SE506342C2

SE506342C2 - Clearing tools for rock drilling and ancillary part for this

Info

Publication number: SE506342C2
Application number: SE9601337A
Authority: SE
Inventors: Stig-Aake Brolund
Original assignee: Sandvik Ab
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-12-08
Also published as: WO1997038206A1; SE9601337D0; ZA972849B; AU2416697A; SE9601337L

Abstract

A reaming tool for rock drilling comprises rotatable cutters (2) carried by legs (3), and a stabilizing portion which is provided to guide and to stabilize the tool in a hole drilled by the cutters and which to this end includes external wear means (8). The body is divided into two mutually releaseable, joined portions, namely a rear sleeve like portion (9) on which the wear means (8) are applied and a forward, ring like portion (10) on which the legs (3) of the cutter are provided. A number of flush medium channels (21) which communicate with a central flush medium channel in the sleeve portion (9) are provided in the ring portion (10), radially distant from a central opening (17) for the pilot rod (5). Besides the reaming tool itself the invention also relates to an exchangeable device therefor.

Description

20 25 30 35 506 342 2 H E- - E! 1 .. i Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovan- nämnda nackdelar hos tidigare kända upprymningsverktyg och skapa ett förbättrat verktyg. Ett huvudsyfte med uppfinningen är sålunda att skapa ett verktyg som på ett enkelt sätt möjlig- gör byte av kuttrar utan att för den skull verktyget i dess helhet måste bytas eller kasseras. Vidare skall denna möjlighet till isolerat byte av enbart själva kuttrarna icke leda till att verktygets konstruktion kompliceras i sådan utsträckning att den erforderliga spolmedelsförsörjningen till kuttrarna försämras. Ett ytterligare syfte är att skapa ett upprymnings- verktyg som möjliggör en stadig, styv anslutning av pilot- stàngen i syfte att minimera risken för brott på pilotstången. 20 25 30 35 506 342 2 H E- - E! The object of the present invention is to obviate the above-mentioned disadvantages of previously known reaming tools and to create an improved tool. A main object of the invention is thus to create a tool which in a simple manner enables the replacement of cutters without for that reason the tool as a whole must be replaced or discarded. Furthermore, this possibility of isolated replacement of the cutters themselves should not lead to the construction of the tool being complicated to such an extent that the required supply of rinsing agent to the cutters deteriorates. An additional purpose is to create a reaming tool that enables a stable, rigid connection of the pilot rod in order to minimize the risk of breakage of the pilot rod.

Enligt uppfinningen nås åtminstone ovannämnda huvudsyfte medelst de särdrag som är angivna i patentkravets 1 känneteck- nande del. Fördelaktiga utföranden av det uppfinningsenliga verktyget är vidare definierade i de osjälvständiga kraven 2-4.According to the invention, at least the above-mentioned main object is achieved by means of the features stated in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the tool according to the invention are further defined in the dependent claims 2-4.

Förutom själva upprymningsverktyget som sådant avser uppfinningen även en utbytbar tillsatsdel härför. Särdragen hos denna tillsatsdel framgår av patentkravet 5. 11.. yij..In addition to the reaming tool itself as such, the invention also relates to a replaceable attachment part therefor. The features of this additive are set out in claim 5. 11 .. yij ..

På ritningarna âr: fig 1 en partiell längdsektion genom ett upprymningsverktyg enligt uppfinningen, och fig 2 en förstorad tvârsektion A-A i fig 1.In the drawings: Fig. 1 is a partial longitudinal section through a reaming tool according to the invention, and Fig. 2 is an enlarged cross section A-A in Fig. 1.

Detaljerad beskrivning av ett föredraget utförande av unnfin- ningen På ritningen betecknar 1 generellt en verktygsstomme som har till uppgift att bära ett antal kuttrar 2 vilka är roter- bart lagrade på fria ändar av ben 3. I praktiken bär stommen 1 vanligen tre periferiskt ekvidistant åtskilda kuttrar. I exemp- let enligt fig 1 visas en med konisk grundform utförd kutter- kropp vilken är bestyckad med en mångfald hårdmetallstift 4.DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT In the drawing, 1 generally denotes a tool body which has the task of carrying a number of cutters 2 which are rotatably mounted on free ends of legs 3. In practice, the body 1 usually carries three peripherally equidistant spacers. cutters. In the example according to Fig. 1, a cutter body made with a conical basic shape is shown, which is equipped with a plurality of cemented carbide pins 4.

