TWI591251B - 用於在鑽孔及緊固一井孔用於預先岩石穩定化過程中使用之設備 - Google Patents

Description

用於在鑽孔及緊固一井孔用於預先岩石穩定化過程中使用之設備

本發明係關於一種用於用於組合式的井孔之鑽孔及保持處於產生之井孔中且用於預先岩石穩定化(例如，在隧道施工)的管塞或管狀錨之設定的製程之設備。

當產生井孔(尤其在岩石之鬆散區域中)且隨後在井孔中緊固錨具時，自WO 98/21439及WO 98/58132，已知實踐為在(例如)藉由衝擊鑽或旋轉衝擊鑽機器產生井孔的同時按以下方式將鑽管引入至井孔內：在完成井孔後，鑽頭之部分與鑽桿一起可自井孔移除，同時鑽管自身保持處於井孔中。接著將諸如砂漿或多組分黏著劑之可硬化材料引入至該鑽管內，使得鑽管與可硬化材料一起可充當井孔中之錨。

自EP 1 381 756 B2，已知實踐為使用一鑽管，該鑽管具有連續或至少大量連續縱向槽，且該鑽管經藉由預拉而引入，使得在鑽孔操作之終止且鑽桿之移除(同時將鑽頭留在井孔中)後，作為膨脹之結果，該鑽管產生岩石之某一穩定化。在此情況下，鑽管及鑽頭或鑽桿之尖部按以下方式相互連接：亦可在鑽孔操作之過程中將鑽管拉入至井孔內。由於縱向槽，因此在井孔之產生期間釋放的鑽屑一開始未按預定方式在一點處自井孔排出，結果為，其可聚集且唯有困難地將其移除。在多數不利情況下，其變得在夾套之區域中堵塞在鑽管周圍，使得稍後不能在此區域中引 入砂漿或膠結材料。為此，此「膨脹錨」通常不能與履行許多功能之連接套管一起使用。此外，在於所有側上皆閉合之管塞之情況下，若連接套管與管塞之間的槽在衝擊鑽孔期間短暫留下，則切屑可僅在鑽孔期間散逸。為此，此系統僅藉由有槽管塞起作用。最後，在鑽孔操作之終止後鑽頭之故意拆卸困難或不可能，此係因為該鑽頭已變得過緊地固定於鑽桿錐之對應端上。最後，當產生井孔時，亦難以敲進鑽管。

本發明之潛在目標因此為使使用藉由保持處於井孔中之管塞的組合鑽孔及設定製程之操作更有效、更可靠且更經濟。

根據本發明，經由以下事實達成此目標：連接套管經建構為組合式推進、撞擊及彈出接合器，其在井孔端具有一環形空間，該環形空間連接至管塞之在所有側上皆閉合之管且針對其部分具備穿過套管之壁的徑向橫向孔，且連接套管亦經建構以便在其前端具有一用於管塞之推進及撞擊面。詳言之，根據本發明，提供一種用於在鑽孔且緊固一井孔用於預先岩石穩定化過程中使用之設備，其中該設備包含：一鑽桿，其載有一較佳地可拆卸之鑽頭，一管塞，其具有一連續管以收納該鑽桿，及一連接套管，其用於將該鑽桿連接至一錘鑽；其中該連接套管為一具有一壁之組合式推進、撞擊及彈 出接合器，該接合器在其井孔端在該鑽桿周圍形成一環形空間，該環形空間連接至該管，其中該環形空間具備穿過該壁之一或多個徑向橫向孔。

首先，此種類之連接套管首先確保當產生井孔時發生之切屑經按可靠且預定方式移除且使鑽孔裝置處於其不造成任何問題或可按預定方式向前進行之一點處。此外，連接套管或對應的接合器具有一推進及撞擊面，可經由該推進及撞擊面平滑地且按有益於在鑽孔操作中前進之方式藉由其使管塞驅動至井孔內。最終，連接套管按本來已知之方式具有合適的面，自旋轉錘鑽發出之衝撞經由該等面平滑地傳輸至鑽桿，使得可確保藉由鑽桿及鑽頭之旋轉進行的井孔之平滑鑽出。同時，連接套管或接合器裝備有導引面，其確保亦可被描述為「鑽管」(儘管不存在該或任一縱向槽)之管塞按軸向平行於鑽桿之方式引入至井孔內。此係可能的，此係因為管塞經由連接套管獲得其「驅動」。為了致能此，連接套管可經配置使得能夠合適地將管塞推遠至該連接套管內或上。

根據本發明之一有利構造，可提供經建構以便具有一用於管塞之導桿之連接套管。在一實施例中，可將管塞推入至連接套管內一合適點，在該點處存在肩部或擋板，衝撞自連接套管經由肩部或擋板傳輸至管塞。然而，本發明進一步在於，意圖為提供用於在連接套管上或中之管塞的預定導引。在任一情形下的管塞之導引(且特定言之，精確導引)因此係可能的。

