하거나 실질적으로 평면일 수 있다. 버튼 (18A, 18B, 18C) 은 리머부에서 주연에 아치형으로 배열될 수 있다. 버튼 (18A, 18B, 18C) 은 천공 중에 강철 본체 (25) 보다 더 큰 직경을 가지는 구멍 (22) 을 가공하기 위해서 리머부의 외주 밖으로 조금 돌출될 수 있다. 리머부에서의 초경합금 버튼의 수는 드릴 비트의 직경이 얼마나 큰지에 따라 변경될 수 있다. 인접한 리머 버튼 사이의 영역에는, 플러 시(flush) 매체가 통과할 수 있는 칩 통로 또는 홈이 제공될 수 있다. 바위 드릴 비트 (16) 는 연결부에 의해 드릴강 (11) 에 연결되어, 일반적인 방식으로 회전 운동과 충격을 전달한다. 드릴강 (11) 은 플러시 매체를 전달하는 채널을 포함한다. 플러시 매체의 주 채널은 드릴 비트 안쪽에 제공된다. 주 채널의 전단부는 전방면에서 나가는 다수의 분기 채널과 연결된다. 플러시 매체는 실제로 물, 시멘트, 또는 공기일 것이다. 파일럿부는 구멍 (22) 에 대해 더 작은 직경과 길이를 가지는 파일럿 구멍 (22A) 을 뚫는다. 파일럿부 (14) 의 길이 (L) 는 파일럿부의 최전방부와 최전방의 리머 버튼 (18A, 18B, 또는 18C) 사이에서 리머부 중심선 (CL2) 에 평행한 방향의 거리로 정해진다. 길이 (L) 는 10 ㎜ 이상이고 60 ㎜ 이하이어서, 드릴 비트에 대한 양호한 사용 기간과 양호한 안내를 제공한다. 본 실시형태의 리머 버튼은 선도 버튼 (18A), 중간 버튼 (18B), 및 후속 버튼 (18C) 을 포함한다. 천공 중에, 리머부 (19) 에서 가장 큰 반력이 선도 및 중간 바위 가공 수단 (18A, 18B) 에 작용한다. 따라서, 치즐 (17) 을 통과하는 축방향 평면은 선도 및 중간 바위 가공 수단 (18A, 18B) 사이를 통과하도록 경사진다. 다시 말해, 바람직하게는 바위 가공 수단 또는 치즐 (17) 을 통과하고 리머부 (19) 의 중심선 (CL2) 에 수직인 중심선인 가상의 선 (S) 이 중심선 (CL2) 에 대한 수직선 (N) 과 예각인 제 1 각도 (β) 를 형성한다. 수직선 (N) 은 드릴 비트 (16) 의 회전 방향 (R) 으로 제일 앞에 있는 바위 가공 수단 또는 버튼 (18A) 을 가로지른다. 각도 (β) 는 0°이상이고 20°이하인 것이 바람직하다. 리머부 (19) 에 있는 선도 바위 가공 수단이 버튼이라면, 수직선 (N) 은 그 중심선을 가로지른다. 리머부 (19) 에 있는 선도 바위 가공 수단이 다른 형상을 가진다면, 수직선 (N) 은 회전 방향 (R) 으로의 그 최전방 지점을 가로지른다. 천공 중에, 리머부 (19) 에서 가장 큰 반력이 선도 및 중간 버튼 (18A, 18B) 에 작용한다. 바위 가공 수단 (17) 은 그 중에서도 적어도 외부면 (50) 까지 연장된다. 따라서, 선도 버튼 (18A) 에 대한 특정 관계로 바위 가공 수단 (17) 을 파일럿부의 외부면 (50) 에 위치시킴으로써, 바위 가공 수단 (17) 은 천공 중에 마모를 가장 많이 받는 리머부의 부분에서 내마모수단 (17') 을 형성한다. 따라서, 상기 내마모수단 (17') 은 제 1 바위 가공 수단 (17) 과 일체이다. 드릴 비트의 외부면 (50) 또는 스커트부 (51) 에 접하고, 중심선 (CL2) 에 평행한 접선 (T) 은 파일럿부의 전단부의 외주와 반경방향 거리 (X) 를 형성한다. 거리 (X) 는 0 이 아니며, 바람직하게는 -5 ㎜ 이상이고 +5 ㎜ 이하이다.The integral
상기 형상은 양호한 천공 결과 및 파일럿 구멍 (22A) 과 파일럿부 (14) 사이의 더 나은 접촉면을 제공한다. 파일럿부가 리머부를 향해 어느 정도의 각도로 경사짐으로써, 천공 시에 드릴강이 항상 동일한 방향으로 구부러지기 때문에 더 양호한 천공 결과가 얻어지고, 드릴강 (11) 의 구부러짐은 버튼 (18A, 18B, 18C) 의 축방향 아래쪽의 스커트부 (51) 의 축방향 하단부 (52) 에서의 접촉에 의해 제한된다. 바위와 접촉하게 되는 스커트부의 하단부 (52) 는 마모를 줄이기 위해 표면 처리에 의해 강철 본체 (25) 의 나머지보다 더 단단해지거나, 단단한 인서트를 가질 수 있다.This shape provides good drilling results and a better contact surface between the
