PL223290B1

PL223290B1 - Stirrer for use with the drill bit and related methods

Info

Publication number: PL223290B1
Application number: PL395373A
Authority: PL
Inventors: Kerry Hopf
Original assignee: J H Fletcher & Co; Jh Fletcher & Co
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2016-10-31
Also published as: ZA201104173B; WO2010068315A1; PL395373A1

Abstract

An apparatus assists in preventing the accumulation of debris in a flow path during the formation of a borehole. In one embodiment, the apparatus comprises a drill head including a drive shaft for driving a drilling element to form the borehole. Preferably, the drilling element includes a passage forming a flow path for debris from the borehole. A carrier positioned adjacent the flow path is connected to at least one agitator connected to the carrier for agitating debris in the flow path, A related method pertains to manufacturing a drill head including an agitator.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Niniejszy wynalazek dotyczy urządzeń wspomagających zapobieganie gromadzeniu się gruzu w układzie przepływowym jednostki wiertniczej.The present invention relates to devices helping to prevent the accumulation of debris in a flow system of a drilling unit.

W większości układów do wierceń w ziemi wykorzystywane są różnego rodzaju świdry obrotowe lub udarowe. Wiertnica, na przykład wiertnica do wykonywania otworów do umieszczenia ładunków wybuchowych lub topienia obudowy stropowej, obejmuje gniazdo wiertła do wprowadzania trzonu, na którego dalszym końcu znajduje się koronka wiertnicza. W celu wykonania otworu trzon/koronka wiertnicza obrotowej wiertnicy jest obracana z wykorzystaniem wału zamontowanego na głowicy wiertniczej. Obrotowy ruch wału uzyskiwany jest zwykle z wykorzystaniem napędu hydraulicznego lub pneumatycznego.Most ground drilling systems use a variety of rotary or percussion bits. The drill rig, for example a drill rig for making holes for accommodating explosives or melting a roof casing, includes a drill bit for inserting a shank having a drill bit at the distal end of which is provided. The shank / drill bit of the rotary drill rig is rotated using a shaft mounted on the drill head to make a hole. Rotary movement of the shaft is usually achieved by a hydraulic or pneumatic drive.

W celu zwiększenia skuteczności wiercenia, zwierciny i pył są często gromadzone i usuwane z otoczenia koronki wiertniczej. Usuwanie zwiercin i pyłu z otoczenia koronki wiertniczej powoduje zmniejszenie stopnia zanieczyszczenia powietrza, zapewnia uzyskanie czystych krawędzi cięcia na dnie otworu oraz umożliwia uzyskanie najlepszego styku koronki wiertniczej ze stałą lub inną warstwą geologiczną. Zwykłe wykorzystywany jest w tym celu pneumatyczny lub hydrauliczny układ gromadzenia/usuwana zwiercin/pyłu. W jednym z przykładowych rozwiązań do odwiertu wprowadzany jest odpowiedni płyn hydrauliczny, na przykład woda lub mieszanina wody i powietrza, co ma na celu wydobywanie lub zbieranie zwiercin i pyłu w celu ich usunięcia. W jednym z wariantów wykonania wynalazku ceł ten osiągnięto przez zastosowane podciśnienia w centralnym kanale wiertła ze stall węglowej, w celu przemieszczenie płynnego urobku do przestrzeni odwiertu otaczającej wiertło ze steli węglowej, po czym zwierciny i cząstki pyłu są porywane i usuwane przez kanał centralny. W każdym z tych układów, ten usunięty gruz jest wstępnie odprowadzany pneumatycznie lub hydraulicznie od odwiertu.To increase drilling efficiency, cuttings and dust are often collected and removed from the vicinity of the drill bit. Removal of drill cuttings and dust from around the core bit reduces air pollution, ensures clean cutting edges at the bottom of the hole, and provides the best contact between the core bit and solid or other geological layer. Typically, a pneumatic or hydraulic system for collecting / removing cuttings / dust is used for this purpose. In one example embodiment, a suitable hydraulic fluid, such as water or a mixture of water and air, is introduced into the well to extract or collect cuttings and dust for removal. In one embodiment of the invention, this is achieved by applying negative pressures to the center channel of the carbon steel drill bit to move the sloppy debris into the wellbore space surrounding the carbon stela drill, whereupon the cuttings and dust particles are entrained and removed through the center channel. In each of these systems, the removed debris is initially discharged pneumatically or hydraulically from the wellbore.