在本發明之一實施例中，連接套管可在外部上具有一圓柱形或組合式圓柱形/圓錐形導桿，其准許充分自由的軸向移動(特定言之，管塞在連接套管上)。連接套管或套管之一端可因此經建構以便能夠被引入至管塞內或上；根據實踐性(諸如，待使用根據本發明之設備的方式)預先選擇與管塞嚙合的套管之長度。匹配一方面連接套管之該(井孔)端與另一方面管塞之收納端的優勢在於，按精確方式傳輸衝撞，且當產生井孔時按預定方式導引管塞。

根據本發明，進一步最佳化係可能的，此係因為連接套管可在內部上具有圓柱形或組合式圓柱形/圓錐形導桿。此構造之一優勢在於，充分自由的軸向移動係可能的，由於連接套管與管塞之嚙合，該圓柱形/圓錐形導桿按可靠方式工作。

已解釋在連接套管中存在一環形空間，其具有一優勢：其使在連接套管之區域中的切屑經由橫向孔排出。在使用中，可在鑽桿與管塞之間形成一環形導管。根據本發明，管塞閉合，此係因為其缺乏縱向槽且較佳地缺乏切屑可退出之任何孔。結果，可將切屑(特定言之，其全部)導引得遠至連接套管；此再一結果為，管塞與井孔之壁之間的空間保持很大程度上無切屑，使得稍後可可靠地引入膠結材料、砂漿或兩組分黏著劑。為了將此所有改良，貫穿鑽孔操作，本發明提供在連接套管中之環形空間，該環形空間待經設計以便形成存在於管塞之內壁與鑽桿之外壁之間的環形導管之延伸部，該環形導管之橫截面及/或大小幾何 類似、相同或大致相同，例如，在大小上大致相同。藉此，回流之可能性減小，且更明確而言不可能。回流之問題在於，其具有切屑變乾之危險，從而變得堵塞在環形導管內，且接著導致障礙。因此，本發明之優勢中之一者為，確保了切屑之平滑移除。關於此之又有利的方面為以下事實：經由鑽桿中之內導管迫使沖洗水或沖洗流體遠至井孔之最深點，以便接著按預定方式流至環形導管內，且接著經由後者流出至連接套管內。

根據前述描述，將切屑導引出環形導管且至環形空間內，且自彼處至橫向孔內。考慮此流動方向，在本發明之一實施例中，可提供在套管之壁中的橫向孔，該等橫向孔待建構為細長孔洞。此等細長孔洞接著確保水與切屑之進入混合物能夠「流出」連接套管，而不造成危害及/或障礙。

在較大的井孔深度之情況下，根據本發明之再一實施例，可有利地使管塞之內壁及/或鑽桿之外壁與導引元件相關聯或具備導引元件，較佳地，在某些或個別點處，其中在導引元件之間留下足夠大的殘餘橫截面以形成環形導管。視情況，若需要特別長的井孔長度，則可將此等導引元件配置於鑽桿或管塞之長度上。否則，通常足夠在井孔之最深點之方向上在鑽桿及/或管塞之端處或附近提供個別導引元件之環。在此等情況下，根據本發明之教示確保切屑與水之混合物的回流亦不能在此情況下發生，此係因為已敍述在任一情況下，必須留下足夠大的殘餘橫截面。

根據本發明之另一實施例，可提供呈縱向肋狀物及軸向縱向凹槽之形式的複數個額外導引元件，該等縱向肋狀物與該等軸向縱向凹槽經配置以便(特定言之)相互隔一段距離地分佈於導管橫截面上。此可發生於連接套管之區域中，以便改良在彼點處(或視情況，亦在管塞及/或鑽桿之井孔端處)的管塞之導引。

若此等額外導引元件經建構於連接套管中，則本發明額外地提供縱向凹槽，該等縱向凹槽待建構以便延長超出推進及撞擊面且在彼點處產生徑向橫向孔。推進及撞擊面因此位於切屑導引之區域中，作為由縱向凹槽阻斷之結果，促進了該推進及撞擊面之「保持清潔」。在某種意義上，推進及撞擊面因此受到此等縱向凹槽阻斷，使得可謂，藉由水與切屑之混合物的流過，其再三地被清潔。

有助於連接套管至管塞內之引入，且同時，經由以下事實確保了切屑之令人滿意的導引：在內部側上的導桿之到達至環形導管內的外邊緣具有促進切屑之流動的斜面。切屑之該流動因此不在相當大的邊緣之前部流動，而藉由斜面在此過渡上平滑地向前傳送。

