JP3813177B2 - Method and apparatus for simultaneously drilling and lining holes - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ドリルロッド(ボーリングロッド)組立体に取り付けられたビット(ドリルビット)を用いて衝撃および/または回転運動によってドリル穴(ボーリング穴)を形成し、外被管を用いてライニングを形成する、土壌材料または岩石材料における穴あけ(穿孔)、特に衝撃式穴あけまたは回転衝撃式穴あけと、穴のライニングとを行うための方法に関する。さらにまた本発明は、ドリルロッド組立体に取り付けられたビットが衝撃および/または回転運動によってドリル穴を作る、土壌または岩石における穴あけ、特に衝撃式穴あけまたは回転衝撃式穴あけと穴のライニングとを行うための装置に関する。
土壌材料または岩石材料における穴あけ、特に衝撃式穴あけまたは回転衝撃式穴あけと、これに続く穴のライニングのためのこのタイプの方法と装置は、様々な構成で知られている。これによって、任意にかなりの長さにわたって延びる穴すなわちドリル穴は、ドリルロッド組立体に取り付けられたビットの助けによって形成され、ドリル穴は衝撃および/または回転運動によって形成される。回転衝撃式穴あけでは通常、ビットは、これに各衝撃圧力が行使された後に一定の角度だけ回転され、衝撃ツールによって新たに作用を受け、回転方向におけるビットの交互の移動と断続的衝撃によって土石は計画的に崩壊され、回転運動中にビットによって覆われた表面から離脱する。任意にかなりの長さにわたって延びるドリル穴中に材料(掘削物)が入り込むことを防ぐために、および/またはドリル穴を完成した後に本質的に円滑な面を有するライニングを準備するために、例えば、相応に堅固に設計された外被管(ジャケットチューブ)を使用し、一方、例えば外被管を介してビットに衝撃運動を行使すること、そして厳密に言えばこの外被管は穴あけ装置すなわち前進動作装置の一部を構成することが提案された。このような外被管は、必要な高い衝撃力を導くために相応に堅固で壁の厚いものでなければならず、従ってこのために外被管の壁厚を考慮するために、相応に大きな断面の穴あけをしなければならないことは直ちに明らかである。外被管の壁厚によって大きくなるこのような掘削横断面は、特に硬い岩石の場合には穴あけ所要時間を相応に増加させ、同時に相応により大きく堅固に設計されたビットを必要とする。
衝撃力を導くための外被管を使用する代わりに、さらに、ドリル穴を完成した後にドリル穴からビットを除去するため、およびその後にドリル穴中にライニングすなわち外被管を挿入するために複数の時間のかかる作業ステップが供される方法が知られている。このような手順方式は、完成されたドリル穴中への材料の入り込みを確実に排除することができる場合にのみ適用可能であり、さらにその後のライニングすなわち外被管の挿入を実行可能にするために、相応に大きな断面の穴あけを当然行わなければならないことは、直ちに明らかである。大きな長さを有するこのようなライニングすなわち外被管を挿入できるようにするために、これらの管はまた、その安全な導入を可能にするように比較的大きな壁厚を持たなければならない。したがってこの場合にも、外被管寸法と釣り合っており、従って比較的大きな直径を有するビットを使用しなければならない。
ライニングすなわち外被管を挿入した後に、例えばルーフボルトを外被管中に挿入することもでき、それに加えてまたはその代わりに周囲の材料を固化するために相応の急速硬化材料を挿入することもできる。あるいはまた、このようなライニングを、ダクトなどを受け入れるため、または貫通孔を準備するときの液体の放出および排出のための使用に供することもできる。
したがって本発明は、土壌材料または岩石材料における穴あけ、特に衝撃式穴あけまたは回転式穴あけ、および穴のライニングのための方法から離れて、ドリル穴の形成とほぼ同時に急速かつ簡単な方法によって少なくとも1本の外被管を挿入できるようにする目的でさらなる発展を目的とする。さらにまた本発明は、穴あけ中の1つまたは複数の外被管に必要な追加費用を最小限に抑えることができるように、知られている形状と比較して小さな寸法、特に壁厚の薄い1つまたは複数の外被管を使用することを目的とする。この課題を解決するために、本発明による方法は本質的に、穴あけ中の前進運動によって、ビットに連結された少なくとも1つの外被管がビットにより引っ張り作用で軸方向にドリル穴内に導かれること、および穴あけ作業が終了した後に、ビットが外被管から少なくとも部分的にドリルロッド組立体と共に除去されることを特徴とする。本発明によれば、ビットに連結された外被管を穴あけ中の前進運動によって、引っ張り作用で単に軸方向のみにドリル穴中に導くことによって、ドリル穴のライニングを穴あけ後直ちに確実に実施することができ、こうして緩んでいることもある岩石の破壊、したがってドリル穴の閉塞を確実に避けることができる。少なくとも1つの外被管をビットによって単に軸方向の作用により直接的にドリル穴中に導くことによって、外被管は、例えば相応に堅固な外被管を介して衝撃力がビットに行使される従来の技術による場合のように、すべての力を吸収伝達する必要はなく、緩んでいることもある岩石によって生ずる曲がりまたは断面積の減少を確実に避けるために十分な強度を示すことだけが必要なので、さらに、壁が非常に薄い外被管も使用できる。穴あけ終了後にドリル穴の内部で外被管の位置を変えることなく、ビットをドリルロッド組立体と共に簡単かつ確実に除去するために、本発明はさらに、ビットを外被管から少なくとも部分的にドリルロッド組立体と共に除去することを提案する。この目的のために、ビットを、例えばほぼ中央部分とこの中央部分をほぼ環状に囲む外側部分とに区分することができ、こうして、この中央部分の分離によってビットのこの主要構成部分を、ドリル穴からドリルロッド組立体と共に少なくとも1つの外被管の内部を通して除去することができる。
とはいえ、ビットの回転中に、ビットに連結された1つまたは複数の外被管が、穴あけの際に前進運動方向の引っ張り作用によって単にドリル穴の軸方向に導かれるようにするために、ビットを1つまたは複数の外被管に対して回転可能になるように配置することが好ましくはさらに提案される。
特に好ましい実施形態によれば、ドリルロッド組立体とビット中央部分との除去の後に、ルーフボルトを1つまたは複数の外被管中に挿入し、かつ/または固化材料で充填するような、本発明による方法がさらに開発されている。
