NO332477B1 - Rock drilling machine with self-propelled reamer - Google Patents

Description

BERGBOREMASKIN MED SELVGÅENDE OPPRØMMER ROCK DRILLING MACHINE WITH SELF-PROPELLING RECOILER

Denne oppfinnelse vedrører en bergboremaskin. Nærmere bestemt dreier det seg om bergboremaskin som omfatter et borparti med en borekrone og tilhørende gir og drivmotor, et strengparti samt rør og ledninger for tilførsel av borevæske og energi. This invention relates to a rock drilling machine. More specifically, it is a rock drilling machine that includes a drill part with a drill bit and associated gear and drive motor, a string part as well as pipes and cables for the supply of drilling fluid and energy.

Under boring i berg er det vanlig at en borekrone er koplet til en borestreng som for-løper gjennom et borehull og til en støtteanordning på utsiden av borehullet. For å oppnå en avvirkning er det nødvendig å forskyve borestrengen innover i borehullet med en betydelig kraft. During drilling in rock, it is common for a drill bit to be connected to a drill string that runs through a borehole and to a support device on the outside of the borehole. To achieve a cut-off, it is necessary to move the drill string into the borehole with a significant force.

Med støtteanordning menes i denne sammenheng et utstyr som er anbrakt ved borehullets åpning og som er innrettet til i det minste å kunne forskyve et strengparti i borehullet eller å dreie stengpartiet om sin senterakse, eller å være forsynt med utstyr for styring og energitilførsel til borpartiet og strengpartiet. In this context, supporting device means a piece of equipment that is placed at the opening of the borehole and which is arranged to be able to at least displace a part of the string in the borehole or to rotate the rod part about its central axis, or to be equipped with equipment for control and energy supply to the borehole and the string part.

Den aksiale forskyvingskraft må kunne overvinne kraften som trengs for å forskyve selve strengpartiet og borpartiet i borehullet og dessuten påføre borpartiets borekrone tilstrekkelig aksialkraft til at avvirkning av masse skal kunne finne sted. The axial displacement force must be able to overcome the force needed to displace the string part itself and the drill part in the borehole and also apply sufficient axial force to the drill bit of the drill part so that removal of mass can take place.

Ved boring fra et lavere parti og for eksempel til bunnen av et høyere beliggende vannreservoar hvor i det minst en del av borehullet kan innta en tilnærmet vertikal retning, kan en betydelig andel av borpartiet og strengpartiet sine vekter bli overført til støtteanordningen. When drilling from a lower part and, for example, to the bottom of a higher situated water reservoir where at least part of the borehole can assume an approximately vertical direction, a significant proportion of the weights of the drill part and the string part can be transferred to the support device.

Det har vist seg at nødvendig aksialkraft i strengpartiet kan begrense hvor stor diameter og hvor lange borehull som kan bores bed hjelp av boreanordninger ifølge kjent teknikk. It has been shown that the necessary axial force in the string section can limit the diameter and length of boreholes that can be drilled with the help of drilling devices according to known techniques.

WO 2008013458 Al beskriver en bergboremaskin med en pilotborkrone og en under-rømmerkrone som drives av en felles motor via en girboks, og borkronen(e) føres inn i berggrunnen ved hjelp av en matestreng som strekker seg fra en mateinnretning på utsiden av borehullet. WO 2008013458 Al describes a rock drilling machine with a pilot drill bit and an under-reamer bit driven by a common motor via a gearbox, and the drill bit(s) are fed into the bedrock by means of a feed string extending from a feed device on the outside of the borehole.

US 2007/163810 Al beskriver en bunnhullssammenstilling for retningsboring i en un-dergrunnsformasjon. Sammenstillingen omfatter en borkrone, en stabiliseringsenhet lokalisert rett bak borkronen, en retningsanordning og et fleksibelt ledd. I en utførelse er en opprømmer anordnet rett bak borkronen, og borkronen og opprømmeren drives av en felles drivenhet. US 2007/163810 Al describes a bottom hole assembly for directional drilling in a subsurface formation. The assembly comprises a drill bit, a stabilization unit located directly behind the drill bit, a directional device and a flexible joint. In one embodiment, a reamer is arranged directly behind the drill bit, and the drill bit and the reamer are driven by a common drive unit.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy or reduce at least one of the disadvantages of known technology.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav. The purpose is achieved according to the invention by the features indicated in the description below and in the subsequent patent claims.

