KR20080013901A

KR20080013901A - Rock drilling element, drill string and method for transferring impact energy from a top hammer unit to a drill bit

Info

Publication number: KR20080013901A
Application number: KR1020077026052A
Authority: KR
Inventors: 로제 노엘
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2008-02-13
Also published as: EP1882078A1; US20090065224A1; CA2606120A1; RU2007145427A; SE531017C2; WO2006121386A1; ZA200709487B; SE0501054L

Abstract

The present invention relates to a rock drilling element for percussive drilling that is designed to reduce the stress usually developed on a thread joint (5) when the shock wave transmits from a slender portion to a thicker part. The rock drilling element has an elongated body comprising a first portion (10A) and a second portion (10B). The first portion (10A) has a female (16) or male thread intended to be connected to a drill rod (1) or a drill tube. The first portion (10A) has an outer diameter (D1) approximately equal to the major diameter of said thread (16). The second portion (10B) has a male (15) or female thread intended to be connected to a drill bit or a guide tube. The second portion (10B) forms a guide portion for radial guiding in a hole being drilled. The length of the first portion (10A) is at least 500 mm, such that the thread joint is moved away from an unfavorable reflection area. Furthermore, the present invention relates to a drill string and a method of transferring impact energy in a drill string.

Description

착암 요소, 드릴 스트링 및 충격 에너지를 탑해머 유닛으로부터 드릴 비트로 전달하는 방법{ROCK DRILLING ELEMENT, DRILL STRING AND METHOD FOR TRANSFERRING IMPACT ENERGY FROM A TOP HAMMER UNIT TO A DRILL BIT}ROCK DRILLING ELEMENT, DRILL STRING AND METHOD FOR TRANSFERRING IMPACT ENERGY FROM A TOP HAMMER UNIT TO A DRILL BIT}

본 발명은 충격식 착암을 위한 착암 요소, 드릴 스트링 및 종속항 전제부에 따른 드릴 스트링 내에 충격 에너지를 전달하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of transmitting impact energy in a drill string according to a rock drill element, a drill string and a dependent claim premise for impact rock drilling.

적절한 장소에 폭발물을 위치시키기 위한 양호한 공간과 적재력을 갖는 곧은 구멍을 뚫는 것은 드릴링 산업에 필수적인 것으로서 여겨져 왔다. 충격 피스톤이 드릴 비트 상부 바로 가까이 위치하는 천공 기계 (down-the-hole) 로 곧은 구멍을 뚫는 것은 매우 쉽다. 충격 피스톤이 1 ∼ 10 개의 로드를 포함하는 드릴 스트링을 때리는 탑 해머로 곧은 구멍을 확보하는 것은 좀 더 어렵다.Drilling straight holes with good space and loading capacity to place explosives in the right place has been considered essential for the drilling industry. It is very easy to drill straight holes with a down-the-hole where the impact piston is located just above the top of the drill bit. It is more difficult to secure a straight hole with a top hammer hitting a drill string containing 1 to 10 rods of the impact piston.

건물, 공익 설비 및 시설물에의 근접성 때문에 폭파시 특히 높은 안전 요구 사항이 있는 경우에는, 폭파 구멍은 가능한 최대의 정확도로 뚫려야 한다. 실제로, 높은 드릴링 정확도는 안전하고 정확한 폭파 결과의 가장 중요한 기본 요소 중 하나이다.Due to its proximity to buildings, utilities and facilities, blasting holes should be drilled with the highest possible accuracy, especially when there is a high safety requirement during blasting. In fact, high drilling accuracy is one of the most important basic factors of safe and accurate blasting results.

드릴 로드는 다소 유연하며, 기본적인 사양으로 허용 편차에서, 또한 본체 및 연결 단부 내의 적당한 저피로 응력으로 까다로운 암석에 구멍을 낼 수 있다. 이러한 특징에 의해 드릴 로드의 사용 수명이 양호해지며 탑해머 드릴링의 드릴 가공되는 길이당 비용이 저렴해진다.Drill rods are somewhat flexible and can be drilled into difficult rocks with basic specifications, with acceptable deviations, and with moderate low fatigue stresses in the body and connection ends. This feature improves the service life of the drill rod and lowers the cost per length of drill of top hammer drilling.

통상적으로 얻어진 편차가 더 이상 허용되지 않는 경우에는 문제가 생긴다. 암석체 내에서의 더 나은 폭발물 위치 선정은 필수적이게 된다. 더 나은 폭발물 위치 선정으로 인해 폭발된 암석 1 톤당 폭발물의 양을 감소시키며, 폭발 및 2차 파괴에서 실질적인 절약으로 이어질 수 있게 된다.Problems usually arise when the deviation obtained is no longer acceptable. Better explosive positioning within rocks is essential. Better explosive positioning reduces the amount of explosives per tonne of exploded rock, leading to substantial savings in explosions and secondary destruction.

탑해머 드릴링으로 구멍의 곧음을 개선하기 위한 많은 수단이 수년간 개발되어 왔다. 가장 통상적인 수단 두 가지는 안내 비트 및 안내 튜브이다. 안내 비트에는 6 개 또는 8 개의 스플라인 (spline) 이 스커트 (skirt) 외부에 구비되어 있다. 스플라인은 드릴 가공된 구멍 내부의 안내를 개선하기 위한 수단이지만, 탄화물 버튼 (button) 이 암석을 분쇄하여 절삭하기 훨씬 이전에 필연적으로 마모된다. 잠시 후, 드릴 비트는 여전히 드릴 가능하지만, 안내 수단은 사라지게 된다. 미국 특허 제 6,681,875 호에 개시된 바와 같이, 안내 튜브는 드릴 비트 직경에 가까운 외경을 갖는다. 안내 튜브의 매우 높은 강성은 드릴 비트가 직선상으로 곧게 유지되도록 하는 경향이 있다. 불행히도, 침입률은 10 ∼ 20 % 느려진다. 또한, 안내 튜브는 오랜 시간 동안의 충격력을 버티지 않고 필연적으로 드릴 비트에 대한 연결부에서 파괴되거나, 드릴 비트에 연결된 상부 로드를 파괴시킨다. 결과적인 드릴링 비용은 보통 비싼 것으로 여겨지고, 안내 튜브는 당해 분야에서 잘 받아들여지지 않는다.Many means have been developed for many years to improve the straightness of holes by top hammer drilling. Two of the most common means are guide bits and guide tubes. The guide bit has six or eight splines outside the skirt. Splines are a means to improve the guidance inside the drilled hole, but inevitably wear out long before the carbide button breaks and cuts the rock. After a while, the drill bit is still drillable, but the guiding means disappears. As disclosed in US Pat. No. 6,681,875, the guide tube has an outer diameter close to the drill bit diameter. The very high rigidity of the guide tube tends to keep the drill bit straight in a straight line. Unfortunately, the penetration rate is slowed by 10-20%. In addition, the guide tube inevitably breaks at the connection to the drill bit without destroying the impact force for a long time, or destroys the upper rod connected to the drill bit. The resulting drilling cost is usually considered expensive and the guide tubes are not well accepted in the art.

