SE524701C2 - Percussion type rock drilling method, uses percussion torque pulse created in drill tool to cause drill bit to shear against rock - Google Patents
Percussion type rock drilling method, uses percussion torque pulse created in drill tool to cause drill bit to shear against rockInfo
- Publication number
- SE524701C2 SE524701C2 SE0004670A SE0004670A SE524701C2 SE 524701 C2 SE524701 C2 SE 524701C2 SE 0004670 A SE0004670 A SE 0004670A SE 0004670 A SE0004670 A SE 0004670A SE 524701 C2 SE524701 C2 SE 524701C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- tool
- drill bit
- drill
- pulse
- rock
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000009527 percussion Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
524 2701 1 1645515 2002-04-10 ' n . » | nu borrkronan alltid slår emot en ny sektion. En bergborr innefattar vanligtvis en hydraulisk slående anordning, vars slagkolv skapar de nödvändiga tryckpulserna, och en rotationsgivande motor separat från den slående anordningen. I den här metoden kräver effektiv bergbrytning att borrkronan är tungt pressad emot ytan hos berget. Således måste borrande utrustning vara utformad för att uthärda tunga belastningar. Dessutom är livslängden hos verktygen ofta mycket kort. En annan nackdel med normal slående borrning är att brytningshastigheten av berget inte är tillräcklig och att den brytningsprocessen kräver en mängd energi. 524 2701 1 1645515 2002-04-10 'n. »| now the drill bit always strikes a new section. A rock drill usually comprises a hydraulic striking device, the percussion piston of which creates the necessary pressure pulses, and a rotating motor separate from the striking device. In this method, efficient rock mining requires that the drill bit is heavily pressed against the surface of the rock. Thus, drilling equipment must be designed to withstand heavy loads. In addition, the service life of the tools is often very short. Another disadvantage of normal striking drilling is that the breaking speed of the rock is not sufficient and that the breaking process requires a lot of energy.
Ett syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en mer effektiv och ekonomisk lösning för bergborrning.An object of the present invention is to provide a more efficient and economical solution for rock drilling.
Metoden enligt uppfinningen kännetecknas av att när de arbetande delarna hos borrkronan befinner sig i berget så orsakas en slående vridpuls i borrkronan beroende på tryckpulsen efter en förutbestämd tidsfördröjning från det längsgående slaget mot borrkronan, och av att borrkronan vilken roterar på ett slående sätt avverkar berg medelst skjuvning.The method according to the invention is characterized in that when the working parts of the drill bit are in the rock, a striking pivot pulse is caused in the drill bit depending on the pressure pulse after a predetermined time delay from the longitudinal stroke against the drill bit, and in that the drill bit which rotates in a striking manner shear.
Dessutom kännetecknas systemet enligt uppfinningen av att systemet innefattar medel för att styra en slående vridpuls till borrkronan efter en förutbestämd tidsfördröjning från tryckpulsen, medan de arbetande delarna hos borrkronan är i berget beroende på tryckpulsen.In addition, the system according to the invention is characterized in that the system comprises means for controlling a striking pivot pulse to the drill bit after a predetermined time delay from the pressure pulse, while the working parts of the drill bit are in the rock depending on the pressure pulse.
Verktyget enligt uppfinningen kännetecknas av att verktyget innefattar en anisotropisk sektion där en primär tryckpuls förorsakad i verktyget indelas i två komponenter, en sekundär tryckpuls och en vridpuls, och av att nämnda anisotropiska sektion är anordnad på ett förutbestämt avstånd från en borrkronans front, varvid vridpulsen når borrkronans front senare med en tidsfördröjning proportionell mot nämnda avstånd än den sekundära tryckpulsen.The tool according to the invention is characterized in that the tool comprises an anisotropic section where a primary pressure pulse caused in the tool is divided into two components, a secondary pressure pulse and a rotary pulse, and in that said anisotropic section is arranged at a predetermined distance from the front of the drill bit pulse. the front of the drill bit later with a time delay proportional to said distance than the secondary pressure pulse.
Dessutom kännetecknas bergborren enligt uppfinningen av att bergborren eller verktyget vilket är anslutet till den innefattar medel för att skapa en vridpuls till verktyget och att bergborren innefattar en spärrmekanism eller liknande som tillåter verktyget att rotera i enbart en önskad riktning, varvid vridpulsen förorsakad i verktyget är anordnad att få borrkronan vid den yttersta änden av verktyget att ändra position mellan slagen.In addition, the rock drill according to the invention is characterized in that the rock drill or tool connected to it comprises means for creating a rotary pulse to the tool and that the rock drill comprises a locking mechanism or the like which allows the tool to rotate in only a desired direction, the rotary pulse caused in the tool being arranged to have the drill bit at the outer end of the tool change position between the strokes.
