PL197261B1 - Sposób i urządzenie do wiercenia otworów i zabezpieczenia zakotwienia w otworze - Google Patents

Abstract

1. Sposób wiercenia, zw laszcza udarowego lub obrotowo udarowego, otworu (7) w gruncie lub skale, przy czym otwór wiercony (7) jest uformowany, za pomoc a koronki wiertniczej (1) zamocowanej na zespole zerdzi wiertniczej (5), podczas jednoczesnego wprowadzania z ni a p laszcza rurowego (4), otaczaj acego z odst e- pem zespó l zerdzi wiertniczej, znamienny tym, ze p laszcz wiertniczy, który jest uformowany z wzd luzn a szczelin a (8), jest co najmniej cz e- sciowo wprowadzone w wyst ep oporowy na otworze wiertniczym (7) podczas wiercenia. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197261 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 365943 ⁽¹³⁾ (22) Data zgłoszenia: 23.04.2002 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

23.04.2002, PCT/AT02/00120 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

07.11.2002, WO02/88523 PCT Gazette nr 45/02 (51) Int.Cl.

E21D 20/00 (2006.01)

Opis patentowy przedrukowano ze względu na zauważ one błędy (54) Sposób i urządzenie do wiercenia otworów i zabezpieczenia zakotwienia w otworze (30) Pierwszeństwo:

26.04.2001,AT,GM327/2001

05.04.2002,AT,A537/2002 (43) Zgłoszenie ogłoszono:

24.01.2005 BUP 02/05 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.03.2008 WUP 03/08 (73) Uprawniony z patentu:

ALWAG TUNNELAUSBAU GESELLSCHAFT M.B.H.,Pasching,AT (72) Twórca(y) wynalazku:

Josef Mocivnik,Fohnsdorf,AT (74) Pełnomocnik:

Kowal Elżbieta, POLSERVICE,

Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

⁽⁵⁷⁾ 1. Sposób wiercenia, zwłaszcza udarowego lub obrotowo udarowego, otworu (7) w gruncie lub skale, przy czym otwór wiercony (7) jest uformowany, za pomocą koronki wiertniczej (1) zamocowanej na zespole żerdzi wiertniczej (5), podczas jednoczesnego wprowadzania z nią płaszcza rurowego (4), otaczającego z odstępem zespół żerdzi wiertniczej, znamienny tym, że płaszcz wiertniczy, który jest uformowany z wzdłużną szczeliną (8), jest co najmniej częściowo wprowadzone w występ oporowy na otworze wiertniczym (7) podczas wiercenia.

PL 197 261 B1

Opis wynalazku

Obecny wynalazek odnosi się do sposobu wiercenia, w szczególności udarowego wiercenia lub obrotowo udarowego wiercenia otworu w gruncie lub materiale skalnym i zamocowania zakotwienia we wspomnianym gruncie, przy czym otwór wiercony jest ukształtowany za pomocą koronki wiertniczej zamocowanej w zespole żerdzi wiertniczej przy jednoczesnym wprowadzeniu rurowego płaszcza otaczającego zespól żerdzi wiertniczej oddalonych od siebie, jak również urządzenie wiertnicze, w szczególnoś ci udarowe wiercenie lub obrotowo udarowe wiercenie w gruncie lub materiale skalnym i utworzenie zakotwienia, przy czym koronka wiertnicza zamocowana w zespole żerdzi wiertniczej wykonuje otwór, zaś rurowy płaszcz otaczający zespół żerdzi wiertniczej w odległości podąża za koronką wiertniczą.

W kontekś cie wytwarzania otworów lub otworów wierconych w gruncie lub materiale skalnym i w nastę pstwie tego, zamocowanie kotwią ce lub zastosowanie obudowy w otworze wierconym znane jest, na przykład z opisów publikacji WO 98/21439 i WO 98/58132, znane jest również z powyższego wprowadzenie płaszcza rurowego do otworu wierconego, podczas procedury wiercenia, za pomocą na przykład wiercenie udarowe lub obrotowo udarowe, przy czym po zakończeniu procedury wiercenia, cześć koronki wiertniczej jest usuwana z otworu wiertniczego razem z zespołem żerdzi wiertniczej, podczas gdy płaszcz rurowy pozostaje wewnątrz otworu wierconego tak, że zakotwienie będzie uformowane w otworze wierconym poprzez wypełnienie masą utwardzaną. Według konfiguracji zawartej w opisie WO 98/58132, zespół żerdzi wiertniczej może być wyposażony w dodatkowe żebra i rowki na ich zewnętrznym obrzeżu tak, aby zapewnić odpowiednio dobry efekt kotwiący w przypadku gdy zespół żerdzi wiertniczej pozostaje wewnątrz otworu wierconego i jest następnie wypełniony.

