SE530318C2 - Verktyg - Google Patents

Description

20 25 530 318 2 kronor som är anpassade för att tas ut igenom ett foderrör har varit komplexa och följaktligen dyra.

En borrkrona har föreslagits i den svenska patentansökningen nr 0400597- 1 som har en rymmardel som inkorporerar bergbearbetningselement som är anordnade icke-symmetriskt kring borrkronans geometriska axel. Denna kon- struktion gör det möjligt att bilda en borrhålsdiameter som är större än diametern för borrkronan, och därmed möjliggörs avlägsnande av kronan igenom ett foder- rör. Dock har penetrationsprofilen av borrkronan konstaterats vara olikformig och därmed förorsaka belastning på kronan, vilket kan reducera kronans effektivitet och livslängd.

Kostnadskonkurrensen för borrhastighet i förhållande till kronkostnad är besvärlig vid tidigare enstegsankarbultar beroende på användningen av special- ankarbultar och den exklusiva användningen av vilka som helst komplexa tillba- kadragbara kronor. lcke desto mindre är det ett faktum att installationsfördelarna med en självborrande bergbult överväger dem med icke självborrande typ.

Syften med uppfinningen Borrkronan enligt föreliggande uppfinning har såsom ett syfte att väsentli- gen övervinna ett eller flera av ovannämnda problem som associeras med tekni- kens ståndpunkt, eller åtminstone anvisa ett alternativ därtill. Ännu ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en borr- krona och en enstegsborrande apparatur som är effektivare och göra använd- ning av enstegsbultning inom gruvindustrin attraktivare.

Genom hela specifikationen, såvida inte sammanhanget kräver annat, ska ordet "innefatta", eller variationer såsom "innefattar" eller "innefattande", förstås innebära inkludering av en uppgiven enhet eller grupp av enheter men inte ute- slutning av någon annan enhet eller grupp av enheter. 10 15 20 25 30 530 318 Kort beskrivning av ritninqarna De bifogade ritningarna visar ett utförandeexempel av uppfinningen av det föregående slaget. Noggrannheten hos dessa ritningar och den tillhörande beskrivningen ersätter inte det generella i föregående breda beskrivning av upp- finningen.

Fig. 1A-1 G visar schematiskt en sekvens av enstegsbergbultning. Fig. 2A visar borrkronan enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning i en eleva- tionsvy framifrån. Fig. 2B visar borrkronan i en elevationsvy från sidan. Fig. 2C visar borrkronan i en vy framifrån. Fig. 3 är en schematisk vy av borrkronan under borrning av ett borrhål i berg i en elevationsvy från sidan. Fig. 4 visar borr- kronan i en vy framifrån i förhållande till en borrhålsprofil.

Detalierad beskrivning av uppfinninqen Fig. 1A-1G visar en enstegsborrande apparatur 10 som använder en borr- krona 16 och Fig. 2A-2C visar mer ingående borrkronan 16. Den enstegs- borrande apparaturen 10 innefattar flera delar; tex ett långsträckt borrstål 11 med en ledande ände 12 och en följande ände, ej visat, varvid hänvisning görs till en borriktning F. Den ledande änden 12 har ett förbindningsparti som innefat- tar en gänga, en kona eller en bajonettkoppling, e] visad. En lett stycke utformad borrkrona 16 är tillhandahållen som har bergbearbetningsmedel 17 och 18A, 18B, 18C. Borrkronan 16 kan förbindas med borrstålet via ett förbindningsparti som innefattar en gänga, en kona eller en bajonettkoppling (ej visad). Borrstålet 11 och borrkronan utgör borrmedlet. Den enstegsborrande apparaturen 10 innefattar vidare en ankarbult 21 som är anpassad att åtminstone delvis omsluta borrstålet 11. Ankarbulten 21 har öppna ändar. Borrkronans största diametermått är mindre än ankarbultens 21 minsta diameter.