Typowe rozwiązanie urządzeń wiertniczych i systemu gromadzenia zwiercin/pyłu znanego w stanie techniki przedstawiono w patencie US nr 4 434 861 (Howeth) oraz patentach US nr 6 637 522 i 6 216 800 (Wilson), które zostały w całości włączone do niniejszego opisu jako odnośniki.A typical prior art drilling rig and dust collection system is shown in U.S. Patent No. 4,434,861 (Howeth) and U.S. Patent Nos. 6,637,522 and 6,216,800 (Wilson), which are incorporated herein by reference in their entirety. .

W przypadku stosowania powietrza, zwierciny i pył są następnie odfiltrowywane w odległym położeniu i usuwane. W układach wykorzystujących wodę, występującą samodzielnie lub w postaci mieszaniny z innymi cieczami, możliwe jest rozwiązanie polegające po prostu na pozwoleniu, aby pył został usunięty, a następnie osadzony na zewnątrz odwiertu.When air is used, cuttings and dust are then filtered out at a remote location and removed. In systems using water, alone or as a mixture with other liquids, it is possible to simply allow the dust to be removed and then deposited outside the wellbore.

Niezależnie od tego, jakiego rodzaju układ jest wykorzystywany, podczas usuwania zwiercin i pyłu możliwe jest gromadzenie się gruzu w kanale centralnym i obszarach otaczających kanał centralny. Gruz wykazuje skłonność tworzenia ciastowatej substancji, zwłaszcza w przypadku, gdy układ przepływowy nie jest okowicie liniowy. Wspomniane gromadzenie się gruzu ogranicza przepływ i uniemożliwia skuteczne przemieszczanie zwiercin i pyłu w celu usunięcia ich z odwiertu. Jeżeli to wystąpi, koronka wiertnicza zostaje oddzielona przez gruz od dalszej powierzchni cięcia odwiertu, co uniemożliwia skuteczne wiercenie. Zwierciny i pył zaczynają ponadto zanieczyszczać powietrze. Proces wiercenia jest zatem często przerywany w celu usunięcia gruzu, co powoduje opóźnienia w prowadzeniu prac wiertniczych oraz ich niską wydajność, jak również wiąże się ze zwiększeniem kosztów.Regardless of what type of system is used, it is possible for debris to accumulate in the center channel and the areas surrounding the center channel when removing cuttings and dust. The debris tends to form a pasty substance, especially when the flow system is not circumferentially linear. Said accumulation of debris restricts flow and prevents the cuttings and dust from being effectively moved for removal from the wellbore. If this occurs, the core bit is separated by debris from the distal cut surface of the wellbore, preventing effective drilling. In addition, drill cuttings and dust begin to pollute the air. The drilling process is therefore often interrupted to remove debris, which causes delays in drilling and poor performance as well as increasing costs.

Stwierdzono zatem, że istnieje zapotrzebowanie na sposób wspomagania zapobiegania gromadzeniu się gruzu w układzie przepływowym podczas procesu wiercenia, na przykład w przypadku wykonywania odwiertu w przodku chodnika kopalni i kotwienia obudowy stropowej.Thus, it has been found that there is a need for a method of assisting in preventing debris from accumulating in the flow system during the drilling process, for example, when drilling a well in a mine head face and anchoring a roof support.

Urządzenie wspomagające zapobieganie gromadzeniu się gruzu w układzie przepływowym podczas wykonywania odwiertu w przodku chodnika kopalni z wykorzystaniem elementu wiertniczego, posiadające głowicę wiertniczą z obudową i wał napędowy, obudowa głowicy wiertniczej przynajmniej częściowo wyznacza układ przepływowy i obejmuje obrotowy wał napędowy do napędzania elementu wiertniczego do wykonywania odwiertu, zaś wał napędowy posiada wewnętrzny kanał stanowiący część układu przepływowego.A device to help prevent accumulation of debris in the flow system when drilling a well in the face of a mine head with a drill element, having a casing drill head and a drive shaft, a drill head casing at least partially defines the flow system, and includes a rotating drive shaft for driving the well member for making the well and the drive shaft has an inner passage that forms part of the flow system.

Korzystnie, ponadto w obudowie znajduje się przynajmniej jedno mieszadło do mieszania gruzu w układzie przepływowym.Preferably, furthermore, at least one agitator is provided in the housing for mixing the debris in a flow system.

Korzystnie, elementem wiertniczym jest koronka wiertnicza z kanałem stanowiącym układ przepływowy do odprowadzania gruzu z odwiertu, zaś wspomniane co najmniej jedno mieszadło do mieszania gruzu jest oddzielone od koronki wiertniczej.Preferably, the drill element is a drill bit with a channel constituting a flow system for discharging debris from a wellbore, and said at least one debris mixing agitator is separate from the drill bit.

Korzystnie, przynajmniej jedno mieszadło rozciąga się poprzecznie zgięciem kierunku przepływu w części układu przepływowego od strony dopływu.Preferably, at least one agitator extends transversely in the upstream portion of the flow system.