Till en främre ände av stommen 1 visas ansluten en pi- lotstång 5 vilken på konventionellt sätt låter sig kopplas ihop med en mångfald analoga stänger för att styras i ett i förväg upptaget s.k. pilothål i berget. Detta pilothål jämte pilot- 10 15 20 25 30 35 sne 3420 3 stängerna har betydligt mindre diameter än stommens 1 diameter.Connected to a front end of the body 1 is a pilot rod 5 which in a conventional manner can be connected to a plurality of analog rods for control in a pre-occupied so-called pilot hole in the rock. This pilot hole together with the pilot rod 3420 3 rods has a significantly smaller diameter than the diameter of the body 1.

Vid sin bakre ände uppvisar stommen en gänga 6 som medger an- slutning av en roterbar, drivande borrsträng (éj visad). Inuti stommen är urtagen en central spolmedelskanal 7 till vilken spolmedel, t ex vatten eller luft, kan matas via borrsträngen.At its rear end, the body has a thread 6 which allows the connection of a rotatable, driving drill string (not shown). Inside the body, a central flushing channel 7 is recessed, to which flushing agent, for example water or air, can be fed via the drill string.

På utsidan av stommen finns ett antal slitorgan 8 i form av plattor vilka inbegriper ett nötningsbeständigt ytskikt och _vilka är fastsvetsade på stommen (slitorganen kan även utgöras av roterbara rullar eller kulor). Det radiella avståndet från slitplattornas 8 utsida till stommens centralaxel är i huvudsak lika stort som kuttrarnas 2 verksamma arbetsradie, dvs stommens diameter i området av slitplattorna 8 överensstämmer i allt vä- sentligt med diameterna hos det hål som upptas i berget med hjälp av kuttrarna 2.On the outside of the body there are a number of wear members 8 in the form of plates which comprise an abrasion resistant surface layer and which are welded to the body (the wear members may also consist of rotatable rollers or balls). The radial distance from the outside of the wear plates 8 to the central axis of the frame is substantially equal to the effective working radius of the cutters 2, i.e. the diameter of the frame in the area of the wear plates 8 corresponds substantially to the diameters of the hole taken in the rock by the cutters 2.

Så långt det visade verktyget hittills beskrivits är detsamma i allt väsentligt tidigare känt.As far as the tool shown so far has been described, the same is essentially previously known.

Enligt föreliggande uppfinning är stommen 1 sammansatt av två inbördes lösgörbart förbundna delar, nämligen en bakre, hylsartad del 9 på vilken slitplattorna 8 är anbragta och en främre ringartad del 10 på vilken kutterbenen 3 är anbragta.According to the present invention, the body 1 is composed of two mutually releasably connected parts, namely a rear, sleeve-like part 9 on which the wear plates 8 are arranged and a front annular part 10 on which the cutter legs 3 are arranged.

Den bakre hylsdelen 9 inbegriper dels en i huvudsak cylindrisk eller rörformig del, dels en gavelbildande del eller vägg 12 med förhållandevis stor tjocklek eller axiell utsträckning.The rear sleeve part 9 comprises on the one hand a substantially cylindrical or tubular part, on the other hand a gable-forming part or wall 12 with a relatively large thickness or axial extent.

Denna gaveldel 12 övergår i sin tur i en främre, periferisk fläns 13 vilken på sin insida uppvisar en gänga 14. I gavel- delen 12 är urtaget ett centralt säte med en invändig gänga 15 som låter sig bringas till ingrepp med en motsvarande, utvändig gänga 16 på pilotstångens 5 ena ände.This end part 12 in turn merges into a front, peripheral flange 13 which on its inside has a thread 14. In the end part 12 a central seat is recessed with an internal thread 15 which can be brought into engagement with a corresponding, external thread 16 on one end of the pilot rod 5.