Den grundläggande idén med den enstegsborrande apparaturen 10 är att borra borrhålet medan bulten omsluter borrstålet, och sedan dra tillbaka kronan för att användas igen. Inga krondelar förloras. Den enstegsborrande apparaturen 10 har närmare beskrivits i den svenska patentansökan nr 0400597-1, vars beskrivning härmed inkorporeras genom referens. 10 15 20 25 30 530 318 4 Borrkronan 16 kan vara konstruerad enligt följande, varvid hänvisning görs till 2A till 2C. Den i ett stycke utformade borrkronan 16 innefattar en kropp 25 gjord av stål och bergbearbetningsmedlen 17, 18 anordnade på kroppen. Krop- pen 25 har en ledande ände 27 och en följande ände 28 och inkorporerar två integrerade delar, d.v.s. en styrdel 14 som är tillräckligt lång för att styra hela apparaturen 10 på rätt sätt då den geometriska axeln CL1 för styrdelen 14 sammanfaller med den geometriska axeln CL3 för borrhålet 22, och en rymmardel 19. Den centrala axeln eller mittlinjen CL1 för styrdelen 14 sammanfaller väsentligen med den centrala axeln för bergbulten under borrning och kan därför betraktas såsom borrkronans geometriska borraxel, men den geometriska axeln CL1 sammanfaller inte med den geometriska axeln CL3 under tillbakadragande av borrkronan. Den centrala axeln eller mittlinjen CL2 för rymmardelen 19 och den geometriska axeln för borrstålet 11 sammanfaller, men är väsentligen åtskilda från den geometriska axeln CL3 för borrhålet 22. Det bör noteras att varken styrdelen eller rymmardelen måste ha cirkulärt tvärsnitt, så hänvisning till geometriska axlar CL1 och CL2 skall förstås såsom hänvisning till genomsnittliga mittlinjeri respektive delar.

Bergbearbetningsmedlen har formen av hårdmetallmedel, d.v.s. mejslar och/eller stift. Styrdelen 14 har en främre yta 29 som bildar den ledande änden 27 av kronan 16 och bär en diametralt sig sträckande mejsel eller två diametralt motsatta främre stift (givna generell beteckning 17). Rymmardelen har en främre yta 30 som bär ett flertal stift 18; idetta fall tre främre stift 18A, 18B och 18C.

Stiften 18A, 18B och 18C kan skjuta ut något utanför rymmardelens periferi för att bearbeta ett borrhål 22 under borrning som har en större diameter än stål- kroppen 25. Antalet hårdmetallstift i rymmardelen kan varieras beroende av hur stor borrkronans diameter är. Kaxspår eller urtagningar kan vara tillhandahållna i områden mellan intilliggande rymmarstift, igenom vilka spolmedium kan passera.

Bergborrkronan 16 ska kopplas till borrstålet 11 med hjälp av ett förbind- ningsparti, för att överföra rotationsrörelse och slag på vanligt sätt. Borrstålet 11 inkluderar en kanal för att befordra ett spolmedium. En huvudkanal för spolme- dium är tillhandahållen inuti borrkronan. Denna huvudkanal kommunicerar vid sin 10 15 20 25 30 530 318 5 framände med ett antal grenkanaler, vilka går ut i de främre ytorna. Spolmediet kommer i praktiken att vara vatten, cement eller luft.

Styrdelen borrar ett styrhål 22A med mindre diameter och längd i förhål- lande till borrhålet 22. Längden av styrdelen 14 definieras såsom avståndet mellan det längst fram befintliga partiet av styrdelen och det längst fram befintliga rymmarstiftet 18C, ien riktning parallell med rymmardelens centrumlinje CL2.

Längden är åtminstone 10 mm och inte mer än 60 mm för att tillhandahålla god styrning av och god livslängd för borrkronan.

Rymmarstiften i denna utföringsform innefattar ett ledande stift 18A, och följande stift 18B och 18C (när borrkronan 16 är arrangerad för att genomgå vänsterrotation under borrning). Såsom bäst illustreras i Fig. 2A till 2C är stiften åtskilda i vinkel kring den geometriska borraxeln CL1 med samma inbördes avstånd och är anordnade ien sektor S med en sektorvinkel S. De inbördes avstånden kan i vissa fall vara clika, d.v.s. inte identiska. Det ska noteras att de radiella armarna av sektorn går igenom mittpunkterna av respektive yttersta stift 18A och 18C. Denna vinkel 6 är mindre än 120° och företrädesvis mindre än 90°.

I den illustrerade formen är vinkeln ungefär 76°.

Förutom att de är åtskilda ivinkel, är stiften 18A, 18B och 18C även axiellt åtskilda i förhållande till varandra. Återigen i den illustrerade formen är denna axiella förskjutning konstant där vart och ett av de följande stiften 18B och 18C är placerade på inbördes avstånd mot den ledande änden 27 av borrkronan 16 från dess omedelbart föregående stift. Med detta inbördes vinkel- och axialav- stånd ligger stiften 18A, 18B och 18C utefter en båge som bildar del av en spiral- linje PD med konstant radie och stigning, och med en stigningsvinkel or mot ett plan som ligger normal till den geometriska borraxeln. I den visade utföringsfor- men är det samma höjdnivåskillnad mellan stiften. Det inbördes axialavståndet kan alternativt vara olika för att få mer flexibilitet vad avser möjligheten att fun- gera bra för exempelvis ett bredare penetrationshastighetsintervall. Såsom kommer att diskuteras närmare nedan med hänvisning till F ig 3, ändrar stig- ningsvinkeln or penetrationsprofilen för borrspetsen och den stigningsvinkelgrad som är effektivast beror på borrningsbetingelser och i synnerhet penetrations- 10 15 20 25 30 530 318 6 hastigheter. I typiska fall kommer stigningsvinkeln a att vara i intervallet 5-10° där den illustrerade formen är ungefär 8°.

