SE501283C2 - Bergborrmaskin - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 501 283 KORT FIGURBESKRIVNING I den fö1jande beskrivningen av en föredragen utföringsform kommer att hänvisas tiii bifogade ritningsfigurer, av vilka Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig. 1 10 11 utgör en perspektivisk vy av en enhet som i det följande benämns drivenhet, utgör en perspektivisk vy av en enhet benämnd förankrings- enhet och av en enhet benämnd matningsenhet, utgör en sidovy, deivis schematisk, av den integrerade borrmaskinen under borrning i ett borrhåi, i större ska1a en gejd och drivaxe1 i genomskärning i IV-IV i Fig. 3, visar en vy visar i samma ska1a ett styrbiock i genomskärning i en vy V-V i Fig. 3, i samma ska1a styrb1ocket med fästdon i inaktivt 1äge i VI-VI i Fig. 3, visar en vy visar samma vy som Fig. 6 men med fästdonen i aktivt ïäge, visar i samma ska1a en vy VIII-VIII i Fig. 3, visar i samma ska1a en matningsenhet i en vy IX-IX i Fig. 3, en sidovy av ett s k startrör i arbets1äge, och. utgör iiiustrerar en aiternativ utformning av spoisystem och av borrkronans anslutning.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Borrmaskinen 1 består funktione11t av tre huvuddeiar, nämïigen en enhet som här benämns drivenhet 1, en enhet som här benämns förank- 10 15 20 25 30 35 501 283 ringsenhet 2, och en enhet 3, här benämnd matningsenhet, vilken är anordnad mellan förankringsenheten 2 och drivenheten 1.

Drivenheten 1 innefattar bakifrån och framåt följande komponenter: en riktningsgivare 4, en hydraulmotor 5 med in- och utgångsledningar 6, 7 för hydraulmedium, en växellåda 8, en bakre monteringsplatta 9, en rörformig gejd 10 som utmed större delen av sin längd uppvisar tre längsgående, radiellt utåtriktade splines ll, en främre monterings- platta 12, som på baksidan uppvisar tre par fästen 14 för hydraul- cylindrar, som ingår i matningsenheten 3, en borrhals 15, en vatten- ledning 16 för spolvatten, första fästdon 17 på borrhalsen 15 samt en hydraulledning 18 till de första fästdonen 17, en borrkrage 19, en borrnacke 20 och en borrkrona 21 längst fram samt mellan växellådan 8 och borrkronan 21 en drivaxel 22, som sträcker sig genom ett invändigt hålrum 23 i gejden 10. Borrnacken 20 kan eventuellt ersättas med en krage som svetsas fast direkt på borrkronan 21. Denna sammanfogas sedan genom skruvförband med sin motsvarighet framför borrhalsen 15, såsom kommer att beskrivas med hänvisning till Fig. ll.

Förankringsenheten 2 består av ett bakre och ett främre styr- och förankringsaggregat 29, 29', vilka aggregat är förenade med varandra genom en längsgående, väsentligen trekantig lådbalk 34, som omger gejden 10. De båda bakre och främre styr- och förankringsaggregaten 29, 29' är identiskt men spegelvänt utformade. De innefattar var och en ett bakre respektive främre styrblock 30, 30', ett bakre respektive främre andra fästdon 31, 31' och en bakre respektive en främre monteringsskiva 33, 33'.

De båda styrblocken 30, 30', såsom styrblocket 30, Fig. 5, har i genomskärning den väsentliga formen av en liksidig triangel med kraftiga radiella utskott 36 i triangelns hörn. Genom styrblockets centrum sträcker sig ett hål 37, som är större än gejdens 10 ytter- dimensioner, men i övrigt har en form som överensstämmer med den hos gejden 10. Mellan hålets 37 vägg och gejden 10 finns sålunda en spalt 38 som sträcker sig runtom gejden 10, inklusive omkring gejdens splines eller utskott ll. På grund av denna spalt 38 kan gejden 10 ställas in i olika vinklar - inom ett visst, begränsat variations- 10 15 20 25 30 35 501 283 omrâde - relativt en centrumlinje genom förankringsenheten 2. Styr- blocken 30 och 30' har en ytterdiameter som är mindre än diametern i det avsedda borrhålet. För att kunna användas för borrhål med olika diametrar, är styrblocken 30, 31 delbara och därmed utbytbara.