Ringdelen 10 uppvisar ett centralt genomgående lopp 17 genom vilket pilotstången 5 är förd. I ringdelens bakre parti är urtaget ett vidgat utrymme 18 som avgränsas av en fläns 19 vilken har något mindre diameter än ringdelen i övrigt och vil- ken på sin utsida uppvisar en gänga 14'som medger fastskruvning av ringdelen i det av flänsen 13 bildade gängsätet 14. Då ring- delen 10 är fastskruvad i detta gängsäte, såsom visas i fig 1, kommunicerar utrymmet 18 med den centrala spolmedelskanalen i hylsdelen 9 via grenkanaler 20. Såsom framgår av fig 2 är dessa grenkanaler 20 fyra till antalet och ekvidistant placerade i gaveldelen 12. De är även radiellt fjärmade från gängsätet 15 10 15 20 25 30 506 342 4 för att medge omedelbar kommunikation mellan utrymmet 18 och den centrala spolmedelskanalen 7. På analogt sätt är i ring- delen 10 urtagna ett flertal sinsemellan åtskilda grenkanaler 21. Den ena änden av varje dylik kanal 21 mynnar i ringdelens frontyta 22, medan den motsatta änden mynnar i det centrala ut- rymmet 18. I det visade exemplet är antalet grenkanaler 21 tre, nämligen en kanal för varje kutter. I enlighet med ett föredra- get utförande av uppfinningen är den totala tvärsnittsarean för kanalerna 20 större än den totala tvärsnittsarean för kanalerna 21. I det visade exemplet har detta förverkligats genom att samtliga kanaler 20, 21 har samma diameter, varvid antalet ka- naler 20 i gavelväggen 12 är större än antalet kanaler 21 i ringdelen 10. Det är naturligtvis även möjligt att använda lika många kanaler i ringdelen och gaveldelen, varvid kanalerna i den sistnämnda delen ges större diameter än kanalerna 21 i ringdelen 10. Genom att den totala tvärsnittsarean för kana- lerna 20 är större än motsvarande area för kanalerna 21 undan- röjs risken för tryckfall till följd av eventuella spolmedels- förluster via gränsytan mellan pilotstången 5 och loppet 17 i ringdelen 10.The ring part 10 has a central through-going bore 17 through which the pilot rod 5 is passed. In the rear part of the ring part the recess is a widened space 18 which is delimited by a flange 19 which has a slightly smaller diameter than the rest of the ring part and which on its outside has a thread 14 'which allows screwing of the ring part into the threaded seat 14 formed by the flange 13 When the ring part 10 is screwed into this threaded seat, as shown in Fig. 1, the space 18 communicates with the central flushing means channel in the sleeve part 9 via branch channels 20. As can be seen from Fig. 2, these branch channels 20 are four in number and equidistantly placed in the end part 12 They are also radially spaced from the threaded seat 15 10 15 20 25 30 506 342 4 to allow immediate communication between the space 18 and the central flushing channel 7. In an analogous manner, a plurality of spaced apart branch channels 21 are recessed in the ring portion 10. the end of each such channel 21 opens into the front surface 22 of the ring part, while the opposite end opens into the central space 18. In the example shown, the number of branch channels 21 is three, namely e n channel for each cutter. In accordance with a preferred embodiment of the invention, the total cross-sectional area of the channels 20 is larger than the total cross-sectional area of the channels 21. In the example shown, this has been realized in that all channels 20, 21 have the same diameter, the number of channels 20 in the end wall 12 is larger than the number of channels 21 in the ring part 10. It is of course also possible to use the same number of channels in the ring part and the end part, whereby the channels in the latter part are given a larger diameter than the channels 21 in the ring part 10. the channels 20 are larger than the corresponding area for the channels 21, the risk of pressure drop due to possible flushing agent losses via the interface between the pilot rod 5 and the bore 17 in the ring part 10 is eliminated.