다른 통상적인 안내 시스템은 빨리 마모되는 짧은 스플라인을 가지며, 드릴 비트의 안내에서의 예상되는 개선은 금방 효과가 없어진다.Other conventional guiding systems have short splines that wear out quickly, and the expected improvement in guiding the drill bit quickly becomes ineffective.

본 발명의 목적은 효율적이고 오래 지속되는 안내 수단을 갖는 드릴 스트링을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a drill string with efficient and long lasting guiding means.

본 발명의 또 다른 목적은 드릴 스트링에 연결하는 나사 조인트의 과다한 응력을 피하게 하는 착암 요소를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a rock drilling element which avoids excessive stress of a screw joint connecting to a drill string.

본 발명의 또 다른 목적은 높은 효율의 충격파 전달에 비해 비교적 작은 선형 질량을 갖도록 설계된 착암 요소를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a rock drilling element designed to have a relatively small linear mass compared to high efficiency shock wave transmission.

이러한 목적 등은, 도면을 참조하여 이하의 청구항에 규정된 바와 같이, 착암 요소, 드릴 스트링 및 드릴 스트링 내의 충격 에너지를 전달하는 방법에 의해 달성되었다.This object and the like have been achieved by a method of transmitting impact energy in a rock drill element, a drill string and a drill string, as defined in the following claims with reference to the drawings.

도 1a 는 충격파 전달시의 종래 기술의 드릴 스트링을 나타내는 개략도.1A is a schematic diagram illustrating a prior art drill string upon shock wave transmission.

도 1b 및 도 1c 는 충격파 전달시 종래 기술에 의한 두 가지 드릴 스트링을 나타내는 개략도.1B and 1C are schematic diagrams showing two drill strings according to the prior art in shock wave transmission.

도 2a 는 연장 로드, 안내 로드 및 드릴 비트를 포함하는 본 발명에 따른 드릴 스트링의 분해 상태의 단면의 개략도.2A is a schematic illustration of a cross section in an exploded state of a drill string according to the invention, including an extension rod, a guide rod and a drill bit;

도 2b 는 도 2a 에 도시된 본 발명에 따른 안내 로드를 나타내는 개략도.2b is a schematic representation of a guide rod according to the invention shown in FIG. 2a;

도 3 은 충격파 전달시 본 발명에 따른 안내 로드를 포함하는 드릴 스트링을 나타내는 개략도.3 is a schematic representation of a drill string comprising a guide rod according to the invention upon shock wave transmission.

도 4a 는 연장 로드, 선택적인 안내 로드 및 드릴 비트를 갖는 본 발명에 따른 선택적인 드릴 스트링의 분해 상태의 단면의 개략도.4A is a schematic illustration of a cross section in an exploded state of an optional drill string in accordance with the present invention with an extension rod, an optional guide rod and a drill bit;

도 4b 는 도 4a 에 도시된 본 발명에 따른 안내 로드를 나타내는 개략도.4b is a schematic representation of a guide rod according to the invention shown in FIG. 4a;

도 5 는 충격파 전달시의 선택적인 드릴 스트링을 나타내는 개략도.5 is a schematic diagram illustrating an optional drill string upon shock wave transmission.

본 발명에 따른 안내 로드 또는 착암 요소 (10) 의 기본적인 개념은, 미국 특허 제 6,681,875 등의 종래 기술에서 알려진 바와 같이 무거운 안내 튜브에 필연적으로 발생하는 나사 조인트에서의 응력 집중을 최대한 피하는 것이다. 종래 기술의 안내 튜브에서의 응력 집중은 도 1a 에 나타나 있으며, 드릴 로드 (1) 및 안내 튜브 (2) 사이의 나사 조인트 (5) 내부에 필연적으로 초기 파괴 등을 일으키게 된다. 초기 파괴는 세 가지 특정한 원인, 즉 압축성 충격파, 비틀림파 및 정적 굽힘 응력을 갖는다.The basic concept of the guide rod or rock element 10 in accordance with the present invention is to avoid stress concentrations in the screw joints inevitably occurring in heavy guide tubes as known in the prior art, such as US Pat. No. 6,681,875. The stress concentration in the guide tubes of the prior art is shown in FIG. 1A, which inevitably leads to initial breakdown and the like within the threaded joint 5 between the drill rod 1 and the guide tube 2. Initial failure has three specific causes: compressible shock waves, torsion waves and static bending stresses.

압축성 충격파에 관해서는, 드릴 스트링 자체의 선형 질량의 105 ∼ 250 % 이상인 더 무거운 안내 튜브 (2) 의 선형 질량은, 소위 앤빌 (anvil) 효과의 결과로, 입사 충격파 (4A) 에너지의 일부를 드릴 스트링 및 착암 기계 쪽으로 되돌려 보낸다. 따라서, 안내 튜브 (2) 에 연결된 제 1 로드 (1), 좀 더 구체적으로 그 수나사 삽입부는 압축성 응력 수준의 국소적인 증가를 겪게 된다. 이러한 현상은 도 1 을 참조하여 이하에서 더 자세히 설명하기로 한다.As for the compressible shock wave, the linear mass of the heavier guide tube 2, which is 105-250% or more of the linear mass of the drill string itself, drills a portion of the incident shock wave 4A energy as a result of the so-called anvil effect. Return to the string and rock drilling machine. Thus, the first rod 1, more specifically its male thread insert, connected to the guide tube 2 is subjected to a local increase in compressive stress level. This phenomenon will be described in more detail below with reference to FIG. 1.

회전 평균 토크 및 비틀림파에 관해서는, 안내 튜브 (3) 의 튜브 섹션의 높은 관성에 대해, 드릴 스트링의 낮은 관성은 일정한 평균 토크 및 드릴 스트링을 따라 이동하는 비틀림파에 민감하다. 드릴 로드 (1), 좀 더 구체적으로 드릴 로드의 수나사는, 드릴 비트의 탄화물 버튼이 암석 구조에 충격을 가할 때 각각의 충격에서 높은 비틀림 응력을 발생시킨다.As for the mean rotation torque and the torsional wave, for the high inertia of the tube section of the guide tube 3, the low inertia of the drill string is sensitive to the torsional wave traveling along the drill string with a constant mean torque. The drill rod 1, more specifically the male thread of the drill rod, generates a high torsional stress in each impact when the carbide button of the drill bit impacts the rock structure.

정적 굽힘 응력에 관해서는, 주어진 구멍의 각 편차 (도시 생략) 에 대해, 굽힘 응력은 두 인접한 다소 유연한 로드 사이의 나사 조인트 양측 상에서 제거될 수 있다. 이 경우는 일부가 강성 안내 튜브 (3) 인 경우와는 근본적으로 다르다. 강성 안내 튜브로 인해, 안내 튜브에 직접 연결되어 있는 로드 (1) 의 수나사 삽입부 내에 유도된 굽힘 응력은, 로드-투-로드 (rod-to-rod) 나사 조인트에서 발생하는 응력과 비교할 때 거의 두 배일 수 있다.As for the static bending stress, for each deviation of a given hole (not shown), the bending stress can be eliminated on both sides of the screw joint between two adjacent somewhat flexible rods. This case is fundamentally different from the case where some are rigid guide tubes 3. Due to the rigid guide tube, the bending stress induced in the male thread insert of the rod 1 directly connected to the guide tube is almost as compared to the stress occurring at the rod-to-rod threaded joint. It can be twice.