Det er tilveiebrakt en bergboremaskin som omfatter et borparti med borekrone og tilhørende gir og drivmotor, et strengparti samt rør og ledninger for tilførsel av borevæske og energi, og som kjennetegnes ved at strengpartiet i en avstand fra borekro-nen er forsynt med en selvgående opprømmer med opprømmerkrone, selvstendig gir og drivmotor for opprømmerkronen, samt støttesko som er forspennbare mot et borehull og aksialforskyvbare relativt opprømmeren. A rock drilling machine has been provided which comprises a drill part with a drill bit and associated gear and drive motor, a string part as well as pipes and cables for the supply of drilling fluid and energy, and which is characterized by the fact that the string part at a distance from the drill bit is equipped with a self-propelled retractor with reamer crown, independent gear and drive motor for the reamer crown, as well as support shoes which are pre-tensioned against a drill hole and axially displaceable relative to the reamer.

Ved å anordne en selvgående opprømmer i strengpartiet, kan et borehulls diameter økes betydelig uten å måtte øke en støtteanordnings skyvekraft. Opprømmeren, som er koplet til strengpartiet, følger strengpartiet i borehullet, idet strengpartiet på i og for seg kjent måte er forsynt med komponenter for retningsstyring av borekronen. By arranging a self-propelled reamer in the string section, the diameter of a borehole can be increased significantly without having to increase the thrust of a support device. The winder, which is connected to the string section, follows the string section in the borehole, as the string section is provided in a manner known per se with components for directional control of the drill bit.

Opprømmeren, som opptar dreiemoment fra opprømmerkronen, kan være innrettet til å tilføre borekronen en aksialkraft og til å oppta dreiemoment fra borekronen via strengpartiet. Støtteanordningen kan derved avlastes helt eller i det minste i betydelig grad. The reamer, which absorbs torque from the reamer bit, can be arranged to supply the drill bit with an axial force and to absorb torque from the drill bit via the string section. The support device can thereby be relieved completely or at least to a considerable extent.

Rør og ledninger for tilførsel av borevæske og energi kan være fleksible i det minste over en andel av et borehulls lengde. Bergboremaskinen kan derved fjernstyrt forskyves innover i borehullet ved å trekke med seg slanger og ledninger for eksempel fra spoler på utsiden av borehullet. Pipes and lines for the supply of drilling fluid and energy can be flexible at least over a proportion of the length of a borehole. The rock drilling machine can thereby be moved remotely into the borehole by pulling along hoses and wires, for example from coils on the outside of the borehole.

En bergboremaskin i henhold til oppfinnelsen muliggjør boring av relativt lange borehull med diameter større enn én meter uten anvendelse av en konvensjonell rørstreng til borehullets utside. Nødvendig omfang av utstyrstransport, ofte i ulendt terreng, typisk ved hjelp av helikopter, reduseres betydelig. Arbeidet knyttet til oppbygging og demontering av rørstrengen bortfaller og borehullsåpningen kan anordnes også på steder hvor det vanskelig lar seg gjøre å anbringe en støtteanordning, for eksempel under vann. A rock drilling machine according to the invention enables the drilling of relatively long boreholes with a diameter greater than one meter without the use of a conventional pipe string to the outside of the borehole. The necessary scope of equipment transport, often in rough terrain, typically with the help of a helicopter, is significantly reduced. The work connected to the construction and dismantling of the pipe string is omitted and the borehole opening can also be arranged in places where it is difficult to place a support device, for example under water.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en skisse av en bergboremaskin i henhold til oppfinnelsen under boring i et tilnærmet vertikalt borehull; Fig. 2 viser i større målestokk en skisse av en opprømmer, delvis i snitt, hvor opprømmerens støttesko er utspent, idet opprømmeren er under forsky-ving fremover; og Fig. 3 viser det samme som i fig. 2, men her er støtteskoene inntrukket, idet In what follows, an example of a preferred embodiment is described which is illustrated in the accompanying drawings, where: Fig. 1 shows a sketch of a rock drilling machine according to the invention during drilling in an approximately vertical borehole; Fig. 2 shows on a larger scale a sketch of a winder, partly in section, where the winder's support shoe is extended, the winder being displaced forward; and Fig. 3 shows the same as in fig. 2, but here the support shoes are retracted, i.e

støtteskoene er under forskyvning til sin utgangsposisjon. the support shoes are being shifted to their starting position.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en bergboremaskin som befinner seg i et borehull 2 og hvor bergboremaskinen 1 omfatter et borparti 4 og et strengparti 6. In the drawings, the reference number 1 denotes a rock drilling machine which is located in a borehole 2 and where the rock drilling machine 1 comprises a drill part 4 and a string part 6.