Känntecknande för rullborrkronor är att slitaget i diametral riktning är försumbart, varför håldiametern kan betraktas som konstant utmed borrhålets hela längd. Detta förhållande utnyttjas vid uppfinningen för centreringen av förankringsenheten 2 i borrhålet med hjälp av de båda styr- och förankringsaggregaten 29, 29', närmare bestämt med hjälp av de bakre och främre andra fästdonen 31, 3l'.

Vart och ett av de bakre andra fästdonen 31, Fig. 6 och Fig. 7 (de främre andra fästdonen 31' är utformade på samma sätt som de bakre andra fästdonen 31) innefattar en förankringsklack 41, som kan förflyttas mellan ett inaktivt, indraget läge, Fig. 6, till ett aktivt förankringsläge, Fig. 7, med hjälp av en hydraulkolv 42, som via en kort, grov kolvstång 43 är förbunden med fästklacken 41 och rörlig i en hydraulcylinder 44. Hydraulcylindern 44 utgörs av en hylsa eller foder, inspänd i en urborrning 45 i styrblocket 30 mellan urborr- ningens botten och en lâsring 46, som är fastskruvad i styrblocket 30.

Hydraulolja tillförs till och avleds från en hydraulkammare 47 via en kanal 48 i styrblocket 30. I förankringsklackens 41 yta är ett antal hårdmetallstift 49 i form av runda kulor infästade, så att de står ut från förankringsklackens yta.

Samtidigt som låsringen 46 låser fast fodret 44 i urborrningen 45, fungerar det som styrning för kolvstången 43 samt som ändstopp för kolvens 42 utåtriktade rörelse. Avståndet 8 mellan kolven 42 och låsringen 46, då kolven 42 är maximalt tillbakaförd i hydraulkammaren 47 och förankringsklacken 41 är maximalt tillbakaförd till inaktivt läge i ett spår 39 i styrblocket 30, är valt så att det överensstämmer med bredden på spalten A mellan hålväggen och förankringsklacken 41.

Genom att A = B, centreras styrblocket 30 i borrhålet, då de tre kolvarna 42 pressas ut i respektive hydraulkammare 47 till anliggning mot låsringen 46. Samtidigt tränger hârdmetallstiften 49 in i berget och förstärker förankringen. Returrörelsen åstadkommes genom tryck- l0 15 20 25 30 35 561 283 avlastning av hydraulkammaren 47 genom kanalen 48, så att hela förankringsenheten 2 kan sjunka ned och bli liggande på den undre borrhålsväggen (det förstås att borrhålet är horisontellt eller åtminstone i någon mån lutar mot vertikalplanet), varefter enheten kan släpas framåt (eller bakåt) i borrhålet.

Styrblocken 30, 30' avslutas med den bakre respektive den främre monteringsskivan 33, 33', Fig. 8, som är fastskruvad vid respektive styrblock. Monteringsskivorna uppvisar urtag 50, 55 mittför de fria utrymmena 35 mellan styrblockens utskott 36 för dragning av hydraul- ledningar samt spolvattenledning. Lådbalken 34 är fastsvetsad till de båda monteringsskivorna 33, 33' och förbinder därmed de bakre och främre styr- och förankringsaggregaten 29, 29' till att bilda en integrerad förankringsenhet 2.

Eventuellt kan vattenledningen l6 ersättas med ett inlopp framför den bakre monteringsplattan 33. Vattnet kan i detta fall ledas in i spalten 23 mellan drivaxeln 22 och gejden l0.

Matningsenheten 3 består av tre hydraulcylindrar 60, 6l, 62 som är anordnade i stjärnformation, såsom framgår av Fig. 9, parallellt med eller under en viss liten vinkel mot borrmaskinens centrumlinje 25. I bakändarna är de ledat monterade vid det främre styrblocket 30 via fästöron 63 och i främre änden är de ledat fästade vid den främre monteringsplattan l2 via fästöron 64. Till och från de tre hydraul- cylindrarna 60-62 leder hydraulslangar eller hydraulrör 65a, 65b, 66a, 66b, 67a, 67b.