PL 223 290 B1PL 223 290 B1

Korzystnie, przynajmniej jedno mieszadło nie przesłania otworu w wale napędowym stanowiącego część układu przepływowego.Preferably, the at least one agitator does not obstruct the drive shaft bore forming part of the flow system.

Korzystnie, przynajmniej jedno mieszadło posiada wydłużony pręt.Preferably, at least one of the agitators has an elongated rod.

Korzystnie, posiada dwa mieszadła.Preferably, it has two agitators.

Korzystnie, posiada ponadto element nośny połączony z watem napędowym, przy czym wspomniany element nośny podtrzymuje przynajmniej jedno mieszadło.Preferably, it further comprises a carrier connected to the drive shaft, said carrier supporting at least one stirrer.

Korzystnie, wał napędowy jest obrotowo zamocowany przynajmniej częściowo wewnątrz obudowy.Preferably, the drive shaft is rotatably mounted at least partially inside the housing.

Korzystnie, ponadto posiada źródło ciśnienia do wywoływania przepływu powietrza wzdłuż układu przepływowego.Preferably, it further comprises a pressure source for causing an air flow along the flow system.

Korzystnie, wałem napędowym jest obrotowy wał napędowy posiadający kanał w komunikacji płynowej z kanałem koronki wiertniczej.Preferably, the drive shaft is a rotatable drive shaft having a fluid communication channel with the drill bit channel.

Korzystnie, wspomniany element nośny posiada otwór w komunikacji płynowej z kanałem wału napędowego.Preferably, said support element has an opening in fluid communication with a channel of the drive shaft.

Korzystnie, mieszadło jest zamocowane ruchomo do przemieszczania się wraz z wałem napędowym.Preferably, the stirrer is movably mounted for movement with the drive shaft.

Korzystnie, urządzenie ma posiać jednostki wiertniczej lub wkręcającej oraz posiada ponadto element nośny połączony z wałem napędowym, przy czym wspomniany element nośny podtrzymuje przynajmniej jedno mieszadło, zaś przynajmniej jedno mieszadło nie przesłania otworu w wale napędowym stanowiącego część układu przepływowego.Preferably, the device is intended to seed a drill or screw unit and further comprises a support member connected to the drive shaft, said support member supporting at least one agitator and the at least one agitator not obstructing an opening in the drive shaft forming part of the flow system.

Korzystnie, przynajmniej jedno mieszadło umieszczone jest współliniowo z kierunkiem przepływu w układzie przepływowym znajdującym się za elementem nośnym.Preferably, at least one stirrer is arranged in alignment with the flow direction in a flow system downstream of the support.

Korzystnie urządzenie ponadto posiada w elemencie nośnym otwór stanowiący część układu przepływowego.Preferably, the device further comprises an opening in the carrier as part of the flow system.

Korzystnie, przynajmniej jedno mieszadło nie przesłania otworu w elemencie nośnym.Preferably, the at least one stirrer does not obstruct the opening in the support.

Korzystnie, urządzenie posiada ponadto komorę odpylającą znajdującą się w obudowie, przy czym przynajmniej jedno mieszadło wystaje do wnętrza komory odpylającej.Preferably, the device further comprises a dedusting chamber in the housing, the at least one stirrer protruding into the dedusting chamber.

Korzystnie, posiada dwa mieszadła.Preferably, it has two agitators.

Korzystnie, urządzenie ponadto posiada źródło ciśnienia do wywoływania przepływu powietrza wzdłuż układu przepływowego.Preferably, the device further comprises a pressure source for causing an air flow along the flow system.

Figura 1 przedstawia przekrój poprzeczny głowicy wiertniczej zaopatrzonej w rozdrabniać pyłu przedstawiony w niniejszym opisie; oraz fig. 2 przedstawia rzut perspektywiczny elementu nośnego uszczelnienia obrotowego, który posiada parę mieszadeł przeznaczonych do połączenia z głowicą wiertniczą do mieszania pyłu i gruzu w układzie przepływowym.Figure 1 is a cross-sectional view of a drill head provided with the dust grinders described in this specification; and Fig. 2 is a perspective view of a rotary seal carrier that has a pair of agitators to be coupled to a drill head for mixing dust and debris in a flow system.