Borpartiet 4 omfatter en borkrone 8, en stabilisator 10, et bærelager 12, et gir 14 og en motor 16 samt en retningsstyreanordning 18. The drill part 4 comprises a drill bit 8, a stabilizer 10, a support bearing 12, a gear 14 and a motor 16 as well as a direction control device 18.

Strengpartiet 6 omfatter hjelpemoduler 20 som inkluderer ikke viste hydraulikkpum-per, en effektomformer og instrumenter. Strengpartiet 6 er dessuten, foruten rørleng-der 22, forsynt med en navigasjonsmodul 24, en sentreringsmodul 26 og en selvgående opprømmer 28. The string part 6 comprises auxiliary modules 20 which include not shown hydraulic pumps, a power converter and instruments. The string part 6 is also, in addition to pipe lengths 22, provided with a navigation module 24, a centering module 26 and a self-propelled retractor 28.

Komponentene 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 og 26 er av i og for seg kjent utførel-se og virkemåte og beskrives ikke nærmere. The components 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 and 26 are of known design and operation in and of themselves and are not described in more detail.

Opprømmeren 28 omfatter en huskonstruksjon 30 som er forsynt med en fremre kopling 32 for tilkopling til en rørlengde 22. Bak den fremre kopling 32 er det anordnet et motorhus 34 som er ved hjelp av føringsskinner 36 er koplet til opprømmerens 28 bakpart i 38. Bakpartiet 38 er utformet med en bakre kopling 40 som er innrettet til å kunne koples til et ikke vist strengparti, eller til rør og ledninger 42 for tilførsel av bo-re væske og energi. The winder 28 comprises a housing construction 30 which is provided with a front connection 32 for connection to a length of pipe 22. Behind the front connection 32 there is arranged a motor housing 34 which is connected by means of guide rails 36 to the rear part of the winder 28 in 38. The rear part 38 is designed with a rear coupling 40 which is designed to be able to be connected to a string section not shown, or to pipes and lines 42 for the supply of drilling fluid and energy.

En bes kytte I ses rø r 44 rager i retning fremover fra det bakre parti 38. A tube 44 can be seen projecting in the forward direction from the rear part 38.

En opprømmerkrone 46 er dreibart anordnet ved den fremre kopling 32 og drives via et gir 48 av motorer 50 som befinner seg i motorhuset 34. Motorene 50 tilføres elekt-risk energi via rør og ledninger 42. A reamer crown 46 is rotatably arranged at the front coupling 32 and is driven via a gear 48 by motors 50 located in the motor housing 34. The motors 50 are supplied with electrical energy via pipes and wires 42.

En fremmatingsramme 52 er aksialforskyvbart opplagret på føringsskinnene 36. Fremmatingsrammen 52 forskyves frem og tilbake i opprømmeren 28 av hydrauliske føringssylindre 54. A feed frame 52 is axially displaceable supported on the guide rails 36. The feed frame 52 is moved back and forth in the reamer 28 by hydraulic guide cylinders 54.

Fire støttesko 56 er radialforskyvbart anordnet i respektive spennsylindre 58 i fremmatingsrammen 52. Spennsylindrene 58 er innrettet til å kunne forskyve sine respektive støttesko 56 mellom en inntrukket, uvirksom posisjon, se fig. 3, og en utskjøvet, aktiv posisjon, se fig. 2. Four support shoes 56 are radially displaceable arranged in respective tension cylinders 58 in the feed frame 52. The tension cylinders 58 are designed to be able to displace their respective support shoes 56 between a retracted, inactive position, see fig. 3, and an extended, active position, see fig. 2.

Et teleskoprør 64 er koplet til fremmatingsrammen 52 og er forskyvbart langs motorhuset 34 og beskyttelsesrøret 44. Det er anordnet tetninger 66, her i form av belgtet-ninger, ved teleskoprørets 54 endepartier. A telescopic tube 64 is connected to the feed frame 52 and is displaceable along the motor housing 34 and the protective tube 44. Seals 66, here in the form of bellows seals, are arranged at the end parts of the telescopic tube 54.