싱글 패스 바위 볼트 장치 (10) 가 도 1A 내지 1G 에 도시된다. 도 3A 및 도 3B 는 예를 들어, 도 1C 에 대응된다. 드릴강 (11) 의 구부러짐 각도는 도 3A 에서 과장되었다. 드릴 비트 (16) 는 예를 들어, 나사에 의해 드릴강 (11) 에 연결된다. 표준 드릴 점보 등의 드릴 기계가 드릴강을 유지한다. 볼트 (21) 는 드릴강 주위로 자동으로 공급되고 드릴 방향 (F) 으로 드릴 비트 (16) 의 뒤에 위치하는 것이 바람직하다. 도 1A 에서, 파일럿부 (14) 는 우선 바위에 접하여, 잠시동안 원형의 보간(interpolation) 중에 바위면을 가공하게 된다. 그리고, 파일럿부 (14) 가 그 정확한 중심을 발견하여, 중심적으로 천공하기 시작하는 것과 동시에, 드릴강 (11) 이 파일럿부 중심선 (CL1) 에 대해 요동하기 시작한다 (도 1B 참조). 그리고, 리머부 (19) 가 바위면과 접하게 되어, 파일럿부 (14) 에 의해 만들어진 구멍을 넓히기 시작한다. 잠시 후에, 볼트 (21) 가 구멍에 도달하여, 도 1C 에 도시된 것과 같이 구멍으로 밀어넣어진다. 일반적으로, 볼트 (21) 는 드릴 비트 (16) 로부터 축방향으로 이격된다. 볼트 (21) 직경은 구멍 (22) 의 직경보다 작은 것이 바람직하다. 드릴 비트 (16) 는 천공을 계속하여 구멍 (22) 을 넓히며, 상이한 부분의 이송이 멈출 때까지 볼트는 드릴 기계의 연결 슬리브 (26) 에 의해 앞으로 밀어진다 (도 1D 참조). 구멍 (22) 의 깊이는 볼트 (21) 의 길이에 의해 실질적으로 정해지며, 다시 말해서, 볼트의 후속 단부에 위치한 와셔 (23) 가 바위면 또는 구멍의 입구에 도달할 때 이송이 중단된다 (도 1E 참조). 드릴 기계에는 앵커 볼트 가압기가 있다. 볼트 가압기는 드릴강에 의해 구동되는 연결 슬리브 (26) 또는 돌리(dolly) 공구이다. 돌리 공구는 보통 삽입 중에 드릴강과 볼트와 함께 회전한다. 그러나, 예를 들 어 기계적 앵커 볼트의 경우에, 볼트는 삽입 중에 회전하지 않도록 유지될 수 있다. 돌리 공구는 완전히 삽입되었을 때 앵커 볼트를 회전시킬 수 있다. 또한, 돌리 공구는 드릴강을 따라 슬라이드해서, 기계적 쉘(shell) 볼트 및 그라우트(grouted) 볼트가 더 쉽게 설치될 수 있게 한다. 도 1E 는 앵커 볼트 내에 드릴강과 드릴 비트를 가지고 완전히 삽입된 앵커 볼트 (21) 를 도시한다. 가압기는 플레이트를 바위면까지 민다. 와셔는 볼트의 후속 단부에서 벌지(bulge) (24) 와 협동작용하는 중심 구멍을 가지는 느슨한 종래의 플레이트일 수 있다. 그리고, 드릴 비트는 파일럿 구멍 (22A) 으로부터 후퇴한다(도 1F 참조). 볼트와 드릴 비트 사이의 축방향 간격은 파일럿 보어 (22A) 의 깊이보다 더 커서, 볼트의 선도 단부가 드릴 비트의 후퇴를 방해하지 않는 것이 바람직하다. 드릴 비트와 드릴강은 완전히 후퇴해서 반복되는 드릴 작업에서 재사용될 수 있다.A single pass
장치 (10) 를 구동하는 기계는 탑 해머 드릴 기계, 순수 회전 기계, 또는 다운홀(down-the-hole) 장치일 수 있다.The machine driving the
본 발명에 따른 드릴 비트는 리머부로부터 멀어지는 쪽으로 향한 측면에서의 마모가 내마모 바위 가공 수단 (17') 에 의해 받아지기 때문에 양호한 내마모성을 가지고, 양호한 드릴 결과를 제공한다.The drill bit according to the present invention has good wear resistance because wear on the side facing away from the reamer is received by the wear-resistant rock processing means 17 ', and provides good drill results.
본 명세서에서 설명된 본 발명은 상세히 설명된 것으로부터 변형, 개량, 및/또는 추가가 가능하며, 본 발명은 특허청구범위의 범위 내에서 그러한 변형, 개량 및/또는 추가를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the invention described herein is capable of modifications, improvements, and / or additions from those described in detail, and that the invention includes such modifications, improvements, and / or additions within the scope of the claims. .
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