Odnośnie fig. 1, przedstawiono tu przekrój poprzeczny jednego z wariantów wykonania jednostki wiertniczej 10 wraz z urządzeniem 20 wspomagającym zapobieganie gromadzeniu się gruzu w układzie przepływowym 15 połączonym z jednostką wiertniczą. Jednostka wiertnicza 10 może być wykorzystywana na przykład do wykonywania odwiertu w stropie kopalni w postaci warstwy skały tworzącej strop kopalni, a następnie jako jednostka wkręcająca stosowana do zamontowania w wyk onanym w ten sposób odwiercie kotwy mechanicznej, na przykład kotwy stropowej. Jest to jednak zaledwie jedno z zastosowań, w których może być wykorzystywana jednostka wiertnicza 10 według niniejszego wynalazku. Poza wierceniem w warstwie tworzącej strop, jednostka wiertnicza 10 według niniejszego wynalazku może być wykorzystywana do wykonywania odwiertów w ścianie bocznej, podłodze lub dowolnej warstwie ziemi, jak również do innych celów, na przykład do umieszczania ładunków wybuchowych i tym podobnych.Referring to Fig. 1, there is shown a cross-sectional view of one embodiment of the drilling unit 10 with a device 20 to help prevent the accumulation of debris in a flow system 15 connected to the drilling unit. The drilling unit 10 may be used, for example, to drill a mine roof in the form of a layer of rock forming a mine roof, and then as a screwing unit used to mount a mechanical anchor, such as a roof bolt, in the well formed well. However, this is only one application in which the drilling unit 10 of the present invention can be used. In addition to drilling into the roofing layer, the drilling unit 10 of the present invention may be used to drill a sidewall, floor or any layer of earth as well as for other purposes, such as placing explosives and the like.

Jak przedstawiono na fig. 1, jednostka wiertnicza 10 posiada obudowę 11, która z kolei obejm uje część układu przepływowego 15 przeznaczonego do przemieszczania gruzu, pyłu i zwiercin w celu ich gromadzenia lub usunięcia, jednostka wiertnicza 10 posiada również wał napędowy 18, który w korzystnym rozwiązaniu zamontowany jest z wykorzystaniem odpowiednich łożysk w taki sposób, aby obracał się we wnętrzu obudowy 11. Element napędowy (nie pokazany na rysunku) przeznaczony do obracania wału napędowego 18 względem obudowy 11, na przykład silnik hydrauliczny, może być podłączany do wejścia 24 znajdującego się na obudowie 11. W tym celu możliwe jest zastosowanie odpowiedniej przekładni.As shown in Fig. 1, the drilling unit 10 has a housing 11 which in turn includes a portion of a flow system 15 for moving debris, dust and cuttings for collection or removal, the drilling unit 10 also has a drive shaft 18 which, preferably in this solution, it is mounted by means of suitable bearings so as to rotate inside the housing 11. A drive element (not shown) for rotating the drive shaft 18 relative to the housing 11, for example a hydraulic motor, can be connected to the input 24 on the housing 11. on housing 11. For this purpose, it is possible to use a suitable gear.

W celu wykonania odwiertu, przy dalszym punkcie gniazda 19 połączonego z wałem napędowym 18 może być umieszczany element wiertniczy 17, na przykład wiertło ze stali węglowej posiada4To drill a well, a drill member 17 may be positioned at the distal point of the socket 19 connected to the drive shaft 18, e.g. a carbon steel drill bit has

PL 223 290 B1 jące „koronkę”. W tym najkorzystniejszym wykonaniu wynalazku gniazdo 19 tworzy zatem w obudowie 11 wraz kanałem przechodzącym przez wiertło ze stali węglowej wlot do układu przepływowego 15, który przeznaczony jest do wprowadzania gruzu powstającego podczas wiercenia. Układ przepływowy 15 może być ponadto połączony za pośrednictwem wylotu 11a znajdującego się w obudowie 11 ze źródłem 16 ciśnienia, na przykład źródłem podciśnienia. Należy zdawać sobie sprawę, że spowoduje to uzyskanie w układzie przepływowym 15 przepływu umożliwiającego wprowadzanie gr uzu powstającego podczas przemieszczania koronki wiertniczej do przodu w celu wykonania odwiertu, jak również przemieszczanie go do dalszego położenia w celu gromadzenia gruzu lub opcjonalnie jego usuwania.PL 223 290 B1 containing "lace". In this most advantageous embodiment of the invention, the seat 19 thus forms in the housing 11 with a passage through the carbon steel drill an inlet to the flow system 15, which is intended to introduce the drilling debris. The flow system 15 can furthermore be connected via an outlet 11a in the housing 11 to a pressure source 16, for example a vacuum source. It should be understood that this will result in a flow in the flow system 15 which allows for the introduction of the bulk of the drill bit created when the drill bit is moved forward to drill the wellbore, as well as moving it to a further position to collect debris or optionally remove it.