Den väsentliga idén hos uppfinningen är att förutom den längsgående tryckpulsen som orsakats av den slående anordningen, förorsakas en pulsliknande vridpuls i berget medelst borrkronan. Sedan förorsakar tryckpulsen de arbetande 10 15 20 25 30 524 7031 iiwssis 2002-04-10 ' delarna hos borrkronan att genomtränga berget som borras och möjligen att förorsaka sprickor, och vridpulsen roterar på ett slående sätt den arbetande delen hos borrkronan vilken har genomträngt berget, så att berget skärs. De två kraftkomponenter som påverkar berget medelst borrkronan koordineras på ett sådant sätt att verktygets längsgående slag sker först och sedan efter den förutbestämda fördröjningen, skärs berget med vridkomponenten. Den väsentliga idén hos en föredragen utföringsform enligt uppfinningen är att den kraft som orsakats av slaget av den slående anordningen uppdelas i två komponenter, den längsgående kraftkomponenten hos verktyget och vridkomponenten som roterar borrkronan, på ett sådant sätt att energiinnehållet i nämnda komponenter står i önskad proportion till varandra. Delning av den primära tryckpulsen i komponenter görs på ett förutbestämt avstånd LGEN från borrkronans front, varvid kraftkomponenterna vilka utbreds i en vågrörelse når fronten hos borrkronan vid olika tider. Eftersom tryckpulsen utbreder sig snabbare i verktyget än Vridpulsen, når denna borrkronan först. Vridpulsen får borrkronan att rotera endast efter en fördröjning när de arbetande delarna hos borrkronan redan har träffat berget med full kraft. Längden av fördröjningen kan ändras genom att ändra avståndet LGEN.The essential idea of the invention is that in addition to the longitudinal pressure pulse caused by the striking device, a pulse-like rotational pulse is caused in the rock by means of the drill bit. Then the pressure pulse causes the working parts of the drill bit to penetrate the rock being drilled and possibly to cause cracks, and the pivot pulse strikes in a striking manner the working part of the drill bit which has penetrated the rock, so that the rock is cut. The two force components that affect the rock by means of the drill bit are coordinated in such a way that the longitudinal stroke of the tool takes place first and then after the predetermined delay, the rock is cut with the rotary component. The essential idea of a preferred embodiment according to the invention is that the force caused by the stroke of the striking device is divided into two components, the longitudinal force component of the tool and the rotating component which rotates the drill bit, in such a way that the energy content of said components is proportional. to eachother. Dividing of the primary pressure pulse into components is done at a predetermined distance LGEN from the front of the drill bit, the force components which propagate in a wave motion reaching the front of the drill bit at different times. Because the pressure pulse propagates faster in the tool than the rotary pulse, it reaches the drill bit first. The rotary pulse causes the drill bit to rotate only after a delay when the working parts of the drill bit have already hit the rock with full force. The length of the delay can be changed by changing the distance LGEN.
Dessutom den väsentliga idén hos en andra föredragen utföringsform enligt uppfinningen är att uppdelningen av den primära tryckpulsen i två pulskomponenter görs med en anisotropisk sektion bildad i verktyget på en sektion med en viss längd. Anisotropln kan bero på de geometriska egenskaper hos nämnda sektion eller på den inre strukturen hos materialet. Enligt en utföringsform innefattar verktyget borrstänger kopplingsbara till varandra och åtminstone en, helst den yttersta; borrstång har en skruvformigt spårad sektion på ett avstånd LGEN från fronten hos borrkronan. Den skårade sektionen bildar en geometrisk anisotropisk sektion i verktyget. När den primära tryckpulsen möter en sådan anisotropisk sektion när den utbreder sig i verktyget, omvandlas en del av energin hos den primära tryckpulsen till en vridpuls och en del av den fortsätter som en tryckpuls mot borrkronan.In addition, the essential idea of a second preferred embodiment according to the invention is that the division of the primary pressure pulse into two pulse components is made with an anisotropic section formed in the tool on a section of a certain length. The anisotropy may be due to the geometric properties of said section or to the internal structure of the material. According to one embodiment, the tool comprises drill rods connectable to each other and at least one, preferably the outermost; drill rod has a helical grooved section at a distance LGEN from the front of the drill bit. The notched section forms a geometric anisotropic section in the tool. When the primary pressure pulse encounters such an anisotropic section as it propagates in the tool, part of the energy of the primary pressure pulse is converted to a rotary pulse and part of it continues as a pressure pulse against the drill bit.