상기 언급한 모든 응력들 (충격, 회전, 굽힘) 은 조합되어 결과적인 응력 분포를 만들고, 국소적인 초과 값은 피로 파괴를 일으켜 전체적인 파괴를 일으키게 될 것이다.All of the above mentioned stresses (impact, rotation, bending) will combine to produce the resulting stress distribution, and local excess values will cause fatigue failure and cause overall failure.

도 1b 및 도 1c 는 충격파 전달시 종래 기술의 두 가지 드릴 스트링 장치를 개략적으로 나타낸다. 두 도면에서, 피스톤은 연장 로드에 연결된 생크 (shank) 어답터 상에 충격을 가한다. 두 도면에서 보이는 바와 같이, 충격파는 피스톤의 형상 및 길이 (L) 에 의존적이다. 도 1b 에서는, 충격파는 최대 피크 진폭 (A) 의 불규칙적인 형상을 갖는다. 도 1c 에서는, 충격파는 일정한 진폭 (A) 의 직사각형 형상을 갖는다. 하지만 각각의 충격파 길이 (2L) 는 항상 피스톤 길이 (L) 의 두 배이다.1B and 1C schematically show two drill string arrangements of the prior art in shock wave transmission. In both figures, the piston impacts on a shank adapter connected to the extension rod. As shown in both figures, the shock wave depends on the shape and length L of the piston. In FIG. 1B, the shock wave has an irregular shape of the maximum peak amplitude A. FIG. In Fig. 1C, the shock wave has a rectangular shape with a constant amplitude (A). However, each shock wave length 2L is always twice the piston length L.

도 1a 는 착암 기계 피스톤에 의해 전달되는 입사 충격파 (4A) 의 전달 및 반사를 나타낸다. 도 1a 에서의 충격파는 도 1c 에 도시된 충격파를 기초로 설명하기 위한 것이다. 도 1a 의 좌측에 부분적으로 도시된 드릴 로드 (1) 는 나사 조인트 (5) 를 통하여 안내 튜브 (2) 의 암형 단부에 단단히 끼워져 있다. 드릴 비트 (3) 는 안내 튜브의 타단부에 연결되어 있으며, 드릴 비트는 드릴 가공될 암석에 대해 가압되어 있다.1A shows the transmission and reflection of the incident shock wave 4A transmitted by the rock drilling machine piston. The shock wave in FIG. 1A is for explaining based on the shock wave shown in FIG. 1C. The drill rod 1, partly shown on the left side of FIG. 1A, is firmly fitted to the female end of the guide tube 2 via the screw joint 5. The drill bit 3 is connected to the other end of the guide tube, which is pressed against the rock to be drilled.

시간 t = -1 에서, 즉 충격 피스톤 길이의 두 배인 전체 길이가 도시된 충격파 (4A) 는 로드 (1) 를 따라 도 1a 의 우측으로 이동한다. 입사 충격파 (4A) 는 어떤 반사파도 없이 나사 조인트 (5) 를 통과해 지나가야 하는데, 이는 단지 논의를 위해 이루어진 가정이다. 충격파가 충격을 가할 때 부분적인 반사가 있는 더 무거운 나사 조인트는, 안내 튜브 (3) 에 더 전달되는 충격파의 응력 수준을 약간 낮추겠지만, 기본적인 설명은 변하지 않을 것이다. 무거운 조인트는 기술되는 문제점들을 단지 몇 퍼센트 개선하게 될 뿐이다.At time t = -1, i.e., the shock wave 4A, shown at full length twice the length of the impact piston, travels along the rod 1 to the right in FIG. The incident shock wave 4A must pass through the screw joint 5 without any reflected wave, which is only an assumption made for discussion. Heavier screw joints with partial reflections when the shock wave impacts will slightly lower the stress level of the shock wave that is further transmitted to the guide tube 3, but the basic description will not change. Heavy joints will only improve a few percent of the problems described.

시간 t = 0 에서, 입사 충격파는 더 무거운 튜브 섹션 (2) 과 인접한다.At time t = 0, the incident shock wave is adjacent to the heavier tube section 2.

시간 t = 1 에서, 더 무거운 선형 질량에 의해, 입사 충격파 (4A) 는 튜브 (2) 를 관통하여 이동하는 전달파 (4C) 와 착암 기계 쪽으로 되돌아가는 동일 파장의 반사파 (4B) 로 나누어진다. 해칭의 조밀함의 크고 작고는 전달파 (4C) 및 반사파 (4B) 의 응력 크기를 나타낸다.At time t = 1, by the heavier linear mass, the incident shock wave 4A is divided into a transmission wave 4C moving through the tube 2 and a reflected wave 4B of the same wavelength back to the rock drilling machine. The large and small of the compactness of the hatching indicates the stress magnitudes of the transmission wave 4C and the reflected wave 4B.

충격파는 그 응력 수준 및 펄스 길이에 의해 정의된다. 충격파가 더 무거운 튜브 (2) 상에 인접하기 전에 시간 t = -1 에서는 높은 응력 수준 (통상적으로 200 ㎫) 이 조밀한 해칭으로 도시되어 있다. 충격파가 튜브 섹션 내로 이동 한 후에는 응력 수준은 약간 낮아져서 해칭은 덜 조밀하다. 반사파 (4B) 는 도 1a 에서 좌측으로 이동하는 파장의 표시로서 다른 방향으로 기울어진 넓은 간격의 해칭으로 표시되어 있다. 하지만, 반사파 (4B) 는 입사 충격파 (4A) 에 더해져서 응력 수준 (해칭의 조밀함으로 나타냄) 은 최대가 된다.The shock wave is defined by its stress level and pulse length. The high stress level (typically 200 MPa) is shown by dense hatching at time t = -1 before the shock wave is adjacent on the heavier tube 2. After the shock wave moves into the tube section, the stress level is slightly lower, so the hatching is less dense. The reflected wave 4B is indicated by hatching of wide intervals inclined in different directions as an indication of the wavelength moving to the left in FIG. 1A. However, the reflected wave 4B is added to the incident shock wave 4A so that the stress level (indicated by the density of hatching) is maximized.

시간 t = 2 에서, 입사 충격파 (4A) 의 처음 절반 (50 %) 이 전달 및 반사된다.At time t = 2, the first half (50%) of the incident shock wave 4A is transmitted and reflected.