在各種鑽孔應用中，包括在鑽孔技術中的管塞之偏置中，成功的方法為將鑽頭安裝在圓柱形或稍微圓錐多邊形或多邊形表面上。討論中之多邊形可為三角或多角多邊形。較佳實施例為六角多邊形或三角多邊形。多邊形之面(不管其是否為多邊形之圓邊緣)可確保扭力自鑽桿至安裝之鑽頭的必要傳輸。對於此鑽孔操作，鑽頭的未分開之緊 固在純鑽孔階段期間且在常規情況下係必要的，此係因為在鑽孔操作期間藉由壓力施加之力保持該鑽頭與岩石及鑽桿接觸。然而，當找用於井孔之開始點之位置時，鑽頭可撞擊襯料元件(諸如，格子拱形樑)，且在該過程中易於剝離鑽桿。又，若意外地過早接通沖洗操作，則藉由沖洗介質之沖洗壓力，安裝之鑽頭可射出鑽桿之多邊形，亦即，非常迅速地拋出。此外，在具有所謂的「用於鑽孔機之自動抗干擾系統」之現代隧道鑽探設備之情況下，可出現問題。當感測器報告鑽之干擾之危險時，此系統與鑽孔之軸向方向相反地將錘鑽及與其一起的下井儀器串(連接套管、鑽桿及鑽頭)傳送回。若在鑽孔操作之過程中出現升高之扭力(非常頻繁地發生之事)，則存在此危險。然而，當向回行進時，藉由沖洗壓力，未緊固之鑽頭剝離鑽桿或拋出。當鑽桿再次向前前進時，其通常不再遇到已落下之鑽頭，且針對討論中之井孔，必須終止鑽孔操作。結果為失敗的井孔、亦已丟失之鑽頭及浪費掉的工作時間。為了避免此一系列問題，且藉此亦達成當產生組合式鑽孔及設定井孔時的更有效、可靠且經濟之操作，根據本發明之再一實施例，提供鑽頭以具有或形成具有一橫向孔的一位於內部之多角多邊形或內部多邊形孔，且鑽桿之前端具有或形成具有一間隙的一對應的位於外部之多角多邊形或一對應的形成於外部之多邊形形狀，且提供一可經拆下之固定元件，該固定元件待按一形式鎖定及/或力鎖定方式配置於因此形成之空穴中，詳言之，藉由橫向孔。藉由此構造 所達成的為鑽頭與鑽桿之間的可靠軸向連接，可按預定方式割斷該連接，使得減少發生描述之問題之可能性；詳言之，以此方式所確保的為，在此種類之鑽孔操作之情況下，鑽頭可靠地坐落於鑽桿之前部，且保持處於其處直至按預定方式終止鑽桿與鑽頭之間的此連接。

根據本發明之再一實施例，提供待建構(就其形狀及其材料之屬性而言)以便具有至少5N且至多800N(較佳地，自10N至200N)之固持力的固定元件。視對鑽孔操作之威脅而定，應遵守下限或上限，此對盛行情況之調適係可能，而無任何問題，此係由於可拆下或毀壞的前述固定元件之構造。經由橫向孔塞進固定元件遠至間隙，使得接著當發生必要的拆下操作時，亦可達成或預設定一平面，該平面促進固定元件之拆下或允許精確地設定該平面。在任一情況下，以此方式，可確保不能發生意外的拆下或拆卸，結果為完整的鑽孔用具始終可用於排程之鑽孔操作。

若間隙具有橫向凹槽之形狀(較佳地，連續或中斷的圓環形凹槽或孔)，同時將橫向孔建構為圓柱形或圓錐形徑向孔，則可達成鑽頭與鑽桿之間的「連接」之最佳化。作為此之結果，當安裝鑽頭時，較易於達成預定安全度，橫向孔與間隙精準地重合並不絕對地必要。以此方式達成較簡單的總成。

固定元件之一有利構造提供待為回彈性設計之夾具(較佳地，塑膠夾具)的固定元件，該夾具經推進或敲進至鑽頭中之徑向孔內，或由塑性可變形塑膠或軟金屬(較佳 地，呈條或線之形式)組成。此夾具可易於配合及帶入至緊固位置內，使得藉此總體上亦有助於總成。作為使其成形為條或線之結果，固定元件亦可非常易於引入且保持於其在鑽孔操作期間將侵佔之位置中。此等完成後且鑽頭之預定拆卸後，可按以下方式使此塑膠或軟金屬變形或拆下此塑膠或軟金屬：可可靠地割斷鑽頭與鑽桿之間的臨時連接。

用於固定元件之另一可能構造為該固定元件經建構以便由可注入或用力推入之流體或凝膠狀或泡沫狀材料組成的構造。可令人滿意地將此固定元件引入至孔或間隙內，且可將此固定元件可能地收緊或固化於彼點處，以便接著當有必要割斷鑽頭與鑽桿之間的連接時可靠地釋放鑽頭。

最後，亦可將固定元件建構為彈性、環形元件，其經建構以便可***於鑽桿之多角多邊形的環形凹槽段及鑽頭之內壁上的環形凹槽段中。當推進鑽頭時，此環形固定元件經推入至凹槽段內且確保兩個零件(亦即，鑽桿及鑽頭)保持連接，同時自鑽孔技術之觀點來看，此係必要的或經排程。

若固定元件為由彈性材料(較佳地，由塑膠或橡膠)組成之環形元件，該環形元件***於鑽桿中之環形凹槽中，且位於其上之內面具有平坦構造，則特別有利。以此方式，按以下方式在***時使環形元件變形且實際上將環形元件按壓平：可在鑽頭與多角多邊形或鑽桿之間達成非常令人滿意的力鎖定連接。