Når bergboremaskinen 1 skal bore, startes borekronen 8 og opprømmerkronen 46. Retningsstyreanordningen 18 stilles inn med grunnlag i informasjon fra navigasjons-modulen 24. When the rock drilling machine 1 is to drill, the drill bit 8 and the reamer bit 46 are started. The direction control device 18 is set based on information from the navigation module 24.

Opprømmerens 28 støttesko 56 forskyves ut mot borehullets 2 vegg ved at spennsylindrene 58 trykksettes, se fig. 2. The support shoe 56 of the winder 28 is displaced towards the wall of the borehole 2 by pressurizing the tension cylinders 58, see fig. 2.

Forskyvningssylindrene 54 forskyver deretter opprømmeren 28 og derved bergboremaskinen 1 innover under avvirkning av materiale. The displacement cylinders 54 then displace the reamer 28 and thereby the rock drilling machine 1 inwards during removal of material.

Når fremmatingsrammen 52 er forskjøvet til sin endeposisjon i opprømmeren 28, avlastes spennsylindrene 58 hvorved støtteskoene 56 ikke lenger klemmer mot borehullets 2 vegg, se fig. 3. Føringssylindrene 54 forskyver deretter fremmatingsrammen 52 til sin utgangsposisjon i opprømmeren 28. When the feed frame 52 has been moved to its end position in the reamer 28, the tension cylinders 58 are relieved whereby the support shoes 56 no longer clamp against the borehole 2 wall, see fig. 3. The guide cylinders 54 then move the feed frame 52 to its starting position in the winder 28.

Mens støtteskoene 56 er avlastet, holdes boremaskinen 1 i posisjon for eksempel ved å øke sentreringsmodulens 26, eller retningsstyreanordningens 18 kontakttrykk mot borehullets 2 vegg. While the support shoes 56 are relieved, the drilling machine 1 is held in position, for example by increasing the contact pressure of the centering module 26 or the directional control device 18 against the borehole 2 wall.

Fremmatingssekvensen repeteres for videre forskyvning av bergboremaskinen 1. The feed sequence is repeated for further displacement of the rock drill 1.

Claims (4)

1. Bergboremaskin (1) omfattende et borparti (4) med borekrone (8) og tilhørende gir (14) og drivmotor (16), et strengparti (6) samt rør og ledninger (42) for tilfør-sel av borevæske og energi,karakterisert vedat strengpartiet (6) i en avstand fra borekronen (8) er forsynt med en selvgående opprømmer (28) omfattende opprømmerkrone (46), selvstendig gir (48) og drivmotor (50) for opprømmerkronen (46), samt støttesko (56) som er forspennbare mot et borehull (2) og aksialforskyvbare relativt opprømmeren (28).1. Rock drilling machine (1) comprising a drill part (4) with drill bit (8) and associated gear (14) and drive motor (16), a string part (6) as well as pipes and wires (42) for the supply of drilling fluid and energy, characterized in that the string part (6) at a distance from the drill bit (8) is provided with a self-propelled reamer (28) comprising the reamer bit (46), independent gear (48) and drive motor (50) for the reamer bit (46), as well as support shoes (56) which can be biased against a drill hole (2) and axially displaceable relative to the winder (28). 2. Bergboremaskin (1) i henhold til krav 1,karakterisert vedat opprømmeren (28) er innrettet til å kunne tilføre borekronen (8) en aksialkraft.2. Rock drilling machine (1) according to claim 1, characterized in that the reamer (28) is designed to be able to supply the drill bit (8) with an axial force. 3. Bergboremaskin (1) i henhold til krav 1,karakterisert vedat opprømmeren (28) er innrettet til å oppta dreiemoment fra opprømmerkronen (46) og borekronen (8).3. Rock drilling machine (1) according to claim 1, characterized in that the reamer (28) is designed to receive torque from the reamer bit (46) and the drill bit (8). 4. Bergboremaskin (1) i henhold til krav 1,karakterisert vedat rør og ledninger (42) for tilførsel av borevæske og energi er fleksible i det minste . over en andel av et borehulls (2) lengde..._4. Rock drilling machine (1) according to claim 1, characterized in that pipes and lines (42) for supplying drilling fluid and energy are at least flexible. over a proportion of a borehole's (2) length..._