ビットによる掘削物を簡単に排出するために、掘削物をビットに続く領域に設けられた少なくとも1つの開口部を経て、1つまたは複数の外被管中に導入し、1つまたは複数の外被管とドリルロッド組立体との間に設けられた自由空間においてドリル穴から排出することが、好ましくはさらに提案される。1つまたは複数の外被管とドリルロッド組立体との間に設けられた自由空間においてドリル穴から掘削物を排出させることによって、ドリル穴の外部寸法を外側外被管の外径にほぼ適合でき、有利にはそれより僅かだけ上回るように、ドリル穴の必要な断面積をさらに減らすことができる。
上述の課題を解決するために、ドリルロッド組立体に取り付けられたビットが衝撃および/または回転運動によって穴を形成する、土壌材料または岩石材料における穴あけ、特に衝撃式穴あけまたは回転衝撃式穴あけと穴のライニングのための本発明による装置は、ビットがその径方向に分割されるように設計されていること、およびビットの外周囲において作業面から離れた方の端部で、ドリルロッド組立体を囲む少なくとも1つの外被管が、ドリル穴の長手方向に張力をかけるための少なくとも1つの連結要素を介してビットにぴったり連結されていることを、本質的な特徴とする。ビットが径方向に分割されるように設計されていることにより、ドリル穴の完成時に、ドリル穴の長手方向に張力を加えることによってドリル穴の掘削中に少なくとも1つの外被管をドリル穴内に直接導入し、ドリル穴が完成した後にドリル穴の内部に残っている間に、例えばビット中央主要部分を、ドリル穴から外被管を通してドリルロッド組立体と共に除去できることが、簡単に確保される。ビットの外周に取り付けられた1つまたは複数の外被管が、ビットの回転運動中にもドリル穴の軸方向のみに作用するようにするために、ビットを連結要素を介して1つまたは複数の外被管に回転可能に連結することが、好ましくはさらに提案される。
ビットとビットの前進運動の際に軸方向に引き込まれる外被管との間に特に簡単な連結をもたらすために、特殊形状の環状部材を任意に挿入することにより、ビットと外被管の互いに補足し合う輪郭を有するオフセットした周囲領域によって、連結要素を形成することが、好ましくはさらに提案される。例えば段状の凸部とこれを相補的な凹部による方法で設計されたこのようなオフセット周囲領域により、外被管の壁厚が比較的薄くても、ビットの前進運動中における外被管の確実な引込みが保証される。
ビットとビットの前進運動の際に引き込まれる1つまたは複数の外被管との間に簡単な連結をもたらすために、連結要素を複数のボールによって形成し、これらのボールは、本発明による装置のさらなる好ましい実施形態に対応して、ビットに設けられたほぼ半円形の断面を有する凹部と、ビットに続く1つまたは複数の外被管の結合片に設けられたそれと相補形の凹部に配置されることが、代替方法として提案される。ビットと1つまたは複数の外被管の結合片の両方における対応する凹部に配置されたボールを使用することによって、ビットと1つまたは複数の外被管との間の相応に簡単な結合と連結が、ボールベアリング方式によって実行可能となり、こうして、ドリル穴の掘削中にビットの回転運動および/または回転衝撃運動の際に、少なくとも1つの外被管のビットに対する相応に容易な回転性を可能にする。特に好ましい実施形態によれば、これに関連して、少なくとも1つの外被管結合片および/またはビットの結合域が金属、合成材料、または被覆された材料によって作られ、連結要素と1つまたは複数の外被管の凹形結合片の両方の個別の材料と、ビットの端部片との適合がそれぞれ、例えば金属または合成材料のボールを使用した時に実行可能である。ボールによって形成された連結要素を受け入れるために設けられた凹部へのボールの相応の容易な移動は、もちろん例えば油などの潤滑材を導入することによって得ることができる。
前進運動の際にビットに作用し始める力が、任意に非常に小さい断面または薄い壁厚を有する外被管中に導かれ、場合によっては外被管を変形させることを防ぐために、本発明による装置のさらなる好ましい実施形態に対応するように、ビットと1つまたは複数の外被管との間の連結要素を少なくとも部分的に制振材料で作るか、または制振材料で被覆することがさらに提案される。
内側外被管とドリルロッド組立体との間に設けられた自由空間内の掘削物を簡単に除去でき、これによって外側外被管の外部寸法とほぼ一致する相応に小さなドリル穴断面を保護できるようにするために、1つまたは複数の外被管が、ビットを向くその端部領域に少なくとも1つの通路開口部を、特に外被管の周囲に均一に配分されたいくつかの穴または通路スリットを有することが、好ましくは提供される。
既に上に述べたように、外被管は、ルーフボルトを次に挿入し、こうして一般に対象物を固定するために使用されるのみならず、例えば掘削されたドリル穴とこの中に挿入された外被管とを経て排水を行うためにも使用することができる。この目的のために本発明は、好ましくは、1つまたは複数の外被管をその全長にわたって周囲にほぼ均一に配分された穿孔を有するように設計することを提案する。
ドリル穴が完成した後にビット中央部分の簡単な除去を確実にするために、ビットを、共通の前進運動のために互いに着脱可能に連結された中央内側部分と外側部分とから構成し、ビット中央部分は内側外被管の内径に対して僅かに小さな外径を有することが、好ましくは提案される。このような複数部品ビットの個別の要素の特に簡単で信頼性のある連結を可能にするために、回転引込みのためにビット中央内側部分が円形から外れた断面を有し、ビットの外側部分の適切な開口部を通して引き出されることが、好ましくは提案される。
既に何回か述べたように、外被管は前進運動または穴あけ運動の間の軸方向動作によってビットを介して直接導入されるので、ドリル穴の直径を、特に外被管の導入が次に続く従来の技術では必要であったように外側外被管すなわちライニング管の外径に対して非常に大きくする必要はない。従って、外側外被管の外径は、ビットの径方向の外部寸法にほぼ該当することになる。
本発明によって使用される外被管は実質的に単に、侵入する可能性のある材料に抵抗する必要があるのみで、例えば回転衝撃式穴あけの場合の衝撃力などの力を取り込んだり伝達することを全く必要としないので、相応に薄い壁の外被管で十分である。これに関連して本発明が、1つまたは複数の外被管は1〜3mm、特に約2mmの壁厚を有し、こうして外被管を準備することによって、掘削すなわち穴あけすべき表面全体は僅かしか増加される必要があるのみで、また1つまたは複数の外被管のための材料も重量も相応に減ることになることが、直ちに明らかである。