在此情況下，若多角多邊形之邊緣中的環形凹槽經建構以便總體上收納環形元件且經建構於平的側面上以便完全平或非全部平，則特別有利。將環形元件置放或形成至邊緣內(在邊緣處保持環形元件實心)確保亦在***後按可靠方式將環形元件(其實際上「固定」於複數個點處)與其一起拉入至經排程之位置內，以便接著產生所要的力鎖定連接。結果為在平側面之區域中的環形元件之變形，然而，在該等情況下，由於環形元件固定於環形凹槽中，因此能可靠地達成環形元件之挾帶。

在此情況下，特別有利地設計環形凹槽以便朝向側面逐漸變細(自邊緣開始)，此係因為接著仍較令人滿意地保護環形元件之「挾帶」，尤其當用於該環形元件的擠壓地帶之「長度」可由環形凹槽之長度或特殊構造精確預設定時。在此等情況下，此為漸進性的，結果為，無論如何，在多角多邊形***於鑽頭容器中後，環形元件精確地位於可靠地防止鑽頭之不當的拉開之制動位置中。

若鑽頭容器之內面稍微變粗糙，則按特別均勻的方式擠壓環形元件或使環形元件變形。由於在任一情況下藉由當產生井孔時之壓力壓縮多角多邊形(亦即，因此，管塞或鑽桿之端片)，因此環形元件始終達成力鎖定連接之最適宜位置，作為此結果，在任一情況下，當回拉鑽桿而非另一方面鑽頭與鑽桿之間的連接之不當的割斷時，達成鑽頭之拉開或推開。

實施例之另一形式提供連接套管以在與管塞相關聯之端 處具有一被阻斷許多次之推進及撞擊面，且藉此以具有一由橫向孔阻斷之外輪緣。以此方式，管塞可在此點獲得必要的撞擊力，而不必引入得過度遠地至連接套管內或至組合式推進、撞擊及彈出接合器內。對應的推進及撞擊面實際上直接建構於連接套管之外輪緣上或端處，且在此點握緊管塞，且傳遞自鑽孔機器發出之衝撞。可經由阻斷或橫向孔無任何困難地移除切屑。

甚至藉由連接套管之此構造或其端部，一定量的導引亦係可能的，此係因為在外輪緣處自推進及撞擊面開始建構用於管塞之一窄導引且居中面，該面受到橫向孔阻斷，按分佈於連接套管之周邊上的方式提供兩個至四個橫向孔，因此亦在此點產生四個推進及撞擊面。此具有以下優勢：甚至在此構造之情況下，可在連接套管之適當端處可靠地排出切屑，可自該點可靠且不傷害操作地將切屑移除。在此等情況下，對應的導引且居中面在任一情況下為操作性且不能阻礙流出物，此係因為橫向孔在此點阻斷具有對應的導引且居中面之外輪緣。然而，即使在管塞之減少的導引功能之情況下，此仍足夠用於合適的操作。甚至在此等實施例中，與提供了多少橫向孔無關，仍存在足夠的推進及撞擊面。

在較早先描述之實施例中及在具有受限制之導引功能的實施例之形式下，若按分佈於連接套管之周邊上的方式提供四個橫向孔且因此亦提供呈最後描述之實施例之形式的四個推進及撞擊面，則皆有利。如稍後在圖式中展示，橫 向孔及其餘推進及撞擊面皆可具有相同尺寸。

本發明(詳言之)因以下事實而卓越：針對組合式鑽孔及保持處於產生之井孔中的管塞之設定之過程，關於連接套管及鑽桿與鑽頭之間的連接，提供一解決方案，其確保組裝過程總體上非常有效、非常可靠且亦(作為避免停工時間之結果)非常經濟。作為經建構為組合式推進、撞擊及彈出接合器之結果，賦予連接套管一方面在鑽孔過程中且此外又在必要的組裝操作中帶來相當大的優勢之成形。可按預定方式移除鑽桿內之切屑，使得其不傷害鑽孔操作或鑽孔技工。後者亦經由以下事實而在其工作中受到保護：鑽頭保持處於鑽桿處，確切言之，處於鑽桿上(只要意欲如此)。僅在鑽孔操作之終止後按預定方式割斷鑽頭與鑽桿之間的連接，使得可在無鑽頭之情況下自管塞抽出該鑽桿。接著藉由膠結材料或兩組分黏著劑之引入將該管塞額外地固定於井孔中(若由於地質操作，此需要且必要)。

本發明之另外細節及優勢自附屬圖式之以下描述顯露出來，在圖式中表示了較佳的舉例說明之實施例，連同對於該目的必要的細節及個別零件。

在圖1中展示之鑽孔設備1中，將產生或已經產生之井孔2僅概括地指示。可在井孔之最深點之區域中看到鑽頭3，其安裝於鑽桿5上，且經由軸向固定系統55緊固。鑽桿5由管狀管塞4包圍，在此情況下，後者為按覆蓋鑽桿5之方式一直導引至連接套管6內的閉合管。管塞4額外地具備參考 數字7，以便使在此情況下其為閉合管明顯，在該等情況下，鑽桿5之外壁23與管塞4之內壁24之間的環形導管22收納此處未表示之切屑及水，以便接著將其饋入至連接套管6之環形空間11內，連接套管6經建構為組合式推進、撞擊及彈出接合器10。此環形空間11裝備有在套管之壁8中的橫向孔14、15，使得水與切屑之混合物能夠在此點傳出。

