EP0429649A1 - Drilling installation - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Bohrgarnitur enthält ein Außenrohr (1), an dessen Stirn Zähne (10) ausgeführt sind, ein Innenrohr (2) und eine abnehmbare Sektorenbohrkrone (4, 5), die aus dem Körper (4) und den Sektoren (5) besteht. Die Sektoren (5) weisen Zähne (11) für die Wechselwirkung mit den Zähnen (10) des Außenrohrs (1) auf. Die Zähne (11) sind auf dem Kreisumfang in bezug auf die Bohrgarniturachse orientiert und aus einem Werkstoff gefertigt, dessen Härte geringer ist als die Härte des Werkstoffs der Zähne (10). An der Außenfläche (3) des Innenrohrs (2) sind radiale Ansätze (16) ausgeführt, die zwischen den Sektoren (5) liegen und die Möglichkeit haben, auf ihrer Seitenfläche (17) in Wechselwirkung mit der Seitenfläche (18) der Sektoren (5) der abnehmbaren Sektorenbohrkrone (4, 5) zu treten.The drill set contains an outer tube (1), on the end of which teeth (10) are made, an inner tube (2) and a removable sector drill bit (4, 5), which consists of the body (4) and the sectors (5). The sectors (5) have teeth (11) for the interaction with the teeth (10) of the outer tube (1). The teeth (11) are oriented on the circumference with respect to the drill set axis and are made of a material whose hardness is less than the hardness of the material of the teeth (10). On the outer surface (3) of the inner tube (2) there are radial projections (16) which lie between the sectors (5) and which have the possibility of interacting on their side surface (17) with the side surface (18) of the sectors (5 ) the removable sector drill bit (4, 5).

Description

Translated fromGerman

Gebiet der TechnikTechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf die Bergbautechnik, insbesondere auf Bohrgeräte. Am erfolgreichsten kann die Erfindung in der Bergbautechnik für das Kernbohren mit Einbauen des Gesteinzerstörungswerkzeugs in das Bohrloch bzw. Ausbauen des Gesteinzerstörungswerkzeugs aus dem Bohrloch ohne Ziehen des Bohrestänges verwendet werden.The invention relates to mining technology, particularly drilling equipment. Most successfully, the invention can be used in mining technology for core drilling by installing the rock destruction tool in the borehole or removing the rock destruction tool from the borehole without pulling the drill pipe.

Vorhergehender Stand der TechnikPrevious state of the art

Bei den Bohrgarnituren, auf welche sich die vorliegende Lösung bezieht, erfolgt das Aufbohren des Gesteins bei der Drehbewegung des Gesteinzerstörungswerkzeugs. Hierbei hängt die Betriebszuverlässigkeit der Bohrgarnitur von der Zuverlässigkeit der Drehmomentübertragung von dem Bohrstrang, dem Außenrohr, auf das Gesteinzerstörungswerkzeug ab. Diese Zuverlässigkeit wird bei verschiedenen Bauarten auf unterschiedliche Art und Weise gewährleistet.In the drilling sets to which the present solution relates, the rock is drilled out during the rotary movement of the rock destruction tool. Here, the operational reliability of the drill kit depends on the reliability of the torque transmission from the drill string, the outer pipe, to the rock destruction tool. This reliability is guaranteed in different ways in different designs.

Es ist ein Bohrgarnitur mit einem Außenrohr, einen Innenrohr und einer abnehmbaren Sektorenbohrkrone (US, A, 3692126) bekannt. An der Außenrohrstirn ist eine Innenkegelausdrehung ausgeführt. In Arbeitsstellung der Bohrgarnitur stehen mit der besagten Kegelausdrehung des Außenrohrs Kegeloberflächen der abnehmbaren Sektorenbohrkrone in Verbindung zum Zweck der reibschlüssigen Übertragung des Drehmoments beim Bohren von dem Außenrohr auf die Bohrkronensektoren. Aber die besagte Kegelreibkupplung arbeitet nicht zuverlässig und läßt ein Durchschlüpfen zu, wenn beispielsweise Schmierstoffteilchen aus der Spülflüssigkeit auf die Oberfläche der Kupplung kommen, und beim Bohren im abrasiven und rissigen Gestein, wenn das Drehmoment der Reibung der Bohrkrone auf dem Gestein größer ist als das Drehmoment, das von der Kegelreibkupplung von dem Außenrohr auf die Sektorenbohrkrone übertragen wird.A drill set with an outer tube, an inner tube and a removable sector drill bit (US, A, 3692126) is known. An inner cone is machined on the outer tube face. In the working position of the drilling set, with the said cone turning out of the outer tube, conical surfaces of the removable sector drill bit are connected for the purpose of frictionally transmitting the torque when drilling from the outer pipe to the drill bit sectors. But said conical friction clutch does not work reliably and allows slip through, for example, when lubricant particles from the flushing liquid come onto the surface of the clutch, and when drilling in abrasive and cracked rock, when the torque of the friction of the drill bit on the rock is greater than the torque , which is transmitted from the conical friction clutch from the outer tube to the sector drill bit.