시간 t = 3 에서, 입사 충격파 (4A) 는 우측으로 이동하고 높은 응력하에 놓여 있는 로드의 길이는 이전보다 짧다. 도면 부호를 최소화하도록 단순화시키기 위해, 드릴 비트 쪽으로 이동하는 전달파 (4C) 는 이제 암석에 인접하고 있다. 드릴 비트 (3) 에서의 반작용은 드릴 비트의 중량 및 암석의 경도에 따라 매우 다양하다. 튜브 섹션으로서 동일한 선형 질량의 드릴 비트가 사용되고, 암석은 드릴 비트 움직임 및 비트 압력을 버티기에 충분한 것으로 가정한다. 그 후에 제 2 의 반사된 압축성 충격파가 발생한다.At time t = 3, the incident shock wave 4A moves to the right and the length of the rod under high stress is shorter than before. To simplify the reference numerals, the transfer wave 4C moving toward the drill bit is now adjacent to the rock. The reaction in the drill bit 3 varies greatly depending on the weight of the drill bit and the hardness of the rock. A drill bit of the same linear mass is used as the tube section, and the rock is assumed to be sufficient to withstand drill bit movement and bit pressure. Thereafter a second reflected compressive shock wave is generated.

시간 t = 4 에서, 입사 충격파 (4A) 는 튜브 섹션 내로 완전히 전달되어, 응력파 (4B) 의 발생을 끝나게 된다.At time t = 4, the incident shock wave 4A is transmitted completely into the tube section, ending the generation of the stress wave 4B.

시간 t = 5 에서, 반사파 (4B) 는 완료되어 착암 기계 쪽으로 좌측으로 이동한다.At time t = 5, the reflected wave 4B is completed and moves to the left toward the rock drilling machine.

나사 조인트 (5) 에 가장 바람직하지 않은 시간은 약 t = 0 내지 약 t = 4 까지의 시간이며, 이 때 입사 응력파 (4A) 및 반사 응력파 (4B) 는 중첩된다.The most undesired time for the screw joint 5 is from about t = 0 to about t = 4, wherein the incident stress wave 4A and the reflected stress wave 4B overlap.

도 1a 는 입사파와 반사파가 중첩되는 위치 및 시간을 표시하는 삼각형을 나 타낸다. 도 1a 에서 보이는 바와 같이, 나사 조인트 (5) 는 t = 1 내지 t = 3 까지 시간 동안 증가된 응력 수준 하에 놓여 있게 된다. 충격파는 강 (steel) 내를 약 5,200 ㎧ 의 속도로 이동하고, 충격파가 드릴 강 단면을 통과하는 일반적인 시간은 약 1/3 밀리초 (0.33 ㎳) 이기 때문에, 이런 상황에서 상기 시간 간격은 매우 짧다. 이러한 짧은 시간은 도 1a 에서 t = 0 내지 t = 4 까지의 시간에서 삼각형의 수직 기준선에 의해 도시된 응력 증가에 대응한다.FIG. 1A shows a triangle indicating a position and a time at which an incident wave and a reflected wave overlap. As shown in FIG. 1A, the screw joint 5 is placed under increased stress level for a time from t = 1 to t = 3. The time interval is very short in this situation, since the shock wave travels through the steel at a speed of about 5,200, and the typical time for the shock wave to cross the drill steel cross section is about 1/3 millisecond (0.33 ㎳). . This short time corresponds to the stress increase shown by the triangular vertical reference line in the time from t = 0 to t = 4 in FIG. 1A.

예를 들면, 입사 충격파가 200 ㎫ 이고, 더 높은 튜브 임피던스의 결과로 반사 충격파 (4B) 가 40 ㎫ (20 % 에 불과) 이라면, 그 결과 응력 수준은 240 ㎫ 이다. 비교한다면, σ 를 압축 응력이라고 할 때 다음 식,For example, if the incident shock wave is 200 MPa and the reflected shock wave 4B is 40 MPa (only 20%) as a result of the higher tube impedance, the resulting stress level is 240 MPa. In comparison, when σ is the compressive stress,

의 결과로서 44% 더 높은 충격 당 에너지 (E) 를 갖는 착암 기계에서 정상적인 로드-투-로드 나사 조인트 (도시생략) 내에는 240 ㎫ 의 응력 수준이 발생한다.As a result, a stress level of 240 MPa occurs in a normal rod-to-rod screw joint (not shown) in a rock drilling machine with a 44% higher energy per impact (E).

종래 기술의 드릴 스트링은 충격 당 에너지의 44 % 증가를 버틸 수 없다. 44 % 더 높은 응력 하에 놓여 있는 드릴 로드와 안내 튜브 사이의 나사 조인트가 드릴 스트링의 취약부임이 밝혀져 있다. 피로 균열은 보통 나사 조인트 (5) 내에서, 좀 더 정확하게는 수나사 내에서 발생하며, 두 요소의 수명을 800 ∼ 2,500 드릴 가공 길이 범위로 제한하게 된다. 표준 로드-투-로드 나사 조인트는 10,000 ∼ 20,000 드릴 가공 길이를 가공할 수 있어야 한다. 당업계에는 그러한 로드 및 안내 튜브 수명이 통상적으로 기록되어 있다.Prior art drill strings cannot withstand a 44% increase in energy per impact. It has been found that the threaded joint between the drill rod and the guiding tube under 44% higher stress is the weak point of the drill string. Fatigue cracks usually occur in threaded joints (5), more precisely in male threads, limiting the life of both elements to a range of 800 to 2500 drill lengths. Standard rod-to-rod threaded joints should be able to machine 10,000 to 20,000 drilled lengths. Such rod and guide tube life is typically recorded in the art.

본 발명의 목적은 드릴 로드와 안내 로드 사이의 나사 조인트에서 일반적으로 발생하는 더 높은 응력 수준을 피하는 것이다.It is an object of the present invention to avoid the higher stress levels that typically occur in threaded joints between drill rods and guide rods.