在此端，連接套管6具有一內螺紋12，其經設計以與鑽桿5上之外螺紋對應。

在連接套管6之相對端處提供至錘鑽之連接9，在此情況下，亦呈對應的內螺紋之形式。

圖1a展示經由鑽桿5及管塞4之橫截面，其中內部孔33提供於鑽桿5中用於送進冷卻流體變得明顯。環形導管22建構於具有其外壁23之鑽桿5與具有其內壁24之管塞4之間。概括指示(特定言之，在端區域中)的為導引元件25、26，其可配合於內壁24或外壁23上以便在此點相對於鑽桿5緊固管塞4之平滑導引。此等導引元件25、26如此配置及建構使得留下用於環形導管22之足夠的殘餘橫截面。

圖2及圖3相對照，關鍵面50僅定位於不同位置處，且連接套管6之端部看起來朝向井孔。在圖2中所展示的為此處不能看到之管塞4可引入至連接套管6內，為彼目的提供一引入錐21。包封導桿18由在連接套管6中的孔之合適建構之內側20形成，同時外側19與包封導桿18毫無關係。又可見到的為橫向孔14、15以及推進及撞擊面17，其功能為確保將對應的撞擊力自連接套管6傳輸至管塞4。接著亦經由 撞擊面16傳遞同一撞擊力，即，自連接套管6至鑽桿5。建構於用於錘之兩個內螺紋12與49(呈滑入螺紋之形式)之間的為中心沖洗孔13。後者確保用於撞擊面16之明顯構形。撞擊面48在腔室側上(經由其將撞擊力自錘鑽傳輸至連接套管6)。外螺紋51在圖4中的鑽桿5之端上。

在圖3中，相同的零件具備相同的參考數字，說明之***導桿此處具備參考數字18'以便與在圖2中之表示相比，使其變化明顯。可看出，在此情況下，連接套管6之對應的端在某種意義上具備舌狀構造，以便准許***至管塞4內。補充此，圖4展示當產生此連接時其看起來的樣子。支撐邊緣34意欲確保精確引入且接著定位於連接套管6與管塞4之間。

在***導桿18'之方向上延長在套管之壁8中的橫向孔14、15，即，呈縱向肋狀物28及軸向縱向凹槽29之形式。對應的***導桿18'之外邊緣30具有斜面31、32，以便確保或促進水與切屑之混合物的平滑導引。

較早先已參看圖4。後者再現管塞4與連接套管6之間藉由外螺紋51的連接。又可見到的為橫向孔14中之一者，後者明顯同時不可見之縱向肋狀物28及軸向縱向凹槽29位於管塞4內部變得顯然。

其他圖5至10展示鑽頭3與鑽桿5之間的連接。圖5展示在將鑽頭3推至鑽桿5上前之鑽頭3。為此目的，鑽頭3具有一多角多邊形35，同時鑽桿5之前端37具有一對應的多角多 邊形38。後者裝備有一間隙39，同時鑽頭3具有一橫向孔36。在圖7至圖9中額外表示之固定元件40經推入至此橫向孔36內。將整個配置標明為軸向固定系統55，其確保鑽頭3一旦已經推至鑽桿5上則不能意外地再次被推開。僅藉由適當的力消耗，此係可能的，因此原因，固定元件40應具有10N至200N之固持力。

根據圖7，將此軸向固定系統55設計為彈性回彈性咬合元件，在圖8中設計為塑性可變形元件，且在圖9中展示為由可硬化凝膠、發泡體或類似者製成之現場噴入元件。最後，圖10展示用於此軸向固定系統55之一實施例，其中位於內部之徑向孔42提供於鑽頭3中，即，呈環形凹槽段44之形式，同時環形凹槽段43提供於鑽桿5之前端37中。環形固定元件40'''位於其兩者中。鑽頭3之內壁具備參考數字45，環形凹槽段44配置於此點。在鑽桿5之前端37中之水饋入由53指示，該水饋入53在鑽頭3內繼續。

圖11展示鑽孔設備1，其中使用用於管塞4之簡化導桿18進行工作。按與在圖1中相同的方式部分表示該管塞4，前端使此為正被用作管塞4之閉合管7明顯。經由固定元件40可拆卸地連接至鑽頭3之鑽桿由5標明。橫向孔由14、15表示，切屑能夠經由橫向孔在連接套管6之前端61中(確切言之，在前端61處)傳出。管塞4之撞擊輪緣或撞擊端由63標明。該撞擊輪緣63支撐於推進及撞擊面17及分別表示連接套管6之外輪緣62的推進及撞擊面60、60'、60"上。自外輪緣62開始，按分佈於連接套管6之周邊上的方式提供一共 四個橫向孔14、14'、15，使得切屑亦能夠在預定區域內之此點傳出，而無必要預先產生管塞4之撞擊輪緣63與連接套管6之對應的端61之間的空隙。