Uppfinningen medför fördelen att borrning blir mer effektiv än tidigare. Vid borrning orsakas första tryckvågor i berget, så att sprickor bildas i berget. Sedan efter en lämplig fördröjning riktas skjuvningspänning mot det bergmaterial som avlägsnas. Såsom bekant är drag- och skjuvhållfasthet i berg vanligtvis betydligt lägre än dess tryckhållfasthet. Effektiviteten hos lösningen enligt uppfinningen är 10 15 20 25 30 524 701 11645sE 2002-04-10 l 4 väsentligen baserad på att ett skjuvande slag används för att avverka berg. På detta sätt blir användningen av borrenergi mer ekonomisk. En annan fördel är att lösningen kan användas vid olika typer av berg eftersom förhållandet mellan tryckspänning och skjuvspänning lätt kan förändras för att passa alla behov.The invention has the advantage that drilling becomes more efficient than before. When drilling, first pressure waves are caused in the rock, so that cracks form in the rock. Then, after a suitable delay, shear stress is directed at the rock material being removed. As is known, tensile and shear strength in rock is usually significantly lower than its compressive strength. The efficiency of the solution according to the invention is essentially based on the fact that a shear type is used to fell rocks. In this way, the use of drilling energy becomes more economical. Another advantage is that the solution can be used for different types of rock because the relationship between compressive stress and shear stress can easily be changed to suit all needs.
När uppdelningen av den primära tryckpulsen i komponenter gjorts medelst en anisotropisk sektion bildad i verktyget kan förhållandet mellan tryckpuls och vridpuls ändras med att bara byta verktyg. På detta sätt kan borren och övrig borrande utrustning förbli den samma. I drifterborrning är det tillräckligt att borrstången med den anisotropiska sektionen byts. Borrstänger anordnade mellan den slående anordningen och borrstången med den anisotropiska sektionen och förbanden mellan dem påverkar ej uppdelningen i komponenter eller koordineringen avtryck- och vridpuls eftersom uppdelningen i komponenter görs i efterkommande borrstång.When the division of the primary pressure pulse into components is made by means of an anisotropic section formed in the tool, the ratio between pressure pulse and rotary pulse can be changed by simply changing tools. In this way, the drill and other drilling equipment can remain the same. In drift drilling, it is sufficient that the drill rod is replaced with the anisotropic section. Drill rods arranged between the striking device and the drill rod with the anisotropic section and the connections between them do not affect the division into components or the coordination of the trigger and rotary pulse since the division into components is made in subsequent drill rod.
Geometrisk anisotropi erhålles helt enkelt genom att anordna den anisotropiska sektionen medelst att skapa geometrin hos verktygsarmen eller borrstången. Den anisotropiska sektionen kan lämpligen tillverkas genom att skapa till exempel skåror på den yttre ytan hos en borrstång med annars konstanta dimensioner.Geometric anisotropy is obtained simply by arranging the anisotropic section by creating the geometry of the tool arm or drill rod. The anisotropic section can be conveniently manufactured by creating, for example, grooves on the outer surface of a drill rod with otherwise constant dimensions.
Uppfinningen beskrivs mer detaljerad i anslutning till de bilagda ritningarna i vilka: Fig. 1 och 2 schematiskt visar principen i några bergborrar enligt uppfinningen, Fig. 3 schematiskt visar en detalj av ett verktyg enligt uppfinningen, Fig. 4a och 4b schematiskt visar principen för borrning enligt uppfinningen, Fig. 5 schematiskt visar en borrstång enligt uppfinningen, Fig. 6a till 6d schematiskt visar uppdelningen av en primär tryckpuls i komponenter vid användning av borrstången visad i Fig. 5, Fig. 7 schematiskt visar ett andra sätt att anordna en anisotropisk sektion baserad på geometrisk form hos verktyget, och Fig. 8 och 9 schematiskt visar några system enligt uppfinningen.The invention is described in more detail in connection with the accompanying drawings in which: Figs. 1 and 2 schematically show the principle of some rock drills according to the invention, Fig. 3 schematically shows a detail of a tool according to the invention, Figs. 4a and 4b schematically show the principle of drilling according to the invention, Fig. 5 schematically shows a drill rod according to the invention, Figs. 6a to 6d schematically show the division of a primary pressure pulse into components using the drill rod shown in Fig. 5, Fig. 7 schematically shows a second way of arranging an anisotropic section based on the geometric shape of the tool, and Figs. 8 and 9 schematically show some systems according to the invention.