본 발명에 따른 안내 로드 (10) 를 포함하는 충격식 착암을 위한 본 발명에 따른 드릴 스트링의 실시형태는 먼저 도 2a 및 도 2b 를 참조하여 이하 설명하기로 한다. 안내 로드 (10) 는, 직경 (D1) 및 길이 (L1) 의 실질적으로 원통형의 기본 형상을 갖는 기다란 제 1 부분 또는 슬렌더부 (10A), 및 직경 (D2) 및 길이 (L2) 의 실질적으로 원통형의 기본 형상을 갖는 제 2 부분 또는 안내부 (10B) 를 포함한다. 안내 로드는, 바람직하게는 용접되어 있는 슬리브 또는 암나사부 (12) 에 의해 규정되는 제 1 단부 또는 상부 단부 (11), 및 삽입부 또는 수나사부 (14) 에 의해 규정되는 제 2 단부 또는 하부 단부 (13) 를 포함한다. 삽입부 (14) 는 실질적으로 원통형인 외부 나사 (15) 를 갖고, 슬리브 (12) 는 실질적으로 원통형의 내부 암나사 (16) 를 갖는다. 제 1 부분 (10A) 의 외경 (D1) 은 암나사 (16) 의 주 직경과 거의 동일하다. 암나사 (16) 는 인접한 표면 또는 바닥 (18) 을 갖는 슬리브 내의 홈 (recess) 에 구비된다. 슬렌더부 (10A) 의 외경 (D1) 은 상기 나사 (16) 의 주 직경과 거의 동일하다. 길이 (L1) 는 바닥 (18) 에서부터 안내부 (10B) 가 총 직경 (D2) 을 갖게 되는 가장 근접한 부분까지의 거리로써 정의될 수 있다. 길이 (L1) 는 착암 공구에 사용된 피스톤의 길이보다 큰, 500 ㎜ 이상이다. 길이 (L2) 는 총 직경 (D2) 인 안내부 (10B) 의 단부들 사이의 거리로써 정의될 수 있다. 안내부 직경 (D2) 은 슬렌더부 (10A) 의 직경의 105 ∼ 250 % 이다. 단면적 (㎟) 또는 선형 질량 (㎏/m) 에 관해서는, 안 내부 (10B) 는 슬렌더부 (10A) 의 최대 250 % 가 된다.An embodiment of a drill string according to the invention for impact rock drilling comprising a guide rod 10 according to the invention will first be described below with reference to FIGS. 2A and 2B. The guide rod 10 has an elongated first portion or slender portion 10A having a substantially cylindrical basic shape of diameter D1 and length L1, and substantially of diameter D2 and length L2. A second portion or guide portion 10B having a cylindrical basic shape. The guide rod is preferably a first end or upper end 11 defined by a sleeve or female threaded portion 12 which is welded, and a second end or lower end defined by an insert or male threaded portion 14. And (13). The insert 14 has a substantially cylindrical outer screw 15, and the sleeve 12 has a substantially cylindrical inner female thread 16. The outer diameter D1 of the first portion 10A is substantially the same as the major diameter of the female screw 16. The internal thread 16 is provided in a recess in the sleeve having an adjacent surface or bottom 18. The outer diameter D1 of the slender portion 10A is almost equal to the main diameter of the screw 16. The length L1 can be defined as the distance from the bottom 18 to the nearest part where the guide 10B has a total diameter D2. The length L1 is at least 500 mm, which is larger than the length of the piston used for the rock drilling tool. The length L2 can be defined as the distance between the ends of the guide portion 10B, which is the total diameter D2. Guide portion diameter D2 is 105 to 250% of the diameter of the slender portion 10A. Regarding the cross-sectional area (mm 2) or the linear mass (kg / m), the inner inside 10B is at most 250% of the slender portion 10A.

일반적으로 도면 부호 (19) 로 표시된 세척 채널 (flushing channel) 은 안내 로드 (10) 의 내부로 연장되며, 이를 통하여 세척 매질 (보통은 공기 또는 물) 이 전달된다.A flushing channel, generally designated 19, extends into the guide rod 10 through which the cleaning medium (usually air or water) is delivered.

관통 세척 채널 (19) 은 세척 매질을 충격식 탑 해머 드릴링을 위한 암석 드릴 비트 (3) 에 보내도록 구비된다. 이 채널은 안내 로드 내에서 중심에 위치하는 것이 적절하다.The through washing channel 19 is provided to direct the cleaning medium to the rock drill bit 3 for impact tower hammer drilling. This channel is suitably centered within the guide rod.

슬렌더부 (10A) 및 안내부 (10B) 는 본질적으로 원통형인 것이 바람직하다. 제 1 숄더부 (25) 및 제 2 숄더부 (26) 는 그 각각의 축선 단부에서 슬렌더부 (10A) 의 원통부와 접한다. 제 1 숄더부 (25) 는 암나사 (16) 근방에 구비된다.The slender portion 10A and the guide portion 10B are preferably essentially cylindrical. The first shoulder portion 25 and the second shoulder portion 26 abut the cylindrical portion of the slender portion 10A at their respective axial ends. The first shoulder portion 25 is provided near the female screw 16.

도 3 은 동일한 충격파 전달 및 반사를 갖고, 본 발명에 따른 안내 로드 (10) 를 포함하는 본 발명에 따른 드릴 스트링에 적용되는, 도 1a 와 유사한 충격파의 전달을 나타낸다. 안내 로드 (10) 는 충분히 긴 슬렌더 로드 섹션 (10A) 을 포함하고, 입사 충격파 (4A) 와 반사된 충격파 (4B) 가 중첩되는 삼각형의 외부에 나사 조인트 (5) 가 확실히 위치하는 방식으로 규정된다.3 shows the transmission of a shock wave similar to that of FIG. 1A, which has the same shock wave transmission and reflection and is applied to a drill string according to the invention comprising a guide rod 10 according to the invention. The guide rod 10 includes a sufficiently long slender rod section 10A, defined in such a way that the threaded joint 5 is reliably positioned outside of the triangle where the incident shock wave 4A and the reflected shock wave 4B overlap. do.

시간 t = -1, t = 0, t = 1 에서, 나사 조인트 (5) 는 입사 충격파 (4A) 를 받게 되며, 두 표준 로드 사이의 어떤 나사 조인트와도 유사하다.At times t = -1, t = 0, t = 1, the screw joint 5 receives an incident shock wave 4A, similar to any screw joint between two standard rods.

시간 t = 2 에서, 입사파 (4A) 는 이미 끝나고 응력 수준은 0 에 가깝다. 이러한 특징은 반사파 (4B) 가 나사 조인트 (5) 의 반대 방향에 도달하기 전에 일 어난다.At time t = 2, the incident wave 4A has already ended and the stress level is close to zero. This feature occurs before the reflected wave 4B reaches the opposite direction of the screw joint 5.

시간 t = 3, t = 4, t = 5 에서, 무해한 반사파 (4B) 는 나사 조인트 (5) 를 가로질러 이동하며, 안내 로드 (10) 의 수명에는 어떠한 눈에 띄는 영향도 없다.At times t = 3, t = 4, t = 5, the harmless reflected wave 4B moves across the threaded joint 5 and there is no noticeable effect on the life of the guide rod 10.

본 발명에 따른 안내 로드 (10) 에 대한 기본적인 개념은, 단부 또는 드릴 비트 (3) 의 반대편을 향하고 있는 안내 로드 부분을 그에 연결된 드릴 로드 (1) 와 가능한 한 동일하게 유지하고, 그에 의하여, 종래 기술의 안내 튜브보다 105 ∼ 150 % 더 무거운 선형 질량의 부정적인 영향을 피하여 국소적으로 압축, 회전 및 굽힘 응력을 개선하는 것이다. 가장 민감한 부분인 나사 조인트 (5) 내의 충격 펄스로부터 발생하는 압축 응력의 증가를 피하기 위해서, 안내 로드 (10) 의 이러한 슬렌더부 (10A) 는 충격 피스톤과 같거나 또는 더 긴 길이를 가져야 하며, 이는 슬렌더부 (10A) 의 길이가 500 ㎜ 이상이어야 함을 의미한다. 이러한 슬렌더부 (10A) 는, 토크 펄스 및 굽힘 응력이 나사 조인트 (5) 로 전달되어 그에 연결된 로드 (1) 의 매우 민감한 수나사 내로 전달되기 전에 두 가지를 모두 동시에 제거한다.The basic concept of the guide rod 10 according to the present invention is to keep the guide rod portion facing the end or the opposite side of the drill bit 3 as much as possible with the drill rod 1 connected thereto, whereby To improve the compressive, rotational and bending stress locally by avoiding the negative effects of linear mass 105-150% heavier than the guide tubes of the technique. In order to avoid an increase in compressive stress resulting from the shock pulse in the most sensitive portion of the screw joint 5, this slender portion 10A of the guide rod 10 should have the same or longer length than the impact piston, This means that the length of the slender portion 10A should be at least 500 mm. This slender portion 10A simultaneously removes both before the torque pulse and the bending stress are transmitted to the screw joint 5 and into the very sensitive male thread of the rod 1 connected thereto.