圖12說明連接套管6之端61之特殊構造及亦對應的橫向孔14、14'、15之構造。此等橫向孔14、14'、15阻斷推進及撞擊面60、60'、60"及亦窄導引且居中面18"。經由該窄導引且居中面18"，藉由連接套管6的管塞4之有限(但仍足夠)的導引係可能的。

圖13展示類似於圖10中之表示的實施例之形式，除了在此情況下鑽頭3按剖面部分(即，在鑽頭容器71之區域中)再現外。在下部區域中，可看到環形元件67***之環形凹槽65，環形元件67無可能經受負載，亦即，無可能受到鑽頭容器71之內面70擠壓。當將多角多邊形38推入至多角多邊形35內時，後者按以下方式固定：其在任一情況下到達其工作位置，而不在表面或側面68、69上過度地在不適當的位置處滑動。環形元件67在其變形之形狀上由67'再現，此為在側面68或69中之一者上的情形。

此由圖14說明，圖14展示環形凹槽65按在側面68、69上看起來逐漸變細之方式建構，從而導致主要地帶72在中心區域中之產生，其中在任一情況下，環形元件67之變形可導致引起必要的力鎖定連接。另一方面，在邊緣66、66'中，在任一情況下，亦將環形元件繪製至工作位置內，如已經提到。

鑽頭3或鑽頭容器71之內面70平滑，亦即，在此點上不 實現凹槽，甚至僅逐漸變細的環形凹槽65。鑽頭容器71之內面70可稍微變粗糙，以便保證環形元件67之精確且永久配合。在(特定言之，主要擠壓地帶72之)側面68、69之區域中，當將鑽頭3推至多角多邊形38上時，徑向擠壓彈性O形環或環形元件67，作為此結果，在O形環或環形元件67與鑽頭容器71之內面70之間產生徑向法向力。此與環形元件67之橡膠與鑽頭3之鋼之間的高摩擦係數一起導致有效地抵消鑽頭3之不當的拉出之主要摩擦力。

所有提到之特徵(包括可自圖式單獨推斷之特徵)獨立及組合地被視為本發明之要件。

現將參照下列敍述來界定本發明：敍述1係有關一種用於用於組合式鑽孔及保持處於產生之井孔(2)中且用於預先岩石穩定化(例如，在隧道施工)的管塞(4)或管狀錨之設定的過程之設備，該設備具有一載有可拆卸鑽頭(3)之鑽桿(5)、裝有該鑽桿(5)之該管塞(4)及一連接套管(6)，該鑽桿(5)待經由該連接套管(6)連接至錘鑽之柄，其特徵在於，該連接套管(6)經建構為一組合式推進、撞擊及彈出接合器(10)，該組合式推進、撞擊及彈出接合器(10)在井孔端處具有一環形空間(11)，該環形空間(11)連接至該管塞(4)之在所有側上閉合的管(7)，且針對其部分具備穿過該套管之壁(8)的徑向橫向孔(14、15)，且該連接套管(6)亦經建構以便在其前端具有一用於該管塞(4)之推進及撞擊面(17)。

敍述2係有關根據敍述1之設備，其特性在於，該連接套 管(6)經建構以便具有一用於該管塞(4)之導桿(18)。

敍述3係有關根據敍述2之設備，其特性在於，該連接套管(6)在外側(19)上具有一圓柱形或組合式圓柱形/圓錐形導桿(18)，該導桿(18)准許充分自由的軸向移動。

敍述4係有關根據敍述2之設備，其特性在於，該連接套管(6)在內側(20)上具有一圓柱形或組合式圓柱形/圓錐形導桿(18')。

敍述5係有關根據敍述1之設備，其特性在於，在該連接套管(6)中之該環形空間(11)經設計以便形成存在於該管塞(4)之內壁(24)與該鑽桿(5)之外壁(23)之間的環形導管(22)之延伸部，該環形導管(22)之橫截面幾何類似、相同或大致相同，且大小亦大致相同。

敍述6係有關根據敍述1之設備，其特性在於，在該套管之該壁(8)中的該等橫向孔(14、15)經建構為細長孔洞。

敍述7係有關根據敍述1至6中任一者之設備，其特性在於，導引元件(25、26)與該管塞(4)之該內壁(24)及/或該鑽桿(5)之該外壁(23)相關聯，較佳地在某些點處且留下用於該環形導管(22)之一足夠大的殘餘橫截面(27)。

敍述8係有關根據敍述7之設備，其特性在於，提供呈縱向肋狀物(28)及軸向縱向凹槽(29)之形式的複數個導引元件(25、26)，該等縱向肋狀物與該等軸向縱向凹槽經配置以便隔一段距離地分佈於該導管橫截面上。