特に好ましい実施形態によれば、1つまたは複数の外被管は金属または合成材料で作られ、これによって周囲条件、特にドリル穴が掘削されるべき土壌材料または岩石材料に相応に簡単に適合できるようになる。金属製の外被管は相応に高い機械的強度を有するが、このような構成では、ゆるいまたは軟弱な土壌層または岩石層は潜在的に、非常に薄い壁の外被管に対してその曲げまたは断面収縮を起こすことによって影響を与える可能性があり、これによって続くビットの除去と次に続くルーフボルトの導入を困難にするまたは完全に阻止する可能性があることは欠点であると言える。特にこのようなゆるい土壌層または岩石層においては、合成材料で作られ従って一定の可撓性を提供する外被管の使用は、1つまたは複数の外被管の断面が一時的に変化する場合でも、外被管は、それと同じ断面形状をとるビットの前進中に元の断面形状を取り戻し、ビットの問題ない除去と任意に行われる次に続くルーフボルトの挿入はドリル穴が完成した後に難なく実行可能となるので、有利であることがわかっている。特に、合成材料で作られた外被管を使用するときは、上記のボールベアリング形式の連結要素の使用は、ビットによる外被管の回転引込みが合成材料で作られた外被管を使用するときは不利であると考えられるので、ビットの回転式または回転衝撃式穴あけ運動中にビットと外被管との間の自由で妨害のほとんどない回転を可能にするために特に有利である。
特に、容易に侵入する材料を含み、従って外被管に作用する摩擦力を特に大きくさせる土壌層または岩石層において、前記の摩擦力をできるだけ最小に抑えるために、本発明によれば、2つの外被管を互いにほぼ同心に配置し、両外被管の空間に、好ましくは相対する外被管表面の1つに設けたスペーサ要素またはストッパ要素を使用して、互いに一定の間隔をあけて保持することが提案される。2つの外被管はほぼ同心に空間をおいて配置されるので、一方では、侵入する材料およびこの破壊または外被管に対する破損によって、およびほぼ同心に配置された2つの外被管の1つだけを伴うビットによって外側外被管が過剰応力を受ける場合でも、ドリルロッド組立体に対する破損は確実に避けられ、他方では、外径が全長にわたって一定ではないドリル穴ライニングを設けることが実行可能である。ドリル穴ライニングのこのような変化する外部寸法は、特にドリル穴ライニング直径の小さな領域において、外被管にかかる摩擦力を最小限に抑えるために役立つ。
このような入れ子式かん合可能性、すなわち同心状に配置された2つの外被管の各々の個別引込みを保護するために、本発明は本質的に、少なくとも外部に配置された外被管がいくつかの部分を含み、隣接する外被管部分の少なくとも1つの接合部の領域で、外被管は隣接要素の相対的回転によって外すことが可能な固定具、特に差込み接手を介して内管と着脱可能に連結されている。外部に配置された外被管の複数部品設計と隣接外被管部分の着脱可能な連結によって、2つの隣接する外被管部分の固定具を外した後に、1つの外被管部分が静止したままの他の外被管部分を引き込むことが可能になり、こうして変化する直径を有するドリル穴ライニングを得る。
ドリル穴の完全なライニングと、内側または外側に位置する外被管部分のいずれか1つの関係する引込みを確実にするために、本発明による装置が、同心状に配置された外被管が各々、少なくも1つの端部領域においてストッパ要素を有し、このストッパ要素は外被管の間に設けられた環状空間中に延び、隣り合う外側に位置する外被管部分のための案内および連結解除手段が連結要素、特に内管スリーブ要素の領域に配置されるように工夫されていることが好ましい。外被管の間に設けられた環状空間中に延びたストッパ要素を少なくも1つの端部領域に有する、同心状に配置された外被管によって、内側および外側に位置する外被管の完全な釈放が確実に避けられ、本発明はさらに、案内および連結解除手段を有する内管スリーブ要素を準備することによって一定の内管部分および/または外管部分の関連した引込みを確実にする。
ビットの内側に位置する部分を外被管によって画定された環状空間を通して確実に除去するために、同心状に配置された外被管をビットの外側領域に連結可能にすることが好ましい。この場合には特に、少なくとも外側に配置された外被管は、少なくとも外側外被管の確実な引込みがビットの領域において保証されるようにビットに固定される。
次に、添付の図面に概略的に図解された例示的実施形態に則して本発明をさらに詳しく説明する。この図面において、
第1図は、本発明を実施するための、本発明による装置の第1実施形態の一部の部分断面図である。
第2図は、本発明による装置のビットを第1図の矢印IIの方向に見た図である。
第3図は、ビット中央部分とドリルロッド組立体を除いた後の、第1図による本発明の装置の、第1図よりも拡大された部分断面側面図である。
第4図は、一組のルーフボルトを備えた、本発明による装置によって生じたドリル穴の部分断面図である。
第5図は、本発明の方法を実施するための本発明による装置の変更された実施形態を第1図と同様に示す図である。
第6図は、第2実施形態のビットを第5図の矢印VIの方向に見た図である。
第7図は、第1図に類似の図であり、本発明の方法を実施するための、本発明による装置の変更された実施形態を示す図である。
第8図は、内側と外側に位置する外被管の概略図であり、第8a図は、入れ子式にはまり込んだ状態の第1外被管部分をビットに向かう方向に見た図であり、第8b図は、入れ子式にはまり込んだ状態の第1および第2の内側および外側に位置する外被管部分をビットから見た図であり、第8c図は、部分的に延びた状態の第8b図に示すものと同じ外被管部分を示す図であり、第8d図は、完全に延びた状態の外被管部分を示す図である。
第1図と第2図において、全体的に1で示したビットは、中央部分いわゆるパイロットビット2とパイロットビット2を囲む環状ビット3とからなっている。パイロットビット2と環状ビット3との前方端面には、材料に作用するための例えばほぼ半球形の硬い物質からなる差込み4などの、それ自体知られている通常の掘削工具が備えられている。
ビット1の掘削面とは反対方向に向いた端部では、厚さが比較的薄い壁、例えば2mm厚の壁を有する外被管がビット1と連結され、この連結は、環状ビット3と外側外被管5の最先部の両方の領域に備えられた対応する凹部に、段状または突起状の突出部7を経て係合する、特殊形状の環状中間部片6を用いて行われる。引込み内側外被管5’はその上端領域に外側外被管5の上にぴったり当接するストッパ要素29を有する。矢印8で示す穴あけ方向すなわち前進方向への外側外被管5の引込み(連込み)は、軸方向の引っ張り作用によって連結部(カップリング)6を経て行われるが、ビット1は、回転運動がビット1の穴あけ作業中に妨げられないように、外被管5、5’に対して回転可能に取り付けられている。こうして、相応に壁を薄く設計できる外被管5、5’はビット1によって引き込まれ、外被管5、5’は9で概略的に示すドリルロッド組立体を取り囲むと共に自由空間10を形成することは明らかである。
さらにまた、外被管5と外被管5’はこれらの最先部に、入れ状態で互いに重なり合う、周囲に配分された複数の通路開口部11を含み、これらを通じて掘削物がドリルロッド組立体9と管5、5’との間の自由空間内に矢印12に従って取り込まれ、続いて外部に運ばれることが可能であるのは、第1図から明らかである。ドリルロッド組立体9は管として設計され、他のどんな導管も備えることができ、このような導管を通じて気体状または液体状の洗浄剤を供給して、ビット1と通路開口部11との間に設けられた開口部を通じて自由空間10中に押し出すことができる。