안내 로드의 안내부 (10B) 는 드릴 비트 (3) 의 안내성을 개선하기 위해 구멍 벽과 접촉한 베어링으로서 동작하는 튜브 모양의 섹션이다. 예컨대 여섯 개의 긴 스플라인 대신 튜브 모양 섹션을 한정하는 주된 이유는 현장 경험으로부터 나온 것인데, 즉, 안내 튜브는 과적 드릴링 및 연성 착암에 있어서 덜 활동적인 것으로 여겨지는 반면, 여섯 개의 스플라인은 벽을 악화시켜 구멍을 붕괴시킬 수 있다는 것이다. 이러한 제 2 부분 (10B) 은 연마 암석과의 심한 마찰로 인한 높 은 마모를 견디기 위해, 48 ∼ 62 HRC 의 표면 경도로 탄소처리 또는 열처리 된다. 제 2 부분 (10B) 은, 개선된 안내를 위하여, 세척 영역의 증가 및 이와 동시에 스플라인과 구명 벽 사이의 간극을 감소시키기 위해 외부의 얕은 스플라인을 포함할 수 있다.The guide portion 10B of the guide rod is a tubular section that acts as a bearing in contact with the bore wall to improve the guideness of the drill bit 3. For example, the main reason for defining a tubular section instead of six long splines is from field experience, that is, the guide tube is considered less active in overdrilling and soft rock, while the six splines worsen the walls It can collapse. This second portion 10B is carbon treated or heat treated to a surface hardness of 48 to 62 HRC to withstand high wear due to heavy friction with the abrasive rock. The second portion 10B may include an external shallow spline to increase the cleaning area and at the same time reduce the gap between the spline and the life wall for improved guidance.

탑해머 유닛으로부터 드릴 비트에 충격 에너지를 전달하기 위한 본 발명에 따른 방법은 다음과 같이 요약될 수 있다. 탑해머 유닛은 충격파 (4A) 를 제공하는 피스톤을 갖는다. 각 충격파의 파장은 2L 이다. 상기 방법은,The method according to the invention for transferring impact energy from a top hammer unit to a drill bit can be summarized as follows. The tower hammer unit has a piston that provides the shock wave 4A. The wavelength of each shock wave is 2L. The method,

- 하나 이상의 연장 로드 (1) 또는 연장 튜브를 포함하는 드릴 스트링, 상기 규정된 바와 같은 착암 요소 (10), 및 드릴 비트 (3) 또는 드릴 비트 (3) 에 연결된 하나 이상의 안내 튜브를 제공하는 단계,Providing a drill string comprising at least one extension rod 1 or an extension tube, a rock drill element 10 as defined above, and at least one guide tube connected to the drill bit 3 or the drill bit 3 ,

- 피스톤 쪽을 향하는 상기 착암 요소 (10, 10') 의 단부 (11) 를 나사 조인트 (5) 를 통하여 연장 로드 (1) 또는 연장 튜브에 연결하는 단계,Connecting the end 11 of the rock element 10, 10 'facing the piston to the extension rod 1 or the extension tube via a screw joint 5,

- 피스톤을 가속하는 단계,-Accelerating the piston,

- 드릴 스트링의 단부에 충격을 가하여 충격파 (4A) 를 발생시키는 단계,Impacting the end of the drill string to generate a shock wave 4A,

- 어떤 반사파 (4B) 도 발생하기 전에 충격파 (4A) 의 반 이상이 나사 조인트 (5) 를 통과하도록 하는 단계, 및Allowing at least half of the shock wave 4A to pass through the screw joint 5 before any reflected wave 4B occurs, and

- 암석 내에 구멍을 만들기 위해 암석 물질에 대해 상기 드릴 비트를 회전시켜 충격을 가하는 단계를 포함한다.Rotating the drill bit against the rock material to make a hole in the rock and impacting it.

제 2 부분 (10B) 은 또한, 드릴 비트 및 암석에 대한 충격파의 전달을 최적화하기 위하여 길이 등이 변화될 수 있다. 본 발명에 따른 또 다른 안내 로드 (10') 가 도 4a, 도 4b 및 도 5 에 도시되어 있다. 이전의 설명과는 반대로, 드릴 비트 (3) 의 선형 질량은 종종 튜브의 선형 질량과 같지 않다. 드릴 비트 (3) 가 훨씬 무겁고, 마찬가지로 제 2 부분 (10B) 으로부터 드릴 비트 (3) 로의 나사 조인트 역시 그렇다. 이러한 관측 결과 때문에, 더 많은 에너지가 착암 기계 쪽으로 반사되고 암석에 전달되지 않는다.The second portion 10B may also vary in length and the like to optimize the transmission of shock waves to the drill bit and the rock. Another guide rod 10 ′ according to the invention is shown in FIGS. 4 a, 4b and 5. Contrary to the previous description, the linear mass of the drill bit 3 is often not equal to the linear mass of the tube. The drill bit 3 is much heavier, likewise the threaded joint from the second part 10B to the drill bit 3. Because of these observations, more energy is reflected toward the rock drilling machine and not delivered to the rock.