敍述9係有關根據敍述8之設備，其特性在於，該縱向凹槽(29)經建構以便延長超出該推進及撞擊面(17)且在彼點 處產生該等徑向橫向孔(14、15)。

敍述10係有關根據敍述1至9中任一者之設備，其特性在於，在該內部上的該導桿(18')之到達至該環形導管(22)內的該外邊緣(30)具有促進切屑之流動的斜面(31、32)。

敍述11係有關根據敍述1至10中任一者之設備，其特性在於，具有一位於側部之多角多邊形(35)的該鑽頭(3)具有一橫向孔(36)，具有一對應的位於外部之多角多邊形(38)的該鑽桿(5)之前端(37)具有一間隙(39)，且可拆下之一固定元件(40)經按一形式鎖定及/或力鎖定方式配置於因此形成之空穴中。

敍述12係有關根據敍述11之設備，其特性在於，該固定元件(40)就其形狀及其材料之屬性而言經建構以便具有至少5N且至多800N、較佳地10N至200N之一固持力。

敍述13係有關根據敍述11之設備，其特性在於，該間隙(39)具有一橫向凹槽、較佳地一連續或中斷的圓環形凹槽或一孔之形狀，同時該橫向孔(36)經建構為一圓柱形或圓錐形徑向孔。

敍述14係有關根據敍述11之設備，其特性在於，該固定元件(40)為回彈性設計之一夾具，較佳地，一塑膠夾具，該夾具經推進或敲進至該鑽頭(3)中之一徑向孔(42)內，或由較佳地呈條或線之形式的塑性可變形塑膠或軟金屬組成。

敍述15係有關根據敘述11之設備，其特性在於，該固定元件(40)經建構以便由可注入或用力推入之流體或凝膠狀 或泡沫狀材料組成。

敍述16係有關根據敍述1至15中任一者之設備，其特性在於，該固定元件(40)經建構為一彈性、環形元件，且經建構以便可***於該鑽桿(5)之該多角多邊形(38)的一環形凹槽段(43)及該鑽頭(3)之內壁(45)上的一環形凹槽段(44)中。

敍述17係有關根據敍述1至16中任一者之設備，其特性在於，該固定元件(40)為一由較佳地塑膠或橡膠之彈性材料組成之環形元件(67)，該環形元件(67)***於該鑽桿(5)中之一環形凹槽(65)中，且該鑽頭(3)之位於其上的內面(70)具有平坦構造。

敍述18係有關根據敍述17之設備，其特性在於，在該多角多邊形(38)之邊緣(66)中的該環形凹槽(65)經建構以便總體上收納該環形元件(67)，且經建構於平的側面(68、69)上，以便完全平或非全部平。

敍述19係有關根據敍述17之設備，其特性在於，該環形凹槽(65)經設計以便自該等邊緣(66)開始朝向該側面(68、69)逐漸變細。

敍述20係有關根據敍述1至19中任一者之設備，其特性在於，鑽頭容器(71)之該內面(70)變粗糙。

敍述21係有關根據敍述2之設備，其特性在於，該連接套管(6)在與該管塞(4)相關聯之端(61)處具有一被阻斷許多次之推進及撞擊面(17、60)，且藉此具有一由該等橫向孔(14、15)阻斷之外輪緣(62)。

敍述22係有關根據敍述21之設備，其特性在於，在該外輪緣(62)處自該等推進及撞擊面(60)開始建構用於該管塞(4)之一窄導引且居中面(18")，該面受到該等橫向孔(14、15)阻斷，按分佈於該連接套管(6)之周邊上的一方式提供兩個至四個橫向孔(14、15)。