W jednym z aspektów wynalazku udostępniono urządzenie 20 wspomagające zapobieganie gromadzeniu się gruzu w układzie przepływowym 15. W korzystnym wariancie wykonania wynalazku, które zostało przedstawione na rysunkach, urządzenie to posiada element nośny oraz połączone z nim przynajmniej jedno mieszadło 22a. Element nośny może mieć postać dowolnego urządzenia umożliwiającego podtrzymywanie mieszadła 2a, na przykład elementu nośnego obrotowego mechanicznego uszczelnienia powierzchniowego 21, który w korzystnym rozwiązaniu umieszczony jest w pobliżu wylotu 11 a obudowy 11. Mieszadło 22a może mieć postać dowolnego urządzenia umożliwiającego mieszanie gruzu, lecz w najkorzystniejszym rozwiązaniu posiada ono wydłużoną łopatkę lub wydłużony pręt (w najkorzystniejszym rozwiązaniu posiada ono konstrukcję w kształcie litery L).In one aspect of the invention there is provided a device 20 to help prevent accumulation of debris in a flow system 15. In a preferred embodiment of the invention as shown in the drawings, the device includes a carrier and at least one stirrer 22a connected thereto. The support may be any device capable of supporting the agitator 2a, for example the support of a rotatable mechanical surface seal 21 which is preferably positioned close to the outlet 11 and housing 11. The agitator 22a may be any device capable of mixing debris but most preferably in this embodiment it has an elongated blade or an elongated rod (in the most preferred embodiment it has an L-shaped structure).

Element nośny 21 może być połączony z obrotowym wałem 18 wykorzystywanym do uzyskiwania obrotowego ruchu koronki powodowanego przez wejściowy element napędowy. W korzystnym wariancie wykonania wynalazku mocowanie elementu nośnego 21 zaprojektowane jest w taki sposób, że przynajmniej częściowo zajmuje ono sąsiednią komorę odpylającą 13, przez którą przepływa gruz przemieszczający się wzdłuż układu przepływowego 15 i w której może gromadzić się w czasie przeprowadzania operacji wiercenia. W korzystnym rozwiązaniu mieszadło 22a umieszczone jest względem elementu nośnego 21 w taki sposób, aby wystawało do komory odpylającej 13 w kierunku poprzecznym do kierunku przepływu 14 w układzie przepływowym 15. Element nośny 21 może również być sprzężony z mechanicznym uszczelnieniem powierzchniowym 29 znajdującym się na jednostce wiertniczej 10 i wykorzystywanym do zapobiegania przedostawaniu się pyłu i podobnych substancji do wnętrza łożysk i połączonych z nimi przekładni.Support member 21 may be connected to a rotatable shaft 18 used to achieve the rotational movement of the crown caused by the input driver. In a preferred embodiment of the invention, the mounting of the support 21 is designed such that it at least partially occupies the adjacent dedusting chamber 13 through which the debris flows along the flow system 15 and in which it can accumulate during the drilling operation. Preferably, the agitator 22a is positioned relative to the support 21 so as to protrude into the dedusting chamber 13 transverse to the flow direction 14 in a flow system 15. The support 21 can also be coupled to a mechanical surface seal 29 on the drilling unit. 10 and is used to prevent dust and similar substances from entering the inside of the bearings and associated gears.

Na fig. 2 przedstawiono bardziej szczegółowy rzut perspektywiczny, na którym widoczny jest jeden z wariantów wykonania urządzenia 20 wspomagającego zapobieganie gromadzeniu się gruzu w układzie przepływowym 15. Jak pokazano na rysunku, z elementem nośnym może być również połączone drugie mieszadło 22b, lecz to podwójne rozwiązanie należy traktować jako opcjonalne. Biorąc pod uwagę położenie elementu nośnego 21 w korzystnym wariancie wykonania wynalazku, musi on posiadać otwór 23 stanowiący część układu przepływowego w komorze 11 jednostki wiertniczej 10 (a mówiąc dokładniej, wylot umożliwiający przemieszczanie się pyłu i gruzu do wnętrza komory 13). Najlepiej widoczne na fig. 2, oddalone od siebie na pewną odległość i zasadniczo równoległe względem siebie mieszadła 22a, 22b zamocowane są w sposób stały, dzięki czemu nie rozciągają się w poprzek otworu 23 wykonanego w elemencie nośnym 21 , ani nie wystają do układu przepływowego 15, przez co nie zakłócają one przepływu. Mieszadła 22a, 22b wystają jednak do wnętrza i przemieszczają się w obrębie szczeliny lub przestrzeni wyznaczonej między sąsiadującym końcem otworu 23 wykonanego w elemencie nośnym 21 a sąsiadującym końcem otworu 11a wykonanego w obudowie 11.Fig. 2 is a more detailed perspective view showing one embodiment of the device 20 for preventing the accumulation of debris in a flow system 15. As shown in the drawing, a second stirrer 22b may also be connected to the carrier, but this is a dual solution. should be considered optional. Considering the position of the carrier 21 in the preferred embodiment of the invention, it must have an opening 23 which is part of the flow system in the chamber 11 of the drilling unit 10 (or more precisely, an outlet that allows the passage of dust and debris into the chamber 13). Best seen in Fig. 2, the stirrers 22a, 22b are spaced apart and substantially parallel to each other and are fixed in a fixed manner so that they do not extend across an opening 23 made in the carrier 21, nor do they protrude into the flow system 15. so they do not interfere with the flow. The stirrers 22a, 22b, however, protrude inward and move within the gap or space defined between the adjacent end of the opening 23 made in the support element 21 and the adjacent end of the opening 11a made in the housing 11.