Alternatywnie, znane jest usuwanie z otworu wierconego narzędzia wiertniczego razem z zespołem żerdzi wiertniczej po utworzeniu otworu wierconego, a następnie wprowadzenie zakotwienia do otworu wierconego. Z opisów patentowych EP-B 0241 451, USA 4 490 074, DE-AS 21 05 888, USA 4 310 266, EP-A 0 875 663 i innych, znane są konfiguracje w których, aby zostało wprowadzone rurowe zakotwienie za pomocą elementów zatrzymujących o wymiarach zredukowanych odpowiednio do ostatecznego stanu, po zakończeniu wprowadzania wstępnie sprężonej rury do otworu wierconego i usunię ciu elementów utrzymuj ą cych, rura, która zazwyczaj zawiera wzd ł u ż n ą szczelinę , rozszerza się ją, dochodząc do oparcia, lub pod wpływem nacisku o ścianę otworu wierconego w celu dostarczenia wymaganego zakotwienia. Te znane rozwiązania mają wady, polegające z jednej strony na tym, że otwór wiercony został zrobiony w pierwszym etapie sposobu, po czym po usunięciu narzędzia wiertniczego z zespołem żerdzi wiertniczej, elementy kotwiące są wprowadzane do bardzo długiego otworu wierconego, w kolejnym etapie sposobu, po którym oparcie żerdzi na ścianie otworu wierconego jest możliwe poprzez usunięcie odpowiednich środków zatrzymujących i pod wpływem rozszerzenia zewnętrznej średnicy.

Jest widoczne, że te dwa oddzielne etapy nie tylko wymagają więcej czasu, ale także wprowadzenia środków kotwiących mających większą długość. Ponadto, należy zauważyć, że usunięcie urządzenia wiertniczego razem z zespołem żerdzi wiertniczej i odpowiednio kotwiących elementów, jest możliwe tylko w przypadku porównywalnych zwięzłości gruntu lub skał, gdzie musi być odpowiednie zabezpieczenie, aby żaden materiał nie dostawał się do otworu wierconego, na przykład podczas procedury wiercenia lub po usunięciu narzędzia wiertniczego i przed ostatecznym wprowadzeniem elementów kotwiących, tak aby otwór wiercony nie był blokowany, dając opór podczas wprowadzania elementów kotwiących.

Celem obecnego wynalazku jest dostarczenie sposobu i urządzenia określonego rodzaju, mającego uproszczoną konstrukcję, za pomocą którego co najmniej tymczasowe zabezpieczenie jest możliwe podczas procesu wiercenia i zakotwienie do wewnętrznej ściany otworu wierconego i może być uzyskane natychmiast po zakończeniu wiercenia.

Aby rozwiązać ten problem sposób według wynalazku, zasadniczo charakteryzuje się tym, że płaszcz wiertniczy, który jest uformowany z wzdłużną szczeliną, jest co najmniej częściowo wprowadzony w występ oporowy na otworze wiertniczym podczas wiercenia. Ponieważ rurowy płaszcz, który jest ukształtowany ze wzdłużną szczeliną przylega co najmniej częściowo do ściany otworu wierconego podczas wiercenia, co najmniej prowizoryczne zabezpieczenie podczas procedury wiercenia jest możliwe, przy czym zabezpieczenie prowizoryczne wzdłużnej szczeliny, jest takie, że rurowy płaszcz jest wystarczająco giętki i sprężynujący, przez co nie daje zbyt dużo oporu podczas wprowadzania rurowego płaszcza na rzecz, na przykład naprężenia uderzeniowego lub rozciągania nawet w przyPL 197 261 B1 padku co najmniej częściowego przylegania do ściany otworu wierconego. Ponadto, płaszcz rurowy z wzdłużną szczeliną zapewnia, że pożądane zakotwienie przez co najmniej częściowe przyleganie do ściany otworu wierconego będzie uzyskane natychmiast po zakończeniu wiercenia otworu w porównaniu do znanej konfiguracji, w której zespół żerdzi wiertniczej został usunięty po zakończeniu formowania otworu, a oddzielne zakotwienie zostało wprowadzone do otworu wierconego. Ponadto, sposób według wynalazku, może być realizowany zarówno w gruncie jak i materiale skalnym, ponieważ płaszcz rurowy jest wprowadzany bezpośrednio podczas wytwarzania lub formowania otworu wierconego, tak, że nawet urobiona skała, nie będzie niebezpieczna co najmniej po usunięciu narzędzia wiertniczego i przed wprowadzeniem zakotwienia, trudności jakie mogą wystąpić z zakotwieniem będą ominięte, ponieważ płaszcz rurowy wprowadzony podczas wiercenia, zawsze będzie utrzymywać czyste przejście w przekroju poprzecznym otworu wierconego w urobionej skale. Po zakończeniu formowania otworu wiertniczego, narzędzie wiertnicze może być albo usunięte co najmniej częściowo z zespoł em żerdzi wiertniczej poprzez wnę trze pł aszcza rurowego pozostają ce wewną trz otworu wierconego albo może być pozostawione wewnątrz otworu wiertniczego razem z zespołem żerdzi wiertniczej aby zwiększyć efekt zakotwienia, tak, że efekt zakotwienia nie tylko będzie wynikiem przylegania płaszcza rurowego do wewnętrznej ściany otworu wiertniczego, ale wynik zakotwienia będzie wzmocniony przez narzędzie wiertnicze i zespól żerdzi wiertniczej pozostający wewnątrz otworu wierconego. Gdy wprowadza się płaszcz rurowy wyposażony we wzdłużną szczelinę, co najmniej częściowo stykający się ze ścianą otworu wierconego, można dalej odgadnąć, że poprzez wprowadzenie płynu czyszczącego w obszar koronki wiertniczej, jak to jest znane, a przez to wyrzucenie urobionego materiału także w obszar zewnętrznego obrzeża płaszcza rurowego, dostarczenie odpowiedniego płynu lub warstwy lepkiego materiału będzie powodować smarowanie lub efekt poślizgu podczas wprowadzania płaszcza rurowego, a przez to przerwanie dostawy płynu czyszczącego. Można zauważyć, że tarcie pomiędzy zewnętrznym obrzeżem płaszcza rurowego i wewnętrzną ścianą otworu wierconego będzie odpowiednio powodować wzrost zestalania materiału w obszarze zewnętrznego obwodu płaszcza rurowego tak, że odpowiedni efekt zakotwienia płaszcza rurowego przylegającego do wewnętrznej ściany otworu wierconego będzie uzyskany.