Es ist ferner eine Bohrgarnitur mit einem Außenrohr, einer abnehmbaren Sektorenbohrkrone und einem Innenrohr zum Spreizen und Fixieren der Sektoren der abnehmbaren Bohrkrone bekannt. An den Stirnen des Außenrohrs und der Bohrkronensektoren sind innenseitig Zähne ausgeführt, die in axialen Ebenen liegen und ineinander greifen, um das Drehmoment von dem Außenrohr auf die Sektoren der Bohrkrone zu übertragen (US, A, 3603413). Zar Gewährleistung der Orientierung der Zähne der Sektorenbohrkrone gegenüber den Außenrohrzähnen ist eine Orientierungseinrichtung vorgesehen. Die Orientierungseinrichtung stellt eine Gesamtheit miteinander in Berührung stehender Nocken dar, die an der Innenfläche der Tragplatten der Bohrkronensektoren und an der Innenfläche des Außenrohrs im unteren Teil dieses Rohrs ausgebildet sind. Hierbei muß die Spitze eines jeden Nockens an der Oberfläche der Tragplatten der Sektorenbohrkrone auf einer Linie mit der Mitte des Zahns an der Stirn des Bohrkronensektors liegen. Dies ist eine Bedingung für den zuverlässigen Eingriff der Außenrohrzähne in die Zähne der BohrkronensektorenA drill set with an outer tube, a removable sector drill bit and an inner tube for spreading and fixing the sectors of the removable drill bit is also known. On the foreheads of the outer tube and the drill bit sectors are teeth on the inside, which lie in axial planes and interlock to transmit the torque from the outer tube to the sectors of the drill bit (US, A, 3603413). An orientation device is provided to ensure the orientation of the teeth of the sector drill bit with respect to the outer tubular teeth. The orientation device represents a set of cams in contact with one another, which are formed on the inner surface of the support plates of the drill bit sectors and on the inner surface of the outer tube in the lower part of this tube. Here, the tip of each cam on the surface of the support plates of the sector drill bit must lie in line with the center of the tooth on the face of the drill bit sector. This is a condition for the reliable engagement of the outer tube teeth in the teeth of the drill bit sectors

In Arbeitsstellung der Bohrgarnitur müssen die Spitzen der an der Oberfläche der Tragplatten der Sektorenbohrkrone ausgeführten Nocken in den Lücken zwischen den benachbarten Nocken liegen, die im unteren Teil des Außenrohrs ausgeführt sind. Diese Anordnung der Nocken der Orientierungseinrichtung gewährleistet die gewünschte Lage der Zähne der Sektorenbohrkrone gegenüber den Zähnen des Außenrohrs, damit sie später beim Absenken des Innenrohrs in untere Grenzstellung ineinander greifen.In the working position of the drilling set, the tips of the cams made on the surface of the supporting plates of the sector drill bit must lie in the gaps between the adjacent cams, which are made in the lower part of the outer tube. This arrangement of the cams of the orientation device ensures the desired position of the teeth of the sector drill bit in relation to the teeth of the outer tube, so that they later interlock when the inner tube is lowered into the lower limit position.

Die beschriebene Orientierungseinrichtung in der Bohrgarnitur kompliziert die Bauart der Garnitur.The orientation device described in the drill set complicates the design of the set.

Außerdem können Fehler bei der Herstellung der Nocken der Orientierungseinrichtung während des Betriebs die Bildung von "toten Zonen" an den Spitzen der in Berührung stehenden Nocken herbeiführen, was wiederum die Ursache der Verkeilung der Nocken in dieser Stellung sein kann. Die Verkeilung kann auch durch Verschmutzung der Seitenflächen der Nocken mit Schlamm verursacht werden, der die gegenseitige Bewegung der Nocken erschwert. Die besagte Verkeilung kann zur Folge haben, daß die Orientierungseinrichtung nicht anspricht, wodurch ein unzuverlässiger Eingriff der Zähne der Sektorenbohrkrone in die Zähne des Außenrohrs bedingt wird, und letzlich die Ursache für die Brüche und den Ausfall der Bohrgarnitur darstellen.In addition, errors in the manufacture of the orientation device cams during operation can cause "dead zones" to form at the tips of the contacting cams, which in turn can cause the cams to wedge in this position. The wedging can also be caused by dirt on the side surfaces of the cams with sludge, which makes the mutual movement of the cams difficult. The said wedging can result in the orientation device not responding, which results in an unreliable engagement of the teeth of the sector drill bit in the teeth of the outer tube, and ultimately the cause for breaks and failure of the drill set.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrgarnitur zu schaffen, bei welcher die Zähne der Bohrkrone derart ausgeführt sind, daß die Zuverlässigkeit des Eingriffs des Außenrohrs mit den Sektoren der Bohrkrone erhöht wird, was eine Vereinfachung der Bauart der Bohrgarnitur und eine Steigerung ihrer Betriebszuverlässigkeit ermöglicht.The invention has for its object to provide a drill set in which the teeth of the drill bit are designed such that the reliability of the engagement of the outer tube with the sectors of the drill bit is increased, which enables a simplification of the design of the drill set and an increase in its operational reliability .