Orienteringen av rymmarstiften 18A, 18B och 18C är utformad för att för- bättra effektiviteten hos borrkronan speciellt såsom i föreliggande fall där rym- marstiften 18A, 18B och 18C är begränsade till en liten sektor som definieras av sektorvinkeln 6. Under borrning både roteras rymmarstiften (kring den geomet- riska axeln CL1) och förmås slå mot bergytan. Varje slag förmås flytta borrkro- nan i borriktningen F. Följaktligen leder denna kombinerade roterande och axi- ella rörelse till att rymmarstiften 18A, 18B, och 18C följer en generellt spiralformig bana PC med konstant radie och stigning såsom illustreras i Fig 3. Den förvän- tade stigningen PC kan bestämmas utifrån borrhastigheten (penetration per tidsenhet) och borrkronans rotationshastighet.

Genom att utforma rymmarstiften på borrkronan i en delspirallinje PD som är lindad i motsatt riktning till den förväntade spiralformiga skärbanan PC, kan effektivare borrning åstadkommas jämfört med det arrangemang där rymmar- stiften är riktade i normalen till den geometriska borraxeln. I synnerhet företes rymmarstift bättre för skärytan vilket leder till att reaktionskrafterna på rymmaren 19 är jämnare fördelade över vart och ett av rymmarstiften (18A, 18B, 18C) där varje stift behöver skära ett väsentligen lika stort stycke berg. Om rymmarstiften vore normala tiil den geometriska borraxeln, skulle den största delen av arbetet göras av det ledande stiftet 18A. Genom att dessutom förskjuta rymmarstiften axiellt med beloppet D (se Fig 3) som är nära stigningen för den skärande spiral- linjen PC tillåts borrkronan att röra sig konsistent igenom berget för varje rotation.

I synnerhet finns ingen märkbar diskontinuitet mellan slutet av en rotation och början av nästa rotation. När rymmaren rör sig till slutet av en rotation, företes rymmarstiften för bergytan vid korrekt position för att börja nästa rotation utan märkbart stor skillnad mellan positionen för det ledande stiftet 18A vid slutet av en rotation och positionen för spånytan vid början av rotationen. Tidigare, då rymmarstiften var lokaliserade i normalen till den geometriska borraxeln, fanns en tendens hos borrkronan att "bita" in i bergytan allt eftersom rymmaren rörde sig in i berget under sin spiralformiga skärbana PC. 10 15 20 25 30 530 318 7 Det ska inses att medan optimal funktion kan åstadkommas då avståndet D är fastställt såsom en procentuell andel av stigningen för spirallinjen PC beräk- nad utifrån sektorvinkeln 9, uppnås förbättrad funktion där viss stigning (eller axiell förskjutning) förlänas rymmarstiften jämfört med ett arrangemang där det inte finns någon sådan förskjutning. Följaktligen är uppfinningen inte begränsad till ett specifikt samband mellan avståndet D och den förväntade skärande spiral- linjebanan PC.

För att stödja borrkronan i borrhålet under borrning, inkorporerar en ytteryta 31 av borrkronan åtminstone ett anliggningsområde 32 som vid användning är arrangerat att vila mot borrhålets innervägg och därmed bidra till att hålla kronan i dess korrekta orientering. l föreliggande form är detta stödjande område anord- nat utmed längden av borrkronans 16 yta under rymmardelen 19. Detta område bildar en del av kjolen som är lokaliserad runt borrstålet 11. I en annan form kan anliggningsområdet vara anordnat på enbart ett parti av rymmarens ytteryta. exempelvis omedelbart under rymmarstiften 18 och/eller intill den följande änden 28 av borrkronan 16.

Såsom kommer att inses är tvärsnittet (i normalen till den geometriska borraxeln) sådant att det radiella avståndet för ytterytan från den Qefilmetfiska borraxeln varierar kring kronan. Anliggningsområdet 32 är anordnat vid den yttersta delen av borrkronans yta 31 och är konfigurerat för att sträcka sig i vinkel kring den geometriska borraxeln på ett konstant radiellt avstånd. Detta radiella avstånd svarar mot radien för borrhålet 22 som utformas av rymmardelen 19.