形成すべきドリル穴の外側輪郭は、第1図と第2図において概略的に13で示されている。掘削手順中にビット1によってもたらされるドリル穴の軸方向の引っ張り作用にさらされるだけの相応に壁の薄い外被管5、5’を使用すると、ドリル穴13の直径を概して相応により小さく寸法決定できることは、直ちに明らかである。ドリル穴13が完成した後、円形から逸脱した断面を有することが好ましいパイロットビット2は、外被管5’によって画定される内部空間全体が、例えばルーフボルトまたは充てん物質の導入のために残されるように、環状ビット3から外されてドリルロッド組立体と共に外被管5’を通って取り出される。
第3図による図解は、ビットのパイロットビットすなわち中央部分2がすでにドリルロッド組立体と共に除かれているので、外被管すなわちライニング管5、5’ならびに環状ビット3のみがドリル穴13中に残されている、より大きな長手方向の部分を示す。第3図から、対応する連結要素14が、ビットすなわち残りの環状ビット3と外被管5との間の連結部6と並んで、最先部においてビットに連結されていることはさらに明らかである。前方部分に設けられた通路11を経て、例えば充てん物質を、固定確保のためにドリル穴13中へ、さらにまたドリル穴13の境界と外側に位置する外被管5との間の自由空間中へ導入することができる。さらに、外側に位置する外被管5の長手方向の各部分は、これらの端部に突出部31、32を含み、これらの突出部31、32は内側に位置する外被管5’の2つの部分を堅く結合するスリーブ30と連結されている。
第4図には、概略的に15で示されるルーフボルトを、ドリルロッド組立体が除去された後、完成に延びた状態で概略的に示されている外被管5、5’の中に、特にねじ込みによって、挿入可能であり、前記ルーフボルト15がさらに、露出領域においてねじ組立体16を用いて土壌に支持または補強される形態が示されている。この場合、最先部を土壌中に残った環状ビット3に確実に固定するために、適当な充てん物質をさらに外被管5、5’中にルーフボルト15の挿入と共に直接入れておくことができる。
第5、6図には、第1図と類似の変更された実施形態が示され、この場合、やはり5で示す外被管が環状ビット17の外周に回転可能に直接的に固定され、切削刃18を備えたパイロットビットは19で示されている。この実施形態における環状ビット17の外周への固定は、環状ビット17とビット1の前を向いた外被管5の端部との両方における適切にオフセットしたまたは段付きの領域を介して実施され、これらに対応する断面形状が20と21で示される。さらに、内側に位置する外被管ならびにそのストッパ要素をそれぞれ5’と29で示す。ビット1に連結されたドリルロッド組立体を22で示す。この実施形態ではさらに、ビット1中央部分すなわちパイロットビット19は、ドリル穴の完成の後に、外被管5、5’の内側を通ってドリルロッド組立体22と共に引き出され、その後、例えばルーフボルトをさらに挿入することもでき、および/または、さらに固化材料、特にグラウトによって充てんすることもできる。
ルーフボルトまたはアンカーを外被管5、5’でライニング(内張り)されたドリル穴13中に挿入する代わりに、このようなドリル穴13を例えば排水路として使用することもでき、この場合、複数の穿孔すなわち開口を外被管5、5’の周囲と同様、長さにわたって配分して設けるべきである。
第7図に示す実施形態では、硬質材料の差込み(インセット)4を有する任意に多数部品式のビットをやはり1で示し、ビット1に引き込まれる外被管を5、5’で示す。前の実施形態における外被管5、5’は例えば金属材料で作ることもできるが、第7図に示す実施形態における外被管5、5’はストッパ要素29と同様に合成材料で作られる。
ビット1への固定は、ビット1の後側に設けられた半円形断面の対応する凹部24と結合部片26の相補半円形凹部25とに受容されるボール23の形の複数の連結要素を介して行われ、連結部片26は、合成材料の外被管5に直接結合される。こうして、ビット1と外被管5との間の連結要素を形成するボール23は、ボールベアリング方式の連結部を構成し、これによって、回転または回転衝撃運動中の外被管5とビット1との間における相応の単純な回転を可能にする。合成材料の外被管5は相応に高い可撓性を示すので、ビット1に直接つながる領域に外被管5と重なるように内側に支持管27が、ならびに外側に支持管28が追加的に設けられ、これらの支持管の間に合成材料の外被管5が連結部片26に直接連続して適切に締付け固定あるいはクランプされ、前記追加の支持手段27、28は例えば金属で作ることができる。
金属製または合成材料製のボール23の材料特性を凹部24、25の領域における支承面または支承要素に適合させるために、結合部片26ならびにビット1の延長部を同様に金属または合成材料で作ることができるか、または適切なコーティングを備えることもできる。
第8図に、内側に位置する外被管5’と外側に位置する外被管5とをそれぞれ、岩石材料または土壌材料中へのビットの前進中にこれらが互いに相対的に変位するか、または互いに沿って滑動式に引かれる状態で概略的に示す。第8a図は、ビット1に向かう方向に見て、入れ子式にはまり合った位置すなわち穴あけ開始位置にある第1の外被管部分5、5’を示す。外側に位置する外被管部分5は概略的にその前端に中間部材6を含み、この中間部材6は、外側外被管部分5を第8図には示されていないビット1に固定することを意図しており、ビット1の前進方向は第8図では矢印33で示されている。ビットから離れた方の端部では外側外被管5は、内側外被管5’の上に滑動式に取り付けられた突出部34を含む。同様な方法で、突出部29がビット1に面する内側外被管5’の端部に設けられており、この突出部は、延長した状態では外側外被管5の突出部34と相互作用することができる。
第8b図には、外側外被管および内側外被管5、5’両方における2つの第1外被管部分が概略的に示され、ビット1に向かう方向に見て第1の外被管部分5はやはり、ビット1から離れた方の端部には突出部34を含み、この突出部は延長した状態では内側外被管5’の突出部29と相互作用する。図示された2つの外側外被管5は直接には相互接続されないが、2つの内部に位置する外被管5’を堅く結合するスリーブ30を介して連結されるだけである。この連結のために、相対する端部領域における2つの外側外被管5に突出部31、32が設けられ、これらの突出部はスリーブ要素30のそれぞれの凹部内に係合する。こうして入れ子状態では、外側外被管部分5と内側外被管部分5’の両方は、スリーブ30によって堅く相互結合される。