W celu podtrzymania efektu zakotwienia, płaszcz rurowy opiera się opierając się co najmniej częściowo na wewnętrznej ścianie otworu wierconego już podczas jego wprowadzania, proponuje się zgodnie z korzystnym przykładem wykonania, wprowadzenie rozporowego elementu we wnętrze płaszcza rurowego i rozprężenie go na uformowanym otworze wierconym i usunięciu zespołu żerdzi wiertniczej. Takie wprowadzenie elementu rozprężnego umożliwia mocne zamocowanie płaszcza rurowego na wewnętrznej ścianie otworu wierconego ponad część obszarów, dostarczając wzmocnienie efektu zakotwienia.

W szczególnie prosty sposób, element rozprężny moż e być zamocowany we wnę trzu pł aszcza rurowego i rozprężony poprzez wywieranie naprężenia udarowego, jak to ujawniono zgodnie z korzystnym, dalszym przykładem wykonania według wynalazku. Taki rozprężny element nie tylko zapewnia niezawodne oparcie płaszcza rurowego na wewnętrznej ścianie otworu wierconego, ale także działa przeciw jakiejkolwiek redukcji przekroju poprzecznego płaszcza rurowego, na przykład poprzez naprężenie ściskające pochodzące od otaczającego materiału lub naprężenie rozciągające, wywierane w kierunku wzdłużnym kotwienia uformowanego przez płaszcz rurowy, przy czym istnienie wzdłużnej szczeliny zapewnia, że naprężenie rozciągające działa w kierunku wzdłużnym płaszcza rurowego powodując zakotwienie, w szczególności, może z drugiej strony być wynikiem redukcji przekroju poprzecznego płaszcza rurowego, po to aby efekt zakotwienia był odpowiednio zredukowany.

W zależ noś ci od otaczającego materiał u i stą d rodzaju pł aszcza rurowego, jest korzystnym aby podczas wprowadzania płaszcza rurowego w procesie wiercenia, płaszcz rurowy był wprowadzany do otworu wierconego poprzez wprowadzanie naprężenia rozciągania na skutek połączenia z koronką wiertniczą i/lub naprężenia udarowego. Według wynalazku płaszcz rurowy może współdziałać, na przykład z koronką wiertniczą w użyteczny sposób i być wprowadzonym do otworu wierconego jedynie za pomocą naprężenia rozciągającego. W szczególności nawet w przypadku, gdy płaszcz rurowy ma powiększony przekrój poprzeczny i przez to powiększoną wytrzymałość, co jest zapewnione, aby dostarczyć odpowiednią wytrzymałość zakotwienia. Płaszcz rurowy, może być dodatkowo lub alternatywnie wprowadzony do otworu wierconego podczas procedury wiercenia, na skutek działania naprężenia udarowego, przy czym doprowadzana siła może oddziaływać na koronkę wiertniczą i porwać płaszcz rurowy.

PL 197 261 B1

W celu zapewnienia właściwego wprowadzenia płaszcza rurowego podczas procesu wiercenia, proponuje się, zgodnie z następnym korzystnym przykładem wykonania proponuje się co najmniej jedno połączenie, usytuowane wzdłuż zasadniczo wzdłużnie szczelinowanego płaszcza rurowego i okreś lonego przez ustalony wstę pnie punkt rozerwania, które jest rozerwane po zakoń czeniu formowania otworu.

Korzystnie proste oddzielenie lub przerwanie w wyznaczonym z góry punkcie rozerwania, według wynalazku, jest wynikiem słabego cofania co najmniej udarowego ślizgacza i płaszcza rurowego zamocowanego na nim, jak również uruchomienia ślizgacza udarowego. Tak więc, po zakończeniu formowania otworu, oddzielenie lub przerwanie w wyznaczonym punkcie może być osiągnięte pod wpływem rozszerzenia lub rozciągnięcia przedniego końca płaszcza rurowego, poprzez nieznaczne cofnięcie co najmniej ślizgacza udarowego i opcjonalnie pierścieniowej koronki wiertniczej zamocowanej tu, przy czym drugie uruchomienie ślizgacza udarowego z płaszczem rurowym podtrzymuje szybciej zakotwienie lub zamocowane w produkowanym otworze z wierconym w co najmniej częściowo ciernym zamocowaniu, poprzez rozszerzenie wewnętrznej średnicy płaszcz rurowego z wzdłużną szczeliną poprzez ślizgacz udarowy, na przykład poprzez dostarczenie dopasowanej powierzchni podtrzymującej w obszarze przedniego końca płaszcza rurowego, tak, że prawidłowe oparcie zewnętrznej średnicy rozszerzonego płaszcza rurowego na skończonej ścianie otworu wierconego może być zapewnione.