Diese Aufgabe wird bei der Bohrgarnitur, mit einem Außenrohr, an dessen Stirn in axialen Ebenen liegende Zähne ausgeführt sind, einem Innenrohr und einer abnehmbaren Sektorenbohrkrone, deren Sektoren Zähne für die Wechselwirkung mit den Zähnen des Außenrohrs aufweisen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zähne der Bohrkrone auf dem Kreisumfang in bezug auf die Bohrgarniturachse orientiert und aus einem Werkstoff ausgeführt sind, dessen Härte geringer ist als die Härte des Werkstoffs der Außenrohrzähne.This object is achieved according to the invention in the drill set, with an outer tube, on the end of which teeth are located in axial planes, an inner tube and a removable sector drill bit, the sectors of which have teeth for the interaction with the teeth of the outer tube, in that the teeth of the The core bit is oriented on the circumference of the circle with respect to the axis of the drill set and is made of a material whose hardness is less than the hardness of the material of the outer tube teeth.

Die besagte Ausführung der Zähne der Sektorenbohrkrone gewährleistet beim Erreichen des Nennwerts (Betriebswert) des axialen Drucks der Bohrgarnitur auf die Bohrlochsohle das Entstehen einer Kupplung, die auf dem Einschneiden der Außenrohrzähne, welche aus einem Werkstoff mit hoher Härte ausgeführt sind, in die Zähne der Bohrkronensektoren, welche aus einem Werkstoff mit geringerer Härte als die Härte des Werkstoffs der Außenrohrzähne ausgeführt sind, beruht. Hierbei wird ein hoher Haftwert zwischen den Zähnen des Außenrohrs und der Bohrkronensektoren erzielt, was die Steigerung der Zuverlässigkeit der Verbindung des Außenrohrs mit der Sektorenbohrkronen und somit die Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Bohrgarnitur ermöglicht. Außerdem gibt die Gewährleistung der Zuverlässigkeit der besagten Verbindung die Möglichkeit, auf die Orientierungseinrichtung zu verzichten und hierdurch die Bauart der Bohrgarnitur zu vereinfachen.The said design of the teeth of the sector drill bit ensures, when the nominal value (operating value) of the axial pressure of the drill set on the bottom of the borehole is reached, that a coupling is created, which is based on the cutting of the outer pipe teeth, which are made of a material with high hardness, into the teeth of the drill bit sectors , which are made of a material with a lower hardness than the hardness of the material of the outer tube teeth. This achieves a high adhesive value between the teeth of the outer pipe and the drill bit sectors, which enables the reliability of the connection of the outer pipe to the sector drill bits and thus the increased operational reliability of the drill bit to be increased. In addition, ensuring the reliability of the said connection gives the possibility of dispensing with the orientation device and thereby simplifying the construction of the drilling set.

Es ist zweckmäßig, daß an der Außenfläche des Innenrohrs radiale Ansätze ausgeführt werden, die zwischen den Sektoren der abnehmbaren Bohrkrone liegen und die Möglichkeit haben, mit ihrer Seitenfläche auf die Seitenfläche der Sektoren der abnehmbaren Bohrkrone einzuwirken.It is appropriate that radial approaches are carried out on the outer surface of the inner tube, which between the sectors of the removable core bit and have the possibility of acting with their side surface on the side surface of the sectors of the removable core bit.

Während des Betriebs der Bohrgarnitur findet eine Abnutzung der Außenrohrzähne statt, wodurch sie in geringerem Maße in die Zähne der Sektoren der abnehmbaren Bohrkrone eindringen, was ein Durchschlüpfen der Außenrohrzähne gegenüber den Zähnen der Bohrkronensektoren, insbesondere beim Bohren in stark rissigen Gesteinen, verursachen kann. Außerdem kann das Durchschlüpfen am Anfang des Bohrvorgangs vorkommen, wenn die Außenrohrzähne noch unvollständig in die Zähne des Bohrkronensektoren einschneiden. Das Vorhandensein der besagten radialen Ansätze an der Außenfläche des Innenrohrs macht das Durchschlüpfen unmöglich und erhöht hierdurch die Betriebszuverlässigkeit der Bohrgarnitur.During the operation of the drill bit, the outer pipe teeth wear, which means that they penetrate to a lesser extent into the teeth of the sectors of the removable drill bit, which can cause the outer pipe teeth to slip over the teeth of the drill bit sectors, especially when drilling in heavily cracked rocks. In addition, slip through can occur at the beginning of the drilling process if the outer pipe teeth still cut incompletely into the teeth of the drill bit sector. The presence of said radial lugs on the outer surface of the inner tube makes it impossible to slip through and thereby increases the operational reliability of the drill set.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1

im Schnitt die erfindungsgemäße Bohrgarnitur in Arbeitsstellung beim Bohren;