Fig. 1 visar på ett förenklat sätt borrande utrustning enligt uppfinningen. En bergborr 1 innefattar en slående anordning 2 och roterande anordning 3. Den roterande anordningen överför en kontinuerlig rotationskraft till ett verktyg 4, medelst vilket en borrkrona 5 förbunden till verktyget ändrar dess position efter ett slag och träffar en ny plats i berget med nästa slag. Den slående anordningen har vanligtvis en fram och återgående slagkolv medelst ett tryck medium. Kolven slår mot verktygets 4 topp eller ett mellanliggande parti anordnat mellan verktyget och 10 15 20 25 30 524 7015 11645sE 2002-04-10 ' den slående anordningen. Strukturen hos den slående anordningen kan naturligtvis vara av en annan typ. Slagimpulsen kan till exempel anordnas med medel baserade på elektromagnetism och med egenskaper exempelvis hos ett magnetostriktivt material. Anordningar baserade på sådana egenskaper anses här också som slående anordningar. Den inre änden hos verktyget kan vara förbunden till en bergborr och den yttre änden hos verktyget har en fixerad eller lösbar borrkrona 5 för att bryta berget. Under borrning skjuts borrkronan emot berget medelst en matningsanordning. Borrkronan är vanligen en borrkrona med stift 5a, men andra typer av borrkronor är också möjliga. Vid borrning av djupa hål, det vill säga vid drifterborrning, adderas ett antal borrstänger 6a till 6c för att bilda ett verktyg mellan borrkronan och bergborren beroende på djupet hos hålet.Fig. 1 shows in a simplified manner drilling equipment according to the invention. A rock drill 1 comprises a striking device 2 and rotating device 3. The rotating device transmits a continuous rotational force to a tool 4, by means of which a drill bit 5 connected to the tool changes its position after one stroke and hits a new place in the rock with the next stroke. The striking device usually has a reciprocating percussion piston by means of a pressure medium. The piston strikes the top of the tool 4 or an intermediate portion arranged between the tool and the striking device. The structure of the striking device may, of course, be of a different type. The impulse can be arranged, for example, with means based on electromagnetism and with properties, for example of a magnetostrictive material. Devices based on such properties are also considered here as striking devices. The inner end of the tool may be connected to a rock drill and the outer end of the tool has a fixed or releasable drill bit 5 for breaking the rock. During drilling, the drill bit is pushed against the rock by means of a feeding device. The drill bit is usually a drill bit with pin 5a, but other types of drill bits are also possible. When drilling deep holes, i.e. in drift drilling, a number of drill rods 6a to 6c are added to form a tool between the drill bit and the rock drill depending on the depth of the hole.
Slagenergin från den slående anordningen 2 överförs längs borrstängerna 6a till 6c som en tryckpuls mot borrkronan 5 vid änden på den yttersta borrstången.The impact energy from the striking device 2 is transmitted along the drill rods 6a to 6c as a pressure pulse against the drill bit 5 at the end of the outermost drill rod.
När pulsen når borrkronan kommer borrkronan och stiften 5a att slå materialet som borras och förorsaka en kraftig tryckpuls. Berget som borras spricker beroende på den kraftiga tryckpulsen.When the pulse reaches the drill bit, the drill bit and pins 5a will strike the material being drilled and cause a strong pressure pulse. The rock being drilled cracks due to the strong pressure pulse.
Enligt uppfinningens idé är den primära tryckpulsen som orsakats av den slående anordningen uppdelad i två komponenter, en vridpuls och en längsgående sekundär tryckpuls i verktyget. Figuren visar en anisotropisk sektion 7 i den yttersta borrstången 6c där uppdelningen i komponenter sker. Den anisotropiska sektionen är anordnad på ett förutbestämt avstånd LGEN från fronten hos borrkronan.According to the idea of the invention, the primary pressure pulse caused by the striking device is divided into two components, a rotary pulse and a longitudinal secondary pressure pulse in the tool. The figure shows an anisotropic section 7 in the outermost drill rod 6c where the division into components takes place. The anisotropic section is arranged at a predetermined distance LGEN from the front of the drill bit.
Avståndet LGEN definieras genom beräkning, simulering eller genom experimentella prov på ett sådant sätt att den sekundära tryckpulsen erhållen vid uppdelning når borrkronans front först och efter en önskad tidsfördröjning från det längsgående slaget från verktyget som orsakats av tryckpulsen, når vridpulsen borrkronan och får den att rotera. Utbredningshastigheterna för tryckpuls och vridpuls är olika.The distance LGEN is defined by calculation, simulation or by experimental tests in such a way that the secondary pressure pulse obtained during division reaches the front of the drill bit first and after a desired time delay from the longitudinal stroke of the tool caused by the pressure pulse, the rotary pulse reaches the drill bit and rotates . The propagation velocities for pressure pulse and rotary pulse are different.
Dessutom beror utbredningshastigheterna på pulserna på materialet i verktyget. I en normal borrstång är hastigheten hos tryckpulsen ungefär 5180 m/s och hastigheten hos vridpulsen är ungefär 3220 m/s. Eftersom det finns en fördröjning mellan tryckpulsen och vridpulsen har tryckpulsen haft tid för användning av dess fulla kraft innan borrkronan roteras. Således har tryckpulsen haft tid att avta något före vridningen, så att friktionskrafterna blivit mindre och rotationskraften rimlig.In addition, the propagation velocities of the pulses depend on the material of the tool. In a normal drill rod, the speed of the pressure pulse is approximately 5180 m / s and the speed of the rotary pulse is approximately 3220 m / s. Since there is a delay between the pressure pulse and the rotary pulse, the pressure pulse has had time to use its full force before the drill bit is rotated. Thus, the pressure pulse has had time to decrease slightly before the rotation, so that the frictional forces become smaller and the rotational force reasonable.