W celu dalszego zwiększonego efektu zakotwiczenia, zwłaszcza w przypadku sypkiej skały lub we współpracy z płytą kotwiącą opcjonalnie zamocowaną do końca wystającego z otworu wierconego, proponowane jest według dalszego korzystnego przykładu wykonania wypełnienie masą utwardzaną wnętrze płaszcza rurowego w znany sposób na uformowanym otworze. Materiał utwardzany jest zdolny do penetrowania w materiał otaczający, w szczególności, w przednim obszarze, jak również wzdłuż wzdłużnej szczeliny rozprężnego płaszcza rurowego, tak udoskonalając zakotwienie płaszcza rurowego. Poprzez penetrację materiału utwardzanego z płytą kotwiącą dostarczoną w wewnętrzny koniec płaszcza rurowego, zamocowanie w warstwowym luźnym materiale lub materiale skalnym może być uzyskane dodatkowo.

W celu osiągnięcia celu wynalazku, proponuje się urządzenie do realizacji sposobu według wynalazku, które charakteryzuje się, tym, że płaszcz rurowy zawiera wzdłużną szczelinę, zasadniczo rozciągającą się w kierunku wzdłużnym płaszcza rurowego. Poprzez dostarczenie płaszcza rurowego, ukształtowanego z wzdłużną szczeliną zapewniono, że płaszcz rurowy może być wprowadzany do otworu wierconego przy odpowiednio niskim oporze tarcia i co najmniej częściowo w oparciu na wewnętrznej ścianie otworu wierconego, podczas procesu wiercenia, po czym odpowiedni efekt zakotwienia uzyskuje się po zakończeniu procedury wiercenia poprzez bezpośrednie, co najmniej częściowe oparcie płaszcza rurowego na wewnętrznej ścianie otworu wierconego.

W celu umocnienia efektu zakotwienia, proponuje się zgodnie z korzystnym przykł adem wykonania, aby element rozporowy był wprowadzony do wnętrza płaszcza rurowego i rozprężony w występie oporowym na wewnętrznej ścianie płaszcza rurowego po wypełnieniu otworu wierconego i usunięty zespołem żerdzi wiertniczej. Taki rozprężny element, który jest rozprężany w oparciu o wewnętrzną ścianę płaszcza rurowego, zapewnia bezpieczne zakotwienie płaszcza rurowego w otworze wierconym, po to aby taki element rozprężny oddziaływał, na przykład, przeciw redukcji przekroju poprzecznego płaszcza rurowego, w szczególności w przypadku naprężeń rozciągających, wpływających na zakotwienie uformowane przez płaszcz rurowy, utrzymując mocne pożądane zakotwienie.

W celu dostarczenia szczególnie korzystnego zamocowania elementu rozprężnego we wnę trzu płaszcza rurowego, proponuje się zgodnie z wynalazkiem, aby rozprężny element zawierał tuleję, która jest rozprężana poprzez udarowe uderzenie spowodowane przez wprowadzenie stożkowego elementu, przy czym, w szczególności, gdy szereg rozprężnych elementów jest wprowadzonych do wnętrza płaszcza rurowego i w celu zapewnienia jego właściwego usytuowania, proponuje się zgodnie z wynalazkiem, aby płaszcz rurowy na swojej wewnętrznej ścianie miał wzniesienia lub występy wycelowane do ustawienia rozporowych elementów.

W celu umoż liwienia prostego wprowadzenia, korzystnym jest aby pł aszcz rurowy zawierał co najmniej jeden wstępnie ustalony punkt rozerwania, wzdłuż jego wzdłużnej szczeliny rozciągającej się zasadniczo w kierunku wzdłużnym płaszcza rurowego. Płaszcz rurowy może być wprowadzony do otworu wierconego podczas procesu wiercenia, podczas gdy co najmniej jeden punkt rozerwania jest oddzielony lub przerwany po zakończeniu otworu, w celu umieszczenia płaszcza rurowego w oparciu o wewnętrzną ścianę otworu wierconego tak, że uzyskuje się zakotwienie.

PL 197 261 B1

Po zakończeniu wiercenia, co najmniej jeden określony z góry punkt rozerwania, musi być oddzielony poprzez wprowadzenie odpowiedniej siły. Z drugiej jednak strony określony punkt przerwania musi zapewniać wystarczającą wytrzymałość, podczas procesu wiercenia, wzdłużnej szczeliny rozciągającej się na całej długości płaszcza rurowego. Ostatecznie, proponuje się zgodnie z innym przykładem wykonania, że co najmniej jeden określony punkt rozerwania jest usytuowany wzdłuż wzdłużnej szczeliny płaszcza rurowego jest uformowany poprzez mostkowane spawanie wzdłużnej szczeliny. Poprzez odpowiednie usytuowanie i konfigurację jak również opcjonalna ilość spoin tworzących określony punkty rozerwania, różne wymagania dotyczące zarówno wytrzymałości podczas wiercenia i przerw lub oddzielenia punktów rozerwania po zakoń czeniu wiercenia.

Dla prawidłowego wprowadzenia płaszcza rurowego podczas wiercenia, proponuje się ponadto żeby płaszcz rurowy, na swoim końcu ustawionym czołowo z koronką wiertniczą, był zamocowany do ślizgacza udarowego koronki wiertniczej, jak to odpowiada dalszemu przykładowi wykonania urządzenia według wynalazku. Ponadto, aby wprowadzić płaszcz rurowy poprzez zastosowanie naprężenia udarowego, na skutek zamocowania płaszcza rurowego do koronki wiertniczej lub ślizgacza udarowego, odpowiednio, dodatkowo musi być zastosowane naprężenie udarowe oddziaływujące na koniec płaszcza rurowego, który wystaje z otworu wierconego, co jest możliwe, zwłaszcza dla płaszcza rurowego mającego podwyższoną wytrzymałość.

