SE529459C2 - Borrande apparatur - Google Patents

Description

* 15 20 25 529 459 2 besvärlig vid kända enstegsbergbultar beroende på användningen av special- bergbultar och den exklusiva användningen av vilken som helst av komplexa återdragbara kronor. lcke desto mindre är det ett faktum att installationsförde- larna med en självborrande bergbult uppväger de med icke självborrande typ.

S ten med u finnin en Den borrande apparaturen, bergbulten, användningen av borrkronan och meto- den enligt föreliggande uppfinning har såsom ett syfte därmed att väsentligen i övervinna ovannämnda problem som associeras med teknikens ståndpunkt, eller åtminstone anvisa ett alternativ därtill.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en enstegs- borrande apparatur för bergbultar. Ännu ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en rör- formig expanderbar självborrande bergbult. Ännu ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en enstegsborrande apparatur för bergbultar som är mindre kostsam att använda än bergbultar av det slag som beskrivits ovan och att göra deras användning inom gruvindustrin attraktivare. Ännu ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en opti- mal enstegsborrande apparatur för bergbultar som möjliggör användning av enklare och mindre utrustning jämfört med dagens mekaniserade system. Ännu ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att föreslå användning av en borrkrona i en enstegsborrande apparatur för bergbultar som möjliggör återanvändning av borrkronan.

Genom hela specifikationen, såvida inte sammanhanget fordrar annor- lunda, skall ordet "innefatta", eller variationer såsom "innefattar" eller "som inne- fattar", förstås innebära inklusion av ett uppgivet särdrag eller grupp av särdrag men inte uteslutning av något annat särdrag eller grupp av särdrag. 10 15 20 25 30 529 459 Kort beskrivning av ritningarna De bifogade ritningarna visar exempel på utföringsformer av uppfinningen.

F ig. 1A-1 G visar schematiskt en sekvens av enstegsbergbultning med användning av en apparatur enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 1H visar ett tvärsnitt av den borrande apparaturen i hålet liknande Fig. 1D.

Fig. 1K visar ett tvärsnitt av den borrande apparaturen i hålet liknande Fig. 1E.

Fig. 1L visar en sprängvy av den borrande apparaturen enligt föreliggande uppfinning. I Fig. 2A och 2B visar en sidovy av den borrande apparaturen enligt Fig. 1C och en ändvy av borrkronan enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 3A och 3B visar en alternativ utföringsform av en borrande apparatur för enstegsbultning i liknande vyer som Fig. 1H och 1K. _ Fig. 4A och 4B visar en alternativ utföringsform av en borrande apparatur för enstegsbultning enligt föreliggande uppfinning i liknande vyer som i Fig. 1H och 1K. V Fig. 5A och 5B visar en alternativ utföringsforrn av en borrande apparatur för enstegsbultning enligt föreliggande uppfinning i liknande vyer som Fig. 1H och 1K.

Detalieradgbeskrivninq av uppfinninggg F ig. 1A-1G visar en enstegsborrande apparatur 10 enligt föreliggande upp- finning. Den enstegsborrande apparaturen 10 innefattar flera delar. Ett avlångt borrstål 11 med en främre ände 12 och en bakre ände 13 med avseende på en borriktning F. Den främre änden 12 har ett förbindningsparti som innefattar en gänga 15, en kona eller en bajonettförbindning, ej visade. En borrkrona 16, i ett stycke, med bergbearbetningsorgan 17 och 18. Borrkronan 16 är anslutbar till borrstålet via ett förbindningsparti som innefattar en gänga 20, en kona eller en bajonettförbindning, ej visade. Den enstegsborrande apparaturen 10 innefattar dessutom en bergbult 21 som är anpassad för att åtminstone delvis omsluta 10 15 20 25 30 529 459 4 borrstålet 11. Den största diameterdimensionen hos borrkronan är mindre än bergbultens minsta diameter. i Den grundläggande idénrïmed den enstegsborrande apparaturen 10 enligt föreliggande uppfinning är att borra hålet med bulten omslutande borrstålet, och att sedan dra tillbaka kronan utan problem. Inga krondelar förloras.