I enlighet med ett ytterligare, föredraget utförande av uppfinningen har loppet 17 jämförelsevis fin passning mot pi- lotstången 5. På så sätt erhålls en stadig, styv infästning av pilotstången då denna dras fast i hylsdelens 9 gängsäte 15 i och med att detta är lokaliserat på ett påtagligt axiellt av- stånd från loppet i ringdelen. Såsom visas i fig 1 är loppet 17 utfört med axiellt åtskilda sektioner med olika diametrar, näm- ligen en första yttre sektion 17' vars diameter blott föga överskrider pilotstàngens ytterdiameter (denna sektion har så- lunda fin passning gentemot stången) och en andra, inre sektion 17" med något större innerdiameter än sektionen 17'. I området av denna sektion av loppet förefinns på stången 5 ett nyckel- grepp 23 med vars hjälp den i övrigt släta stången låter sig skruvas fast i resp lösgöras ur gängsätet 15. Detta nyckelgrepp 23 kommer ej att interferera med den sektion 17' av loppet 17 som har fin passning gentemot pilotstången.According to a further, preferred embodiment of the invention, the barrel 17 has a comparatively fine fit to the pilot rod 5. In this way a firm, rigid attachment of the pilot rod is obtained when it is tightened in the threaded seat 15 of the sleeve part 9 in that it is located on a marked axial distance from the barrel in the ring part. As shown in Fig. 1, the barrel 17 is made with axially spaced sections of different diameters, namely a first outer section 17 'whose diameter only slightly exceeds the outer diameter of the pilot rod (this section thus has a good fit to the rod) and a second, inner section 17 "with a slightly larger inner diameter than section 17 '. In the area of this section of the barrel there is on the rod 5 a key grip 23 by means of which the otherwise smooth rod can be screwed into or detached from the threaded seat 15. This key grip 23 will not interfere with the section 17 'of the barrel 17 which has a fine fit to the pilot rod.

Den aktuella typen av upprymningsverktyg är särskilt fördelaktig i samband med horisontell borrning i berg, närmare bestämt genom att ett pilothål med liten diameter först bcrras 10 15 20 25 30 506 342 5 på ett kontrollerat sätt. Vid dylik borrning begränsas verkan av tyngdkraften på det jämförelsevis diminutiva borrverktyget, varigenom raka hål låter sig borras utan svårigheter. Sedan ett dylikt rakt pilothål upptagits i berget används det uppfin- ningsenliga upprymningsverktyget för att åstadkomma ett betyd- ligt vidare hål. Härvid ansluts verktyget till änden av en av flera enskilda stänger 5 sammansatt stångenhet genom att stång- ens 5 ände skruvas fast i gängsätet 15, varjämte en drivande borrsträng ansluts till gängan 6. Medelst denna borrsträng på- förs upprymningsverktyget dels en rotationsrörelse, dels en axiell matningskraft samtidigt som spolmedel tillförs via kana- len 7. Från kanalen 7 matas spolmedlet vidare via de enskilda grenkanalerna 20, det centrala utrymmet 18 samt grenkanalerna 21 från vilkas fria mynningar spolmedel kan effektivt omspola och kyla kuttrarna 2 samtidigt som förekommande borrkax bort- forslas, närmare bestämt via de fria mellanrummen mellan slitplattorna 8. Därest behov av kutterbyte under pågående borrning skulle uppstå dras verktyget tillbaka, varjämte ringdelen 10 skruvas loss ur gängsätet 14 i hylsdelen 9 och pilotstången 5 lösgörs ur gängsätet 15 samt fjärmas från hylsdelen. Härefter kan en annan ringdel jämte tillhörande kuttrar appliceras på pilotstången varpå denna ansluts till hylsdelen via gängsätet 15 och ringdelen 10 dras fast i gängsätet 14. Genom att ringdelen 10 jämte tillhörande kuttrar och kutterben har förhållandevis liten vikt i jämförelse med hylsdelen 9 låter sig detta arbete utföras snabbt och smidigt.The type of reaming tool in question is particularly advantageous in connection with horizontal drilling in rock, more particularly in that a small diameter pilot hole is first drilled in a controlled manner. In such drilling, the effect of gravity on the comparatively diminutive drilling tool is limited, whereby straight holes can be drilled without difficulty. After such a straight pilot hole has been drilled in the rock, the reaming tool according to the invention is used to create a significantly wider hole. In this case, the tool is connected to the end of a rod unit composed of several individual rods 5 by screwing the end of the rod 5 into the threaded seat 15, and a driving drill string is connected to the thread 6. By means of this drill string the reaming tool is applied a rotational movement and an axial feed force at the same time as rinsing agent is supplied via the channel 7. From the channel 7 the rinsing agent is fed further via the individual branch channels 20, the central space 18 and the branch channels 21 from which free mouths rinsing agent can effectively rewind and cool the cutters 2 while removing existing drill cuttings. more precisely via the free spaces between the wear plates 8. Where there is a need for a cutter change during drilling, the tool is retracted, and the ring part 10 is unscrewed from the threaded seat 14 in the sleeve part 9 and the pilot rod 5 is detached from the threaded seat 15 and removed from the sleeve part. Thereafter, another ring part together with associated cutters can be applied to the pilot rod, whereupon this is connected to the sleeve part via the threaded seat 15 and the ring part 10 is tightened in the threaded seat 14. Because the ring part 10 together with associated cutters and cutter legs has relatively little weight. performed quickly and smoothly.