W celu osiągnięcia odpowiedniego zakotwiczenia rurowego płaszcza, który jest rozszerzalny na wypełnieniu otworu, proponuje się jako dalszy przykład wykonania, aby płaszcz rurowy był wykonany z wstę pnie naprężonego materiał u, korzystnie metalu.

W celu zakoń czenia mocowania, lub zwię kszenia skutku zakotwienia, w szczególnoś ci z czę ściowo sypką warstwą materiału skalnego, jest to korzystne dla rozwiązania według wynalazku na wypełnieniu otworu wywierconego, jest mocowana płyta kotwiąca do płaszcza rurowego na jego końcu wystającym na zewnątrz gruntu lub materiału skalnego.

W celu zapewnienia transportu wydrążonych skał, proponuje się ponadto, zgodnie z wynalazkiem, aby płaszcz rurowy, w obszarze końca następującego za koronką wiertniczą, w sposób znany, zawierał co najmniej jeden otwór kanałowy, w celu wprowadzenia wydobytego gruntu lub materiału skalnego do wnętrza płaszcza rurowego tak, że wydobyty materiał będzie mógł być wyrzucony z otworu także w wolnym obszarze, w szczególności pierścieniowej przestrzeni, określonej pomiędzy zespołem koronki wiertniczej i płaszczem rurowym.

Wynalazek będzie opisany i wyjaśniony w szczegółach na podstawie przykładu wykonania schematycznie zilustrowany na załączonych rysunkach, na których fig. 1 jest przekrojem poprzecznym, pierwszego przykładu wykonania według wynalazku, urządzenia do realizacji sposobu według wynalazku, fig. 2 jest widokiem przekroju wzdłuż linii II-II z fig. 1, fig. 3 jest takim samym przekrojem jak fig. 1 zmodyfikowanego przykładu wykonania według wynalazku, fig. 4 jest kolejnym przykładem modyfikacji rozwiązania z fig. 1, urządzenia do realizacji sposobu według wynalazku, fig. 5 przedstawia różne etapy realizacji sposobu według wynalazku przy użyciu urządzenia według wynalazku, fig. 5a ilustruje proces wytwarzania otworu wierconego za pomocą sposobu według wynalazku przedstawiony na fig. 1, fig. 5a przedstawia usuwanie zespołu żerdzi wiertniczej po wypełnieniu otworu wiertniczego, fig. 5c ukazuje wprowadzenie rozszerzalnego elementu do wnętrza płaszcza rurowego i usuwanie zespołu żerdzi wiertniczej, fig. 5d ukazuje procedurę poszerzania rozszerzalnego elementu, zaś fig. 6 jest schematycznym przekrojem innego zmodyfikowanego przykładu wykonania urządzenia według wynalazku do realizacji sposobu według wynalazku.

Na fig. 1 narzędzie wiercące lub koronka wiertnicza oznaczone jest ogólnie jako 1 i jest połączone poprzez fragment łączący 2 jak również ślizgacz udarowy schematycznie oznaczony jako 3, z zespoł em ż erdzi wiertniczej 5 rozcią gają cej się wewną trz pł aszcza rurowego 4. Koronka wiertnicza 1 jest uruchamiana poprzez uderzenie lub urządzenie udarowo obrotowe, nie pokazane w szczegółach, i usytuowanego na zewną trz gruntu lub materiału skalnego w celu oddziaływania, którego powierzchnia jest oznaczona jako 6, zespołem żerdzi wiertniczej 5. Wewnętrzny kontur otworu wierconego wykonany przez wiertarkę lub koronkę wiertniczą 1 jest schematycznie oznaczony jako 7 na fig. 1.

Jak to widać na fig. 1, płaszcz rurowy 4 zawiera wzdłużną szczelinę 8 rozciągniętą zasadniczo w kierunku wzdł uż nym, jak to jasno wynika również z fig. 2, jest również oczywistym, ż e tuleja 4 jest wykonana z materiału wstępnie sprężonego, w szczególności z metalu, przy czym wspomniany materiał jest w stanie odciążonym na zewnątrz otworu wiertniczego, co pokazano pełną linią, ma dłuższą zewnętrzna średnicę niż w stanie wewnątrz otworu wiertniczego, co jest pokazane za pomocą cienkich linii przerwanych, przy czym szczelina 8 została oznaczona jako 8. Płaszcz rurowy 4, jest następ6

PL 197 261 B1 nie wprowadzany do otworu wierconego w warunkach wstępnego naprężenia, co zapewnia, że płaszcz rurowy 4 będzie co najmniej częściowo przylegać do wewnętrznej ściany otworu wierconego 7 w celu umożliwienia co najmniej tymczasowego zabezpieczenia podczas procesu wiercenia.