Fig.2

einen Abschnitt der Bohrgarnitur in Transportstellung beim Absenken der Sektorenbohrkrone;

Fig.3

einen Abschnitt der Bohrgarnitur in Transportstellung beim Ausbauen der Sektorenbohrkrone;

Fig.4

eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig.1;

Fig.5

eine Ansicht in Richtung des Pfeils B in Fig.3;

Fig.6

eine Ansicht in Richtung des Pfeils C in Fig.1 des Bohrkronensektors vor dem Bohren;

Fig.7

eine Ansicht in Richtung des Pfeils C in Fig.1 des Bohrkronensektors nach Beginn des Bohrvorgangs;

Fig.8

den Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig.1, der die gegenseitige Stellung der radialen Ansätze des Innenrohrs und der Bohrkronensektoren erläutert;und

Fig.9

dasselbe wie in Fig.8 im Augenblick der Wechselwirkung zwischen den radialen Ansätzen des Innenrohrs und der Bohrkronensektoren.

The invention is explained in more detail, for example, with reference to the drawings. It shows

Fig. 1

on average the drilling set according to the invention in the working position when drilling;

Fig. 2

a section of the drill set in the transport position when lowering the sector drill bit;

Fig. 3

a section of the drill bit in the transport position when removing the sector drill bit;

Fig. 4

a view in the direction of arrow A in Figure 1;

Fig. 5

a view in the direction of arrow B in Figure 3;

Fig. 6

a view in the direction of arrow C in Figure 1 of the drill bit sector before drilling;

Fig. 7

a view in the direction of arrow C in Figure 1 of the drill bit sector after the start of drilling;

Fig. 8

the section along the line VIII-VIII in Fig.1, which explains the mutual position of the radial lugs of the inner tube and the drill bit sectors; and

Fig. 9

the same as in Fig. 8 at the moment of interaction between the radial approaches of the inner tube and the drill bit sectors.

Beste Ausführungsvariante der ErfindungBest embodiment of the invention

Die Bohrgarnitur enthält ein Außenrohr 1 (Fig.1), in dessen Inneren ein Innenrohr 2 angeordnet ist. Auf der Außenfläche 3 des Innenrohrs 2 ist ein Körper 4 mit Sektoren 5 montiert. Der Körper 4 und die Sektoren 5 bilden gemeinsam die Sektorenbohrkrone 4, 5. Das Innenrohr 2 kann sich in Achsenrichtung der Bohrgarnitur sowohl zusammen mit der Sektorenbohrkrone 4, 5 als auch in ihrem Inneren bewegen.The drilling set contains an outer tube 1 (FIG. 1), inside which aninner tube 2 is arranged. Abody 4 withsectors 5 is mounted on theouter surface 3 of theinner tube 2. Thebody 4 and thesectors 5 together form thesector drill bit 4, 5. Theinner tube 2 can move in the axial direction of the drill set both together with thesector drill bit 4, 5 and also in its interior.

An der Außenfläche der Sektoren 5 sind Ansätze 6 (Fig. 2, 3) ausgeführt, und im unteren Teil des Außenrohrs i ist eine Ausdrehung 7 zum Fixieren der Ansätze 6 der Sektoren 5 in dieser Ausdrehung in Arbeitsstellung der Bohrgarnitur ausgeführt.On the outer surface of thesectors 5 lugs 6 (Fig. 2, 3) are executed, and in the lower part of the outertube i a recess 7 for fixing the lugs 6 of thesectors 5 is carried out in this recess in the working position of the drilling set.

An der Innenfläche der Sektoren 5 sind Absätze 8 zum Fixieren des Innenrohrs 2 auf diesen Absätzen in Arbeitsstellung der Bohrgarnitur ausgeführt.On the inner surface of thesectors 5shoulders 8 for fixing theinner tube 2 are carried out on these shoulders in the working position of the drilling set.

Im stirnseitigen Teil des Außenrohrs 1 sind an der Innenkegelfläche 9 (Fig.1) Längszähne 10 (Fig.2) ausgeführt, welche in axialen Ebenen liegen. Die Sektoren 5 der abnehmbaren Bohrkrone 4, 5 weisen Zähne 11 für die Wechselwirkung mit den Zähnen 10 des Außenrohrs 1 auf. Die Zähne 11 der Sektoren 5 sind auf dem Kreisumfang in bezug auf die Längsachse der Bohrgarnitur (Fig.6) orientiert und aus einem Werkstoff ausgeführt, dessen Härte kleiner ist als die Härte des Werkstoffs der Außenrohrzähne.In the front part of the outer tube 1, longitudinal teeth 10 (FIG. 2) are embodied on the inner conical surface 9 (FIG. 1), which lie in axial planes. Thesectors 5 of theremovable drill bit 4, 5 haveteeth 11 for the interaction with theteeth 10 of the outer tube 1. Theteeth 11 of thesectors 5 are oriented on the circumference with respect to the longitudinal axis of the drill set (FIG. 6) and are made of a material whose hardness is less than the hardness of the material of the outer tube teeth.