En annan fördel hos det uppfinningsenliga verktyget är att ringdelen jämte kuttrarna efter förslitning av de sistnämnda låter sig kasseras utan att verktyget i övrigt behöver kasseras. Hylsdelen 9 och därtill hörande slitorgan 8 kan därför utnyttjas betydligt längre än den tid som bestäms av kuttrarnas livslängd.Another advantage of the tool according to the invention is that the ring part together with the cutters can be discarded after wear of the latter without the tool otherwise having to be discarded. The sleeve part 9 and associated wear means 8 can therefore be used considerably longer than the time determined by the service life of the cutters.

Claims

N U 20 25 30 35 506 342

Removal tool for rock drilling, comprising a frame (1) with one or more of legs (3) supported, rotatable cutters (2) and a stabilizer part which has the task of guiding and stabilizing the tool in a slippery accommodated one of the cutters and which for this purpose, external wear means (8) comprise substantially the same radius as the working radius of the cutters (2), the body in the region of a first, front end having means (15) for connecting one of a plurality of interconnected pilot rods (5). ) arranged to be guided in a small diameter pilot hole pre-accommodated in the rock, and at its opposite, rear end has means (6) for connecting a rotatable, driving drill string, characterized in that the body (1) is divided into two mutually releasably connected parts, namely a rear, sleeve-like part (9) on which the wear means (8) are applied, and a front, annular part (10) on which the cutter legs (3) are arranged and in which the recesses one or more with a central rinsing means channel (7) in the sleeve part (9) communicating rinsing means channels (21) which open at a distance from a central bore (17) for the pilot rod (5).

A reaming tool according to claim 1, characterized in that several, for example three circumferentially spaced first flushing means channels (21) in the ring part (10) communicate with a common space (18) in a rear portion of the ring part, and said (18) communicating with the central flushing means channel (7) of the sleeve part (9) via a plurality of individual, middle channels (20) in a gable part or wall (12) in the sleeve part (9). common space other coils

Removal tool according to claim 2, characterized in that the total cross-sectional area of the second flushing agent channels (20) is larger than the total cross-sectional area of the first flushing agent channels (21).

A reaming tool according to any one of the preceding claims, characterized in that a central, threaded seat (15) is formed for connecting the pilot rod (5) in the front end part (12) of the sleeve part (9). receiving an externally threaded end portion of the pilot rod (5) and that the pilot rod is passed through a central, through-going bore (17) in the ring part (10), the bore, at least partially, having a good fit relative to the rod (5) to serve as a stiffening control for this.

Interchangeable attachment part for tools according to any one of the preceding claims, characterized by a annular part (10) on which one or more of the legs (3) supported, rotatable cutters (2) are arranged and in which one or more recesses are provided. several rinsing channels (21) which open at a distance from a central bore (17) for a pilot rod (5) and have the task of allowing rinsing means to be discharged from a central rinsing channel (7) in a sleeve part (9) to the tool, the fitting part has means (14 ') for releasably coupling the ring part (10) with said sleeve part (9).