Fig. 2 visar en lösning i vilken ett verktyg förbundet till en bergborr innefattar en enda arm med en borrkrona vid sin fria ände. Ett sådant system kan användas 10 15 20 25 30 1i645SE 2002-04-10 I 524 7016 . | | o « nu vid borrning av exempelvis grunda hål. Även i detta fall har en anisotropisk sektion bildats i verktyget på ett förutbestämt avstånd LGEN från borrkronans front.Fig. 2 shows a solution in which a tool connected to a rock drill comprises a single arm with a drill bit at its free end. Such a system can be used 10 15 20 25 30 1i645SE 2002-04-10 I 524 7016. | | o «now when drilling shallow holes, for example. Also in this case, an anisotropic section has been formed in the tool at a predetermined distance LGEN from the front of the drill bit.
Fig. 3 visar en detalj av verktyget enligt uppfinningen. Metaller är typiskt isotropiska, vilket innebär att deras egenskaper i alla riktningar är desamma.Fig. 3 shows a detail of the tool according to the invention. Metals are typically isotropic, which means that their properties are the same in all directions.
Material vars egenskaper är olika i olika riktningar kallas anisotropiska. När huvudstyvhetsaxlarna E1 och E2 bildar en O° till 90° vinkel a med den längsgående axeln hos verktyget, delas en kraft överförd till en sådan sektion upp i proportion till storleken hos vinkeln or. Om vinkeln a är 0° eller 90°, sker ingen uppdelning i komponenter i den anisotropiska sektionen. Anisotropi kan uppnås genom att påverka geometrin hos en struktur eller medelst den inre strukturen hos ett material.Materials whose properties are different in different directions are called anisotropic. When the major stiffness axes E1 and E2 form an 0 ° to 90 ° angle α with the longitudinal axis of the tool, a force transmitted to such a section is divided in proportion to the magnitude of the angle orr. If the angle α is 0 ° or 90 °, there is no division into components in the anisotropic section. Anisotropy can be achieved by influencing the geometry of a structure or by the internal structure of a material.
Ett exempel på det senare är valsning av metaller, varvid den inre strukturen hos ett material kan orienteras i ett visst sätt. Dessutom kan förstärkta fibrer exempelvis av plast och kompositstrukturer orienteras, varvid materialet uppträder på ett anisotropiskt sätt. Geometriskt är det enklast att göra skruvformiga skåror 8 i den yttre ytan hos borrstången på en sektion av förutbestämd längd och med en viss gradient (motsvarande vinkeln or), som visas i figuren. l detta fall bestämmer dimensioneringen av den geometriskt anpassade sektionen exempelvis profilen, djupet och gradienten hos fårorna graden av uppdelning av tryckpulsen Fp i den sekundära tryckpulsen FS och vridpulsen FT i den anisotropiska sektionen. Vanligen är tryckpulsen anordnad att vara större än vridpulsen för att tryckhållfastheten hos berg är högre än dess skjuvhållfasthet. Tryck måste ske med en stor kraft för att få borrkronan att genomtränga berget och skapa sprickor. Efter detta behövs bara en mindre kraft för att skära bort berget.An example of the latter is the rolling of metals, in which the internal structure of a material can be oriented in a certain way. In addition, reinforced fibers, for example of plastic and composite structures, can be oriented, the material appearing in an anisotropic manner. Geometrically, it is easiest to make helical grooves 8 in the outer surface of the drill rod on a section of predetermined length and with a certain gradient (corresponding to the angle or), as shown in the figure. In this case, the dimensioning of the geometrically adapted section, for example the profile, the depth and the gradient of the grooves, determines the degree of division of the pressure pulse Fp in the secondary pressure pulse FS and the rotary pulse FT in the anisotropic section. Usually, the compressive pulse is arranged to be larger than the rotational pulse because the compressive strength of rock is higher than its shear strength. Pressure must be applied with great force to cause the drill bit to penetrate the rock and create cracks. After this, only a small force is needed to cut off the rock.