Borrkronan 16 kan vara utformad enligt följande varvid hänvisning görs till Fig. 1K eller 2A och 2B. Den enstycksformade bergborrkronan 16 har två integrerade delar, det vill säga en pilotdel 14 som är tillräckligt lång för att styra hela apparaturen 10 ordentligt där pilotdelens 14 axel CL1 sammanfaller med hålets 22 axel CL3, och en rymmardel 19. Pilotdelens 14 centrumaxel eller mittlinje CL1 sammanfaller väsentligen med bergbultens centrumaxel under borrning, men inte under tillbakadragande av borrkronan. Rymmardelens 19 centrumaxel eller mittlinje CL2 och borrstålets 11 axel sammanfaller, men är väsentligen åtskilda från hålets 22 axel CL3. Det bör noteras att varken pilotdelen eller rymmardelen måste vara cirkulära i tvärsnitt, så hänvisningen till axlarna CL1 och CL2 skall förstås såsom en hänvisning till genomsnittliga mittlinjer i respektive delar.

Den enstycksformade bergborrkronan 16 innefattar en kropp 25 och hårdmetallmedel, dvs skär och/eller stift 17, 18 och 17', 18'. Borrkronans kropp är tillverkad av stål. Kroppen 25 innefattar den väsentligen koniska pilotdelen 14 och den väsentligen koniska rymmardelen 19. Pilotdelen 14 kan ha ett cirkulärt tvärsnitt såsom framgår av F lg. 2B. Pilotdelen har en främre yta som bär på ett diametralt sig sträckande skär 17 eller två diametralt motsatta främre stift 17'.

Rymmardelen 19 kan ha cirkulärt tvärsnitt såsom framgår av Fig. 2B.

Rymmardelen har en främre yta som bär på tre främre stift 18 eller fyra främre stift 18'. De främre ytorna kan vara konvexa eller väsentligen plana. Stiften 18, 18' kan bilda en perifer båge på rymmardelen. Stiften 18, 18' kan skjuta ut något utanför rymmardelens periferi för att bearbeta ett hål under borrning som har en något större diameter än stålkroppen. Kaxspår eller urtagningar kan vara anordnade i områden mellan intilliggande rymmarstift, igenom vilka spolmedium kan passera. Bergborrkronan skall kopplas till borrstålet 11 med hjälp av ett förbindningsparti, ej visat, eller till en drivchuck på en sänkborrhammare, ej 10 15 20 25 30 529 459 5 visad, för att på normalt sätt överföra rotationsrörelse. Borrstålet 11 inkluderar en kanal för att transportera ett spolmedium. En huvudkanal för spolmedium är anordnad inuti borrkronan. Denna huvudkanal kommunicerar vid sin främre ände med ett antal grenkanaler, vilka går ut i de främre ytorna. Spolmediet kommer i praktiken att vara vatten, cement eller luft. Pilotdelen gör ett pilothål 22A med mindre diameter och längd i förhållande till hålet 22. Dimensionerna av betydelse är enligt följande: RP är pilotdelens 14 största radie jämfört med hålets axel CL3. RR är rym- mardelens 19 största radie. 1/2(RP+RR) är rymmardelens 19 radie jämfört med borrstålets 11 axel CL2. DH är hålets 22 diameter som är lika med 2XRR. Rörets 21 tjocklek tecknas med E. OFF är förskjutningen mellan hålets 22 axel CL3 och borrstålets 11 axel CL2. DD är borrstålets 11 dia- meter. Dl är den minimidiameter i vilken borrkronan 16 kan röra sig fritt. DB är den största diameterdimensionen hos borrkronan 16. OD är bergbultens yttre diameter. Följande formler är tillämpliga: RR=1l2Dl-l, RP 2RR-E s DI S 2RR-2E tillämplig på bergbultar 221 och 321 för att medge borrkronan 16 att dra sig tillbaka igenom bergbulten, DD< RR+RP-2E för att medge borrståtet 11 att löpa excentriskt i bulten 21.

DB=RP+RR Exempel: De följande dimensionerna skulle kunna vara lämpliga för bult- ningsapplikationer: RR=19 mm, RP=14 mm, OFF=2,5 mm och 10 mm mm. i Driften av enstegsbergbultningsapparaturen 10 visas i Fig. 1A-1G. Borrkro- nan 16 är förbunden, exempelvis gängad, till borrstålet 11. En borrmaskin såsom en borrigg av standardtyp håller borrstålet. Bulten 21 matas företrädesvis auto- matiskt kring borrstålet och placeras bakom borrkronan 16 i borriktningen F. l F ig. 1A kommer pilotdelen 14 primärt att anligga mot berget så att den under en kort tid kommer att bearbeta bergytan under cirkulär interpolering. Sedan kommer pilotdelen 14 att finna sitt rätta centrum och börjar borra centralt medan borrstålet 11 samtidigt börjar kränga kring pilotdelens axel CL1, se Fig. 1B. 10 15 20 25 30 529 459 6 Sedan kommer rymmardelen 19 i kontakt med bergytan och börjar rymma det hål som gjorts av pilotdelen 14. Efter en kort stund når bulten 21 hålet och _ tvingas in i hålet såsom visas i Fig. 1C och 1H. Vanligtvis är bulten 21 axiellt åtskild från borrkronan 16. Den delade bulten 21 kan anta hålets diameter 22 via kompression. Borrkronan 16 kommer att fortsätta att borra och rymma hålet 22, medan bulten trycks framåt av en kopplingshylsa 26 på borrmaskinen, se Fig. 1D, tills matning av de olika delarna stoppas. Hålets 22 djup bestäms väsentligen av bultens 21 längd, dvs när en bultbricka 23 som är placerad vid bultens bakre ände når bergytan eller hålets ingång, kommer vidare matning att stoppas, se Fig. 1E. Det finns en bergbultpådrivare på borrmaskinen.