岩石材料または土壌材料へのさらなる前進中に、内側外被管部分の長さもドリル穴のためのライニングとして利用できるようにするために、第8c図に示すように、ビット1に向かう方向に見て、内側外被管5’のスリーブ30に対する第2の外被管部分5の回転運動によって、突出部31をスリーブ30の関連する凹部と係合させ、その後、外側外被管5は矢印33の方向へのビット1のさらなる前進によって、外被管5、5’の上にそれぞれ設けられたストッパ29、34が互いに当接するまで、滑動式に内側外被管5’の上を導かれる。
ビット1の方向から見て第1の外被管部分5’の長さもドリル穴をライニングするために使用できるようにするために、外側外被管5を堅く保持することによって、ビット1から離れた方の端部に前進運動とは逆向きの張力を続いて発生させ、こうして、第1外側外被管部分5の突出部32を、内側外被管5’のスリーブ30の各凹部から引き離し、外側外被管のビット1に向かう方向に見て、外被管部分5を、第1外被管部分5’の上を滑動させて前進運動方向に引き込ませる。
完全に延びた状態では、第8d図に示すように、ドリル穴のライニングは、特に外被管に作用する摩擦力を明らかに減少できるような断面として設計される。The present invention forms a drill hole (boring hole) by impact and / or rotational movement using a bit (drill bit) attached to a drill rod (boring rod) assembly, and forms a lining using an outer tube. The invention relates to a method for drilling (drilling) in soil or rock materials, in particular impact or rotary impact drilling and lining of holes. Furthermore, the present invention provides for drilling in soil or rock, particularly impact drilling or rotational impact drilling and hole lining, where a bit attached to a drill rod assembly creates a drill hole by impact and / or rotational movement. Relates to a device for
This type of method and apparatus for drilling in soil or rock materials, in particular impact or rotary impact drilling, and subsequent lining of holes is known in various configurations. Thereby, a hole or drill hole extending over an arbitrarily significant length is formed with the aid of a bit attached to the drill rod assembly, the drill hole being formed by impact and / or rotational movement. In rotary impact drilling, the bit is usually rotated by a certain angle after each impact pressure is applied to it, and is newly acted on by the impact tool, and the debris is created by alternating movement of the bit in the direction of rotation and intermittent impact. Is deliberately collapsed and leaves the surface covered by the bit during the rotational movement. To prevent material (digging) from entering a drill hole that optionally extends over a considerable length and / or to prepare a lining having an essentially smooth surface after completing the drill hole, for example, Use a correspondingly rigidly designed jacket tube (jacket tube), on the other hand, for example, to exert an impulsive motion on the bit via the jacket tube and, strictly speaking, this jacket tube is a drilling device or advancing It has been proposed to constitute part of the operating device. Such a jacket tube must be correspondingly stiff and thick in order to introduce the necessary high impact forces, and accordingly, in order to account for the wall thickness of the jacket tube, it is correspondingly large. It is immediately obvious that the cross-section must be drilled. Such excavation cross sections, which increase with the wall thickness of the jacket tube, increase the drilling time accordingly, especially in the case of hard rocks, and at the same time require a correspondingly larger and more rigidly designed bit.