Das Innenrohr 2 ist im oberen Teil starr mit einer Aufhängung 12 verbunden, die mit Sperren 13 und einen Fängerpilz 14 ausgerüstet ist. Die Sperren 13 liegen in einer im Außenrohr 1 ausgeführten Aussparung 15 und haben die Aufgabe, die Aufwärtsbewegung des Innenrohrs 2 zu verhindern, wenn es mit dem Kernwerkstoff beim Abbohren des Kerns gefüllt wird. Außerdem dienen die Sperren 13, die das Innenrohr 2 und das Außenrohr 1 miteinander verbinden, zur Übertragung des Drehmoments von dem Außenrohr 1 auf das Innenrohr 2.Theinner tube 2 is rigidly connected in the upper part to asuspension 12, which is equipped with locks 13 and amushroom 14. The locks 13 are located in arecess 15 in the outer tube 1 and have the task of preventing the upward movement of theinner tube 2 when it is filled with the core material when the core is drilled out. In addition, the locks 13, which connect theinner tube 2 and the outer tube 1 to one another, serve to transmit the torque from the outer tube 1 to theinner tube 2.

Im unteren Teil des Innenrohrs 2 sind an seiner Außenfläche 3 radiale Ansätze 16 (Fig.8, 9) ausgeführt, welche zwischen den Sektoren 5 der Bohrkrone 4, 5 mit, der Möglichkeit liegen, in Wechselwirkung auf ihren Seitenflächen 17 mit den Seitenflächen 18 der Sektoren 5 der Bohrkrone 4, 5 zu treten. Die Ansätze 16 haben die Aufgabe, das Drehmoment auf die Sektorenbohrkrone 4, 5 von dem rotierenden Innenrohr 2 beim Durchschlüpfen im Falle der Abnutzung der Zähne 10 des Außenrohrs 1 gegenüber den Zähnen 11 der Sektorenbohrkrone 4, 5 auf die Sektorenbohrkrone 4, 5 zu übertragen. Außerdem übertragen die Ansätze 16 das Drehmoment von dem Innenrohr 2 auf die Sektorenbohrkrone 4, 5 am Anfang des Bohrvorgangs bei noch nicht vollständigen Einschneiden der Zähne 10 des Außenrohrs 1 in die Zähne 11 der Sektoren 5 der Bohrkrone 4, 5 und beim Bohren in stark rissigen Gesteinen.In the lower part of theinner tube 2 3 radial approaches 16 (Fig.8, 9) are executed on its outer surface, which with the possibility between thesectors 5 of thedrill bit 4, 5 lie in interaction on their side surfaces 17 with the side surfaces 18 of thesectors 5 of thedrill bit 4, 5. The approaches 16 have the task of transmitting the torque to thesector drill bit 4, 5 from the rotatinginner tube 2 when slipping through in the event of wear of theteeth 10 of the outer tube 1 relative to theteeth 11 of thesector bit 4, 5 to thesector bit 4, 5. In addition, thelugs 16 transmit the torque from theinner pipe 2 to thesector drill bit 4, 5 at the beginning of the drilling process if theteeth 10 of the outer pipe 1 have not yet been completely cut into theteeth 11 of thesectors 5 of thedrill bit 4, 5 and when drilling in severely cracked Rocks.

An der Außenfläche 3 des Innenrohrs 2 ist im unteren Teil dieses Rohrs eine Ringnut 19 ausgeführt, und der Körper 4 der Sektorenbohrkrone 4, 5 ist mit elastischen Anschlägen 20 versehen, welche bei der Bewegung des Innenrohrs 2 in Richtung der Achse der Bohrgarnitur im Inneren der Sektorenbohrkrone 4, 5 sich in der einen bzw. in der anderen Richtung abbiegen können. Bei der Aufwärtsbewegung des Innenrohrs 2 gegenüber der Sektorenbohrkrone 4, 5 rasten die Anschläge 20 in die Ringnut 19 (Fig.3) ein und führen auf diese Art und Weise die Verbindung des Innenrohrs 2 mit der Sektorenbohrkrone 4, 5 für das gemeinsamen Ziehen des Innenrohrs und der Bohrkrone durch.On theouter surface 3 of theinner tube 2, anannular groove 19 is carried out in the lower part of this tube, and thebody 4 of thesector drill bit 4, 5 is provided withelastic stops 20 which, when theinner tube 2 moves in the direction of the axis of the drill set inside theSector drill bit 4, 5 can bend in one or in the other direction. During the upward movement of theinner tube 2 with respect to thesector drill bit 4, 5, thestops 20 snap into the annular groove 19 (FIG. 3) and in this way lead to the connection of theinner tube 2 with thesector drill bit 4, 5 for pulling the inner tube together and the drill bit through.