De tre hydraulcylindrarna 60-62 kan manövreras individuellt och oberoende av vad andra genom reglering av tryckmediet i anslutnings- ledningarna 65a-67a, det vill säga genom individuell reglering av hydraulcylindrarnas framdrivande kraft. Denna manövrering utförs i beroende av drivenhetens l inriktning relativt förankringsenheten 2, som är väl centrerad i borrhålet. Ett mått på riktningen erhålls av riktningsgivaren 4. lO l5 20 25 30 35 501 283 Som riktningsgivare 4 kan användas olika hjälpmedel, som kan arbeta enligt helt skilda principer. Exempelvis kan riktningsgivaren 4 utgöras av en laser, som sänder en laserstrâle bakåt i linje eller parallellt med drivenhetens l centrumlinje 25. I borrhålets mynning finns i detta fall en avkännare som noterar laserstrålens och därmed drivenhetens l riktning i förhållande till en viss given riktning.

Beroende på mätresultatet kan därefter eventuella korrigeringar göras genom individuell manövrering av de tre hydraulcylindrarna 60-62.

Alternativt kan riktningsgivaren 4 utgöras av en gyrokompass, som ger ett mått på drivenhetens l riktning i förhållande till en given riktning. Detta mätvärde, som kan erhållas som elektriska parametrar, kan sändas till borrhålets mynning och där avläsas för manuell eller automatisk reglering av manövercylindrarna.

Förutom de nämnda hydraulledningarna 65a-67b till manövercylindrarna 60-62 går en icke visad hydraulledning till hydraulkanalen 48 till de bakre andra fästdonen 3l och en ledning 68 till de främre andra fästdonen 3l'. De nämnda, i utrymmena 35 anordnade ledningarna har inte visats i Fig. 6 och Fig. 7.

Den beskrivna maskinen fungerar på följande sätt. Utgångsläget antas vara det som visas i Fig. 3. Hydraulmotorn 5 driver axeln 22 via växeln 8 och roterar därmed borrkronan 21. Förankringsenheten 2 är, på sätt som beskrivits i det föregående centrerad i borrhålet med hjälp av de bakre och främre andra fästdonen 3l, 3l', som tidigt förankrar hela borrmaskinen i borrhålet under inverkan av det hydraultryck som verkar på förankringsklackarna 4l, l'.

Drivenhetens l riktning avkänns med hjälp av riktningsgivaren 4 och de avkänningsorgan, som är anordnade utanför borrhålet, och som ovan beskrivits, och i beroende av den aktuella riktningen manövreras de tre hydraulcylindrarna 60, 6l och 62 individuellt, så att drivenhetens l riktning i förhållande till förankringsenhetens 2 centrumlinje ändras samtidigt som samma hydraulcylindrar matar drivenheten l framåt med gejden l0 glidande i styrblocken 30, 30'. Riktningsjusteringen är möjlig tack vare spalten 38 mellan gejden l0 och periferin av hålrum- l0 l5 20 25 30 35 5 01 283 met 37 i de båda styrblocken 30, 30'. Gejden 10 och därmed hela driv- enheten l kan med andra ord snedställas en liten vinkel relativt förankringsenheten på grund av den nämnda spalten 38 i de båda styrblocken 30, 30'.

Vid borrningen frammatas sålunda drivenheten l relativt den i borr- hålet stillastående förankringsenheten 2 av de tre hydraulcylindrarna 60-62, varvid gejden l0 glider i hålrummet 37 i styrblocken 30, 30'.

När drivenheten l med borrkronan 2l drivits fram under borrning i berget, så långt som hydraulcylindrarna 60-62 medger, avbryts till- förseln av hydraulfluidum till hydraulcylindrarna 60-62 via anslut- ningsledningarna 65a-67a. Tryckmedium tillförs därefter till de första fästdonen l7, som är anordnade på drivenheten, närmare bestämt på borrhalsen l5 enligt utföringsformen, varvid dessa första fästdon l7 trycks ut radiellt till ingrepp mot borrhålsväggen. Därefter tryck- avlastas de andra fästdonen 31, 31' med avseende på hydraultrycket i dessas hydraulledningar.

I nästa moment tillförs hydraulmedel under tryck till hydraul- cylindrarna 60-62 genom ledningarna 65b-67b, så att hydraulkolvarna gör ett returslag, varigenom förankringsenheten 2 släpas framåt ett stycke motsvarande hydraulcylindrarnas 60-62 slaglängd, varvid de tryckavlastade förankringsklackarna 4l, 41' kan släpa mot borrhåls- väggen, såsom beskrivits i det föregående. Därefter trycksätts ånyo de bakre och främre andra fästdonen 3l, 3l' genom tillförsel av hydraul- fluidum under tryck, så att förankringsenheten 2 åter stadigt för- ankras i borrhålet, samtidigt som de första fästdonen l7 pâ driv- enheten l tryckavlastas och frigörs från sina ingrepp mot borrhåls- väggen. Därmed är en arbetscykel fullbordad, och drivningen kan fortsätta såsom beskrivits ovan.