Odnośnie fig. 1, jednostka wiertnicza może być używana z koronką wiertniczą do wykonywania odwiertów w opisany poniżej sposób. Urządzenie napędowe (nie pokazane na rysunku) powoduje przemieszczanie obudowy w kierunku do i od odpowiedniej powierzchni chodnika kopalni, w której ma być wykonany odwiert. Element napędowy umieszczony przy wejściu 24 znajdującym się na obudowie 11 obraca ponadto wał 18 względem obudowy 11, co powoduje obracanie się koronki wiertniczej i cięcie skały lub innego materiału tworzącego powierzchnię chodnika kopalni, w którym prowadzone są prace.Referring to Fig. 1, a drill unit may be used with a drill bit to make wells as described below. A drive device (not shown) causes the casing to be moved towards and away from the appropriate surface of the mine sidewalk in which the borehole is to be drilled. The drive member located at the entrance 24 on the housing 11 further rotates the shaft 18 relative to the housing 11, causing the drill bit to rotate and cut rock or other material forming the surface of the mine sidewalk in which the work is being carried out.

Wykonywanie odwiertu powoduje oczywiście powstawanie pyłu, zwiercin i innego rodzaju gr uzu. Źródło ciśnienia 16 powoduje zatem powstawanie przepływu przez układ przepływowy 15, co ma na celu porywanie lub unoszenie zwiercin, pyłu i innego rodzaju gruzu, dzięki czemu możliwe jest usunięcie tych materiałów i wydobycie gruzu z odwiertu. Podczas przemieszczania gruzu wzdłuż układu przepływowego 15 i poza odwiert, element nośny 21, który w korzystnym wariancie wykonania wynalazku jest bezpośrednio połączony z wałem 18, przemieszcza się równocześnie z nim względemThe drilling of the borehole obviously produces dust, cuttings and other types of soil. The pressure source 16 thus creates a flow through the flow system 15 to entrain or lift cuttings, dust and other debris, thereby allowing these materials to be removed and the debris to be extracted from the wellbore. As the debris moves along the flow system 15 and out of the wellbore, the carrier 21, which in a preferred embodiment of the invention is directly connected to the shaft 18, moves simultaneously with it.

PL 223 290 B1 obudowy 11, W wyniku tego mieszadła 22a, 22b (przedstawione na fig. 2) poruszają się wokół osi ruchu wału 18 w szczelinie, co powoduje mieszanie lub rozdrabnianie gruzu, a to z kolei ułatwia uniknięcie zbrylania się materiału i jego gromadzenia się w inny niepożądany sposób. Używane w niniejszym opisie określenie „mieszanie” dotyczy rozbijania płynu przenoszącego pył i gruz, w odróżnieniu od działania płynu przemieszczającego pył i gruz wzdłuż układu przepływowego.As a result, the agitators 22a, 22b (shown in Fig. 2) move about the axis of movement of the shaft 18 in the slot, which causes the debris to be mixed or crushed, and this in turn helps to avoid material agglomeration and accumulation. in any other undesirable way. As used herein, the term "agitation" refers to the breaking up of a fluid carrying dust and debris as opposed to the action of the fluid moving the dust and debris along the flow system.