Instead of using a jacket tube to guide the impact force, in addition to removing the bit from the drill hole after completing the drill hole, and then to insert a lining or jacket tube into the drill hole Methods are known in which time consuming work steps are provided. Such a procedural approach is only applicable if material entry into the finished drill hole can be reliably eliminated and further lining or insertion of the jacket tube is feasible. It is immediately obvious that a correspondingly large cross-section must be drilled. In order to be able to insert such a lining or jacket tube having a large length, these tubes must also have a relatively large wall thickness to allow their safe introduction. Therefore, in this case too, a bit having a relatively large diameter must be used, which is commensurate with the jacket tube dimensions.
After inserting the lining or jacket tube, for example, a roof bolt can be inserted into the jacket tube, and in addition or instead, a corresponding fast-curing material can be inserted to solidify the surrounding material. it can. Alternatively, such a lining can be used for receiving ducts or the like or for the discharge and discharge of liquids when preparing through holes.
Thus, the present invention moves away from methods for drilling in soil or rock materials, in particular impact or rotary drilling, and hole lining, at least one by a rapid and simple method almost simultaneously with the formation of drill holes. Further development is aimed at enabling the insertion of the outer tube. Furthermore, the present invention has small dimensions, especially a low wall thickness, compared to known shapes so that the additional costs required for one or more jacket tubes during drilling can be minimized. It is intended to use one or more jacket tubes. In order to solve this problem, the method according to the invention essentially consists in that at least one jacket tube connected to the bit is guided axially into the drill hole by the bit by a forward movement during drilling. And after the drilling operation is completed, the bit is removed from the jacket tube at least partially together with the drill rod assembly. According to the present invention, the lining of the drill hole is reliably carried out immediately after drilling by guiding the jacket tube connected to the bit into the drill hole only in the axial direction by pulling action by the forward movement during drilling. It is possible to reliably avoid breaking rocks that may be loose and thus block drill holes. By guiding at least one outer tube directly into the drill hole by means of an axial action by means of a bit, the outer tube is subjected to an impact force, for example via a correspondingly rigid outer tube. It is not necessary to absorb and transmit all forces, as is the case with the prior art, but only to show sufficient strength to ensure that bending or cross-sectional reduction caused by rocks that may be loose is avoided. So it is also possible to use a jacket tube with a very thin wall. In order to easily and reliably remove the bit together with the drill rod assembly without changing the position of the jacket tube within the drill hole after drilling is completed, the present invention further drills the bit at least partially from the jacket tube. It is proposed to be removed together with the rod assembly. For this purpose, the bit can be divided, for example, into a substantially central part and an outer part that surrounds the central part in a generally annular manner, so that the separation of this central part allows the main component of the bit to be drilled. From the interior of the at least one jacket tube together with the drill rod assembly.
Nonetheless, during rotation of the bit, one or more jacket tubes connected to the bit are simply guided in the axial direction of the drill hole by the pulling action in the forward movement direction when drilling. It is further suggested that the bit be arranged to be rotatable relative to one or more jacket tubes.
According to a particularly preferred embodiment, the book is such that after removal of the drill rod assembly and the bit central part, the roof bolt is inserted into one or more jacket tubes and / or filled with a solidified material. The method according to the invention has been further developed.
In order to easily discharge the drilled material, the drilled material is introduced into one or more jacket pipes via at least one opening provided in the area following the bit. It is further suggested that the drill hole is discharged in a free space provided between the tube and the drill rod assembly. The external dimension of the drill hole is approximately matched to the outer diameter of the outer jacket pipe by discharging the drilled material from the drill hole in the free space provided between the one or more jacket pipes and the drill rod assembly. The required cross-sectional area of the drill hole can be further reduced, preferably only slightly above it.