De främre fästdonen l7 fungerar som fallsäkring genom att de är fjäderbelastade. Normalt är de aktiverade, när förankringsenheten 2 släpas fram vid omtag. Vid borrning dras de in medelst hydraultryck på minussidan. De främre fästdonens l7 funktion är alltså att bära borrmaskinens egen vikt samt motstå den friktion som uppstår när 501 283 l0 l5 20 25 30 35 förankringsenheten 2 släpas fram vid omtag. Vid slangbrott får dock inte anpressningen mot hålväggen vara större/kraftigare än att borrmaskinen kan dras ut med hjälp av vidhängande vajer eller kätting (ej visad).

Vid inledningen av en borrning används det startrör 70 som visas i Fig. l0. Som bärare används samma typ av midjestyrda fordon som vid mekanisering skrotning, med alla pumpar och elmotorer ombord. Borr- maskinen, vars huvuddelar indikerats i Fig. l0, är transportsäkrad i startröret 70, som inledningsvis är förankrat i den icke visade bärarens icke visade snabelliknande framparti. På borrplatsen bultas en krage 7l fast i berget med hjälp av bult 72. Startrörets 70 inriktning finjusteras genom snedställning relativt kragen 7l, varefter borrningen kan börja.

I den beskrivna utföringsformen är de hydraulcylindrar som svarar för matningen och riktningen av drivningsenheten tre till antalet och anordnade symmetriskt framför förankringsenheten. Detta är en för- delaktig placering och arrangemang av dessa hydraulcylindrar. Andra placeringar och arrangemang kan dock i princip också tänkas. Exempel- vis kan man tänka sig att låta någon eller några hydraulcylindrar svara för matningen av drivningsenheten och låta några hydraul- cylindrar svara för riktningsregleringen. Det är i princip även tänk- bart att placera nâgra eller samtliga matande och riktningsreglerande- hydraulcylindrar bakom förankringsenheten istället för framför denna, exempelvis mellan förankringsenheten och den bakre monteringsplattan.

Det har i det föregående även nämnts att spolningen och borrkronan kan arrangeras på annat sätt. Detta illustreras i Fig. ll, där borrkronan Zl visas monterad på en skiva 80. Skivan 80 är via en hylsa 8l med splines förbunden med drivaxeln 22 och via skruvar med en krage 82.

Denna bildar alltså tillsammans med skivan 80, hylsan 8l och axeln 22 en roterande, integrerad enhet, varvid kragen 82 är lagrad i en borrhals 83, som är fastskruvad vid en ändplatta 84, som i sin tur är fastsvetsen vid gejden l0. Vatten inleds i spalten 23 mellan drivaxeln 22 och gejden l0 i en punkt bakom förankringsenheten 2 och ledes genom denna spalt 23 in i en spalt 85 mellan axeln 22 och kragen 82 och 10 15 20 25 30 35 501 283 vidare genom ett antal öppningar 86, så att borrkronan 21 vatten- spolas.

I kragen 82 är vidare anordnade åtminstone tvâ främre fästdon l7', som är fjäderbelastade för att ge erforderligt grepp vid omtag, dvs då förankringsenheten 2 skall släpas fram ett stycke, och för att fungera som fallsäkring. En sådan fjäder har betecknats 87. För lösgöring av fästdonens fästplattor 88 från bergväggen - vilka fästplattor är försedda med hârdmetallkulor 89 som tränger in i bergväggen - finns en hydraulkolv 90 i en hydraulcylinder 91, som är försänkt i ett runtom- gående spår i kragen 82, varigenom denna samtidigt förankras i axiell led i borrhalsen 83. Även andra modifikationer och kompletteringar är tänkbara inom ramen för uppfinningen, som därför inte begränsas till ovanstående beskriv- ning av tänkbara utföringsformer.

Claims (12)

501 283 10 15 20 25 30 35 10 PATENTKRAV

1. Bergborrmaskin av den sjä1vmatande, integrerade typ som är anordnad att arbeta in situ i ett borrhå1, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en drivenhet (1), en förankringsenhet (2) och en matningsenhet (3) verksam me11an förankringsenheten (2) och driv- enheten (1), att drivenheten (1) innefattar ett hydrau1kraftaggregat (5, 8) i enhetens bakre ände, en borrkrona (21) som är roterbar i enhetens främre ände, en gejd (10) med ett längsgående hâ1rum (23), vilken gejd sträcker sig me11an hydrau1kraftaggregatet och borrhuvudet och förbin- der dessa icke roterbart med varandra, en roterbar drivaxe1 (22) som sträcker sig från hydrau1kraftaggregatet genom nämnda hå1rum i gejden för rotation av borrkronan, samt första fästdon (17) för att 1ösbart kunna förankra drivenheten i borrhå1et, att förankringsenheten (2) innefattar åtminstone ett styrelement (30') omkring nämnda gejd samt andra fästdon (31, 31') för att 1ösbart förankra styre1ementet genom ingrepp mot borrhâ1sväggen, samt att matningsenheten (3) innefattar åtminstone tre individue11t manöv- rerbara hydrau1cy1indrar (60-62) me11an förankringsenheten och driv- enheten för matning av borrkronan framåt i önskad riktning, då nämnda första fästdon är overksamma och då nämnda andra fästdon verksamt förankrar styre1ementet i borrhå1et.

2. Bergborrmaskin en1igt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att drivenheten (1) kan riktningjusteras re1ativt förankringsenheten med hjä1p av individue11 manövrering av nämnda individue11t manövrerbara hydrau1cy1indrar.

3. Bergborrmaskin en1igt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att de individue11t manövrerbara hydrau1cy1indrarna är anordnade att mata drivenheten framåt med individue11t reg1erad matningskraft.

4. Bergborrmaskin en1igt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att de individue11t manövrerbara hydrau1cy1indrarna är anordnade runt gejden och riktade para11e11t ned dennas centrumiinje. l0 l5 20 30 35 CH CD ...S Få OO LN ll

5. Bergborrmaskin enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att de individuellt manövrerbara hydraulcylindrarna är anordnade runt gejden och riktade under vinkel mot gejdens centrumlinje.

6. Bergborrmaskin enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone någon hydraulcylinder är anordnad mellan förankringsenheten och drivenheten, parallellt eller väsentligen parallellt med gejdens centrumlinje för att mata drivenheten framåt, och att ett flertal manövercylindrar är anordnade för att riktningsjustera drivenheten relativt förankringsenheten, väsentligen utan att mata drivenheten framåt.

7. Bergborrmaskin enligt något av kraven l-6, k ä n n e t e c k n a d av att ett utrymme (38) mellan styrelementets eller styrelementens insida och gejdens utsida, vilket tillåter snedställning av gejden och därmed av hela drivenheten relativt styrelementet respektive styr- elementen och därmed relativt hela förankringsenheten och relativt borrhålets riktning inom området för förankringsenheten.

8. Bergborrmaskin enligt något av kraven l-7, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone någon av de individuellt manövrerbara hydraul- cylindrarna är anordnade framför förankringsenheten.

9. Bergborrmaskin enligt något av kraven l-7, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone någon av de individuellt manövrerbara hydraul- cylindrarna är anordnade bakom förankringsenheten.

l0. Bergborrmaskin enligt något av kraven l-7, k ä n n e t e c k n a d av att de individuellt manövrerbara hydraulcylindrarna är tre till antalet och riktade parallellt med eller under liten vinkel mot gejdens centrumlinje, och att de alla tre är anordnade framför förank- ringsenheten.

ll. Bergborrmaskin enligt något av kraven l-7, k ä n n e t e c k n a d av att de individuellt manövrerbara hydraulcylindrarna är tre till antalet och riktade parallellt med eller under liten vinkel mot 501 283 l0 15 20 25 30 35 l2 gejdens centrumlinje, och att de alla tre är anordnade bakom förank- ringsenheten.

l2. Bergborrmaskin enligt något av kraven l-7, k ä n n e t e c k n a d av att de individuellt manövrerbara hydraulcylindrarna är anordnade såväl bakom som framför förankringsenheten, varvid de företrädesvis är tre till antalet på vardera sidan om förankringsenheten och parvis parallellkopplade i längdriktningen.