Figurerna 4a och 4b visar principen för borrning enligt uppfinningen. En sekundär tryckpuls FS förorsakar en kraftig tryckpuls i berget, varvid berget vanligen krossas under högt tryck till kax i kontaktarean 9 mellan borrkronan och berget, och sprickor 10 i berget skapas. Fig. 4b visar det andra steget av borrning. Den slående vridrörelsen gör att borrkronans stift skär bergmaterialet när borrkronan roterar, därför att borrkronans stift 5a fortfarande befinner sig i berget beroende på slaget som orsakats av den sekundära tryckpulsen. Arean som skärs är märkt med hänvisningsnummer 11 i Fig. 4b. Den skjuvning underlättas av det faktum att sprickor bildats i berget på grund av tryckpulsen. Kaxet som skapats under borrningen är grövre i sin sammansättning än kax bildat vid konventionell slående 10 15 20 25 30 524 701 11645si5 2002-04-10 ' 7 » | u | u borrning, vilket faktum även visar att den här typen av borrning är användningen av energi mer ekonomisk än tidigare.Figures 4a and 4b show the principle of drilling according to the invention. A secondary pressure pulse FS causes a strong pressure pulse in the rock, whereby the rock is usually crushed under high pressure to shears in the contact area 9 between the drill bit and the rock, and cracks 10 in the rock are created. Fig. 4b shows the second stage of drilling. The striking rotational movement causes the drill bit pin to cut the rock material as the drill bit rotates, because the drill bit pin 5a is still in the rock depending on the stroke caused by the secondary pressure pulse. The area to be cut is marked with reference number 11 in Fig. 4b. The shear is facilitated by the fact that cracks have formed in the rock due to the pressure pulse. The cuttings created during drilling are coarser in composition than cuttings formed by conventional striking 10 15 20 25 30 524 701 11645si5 2002-04-10 '7 »| u | u drilling, which fact also shows that this type of drilling, the use of energy is more economical than before.
Exempel: Fig. 5 visar en borrstång med vilka experimentella prov har gjorts.Example: Fig. 5 shows a drill rod with which experimental tests have been made.
Mätresultaten från borrningen presenteras senare i Fig. 6a till 6d. En 500 mm anisotropisk sektion LA bildades kring mittpunkten av borrstången vars totala längd är 3660 mm. Måtten L1 och Lz, som markerats i figuren, är 1580 mm i storlek. I ett sådant fall blir avståndet LGEN mellan fronten hos borrkronan och den anisotropiska sektionen ungefär 1700 mm när konventionella borrkronor används. En urskärning på 500 mm med 8 stycken 10 mm djupa och omkring 5 mm vida skruvformiga skåror med en 40° vinkel relativt den längsgående axeln hos borrstången har tillverkats i den anisotropiska sektionen. Vinkeln or som påverkar uppdelningen av den primära tryckpulsen är således i detta fall nämnda 40°.The measurement results from the drilling are presented later in Figs. 6a to 6d. A 500 mm anisotropic section LA was formed around the center of the drill rod whose total length is 3660 mm. The dimensions L1 and Lz, marked in the figure, are 1580 mm in size. In such a case, the distance LGEN between the front of the drill bit and the anisotropic section becomes approximately 1700 mm when conventional drill bits are used. A cut-out of 500 mm with 8 pieces 10 mm deep and about 5 mm wide helical notches with a 40 ° angle relative to the longitudinal axis of the drill rod has been made in the anisotropic section. The angle or which affects the division of the primary pressure pulse is thus in this case the said 40 °.
Fig. 6a visar den primära tryckpulsen mätt före den anisotropiska sektionen från borrstången visad i den föregående figuren. Fig. 6b visar den sekundära tryckpulsen FS skapad medelst uppdelning och mätt från borrkronan. Fig. 6c visar vridpulsen FT skapad medelst uppdelning och i riktning mot berget. Dessutom visar Fig. 6d vridpulsen reflekterad tillbaka mot den slående anordningen från den urskurna sektionen. Såsom framgår när figurerna 6b och 6c jämförs är den sekundära tryckpulsen i dess energiinnehåll betydligt större än vridpulsen.Fig. 6a shows the primary pressure pulse measured before the anisotropic section from the drill rod shown in the previous figure. Fig. 6b shows the secondary pressure pulse FS created by division and measured from the drill bit. Fig. 6c shows the pivot pulse FT created by division and in the direction of the rock. In addition, Fig. 6d shows the pivot pulse reflected back towards the striking device from the cut-out section. As can be seen when Figures 6b and 6c are compared, the secondary pressure pulse in its energy content is considerably larger than the rotary pulse.
Figurerna visar dessutom fasskillnaden som orsakas av skillnaden i hastigheter i tryckpulsen och vridpulsen. Eftersom trögheten i systemet måste bevaras bildas balanserande vridpulskomponenter i borrstången. l lösningen av exemplet balanseras den bergskärande vridpulskomponenten FT med både den motriktade vridpulskomponenten F11 (Fig. 6c), som kommer efter komponenten FT, och vridpulskomponenten F72 (Fig. 6d), som reflekteras tillbaka från den skårade sektionen. Sambandet mellan de balanserande komponenterna kan regleras via geometrin hos den skårade sektionen.The figures also show the phase difference caused by the difference in velocities in the pressure pulse and the rotary pulse. Since the inertia of the system must be maintained, balancing pivot pulse components are formed in the drill rod. In the solution of the example, the rock-cutting rotary pulse component FT is balanced with both the opposite rotary pulse component F11 (Fig. 6c), which comes after the component FT, and the rotary pulse component F72 (Fig. 6d), which is reflected back from the cut section. The connection between the balancing components can be regulated via the geometry of the scored section.