In order to solve the above-mentioned problems, drilling in soil or rock material, especially impact drilling or rotary impact drilling and drilling, where a bit attached to a drill rod assembly forms a hole by impact and / or rotational movement The device according to the invention for the lining of the drill rod assembly is designed so that the bit is divided in its radial direction and at the end of the bit that is remote from the work surface at the outer periphery. The essential feature is that the surrounding at least one jacket tube is closely connected to the bit via at least one connecting element for tensioning in the longitudinal direction of the drill hole. The bit is designed to be split radially so that at the completion of the drill hole, at least one jacket tube is brought into the drill hole during drilling of the drill hole by applying tension in the longitudinal direction of the drill hole. While directly introduced and remaining inside the drill hole after the drill hole is completed, it is easily ensured that, for example, the central bit of the bit can be removed with the drill rod assembly from the drill hole through the jacket tube. In order for one or more jacket tubes attached to the outer periphery of the bit to act only in the axial direction of the drill hole, even during the rotational movement of the bit, the bit is connected via a connecting element. It is preferably further proposed to be rotatably connected to the outer tube.
In order to provide a particularly simple connection between the bit and the jacket tube drawn in the axial direction during the forward movement of the bit, a specially shaped annular member is optionally inserted so that the bit and the jacket tube It is further suggested that the connecting element be formed by offset surrounding areas having complementary contours. For example, even if the wall thickness of the outer tube is relatively thin, such an offset peripheral region designed by a method using a stepped convex portion and a complementary concave portion is used. Secure retraction is guaranteed.
In order to provide a simple connection between the bit and one or more jacket tubes that are retracted during the forward movement of the bit, the connecting element is formed by a plurality of balls, which balls are arranged according to the invention. Corresponding to a further preferred embodiment of the invention, the bit is provided in a recess having a substantially semicircular cross section provided in the bit and in a recess complementary to that provided in the coupling piece of one or more jacket tubes following the bit. Is proposed as an alternative. By using balls arranged in corresponding recesses in both the bit and the coupling piece of one or more jacket tubes, a correspondingly simple coupling between the bit and one or more jacket tubes The connection can be carried out by means of a ball bearing system, thus enabling a correspondingly easy turnability to the bit of at least one jacket tube during the rotary movement and / or rotary impact movement of the bit during drilling To. According to a particularly preferred embodiment, in this connection, at least one jacket tube coupling piece and / or a coupling area of the bit is made of metal, a synthetic material or a coated material, and The matching of the individual material of both the concave coupling pieces of the outer tube and the end piece of the bit can each be carried out when using, for example, balls of metal or synthetic material. A correspondingly easy movement of the ball into the recess provided for receiving the connecting element formed by the ball can of course be obtained by introducing a lubricant, for example oil.
In order to prevent the force that starts to act on the bit during forward movement being guided into the jacket tube, optionally having a very small cross-section or thin wall thickness, and possibly deforming the jacket tube. Corresponding to a further preferred embodiment of the device, it is further possible that the connecting element between the bit and the one or more jacket tubes is at least partly made of or coated with a damping material Proposed.
The drilled object in the free space provided between the inner jacket tube and the drill rod assembly can be easily removed, thereby protecting a correspondingly small drill hole cross-section that approximately matches the outer dimension of the outer jacket tube. In order to ensure that one or more jacket tubes have at least one passage opening in their end region facing the bit, in particular several holes or passages distributed evenly around the jacket tube Having a slit is preferably provided.
As already mentioned above, the jacket tube is not only used for subsequently inserting a roof bolt and thus generally fixing the object, but also for example a drilled drill hole and inserted therein It can also be used for draining through the jacket tube. For this purpose, the present invention preferably proposes that one or more jacket tubes are designed to have perforations distributed substantially evenly around their entire length.
To ensure easy removal of the central part of the bit after the drill hole is completed, the bit consists of a central inner part and an outer part that are detachably connected to each other for a common forward movement, It is preferably proposed that the part has an outer diameter that is slightly smaller than the inner diameter of the inner envelope tube. In order to enable a particularly simple and reliable connection of the individual elements of such a multi-part bit, the central inner part of the bit has an off-circular cross section for rotational retraction, and the outer part of the bit It is preferably proposed to be drawn through a suitable opening.
As already mentioned several times, the jacket tube is introduced directly through the bit by an axial movement during a forward or drilling movement, so that the diameter of the drill hole, in particular the introduction of the jacket tube, is It does not need to be very large with respect to the outer diameter of the outer jacket tube or lining tube, as was necessary in the subsequent prior art. Accordingly, the outer diameter of the outer jacket tube substantially corresponds to the outer dimension of the bit in the radial direction.
The jacket tube used in accordance with the present invention needs only to resist material that may invade and to capture and transmit forces, such as impact forces in the case of rotational impact drilling, for example. A correspondingly thin walled tube is sufficient. In this context, the present invention provides that one or more jacket tubes have a wall thickness of 1 to 3 mm, in particular about 2 mm, and thus by preparing the jacket tube, the entire surface to be drilled or drilled is It is immediately obvious that only a small increase needs to be made, and that the material and weight for one or more jacket tubes will be reduced accordingly.
According to a particularly preferred embodiment, the one or more jacket tubes are made of metal or synthetic material, so that the drilling holes can be adapted correspondingly easily to the soil material or rock material to be drilled. It becomes like this. Metal envelopes have a correspondingly high mechanical strength, but in such a configuration, a loose or soft soil or rock layer is potentially bent against a very thin wall envelope. Or it can be said to be a disadvantage that it can be affected by causing cross-sectional shrinkage, which can make it difficult or completely prevented the subsequent removal of the bit and the subsequent introduction of the roof bolt. Especially in such loose soil or rock layers, the use of a jacket tube made of synthetic material and thus providing a certain flexibility temporarily changes the cross section of one or more jacket tubes. Even if the jacket tube takes its same cross-sectional shape, it will regain its original cross-sectional shape during the advancement of the bit, and the subsequent removal of the bit and optional subsequent roof bolt insertion will be done after the drill hole is completed It has proven to be advantageous because it can be carried out without difficulty. In particular, when using a jacket tube made of a synthetic material, the use of the above-mentioned ball bearing type connecting element uses a jacket tube made of a synthetic material in which the retraction of the jacket tube by a bit is made. It is particularly advantageous to allow free and almost unobstructed rotation between the bit and the jacket tube during the rotary or rotary impact drilling movement of the bit, as it is sometimes considered disadvantageous.