Der Plattenteil der Sektoren 5 der Bohrkrone 4, 5 weist elastische Eigenschaften auf, wodurch bei der Bewegung des Innenrohrs 2 im Inneren der Sektorenbohrkrone 4, 5 die Sektoren 5 auseinandergespreizt werden und in Arbeitsstellung kommen.The plate part of thesectors 5 of thedrill bit 4, 5 has elastic properties, as a result of which when theinner tube 2 moves inside thesector drill bit 4, 5, thesectors 5 are spread apart and come into the working position.

Im unteren Teil des Innenrohrs 2 ist ein Kernfangring 21 angeordnet. Die Sektoren 5 der Bohrkrone 4, 5 tragen an den Stirnflächen gesteinzerstörende Elemente 22, welche beispielsweise als diamantenhaltige Matrizen ausgeführt sind.Acore catch ring 21 is arranged in the lower part of theinner tube 2. Thesectors 5 of thedrill bit 4, 5 contribute to the End faces stone-destroyingelements 22, which are designed, for example, as diamond-containing matrices.

Die Bohrgarnitur funktioniert wie folgt.The drill set works as follows.

Im Inneren des Außenrohrs 1 wird zur Bohrlochsohle das Innenrohr 2 mit der Sektorenbohrkrone 4, 5 abgesenkt. Hierbei stößt das Innenrohr 2 gegen die elastischen Anschläge 20 des Körpers 4 der Sektorenbohrkrone 4, 5, stößt sie und bewegt sich mit ihr zusammen abwärts. In der unteren Grenzstellung werden die Sektoren 5 dank ihrer elastischen Eigenschaften auseinandergespreizt, die Anschläge 6 rasten in die Ausdrehung 7 des Außenrohrs 1 ein und die Sektorenbohrkrone 4, 5 bleibt stehen. Hierbei setzt das Innenrohr 2 seine Abwärtsbewegung im Inneren der Bohrkrone 4, 5 fort, spreizt die elastischen Anschläge 20 des Körpers 4 und die Sektoren 5 der Bohrkrone 4, 5 auf. Die Bewegung des Innenrohrs 2 wird von den Absätzen 8 der Sektoren 5 begrenzt, gegen welche das Innenrohr stößt und stehen bleibt.Inside the outer tube 1, theinner tube 2 with thesector drill bit 4, 5 is lowered to the bottom of the borehole. Here, theinner tube 2 abuts against the elastic stops 20 of thebody 4 of thesector drill bit 4, 5, abuts it and moves downwards together with it. In the lower limit position, thesectors 5 are spread apart thanks to their elastic properties, the stops 6 snap into therecess 7 of the outer tube 1 and thesector drill bit 4, 5 remains. Here, theinner tube 2 continues its downward movement inside thedrill bit 4, 5, spreads the elastic stops 20 of thebody 4 and thesectors 5 of thedrill bit 4, 5. The movement of theinner tube 2 is limited byparagraphs 8 of thesectors 5, against which the inner tube abuts and stops.

Beim Stillstand des Innenrohrs 2 rasten die Sperren 13 der Aufhängung 12 des Innenrohrs 2 in die Aussparung 15 des Außenrohrs 1 ein. Dies gewährleistet die Möglichkeit der Übertragung des Drehmoments von dem Außenrohr 1 auf das Innenrohr 2. In dieser Stellung ist die Bohrgarnitur zum Bohren vorbereitet.When theinner tube 2 is at a standstill, the locks 13 of thesuspension 12 of theinner tube 2 snap into therecess 15 of the outer tube 1. This ensures the possibility of transmitting the torque from the outer tube 1 to theinner tube 2. In this position, the drilling set is prepared for drilling.