Bultpådrivaren är en kopplingshylsa 26 eller ett mothållsverktyg 27, se Fig. 1L, som drivs av borrstålet. Mothållsverktyget 27 roterar tillsammans med borrstålet och bulten under införande. Det kan vrida en expanderbergbult vid fullt införande. Mothållsverktyget kan även glida utmed borrstålet för att möjliggöra en lättare installation av mekaniska expanderbultar och injekteringsbultar. Fig. 1E visar bergbulten helt införd, med borrstålet och borrkronan helt införda och pådrivaren trycker plattan mot bergytan. Bultbrickan är en lös konventionell platta med ett centralt hål som samverkar med en utbuktning 24 vid den bakre änden av bulten. Sedan dras borrkronan tillbaka från pilothålet 22A, se Fig. 1F och 1K.

Det är fördelaktigt att det axiella utrymmet mellan bulten och borrkronan är större än pilothålets 22A djup så att den främre änden av bulten inte stör tillbakadragandet av borrkronan. Borrkronan och borrstålet kan dras tillbaka fullständigt och kan återanvändas under upprepade borrningsförfaranden. Med andra ord innefattar enstegsbergbultningsmetoden följande steg. -tillhandahållande av en enstegsborrande apparatur 10 innefattande: ett avlångt borrstål 11 med en främre 12 och en bakre 13 ände med avseende på en borriktning F, varvid nämnda främre ände 12 har ett förbindningsparti 15, en borrkrona 16, i ett stycke, med bergbearbetningsorgan 17, 18 eller 17', 18', varvid nämnda borrkrona är anslutbar till borrstålet 11, - omslutning av borrstålet 11 åtminstone partiellt med en bergbult 21, varvid nämnda borrkrona 16 och nämnda bergbult 21 är utformade för att medge borr- kronan 16 att passera bergbulten 21 under tillbakadragande av borrkronan, 10 15 20 25 30 529 459 7 - borrning av ett hål 22 i ett berg medan bergbulten trycks in i nämnda hål, - tillbakadragande av nämnda borrstål 11 och nämnda borrkrona 16 igenom bergbulten 21.

Maskinen som driver apparaturen 10 kan vara en topphammarborrmaskin, en roterande maskin eller en sänkborrutrustning. För att undvika krökning, för- slitning och hàldiameterreduktion beroende på radiella krafter från rymmaren på piloten skulle den övre delen av piloten kunna vara formad med en vinkel som är diametralt motsatt rymmardelen för att därigenom motverka nämnda radiella krafter. Nämnda krafter motsatta rymmardelen kommer att underlätta att hålla rymmardelen arbetande vid dess radiellt yttersta parti, och den kommer även att medge förslitning på pilotdelen på rymmarsidan men inte alltför mycket förslitning på dess sida som är vänd bort från rymmardelen. Den sida av pilotdelen som är vänd bort från rymmardelen kan vara försedd med ett nötskydd. Denna förslitning av pilotdelen på rymmarsidan skulle även vara fördelaktig för att upprätthålla håldiametern och delvis kompensera för den perifera förslitningen av rymmardelen. Denna geometri kommer att tillhandahålla en självslipande borr- krona.

Fig. 3A och 3B visar en alternativ utföringsform av en borrande apparatur för enstegsbultning i liknande vyer som Fig. 1H och 1K. Denna utföringsform avviker från den som tidigare beskrivits i det att bulten 121 har en annan utformning. Bergbulten 121 är tillverkad av ett stålrör som inte har någon längsgående slits. Bergbulten 121 har en mindre diameter än det borrade hålet.