Detta illustreras bäst i Fig. 4.

Anliggningsområdet 32 inkluderar i typiska fall mot förslitning verkande medel så att det är av ett hårdare material än huvudkronkroppen. Medan anligg- ningsområdet 32 kan sträcka sig generellt linjärt kring den geometriska borraxeln (och ha formen av en ås eller ett utsprång eller liknande), sträcker sig i den illu- strerade formen anliggningsområdet även axiellt i förhållande till den geomet- riska borraxeln och är därför iform av en anliggningsyta. Denna anliggningsyta kan sträcka sig från den ledande till den följande änden av rymmardelen, enbart delvis utmed ytan, eller kan såsom nämnts ovan vara i separata sektioner för att bilda ett flertal stödjande områden. 10 15 20 25 30 530 318 8 Driften av enstegsbergbultnlngsapparaturen 10 visas i Fig. 1A-1G. Borr- kronan 16 är förbunden, exempelvis gängad, med borrstålet 11. En borrmaskin såsom en standardborrigg håller borrstålet. Bulten 21 matas företrädesvis auto- matiskt runt borrstålet och placeras bakom borrkronan 16 i borriktningen F. l Fig 1A kommer styrdelen 14 primärt att anligga mot berget så att den under en kort tid kommer att bearbeta bergytan under cirkulär interpolering. Sedan kommer styrdelen 14 att finna sitt korrekta centrum och börja borra centralt medan borr- stålet 11 samtidigt börjar kränga kring styrdelens mittlinje CL1. Därefter kommer rymmardelen 19 i kontakt med bergytan och börjar brotscha hålet som gjorts av styrdelen 14 med anliggningsomrâdet 32 lokaliserat mot borrhålets 22 innervägg för att stödja borrkronan 16. Efter en kort tid når bulten 21 hålet och pressas in i hålet såsom visas i Fig. 1C. Vanligtvis är bulten 21 axiellt åtskild från borrkronan 16. Bultens 21 diameter är företrädesvis mindre än den för borrhålet 22. Borrkro- nan 16 kommer att fortsätta att borra och brotscha borrhålet 22, medan bulten trycks framåt av en kopplingshylsa 26 på borrmaskinen, se Fig. 1D, tills matning av de olika delarna stoppas. Borrhålets 22 djup bestäms väsentligen av bultens 21 längd, d.v.s. när en bricka 23 som är positionerad vid den följande änden av bulten når bergytan eller borrhålets ingång kommer vidare matning att stoppas, se Fig. 1E. Det finns en ankarbultpådrivare på borrmaskinen. Bultpådrivaren är en kopplingshylsa 26 eller ett mothållsverktyg som drivs av borrstålet. Mothålls- verktyget roterar vanligtvis tillsammans med borrstålet och bulten under infö- rande. Dock kan bulten exempelvis hållas så att den inte roterar under införande, tex när det gäller en mekanisk ankarbult. Mothållsverktyget kan momentdra ankarbulten när den är helt införd. Mothållsverktyget kan även glida utmed borr- stålet för att möjliggöra en lättare installation av mekaniska expanderbultar och injekteringsbultar. Fig. 1E visar ankarbulten 21 helt införd, med borrstålet och borrkronan fortfarande i ankarbulten. En pådrivare trycker plattan mot bergytan.

Brickan kan vara en lös konventionell platta med ett centralt hål som samverkar med en utbuktning 24 vid den följande änden av bulten. Sedan dras borrkronan tillbaka ur styrhålet 22A, se Fig. 1F. Det är fördelaktigt att det axiella utrymmet mellan bulten och borrkronan är större än styrborrhålets 22A djup så att den ledande änden av bulten inte stör tillbakadragandet av borrkronan. Borrkronan 10 530 318 9 och borrstålet kan dras tillbaka fullständigt och kan återanvändas under uppre- pade borrningsoperationer.

Maskinen som driver apparaturen 10 kan vara en topphammarborrmaskin, en ren roterande maskin eller en sänkborrutrustning.

Borrkronan enligt föreliggande uppfinning tillhandahåller god skärning och styrning och ger fördelaktiga borrningsresultat.

Uppfinningen som beskrivs häri medger variationer, modifieringar och/eller tillägg förutom de som specifikt beskrivits och det ska förstås att uppfinningen inkluderar alla sådana variationer, modifieringar och/eller tillägg som faller inom ramen för patentkraven.