Beim Aufsetzen der Bohrgarnitur auf die Bohrlochsohle schneiden die Längszähne 10 des Außenrohrs 1, welche aus einem Werkstoff mit hoher Härte ausgeführt sind, in die Kreisbogenzähne 11 der Sektoren 5 der Bohrkrone ein, die aus einem weicheren Werkstoff ausgeführt sind, und gewährtleisten ihre Verbindung. Am Anfang des Bohrvorgangs, wenn der axiale Druck des Bohrstrangs auf die Bohrlochsohle den Nennwert (Arbeitswert) noch nicht erreicht hat, und die Zähne 10 des Außenrohrs 1 noch nicht vollständig in die Zähne 11 des Sektors 5 der Bohrkrone 4, 5 eingeschnitten haben, ist ein vorübergenendes Durchschlüpfen des Außenrohrs 1 gegenüber den Sektoren 5 der Bohrkrone 4, 5 möglich. Hierbei dreht sich zusammen mit dem Außenrohr 1 auch das Innenrohr 2 durch, das mit dem Außenrohr 1 mittels der Sperren 13 zusammengekuppelt ist. Bei der Drehung des Innenrohrs 2 kommen die an diesem Rohr ausgeführten Ansätze 16 in Berührung mit den Sektoren 5 der Bohrkrone 4, 5 und setzen sie in Drehung, wobei sie das Drehmoment auf die Bohrkrone von dem Innenrohr 2 (Fig.9) übertragen. Somit wird die Möglichkeit des besagten Schlupfs beseitigt und dank dem die Betriebszuverlässigkeit der Bohrgarnitur erhöht.When the drill set is placed on the bottom of the borehole, thelongitudinal teeth 10 of the outer tube 1, which are made of a material with high hardness, cut into thecircular teeth 11 of thesectors 5 of the drill bit, which are made of a softer material, and provide their connection. At the beginning of the drilling process, when the axial pressure of the drill string on the bottom of the borehole has not yet reached the nominal value (work value) and theteeth 10 of the outer tube 1 have not yet completely cut into theteeth 11 of thesector 5 of thedrill bit 4, 5 a temporary slipping through of the outer tube 1 with respect to thesectors 5 of thedrill bit 4, 5 is possible. Here, together with the outer tube 1, theinner tube 2 also rotates, which is coupled to the outer tube 1 by means of the locks 13. When turning of theinner tube 2, theprojections 16 carried out on this tube come into contact with thesectors 5 of thedrill bit 4, 5 and set them in rotation, whereby they transmit the torque to the drill bit from the inner tube 2 (FIG. 9). This eliminates the possibility of said slippage and increases the operational reliability of the drill set.

Während der Berührungszeit der Sektorbohrkrone 4, 5 mit dem Innenrohr 2 erreicht der axiale Druck der Bohrgarnitur auf die Bohrlochsohle den Nennwert (Arbeitswert) und die Zähne 10 des Außenrohrs 1 greifen vollständig in die Zähne 11 der Sektoren 5 der Bohrkrone 4, 5 ein. Das Drehmoment wird jetzt auf die Bohrkrone 4, 5 unmittelbar von dem Außenrohr 1 übertragen. Hierbei entsteht zwischen dem Außenrohr 1 und der Sektorenbohrkrone 4, 5 eine Kupplung, die auf dem Einschneiden der Zähne 10 des Außenrohrs, welche aus einem Werkstoff mit hoher Härte ausgeführt sind, in die Zähne 11 der Sektorenbohrkrone 4, 5,welche aus einem Werkstoff mit geringerer Härte als der Werkstoff der Zähne 10 des Außenrohrs 1 hergestellt sind, beruht. Hierbei wird zwischen den Zähnen 10 und 11 ein hoher Haftwert erzielt, was eine Steigerung der Zuverlässigkeit der Verbindung des Außenrohrs 1 mit der Sektorenbohrkrone 4, 5 und somit die Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Bohrgarnitur ermöglicht.During the contact time of thesector drill bit 4, 5 with theinner tube 2, the axial pressure of the drill set on the bottom of the borehole reaches the nominal value (work value) and theteeth 10 of the outer tube 1 completely engage theteeth 11 of thesectors 5 of thedrill bit 4, 5. The torque is now transmitted to thedrill bit 4, 5 directly from the outer tube 1. This creates a coupling between the outer tube 1 and thesector drill bit 4, 5, which is based on the cutting of theteeth 10 of the outer tube, which are made of a material with high hardness, into theteeth 11 of thesector bit 4, 5, which are made of a material with lower hardness than the material of theteeth 10 of the outer tube 1 is based. Here, a high adhesive value is achieved between theteeth 10 and 11, which enables an increase in the reliability of the connection of the outer tube 1 to thesector drill bit 4, 5 and thus an increase in the operational reliability of the drill set.

Die Gewährleistung der zuverlässigen Verbindung zwischen Außenrohr 1 und Sektorenbohrkrone 4, 5 gibt die Möglichkeit, auf die Orientierungseinrichtung zu verzichten und somit die Bauart der Bohrgarnitur zu vereinfachen. Fig.7 erläutert die Verformung der Zähne 11 der Sektoren 5 der Bohrkrone 4, 5 bei ihrer Wechselwirkung mit den Zähnen 10 des Außenrohrs 1 nach Beginn des Bohrvorgangs.Ensuring the reliable connection between the outer tube 1 and thesector drill bit 4, 5 gives the possibility of dispensing with the orientation device and thus simplifying the design of the drilling set. 7 explains the deformation of theteeth 11 of thesectors 5 of thedrill bit 4, 5 when they interact with theteeth 10 of the outer tube 1 after the start of the drilling process.