När hålet har borrats såsom diskuterades ovan dras borrkronan och borrstålet tillbaka, se Fig. 3B, medan bulten 121 stannar kvar i hålet. Borrkronans 16 största diameterdimension är mindre än bergbultens 121 minsta diameterdimension Dl. Bulten stannar kvar i hålet tack vare ett externt system som är kopplat till borranordningen, beroende på en lös expander, eller beroende på en integrerad expander på själva bergbulten.

Sedan fylls bulten invändigt eller utvändigt med injekteringsbruk eller harts och fyllningen tillåts härda. En bultbricka används företrädesvis för att täcka hålets ingång såsom diskuterades ovan. ' 10 15 20 25 30 529 459 8 Fig. 4A och 4B visar en alternativ utföringsform av en borrande apparatur för enstegsbultning i liknande vyer som Fig. 1H och 1K. Denna utföringsforrn avviker från den som tidigare beskrivits i det att bulten 221 har en annan utformning. Bergbuiten 221 är tillverkad av ett stålrör som har deformerats för att uppvisa en djup kavitet så. att det antar en väsentligt reducerad diameter, dvs dimensionen minskas till väsentligen hälften av ett cylindrisk rör. Den vätskeexpanderbara rörformade bergbulten 221 har en inre avlång tryckvätskemottagande kammare som är stängd vid sina båda ändar men har ett vätskeinlopp. En hylsa trycks på den yttre änden därav som förseglas via svetsning eller stängs mekaniskt. Bulten är utformad såsom en generell U-form så att borrkronan 16 kan passera den. I det radiella tvärsnittet i Fig. 4B är ändarna 221A och 221 B väsentligen diametralt motsatta, dvs bulten är _ väsentligen halvcirkelformig. Bergbuiten 221 är anpassad för att åtminstone partiellt omsluta borrstålet 11. Borrkronans 16 största diameterdimension DB är mindre än den minsta utrymmes- eller diameterdimensionen mellan bergbulten och hålet 22.

Borrningsförfarandet utförs såsom diskuterades ovan. När bergbulten automatiskt har införts i ett borrhäl och borrkronan 16 och borrstålet har dragits tillbaka såsom förklarades ovan, förs högtrycksvätska igenom passager till ett hål som leder igenom hylsan till en inre kammare hos röret så att röret expanderar via plastisk deformation, och förankrar därmed bergbulten i borrhålet. Bergbuiten avlastas sedan från tryck och blir förankrad. Den huvudsakliga funktionen för att trycksätta vätskekammaren beskrivs närmare i US-A-4,423,986. En bultbricka används företrädesvis för att täcka hålets ingång såsom diskuterades ovan.

Fig. 5A och 5B visar en alternativ utföringsform av en borrande apparatur för enstegsbultning i liknande vyer som Fig. 1H och 1K. Denna utföringsform avviker från den som tidigare beskrivits i det att bulten 221 har en annan utformning. Bergkabelbulten 321 är tillverkad av flertrådig stålkabel. Borrkronan 16 borrar och rymmer i ett borrningsförfarande. När hålet har borrats såsom diskuterades ovan dras borrkronan och borrstålet tillbaka, se Fig. 3B, medan bulten 321 stannar kvari hålet. Den största dimensionen DI i samband med 10 15 20 25 30 529 459 9 kabelbulten 321 är det utrymme som är tillgängligt mellan kabeln när den trycks mot hålväggen och den diametralt motsatta hålväggen.

Sedan fylls bulten invändigt eller utvändigt med injekteringsbruk eller harts och fyllningen tillåts härda. Kabelbultning är en etablerad teknik som används utbrett för förstärkning av bergmassan intill ytlokaliserade och underjordiska bergsschakt. Kabelbultar är långa, helt injekterade, och slaka förstärkande ele- ment. Målsättningen med kabelbultning är att förbättra bergmassans skjuv- och brotthållfasthet.

Den enstegsborrande apparaturen enligt de olika utföringsformerna av föreliggande uppfinning innefattar en bergbult som är anpassad för att åtmin- stone partiellt omsluta borrstålet under borrning och borrkronans största diame- terdimension är mindre än bergbultens minsta diameterdimension.

Fördelar för användning av en självborrande bult är: - Borrning och sättning utförs samtidigt.

- Snabb och lätt installation reducerar bultningskostnader: - Kvalificerad för besvärliga geologiska betingelser, speciellt med instabila borrhål.

- Bergskonsolidering vid injektering.

- Val av bultar beroende på markbetingelser.

- Borrning och sättning med borriggar av standardtyp.

- Ingen speciell utrustning behövs.

- Borrkronan kan användas för att borra flera hål.

- Borrkronan behöver ingen inkilning i position innan tillbakadragande kan påbörjas.