도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 선택적인 드릴 스트링 및 본 발명에 따른 선택적인 안내 로드 (10') 를 각각 개략적으로 나타내며, 여기서 상기 실시형태에서와 같이 동일한 도면 부호는 동일한 특징을 나타낸다. 선택적인 안내 로드 (10') 는 안내 로드 (10) 의 이점을 포함하며, 따라서 슬렌더부 (10A') 및 안내부 (10B') 를 포함한다. 안내 로드 (10) 와의 주된 차이점은 안내부 (10B') 의 길이 (L2') 가 감소되었다는 점이다. 슬렌더부 (10A') 의 길이 (L1') 는 착암 기계에서 사용된 피스톤의 길이를 초과하며, 즉 500 ㎜ 이상이다. 상기 선택적인 안내 로드 (10') 는 안내 로드 (10') 의 제 2 부분 (10B') 및 드릴 비트 (3) 를 통하여 전체적으로 암석에 더 많은 에너지를 제공할 가능성을 더 가진다. 제 2 부분 (10B') 및 드릴 비트 (3) 의 전체적인 길이는 실질적으로 착암 기계의 피스톤 길이의 반으로 설계되며, 이는 전체적인 길이는 실질적으로 입사 충격파 (4A) 의 1/4 임을 의미한다. 그러한 구성에 있어서, 충격파 (4A) 의 처음 절반은 비트 조립체가 추가된 안내부 내에서 제 1 응력 수준을 만들고, 충격파의 나머지 절반은 제 1 응력 수준을 더 높은 값으로 증가시킨다. 향상된 응력 수준은 그 후 탄화물 버튼을 암석 내로 더 밀어넣을 수 있게 된다. 이러한 공정은 실제로 암석에 대한 전체적인 에너지 전달 및 전체 효율을 개선할 수 있다.4A and 4B schematically show an optional drill string according to the invention and an optional guide rod 10 ′ according to the invention, respectively, wherein like reference numerals denote the same features as in the above embodiment. The optional guide rod 10 'includes the advantages of the guide rod 10, and thus includes a slender portion 10A' and a guide portion 10B '. The main difference from the guide rod 10 is that the length L2 'of the guide portion 10B' is reduced. The length L1 'of the slender portion 10A' exceeds the length of the piston used in the rock drilling machine, that is, 500 mm or more. The optional guide rod 10 'further has the possibility of providing more energy to the rock as a whole through the second portion 10B' and the drill bit 3 of the guide rod 10 '. The overall length of the second portion 10B 'and the drill bit 3 is designed to be substantially half of the piston length of the rock drilling machine, which means that the overall length is substantially one quarter of the incident shock wave 4A. In such a configuration, the first half of the shock wave 4A creates a first stress level in the guide where the bit assembly is added, and the other half of the shock wave increases the first stress level to a higher value. The improved stress level can then push the carbide button further into the rock. This process can actually improve the overall energy transfer and overall efficiency for the rock.

도 4a, 도 4b 및 도 5 에 관한 설명에 있어서, 비트 (3) 가 추가된 안내부 (10B') 의 이상적인 길이는 이론적으로는 피스톤 길이의 절반과 실질적으로 동일하다. 실제로, 유한 요소 해석에 의한 최적화는, 비트 길이가 추가된 전체적인 안내부는 대략 피스톤 길이의 1/3 이어야 한다. 이러한 값은 단지 암석에 대한 충격파의 전달을 최적화하는 방법으로서의 유한 요소 해석을 고려하는 한편, 튜브와 비트를 따른 참질량 (true mass) 분포를 고려하는 표시일 뿐이다.4A, 4B and 5, the ideal length of the guide portion 10B 'with the bit 3 added is in theory substantially equal to half of the piston length. In practice, the optimization by finite element analysis requires that the overall guide with the added bit length should be approximately one third of the piston length. These values are merely indications considering the finite element analysis as a way to optimize the transmission of shock waves to the rock, while taking into account the true mass distribution along the tube and the bit.

컴퓨터 시뮬레이션 테스트에서, 충격파 전달 효율은 0.7245 (종래 기술의 전장 안내 튜브에 의함) 에서 0.7677 (최적화된 안내부 (10B') 길이에 의함) 로 개선되었으며, 이는 약 6 % 의 에너지 전달 개선이 된다.In the computer simulation test, the shock wave transmission efficiency was improved from 0.7245 (by the prior art full length guide tube) to 0.7677 (by the optimized guide 10B 'length), which resulted in an energy transfer improvement of about 6%.

충격파 전달의 최적화는 필수적인 것은 아니다. 다양한 드릴링 상황을 해결하기 위하여, 구멍 내에 개선된 안내를 위한 다소 또는 훨씬 더 긴 안내부 (에너지 전달에 관해 최적화되지는 않음) 가 설계될 수도 있다. 예컨대, 구멍의 곧은 정도가 침투에 비해 훨씬 우선하는 경우이다. 그러한 안내 로드는 나사 조인트 (5) 내의 더 낮은 압축 응력, 더욱 고른 회전 응력 및 더욱 고른 굽힘 응력을 이용하여 드릴 스트링의 수명에 상당한 이득을 주게 된다.Optimization of shock wave transmission is not essential. To address various drilling situations, some or even longer guides (not optimized for energy transfer) may be designed for improved guidance in the hole. This is the case, for example, where the straightness of the holes takes precedence over penetration. Such a guiding rod utilizes lower compressive stress, more even rotational stress and more even bending stress in the screw joint 5 to give a significant benefit to the life of the drill string.

그러한 안내 로드 (10, 10') 는 스커트 (skirt) 및 암나사를 갖는 종래 기술의 드릴 비트를 수용하도록 설계되었다. 드릴 비트 (3) 는 표준 스커트 또는 안내 스커트 중 하나를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 상기 안내 로드의 실시형태는 안내 로드 (10, 10') 와 드릴 비트 (3) 사이의 주변 접촉 (숄더 (shoulder) 접촉이라고도 함) 을 갖는 것이 바람직하다. 큰 나사 주위로 숄더 접촉을 갖는 주된 이유는 드릴 비트의 주변 버튼에서 유용한 지점에 정확히 충격 에너지를 제공하기 위함이다.Such guide rods 10, 10 'are designed to accommodate prior art drill bits having a skirt and a female thread. The drill bit 3 can have either a standard skirt or a guide skirt. Embodiments of the guide rod according to the invention preferably have a peripheral contact (also called a shoulder contact) between the guide rods 10, 10 ′ and the drill bit 3. The main reason for having shoulder contact around a large screw is to provide precise impact energy at useful points in the peripheral button of the drill bit.

드릴 비트 (3) 는 선택적으로, 대응하는 암나사를 갖는 안내 로드 내부에 삽입되기 위해 수나사 삽입부를 갖도록 설계될 수 있다. 이러한 상황에서, 높은 마모를 견딜 수 있는 탄소처리된 안내부가 구멍 내부로 안내하기 위한 단독 수단이 될 수 있어, 드릴 비트 (3) 는 일체로 된 안내 장치를 전혀 요하지 않는다.The drill bit 3 can optionally be designed with a male thread insert for insertion into a guide rod with a corresponding female thread. In such a situation, the carbonized guide, which can withstand high wear, can be the sole means for guiding into the hole, so that the drill bit 3 does not require an integrated guide device at all.

지금까지 안내 로드는 그에 직접 연결된 비트를 갖는 것으로 알려져 왔다. 다양한 단면적 (㎟) 또는 선형 질량 (㎏/m) 의 두 개의 드릴 스트링을 함께 연결하는 중간 요소로서 안내 로드를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 60 ㎜ 의 드릴 로드는 안내 로드에 충격 펄스를 전달하고, 안내 로드는 더 무거운 선형 질량을 갖는 하나 이상의 안내 튜브에 연결된다. 드릴 비트 (3) 는 결국 마지막 안내 튜브에 연결된다.So far the guide rod has been known to have a bit directly connected to it. It is also possible to use guide rods as intermediate elements connecting two drill strings of various cross-sectional areas (mm 2) or linear mass (kg / m) together. For example, a 60 mm drill rod delivers a shock pulse to the guide rod, which is connected to one or more guide tubes with heavier linear mass. The drill bit 3 is eventually connected to the last guide tube.