In dieser Stellung der Bohrgarnitur findet das Bohren des Bohrlochs statt. Das Außenrohr 1 wird in Drehung gesetzt. Beim Bohren füllt das Gestein - der Kern - das Innenrohr 2. Hierbei wird eine mögliche Bewegung des Innenrohrs 2, die durch die Bewegung des Kerns im Inneren des Innenrohrs 2 hervorgerufen sein kann, von den Sperren 13 verhindert, die in der Aussparung 15 am Außenrohr 1 fixiert sind.The drill hole is drilled in this position of the drill set. The outer tube 1 is set in rotation. During drilling, the rock - the core - fills theinner tube 2. Here, a possible movement of theinner tube 2, which can be caused by the movement of the core inside theinner tube 2, is prevented by the locks 13, which are in therecess 15 on the outer tube 1 are fixed.

Nachdem der Kern das Innenrohr 2 gefüllt hat, setzt die durch das Außenrohr 1 hervorgerufene Drehung des Innenrohrs 2 aus und die Bohrgarnitur wird zum Abreißen des Kerns von der Bohrlochsohle mit Hilfe des Kernfangrings 21 angehohen. Hiernach wird mit Hilfe einer Greifereinrichtung (in den Figuren nicht dargestellt, um die Zeichnungen nicht zu komplizieren), die mit dem Fängerpilz 14 zusammengekuppelt wird, das Innenrohr 2, das der Kern ausfüllt, gezogen. Hierbei erfolgt die Aufwärtsbewegung des Innenrohrs 2 zuerst im Inneren der Sektorenbohrkrone 4, 5, die während dieses Vorgangs unbeweglich bleibt. Bei der Berührung der an dem Innenrphr 2 ausgeführten Ringnut 19 mit den elastischen Anschlägen 20 des Körpers 4 der Sektorenbohrkrone 4, 5 rasten die Anschläge 20 in die Nut 19 ein und erzeugen eine Verbindung zwischen dem Innenrohr 2 und der Sektorenbohrkrone 4, 5 zum Zweck des gemeinsamen Ziehens.After the core has filled theinner tube 2, the rotation of theinner tube 2 caused by the outer tube 1 ceases and the drill set is raised with the aid of thecore catch ring 21 to tear off the core from the bottom of the borehole. Thereafter, theinner tube 2, which fills the core, is pulled with the aid of a gripper device (not shown in the figures, in order not to complicate the drawings), which is coupled together with thecatcher 14. Here, the upward movement of theinner tube 2 takes place first inside thesector drill bit 4, 5, which remains immobile during this process. When theannular groove 19 executed on theinner tube 2 contacts the elastic stops 20 of thebody 4 of thesector drill bit 4, 5, thestops 20 snap into thegroove 19 and produce a connection between theinner tube 2 and thesector bit bit 4, 5 for the purpose of pulling together.

Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability

Am erfolgreichsten kann die Erfindung in der Bergbautechnik zum Kernbohren mit Absenken des Gesteinzerstörungswerkzeugs in das Bohrloch bzw. mit Ausbauen dieses Werkzeugs aus der Bohrloch ohne Zienen des Bohrgestänges verwendet werden.Most successfully, the invention can be used in mining technology for core drilling by lowering the rock destruction tool into the borehole or removing this tool from the borehole without drilling the drill string.

Claims (2)

Translated fromGerman

Bohrgarnitur mit einem Außenrohr (1), an dessen Stirn in axialen Ebenen liegende Zähne (10) ausgeführt sind, einem Innenrohr (2) und einer abnehmbaren Sektorenbohrkrone (4, 5), deren Sektoren (5) Zähne (11) für die Wechselwirkung mit den Zähnen (10) des Außenrohrs (1) aufweisen,dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (11) der Sektoren (5) der abnehmbaren Sektorenbohrkrone (4, 5) auf dem Kreisumfang in bezug auf die Bohrgarniturachse orientiert und aus einem Werkstoff ausgeführt sind, dessen Härte geringer ist als die Härte des Werkstoffs der Zähne (10) des Außenrohrs (1).Drill set with an outer tube (1), on the end of which teeth (10) are located in axial planes, an inner tube (2) and a removable sector drill bit (4, 5), whose sectors (5) have teeth (11) for the interaction with have the teeth (10) of the outer tube (1),characterized in that the teeth (11) of the sectors (5) of the removable sector drill bit (4, 5) are oriented on the circumference with respect to the drill bit axis and are made of one material, whose hardness is less than the hardness of the material of the teeth (10) of the outer tube (1).Bohrgarnitur nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche (3) des Innenrohrs (2) radiale Ansätze (16) ausgeführt sind, die zwischen den Sektoren (5) der abnehmbaren Sektorenbohrkrone (4, 5) mit der Möglichkeit der Wechselwirkung auf ihren Seitenflächen (17) mit der Seitenfläche (18) der Sektoren (5) der abnehmbaren Sektorenbohrkrone (4, 5) liegen.Drilling set according to claim 1,characterized in that on the outer surface (3) of the inner tube (2) radial projections (16) are carried out, which between the sectors (5) of the removable sector drill bit (4, 5) with the possibility of interaction on it Side surfaces (17) with the side surface (18) of the sectors (5) of the removable sector drill bit (4, 5) lie.

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