Mieszadła 22a, 22b rozciągają się w szczególności poprzecznie względem kierunku przepływu 14 w układzie przepływowym 15 i wystają do komory odpylającej 13 wyznaczonej przez element nośny 21. Podczas napędzania wału napędowego 18, z którym element nośny 21 jest fizycznie połączony, mieszadła 22a, 22b poruszają się zatem z odpowiadającą prędkością obrotową (lub wzdłuż wału, w przypadku przemieszczenia innego niż ruch obrotowy). W każdym przypadku ruch ten służy do uzyskania efektu rozdrabniania lub wirowania, co ma na celu rozbicie i wymieszanie wszelkiego gruzu znajdującego się w komorze odpylającej 13 (a mówiąc dokładniej, w szczelinie znajdującej się między wylotowym końcem otworu 23 a wlotowym końcem otworu 11 a). Mieszadła 22a, 22b nie rozciągają się jednocześnie w poprzek otworu wykonanego w elemencie nośnym 21 ani nie znajdują się w obrębie układu przepływowego 15 (włącznie z sąsiadującym z nim wylotem 11a obudowy 11). W ten sposób mieszadła 22a, 22b nie stanowią przeszkód zakłócających przepływ w sposób, sprzyjający gromadzeniu się gruzu w układzie przepływowym 15. W rzeczywistości, zastosowany w korzystnym wykonaniu wynalazku smukły i wydłużony kształt mieszadeł 22a, 22b powoduje, że zajmują one minimalną przestrzeń komorze odpylającej 13, co zapobiega gromadzeniu się pyły i gruzu, przy czym nie wiąże się to oczywiście ze zmniejszeniem skuteczności pożądanego zapobiegania gromadzeniu się materiału, co wynika z ich rozmieszczenia i stosunkowo szybkiego ruchu.In particular, the agitators 22a, 22b extend transversely to the flow direction 14 in the flow system 15 and project into the dust collection chamber 13 defined by the carrier 21. While driving the drive shaft 18 with which the carrier 21 is physically connected, the agitators 22a, 22b move. hence at the corresponding rotational speed (or along the shaft in the event of displacement other than rotational movement). In any case, this movement serves to obtain a grinding or swirling effect to break up and mix any debris present in the dedusting chamber 13 (more precisely, in the gap between the outlet end of the opening 23 and the inlet end of the opening 11a). The agitators 22a, 22b do not extend simultaneously across the opening made in the carrier 21 nor are they within the flow system 15 (including the adjacent outlet 11a of the housing 11). In this way, the agitators 22a, 22b do not obstruct the flow in a way that promotes the accumulation of debris in the flow system 15. In fact, the slender and elongated shape of the agitators 22a, 22b used in the preferred embodiment causes them to occupy a minimum space of the dedusting chamber 13. which prevents the accumulation of dust and debris, without of course reducing the effectiveness of the desired prevention of material accumulation due to their arrangement and relatively rapid movement.

Podsumowując, urządzenie według niniejszego wynalazku wspomaga zapobieganie gromadzeniu się gruzu w układzie przepływowym 15. Ponieważ gruz nie gromadzi się ani nie tworzy substancji ciastowatej w układzie przepływowym 15, układ ten pozostaje czysty i nie zatyka się. Dzięki temu podczas procesu wiercenia przepływ przez układ przepływowy 15 może odbywać się bez przeszkód, zaś gruz może być skutecznie odprowadzany z odwiertu. Zmniejszono ponadto w jeszcze większym stopniu zanieczyszczenie powietrza gruzem powstającym podczas wiercenia, zaś koronka wiertnicza może podczas wiercenia lepiej stykać się z czystymi krawędziami cięcia w dalszej powierzchni dęcia odwiertu. Wiercenie może zatem odbywać się bez przerw na usunięcie zgromadzonego gruzu z jednostki wiertniczej 10, co powoduje zwiększenie wydajności procesu wiercenia, jak również zmniejszenie opóźnień związanych z operacją wiercenia oraz obniżenie związanych z nią kosztów.In summary, the apparatus of the present invention helps to prevent debris from accumulating in flow system 15. Since debris does not accumulate or form pasty in flow system 15, the system remains clean and does not clog. Thus, during the drilling process, flow through flow system 15 can be unhindered and debris can be efficiently drained from the wellbore. In addition, air pollution from drilling debris is further reduced and the drill bit can better contact the clean cutting edges in the distal face of the wellbore during drilling. Thus, drilling can be performed without interruptions to remove accumulated debris from the drilling unit 10, which increases the efficiency of the drilling process, as well as reducing the delays associated with the drilling operation and the associated costs.