로드의 드릴 스트링은 선택적으로 일련의 드릴 튜브일 수도 있으며, 이 경우 안내 로드 (10, 10') 는 유사한 형태지만 더 큰 치수를 갖는 안내 튜브로 대체된다. 그러한 안내 튜브는 그 상단부에서 드릴 튜브와 본질적으로 일치하고, 드릴 비트 직경에 맞도록 그 하단부에서 더 크고 무거운 튜브를 가져야 한다.The drill string of the rod may optionally be a series of drill tubes, in which case the guide rods 10, 10 ′ are replaced with guide tubes of similar shape but with larger dimensions. Such a guide tube essentially coincides with the drill tube at its upper end and should have a larger and heavier tube at its lower end to match the drill bit diameter.

본 발명은 나사 조인트가 바람직하지 않은 반사 영역 밖으로 이동된 안내 로드를 제안한다. 그에 의하여, 드릴 스트링에 연결되는 나사 조인트의 과다한 응력을 피하는 효율적이고 수명이 긴 안내 수단 및 고효율의 충격파 전달 등의 여 러 이점이 얻어진다.The present invention proposes a guide rod in which the screw joint has been moved out of the undesirable reflection area. Thereby, several advantages are obtained, such as efficient and long-life guide means and high efficiency shock wave transmission, which avoid excessive stress on the screw joints connected to the drill string.

본 발명은 비록 바람직한 실시형태에 관하여 설명되었지만, 청구범위에 규정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 구체적으로 기술되지 않은 부가, 삭제, 변형, 대체 등이 당업자에 의하여 이루어질 수 있다.Although the invention has been described in terms of preferred embodiments, additions, deletions, modifications, substitutions, etc., which are not specifically described within the scope of the invention as defined in the claims may be made by those skilled in the art.

Claims

제 1 부분 (10A; 10A') 및 제 2 부분 (10B; 10B') 을 포함하는 기다란 본체를 갖고, 상기 제 1 부분 (10A; 10A') 은 드릴 로드 (1) 또는 드릴 튜브에 연결되도록 설계된 암나사 (16) 또는 수나사를 갖는, 충격식 탑해머 드릴링에 사용하기 위한 착암 요소에 있어서,It has an elongated body comprising a first portion 10A; 10A 'and a second portion 10B; 10B', the first portion 10A; 10A 'designed to be connected to a drill rod 1 or a drill tube. In the rock drilling element for use in impact top hammer drilling, with female thread 16 or male thread,

상기 제 1 부분 (10A; 10A') 은 상기 암나사 (16) 의 주 직경과 거의 동일한 외경 (D1) 을 갖고, The first portion 10A; 10A 'has an outer diameter D1 substantially equal to the main diameter of the female screw 16,

드릴 가공될 구멍 내에 반경 방향 안내를 위한 안내부를 형성하는 상기 제 2 부분 (10B; 10B') 은, 드릴 비트 또는 안내 튜브에 연결되도록 설계된 수나사 (15) 또는 암나사 (16) 를 가지며,The second part 10B; 10B ', which forms a guide for radial guidance in the hole to be drilled, has a male screw 15 or a female screw 16 designed to be connected to a drill bit or a guide tube,

상기 제 1 부분 (10A; 10A') 의 길이는 500 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 착암 요소.The rock drilling element, characterized in that the length of said first portion (10A; 10A ') is at least 500 mm.

제 1 항에 있어서, 상기 제 1 부분 (10A; 10A') 의 외경 (D1) 은 상기 제 1 부분 (10A; 10A') 에 관계된 나사의 주 직경의 90 ∼ 110 % 인 착암 요소.The rock element according to claim 1, wherein the outer diameter (D1) of said first portion (10A; 10A ') is 90 to 110% of the major diameter of the screw associated with said first portion (10A; 10A').

제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 부분 (10B; 10B') 의 외경 (D2) 은 상기 제 1 부분 (10A; 10A') 의 외경의 105 ∼ 250 % 인 착암 요소.The rock element according to claim 1 or 2, wherein the outer diameter (D2) of the second portion (10B; 10B ') is 105 to 250% of the outer diameter of the first portion (10A; 10A').

제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 부분 (10B; 10B') 의 단면적은 상기 제 1 부분 (10A; 10A') 의 단면적의 최대 250 % 인 착암 요소.The rock element according to any one of the preceding claims, wherein the cross-sectional area of the second portion (10B; 10B ') is at most 250% of the cross-sectional area of the first portion (10A; 10A').

제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 부분 (10B; 10B') 은 외부 스플라인을 갖는 착암 요소.The rock element according to any one of the preceding claims, wherein the second portion (10B; 10B ') has an outer spline.

제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 부분 (10A; 10A') 및/또는 제 2 부분 (10B; 10B') 은 서로 마찰 용접되어 있는 것이 바람직한 다수의 요소들로 구성되어 있는 착암 요소.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the first portion (10A; 10A ') and / or the second portion (10B; 10B') consists of a plurality of elements which are preferably friction welded to each other. Rock drilling elements.

드릴 비트, 하나 이상의 연장 로드 (1) 또는 연장 튜브를 포함하는 충격식 착암용 드릴 스트링에 있어서, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 규정된 바와 같이, 상기 드릴 스트링은 착암 요소 (10; 10') 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴 스트링.Impact drill drill string comprising a drill bit, at least one extension rod (1) or extension tube, as defined in any of claims 1 to 6, the drill string comprises a rock drill element (10). 10 ') further comprising a drill string.

각각의 길이가 (2L) 인 충격파 (4A) 를 제공하는 피스톤을 갖는 탑해머 유닛으로부터 드릴 비트에 충격 에너지를 전달하는 방법으로서,A method of transferring impact energy to a drill bit from a top hammer unit having a piston for providing a shock wave 4A of each length (2L),

- 하나 이상의 연장 로드 (1) 또는 연장 튜브를 포함하는 드릴 스트링, 상기 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에서 규정된 바와 같은 착암 요소 (10; 10'), 및 드릴 비트 (3) 또는 드릴 비트 (3) 에 연결된 하나 이상의 안내 튜브를 제공하 는 단계,A drill string comprising at least one extension rod 1 or an extension tube, a rock drill element 10 as defined in claim 1, and a drill bit 3 or Providing at least one guide tube connected to the drill bit (3),

- 피스톤을 가속하는 단계,-Accelerating the piston,

- 암석 내에 구멍을 만들기 위해 암석 물질에 대해 상기 드릴 비트를 회전시켜 충격을 가하는 단계를 포함하는, 탑해머 유닛으로부터 드릴 비트에 충격 에너지를 전달하는 방법.Rotating the drill bit against the rock material to make a hole in the rock, the method comprising transferring impact energy from the top hammer unit to the drill bit.