Fig. 7 visar principen hos en andra anisotropi erhållen via geometrisk form.Fig. 7 shows the principle of a second anisotropy obtained via geometric shape.
Verktyget kan ha motriktade ytor som lutats relativt sin längsgående axel, varvid tryckpulsen som utbreder sig i verktyget är uppdelad i komponenter i proportion till storleken hos den lutande vinkeln or. l praktiken finns det möjlighet att hos rörliknande borrstänger förbundna till varandra förse ändarnas, emot varandra 10 15 20 25 30 11645sE 2002-04-10 ' 524 7g1 anslående, ytor med cirkelrunda lutande ytor. Alternativt kan en sådan sektion bildas enbart på den yttersta borrstången.The tool may have opposing surfaces inclined relative to its longitudinal axis, the pressure pulse propagating in the tool being divided into components in proportion to the magnitude of the inclined angle. In practice, it is possible, in the case of pipe-like drill rods connected to each other, to provide the surfaces with abutting surfaces with circularly inclined surfaces abutting each other. Alternatively, such a section can be formed only on the outermost drill rod.
En slående vridpuls kan alternativt bildas medelst en vridningsanordning 12 monterad till borren, såsom visas i Fig. 8. Vridningsanordningen kan vara mekanisk, elektromagnetisk eller kan använda ett tryckmedium. Vridningsanordningen kan vara en anordning som omvandlar en del av slaget från den slående anordningen i ett vridslag. l sin enklaste form liknar den en slående skruvmejsellösning. Å andra sidan kan Vridningsanordningen vara oberoende av den slående anordningen, i vilket fall den själv producerar den erforderliga kraften för vridslaget. En tillräckligt lång tidsfördröjning mellan tryckpulsen och vridpulsen skapas inte automatiskt speciellt vid korta verktyg i vilka avståndet LGEN mellan borren och borrkronans front är kort. Motsvarande kan ett problem uppstå då vridpulsen når borrkronan alltför sent ijämförelse med tryckpulsen om borrkronan anordnats vid änden av en lång borrstångskombination. l ett sådant fall kan slagen från Vridningsanordningen och slagen från den slående anordningen koordineras med varandra efter behov.A striking rotary pulse can alternatively be formed by means of a rotating device 12 mounted to the drill, as shown in Fig. 8. The rotating device can be mechanical, electromagnetic or can use a pressure medium. The rotating device may be a device which converts a part of the stroke from the striking device into a rotary stroke. In its simplest form, it resembles a striking screwdriver solution. On the other hand, the twisting device can be independent of the striking device, in which case it itself produces the required force for the twisting stroke. A sufficiently long time delay between the pressure pulse and the rotary pulse is not created automatically, especially for short tools in which the distance LGEN between the drill and the front of the drill bit is short. Correspondingly, a problem can arise when the rotary pulse reaches the drill bit too late in comparison with the pressure pulse if the drill bit is arranged at the end of a long drill rod combination. In such a case, the strokes of the Rotating Device and the strokes of the striking device can be coordinated with each other as needed.
En möjlighet är att arrangera borrkronan att rotera medelst vridpulsen skapad i verktyget. Då orsakar vridpulsen ensam borrkronans rotation och borrkronans stift positionsändring inför ett nytt slag. En konventionell roterande motor behövs inte nödvändigtvis längre i en borr. Borren då blir enklare i struktur och dess tillverknings- och hanteringskostnader blir lägre än tidigare. Dessutom är dess struktur mindre och lättare. För att möjliggöra rotation av borrkronan med vridpulsen måste utrustningen innefatta medel, som till exempel en enkelriktad koppling, en spärrmekanism eller liknande, som tillåter rotation av verktyget i enbart en önskad riktning. En sådan spärrmekanism 13a kan anordnas mellan borrkronan och den yttersta borrstången (Fig. 9). Borrkronan roterar i berget med ett steg framåt för varje vridpuls. Spärrmekanismen stoppar borrkronan från att rotera tillbaka. Ett annat alternativ är att anordna en spärrmekanism 13b eller liknande till borren mellan verktyget och borren. En reflekterande vridpuls används då för att rotera verktyget.One possibility is to arrange the drill bit to rotate by means of the rotary pulse created in the tool. Then the pivot pulse alone causes the drill bit rotation and the drill bit pin position change before a new stroke. A conventional rotary motor is no longer necessarily needed in a drill. The drill will then be simpler in structure and its manufacturing and handling costs will be lower than before. In addition, its structure is smaller and lighter. To enable rotation of the drill bit with the rotary pulse, the equipment must include means, such as a unidirectional coupling, a locking mechanism or the like, which allow rotation of the tool in only a desired direction. Such a locking mechanism 13a can be arranged between the drill bit and the outermost drill rod (Fig. 9). The drill bit rotates in the rock with one step forward for each rotational pulse. The locking mechanism stops the drill bit from rotating back. Another alternative is to provide a locking mechanism 13b or the like for the drill between the tool and the drill. A reflective pivot pulse is then used to rotate the tool.