In particular, according to the present invention, in order to minimize the frictional force as much as possible in soil layers or rock formations that contain easily invading materials and thus particularly increase the frictional force acting on the jacket pipe, The jacket tubes are arranged substantially concentrically with each other and spaced apart from each other by using spacer elements or stopper elements provided in the space of both jacket tubes, preferably on one of the opposite jacket tube surfaces. It is suggested to keep. Since the two envelope tubes are arranged approximately concentrically in space, on the one hand, one of the two envelope tubes arranged substantially concentrically due to the invading material and this destruction or damage to the envelope tube Even if the outer jacket tube is overstressed by a bit with only a bit, it is definitely possible to avoid damage to the drill rod assembly, while on the other hand it is feasible to provide a drill hole lining whose outer diameter is not constant over its entire length. is there. Such varying external dimensions of the drill hole lining help to minimize friction forces on the jacket tube, especially in areas where the drill hole lining diameter is small.
In order to protect such a telescoping fit, i.e. the individual retraction of each of the two concentrically arranged envelope tubes, the invention essentially consists of at least an externally arranged envelope tube. In the region of at least one junction of adjacent envelope tube parts, including several parts, the envelope tube can be removed by relative rotation of adjacent elements, in particular the inner tube via a plug joint And is detachably connected. One outer tube part comes to rest after removing the fixtures of two adjacent outer tube parts by the multi-part design of the outer pipe tube placed outside and the detachable connection of the adjacent outer tube parts It is possible to draw in the other jacket tube parts that remain, thus obtaining a drill hole lining having a varying diameter.
In order to ensure a complete lining of the drill hole and a retraction associated with either one of the inner or outer jacket tube parts, the device according to the invention is provided with a concentrically arranged jacket tube each Having a stopper element in at least one end region, which extends into an annular space provided between the jacket tubes and guides and links for adjacent outer jacket tube parts It is preferred that the release means is devised so as to be arranged in the region of the connecting element, in particular the inner tube sleeve element. The complete outer tube is located inside and outside by means of a concentrically arranged outer tube with a stop element in at least one end region extending into an annular space provided between the outer tubes Release is reliably avoided, and the present invention further ensures the associated retraction of the inner and / or outer tube portions by providing an inner tube sleeve element with guiding and disconnecting means.
In order to ensure removal of the part located inside the bit through the annular space defined by the jacket tube, it is preferred that the concentrically arranged jacket tube can be connected to the outer region of the bit. In this case, in particular, at least the outer jacket tube is secured to the bit so that a reliable retraction of at least the outer jacket tube is ensured in the region of the bit.
The invention will now be described in more detail with reference to exemplary embodiments schematically illustrated in the accompanying drawings. In this drawing,
FIG. 1 is a partial sectional view of a part of a first embodiment of a device according to the invention for carrying out the invention.
FIG. 2 is a view of the bit of the device according to the invention as seen in the direction of arrow II in FIG.
FIG. 3 is an enlarged partial cross-sectional side view of the device of the invention according to FIG. 1 after removing the bit center portion and the drill rod assembly, compared to FIG.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a drill hole produced by the apparatus according to the invention with a set of roof bolts.
FIG. 5 shows a modified embodiment of the apparatus according to the invention for carrying out the method of the invention, as in FIG.
FIG. 6 is a view of the bit of the second embodiment when viewed in the direction of the arrow VI in FIG.
FIG. 7 is a view similar to FIG. 1 and shows a modified embodiment of the device according to the invention for carrying out the method of the invention.
FIG. 8 is a schematic view of the jacket tube located inside and outside, and FIG. 8a is a view of the first jacket tube portion in a state of being telescoped in a direction toward the bit. Fig. 8b is a view of the first and second inner and outer jacket tube portions in a state of being telescopically fitted, as seen from the bit, and Fig. 8c is a partially extended state. FIG. 8d is a view showing the same jacket tube portion as shown in FIG. 8b, and FIG.
1 and 2, the bit indicated by 1 as a whole is composed of a central portion, a so-called
At the end of the
Furthermore, the
The outer contour of the drill hole to be formed is indicated schematically at 13 in FIGS. Using a correspondingly
The illustration according to FIG. 3 shows that only the jacket tube or lining
In FIG. 4, the roof bolt, indicated generally at 15, is placed in the
FIGS. 5 and 6 show a modified embodiment similar to FIG. 1, in which the jacket tube, also denoted by 5, is rotatably fixed directly on the outer periphery of the
Instead of inserting roof bolts or anchors into drill holes 13 lined with
In the embodiment shown in FIG. 7, an arbitrarily multi-part bit having an inset 4 of hard material is again indicated by 1 and the jacket tube drawn into the
The fixing to the
In order to adapt the material properties of the
FIG. 8 shows that the
FIG. 8b schematically shows two first jacket tube parts in both the outer jacket tube and the
In order to make the length of the inner jacket tube part available as a lining for the drill hole during further advancement to the rock or soil material, look in the direction towards the
In order to be able to use the length of the first jacket tube part 5 'as seen from the direction of the
In the fully extended state, as shown in FIG. 8d, the drill hole lining is specifically designed with a cross-section to clearly reduce the frictional forces acting on the jacket tube.
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