Jak to wynika z fig. 2, zespół żerdzi wiertniczej 5 jest wyposażony w centralny kanał 9, poprzez który płyn czyszczący jest wprowadzany do obszaru koronki wiertniczej 1 w celu wydalenia urobionego materiału co najmniej częściowo w obszar zewnętrznego obwodu płaszcza rurowego 4 pomiędzy płaszczem rurowym 4 i wewnętrzna ścianą 7 otworu wierconego, gdzie smarujący lub ślizgowy efekt zostanie osiągnięty poprzez wprowadzenie czyszczącego płynu na powierzchnię przylegania pomiędzy zewnętrzne obrzeże płaszcza rurowego i wewnętrzną ścianę 7 otworu wierconego. Smarujący lub ślizgowy efekt odpowiednio redukuje opór tarcia pomiędzy zewnętrznym obrzeżem płaszcza rurowego 4 i wewnętrzną ścianą 7 otworu wierconego podczas wiercenia, podczas gdy cierne zamocowanie pomiędzy płaszczem rurowym 4 i wewnętrzną ścianą otworu wierconego 7 może być uzyskane poprzez utwardzenie wypełnienia otworu wierconego 7, a stąd przerwanie podawania środka czyszczącego w obszar koronki wiertniczej 1.

W korzystnym przykł adzie pokazanym na fig. 1, wprowadzenie pł aszcza rurowego 4, który ma stożkowo zwężający się zewnętrzny kształt w obszarze 4', następującym za koronką wiertniczą 1, jest realizowane poprzez naprężenie rozciągające wpływające na płaszcz rurowy 4 poprzez ślizgacz udarowy 3. Na fig. 1, jako 10 oznaczono przejściową tuleję, którą umożliwia powiązanie środków uruchamiających dla wiercenia udarowego lub obrotowego wiercenia udarowego, co nie jest pokazane.

W zmodyfikowanym przyk ł adzie pokazanym na fig. 3, pł aszcz rurowy 4, dodatkowo do naprę żenia rozciągającego dostarczanego przez ślizgacz udarowy 3, podlega naprężeniu uderzenia w obszarze głowy kotwiącej 6 poprzez przejściową tuleję 10 tak, że płaszcz rurowy 4 jest wprowadzany do wnętrza otworu wierconego ponownie oznaczonego przez 7, zarówno na skutego naprężenia rozciągającego jak i udarowego.

Płaszcz rurowy 4 zawiera wzdłużną szczelinę 8, która jest odgałęzieniem lub jest przeznaczona do redukcji przekroju poprzecznego, częściowo w obszarach jego zewnętrznego obrzeża, taki obszar odgałęźny jest oznaczony jako 11 na fig. 3. Tak więc, tylko część oparcia płaszcza rurowego 4 będzie uzyskane, zwłaszcza podczas procedury wprowadzania, co jest korzystne dla zapewnienia procesu właściwego wiercenia, na przykład w przypadku dużego oporu tarcia oczekiwanego pomiędzy zewnętrznym obrzeżem płaszcza rurowego 4 i wewnętrzną ścianą otworu wierconego 7.

Jak to wynika z dalszej modyfikacji pokazanej na fig. 7, płaszcz rurowy 4 jest wprowadzony do wnętrza otworu wierconego 7 jedynie poprzez oddziaływanie naprężenia udarowego na główkę zakotwienia 6 za pomocą tulei przejściowej 10, podczas gdy nie występuje w tym przypadku rozciągające porywanie poprzez połączenie płaszcza rurowego 4 z koronką wiertniczą 1. Takie wprowadzenie płaszcza rurowego 4 poprzez naprężenie uderzenia jest wykonalne, w szczególności, nawet w przypadku mocniejszego płaszcza rurowego lub płaszcza rurowego 4 wykazującego podwyższoną wytrzymałość.

Z poszczególnych etapów sposobu zilustrowanego na fig. 5, fig. 5a wynika ukształtowanie lub wytwarzanie otworu wierconego 7 podczas wprowadzania płaszcza rurowego 4 w sposób, na przykład taki sam jak w przykładzie pokazanym na fig. 4, poprzez wpływanie naprężenia uderzenia na głowę zakotwienia 6, bez jakichkolwiek połączeń pomiędzy płaszczem rurowym 4, i głową wiertła 1.

Na fig. 5, płyta kotwiąca 13 jest oznaczona w obszarze końca wystającego z gruntu lub materiału skalnego 12. Po wykonaniu otworu wierconego 7, jak to pokazano na fig. 5b, zespół żerdzi wiertniczej 5 jest usuwany z otworu wierconego 7 w kierunku oznaczonym strzałką 14, podczas gdy koronka wiertnicza 1 pozostaje w otworze wierconym 7.

Po usunięciu zespołu żerdzi wiertniczej, element rozporowy, generalnie oznaczony jako 15, jest wprowadzany do wnętrza płaszcza rurowego 4 w kierunku oznaczonym strzałką 16. Element rozprężny 15 zawiera stożkowo schodzącą się tuleję 17 co najmniej częściowo usytuowanej ze szczeliną 18, po to aby element stożkowy 19 mógł być wprowadzony do wnętrza tulei 17.

Po wprowadzeniu lub zamocowaniu dwu częściowego elementu 15 we wnętrzu płaszcza rurowego 4, na przykład w obszarze stopni lub występów 20, przeznaczonych do sytuowania elementu rozporowego, element stożkowy 19 jest narażony na uderzanie poprzez tuleję przejściową 10 powodując, że dwu częściowy element rozporowy 15 jest ustawiany na pożądanym miejscu we wnętrzu płaszcza rurowego i zamocowany do wewnętrznej ściany płaszcza rurowego 4.