Uppfinningen som beskrivs häri medger variationer, modifieringar och/eller tillsatser förutom de som specifikt beskrivits och det skall förstås att uppfinningen inkluderar alla sådana variationer, modifieringar och/eller tillsatser som faller inom ramen för patentkraven. Det finns ingen begränsning till roterande slående topphammare. Konceptet är också giltigt med ren rotationsborrning eller DTH- pelarborrmaskiner. Antalet hårdmetallstift i pilot- och rymmardelar kan varieras beroende på hur stor borrkronans diameter är. Rymmardelen kan vara försedd med en hård hylsa eller insats väsentligen ijämnhöjd med sin mantelyta som 529 459 10 syftar till att upprätthålla rymmardelens diameter och förbättra hålväggens kvali- tet. Det skall även förstås att borrstålet och bergbulten kan förlängas med en eller flera komponenter när djupare hål skall borras.

Claims (9)

10 15 20 25 30 529 459 11 Patentkrav:

1. Enstegsborrande apparatur innefattande: ett avlångt borrstål (11) med en främre (12) och en bakre ände (13) med avse- ende på en borriktning (F), varvid nämnda främre ände (12) har ett förbindnings- parti, en borrkrona (16), i ett stycke, med bergbearbetningsorgan (17,18;17'18'), varvid nämnda borrkrona är fast ansluten till borrstålet, k ä n n e t e c k n a d a v att den enstegsborrande apparaturen (10) vidare innefattar en bergbult (21;121,221;321) som är anpassad för att åtminstone par- tiellt omsluta borrstålet (11), av att borrkronan (16), i ett stycke, innefattar en pilotdei (14) och en rymmardel (19) som har åtskilda mittiinjer (CL1 respektive CL2) och att borrkronan (16) och bergbuiten (21 ;121,221 ;321) är utformade för att medge borrkronan (16) att passera bergbuiten (21;121,221;321) under tillbakadragande av borrkronan.

2. Enstegsborrande apparatur enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att borrkronans (16) största diameterdimension (DB) är mindre än bergbultens minsta diameterdimension (DI).

3. Enstegsborrande apparatur enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att pilotdelens (14) mittlinje (CL1) väsentligen sammanfaller med bergbultens cen- trumaxel under borrning.

4. Enstegsborrande apparatur enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att rymmardelens (19) mittlinje (CL2) väsentligen sammanfaller med rotationsaxeln hos borrstålets (11) främre ände (12).

5. Användning av en borrkrona i en enstegsborrande apparatur enligt krav 1 vid borrning i berg.

6. Metod för enstegsbergbultning innefattande följande steg: 10 15 20 25 30 529 459 12 -tillhandahållande av en enstegsborrande apparatur (10) innefattande: ett avlångt borrstål (11) med en främre (12) och en bakre ände (13) med avse- ende på en borriktning (F), varvid nämnda främre ände (12) har ett förbindnings- parti, en borrkrona (16), i ett stycke, med bergbearbetningsorgan (17,18;17'18'), varvid borrkronan (16) innefattar en pilotdel (14) och en rymmardel (19) som har åtskilda mittlinjer (CL1 respektive CL2), varvid nämnda borrkrona är fast ansluten till borrstålet, - omslutning av borrstålet åtminstone partiellt med en bergbult (21 ;121 ,221 ;321), varvid nämnda borrkrona (16) och nämnda bergbult (21;121,221;321) är utfor- made för att medge borrkronan (16) att passera bergbulten (21;121,221;321) under tillbakadragande av borrkronan, - borrning av ett hål i ett berg medan bergbulten trycks in i nämnda hål, - tillbakadragande av nämnda borrstål och nämnda borrkrona igenom bergbul- ten.

7. Metod enligt krav 6, i vilken metoden innefattar det ytterligare steget att till- handahålla borrkronan (16) såsom en borrkrona i ett stycke som innefattar en pilotdel (14) och en rymmardel (19) som har åtskilda mittlinjer (CL1 respektive CL2).

8. Bergbult för en enstegsborrande apparatur enligt krav 1, varvid nämnda bergbult (221) har en delvis rörformad kropp med en främre ände och en bakre ände, varvid nämnda bakre ände har en bultbricka och ett bultbrickstoppmedel, varvid nämnda bergbult (221) är vätskeexpanderbar, k ä n n e t e c k n a d a v att bergbulten (221) är väsentligen halvcirkelformig och utformad såsom en generell U-form för att tillåta passage av en borrkrona fast ansluten till ett borrstål.

9. Bergbult enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v att ändar (221A,221B) i ett radiellt tvärsnitt av bergbulten är väsentligen diametralt motsatta varandra.