Claims (15)

10 15 20 25 30 539 318 10 Patentkrav

1. Borrkrona (16) som är roterbar kring en geometrisk borraxel (CL1), varvid borrkronan har en ledande (27) och följande (28) ände åtskilda i riktningen av borrens geometriska axel och innefattar en kronkropp (25) och, i förhållande till rotationsriktningen, ett ledande första bergbearbetningsmedel (18A) och åtmin- stone ett annat följande första bergbearbetningsmedel (18B, 18C), varvid de ledande och följande första bergbearbetningsmedlen är anordnade på kronkrop- pen och åtskilda från varandra i vinkel kring den geometriska borraxeln, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone ett av de följande första bergbearbet- ningsmedlen (18B, 18C) även är axiellt åtskilt från det ledande första bergbear- betningsmedlet (18A) i riktning mot den ledande änden (27) av borrkronan (16).

2. Borrkrona enligt krav 1, i vilken vinkelavståndet mellan varje följande första bergbearbetningsmedel (18B, 18C) och dess omedelbart föregående första bergbearbetningsmedel (18A, 18B) är samma eller olika.

3. Borrkrona enligt krav 1 eller 2, i vilken vart och ett av de följande första berg- bearbetningsmedlen (18B, 18C) är axiellt åtskilt i riktning mot den ledande änden (27) från dess omedelbart föregående första bergbearbetningsmedel (18A, 18B).

4. Borrkrona enligt krav 3, i vilken axialavståndet mellan varje följande första bergbearbetningsmedel (18B, 18C) och dess omedelbart föregående första bergkvarhållande medel (18A, 18B) är samma eller olika.

5. Borrkrona enligt krav 1, 2, 3 eller 4, i vilken det inbördes vinkel- och axialav- ståndet för de första bergbearbetningsmedlen (18A, 18B, 18C) är sådana att de första bergbearbetningsmedlen är anordnade på kronkroppen (25) i en båge av en spirallinje PD med en väsentligen konstant radie och stigning. 10 15 20 25 30 530 318 11

6. Borrkrona enligt krav 5, i vilken stigningsvinkeln iförhållande till ett plan som ligger i normalen till den geometriska borraxeln är i storleksordningen 5° till 10°.

7. Borrkrona enligt något av föregående krav, i vilken de första bergbearbet- ningsmedlen (18A, 18B, 18C) är anordnade kring den geometriska borraxeln inom en sektor med en sektorvinkel 9.

8. Borrkrona enligt krav 7, i vilken sektorvlnkeln 9 är mindre än 120° och företrä- desvis mindre än 90°.

9. Borrkrona enligt något av föregående krav, i vilken borrkronan har en styrdel (14) anordnad på den geometriska borraxeln (CL1) och en rymmardel (19), var- vid rymmardelen (19) är förskjuten från styrdelen (14) och inkluderar en ändyta (28) på vilken de första bergbearbetningsmedlen (18A, 18B, 18C) är anordnade och styrdelen (14) är axiellt förskjuten från rymmardelen (19) i riktning mot den ledande änden (27).

10. Borrkrona enligt något av föregående krav, i vilken kronkroppen (25) har en ytteryta (31) som sträcker sig mellan nämnda ledande och följande ändar (27, 28) och som, i ett tvärsnitt som är vinkelrätt mot den geometriska borraxeln (CL1), inte är likformigt radiellt förskjuten från den geometriska borraxeln, varvid ytterytan (31) inkorporerar ett anliggningsområde (32) som bildar den yttersta radiella delen av ytterytan, k ä n n e t e c k n a d a v att anliggningsområdet (32) sträcker sig i vinkel kring den geometriska borraxeln.

11. Borrkrona enligt krav 10, ivilken anliggningsområdet (32) även sträcker sig axiellt i förhållande till den geometriska borraxeln (CL1) för att bilda en anligg- ningsyta.

12. Borrkrona enligt krav 10 eller 11, vid beroende av krav 9, i vilken anligg- ningsområdet (32) är utformat på rymmardelen. 10 5315 318 12

13. Borrkrona enligt något av kraven 10, 11 eller 12, i vilken anliggningsområdet (32) inkluderar mot förslitning verkande medel.

14. Borrkrona enligt något av kraven 10, 11, 12 eller 14, i vilken anliggningsom- rådet är anordnat intill den följande änden av borrkronan.

15. Enstegsborrande apparatur innefattande borrmedel och en ankarbult (21), k ä n n e t e c k n a d a v att apparaturen innefattar en i ett stycke utformad borrkrona (16) enligt krav 1-14.