Ritningarna och till dessa härrörande beskrivning är endast avsedda att illustrera idén enligt uppfinningen. Uppfinningen kan variera i detaljer inom ramen av kraven. Således kan lösningen enligt uppfinningen även utnyttjas vid bergborrning där borrkronan inte roteras medelst en roterande motor. Detta innefattar några av brytningsmetoderna. Dessutom kan uppfinningen utnyttjas till 524 701 9 11645sE 2002-04-10 ' bergbrytande anordningar, såsom till exempel slå hammare/bilningsanordningar monterade till grävmaskiner. Den bör noteras att en borrstång eller borrstänger innefattande en anisotropisk sektion inte behöver vara anordnad som den yttersta i en drifterstångkombination, utan en normal borrstång kan vara placerat ytterst. Det väsentliga är att avståndet LGEN är lämpligt.The drawings and their descriptive description are only intended to illustrate the idea according to the invention. The invention may vary in detail within the scope of the claims. Thus, the solution according to the invention can also be used in rock drilling where the drill bit is not rotated by means of a rotating motor. This includes some of the refraction methods. In addition, the invention can be used for 524 701 9 11645sE 2002-04-10 'rock-breaking devices, such as, for example, hitting hammers / deburring devices mounted on excavators. It should be noted that a drill rod or drill rods comprising an anisotropic section need not be arranged as the outermost in a drift rod combination, but a normal drill rod may be located at the end. The important thing is that the distance LGEN is appropriate.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0004670A SE524701C2 (en) | 2000-12-15 | 2000-12-15 | Percussion type rock drilling method, uses percussion torque pulse created in drill tool to cause drill bit to shear against rock |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0004670A SE524701C2 (en) | 2000-12-15 | 2000-12-15 | Percussion type rock drilling method, uses percussion torque pulse created in drill tool to cause drill bit to shear against rock |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0004670D0 SE0004670D0 (en) | 2000-12-15 |
| SE0004670L SE0004670L (en) | 2002-06-16 |
| SE524701C2 true SE524701C2 (en) | 2004-09-21 |
Family
ID=20282265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0004670A SE524701C2 (en) | 2000-12-15 | 2000-12-15 | Percussion type rock drilling method, uses percussion torque pulse created in drill tool to cause drill bit to shear against rock |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SE (1) | SE524701C2 (en) |
-
2000
- 2000-12-15 SE SE0004670A patent/SE524701C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE0004670L (en) | 2002-06-16 |
| SE0004670D0 (en) | 2000-12-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1778443B1 (en) | Method for controlling percussion device and percussion device | |
| US7740088B1 (en) | Ultrasonic rotary-hammer drill | |
| US6609577B2 (en) | Percussive rotational impact hammer | |
| EP2649265B1 (en) | Resonance enhanced rotary drilling module | |
| US9068400B2 (en) | Resonance enhanced rotary drilling | |
| US20170175446A1 (en) | Force Stacking Assembly for Use with a Subterranean Excavating System | |
| NO20110518A1 (en) | Pulse Generator | |
| NO328123B1 (en) | Drilling apparatus and method of drilling | |
| JPH08257941A (en) | Hand tool | |
| CN1117913C (en) | Directional drilling tool | |
| Song et al. | Development of lab-scale rock drill apparatus for testing performance of a drill bit | |
| Shubin et al. | Development and applications of a compound axial and torsional impact drilling tool | |
| SE524701C2 (en) | Percussion type rock drilling method, uses percussion torque pulse created in drill tool to cause drill bit to shear against rock | |
| CN112901063A (en) | Injection-suction type drilling speed-increasing tool | |
| Iungmeister et al. | Improvement of shock system of hydraulic drill to increase drilling intensification | |
| US3219131A (en) | Percussion-rotary drill | |
| Bar-Cohen et al. | Ultrasonic/sonic drilling/coring (USDC) for in-situ planetary applications | |
| WO2002097232A1 (en) | Method and arrangement for rock drilling and tool and rock drill used in rock drilling | |
| FI115246B (en) | Method and arrangement for rock drilling, rock drilling tool and rock drill | |
| RU2084624C1 (en) | Method and device for drilling blast-holes | |
| RU2720041C1 (en) | Device for destruction of rocks by impact pulses | |
| RU167239U1 (en) | DRILLING MACHINE FOR ROTARY SHOCK DRILLING IN ROCKS | |
| WO2008112117A1 (en) | Bit rebounding bumper for down-the-hole rock drilling hammer | |
| RU2026482C1 (en) | Drilling device | |
| RU2761920C1 (en) | Shock-rotary mechanism |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |