SE524375C2

SE524375C2 - Metod för drift av en hammare i en horisontell riktningsborrapparat

Info

Publication number: SE524375C2
Application number: SE0202592A
Authority: SE
Inventors: Randy R Runquist; Mark Van Houwelingen; James R Rankin
Original assignee: Vermeer Mfg Co
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-08-03
Also published as: DE10195854T1; CN1416497A; SE0202592D0; SE0202592L; WO2001066900A3; CN101363307A; AU2001241969A1; CN101363307B; WO2001066900A2

Description

30 h.) U1 524 375 2 vis en serie borrstänger som är hopfogade ände mot ände för att åstadkomma en borrlina. Borrlinan trycks eller dras genom jordmànen med hjälp av en kraftig hydraulan- ordning, sàsom en hydraulcylinder. Se US-4 945 999 och 5 070 848 och US-4 697 775 (RE 33 793). tryckas och roteras samtidigt, 633 OCh US-5 242 026. som är utformat för borrning placeras vid änden av borr- Borrlinan kan såsom beskrivs i US-4 953 En spade, en borrkrona eller huvud linan och kan inkludera ett sprutmunstycke för vatten för att hjälpa till vid borrningen.

I en variation av det traditionella borrsystemet an- vänds en serie borrlinestänger i kombination med ett slagverktyg som är monterat vid änden av raden stänger.

Stängerna kan ge en konstant tryckkraft för slaget och stängernas insida kan användas för att förse den pneuma- tiska borren med komprimerad luft. Se US-4 694 913. Detta system har emellertid begränsad tillämpning kommersiellt, kanske beroende pà att borrlinan har en tendens att knäckas när den används för att trycka om borrhàlet är väsentligt större än borrlinans diameter.

Exakt riktningsborrning erfordrar nödvändigtvis in- formation avseende orienteringen och djupet för ett skär- eller borrverktyg, vilket nästan oundvikligen erfordrar att en sensor och sändaranordning (eng. ”sonde”) fästes mot skärverktyget för att förhindra fel- och omborrning.

En sådan anordning beskrivs i US-5 633 589, vars beskriv- ning i sin helhet härmed inkorporeras. US-4 867 255 visar ett riktningsborrverktyg som kan styras genom att använda ett pneumatiskt slagverktyg.

Riktningsborrverktyg med bergborrningsförmàga be- skrivs i US-5 778 991 och i EP-A2-857 852 och EP-A2-857 853. Även om riktningsborrverktyg för bàde bergsborrning och jordmànspenetrering emellertid är kända har ingen ti- digare känd anordning tillhandahàllit dessa egenskaper i en enda maskin tillsammans med förmågan att styra verkty- get i bàde jordmàn och berg. Den föreliggande uppfinning- en hänför sig till detta behov. 10 15 20 25 30 35 524 375 3 Det finns också ett behov inom tekniken för ett riktningsborrverktyg för bergsborrning och jordmàns- penetrering som tillhandahåller en slaghammare som drivs av vätskor, tillhandahåller indexering av en anordning för detektering av vinkelrotation (t ex en sond) och tillhandahåller en metod för TILL/FRÅN-styrning av slag- hammaren (t ex pneumatiskt eller vätskedriven). Det finns dessutom ett behov av en apparat som tillhandahåller för- bättrad styrförmåga för borrhuvudet.

Sammanfattning av uppfinningen Ett borrhuvud till en apparat som används för rikt- ningsborrning enligt uppfinningen inkluderar en hållare (eller hus) till en anordning för detektering av vinkel- orientering, såsom en sond, en pneumatisk hammare och ett roterbart borrkroneaggregat som är anslutet med framände mot bakände med vinkelorienteringshuset vid en ände och borrkronan vid den andra. Borrhuvudet kan också inkludera en startstàng, vilken kan anslutas mot huset för vinkel- orienteringsdetektorn. Borrkronan har företrädesvis en framåt vettande primär skäryta med ett flertal skårtänder som är placerade därpå och ett periferiutstick förskjutet radiellt utåt från den primära skärytan och har åtminsto- ne en framàt vettande periferiskärtand därpå som är lämp- lig för att skära i en vinkel som definieras av mindre än en hel rotation för borrkonan. Anordningen för detekte- ring av vinkelorienteringen befinner sig i en förbestämd linjeinriktning med periferiutsticket så att den bestäm- mer orienteringen för periferiutsticket relativt rota- tionsaxeln för borrhuvudet. I en föredragen utförandeform är den primära skärytan huvudsakligen plan och cirkulär och har en serie fluidejektoröppningar därpå, och borrhu- vudet har kanaler för att leda en borrfluid därigenom till ejektoröppningarna. I en annan föredragen utförande- form har borrkronan en häldel på en yttre sidoyta av den- na vid en position motsatt periferiutsticket, vilken häl- del är vinklad inåt från baksidan mot framsidan. 10 15 20 25 30 35 524 375 4 Ett sådant borrhuvud kan användas i en metod för riktningsborrning enligt uppfinningen genom att använda en riktningsborrmaskin, vilken kan trycka och rotera en borrlina med borrhuvudet monterat därpå. En sådan metod innefattar stegen att borra rakt genom ett medium genom att trycka och rotera borrhuvudet med borrlinan medan man utdelar slag pà borrkronan med hammaren innan man ändrar borrningsriktning, att bestämma vinkelorienteringen för periferiutsticket genom att använda anordningen för de- tektering av vinkelorientering och ändra riktningen under borrning genom att trycka och rotera borrkronan upprepade gånger över en vinkel som definieras som mindre än en hel rotation av borrkronan medan man utdelar slag på borrkro- nan med hammaren, så att borrhuvudet avviker i riktningen för periferiutstickets skärverkan. Mediet kan vara jord- mån och/eller fast berggrund och vid olika tidpunkter un- der borrningen. Stegen att borra rakt och ändra riktning kan speciellt utföras i bàde jordmàn och berg under samma borrningsföljd med användning av samma borrkrona.

I överensstämmelse med en ytterligare aspekt av upp- finningen tillhandahållas en metod för riktningsborrning vid varierande förhållanden inkluderande bàde jordmàn och fast berggrund. En sådan metod innefattar stegen att bor- ra rakt i både jordmàn och berg genom att trycka och ro- tera borrhuvudet med borrlinan medan man slår på borrskä- ret med hammaren, innan man ändrar borrningsriktningen i både jordmàn och berg, bestämning av vinkelorienteringen för periferiutsticket genom att använda anordningen för detektering av vinkelorientering, ändra riktning under borrningen i berget genom att trycka och rotera borrkro- nan upprepade gånger över en vinkel som definieras av mindre än en hel rotation av borrkronan medan man utdelar slag på borrkronan med hammaren, så att borrhuvudet avvi- ker i riktningen för periferiutstickets skärverkan och ändrar riktning under borrning i jordmàn genom att trycka borrkronan med borrlinan utan att rotera den så att borr- huvudet avviker i periferiutstickets riktning och iväg nova ....- 10 15 20 25 30 35 524 375 gu c .nunn- u 5 från häldelen. Eftersom den primära skärytan hos borrkro- nan är stor och plan kan enbart tryckkraften hos borrli- nan vara otillräcklig för att styra verktyget i mjuk jord utan rotation. Det är sålunda föredraget att utföra slag pà borrkronan med hammaren medan man ändrar riktning i jordmånen. Denna metod enligt uppfinningen kan tillhanda- hålla bättre styrning under vissa markförhällanden.

En annan aspekt av uppfinningen tillhandahåller ett borrhuvud till en apparat för horisontal riktnings- borrning innefattande: en anordning för detektering av vinkelorientering; en hållare till anordningen för detek- tering av vinkelorienteringen, varvid anordningen för de- tektering av vinkelorientering är placerad däri; en ham- mare driven av en vätska, varvid hammaren är anordnad och utformad för att åstadkomma slagstötar; och ett roterande borrkroneaggregat som är anslutet till hammaren, varvid det roterande borrkroneaggregatet är anordnat och utfor- mat för att uppta slagstötarna och varvid det roterande borrkroneaggregatet orienteras genom att använda anord- ningen för detektering av vinkelorientering för att styra borrhuvudet. Ännu en annan aspekt av uppfinningen tillhandahåller en apparat för användning vid horisontal riktnings- borrning i kompressibel jordmàn, vilken är av typen med en borrlina som är ansluten till en riktningsborrmaskin vid en proximal ände och ett borrhuvud som är anslutet till borrlinan vid en distal ände av borrlinan, innefat- tande: en borrkrona huvudsakligen anpassad och utformad för att borra genom berg; en anordning för att bestämma vinkelorienteringen för borrkronan och för att tillhanda- hålla en genererad signal som motsvarar orienteringen; och en förskjuten kopplingsdel som är fäst vid en första ände mot borrlinan och vid en andra ände mot borrkronan, varvid delen är förskjuten från borrlinans längsgående axel, varvid den förskjutna delen orienteras som svar på de genererade signalerna för styrning av borrkronan. 10 15 20 25 30 35 524 575 .§::=;=':¿ﬁ 6 Ännu en ytterligare aspekt av uppfinningen tillhan- dahåller en metod för borrning av ett häl genom berg ge- nom att använda en horisontal borrningsapparat och styra ett borrhuvud hos borrapparaten innefattande: att trycka borrhuvudet, varvid borrhuvudet är placerat vid en främre ände av en borrlina, genom ett medium; utdela slag på en borrkrona som är placerad vid en distal ände av borrhuvu- det med en hammare driven av en vätska, varvid borrkronan inkluderar en effektiv styrgeometri som är lämplig för styrning av borrhuvudet; att periodiskt bestämma vinkel- orienteringen för borrkronan genom att använda en anord- ning för detektering av vinkelorienteringen placerad på borrhuvudet; och att styra borrhuvudet genom att trycka och rotera borrkronan upprepade gånger över en vinkel som definieras av mindre än en hel rotation av borrkronan me- dan man delar ut slag på borrkronan med hammaren, så att borrhuvudet avviker i riktningen för den effektiva styr- geometrins skärverkan.

Ytterligare en annan aspekt av uppfinningen tillhan- dahàller en metod för borrning av ett hål genom ett medi- um med användning av en horisontal borrapparat och styr- ning av ett borrhuvud på borrapparaten innefattande: att trycka borrhuvudet som är placerat vid en främre ände av borrlinan genom ett medium medan man utdelar slag mot en borrkrona som är placerad vid en distal ände av borrhuvu- det med en hammare som drivs av en vätska, varvid borr- kronan inkluderar en effektiv styrgeometri som är lämplig för styrning av borrhuvudet; att periodiskt bestämma vin- kelorienteringen för borrkronan genom att använda en an- ordning för detektering av vinkelorienteringen placerad pà borrhuvudet; och styrning av borrhuvudet genom att: om borrning utförs genom en kompressibel jordmån, ändra riktning under borrningen genom att trycka borrlinan, så att borrhuvudet avviker i riktningen för en förskjuten kopplingsdel, vilken är förskjuten fràn en centrumlinje till den längsgående axeln för borrlinan utan att utdela slag på borrkronan med hammaren och utan att rotera borr- n-q- 10 15 20 25 30 35 524 375 n / linan; eller, om borrning utförs genom berg, slå pà borr- kronan med hammaren, så att borrhuvudet avviker i rikt- ningen för den effektiva styrgeometrin.

En annan aspekt av uppfinningen tillhandahåller en horisontal riktningsborrapparat med en borrlina som är anpassad för att borra genom berg och kompressibel jord- mån, varvid borrapparaten har en aggressiv hammare av spolningstyp som drivs av en vätska, vilken använder en metod för drift av den aggressiva hammaren av spolnings- typ innefattande: bestämning av om man skall aktivera den aggressiva hammaren av spolningstyp; om borrning sker i berg och hammaren skall aktiveras utförs följande: minsk- ning av vätskeflödet för drivning av hammaren till ett första värde väsentligen nära noll; applicering av en tryckkraft, vilken överskrider ett förbestämt gränsvärde, mot borrlinan med hjälp av en drivdel hos borrapparaten och gör så att hammaren byter från en spolningsposition; ökning av vätskeflödet till en förbestämd nivà och fort- sätta borrning i berget med hammaren aktiverad; om borr- ning sker i komprimerbar jordmàn och hammaren inte skall aktiveras utförs följande: reducering av tryckkraften pà hammaren under ett förbestämt gränsvärde medan vätske- trycket hàlles över ett förbestämt gränsvärde, och var- igenom hammaren växlar till en spolningsposition; och fortsatt borrning i den kompressibla jordmànen utan att ha hammaren aktiverad. Ännu en annan aspekt av uppfinningen ger en hori- sontell riktningsborrapparat med en borrlina som är an- passad för att borra genom berg och kompressibel jordmàn, varvid borrapparaten har en hammare av standardtyp som drivs av en vätska, använder en metod för drift av stan- dardtyphammaren innefattande: bestämning av om man skall aktivera hammaren av standardtyp; om borrning i berg sker och hammaren skall aktiveras utförs följande: ökning av vätskeflödet till ett värde över ett förbestämt gränsvär- de; eller ökning av tryckkraften som àstadkommes av en drivdel i den horisontella borrapparaten till ett värde 10 15 20 25 30 35 524 375 1 nn- os u ~ au-> - 1 no- -ac o a 6 över ett förbestämt gränsvärde; och fortsatt borrning i berg med hammaren aktiverad; om borrning i komprimerbar jordmån sker och hammaren inte skall aktiveras utförs följande: begränsning av vätskeflödet till ett värde mindre än ett förbestämt gränsvärde, vilket erfordras för att aktivera hammaren; begränsning av tryckkraften till ett värde mindre än ett förbestämt gränsvärde som erford- ras för att aktivera hammaren; och fortsätta borrningen i den kompressibla jordmànen utan att ha hammaren aktive- rad.

En annan aspekt hos uppfinningen tillhandahåller ett system för användning vid horisontell riktningsborrning i kompressibel jordmån och berg innefattande: en horisontal riktningsborrmaskin med en borrlina kopplad mot denna, varvid riktningsborrmaskinen används för att rotera och trycka borrlinan in i ett medium som skall borras, varvid riktningsborrmaskinen inkluderar en drivdel som är anpas- sad för att hopkopplas med en närliggande ände hos borr- linan och huvudsakligen utformad att applicera en tryck- kraft mot borrlinan; en tryckkälla för att åstadkomma ett arbetstryck som skall överföras genom en vätska som an- vänds för borrning; och en kontrollenhet för reglering av tryckkraften som àstadkommes av drivdelen och styrning av arbetstryckutmatningen från tryckkällan; varvid borrlinan inkluderar, vid en distal ände: en anordning för detekte- ring av vinkelorientering; en hållare till anordningen för detektering av vinkelorientering, varvid anordningen för detektering av vinkelorientering är placerad däri; en hammare som drivs av vätskan; och en borrkrona; varvid hàllaren, hammaren och borrkronan är anslutna med framän- de mot bakände längs en längsgående axel för borrlinan med hàllaren placerad vid en närliggande ände på borrhu- vudet och borrkronan placerad vid en distal ände hos borrhuvudet.

En annan aspekt av uppfinningen tillhandahåller ett borrhuvud till en apparat för horisontell riktnings- borrning innefattande: en hammare driven av en vätska; u-uu ø.»»~. o .ua-.- 10 15 20 25 30 35 524 375 9 och en borrkrona som drivs av hammaren, varvid borrkronan har en effektiv styrgeometri.

En annan aspekt av uppfinningen tillhandahåller ett borrhuvud till en apparat för horisontell riktnings- borrning innefattande: en hammare driven av en vätska, varvid hammaren är anordnad och utformad för att åstad- komma slagstötar; och ett roterbart borrkroneaggregat som är anslutet till hammaren, varvid det roterbara borrkro- neaggregatet är anordnat och utformat för att uppta slag- stötarna och har en effektiv styrgeometri.

Dessa aspekter av uppfinningen beskrivs ytterligare i den detaljerade beskrivningen som följer.

Kort beskrivning av ritningarna I de bifogade ritningarna, varvid liknande beteck- ningar motsvarar liknande element, visar: Fig 1 en sidovy av en första utförandeform av ett borrhuvud enligt uppfinningen med hàrdmetalltänder bort- tagna fràn borrkronan; Fig 2 är en vy uppifrån av utförandeformen som visas i fig 1, visande sondens hàllarlucka; Fig 3 är en bakre perspektivvy av borrkronan som vi- sas i fig 1 med borrkroneaxeln borttagen; Fig 4 är en främre perspektivvy av den första alter- nativa borrkronan enligt uppfinningen med hàrdmetall- tänder pà plats och monterad pà en borrkroneaxel; Fig 5A är en sidoperspektivvy av borrkronan och borrkroneaxeln visad i fig 4; Fig SB är en tvärsnittsvy längs linjen 5B-SB i fig 5A; Fig. 6A och 6B är förstorade vyer i sektion i längd- led enligt linje 6-6 i fig 3, varvid 6A visar en främre del av anordningen och 6B en bakre; Fig. 7A och 7B visar en förstorad vy sektionerad i längdled längs linjen 7-7 i fig 3, varvid 7A visar en främre del av anordningen och 7B en bakre; 10 15 20 25 30 35 524 375 10 Fig 8 är en vy uppifrån av en andra alternativ borr- krona och borrkroneaggregat enligt uppfinningen; Fig 9 är en sidovy i perspektiv av borrkronan och borrkroneaggregatet enligt fig 8; Fig 10 är en vy framifrån av borrkronan i fig 8; Fig 11 är en sidovy av borrkronan och borrkroneag- gregatet enligt fig 8; Fig 12 är en vy uppifrån av en tredje alternativ borrkrona och ett borrkroneaggregat enligt uppfinningen; Fig 13 är en sidovy i perspektiv av borrkronan och borrkroneaggregatet enligt fig 12; Fig 14 är en vy framifrån av borrkronan i fig 12; Fig 15 är en sidovy av borrkronan och borr- kroneaggregatet enligt fig 12; Fig 16 är en sidovy av en fjärde alternativ borr- krona enligt uppfinningen med resten av verktyget bortta- get, visande styrfunktionen i berg; Fig 17 är en vy framifrån av borrkronan i fig 16; fig 18 är en vy framifrån av en femte alternativ borrkrona enligt uppfinningen; Fig 19 är en sidovy av borrkronan i fig 18; Fig 20 är en perspektivvy av borrkronan i fig 18; Fig 21 är en delvy i sektion av den bakre längsgåen- de delen till en utförandeform av en hydraulisk bergborr- maskin; Fig 22 är en delvy i sektion av den främre längs- gående delen till utförandeformen av en hydraulisk bergs- borrmaskin; Fig. 23A och 23B visar fragment av längsgående delar i de bakåtriktade och framàtriktade delarna till en för- sta utförandeform av en bergsborr med en hammare placerad i en framàtriktad position; Fig 24 är en avkortad fragmentarisk vy i sektion motsvarande de i fig. 23A och 23B med hammaren placerad i en bakåtriktad position; Fig 25 är en vy i sektion av en utförandeform till ett borrhuvud enligt den föreliggande uppfinningen; 10 15 20 25 30 35 524 575 ll Fig 25A visar en förstorad vy av en del i ett borr- huvud enligt den föreliggande uppfinningen; Fig 25B är en vy i sektion av ett borrkroneaggregat enligt den föreliggande uppfinningen; Fig 26A är en vy i sektion av en hållare för en an- ordning som detekterar vinkelorientering enligt den före- liggande uppfinningen; Fig 26B visar en vy i perspektiv av en indexerings- aggregatdel hos en hållare för detektering av vinkel- orientering enligt den föreliggande uppfinningen; Fig 26C visar en vy i sektion av en indexerings- aggregatdel hos en hållare för detektering av vinkel- orientering inkluderande en isolator enligt den förelig- gande uppfinningen; Fig 27 visar ett system inkluderande en riktnings- borrmaskin enligt den föreliggande uppfinningen; Fig 28 är ett flödesschema som visar en metod för drift av den föreliggande uppfinningen; och Fig 29 är ett flödesschema som visar en metod för drift av den föreliggande uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Då tillverkning och användning av olika utförande- former för den föreliggande uppfinningen diskuteras i de- talj nedan bör det inses att den föreliggande uppfinning- en tillhandahåller många tillämpbara uppfinningsmässiga koncept, vilka kan förverkligas i ett stort antal speci- fika sammanhang. De specifika utförandeformerna som dis- kuteras här är enbart illustrativa för specifika sätt att tillverka och använda uppfinningen och begränsar inte uppfinningens skyddsomfång. Hänvisningar till ett numre- rat element, vilket visas i flera alternativa former be- tecknade med A,B etc, utan en sådan bokstav är avsedda att hänvisa till alla de alternativa formerna.

Med hänvisning till figurerna l-3, 6A-6B och 7A-B, inkluderar ett borrhuvud 10 enligt uppfinningen, såsom allmänna komponenter, en sondhållare 14, en pneumatisk 10 15 20 25 30 35 524 375 .Lá hammare 16 och ett borrkroneaggregat 18 som är anslutet med framände mot bakände, såsom visas. Såsom noteras ovan kan borrhuvudet 10 också inkludera en startstàng 12.

Startstàngen 12 ansluter vid sin bakre ände 13 mot en konventionell borrlina som drivs av en riktningsborr- maskin och komprimerad luft matas genom borrlinan, start- stången 12 och en kanal i sondhàllaren 14 för att driva hammaren 16. Borrkroneaggregatet 18 inkluderar en borr- krona 19A med en rad skärtänder 20A och en borrkroneaxel 21A, vilken används för att montera borrkronan 19A pà den främre änden av hammaren 16. Borrkronan 19A är löstagbart monterad mot axeln 21A med hjälp av làspinnar som är in- förda genom tvärgàende häl 23. Vinklade öppningar 22A är anordnade i huvudet 18 för att mata ut komprimerad luft fràn hammaren 16 ut ur framdelen pà borrkronan 19A. Den komprimerade luften har kombinerats med en skumformande agent sà att ett smörjande borrskum bildas spontant vid utkastning/dekomprimering fràn borrkronan 19A. Detta skum används för att transportera bort jordmàn och/eller små bergbitar från borrkronans bana.

Startstàngen 12, sondhàllaren 14 och den pneumatiska hammaren 16 kan vara av typer som redan är kända inom tekniken. Hammaren 16 kan t ex vara en Ingersoll-Rand- hammare av nedhälstyp i stället för den som visas. En splineskoppling av typen som tillhandahàlles av Earth Tool Corporation i Wisconsin under modellbeteckningen Spline-Lock kan användas för att ansluta sondhàllaren 14 vid endera ände mot hammaren 16 och Startstàngen 12. Sam- ma typ av làspinneanslutning, med uteslutning av splines, används för att montera borrkronan 19A mot axeln 21A, sä- som beskrivs ovan.

Fig 6A-6B och 7A-7B visar borrhuvudet 10 strax innan uppstart. Komprimerad fluid fràn borrlinan flödar längs en central kanal 32 i startstàngen 12 och förflyttas i sin tur in i en längsgående kanal 34 i sondhàllaren 14, vilken kanal 34 är avskild fràn sondutrymme 36. Den ej visade sonden monteras i enlighet med konventionell prax- 10 15 20 25 30 35 524 375 1: is i en förbestämd orientering relativt borrkronan, t ex genom att inpassa en av sondens ändar mot ett mindre ut- språng 38. Stötdämpare kan anordnas vid motsatta ändar av sondutrymmet för att isolera sonden från vibrationer och stötar.

Den trycksatta fluiden passerar sedan ut ur den främre änden hos kanalen 34 till en bakre öppning 40 i en ventilstàng 42 som utgör en del av hammaren 16. En bakre ringformad fläns 44 hos ventilstàngen 42 hålls på plats mellan en inåt löpande ringformad fläns 46 i ett rör- format hus 48 hos hammaren 16 och en främre ändyta på sondhuset 14. Trycksatt fluid flödar från öppningen 40 in i ett samlingsrör 50 med flera radiella öppningar 52 och sedan in i en ringformad bakre tryckkammare 54 som är formad mellan ett frontparti 56 med mindre diameter hos stången 42 och en bakre rörformad del 58 hos en slagbult 60. Trycket i denna kammare påverkar slagbulten 60 i riktning framåt mot positionen som visas, varvid en främ- re ände på slagbulten 60 utdelar ett slag mot en bakre mothållsyta 62 hos borrkroneaxeln 21A.

Radiella öppningar 66 som är anordnade genom bakre rörformade delar 58 medger för trycksatt fluid att flöda in i en ringformad kanal 68 med en utåtriktad öppning på utsidan av den bakre delen 58. Såsom visas i fig 6A är kanal 68 i förbindelse med en radiellt inåt löpande öpp- ning 70 i slagbulten 60 med hjälp av ett längsgående spår 71. Vid denna punkt är emellertid fluidflödet blockerat eftersom öppningen 70 täcks av en främre yta 74 i delen 56 med minskad diameter när slagbulten 60 befinner sig i den visade positionen.

Borrkroneaxeln 21A är huvudsakligen cylindrisk men har en serie jämnt fördelade, radiella splines 72A längs sin mittdel, vilka är avlånga i den längsgående riktning- en för axeln 21A. Splines 72 passar tätt ihop och är glidbart monterade i motsvarande spår 74 som är utformade på insidan av en hylsa 76. Hylsan 76 är löstagbart monte- rad i den främre änden av det rörformade huset 48, t ex 10 15 20 25 30 35 524 375 -w .Lä med hjälp av gängor 78, och har ett främre ändlock 80 som är stadigt fäst med bultar 81 mot denna. Splines 72 in- kluderar företrädesvis en huvudspline (se t ex 75B i fig SB) med större bredd, vilken passar in i en motsvarande huvudkanal i hylsan 76. Huvudsplinen 75 tillser att borr- kronan 19 är inriktad på rätt sätt med sonden för styr- ning och åtgärder bör också tas för att tillse att huvud- kanalen i hylsan 76 befinner i den rätta positionen. För detta syfte kan t ex hålen 79 till bultarna 81 för monte- ring av hylsan 76 mot det främre ändlocket 80 vara anord- nade så att bultarna 81 enbart kan sättas in när hålen 79 befinner sig i rätt position relativt locket 80. Locket 80 har i sin tur en serie splines 81 som är i ingrepp med spår 83 vid den främre delen av hammarhuset och kan, om så önskas, också inkludera en huvudspline och kanalkombi- nation för att garantera en korrekt inpassning. Samma spår 83, om de görs djupare i den radiella riktningen, kan också användas för att komma i ingrepp med motsvaran- de splines på hylsan 76 som ett alternativt medel att passa in hylsan 76 i den korrekta positionen.

För syftena med den föreliggande uppfinningen kan en huvudspline och ett huvudspår antingen vara större eller mindre än övriga splines, så länge den tillhandahåller en önskad kilfunktion. Splineförbindningen 85 som ansluter hammaren 16 mot sondhuset 14 har en huvudspline och ett huvudspàr. Pâ detta sätt garanterar raden av kilförband att borrkronan 19, speciellt periferiutsticket som be- skrivs nedan, kommer att bli korrekt orienterad relativt sonden.

Då borrlinan utövar tryck på borrhuvudet 10 i rikt- ning framåt, övervinner ett sådant tryck den trycksatta fluiden och börjar förflytta borrkronan 19A bakåt och minskar avståndet mellan borrkronan 19A och det främre ändlocket 80. Detta tvingar i sin tur borrkroneaxeln 21A och slagbulten 60 att förflyttas parvis bakåt. När detta sker förflyttas öppningen 70 bakåt och avtäcks när den når en i riktning utåt öppen ringformad kanal 82 i den 10 15 20 25 30 35 524 375 lb främre delen 56 med reducerad diameter tillhörande stång- en 42. Vid denna tidpunkt flödar komprimerad fluid genom kanalen 82 i riktning utåt genom en andra radiell öppning 84, som liknar öppningen 70 men förskjuten bakåt från denna, genom ett längsgående avlångt spår 86 på utsidan av slagbulten 60 till en främre tryckkammare 88. Vid den- na tidpunkt börjar slagbulten 60 att förflytta sig bakåt på grund av trycket i kammaren 88 och ett mellanrum öpp- nas mellan slagbulten 60 och den bakre mothållsytan 62 hos borrkroneaxeln 21A. Med ett stegformat plaströr 89 som är monterat i den bakre änden på borrkroneaxeln 21A och i en främre ände på ett genomgående hål 91 i slag- bulten 60 förhindras emellertid den komprimerade fluiden tillfälligt från att komma in i ett centralt genomgående hål 90 i borrkroneaxeln 21A.

Medan slagbulten 60 fortsätter sitt bakåtgående slag täcks den bakre öppningen 84 av den främre delen 56 hos stången 42 och slagbulten 60 frigör den bakre änden av plasthylsan 89 och medger dekompression av den främre kammaren 88 genom utloppsöppningarna 22A. Trycksatt fluid sprutas ut genom hålet på borrkronan och omvandlas till skum. Vid denna tidpunkt blir kraften i den bakre tryck- kammaren 54 större och slagbulten saktar in och byter riktning för att påbörja sitt framåtgående slag. En kam- mare 92 vid den bakre delen av slagbulten 60 töms före- trädesvis med hjälp av små kanaler 93 i splineförbind- ningen 94 för att förhindra att onödigt tryck byggs upp i kammaren 92. Pà detta sätt drivs hammaren 16 kontinuer- ligt och startar automatiskt när ett förbestämt tryck- kraftsgränsvärde appliceras genom borrlinan.

Borrkronan 19A har ett radiellt utvidgnings- eller periferiutstick 96A som uppbär flera periferiskär 97A, vilka huvudsakligen motsvarar de andra hårdmetalltänderna eller stiften 20A. Detta visas tydligare i fig. 4, 5A och 5B, varvid borrkronan 19B liknar borrkronan 19A, och borrkroneaxeln 2lB är jämförbar med axeln 21A förutom att 10 15 20 25 30 35 524 575 16 splines 72B är uppdelade i främre och bakre sektioner, vilket visas.

Det finns företrädesvis åtminstone tre periferiskär 97, t ex ett vid centrum av utsticket 96 och två andra placerade på lika avstånd från detta, vilka definierar en båge, huvudsakligen beskrivande en imaginär cirkel som är större än den yttre omkretsen för borrkronan 19. Även ett enda skär 97 kan emellertid visa sig tillräckligt för vissa ändamål och sålunda behöver periferiutsticket 96 inte ha större bredd än ett enda sådant skär 97. Det fö- redras emellertid att periferiutsticket 96 definierar en vinkel A från ungefär 45” till 90° relativt den längsgå- ende axeln hos borrhuvudet 10 (se fig. 18) eller har en längd från ungefär % till % av bredden för borrkronan 19.

Periferiskären 97, liksom tänderna 20, volframkarbidstift. är mest föredraget Periferin är en benämning som definierar diametern på hålet som åstadkommes av borrkronan 19. Den periferin är storleken som ritsas av häldelen 98 på den motsatta sidan av borrkronan 19 sett från periferiutsticket och ett eller flera periferiskär 97 om borrkronan roteras ett helt varv. Hälområdet 98 fungerar som en lageryta som tillhandahåller en reaktionskraft för denna periferi- skärverkan. En primär skäryta 99 som har stiften 20 tar bort material från hålets centrumområde på samma sätt som en klassisk icke styrbar bergslagborr gör. 4-5B och 8-20 visar flera varianter och ut- l9D, l9E, Fig. formningar av borrkronor 19C, l9F som kan an- vändas i den föreliggande uppfinningen. Såsom diskuteras härefter kan hälen 98 vara en yta (98C) med en relativt stor lutning eller ha en väldigt liten avsmalning sett bakifrån i riktning mot framsidan (se 98F), beroende på På liknande sätt kan periferiutsticket 96 sticka ut ett väsentligt avstånd (96E, 96F) eller bara något (96C), eller inte alls om borrkronan 19 har en lämplig asymmetrisk form. I fig. 12-15 tillhandahålles en vinklad fördjupning 101 för vilket sätt som verktyget skall manövreras. 10 15 20 25 30 35 524 375 17 16-20 inkluderar vidare varje ejektoröppning 22 ett grunt, hu- borttransport av jordmàn och skärmaterial. I fig. vudsakligen radiellt spàr l02E, lO2F som sträcker sig fràn öppningen 22E, 22F och transporterar skummet till den yttre periferin av borrkronan l9E, l9F. Var och en av dessa utförandeformer har visat sig vara lyckade vid borrning även om borrkronorna l9E och l9F har visat sig mest effektiva för förhållanden som involverar styrning i både jordmàn och berg.

Den föreliggande uppfinningen gör det möjligt för ett rör eller en kabel att placeras nedanför marknivàn i fasta bergsförhällanden vid ett önskat djup och längs en bana som kan kröka sig eller innebära riktningsändringar.

Proceduren som beskrivs medger för operatören att starta vid ytan eller i en liten uppgrävd hålighet, borra snabbt igenom berget med hjälp av den pneumatiskt eller fluid- drivna slaghammaren 16, och utföra mjuka styrriktnings- ändringar i vilket som helst plan. Operatören kan sålunda bibehålla ett önskat djup, följa en svängande anläggning rätt väg eller manövrera mellan andra befintliga, ned- grävda anläggningar som kan korsa den önskade banan.

En uppfinning avser specifikt samspelet mellan borr- kronans form under slagskärprocessen och borrlinans rö- relse, vilken kopplar ihop riktningsborrmaskinen med ham- maren. Rörelsen i förhållande till egenskaperna pà borr- kronan är viktig. Borrkronan l9F som visas i fig. 18-20 är inte beroende av styrplanet, lutningen eller vinkeln för att åstadkomma en riktningsändring. Riktnings- ändringen àstadkommes med hjälp av den icke symmetriska formen pà borrhälet som àstadkommes när borrkronan l9F utsätts för slag och roteras vid en konstant vinkelhas- tighet med en oföränderlig rotationsvinkel och pà ett cy- kliskt sätt runt borrlinan, varvid vinkeln är mindre än en hel rotation.

Rotationshastigheten mäste vara ungefär konstant för 97F att Rotationsvinkeln mäste att göra det möjligt för karbidslagskären 2OF, penetrera hela borrhälsfronten. 10 15 20 25 30 35 524 375 §g¶å= lö vara mindre än en hel rotation sä att borrhälet blir icke symmetriskt. Vinkeln som passeras i tvärled måste vara konstant för ett flertal cykler eftersom penetreringen per cykel kommer att vara begränsad, kanske 0,05 till 0,25 per cykel beroende pà bergsförhàllanden och rota- tionshastighet. Vinkeln måste vara större än noll, annars sker ingen skärning, den är vanligtvis större än 45° upp till 240° med intervallet 180° till 240° som ger de bästa resultaten. Centrumpunkten för vinkelsvepningen måste hàllas oföränderlig för att ge en riktningsändring.

Borrhàlet som àstadkommes kommer att vara icke- symmetriskt eftersom borrkronans form är icke-symmetrisk Efter att ha borrat ett visst avstånd med utförande av de beskrivna och den inte roteras helt runt borrlinans axel. åtgärderna och under ett flertal cykler kommer det icke- symmetriska borrhälet att medföra en gradvis riktnings- ändring (se t ex fig. 16). Borrhàlet är större än borr- huvudet 10 eller borrlinan och medger för borrhuvudaxeln och även borrkronan att vinkelmässigt lutas relativt borraxeln. Ett avstånd mellan borrhuvudet och borrhàls- väggen medger för borrhuvudet 10 att tippas eller omposi- tioneras i borrhälet genom inducerade borrkrafter. Närva- ron av borrutsticket 96 gör så att tryckcentrumet pà borrkronans frontyta förflyttas från borrhuvudets cent- rumaxel (där icke styrbara hammare har det) till någon punkt närmare periferiskären 97. Det statiska trycket och massan verkar längs borrhuvudaxeln. Reaktionskraften fràn slagskärdriften är avsevärd med maxkrafter som lätt när 50 0000 LB under en period av flera millisekunder per slag.

Med slagreaktionskraften längs en annan axel än ham- marmassan och trycket induceras ett moment (vridmoment) som kommer att böja borrhuvudet 10 och borrlinan inom frigàngsavstàndet för borrhälet. Borrhuvudet kommer att ha en tendens att rotera bort från periferiutsticket.

Denna påverkan styr borrhuvudet i en ny riktning och gör 10 15 20 25 30 35 524 19 så att borrhålet fortskrider längs denna axel. Axeln änd- ras kontinuerligt, vilket ger en böjd borrhålsbana.

För att undvika åstadkommandet av ett runt och sym- metriskt borrhàl under styrmanövern får borrkronan 19 inte skära under hela rotationen. För att göra detta till en cyklisk process kan operatören antingen rotera i mot- satta riktningen när vinkelbegränsningen har nåtts eller dra tillbaka iväg från frontytan och fortsätta rotationen runt till dess att startpunkten nås. Ett tredje alterna- tiv är att backa tillbaka från frontytan och rotera i den motsatta riktningen till startpunkten. Alla tre metoderna har använts med framgång men den tredje metoden kan åstadkomma svårigheter om en liten rotationsvinkel an- vänds och hålet har en stor icke-symmetri. I detta fall kan borrkronan inte roteras och kan fastna.

Den dominerande egenskapen i alla visade borrkronor 19 som varit framgångsrika är existensen av periferiskär 97 som är monterade på ett periferiutstick 96. Oberoende av om borrkronan har en utformad vinklad häl eller kil 98 eller inte måste periferiutsticket finnas i borrhuvudet 10 för att framgångsrikt styra i fast berg. Borrhuvudet 10 kommer att styra i kornigt, löst material, såsom jord- mån, utan ett periferiutstick men med en kil. Det kommer också att styra i kornig jordmån utan en kil men med ett periferiutstick. Det styr fortast i jordmån med båda egenskaperna.

Placeringen av massan i hammar-/sondhusaggregatet är viktig. Det vore fördärvligt att placera masscentrumet i riktning mot periferiutstickssidan hos hammaraxeln. Det är acceptabelt att placera det i centrum. Det är fördel- aktigt att placera det från periferiutsticket. Reaktionen från den icke centrerade massan kommer att öka den önska- de avvikelsen för hammaren och därigenom öka den maximala styrhastigheten som kan uppnås. Eftersom hammaren 16 är huvudsakligen symmetrisk i sin massfördelning kan mass- centrumet för borrhuvudet 10 med lätthet ändras genom att förskjuta sondhuset 14 och som ett alternativ startstång- -u u; v u u, v v» v u n. 1 1- n» u .| . u» n n n o: na n. .nu 1 u: v vn n v n=v . o u v : n n o ~ 4 f | u n.. 10 15 20 25 30 35 524 575 ¿U en 12 iväg från periferiutsticket för att förskjuta mass- centrumet för borrhuvudet 10 i en föredragen riktning.

Rotationsvinkeln påverkar styrhastigheten. Mindre rotationsvinkel åstadkommer en mer excentrisk borrhàls- form och ökar styrhastigheten. Små rotationsvinklar ska- par emellertid också mindre borrhål jämfört med stora ro- tationsvinklar och kan göra det svårt att dra hammaren bakåt ut ur borrhålet.

Vanligtvis kommer mer excentriska borrkron- utformningar att styra fortare än mindre excentriska ut- formningar. Begränsningen av excentriciteten är utmaning- en som àstadkommes genom att överföra böjmomentet från den förskjutningsbara borrkroneaxeln till hammarkroppen.

En mer excentrisk borrkrona har ett större moment och en ökad tendens att orsaka ”kladdning” på glidleden. Exi- stensen av detta moment resulterar i inkorporering av en bred lageryta på borrkroneaxelns splines liksom en sekun- där lagring bakom dessa splines.

Borrhuvudet enligt uppfinningen är unikt genom att operatören kan göra så att borrhàlsbanan avviker efter behag (eller går rakt) oberoende av de svårigheter som fast berg ger jämfört med kompressibelt material, såsom jordmån. En kombination av rörelser ger antingen styrning eller rak borrning. Driftkaraktäristiken hos hammaren kombinerad med huvudets geometri används tillsammans med varierande rotationsrörelser för att rikta hammaren.

Att borra rakt är den enklaste riktningen att upp- nå. Med komprimerad luft som tillförs genom borrlinan i intervallet 80-350 psi appliceras en tryckkraft på hamma- ren. Tryckkraften verkar mot frontytan på hammaren och motverkar den pneumatiska kraften som har förlängt det fram- och återgående huvudet. Hammaren och borrlinan mås- te förflytta sig framåt och komprimera borrhuvudet unge- fär %" till 1" i riktning mot hammaren. Denna positions- ändring för huvudet relativt hammaren växlar de inre ven- tilerna och startar verktygets slagverkan. Vanligtvis ap- man v 10 15 20 25 30 35 . .... . _. . H _ ..... ..... . H.

H.... ...""...." . . ..... . .. . . .. . . . .. . 21 pliceras nàgot högre tryck mot hammaren än vad som behövs för att starta den.

För att borra rakt roterar operatören borren konti- nuerligt runt borrlinans axel. Hastigheten är vanligtvis ungefär 5 till 200 RPM. Maximal produktivitet är en funk- tion av hammarhastigheten, vanligtvis från 500 till 1200 slag/min liksom rotationshastigheten. Den ideala hastig- heten är den som ser till att volframkarbidstiften se- kventiellt slàr med ungefär % av deras diameter (vanlig stiftdiameter är %") fràn det tidiga- iväg (tangentiellt) re slaget. I detta exempel bör ett borrhàl med en diame- ter pà 6" som àstadkommes med en hammare vid 700 slag/min roteras i enlighet med beräkningarna som visas: stiftdia- meter = 0,50", X stiftdiameter = 0,25", omkrets = 6,0"*n = 18,84", rotation per slag = 0,25"/l8,84*36O gra- der = 4,78 grader, grader*700 slag/min. = 3346 gra- der/min., 3346/360 = 9,3 RPM. Hastigheten är oftast högre än denna. När stiftmönstercentrumet är excentriskt i för- hållande till borrhuvudets centrum bearbetas ett runt hàl runt den teoretiska skäraxeln. Denna axel är placerad mitt emellan det yttersta periferiskäret och botten av (häl).

Borrning av en båge styrplanet (styrning) erfordrar en mer so- fistikerad rörelse än att gå rakt. Denna förklaring antar en styrning uppåt fràn en nominellt horisontell borrhàls- axel. Vilken som helst riktning kan àtadkommas genom att omorientera mittpunkten pà styrningsrörelsen. För att styra uppåt mäste periferiskären vara orienterade vid toppen och styrplanet eller hälen vara placerad vid bot- ten. Genom att tänka sig frontytorna som en klocka place- rad pà borrhàlets frontyta börjar operatören med perife- ristiften vid klockan 8. Borrlinan trycks in i borrhàls- frontytan och påverkar därigenom hammaren. Väl i drift roteras borrlinan medurs med en hastighet som företrädes- vis överensstämmer med den ideala hastigheten för rak borrning. Denna rotation fortsätter under 8 timmar enligt klockans urtavla till dess att periferistiften när klock- 10 15 20 25 30 35 524 575 ajg « | n e :r ¿¿ an 4. Vid denna punkt dras hammaren tillbaka tillräckligt långt för att dra ut stiften från borrhålets frontyta och därigenom stoppas hammaren. Borrlinan roteras moturs till klockan 8 och processen upprepas, eller kan en av de and- ra metoderna för att returnera till startpunkten som be- skrivs ovan användas.

Denna metod, känd som sluttning (eng. ”shelving”), kommer att skära en form som är ungefär cirkulär men med en strimla berg kvar pà botten. Denna strimla är slutt- ningen ”shelving”). (eng. Arbetsproceduren upprepas många gånger, framàtskridandet per 4 timmars klockcykel kan vara 0,20". Med en cykelhastighet pà 30 ggr/min skulle framåtskridandet vara 6"/min. Borrprofilen med den delvis cirkulära frontytan fortsätter att skära rakt till dess att styrplanet (kona) kommer i kontakt med sluttningen.

Denna sluttnings-strimla tvingar profilen att höjas medan Strimlan som visas i ett 6" borrhàl har en höjd på 0,12". vinkelgrader från axeln, ytterligare framåtskridande göres.

Styrplanet, vid 12 åker över denna strimla eller sluttning uppåt 0,12" under ungefär 0,57" av framåtgående förflyttning. Borrkronan skär återigen rakt med sin del- vis cirkulära profil under ett avstånd av ungefär 2,5" till dess att styrplanet återigen kommer i kontakt med sluttningen.

Denna arbetsprocedur är en trappstegsoperation med avsmalnande upphöjningar och raka steg av typen som visas i fig. 16. Sluttningens påverkan ändrar inte bara eleva- tionen för borrhuvudet utan hjälper också till att ändra vinkelns lutning. Den bakre delen av borrlinan (ungefär 30" mot baksidan av frontytan) fungerar som en stödje- punkt eller pivotpunkt. Upphöjning av framsidan på hamma- ren utan att höja bakänden gör så att den tippar upp. Med tillräcklig riktningsändring kan operatören nu borra rakt efter utförande av styrkorrektionen. Borrhuvudet ändrar riktning med 3 grader under en förflyttning pà bara 32", en siffra som skulle vara acceptabel även i kompressibla medium. 10 15 20 25 30 35 524 375 45 Den föregående styrmetoden är mest effektiv i berg men kan också användas i jordmån eller andra lösa medium.

Styrning i jordmån kan dessutom uppnås genom att använda tekniken att stoppa borrkronans rotation och förlita sig på att hälområdet på sidan av borrkronan åstadkommer av- vikelser i den önskade riktningen. Såsom noterats ovan är det mest effektivt att fortsätta driva hammaren när man styr på detta sätt.

Eftersom störningen som åstadkommes av proceduren enligt uppfinningen är minimal är kostnaden som uppstår för återställande av arbetsplatsen ofta minimal. Ett borrhàl kan åstadkommas under en i flera filer uppdelad motorväg medan vägen används även om solitt berg råkas på under borrningen. Ingen störning sker eller trafik- styrning behövs eftersom utrustningen kan monteras från kanten av motorvägen, inga sprängämnen används, borrhuvu- dets position spåras konstant under borrningen och ingen tung utrustning behöver passera över till den motsatta sidan av vägen. Borren kan startas vid ytan och kan av- slutas genom att komma ut ur bergytan vid målpunkten. Om det dessutom är nödvändigt att förflytta sig genom sand eller jordmån för att nå bergformationen medger borrhuvu- det enligt uppfinningen styrning under sådana förhållan- den.

Alternativ utförandeform I en alternativ utförandeform kan slaghammaren en- ligt den föreliggande uppfinningen manövreras med ett vätskemedium för effektöverföring till den aktiva delen av borren. Vätskemediet kan innefatta vattenbaserade och icke vattenbaserade fluider (t ex borrfluidlösningar, dispersioner eller slam) fluid (t ex luft). används för att driva vätskedrivna hammare kan inkludera i stället för en kompressibel Sådana hydrauliska arbetsfluider som vattenbaserade och icke vattenbaserade vätskor, vilka kan blandas samman med tillsatser för ett antal användbara egenskaper. Vid borrning eller borrningsoperationer som 10 15 20 25 30 35 524 575 ¿'-.k redan inkluderar en tillförsel av borrvätska (vanligtvis känd som borrslam) för att hjälpa till vid borrningen el- ler borrningsoperationen föredras att använda en sådan borrvätska som överför arbetstrycket för att driva en vätskedriven hammare. Hydraularbetsfluider som leds sepa- rat kan emellertid också användas för att driva den väts- kedrivna hammaren.

Vattenbaserade vätskor som är lämpliga att driva en vätskedriven hammare inkluderar vattenlösningar eller dispersioner med vissa typer av material, såsom ett syn- tetiskt polymermaterial eller en naturlig eller syntetisk lera, vilka är kända för att ha expansions- och smörj- egenskaper, t ex en bentonitlera. Andra vattenbaserade vätskor som kan användas för att driva den vätskedrivande hammaren inkluderar vattenbaserade borrvätskor innehål- lande CaO, CaCO3, kalk och kaliumföreningar och liknande oorganiska material. Fluider kan innehålla små mängder polymermaterial inkluderande föredragna icke modifierade polymertillsatser och svavelbaserade polymerer såsom sty- ren-malein-anhydriska sampolymerer och åtminstone en vat- tenlöslig polymer som framställs av akrylsyra, akrylamid eller deras derivat. Även andra vattenbaserade borrflui- der inkluderar vatten kombinerat med gelningsmedel, anti- skummedel och glyceriner som är valda från gruppen bestå- ende av glycerin, polyglycerin och blandningar av dessa.

Andra inkluderar inverterade emulsionsborrfluider. Poly- merbaserade fluider kan blandas med organiska eller kol- hydratbaserade förtjockningsmedel inkluderande, t ex: cellulosablandningar, polyakrylamider, naturliga galakto- mannaner och olika andra polysackarider.

Icke vattenbaserade vätskor som är lämpliga för att driva den vätskedrivna hammaren 216 inkluderar syntetiska fluider inkluderande polyglykoler, syntetiska kolväte- fluider, organiska estrar, fosfatestrar och silikoner.

Det bör inses att vattenbaserade och icke vatten- baserade vätskor för drift av den vätskedrivna hammaren emellertid inte är begränsade till de som nämns ovan. lO 15 20 25 30 35 524 375 25 Fackmannen inser att andra vätskor kan användas som borr- fluider och till drift av en pistonghammare utan att av- vika från skyddsomfànget för uppfinningen.

En slaghammare som drivs med vätska tillhandahåller flera ytterligare egenskaper och fördelar jämfört med en pneumatisk slaghammare. En vätskedriven hammare kan t ex drivas med arbetstryck pà ungefär 800 till 2000 psi i stället för det vanliga intervallet pá 80-350 psi som hu- vudsakligen används i pneumatiska hammare som drivs med komprimerad luft. Förmågan att driva de vätskedrivna ham- marna vid högre arbetstryck ger högre energikapacitet för slaghammaren och ger därför en ökning i arbetsenergin som är tillgänglig för borrning.

Såsom noteras ovan är de maximala arbetstrycken som konventionellt används för att driva pneumatiska hammare begränsade till ungefär 300 till 500 psi. Denna begräns- ning i relativt låga arbetstryck hos de pneumatiska ham- marna är ett resultat, delvis, av den potentiella säker- hetsrisken som är överhängande vid användning av kompres- sibla fluider. Drift med arbetstryck pà flera hundra psi (och högre) medför t ex risken att en explosion sker pà grund av ett tryckledningsfall. För att övervinna dessa potentiella säkerhetsproblemen är de pneumatiska hammarna därför vanligtvis begränsade till ett maximalt arbets- tryck pà ungefär 300 till 500 psi.

Vidare, eftersom energin hos en pneumatiskt driven hammare är proportionell mot kvadraten av dess hastighet och hastigheten är proportionell mot arbetstrycket är energin som är tillgänglig för borrning proportionell mot kvadraten av arbetstrycket. I överensstämmelse med detta sä resulterar nágondera begränsning av arbetstrycket för den pneumatiskt drivna hammaren direkt i en begränsning av den tillgängliga arbetsenergin för borrning.

En annan egenskap hos den vätskedrivna hammaren är en relativt hög energiöverföringsverkningsgrad jämfört med den pneumatiskt drivna hammaren. Eftersom kompressi- biliteten för vätskor i princip är noll och kan bortses 10 15 20 25 30 35 524 575 ¿3gq;;¿,;f 26 från i de flesta praktiska tillämpningar är t ex energi- förlusten i en vätskedriven hammare beroende på värmeom- vandling som ett resultat av kompressibiliteten i prakti- ken noll. Detta skiljer sig dock fràn de pneumatiskt drivna hammarna, vilka förlorar energiverkningsgrad bero- ende pà kompressibiliteten hos fluiden som används för att driva hammarna. Som ett exempel, när den pneumatiska fluiden värms upp under kompression, avleds denna värme senare till omgivningen och reducerar sålunda den pneuma- tiska hammarens energiverkningsgrad.

Vidare, under borrning förlorar inte vätskefluiden som används för att manövrera den vätskedrivna hammaren tryck eftersom kanalerna för att leda vätskan till hamma- ren hålls fyllda. Detta är inte fallet med pneumatiska hammare där den pneumatiska fluidledningen vanligtvis ut- sätts för en trycksänkning när varje nytt pipsegment tillfogas en borrlina. Därför måste volymen i den pneuma- tiska fluidledningen åter trycksättas innan man fortsät- ter en borrningsoperation. Det kommer att inses att beho- vet att åter trycksätta ledningen blir mer besvärligt allt eftersom antalet borrstänger i borrlinan ökar. Ännu en annan egenskap hos den vätskedrivna hammaren är förmågan att transportera bort borrspån som åstadkom- mes av borroperationen från den främre delen av borrlinan runt borrkronan. Använd vätskefluid som träder ut fràn borrkronan genom kanaler anordnade därpå för ett sådant syfte tillhandahåller ett effektivt sätt att transportera bort borrspánen från främre delen av borrhuvudet. Den an- vända luften som används i pneumatiskt drivna hammare till skillnad mot vätskedrivna hammare transporterar inte bort borrspån lika effektivt som den använda vätskan.

Det kommer att inses av fackmännen att den vätske- drivna hammaren 216 (se fig 22) vanligtvis manövreras med samma arbetssätt som diskuteras ovan med hänvisning till den pneumatiska hammaren 16. Varje hammartyp har dessut- om, såsom diskuteras ovan, beroende på om den är pneuma- tiskt eller vätskedriven, klara fördelar som är unika för 10 15 20 25 30 35 524 2/ det medium som används för att driva hammaren (t ex kom- pressiva fluider kontra vätskor). I en utförandeform av uppfinningen kan därmed den pneumatiska hammaren 16 bytas 21 och 22), 25). 400 och 216 kan t ex drivas med ut mot en vätskedriven hammare 100 400 23 Och 24) kedrivna hammaren 100, (se fig. (se fig. eller 216 (se fig. Den väts- borrvätska eller vilken annan hydraulisk arbetsfluid som helst, vilken vanligtvis är välkänd av fackmännen utan att avvika fràn uppfinningens skyddsomfàng.

Fackmännen inom området kommer att inse att en väts- kedriven hammare enligt den föreliggande uppfinningen kan vara av en typ som redan är känd inom området. En vätske- driven hammare kan t ex vara av den typ som beskrivs av US-5 715 897, US-5 785 995, US-5 107 944 Och/eller US-5 014 796, vilka härigenom inkorporeras i sin helhet genom hänvisning. Fackmännen inom omrâdet kommer emellertid att inse att hammaren/hammarna som beskrivs i de föregående referenserna inte var styrbara, inte inkluderade en sond och inte användes i en horisontell borrningstillämpning.

I allmänhet erfordrar vätskedrivna hammare, liksom andra fluidhammare, vissa nivåer pà arbetstryck och flöde för att aktivera hammaren. Dessutom erfordrar de vätske- drivna hammarna en kraft (t ex en tryckkraft som genere- ras av en drivdel hos en horisontell riktningsborrmaskin) mot en borrkrona som verkar mot en pistong hos hammaren.

Om denna kraft saknas kommer hammaren inte att aktiveras, oberoende av trycket eller flödet som används till hamma- ren.

Utformningen av en vätskedriven hammare kan modifie- ras för att ändra förhållandet mellan dessa parametrar (t ex tryckkraft och arbetstryck). En vätskedriven hamma- re kan därmed utformas för att medge att arbetstryck överförs genom en vätska som appliceras mot hammaren om någon tryckkraft mot borrkronan saknas och som en följd möjliggöra för den vätskedrivna hammaren att aktiveras som svar pà en efterföljande applicering av en nominell kraft mot borrkronan. Denna utformning kommer i det föl- . 'ß v _ '_ :vv : I u.- " u u o. - . ._ x- 'I '. v o. . f. a.. n. _ _ . _ f u . 1. . ., ., _ v enn-n n--nn n u -. _ : : u; - . . u . , . , f » u u" n - ~ ...n-.n 10 15 20 25 30 35 524 575 28 jande att hänvisas till som en vätskedriven hammare av (NIN)-typ.

Ett exempel pà en vätskedriven hammare av standard standard NIN-typ tillverkas av G-drill AB i Sverige, vilken är kommersiellt tillgänglig under benämningen ”Water Powered ITH Hammer", WASSARA WlOO OCh WlOOS. hammaren av standard NIN-typ som hänvisas till häri är Den våtskedrivna vanligtvis utformad för att manövreras med relativt rent vatten som arbetsvätska. Det kommer att inses att när man använder borrvätska för att driva hammaren kan den väts- kedrivna hammaren av standard NIN-typ modifieras. De in- terna spelen och materialen som används för att konstrue- ra NIN-hammaren kan t ex modifieras sà att hammaren drivs pà rätt sätt med den relativt högre viskositeten och de relativt högre nivåerna av föroreningar som vanligtvis hittas i borrvätskor.

Fig 21 och 22 visar ett exempel pà en vätskedriven hammare av standard NIN-typ, allmänt betecknad med 100.

En kort summering av hammaren 100 kommer att presenteras häri. För en mer detaljerad beskrivning av hammaren refe- reras emellertid till US-5 715 897.

Vid drift av den hydrauliska anslagsmotorn i utfö- randeformen som visas i fig. 21 och 22 innebär tryck- sättning av den bakre drivkammaren 126 att pistong- hammaren 124 förflyttas i sitt framàtgàende slag via trycksättning av pistongomràdet 137. Trycksänkning i den bakre drivkammaren 126 gör att pistonghammaren 124 för- flyttar sig i sitt returslag. Returslaget àstadkommes av den kontinuerligt trycksatta, främre drivkammaren 134 som verkar pà stàngomrädet 136.

Trycksättningen och trycksänkningen hos den bakre drivkammaren 126 regleras av positionen för spolventilen 140. Spolventilen 140 har tvà driftpositioner. Den första driftpositionen visas i fig 21, och trycksätter den bakre drivkammaren 126. I den andra icke visade driftpositionen är spolventilen 140 förskjuten bakåt mot det bakre stödet 138. Denna position innebär att den bakre drivkammaren 10 15 20 25 30 35 524 375 28 126 och styrytorna A1 och A2 utsätts för en tryck- sänkning. Beroende på det kontinuerligt verkande trycket på styrytan A3 hålls spolventilen 140 kvar i den andra driftspositionen oberoende av trycksänkningen hos styr- ytorna A1 och A2.

Den cykliska rörelsen för spolventilen 140 från den första driftpositionen till den andra driftpositionen re- gleras av positionen för pistonghammaren 124. När pi- stonghammaren 124 har förflyttat sig framåt för att slå mot borrkronan 114 trycksätts styrytan A2 för att för- flytta spolventilen 140 till dess andra driftsposition och sänker trycket hos styrytan A2. När pistonghammaren 124 har nått gränsen för sitt returslag trycksätts styr- ytan Al för att förflytta spolventilen 140 till sin för- sta driftsposition.

Vid uppstartning antas att maskinen befinner sig i ett initialt trycksänkt tillstànd. Trycksatt vatten trä- der in i maskinen via ett bakre stöd 122 och trycksätter det ringformade utrymmet 158, såsom beskrivs ovan. Ett antal parallella kanaler 157 leder axiellt genom ventil- huset 120 och kopplar ihop den främre drivkammaren 134 med utrymmet 158. Följaktligen trycksätts den främre drivkammaren 134 huvudsakligen omedelbart vid uppstart.

På liknande sätt ansluter ett antal kanaler en rad öpp- ningar 162 som går in i den ringformade kammaren 147 med det trycksatta utrymmet 158 för att huvudsakligen omedel- bart trycksätta kammaren 147 vid uppstarten.

Vid uppstart kan det inte antas att spolventilen 140 eller pistonghammaren 124 befinner sig i någon speciell konfiguration. Därför kommer olika konfigurations- tillstånd att analyseras, varvid det i vart och ett antas att maskinen nu har en trycksatt främre drivkammare 134 och en trycksatt ringformad kammare 147, såsom beskrivs i det föregående stycket.

Vidare kan företrädesvis de begränsande axiella po- sitionerna för pistonghammaren 124 definieras. Bakåt- gående förflyttning för pistonghammaren 124 kan begränsas 10 15 20 25 30 35 524 375 50 genom interferens med röret 123 och begränsa, så att öpp- ningen 160 företrädesvis kvarstår i öppet läge. Bakåt- gående förflyttning för pistonghammaren 124 kan alterna- tivt begränsas genom interferens mellan ventilhuset 120 och ytan A5, eller bakátgàende förflyttning för pistong- hammaren 124 kan begränsas av interferens mellan ventil- huset 120 och ytan 137, vilket stänger den bakre drivkam- maren 126 och stängningsöppningen 160 fullständigt. Läck- age av hydraulfluid från öppningen 160 in i den bakre drivkammaren 126 kan sedan trycksätta pistongomràdet 137, om så behövs.

Framåtgående förflyttning för pistonghammaren 124 kan begränsas genom anslag mot målet, d v s borrkronan 114 (såsom visas i fig. 22). Vid denna främre begränsning kan en spalt existera mellan ytan A6 och styrlagringen 118 och pistongutrymmet för ytan A6, vilket tillser att pistongutrymmet hos ytan A6 kan trycksättas vid uppstart.

Antag först att spolventilen 140 vid uppstarten be- finner sig i den främre positionen som visas i fig. 22.

Den ringformade kammaren 147 är i förbindelse med den ringformiga kammaren 148 och via öppningen 162, kanalen 159, och öppningen 160 kommer den bakre drivkammaren 126 att trycksättas.

Om pistonghammaren 124 befinner sig vid sitt icke visade bakre förflyttningsstopp skulle öppningarna 153 och 155 vara stängda. Öppningen 156 skulle vara öppen.

Den fria öppningen 156 är i förbindelse med den främre drivkammaren 134 och skulle trycksätta pistongomràdet A1 via kanalen 154 och den ringformiga kammaren 145 samt kvarhålla spolventilen 140 i dess främre position. Tryck- sättning av den bakre drivkammaren 126 kommer att låta pistonghammaren 124 börja sitt framåtgående slag och starta arbetscykeln.

Om pistonghammaren 124 befinner sig i en mellan- liggande axiell position (med öppningen 153 stängd) kan öppningarna 155 och 156 vara öppna eller stängda vid upp- starten. Om endera öppningen 155 eller 156 är öppen då 10 15 20 25 30 35 524 375 ål skulle pistongomràdet A1 trycksättas, endera av den främ- re drivkammaren 134 via öppningen 156 eller av den bakre drivkammaren 126 via öppningen 155. Spolventilen 140 skulle därigenom hàllas i sin främre position och pi- stonghammaren 124 kommer att avsluta sitt framàtgàende slag och påbörja arbetscykeln.

Om öppningarna 155 och 156 är stängda vid uppstart kommer trycksättning av den bakre drivkammaren 126 att påbörja rörelsen framåt för pistonghammaren 124. Öppning- en 155 skulle därefter öppna under det initiala framåtgà- ende slaget och trycksätta pistongomràdet A1, sàsom i den vanliga arbetscykeln.

Om pistonghammaren befinner sig vid eller nära sin främre förflyttningsbegränsning skulle öppningarna 153 och 155 vara öppna vid uppstarten. Trycksättning av den bakre tryckkammaren 126 skulle trycksätta pistongomràdet A1 (via öppning 155) 153). Spolventilen 140 skulle förskjutas till sin bakre position och sänka trycket i den bakre drivkammaren 126 och pistongomràdet A2 (via öppningen och medge för pistonghammaren 124 att påbörja ett bakät- gàende slag genom trycksättning av pistongomràdet 136.

Antag sedan att spolventilen 140 befinner sig vid en mellanliggande position mellan sina främre och bakre fas- ta positioner. Om spolventilen 140 befinner sig tillräck- ligt làngt fram sä att den ringformade kammaren 147 och ringformade kammaren 148 förblir i förbindelse kommer uppstartningsprocessen att vara identisk med den som be- skrivs för spolventilen 140 när den befinner sig i det främsta läget, såsom beskrivits tidigare ovan.

Om spolventilen 140 befinner sig vid eller nåra den bakre fasta positionen förhindrar sedan ansatsen 149 kom- munikation mellan den ringformade kammaren 147 och den ringformade kammaren 148. Den bakre drivkammaren 126 kom- mer därmed inte att trycksättas omedelbart vid uppstart.

Om pistonghammaren 124 befinner sig vid sin ej visa- de bakersta förflyttningsbegränsning kommer öppningarna 153 och 155 att vara stängda. Öppning 156 skulle vara öp- 10 15 20 25 30 35 524 375 "H'É2 pen. Den öppna öppningen 156 kommunicerar med den främre drivkammaren 134 och skulle trycksätta pistongomràdet A1 via kanalen 154 och den ringformade kammaren 145 samt driva spolventilen 140 till sin främre fasta position.

Den ringformade kammaren 148 skulle nu kommunicera med den ringformade kammaren 147 och trycksätta den bakre drivkammaren 126. Trycksättning av den bakre drivkammaren 126 kommer att låta pistonghammaren 124 starta sitt fram- åtgående slag och påbörja arbetscykeln.

Om pistonghammaren 124 befinner sig i en mellan- liggande axiell position (med öppningen 153 stängd) kan öppningarna 155 och 156 vara öppna eller stängda vid upp- starten. Om endera öppningen 155 eller 156 är öppen då kommer pistongomràdet A1 att trycksättas, endera av den främre drivkammaren 134 via öppningen 156 eller av den bakre drivkammaren 126 via öppningen 155. Spolventilen 140 skulle därigenom drivas till sin främre fasta posi- tion och pistonghammaren 124 skulle slutföra sitt framåt- gående slag och påbörja arbetscykeln.

Om öppningarna 155 och 156 är stängda vid uppstart kommer trycksättning av den främre drivkammaren 134 att starta den bakåtgående rörelsen för pistonghammaren 124 för att påbörja arbetscykeln (den bakre drivkammaren 126 trycksätts inte ännu). Öppningen 156 skulle därefter öpp- na under det initiala bakåtgående slaget och trycksätta pistongomràdet A1 som i den vanliga arbetscykeln.

Om pistonghammaren 124 befinner sig vid eller nära sin främre förflyttningsbegränsning skulle öppningarna 153 och 155 vara öppna vid uppstarten. Den bakre driv- kammaren 126 skulle emellertid inte trycksättas, så att trycksättning av den främre drivkammaren 134 kommer att påbörja den bakåtgående rörelsen för pistonghammaren 124 för att starta arbetscykeln.

Det kommer att inses att hammaren av standard NIN- typ som beskrivits ovan tillverkas under benämningen ”Wa- ter Powered ITH Hammer", WASSARA modell nr W100/W1OOS.

Denna hammare har egenskapen att när ingen kraft verkar lO 15 20 25 30 35 524 375 33 pà borrkronan 114 och tryck appliceras pà pistonghammaren 124 spolas den trycksatta vätskan ut ur kanalen genom pi- stonghammaren 124.

Ett exempel pà driftsbegränsning för den vätske- drivna hammaren av standard NIN-typ, t ex ”Water Powered ITH Hammer", WASSARA modell nr. W100/W100S beskriven ovan, belyses i följande tabell 1.

Tabell 1 Med en kraft pà minst 300-500 lbs. applicerad mot borrkronan kommer vätskeflödet som erfordras för att ak- tivera hammaren att vara 15 till 20 gallons/min (gpm): 1) om det är önskvärt att INTE AKTIVERA hammaren kommer vätskeflödet att begränsas av: a)att när kraften som verkar pä borrkronan ligger inom ungefär O till 500 lbs. måste flödet be- stämmas till ungefär 10 till 15 gpm: b)att när kraften som verkar pà borrkronan är större än ungefär 500 lbs. bör det maximala flödet bestämmas till ett maximalt flöde (gpm) = 0,03 * kraft (lbs.): 2) om det är önskvärt att AKTIVERA hammaren bör vätskeflödet bestämmas till ett minimumflöde pà: a) minimumflöde (gpm) = 0,03 * kraft (lbs.) Det kommer att inses som ett alternativ att det är möjligt att utforma en vätskedriven hammare sä att hamma- ren inte arbetar när det saknas någon kraft som verkar pà borrkronan. Detta hänvisas allmänt till som ett spol- ningsläge/-position. När hammaren befinner sig i spol- ningspositionen kommer därmed appliceringen av en kraft mot borrkronan som är inom ett normalt arbetsintervall inte att aktivera hammaren. Denna utformning kommer här- efter att hänvisas till som en aggressiv spolutformning av GIN-typ, vilken som ett exempel beskrivs i US-5 014 796.

En aggressiv vätskedriven spolhammare av GIN-typ tillverkas av G-Drill AB i Sverige, och är kommersiellt 10 15 20 25 30 35 n. u _ u. m, | o u u. n nu .u ' s: .u u a. u u u u» oc-»v u» f, nu n.. g of» en o. nu 1- . a. uno-e; nun:- u p nu o u I . u u n I c o - u u u: o a v u a . v: q u.- v» o . 34 tillgänglig under modellbeteckningen GIN WlO0/W10OS "G2".

Säsom diskuterats ovan med hänvisning till den vätske- drivna hammaren av standard NIN-typ är den aggressiva vätskedrivna spolhammaren av GIN-typ som hänvisas till häri vanligtvis också utformad för att manövreras med re- lativt rent vatten som drivvätska. Det kommer att inses att när man använder borrvätska för att driva hammaren kan den vätskedrivna hammaren av standard GIN-typ modifi- eras. De interna spelen och materialen som används för att konstruera GIN-hammaren kan t ex modifieras så att hammaren arbetar pà rätt sätt vid den relativt högre vis- kositeten och de relativt höga nivåerna av föroreningar som vanligtvis finns i borrvätska.

Fig. 23a, 23b och 24 visar en aggressiv vätskedriven spolhammare av GIN-typ som allmänt betecknas med 400. Ef- tersom en kort beskrivning av hammaren 400 kommer att presenteras häri kan en ytterligare beskrivning av hamma- ren 400 hittas i US-5 014 796. Med hänvisning nu till fig. 23a och 23b visas där ett hölje 418 till en bergs- borr 410 som består av ett förlängt cylindriskt rör med vanligtvis relativt jämn tjocklek, vilken har en inre ringformad stödjepunkt 413. En cylinder 411, som är före- trädesvis integrerad med ventilhuset 412, upptas i höljet 418 och stöds av radiellt delade ringstrukturer 414 och 415 som vilar mot stödjepunkten 413. Cylindern 411 är fixerad axiellt i höljet 418 av ett rörformat cylinderfo- der 416 som sträcker sig mellan den bakre frontytan pà ventilhuset 412 och ett ej visat bakre stöd. Cylinderfod- ret 416 är stadigt gängat mot en bakre del av höljet 418 och anpassat för att överföra rotation till höljet 418 pà ett konventionellt sätt.

Insidan av cylinderfodret 418 formar en öppning 417, som vanligtvis är anordnat med vanliga borrör som använ- der en vätska med högt tryck, företrädesvis vatten. Vatt- net tillförs via det bakre stödet och öppningen och an- vänds för att driva borren som skall gà ner i hàlet. 10 15 20 25 30 35 I.. n. u n »a n n. n n u . v n. .n o o. 1 n q n. o.. .. q ~ nu ~. -. |.o u o.. v. v., » n. v. . -. ann.. ...u- . . n. . 1 u . .u o . . f - . 1 n nu .

L - - u - g . u - u” n a , 35 I fig. 23b visas fragmentariskt en borrkrona 420 som är förskjutningsbart upptagen och kvarhållen i en hylsa 421 som är gängad mot den främre änden av höljet 418. Ett mothàll 419 hos borrkronan 420 sticker in i ett ring- format spår 422 hos hylsan 421. I riktning bakåt från spåret 422 är anordnad en styrlagring 423 i hylsan 421.

Borrkronan 420 har den vanliga genomspolningskanalen 424 däri som leder till dess arbetsände och den vanliga ej visade förbindningen med splines är anordnad mellan hyl- san 421 och borrkronan 420, varigenom rotation överförs till denna från höljet 418.

En avlàng kammare 425 formas av höljet 418 och sträcker sig mellan styrlagret 423 hos borrkronehylsan 421 och de uppdelade ringstrukturerna 414 och 415 hos cy- lindern 411. Kammaren 425 hålls ständigt vid ett lägre vätsketryck, d v s avlastar trycket tack vare en eller flera avlastningskanaler 426 som ansluter kammaren 425 med det ringformade spåret 422 som kommunicerar med spol- ningskanalen 424 i borrkronan 420.

En hammare 428 kan röra sig fram och tillbaka i höl- jet 418 för att upprepade gånger leverera slag mot mot- hållet 419 hos borrkronan 420. På den bakre delen och fö- reträdesvis i den bakre änden av hammaren 420 är anordnat en drivpistong 429. Den stötande främre änden hos hamma- ren 428 är utformad som en axeltapp 430 som är glidbart upptagen i styrlagret 423 hos hylsan 421. En cylindrisk, förstorad hammardel 432 är anordnad så att den kan röra sig fram och tillbaka i kammaren 425. Den diametrala för- storingen 432 har som funktion att öka slagenergin för hammaren 428 och har en tillräcklig spalt inuti kammaren 425 för att medge huvudsakligen ohindrad rörelse för lágtrycksvätska mellan ändarna i kammaren 425 när hamma- ren 428 rör sig fram och tillbaka.

En reducerad halsdel 431 är anordnad mellan pistong- en 429 och den förstorade hammardelen 422 och har före- trädesvis en diameter som är lika med diametern hos axel- tappen 430. Halsdelen 431 omslutes tätande av de radiellt 10 15 20 25 30 35 524 avs .JO uppdelade ringstrukturerna 414, 415 och kan röra sig fritt fram och tillbaka däri.

En axiell spolningskanal 434 sträcker sig centralt genom hammaren 428 och har vid sin bakre del ett försto- rat borrhàl 435 inuti pistongen 429, vilket är tätande förskjutningsbart i en central làgtrycks- eller avlast- ningskanal 438, vilken koaxiellt bildar del av eller är pàmonterad cylindern 411. Kanalen 438 är i öppen förbin- delse med den centrala pistongkanalen 434 och med insidan av ventilhuset 412.

Pistongen 429 är glidbart och tätande upptagen i cy- lindern 411 och formar en drivkammare 439 däri som vetter mot den bakre ändytan 440 hos pistongen 429, vilken kam- mare 439 används för att driva hammaren 428 framåt i sitt arbetsslag.

Runt den reducerade halsdelen 431 är anordnat en motsatt cylinderkammare 441 som vetter mot en ringformad motsatt drivyta 442, vilken är mindre än drivytan 440 och är anpassad för att tvinga pistongen 429 i riktning bakåt för att utföra ett returslag för hammaren 428.

Ventilhuset 412 har ett axiellt borrhàl 445 i vilket en rörformad reglerventil 446 (företrädesvis en spol- ventil) är rörlig fram och àter. Insidan av regler- ventilen 446 är permanent öppen mot kanalen 438 och hålls sålunda kvar vid det lägre vätsketrycket i spolkanalerna 434 och 424. Reglerventilen 446 har en differential- pistong 447 som är tätande och glidbart upptagen i det axiella borrhàlet 445, vilket förslutes av ett lock 448 som är gängat mot huset 412. Locket 448 upptar glidbart och tätande däri en övre kant 449 hos reglerventilen 446.

Den motsatta änden till reglerventilen utgör en nedre kant 451. En reducerad midja 452 är anordnad mellan den nedre kanten 451 och differentialpistongen 447. Den yttre diametern pá den nedre kanten 451 är nàgot större än den yttre diametern pá den övre kanten 449 och nàgot mindre än diametern för borrhàlet 445. Borrhàlet 445 avslutas av en mellanliggande krage 450. Utstickande styrflikar 454 10 15 20 25 30 35 524 575 ïfïsïšf 3/ (se fig. 24) är anordnade pà den axiella frontytan för den nedre kanten 451 och fungerar som styrningar när re- glerventilen 446 rör sig fram och tillbaka mellan posi- tionen i fig. 23a, i vilken den nedre kanten 451 tätar mot den nedre kragen 453, och positionen i fig. 24, i vilken den nedre kanten 451 tätar mot den mellanliggande kragen 450.

Vätskekanaler 458 ansluter högtrycksöppningen 417 via grenkanaler 459 med ventilhàlet 445 för att ge ett konstant tryck pà undersidan av differentialventil- pistongen 447, varigenom reglerventilen 446 trycks i riktning mot den bakre positionen som visas i fig. 24.

Vätskekanalen 460 ansluter den övre delen av driv- cylinderkammaren 439 med det ringformade interna spåret 455 i ventilhuset 412.

Under drift anpassas reglerventilen 446 till att röra sig fram och tillbaka som svar pà rörelsen för ham- maren 428, och, mer specifikt, som svar pá positionen för reglerspàret 433 pà pistongen 429. Mot denna ände sträck- er sig reglerkanaler 461, såsom visas i fig. 23a och 24, för att ansluta en reglerkammare 480 som är placerad vid den övre änden av ventilhàlet 445 med cylinderväggen mel- lan kamrarna 439 och 441. Dessa kamrar är i linje med pi- stongens reglerspàr 433, vilket, såsom visas i positionen i fig. 23a, ansluter reglerkanalerna 461 till vätskekana- lerna 462 som leder till làgtryckskammaren 425. Vid av- lastning av den övre änden av ventilhàlet 445 bringar den ovan nämnda uppàtriktade ventilförspänningen reglerventi- len 446 upp till dess position i fig. 24, varvid den ned- re ventilkanten 451 tätar mot den mellanliggande kanten 450.

När hammaren 428 i fig. 23b sålunda träffar mot- hållet 419 och den övre änden av ventilhàlet 445 avlastas då bringar det högre trycket, som överförs fràn öppningen 417 via kanaler 458 och 459 till den nedre änden av ven- tilhàlet 445, reglerventilen 446 till positionen i fig. 24. I detta ögonblick och till dess att hammaren 428 un- 10 15 20 25 30 35 38 der sin uppåtgående förspänning har förflyttats till po- sitionen i fig. 24 kommer drivkammaren 439 att tömmas ut till kanalen 438 via kanalerna 460 och den öppna nedre kanten 453. Den utströmmande vätskan leds genom kanalerna 434 och 424 för att spola ur hålet som borras i berget av borrkronan 420.

När reglerkanalen 433 hos pistongen 429 når den bak- re positionen i fig. 24 ansluter den grenkanalerna 463, vilka leder från högtryckskanalerna 458, med kanalerna 461. Detta trycksätter änden av ventilhålet 445. Beroende på skillnaden i diameter mellan ventilkanterna 459 och 451 är den bakre ytan hos differentialventilpistongen 447 större än den motsatta nätytan som ger den konstanta bak- åtriktade förspänningen på ventilpistongen 447, och som en följd bringas reglerventilen bakåt mot positionen i fig. 23a. Den mellanliggande ventilkanten 450 öppnas här- vid och drivcylinderkammaren 439 ansluts till högt väts- ketryck via kanalerna 458 och 459, ventilmidjan 452 och kanalerna 460. Som en följd tvingas hammaren 428 att ut- föra sitt arbetsslag för att slå på mothàllet 419 hos borrkronan, se fig. 23b. Den ovan beskrivna operationen upprepas sedan.

I en upphöjd position för bergsborren kommer borr- kronan 420 att sjunka i riktning framåt något fràn posi- tionen som visas i fig 23b. Den förstorade delen 432 hos hammaren 428 grips vid ett sådant ögonblick och hammaren stoppas och nedsänkes till ett främre hål 466 i kammaren 425. Samtidigt öppnas högtrycksgrenkanalerna 463 för att driva kammaren 439. Kammaren 439 avlastas för kraftig vätskespolning via hàl 467 (anordnade i väggkanalen 438) in i kanalen 438 med syfte att ändra anslagsenergin hos den utsatta bergsborren.

Kammaren 425 kan kombineras med hammare som har för- storade delar 432 med varierande längd. En sådan möjlig- het indikeras av fantomlinjer för en hammare 468 i fig. 23b. 10 15 20 25 30 35 524 375 39 Vatten kan tillföras öppningen 417 vid ungefär 180 bar (18 MPa). fram- och ätergàende rörelse utjämnas normalt sett genom Varierande vätskebehov under hammarens kompression och äterexpansion av vattenpelaren i rören som tillför bergsborren 410 vätska, varigenom användning- en av gasfyllda nedhàlsackumulatorer undvikes.

Med ett vattentryck pà 180 bar (18 MPa) och en borr- höljesdiameter pà t ex 96 mm medger den nya ventil- utformningen en anslagsenergi pâ ungefär 25-30 kW och en utblàsningsfrekvens nära 60 Hertz. Vattenförbrukningen pà ungefär 150-200 l/min ger en spolningsvattenhastighet pà mer än 0,6 m/sek, vilken vid en uppnàdd hàldiameter av 116 mm är tillräcklig för att effektivt ta bort skräp vid vertikal borrning.

Det kommer att inses att hammaren av standard GIN- typ som beskrivs ovan inkluderar egenskapen att när ingen kraft verkar pà borrkronan 420 och tryck appliceras mot pistonghammaren 428 spolas den trycksatta vätskan ut ur kanalen genom pistonghammaren 428.

Ett exempel pà arbetsbegränsningar för en vätskedri- ven hammare av standard GIN-typ, t ex modellen med nr.

GIN W100/WlOOS ”G2” som beskrivs ovan, beskrivs i följande tabell 2.

Tabell 2 1) Om det är önskvärt att INTE AKTIVERA hammaren, utförs följande sekvens: a) Reducering av kraften till ungefär noll; b) Användning av ett vätskeflöde i en storlek av 15 gpm till vätskehammaren, vilket resul- terar i att hammaren växlar till spolnings- positionen; c) Reglering av vätskeflödet och tryckkraften som verkar pà borrkronan sà att: minimumflödet (gpm)=0,025 x kraft (lbs.); eller maximala kraften (lbs.)=40 x flödet (gpm). lO 15 20 25 30 35 524 575 40 2) Om det är önskvärt att AKTIVERA hammaren utförs följande sekvens: a) Reducering av vätskeflödet till hammaren till ungefär noll; b) Användning av en kraft på minst 500 lbs. c) Användning av ett vätskeflöde pà minst 15 Qpm; d) och sedan reglera så att; minimumkraften (lbs.)=4O x flödet (9Pm); eller maximala flödet (lbs.).

Med hänvisning nu till fig. 25, i en utförandeform, (gpm)= 0,025 x kraften inkluderar ett borrhuvud 210, vilket är konstruerat i en- lighet med principerna för den föreliggande uppfinningen, som huvudsakliga komponenter, ett sondhàllar/hus 214, en vätskedriven hammare 216 och ett borrkroneaggregat 218 som är anslutet med framände mot bakände, såsom visas.

Borrhuvudet 210 kan också inkludera en startstàng 212.

Startstángen 212 ansluter vid en bakre del 213 till en konventionell borrlina som drivs av en riktningsborrma- skin. I en utförandeform matas borrvätska genom borrli- nan, startstàngen 212 och genom en kanal i sondhàllaren 214. Vätskan används också för driva den vätskedrivna hammaren 216.

Borrkroneaggregatet 218 inkluderar en borrkrona 219A med en rad skärtänder 22OA och en borrkroneaxel 221A (se fig. 25B), vilken används för att montera borrkronan 219A mot den främre änden av den vätskedrivna hammaren 216.

Borrkronan 219A är löstagbart monterad mot axeln 221A med hjälp av làspinnar som är införda genom tvärgàende häl 223. I en utförandeform av uppfinningen är vinklade öpp- ningar 222A (se fig. 25B) anordnade i borrkroneaggregatet 218 för att spruta ut använd vätska fràn den vätskedrivna hammaren 216 ut ur den främre delen av borrkronan 219A.

Borrvätskan som kommer ut ur de vinklade öppningarna 222A 10 15 20 25 30 35 tﬂ NJ 4> LN \J LH 41 används för att transportera bort borrspàn som består av jordmån och/eller bergspån från borrkronans bana.

I en utförandeform anordnas ett borrhuvud 210 som har en sondhållare 214, varvid sondhàllaren 214 inklude- rar en kopplingsdel. I en utförandeform av uppfinningen är kopplingsdelen en gängad del 250, vilken är anpassad för att ansluta mot en gängad ände hos den vätskedrivna hammaren 216. Det kommer att inses, såsom diskuterats ovan, att en splinesförbindning kan användas för att an- sluta sondhållaren 214 mot endera änden av den vätske- drivna hammaren 216 och startstången 212. Samma typ av låspinneförbindning, utan splines, kan användas för att montera borrkronan 219A mot axeln 221A.

Med fortsatt hänvisning till fig. 25 och 25A är den gängade änden 250 anordnad så att en centrumlinje eller längsgående axel ”l” hos den gängade änden 250 (den böjda axeln) definierar en vinkel 6 med den längsgående axeln ”L” hos borrlinan. Vinkeln 9 kan variera från ungefär O,5° till ungefär 2° och är vanligtvis runt 1,5°. Det kommer emellertid att inses att vinkeln 6 begränsas av det faktum att borrhuvudet 210 kan användas för borrning genom både fast berg och kompressibla jordmåner. Med and- ra ord, när man borrar i fast berg kan vinkeln för den böjda axeln inte överstiga ett förutbestämt värde så att borrhuvudet 210 inte fastnar i borrhålet. Det kommer ock- så att förstås att den längsgående medel-/genomsnitts- axeln L till borrlinan vanligtvis kan bestämmas nära el- ler vid sondhàllaren 214 och startstången 212.

Den vätskedrivna hammaren 216 kopplas till sondhàl- laren 214 så att längden på den vätskedrivna hammaren 216 bildar en vinkel 9 med den längsgående axeln ”L” till borrlinan. Vinkeln 9 ger en förskjutning (eller böjd axel) för styrning av borrhuvudet 210. Fackmännen inom området kommer enkelt att inse att den pneumatiska hamma- ren 216 också kan anslutas till den gängade änden 250 hos sondhàllaren 214 på ett liknande sätt. 10 15 20 25 30 35 524 375 ¿..:,..:¿ m; a .v nu; v 42 Vid borrning i kompressibelt material, såsom jord- män, kan operatören böja av eller styra borrhuvudet 210 iväg från en rak bana i en önskad avvikelseriktning genom att använda den böjda axeln som bildas av sondhàllaren 210 och den vätskedrivna hammaren 216. Det kan, om man borrar i jordmàn längs en huvudsakligen horisontell rikt- ning, t ex vara önskvärt att leda om borrhuvudet 210 i en huvudsakligen uppátriktad riktning. Detta kan uppnås ge- nom att först rotera hela borrlinan sà att delen hos den vätskedrivna hammaren 216, vilken sträcker sig längst bort fràn den längsgående axeln ”L” hos borrlinan, riktas mot den önskade avvikelseriktningen. Vid placering av borrhuvudet 210 i den rätta avvikelseorienteringen förs borrhuvudet 210 framåt genom att inducera borrkrafter från riktningsborrmaskinen. I överensstämmelse med detta avviker banan för borrhuvudet 210 enligt orienteringen för den vätskedrivna hammaren 216. Denna styroperation liknar den som används när borrhuvudet är utrustat med en böjd del för avlänkning eller styrning av borrlinan.

Det kommer att inses av fackmännen inom omràdet att borrhuvudet 210 kan avlänkas eller styras i den önskade riktningen genom att använda varierande tekniker som beror pà egenskaperna hos mediumet som borras. För att t ex vika av eller styra borrhuvudet 210 när man borrar genom kompressibel jordmàn roteras borrhuvudet 210 van- ligtvis inte och den vätskedrivna hammaren 216 kan eller behöver inte manövreras. Andra jordmànstyper har emeller- tid egenskaper som innebär att för att kunna böja av borrhuvudet 210 i den lämpliga riktningen kan eventuellt enbart tryckkraften (t ex trycket) från borrlinan inte vara tillräckligt för att böja av borrhuvudet 210. Därför skulle det, i vissa typer av jordmàner, vara önskvärt att utdela slag mot borrkronan 219A genom att använda den vätskedrivna hammaren 216 medan man ändrar riktning i jordmànen. Å andra sidan, vid borrning i fast berggrund, rote- ras borrhuvudet 210 vanligtvis inte och avvikelsen eller 10 15 20 25 30 35 524 375 45 styrningen av borrhuvudet 210 uppnås genom att slå på borrkronan 2l9A med den vätskedrivna hammaren 216. Borr- huvudet 210 ändrar sedan riktning i den fasta berggrunden genom att använda huvudsakligen samma sluttningsmetod (eng. ”shelving method”) som beskrivs ovan genom att an- vända den pneumatiska hammaren 16. Till exempel genom att bearbeta en form som är nästan cirkulär men lämna en strimla eller remsa berg kvar på botten och upprepa pro- cessen många gånger. Sluttningsmetoden som beskrivs ovan ger en trappstegsform med avsmalnande upphöjningar och raka steg av typen som visas i fig. 16. Påverkan från remsan ändrar lutningen på borrhuvudet, såsom beskrivs ovan, och hjälper till att ändra vinkelinklinationen.

Det kan också finnas andra typer av jordmåner med egenskaper så att borrhuvudet 210 kan roteras runt en båge som är mindre än 360 grader (och/eller bibehàllas stationär) medan det samtidigt utdelas slag på borrkronan 2l9A med den vätskedrivna hammaren 216 för att ändra riktning i jordmånen. Återigen kan denna procedur uppnås genom att använda huvudsakligen samma sluttningsmetod som beskrivs ovan vid användning av den pneumatiska hammaren 16. Under vissa förhållanden, medan borrsträngen kan ro- teras under avböjningen eller styrproceduren, behövs emellertid inte slagen från den vätskedrivna hammaren 216.

Med hänvisning till figur 25B visas en vy i sektion av borrkroneaggregatet 218. I en utförandeform av uppfinningen placeras borrkroneaggregatet 218 i en hylsa 217 som har en inre yta 221 anpassad för att uppta borr- kroneaggregatet 218 och en yttre yta 223 som är anpassad att upptas av den distala änden hos den vätskedrivna ham- maren 216. Det kommer att inses att den inre ytan hos hylsan 217 kan förses med olika egenskaper för att uppta en borrstång 221A, såsom splines som liknar splinsen 72B hos borrstången 21A, såsom diskuteras ovan. Vidare kan den yttre ytan 223 på hylsan 217 anordnas med gängor för 10 15 20 25 30 35 524 375 44 att ansluta borrkroneaggregatet 218 till den distala än- den hos den vätskedrivna hammaren 216 som har ett matchande set gängor anordnade däri.

Det kommer att inses att ett antal borrkroneaggregat kan användas och bytas ut mot borrkroneaggretet 218 utan att avvika från tanken och skyddsomfànget hos den före- liggande uppfinningen. Till exempel kan borrkrone- aggregatet 218 bytas ut mot borrkronor av typen som be- skrivs i WO 99/19596 och/eller US-5 778 991 och andra do- kument. Fackmännen kommer att inse att valet av en borr- krona beror av utformningsvalet, vilket är bekant för den utbildade mekanikern.

Med hänvisning till fig. 25 kommer det att inses att i en utförandeform av uppfinningen bör den effektiva styrgeometrin hos borrkronan 219A (t ex ett periferiut- stick som är anordnat i borrkroneaggregaten 18 och 218 eller andra borrkronor, vilka är ”obalanserade” - t ex borrkronor med en asymmetrisk form och/eller anordnade och utformade för att skära pà ett osymmetriskt sätt) in- riktas i linje så att den effektiva styrgeometrin place- ras vid en yttersta punkt från den längsgående axeln ”L” hos borrlinan. Vidare bör den effektiva styrgeometrin hos borrkronan 219A riktas in i linje längs axeln ”l” hos den vätskedrivna hammaren 216. Därmed bör orienteringen för sonden 246 (se fig. 22A) innan användning överensstämma med orienteringen för den vätskedrivna hammaren 216 och den effektiva styrgeometrin hos borrkronan 219A.

Med hänvisning nu till figur 26A placeras sonden 246 inuti sondhàllaren 214 mellan stötdämpare 255A-B. Ett sondindexeringsaggregat 251 är anbringat mellan sonden 246 och stötdämparen 255B.

Den yttersta delen sett från den längsgående axeln ”L” hos den effektiva styrgeometrin till borrkronan 219A och den yttersta punkten fràn den längsgående axeln ”l” hos den vätskedrivna hammaren 216 mäste överensstämma med orienteringen för sonden 246. Därför justeras den 10 l5 20 25 30 35 4: yttersta delen sett fràn den längsgående axeln ”L” hos den effektiva styrgeometrin till borrkronan 219A och den yttersta delen fràn den längsgående axeln ”l” hos den vätskedrivna hammaren 216 sä att de är i linje. Sondin- dexeringsaggregatet 251 anordnas för att utföra de slut- liga orienteringsjusteringarna mellan den vätskedrivna hammaren 216 och borrkronan 219A samt sonden 246.

Med hänvisning nu till figurerna 26B-C, inkluderar sondindexeringsaggregatet 251 ett omslutande sondlock 239 med en indexeringsyta 242 och en indexeringstunga, vilken inkluderar ett utspráng 241. Ett indexeringslock 240 är anordnat, vilket är anslutet till det omslutande sond- locket 239. Indexeringslocket 240 inkluderar en indexe- rande yta 253, vilken passar mot den indexerande ytan 242 hos det omslutande sondlocket 239. Indexeringstung- utsprànget 241 är anpassat för att anslutas mot en mot- svarande slits som är formad i stötdämparen 255B.

Det omslutande sondlocket 239 hos sondindexeringsag- gregatet 251 inkluderar ett litet utspráng 238. Det omslutande indexeringslocket 239 är anslutet till indexe- ringslocket 240 med hjälp av en kvarhàllningsbult 243.

Kvarhàllningsbulten 243 inkluderar en kvarhàllningsmutter 244 och en kvarhállningsfjäder 245. Det omslutande sond- locket 239 förspänns mot indexeringslocket 240 med hjälp av kraften hos kvarhällningsfjädern 245. Kvarhàllnings- kraften är justerbar genom att justera kvarhällningsbul- ten 244.

Vid användning, när orienteringen mellan den effek- tiva styrgeometrin hos borrkronan 2l0A och den vätske- drivna hammarn 216 väl är fixerad, slutförs den slutliga justeringen genom indexering (t ex rotation) av sond- indexeringsaggregatet 251 och sonden 246 samtidigt, för att bringa alla tre elementen (t ex sonden 246, den vätskedrivna hammaren 216 och den effektiva styrgeometrin hos borrkronan 219A) i deras rätta inriktning. När de tre elementen väl är justerade kan orienteringen hos sonden 246 användas för att bestämma avvikelseriktningen för 10 15 20 25 30 35 borrlinan antingen operatören av riktningsborrmaskinen använder den böjda axeln hos vätskehammaren 216 för att böja av borrningsbanan i kompressibla jordmåner eller operatören använder borrkronan 2l9A för att böja av borr- banan genom fast bergrund. Fackmännen inom området kommer självklart att inse att indexering av de tre elementen kan uppnås genom att använda andra tekniker och konstruk- tioner utan att avvika från skyddsomfånget för den före- liggande uppfinningen.

Med hänvisning nu till figur 27 visas ett system 300 för borrning av ett hål inkluderande en riktningsborrma- skin 302. Riktningsborrmaskinen 302 inkluderar en ram 304 med en drivdel 306 för frammatning och hopgängning av rör. Riktningsborrmaskinen 302 används för att trycka en borrlina 308 med rör in i marken för att borra ett hål.

Därmed àstadkommes en tryckkraft längs borrlinans axel av riktningsborrmaskinen 302 med hjälp av drivdel 306 för att trycka borrlinan 308 in i marken.

Riktningsborrmaskinen 302 är också utrustad med en tryckkälla 320 som används för att åstadkomma arbetstryck som skall överföras av vätskan för drift av vätskedrivna hammare av de typer som beskrivs ovan (t ex en vätske- driven hammare av standard NIN-typ och/eller en aggressiv vätskedriven spolhammare av GIN-typ).

Systemet 300 för borrning av ett hål kan också in- kludera en kontrollenhet 322 för övervakning och regler- ing av tryckkraften som àstadkommes av drivdelen 306.

Kontrollenheten 322 kan också anpassas för övervakning och reglering av tryckkällan 320.

Det kommer att förstås att kontrollenheten 322 kan vara en datoriserad kontrollbox som inkluderar en eller flera mikroprocessorer och olika andra kontrollkretsar.

Exempel på elektronikkontrollmoduler för utförande av dessa funktioner beskrivs i amerikanska patentansökningen med serienummer 09/405,889, ”REAL-TIME CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING AN UNDERGROUND BORING MACHINE” som registrerades 1999-09-24, och US-5 944 121, vilka båda 10 15 20 25 30 35 härigenom inkorporeras i sin helhet genom hänvisning.

Fackmännen inom området kommer självklart att förstå att en operatör 324 av riktningsborrmaskinen 302 också har förmågan att reglera tryckkraften och trycket manuellt genom att manövrera reglerventiler och observera parame- termätare, vilka visar mätvärden på tryck och tryckkraft.

Borrsystemet inkluderar också ett borrhuvud 310 vid “ en distal änden av borrlinan 308. Borrhuvudet 310 inklu- derar en sondhållare 314 med en sond 346, en slag- eller stöthammare 316 och en borrkrona 319. En startstàng kan också inkluderas i borrhuvudet 310. En positionerare 326 ovan mark bestämmer positionen för sonden 346.

Vid användning tillförs den trycksatta vätskan i ka- naler som är anordnade genom borrlinan 308 för att manöv- rera den vätskedrivna hammaren 316. Såsom beskrivs ovan, utdelar den vätskedrivna hammaren 316 stötar mot borrhu- vudet 319 för att borra i olika typer av jordmån. Slag- driften hos den vätskedrivna hammaren 316 är dock ibland önskvärd och ibland inte. Den föreliggande uppfin- ningen tillhandahåller därmed också en metod för att re- glera TILL/FRÅN-tillstànden hos slaghammaren 316.

Med hänvisning nu till figurerna 28 och 29 visas me- toder för TILL/FRÅN-reglering av slaghammarna (t ex pneu- matiska eller vätskedrivna hammare). Figur 28 visar en utförandeform för TILL/FRÅN-reglering av en vätskedriven hammare av standard NIN-typ och figur 29 visar en utfö- randeform för TILL/FRÅN-reglering av en aggressiv vätske- driven spolhammare av GIN-typ. Det kommer att förstås att dessa grundläggande arbetssätt kan tillämpas för pneumatiska hammare, liknande den pneumatiska hammaren 16 som beskrivs ovan, under förutsättning att gränsvärdes- trycken är rätt injusterade för drift av den pneumatiska hammaren med en kompressibel fluid.

Fackmännen inom området kommer att förstå att de följande metoderna kan utföras av operatören till rikt- ningsborrmaskinen eller av en elektronisk regleringsmodul (benämns kontrollenhet härefter) till riktningsborr- 10 15 20 25 30 35 ñ,- F .".". .... ... .....

. H H . .. ... ....". ..... . .. ..... ".... .. . .... . ... . . . ... . .. . , .. _ 48 maskinen. Ett exempel pà en elektronisk kontrollmodul för att utföra dessa funktioner beskrivs i den amerikanska patentansökningen med serienummer 09/405,889, ”REAL-TIME CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING AN UNDERGROUND BORING MACHINE” registrerad 1999-09-24, vilken härvid in- korporeras i sin helhet genom hänvisning.

Figur 28 visar ett flödesschema 258 över en utföran- deform av en metod för TILL/FRÅN-reglering av en vätske- driven hammare av standard NIN-typ. Fackmännen inom omrä- det kommer att förstà att dessa grundläggande arbetssätt är tillämpbara för en pneumatisk hammare, som liknar den pneumatiska hammaren 16 som beskrivs ovan, under förut- sättning att gränsvärdestrycken är lämpligt injusterade för manövrering av en pneumatisk hammare med en kompressibel fluid.

Ett exempel pà arbetsbegränsningarna för en vätske- driven hammare av standard NIN-typ är följande: med en kraft pà minst 300-500 lbs.som appliceras mot borrkronan kommer det erfordrade vätskeflödet för aktivering av hammaren att vara 15 till 20 gallons per (gpm). l) Om det är önskvärt att INTE AKTIVERA hammaren, kom- mer vätskeflödet att begränsas av att: minut a) när kraften som verkar pà borrkronan är inom ungefär 0 till 500 lbs mäste flödet ställas in till ungefär 15 gpm; b) när kraften som verkar pà borrkronan är större än ungefär 500 lbs bör det maximala flödet ställas in till ett maximalt flöde (gpm)=0,03 x kraft (lbs.); 2) Om det är önskvärt att AKTIVERA hammaren bör väts- keflödet ställas in till ett minimumflöde pà: a) minimumflödet (gpm)= 0,03 x kraft (lbs.).

Enligt detta väljer operatören eller kontrollenhe- ten, vid ruta 260, om man skall använda slagfunktionen hos hammaren. Om slagfunktionen inte väljs, vid ruta 262, 10 15 20 25 30 35 CH ßà 4> 1 ~J LH 49 begränsar operatören eller kontrollenheten vätskeflödet vid riktningsborrmaskinen till en nivå under ett gräns- värde som erfordras för att aktivera den vätskedrivna hammaren av standard NIN-typ.

Sedan, vid ruta 264, medan man bibehåller vätskeflö- det under gränsvärdet som erfordras för att aktivera den vätskedrivna hammaren av standard NIN-typ justeras tryck- kraften från riktningsborrmaskinen till en nivå under en gränsvärdesnivå som erfordras för att aktivera den väts- kedrivna hammaren av standard NIN-typ. Eftersom det finns ett förhållande mellan tryckkraften och flödet, om flödet överstiger en förbestämd storlek, kan tryckkraften sedan hållas under en viss nivå för att garantera att hammaren inte aktiveras. Ett exempel på en sekvens inkluderar in- ställning av ett flöde till en önskad nivå och sedan ap- plicering av en tryckkraft. Alternativt kan en tryckkraft först appliceras till en önskad nivå och sedan sker in- ställning av flödet. Flödeshastigheten kan t ex initialt ställas in på 15 gpm utan att någon tryckkraft applice- ras. När tryckkraften väl når t ex 500 lbs kan sedan flö- det (gpm) ökas till ett förhållande på 0.03 x kraft (lbs).

Vid ruta 266 behålls tryckkraften vid en nivå under vilken vätskehammaren inte kommer att aktiveras. Vidare, om rotation av borrlinan erfordras under borrningsproces- sen, begränsas tryckkraften till en nivå under gränsvär- det som erfordras för att aktivera den vätskedrivna ham- maren av standard NIN-typ.

Om operatören eller kontrollenheten vid ruta 260 väljer att använda slagfunktionen hos hammaren övergår proceduren till ruta 270. Vid ruta 270 ökas vätskeflödet till en nivå över gränsvärdet som erfordras för att akti- vera vätskehammaren. Alternativt ökas tryckkraften som ges av riktningsborrmaskinen till en nivå över gränsvär- desnivån som erfordras för att aktivera vätskehammaren.

Figur 29 visar ett flödesschema 278 för en utföran- deform till en metod för TILL/FRÅN-reglering av en ag- 10 15 20 25 30 35 524 375 nu gressiv vätskedriven spolhammare av GIN-typ. Fackmännen inom omràdet kommer att inse att dessa grundläggande ar- betssätt är tillämpbara för en pneumatisk hammare, som liknar den pneumatiska hammaren 16 som beskrivs ovan, under förutsättning att gränsvärdestrycken är lämpligt injusterade för drift av en pneumatisk hammare med en kompressibel fluid.

Såsom diskuteras ovan är ett exempel pá arbets- begränsningar för en aggressiv vätskedriven spolhammare av GIN-typ som följer: 1) Om det är önskvärt att INTE AKTIVERA hamma- ren utförs följande sekvens: a) minskning av kraften till ungefär noll; b) användning av vätskeflöde i en storlek av 15 gpm till vätskehammaren, vilket resulterar i att hammaren växlar till spolningspositionen; c) därefter regleras vätskeflödet och tryckkraf- ten som verkar på borrkronan så att: (gpm)=0,025 x kraft (lbs); (1bs)=4O x flödet (gpm). 2) Om det är önskvärt att AKTIVERA hammaren, utförs följande sekvens: minimumflödet eller maximumkraften a) Reducering av vätskeflödet till hammaren till ungefär noll; b) Användning av en kraft pà minst 500 lbs. c) Användning av ett vätskeflöde pà minst 15 gpm; d) och därefter reglera så att: minimumkraften (lbs)= 40 x flödet (gpm) ; eller maximala flödet (gpm)=0,025 x kraften (lbs) Vid ruta 280 väljer operatören eller kontrollenheten om man skall använda slagfunktionen hos hammaren. Om slagfunktionen är vald, vid ruta 282, minskar operatören eller kontrollenheten tryckkraften som àstadkommes av riktningsborrmaskinen medan man samtidigt bibehåller borrvätsketrycket i borrlinan. Kombinationen av att mins- 10 15 20 25 30 35 U1 ßâ $> 04 *J CH bl ka tryckkraften och bibehålla borrvätsketrycket tvingar borrkronan att förflyttas framåt i borriktningen och där- igenom växlar den aggressiva vätskedrivna spolhammaren av GIN-typ till sin spolposition. I spolpositionen rör sig inte den drivna hammaren 316 fram och tillbaka och borr- vätskan uttråder bara genom öppningarna 222A.

Vid ruta 284 fortskrider nu borrprocessen pà ett konventionellt sätt utan hjälp av slagverkan från den aggressiva vätskedrivna spolhammaren av GIN-typ. Det kom- mer att förstås att tryckkraften inte kan appliceras när ”mud flow”) inuti borrlinan eftersom appliceringen av en tryckkraft det saknas borrvätska (t ex slamflöde, eng. utan att ha borrvätsketryck skulle göra att borrkronan 2l9A åker bakåt i riktningen för riktningsborrmaskinen.

Vidare bör borrvätskeflödet, trycket eller flödes- storleken regleras inom vissa förutbestämda gränser, vil- ka kommer att variera som en funktion av tryckkraften.

Det kommer att förstås att begränsningarna kan regleras automatiskt av kontrollenheten.

Vid ruta 286 övervakas den vätskedrivna hammaren för att avgöra om den har aktiverats av misstag. Om inte, fortsätter den slaglösa borrningen. I annat fall fortsätter proceduren vid block 282 tills driften av den drivna hammaren 316 upphör.

Om operatören eller kontrollenheten väljer slagfunk- tionen hos hammaren vid ruta 280 byter proceduren till ruta 288 där borrvätskeflödet sedan minskas avsevärt till ungefär noll. Såsom indikeras i ruta 290 appliceras sedan en tryckkraft mot borrlinan av riktningsborrningsmaskinen så att borrkronan 2l9A tvingas att förflytta sig bakåt mot riktningsborrmaskinen och därigenom byter den aggres- siva vätskedrivna spolhammaren av GIN-typ från sin spol- ningsposition.

Vid ruta 292 ökar sedan operatören eller kontrollen- heten borrvätskeflödet tills den aggressiva vätskedrivna spolhammaren av GIN-typ påbörjar slagproceduren och borr- processen fortsätter. Operatören eller kontrollenheten 10 15 c_\'} T! v . .- . . . 524 3 DA reglerar sedan borrvätskeflödet som en funktion av tryck- kraften så att om borrtryckkraften är liten reduceras borrvätskeflödet för att undvika att den aggressiva väts- kedrivna spolhammaren av GIN-typ av misstag byter till spolningspositionen.

Vid ruta 296 övervakas den aggressiva vätskedrivna spolhammaren av GIN-typ för att avgöra om den har slagits ifrån av misstag. Om inte, fortsätter slagborrningen. I annat fall fortsätter processen vid ruta 288 tills slag- driften för den aggressiva vätskedrivna spolhammaren av GIN-typ börjar.

Medan vissa utförandeformer av uppfinningen har vi- sats avsedda för denna beskrivning kan mànga ändringar i metoden och av apparaten enligt uppfinningen som presen- teras häri utföras av fackmän inom området, varvid sådana ändringar kan förverkligas inom skyddsomfånget och tanken med den föreliggande uppfinningen, såsom definieras i de bifogade kraven.

Claims

10 15 20 25 30 35 . . » . n. 53 NYA KRAV

1. Metod för drift av en hammare (100, (300) som är anpassad för att borra genom berg och 216, 400) i 216, 400) i en horisontal riktningsborrapparat med en borrlina (308) kompressibel jordmàn, varvid hammaren (100, (300) drivs av en vätska och metoden för (100, 216, 400) (a) reglering av tryckkraften fràn en drivdel (308), tryckkraften regleras till en förbestämd kraftnivá; och borrapparaten drift av hammaren innefattar: (306) varvid hos borrapparaten (300) mot borrlinan (b) reglering av vätskeflödet (320) för att driva hammaren (100, 216, 400), varvid vätskeflödet regleras till en förbestämd flödesnivà som motsvarar den för- bestämda kraftnivàn sà att den förbestämda flödesnivàn och den förbestämda kraftnivàn samverkar för att aktivera och desaktivera hammaren (100, 216, 400).

2. Metod enligt krav 1, varvid hammaren (100, 216, 400) är en aggressiv spolningstyphammare (400) och borrning utförs i berggrund, varvid metoden att manövrera den aggressiva spoltyphammaren (400) vidare innefattar; (a) beslut om att aktivera den aggressiva spoltyp- (400); (b) minskning av vätskeflödet för att driva hammaren hammaren (400) förbestämda flödesnivàn är väldigt nära noll; och till den förbestämda flödesnivàn, varvid den (c) applicering av den förbestämda kraftnivàn för tryckkraften, varvid den förbestämda kraftnivàn över- stiger ett förbestämt kraftgränsvàrde för drivdelen (306) (300) (308) att den aggressiva spoltyphammaren (400) hos borrapparaten mot borrlinan och gör sà byter fràn en spolningsposition; och (d) ökning av vätskeflödet fràn den förbestämda flödesnivàn och fortsättning av borrningen i berget med den aktiverade aggressiva spoltyphammaren (400).

3. Metod enligt krav 1, varvid hammaren (100, (100) 216, 400) är en standardtyphammare och borrningen utförs 10 15 20 25 30 35 524 375 » « = . I» 'SH i berg, varvid metoden för drift av standardtyphammaren (100) vidare innefattar: (a) bestämning att aktivera standardtyphammaren (lOO); (b) ökning av vätskeflödet för drift av hammaren (100) till den förbestämda flödesnivàn, varvid den förbestämda flödesnivàn har ett värde som är större än det förbestämda flödesgränsvärdet; (c) applicering av den förbestämda kraftnivàn för tryckkraften, varvid den förbestämda kraftnivàn överstiger ett förbestämt kraftgränsvärde för drivdelen (306) hos borrapparaten (300) mot borrlinan (308); och (d) fortsättning av borrningen i berggrunden med standardtyphammaren (100) aktiverad.

4. Metod enligt krav 1, varvid hammaren (100, 216, 400) är en aggressiv spoltyphammare (400) och borrningen utförs i kompressibel jordmàn, varvid metoden att driva den aggressiva spoltyphammaren (400) vidare innefattar: (a) bestämning att desaktivera den aggressiva spol- (400): (b) minskning av tryckkraften till den förbestämda typhammaren kraftnivàn, varvid den förbestämda kraftnivàn är lägre än ett förbestämt kraftgränsvärde för drivdelen (306) hos (300) (308); (c) bibehàllning av vätskeflödet för att driva (400) aggressiva spoltyphammaren (400) byter till en spol- borrapparaten mot borrlinan hammaren vid den förbestämda flödesnivàn så att den position; och (d) fortsättning av borrningen i kompressibel jord- män utan att ha den aggressiva spoltyphammaren (400) aktiverad.

5. Metod enligt krav 1, varvid hammaren (100, 216, 400) i kompressibel jordmàn, varvid metoden att manövrera är en standardtyphammare (100) och borrningen utförs standardtyphammaren (100) vidare innefattar: (a) bestämning att desaktivera standardtyphammaren (lOO); lO 15 20 25 30 35 524 375 'S5 Q ; < . .o (b) minskning av vätskeflödet för att driva hammaren (100) till den förbestämda flödesniván, varvid den för- bestämda flödesnivàn är lägre än ett förbestämt flödes- gränsvärde som erfordras för att aktivera hammaren (100); (c) minskning av tryckkraften till den förbestämda kraftnivàn, varvid den förbestämda kraftnivàn har ett värde som är lägre än ett förbestämt kraftgränsvärde som (100): (d) fortsättning av borrningen i kompressibel jord- erfordras för att aktivera hammaren och mån utan att ha standardtyphammaren (100) aktiverad.

6. Metod för drift av en aggressiv spoltyphammare (400) i en horisontal riktningsborrapparat (300) med en borrlina (308) som är anpassad för att borra genom berg och kompressibel jordmàn, varvid den aggressiva spoltyp- (400> (300) och metoden för att driva den aggressiva spoltyphammaren (400) hammaren i borrapparaten drivs av en vätska, innefattar: bestämning av om man ska aktivera den aggressiva (400); (a) om borrning sker i berg och hammaren (400) spoltyphammaren ska aktiveras: minskning av vätskeflödet för drift av hammaren (400) till ett första värde som är väldigt nära noll; applicering av en tryckkraft som överstiger ett för- (306) sä att hammaren bestämt gränsvärde med hjälp av en drivdel hos (300) (308) (400) byter fràn en spolposition; och borrapparaten mot borrlinan ökning av vätskeflödet till ett förbestämt gräns- värde och fortsättning av borrningen i berget med hammaren (400) aktiverad; (b) om borrning utförs i kompressibel jordmàn och hammaren (400) inte ska aktiveras: minskning av tryckkraften under ett förbestämt gränsvärde medan vätsketrycket behàlles över ett förbestämt gränsvärde pà hammaren (400), varigenom hammaren (400) byter till spolpositionen; och l0 15 20 25 30 35 524 375 56 fortsättning av borrningen i kompressibel jordmàn (400)

7. Metod enligt krav 6, varvid, utan att hammaren är aktiverad. om hammaren (400) är aktiverad: vätskeflödet regleras som en funktion av tryck- kraften, varvid, om tryckkraften är lägre än ett för- bestämt gränsvärde, vätskeflödet reduceras till en nivà lägre än ett förbestämt gränsvärde för att hindra att hammaren (400) växlar till spolningspostionen.

8. Metod enligt krav 6, varvid, om hammaren (400) inte är aktiverad: drivdelen (306) hos borrapparaten (300) regleras så att en tryckkraft inte appliceras när vätskeflöde saknas. (100) i med en borrlina

9. Metod för drift av en standardtyphammare (300) (308) som är anpassad för att borra genom berg och kom- en horisontal riktningsborrapparat pressibel jordmàn, varvid standardtyphammaren (100) i (300) driva standardtyphammaren drivs av en vätska och metoden att (100) bestämning av om man ska aktivera standardtyp- (l00); (a) om borrning utförs i berg och hammaren (100) borrapparaten innefattar: hammaren ska aktiveras: ökning av vätskeflödet till ett värde över ett för- bestämt gränsvärde; ökning av tryckkraften som àstadkommes av en drivdel (306) till ett värde över ett förbestämt gränsvärde; och i den horisontala borrapparaten (300) fortsättning av borrningen i berget med hammaren (100) aktiverad; (b) om borrning sker i kompressibel jordmàn och hammaren (l00) inte ska aktiveras; begränsning av vätskeflödet till ett värde lägre än ett förbestämt gränsvärde som erfordras för att aktivera hammaren (l00); 5 u nu begränsning av tryckkraften till ett värde lägre än ett förbestämt gränsvärde som erfordras för att aktivera hammaren (lOO); och fortsättning av borrningen i den kompressibla jordmànen utan att ha hammaren (100) aktiverad.