PL 197 261 B1

Ten element rozporowy 15 zapewnia zabezpieczenie, że nie nastąpi redukcja przekroju poprzecznego płaszcza rurowego 4 na przykład z powodu naprężeń ściskających spowodowanych otaczającym materiałem lub poprzez dostarczenie naprężeń rozciągających w wyniku momentu wyrywającego lub oddzielającego zakotwienia, tak, że pożądany wynik zamocowania będzie utrzymany. Gdy naprężenie rozciągające wpływają na zakotwienie uformowane przez płaszcz rurowy 4, redukcja przekroju poprzecznego jest możliwa, poprzez wzdłużną szczelinę 8 płaszcza rurowego 4, gdy nie jest dostarczony element rozporowy 15, redukcja przekroju poprzecznego może pogorszyć wynik zakotwienia.

Zamiast wprowadzania występów ustalających 20, element rozporowy 15 może także być dostarczony w kierunku oparcia na koronce wiertniczej 1 pozostającej w otworze wierconym 7 jak to oznaczono na fig. 5d. Ponadto, szereg rozprężnych elementów 15 może być wprowadzonych do wnętrza płaszcza rurowego 4 w celu uzyskania pożądanego podparcia zakotwienia płaszcza rurowego 4 w różnych punktach. Takich szereg elementów rozporowych 15 może być odpowiednio usytuowanych i ukształ towanych oraz zazę bionych z wystę pami ustalają cymi 20, w szczególnoś ci stoż kowej tulei 17.

Alternatywnie lub dodatkowo do wprowadzenia elementów rozprężnych 15, może nastąpić wypełnienie wnętrza płaszcza rurowego 4 masą utwardzającą po zakończeniu wiercenia otworu 7 i opcjonalnie usunię cie zespoł u ż erdzi wiertniczej 5.

Na fig. 6, która ilustruje dalszą modyfikację przykładu wykonania 1 odnosi się do narzędzia wiertniczego połączonego poprzez fragment łączący 2 jak również ślizgacz udarowy schematycznie oznaczony jako 3 z zespołem żerdzi wiertniczej 5, rozciągającym się we wnętrzu płaszcza rurowego 4, przy czym koronka wiertnicza 1 jest uruchamiana poprzez uderzenie udarowe lub obrotowe uderzenie udarowe urządzenia wiercącego, nie pokazanego w szczegółach i usytuowanego na zewnątrz obrabianego gruntu lub materiału skalnego, którego powierzchnia jest oznaczona jako 6, poprzez zespół żerdzi wiertniczej 5. Wewnętrzny obrys otworu wierconego wykonanego przez narzędzie wiertnicze lub koronkę wiertniczą 1 jest ponownie schematycznie oznaczone przez 7 na fig. 6.

Jak to przedstawiono na fig. 6, płaszcz rurowy 4 ponownie zawiera wzdłużną szczelinę 8 rozciągającą się w kierunku wzdłużnym, przy czym co najmniej jeden wstępnie określony punkt rozrywający 29 jest oznaczony na wzdłużnym rozciągnięciu wzdłużnej szczeliny 8, przy czym wspomniany punkt rozerwania jest uformowany, na przykład poprzez spoinę spawalniczą 29. Płaszcz rurowy 4 w tym przypadku jest usytuowany na ś lizgaczu udarowym 3 podczas poś redniej procedury wiercenia tak, że płaszcz rurowy 4 ukształtowany z wzdłużną szczeliną 8 jest wprowadzony do otworu wiertniczego 7 bezpośrednio podczas wiercenia.

Aby usunąć materiał urobiony przez koronkę wiertniczą 1, kanałowy otwór 31 jest dostarczony w przednim obszarze pł aszcza rurowego 4, wspomniany otwór przejś ciowy jest uformowany poprzez powiększony wyczyszczony przekrój kanału szczeliny wzdłużnej 8. Poprzez ten otwór kanałowy 31, materiał wypracowany narzędziem wiertniczym 1 osiąga swobodne przestrzenie lub przestrzeń pierścieniową określoną pomiędzy płaszczem rurowym 4 i zespołem żerdzi wiertniczej 5 i jest wyrzucony na końcu czołowym z koronka wiertniczą 1. Jeśli jest to konieczne, drugi otwór kanałowy może być zapewniony w płaszczu rurowym 4 na promieniowo przeciwległym obszarze obrzeża, na przykład symetrycznie do otworu przejściowego 31.

Po wypełnieniu otworu, rozszerzenie wstępnie naprężonego płaszcza rurowego 4 jest spowodowane przez przerwanie lub oddzielenie spawaniem określającym punkt przerwania 29, zapewniając pożądany efekt zakotwienia. Na wypełnieniu otworu, płaszcz rurowy 4 i co najmniej ślizgacz udarowy 3 jak również części żerdzi wiertniczej na nim zamocowane, na przykład pierścieniowa koronka wiertnicza gdzie centralna koronka wiertnicza i promieniowo otaczająca pierścieniową koronkę wiertniczą są dostarczone, są nieznacznie cofane przeciwnie lub wysuwane w kierunku 26, po to aby po cofnięciu, ślizgacz udarowy 3 był uruchomiony jeszcze raz poprzez zespół żerdzi wiertniczej 5, ponownie w kierunku wiercenia 26, przez co oddzielają c okreś lony punkt osłabienia 29.