Powyższy opis różnych wariantów wykonania wynalazku ma na celu jego zilustrowanie, ale nie jest wyczerpujący i nie stanowi ograniczenia wynalazku. W świetle powyższych informacji możliwe jest ponadto opracowanie modyfikacji i odmian wynalazku. Przykładowo, podczas wytwarzania głowicy wiertniczej lub modernizacji istniejącej możliwe jest zastosowanie jednego lub większej liczby mieszadeł 22a, 22b, na przykład przez ich funkcjonalne połączenie z wałem napędowym. Pomimo, że prze dstawiony na rysunku wylot 11 a znajduje się wzdłuż jednej ze ścian bocznych obudowy 11, dzięki czemu uzyskiwany jest łukowy lub zagięty układ przepływowy, możliwe jest również zastosowanie liniowego układu przepływowego 15. Opisane powyżej warianty wykonania wynalazku zostały wybrane tak, aby jak najlepiej zapewnić specjalistom w tej dziedzinie możliwość wykorzystywania ujawnionego wynalazku do opracowania różnych odmian z różnymi modyfikacjami, które dokonywane są pod kątem konkretnych zastosowań. Wszystkie takie modyfikacje i odmiany znajdują się w zakresie niniejszego wynalazku.The foregoing description of various embodiments of the invention is intended to illustrate but is not intended to be exhaustive and does not limit the invention. Furthermore, modifications and variations of the invention may be developed in view of the foregoing. For example, when manufacturing a drill head or retrofitting an existing one, it is possible to use one or more agitators 22a, 22b, for example by operatively connecting them to a drive shaft. Although the outlet 11a shown is located along one of the side walls of the casing 11 so that an arcuate or curved flow pattern is obtained, it is also possible to use a linear flow system 15. The above-described embodiments of the invention have been chosen to it is best to provide those skilled in the art with the ability to use the disclosed invention to develop variations with various modifications that are made to suit particular applications. All such modifications and variations are within the scope of the present invention.

Claims

Patent claims

A device to assist in preventing debris from accumulating in the flow system when drilling a mine chute face and using a drill element, having a casing drill head and a drive shaft, a drill head casing at least partially defines the flow system, and includes a rotating drive shaft for driving the drill element to a borehole and the drive shaft has an internal passage that forms part of the flow system, characterized in that the housing (11) further includes at least one agitator (22a, 22b) for mixing debris in the flow system (15).

2. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the drilling element (17) is a drill bit with a channel constituting a flow system for discharging debris from a borehole, and

The said at least one debris mixing agitator (22a, 22b) is separate from the drill bit.

3. The device according to claim The apparatus of claim 1, wherein at least one stirrer (22a, 22b) extends transversely to the flow direction in the upstream portion of the flow arrangement (15).

4. The device according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the at least one agitator (22a, 22b) does not obstruct an opening in the drive shaft (18) forming part of a flow system.

5. The device according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that at least one stirrer (22a, 22b) has an elongated rod.

6. The device according to claim 1 The apparatus as claimed in claim 1 or 2, characterized in that it has two stirrers (22a, 22b).

7. The device according to claim 1 3. The carrier as claimed in claim 1 or 2, characterized in that it further comprises a carrier (21) connected to the drive shaft (18), said carrier (21) supporting at least one stirrer (22a, 22b).

8. The device according to claim 1 The apparatus of claim 1, characterized in that the drive shaft (18) is rotatably mounted at least partially inside the housing (11).

9. The device according to claim 1 The apparatus of claim 1 or 2, further comprising a pressure source (16) for causing an air flow along the flow system (15).

10. The device according to claim 1 The method of claim 2, characterized in that the drive shaft (18) is a rotatable drive shaft having a fluid communication channel with the drill bit channel.

11. The device according to claim 1 8. The apparatus as claimed in claim 7, characterized in that said carrier (21) has an opening (23) in fluid communication with a channel of the drive shaft (18).

12. The device according to claim 1, 2. The apparatus of claim 2, characterized in that the stirrer (22a, 22b) is movably mounted for movement with the drive shaft (18).

13. The device according to claim 1, 2. The method of claim 1, characterized in that it is a drilling or screwing unit and further comprises a support (21) connected to the drive shaft (11), said support (21) supporting at least one stirrer (22a, 22b) and at least one stirrer. (22a, 22b) does not obscure the hole in the drive shaft (18) that is part of the flow system (15).

14. The device according to claim 1, 13. The apparatus as claimed in claim 13, characterized in that at least one stirrer (22a, 22b) is arranged in alignment with the flow direction in a flow arrangement (15) downstream of the support (21).

15. The device according to claim 1, 14. The apparatus as claimed in claim 14, further comprising an opening (23) in the carrier (21) forming part of the flow system (15).

16. The device according to claim 1, The method of claim 15, characterized in that the at least one stirrer (22a, 22b) does not obstruct the opening in the carrier (21).

17. The device according to claim 1 13. The apparatus as claimed in claim 13, further comprising a dedusting chamber (13) in the housing (11), wherein at least one stirrer (22a, 22b) protrudes into the dedusting chamber (13).

18. The device according to claim 1, The method of claim 13, characterized in that at least one stirrer (22a, 22b) has an elongated rod.

19. The device according to claim 1 13. The apparatus of claim 13, wherein it has two agitators (22a, 22b).

20. The device according to claim 1 13. The apparatus of claim 13, further comprising a pressure source (16) for causing an air flow along the flow system (15).