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wiercenia, zwłaszcza udarowego lub obrotowo udarowego, otworu (7) w gruncie lub skale, przy czym otwór wiercony (7) jest uformowany, za pomocą koronki wiertniczej (1) zamocowanej na zespole żerdzi wiertniczej (5), podczas jednoczesnego wprowadzania z nią płaszcza rurowego (4), otaczającego z odstępem zespół żerdzi wiertniczej, znamienny tym, że płaszcz wiertniczy, który jest

   PL 197 261 B1 uformowany z wzdłużną szczeliną (8), jest co najmniej częściowo wprowadzone w występ oporowy na otworze wiertniczym (7) podczas wiercenia.
2. 2. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e rozporowy element (15, 17, 19) jest wprowadzony we wnętrze płaszcza rurowego (4), i rozprężony na uformowanym otworze wierconym (7) i po usunięciu zespołu żerdzi wiertniczej (5).
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, ż e rozporowy element (15, 17, 18) rozpr ęża się poprzez zastosowanie naprężenia udarowego.
4. 4. Sposób wedł ug jednego z poprzednich zastrz. 1, 2 albo 3, znamienny tym, ż e pł aszcz rurowy (4) jest wprowadzony do otworu wiertniczego (7) poprzez zastosowanie naprężenia rozciągającego za pośrednictwem połączenia ruchu koronki wiertniczej (1) i/lub uderzenia udarowego.
5. 5. Sposób według jednego zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, ż e co najmniej jedno połączenie usytuowane wzdłuż zasadniczo wzdłużnie szczelinowanego płaszcza rurowego (4) i określonego przez ustalony wstępnie punkt rozerwania (29) jest oddzielone po uformowaniu otworu (7).
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że oddzielenie lub przerwanie w wyznaczonym z góry punkcie rozerwania (29) jest wynikiem sł abego cofania co najmniej udarowego ś lizgacza (3) i pł aszcza rurowego (4) zamocowanego na nim jak również uruchomienia ś lizgacza udarowego (3).
7. 7. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, ż e wypełnia się masą utwardzaną wnętrze płaszcza rurowego (4) w znany sposób na uformowanym otworze (7).
8. 8. Urządzenie do wiercenia, zwłaszcza udarowego lub udarowo obrotowego, otworów (7) w gruncie lub materiale skalnym i wytworzenia zakotwienia, przy czym koronka wiertnicza (1) jest zamocowana w zespole żerdzi wiertniczej (5) w celu wywiercenia otworu wiertniczego (7) oraz zawierające płaszcz rurowy (4), otaczający z odstępem zespół żerdzi wiertniczej (5), w następstwie czego koronka wiertnicza (1) jest dostarczona, znamienne tym, że płaszcz rurowy (4) zawiera wzdłużną szczelinę (8), zasadniczo rozciągającą się w kierunku wzdłużnym płaszcza rurowego (1).
9. 9. Urzą dzenie wedł ug zastrz. 8, znamienne tym, ż e element rozporowy (15, 17, 19) jest wprowadzony do wnętrza płaszcza rurowego (4) i rozprężony w występie oporowym na wewnętrznej ścianie płaszcza rurowego (4) na uformowanym otworze wierconym (7) i po usunięciu zespołu żerdzi wiertniczej.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że element rozporowy (15) zawiera tuleję (17), która jest rozprężana poprzez udarowe uderzenie spowodowane przez wprowadzenie stożkowego elementu (19).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9 albo 19, znamienne tym, że płaszcz rurowy (4) na swojej wewnętrznej ścianie jest wyposażony we wzniesienia lub występy (20) wycelowane do ustawienia rozporowych elementów (15, 17, 19).
12. 12. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz. 8 do 11, znamienne tym, że płaszcz rurowy (4) zawiera co najmniej jeden wstępnie ustalony punkt rozerwania (29) wzdłuż jego wzdłużnej szczeliny rozciągającej się zasadniczo w kierunku wzdłużnym płaszcza rurowego (4).
13. 13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że co najmniej jeden określony z góry punkt rozerwania (19), usytuowany wzdłuż wzdłużnej szczeliny (8) płaszcza rurowego (4), jest uformowany poprzez poprzeczne spawanie wzdłużnej szczeliny (8).
14. 14. Urządzenie według jednego z zastrz. 8 do 13, znamienne tym, że płaszcz rurowy (4), na swoim końcu ustawionym czołowo z koronką wiertniczą (1), jest zamocowany do ślizgacza udarowego (3) koronki wiertniczej (1).
15. 15. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz. 8 do 14, znamienne tym, że płaszcz rurowy (4) jest z materiału sprężonego, zwłaszcza stali.
16. 16. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz. 8 do 15, znamienne tym, że co najmniej na uformowanym otworze wierconym (7) jest zamocowana płyta kotwiąca (13) do płaszcza rurowego (4), na jego końcu wystającym z gruntu lub materiału skalnego.
17. 17. Urządzenie według jednego z zastrz. 8 do 16, znamienne tym, że płaszcz rurowy (4), w obszarze swojego koń ca za koronką wiertniczą (1), w znany sposób zawiera co najmniej jeden otwór przejściowy przeznaczony do wprowadzenia wykopanego gruntu lub materiału skalnego do wnętrza płaszcza rurowego (4).