1‧‧‧鑽孔設備

2‧‧‧井孔

3‧‧‧鑽頭

4‧‧‧管塞

5‧‧‧鑽桿

6‧‧‧連接套管

7‧‧‧閉合管

8‧‧‧套管之壁

9‧‧‧連接

10‧‧‧組合式推進、撞擊及彈出接合器

11‧‧‧環形空間

12‧‧‧內螺紋

13‧‧‧中心沖洗孔

14‧‧‧橫向孔

14'‧‧‧橫向孔

15‧‧‧橫向孔

16‧‧‧撞擊面

17‧‧‧推進及撞擊面

18‧‧‧包封導桿

18'‧‧‧***導桿

18"‧‧‧窄導引且居中面

19‧‧‧外側

20‧‧‧內側

21‧‧‧引入錐

22‧‧‧環形導管

23‧‧‧鑽桿之外壁

24‧‧‧管塞之內壁

25‧‧‧導引元件

26‧‧‧導引元件

27‧‧‧殘餘橫截面

28‧‧‧縱向肋狀物

29‧‧‧軸向縱向凹槽

30‧‧‧外邊緣

31‧‧‧斜面

32‧‧‧斜面

33‧‧‧內部孔

34‧‧‧支撐邊緣

35‧‧‧多角多邊形/內部多邊形孔

36‧‧‧橫向孔

37‧‧‧鑽桿之前端

38‧‧‧多角多邊形/多邊形形狀

39‧‧‧間隙

40‧‧‧固定元件

40'''‧‧‧環形固定元件

42‧‧‧徑向孔

43‧‧‧環形凹槽段

44‧‧‧環形凹槽段

45‧‧‧鑽頭之內壁

48‧‧‧撞擊面

49‧‧‧內螺紋

50‧‧‧關鍵面

51‧‧‧外螺紋

53‧‧‧水饋入

55‧‧‧軸向固定系統

60‧‧‧推進及撞擊面

60'‧‧‧推進及撞擊面

60"‧‧‧推進及撞擊面

61‧‧‧連接套管之前端

62‧‧‧外輪緣

63‧‧‧撞擊輪緣或撞擊端

65‧‧‧環形凹槽

66‧‧‧邊緣

66'‧‧‧邊緣

67‧‧‧環形元件

67'‧‧‧環形元件的變形之形狀

68‧‧‧側面

69‧‧‧側面

70‧‧‧鑽頭容器之內面

71‧‧‧鑽頭容器

72‧‧‧主要地帶/主要擠壓地帶

圖1按透視圖(部分按剖面)展示無鑽孔機器之鑽孔設備；圖1a展示管塞與鑽桿重疊的區域之橫截面；圖2展示具有一位於內部之導桿之連接套管；圖3展示具有一位於外部之導桿之連接套管；圖4展示在至鑽桿/管塞之過渡之區域中的根據圖3之連接套管；圖5展示在管塞與鑽桿之連接之前部之軸向緊固系統；圖6展示在已安裝鑽頭後在圖5中展示之連接；圖7展示軸向緊固系統之第一實施例；圖8展示軸向緊固系統之第二實施例；圖9展示軸向緊固系統之第三實施例；圖10展示該軸向緊固系統之再一實施例；圖11展示具有切開連接套管及受限制之導引之鑽孔設備；圖12展示按放大比例再現的根據圖11之切開連接套管；圖13展示鑽頭(亦即，實際上，具有引入之鑽桿之多角多邊形的鑽頭容器)之切開端片；及 圖14展示具有環形凹槽及環形元件的多角多邊形之簡化再現。

1‧‧‧鑽孔設備

2‧‧‧井孔

3‧‧‧鑽頭

4‧‧‧管塞

5‧‧‧鑽桿

6‧‧‧連接套管

7‧‧‧閉合管

8‧‧‧套管之壁

9‧‧‧連接

10‧‧‧組合式推進、撞擊及彈出接合器

11‧‧‧環形空間

14‧‧‧橫向孔

15‧‧‧橫向孔

17‧‧‧推進及撞擊面

18‧‧‧包封導桿

19‧‧‧外側

20‧‧‧內側

22‧‧‧環形導管

23‧‧‧鑽桿之外壁

24‧‧‧管塞之內壁

25‧‧‧導引元件

26‧‧‧導引元件

27‧‧‧殘餘橫截面

55‧‧‧軸向固定系統

Claims (19)

1. 一種用於在鑽孔及緊固一井孔用於預先岩石穩定化過程中使用之設備，其中該設備包含：一鑽桿(5)，一鑽頭(3)可拆卸地安裝於其上，一管塞(4)，其具有一閉合管(7)以收納該鑽桿(5)，及一連接套管(6)，其用於將該鑽桿(5)連接至一錘鑽，該連接套管(6)具有一壁(8)，且一井孔端(61)具有一個或多個用於傳送衝撞至該管塞(4)之推進及撞擊面(17)，其中在該井孔端(61)，該連接套管(6)及該鑽管(5)形成一環形空間(11)，該環形空間連接至該管(7)，其中該連接套管(6)將該鑽桿(5)連接至一錘鑽；該井孔端(61)具有一用於該管塞(4)之導桿(18、18'、18")，其具備被收納於該管塞(4)之中或其上之能力；且該連接套管(6)具有一個或多個穿過該壁(8)及與該環形空間(11)連通之徑向橫向孔(14、15)。
2. 如請求項1之設備，其中該該導桿係為一在一外表面(19)上之包封導桿(18)，以使得該管塞(4)可被導入該連接套管(6)中。
3. 如請求項1或2之設備，其中該連接套管(6)包含一引入錐(21)。
4. 如請求項1或2之設備，其中在該套管之該壁(8)中之該橫向孔(14,15)經建構為細長孔洞。
5. 如請求項1或2之設備，其中一環形導管(22)係被形成於該管塞(4)之一內壁(24)與該鑽桿(5)之一外壁(23)之間。
6. 如請求項1之設備，其中該導桿係為在一內表面(20)上之一***導桿(18')，以使得該***導桿(18')可被***之該管塞(4)中。
7. 如請求項6之設備，其中該***導桿(18')具有一舌狀構造。
8. 如請求項7之設備，其中***導桿(18')包含有一個或多個縱向肋狀物(28)及軸向縱向凹槽(29)，該一或多個縱向肋狀物(28)及軸向縱向凹槽(29)經配置以便均勻的間隔於該導管橫截面上。
9. 如請求項6至8中任一項之設備，其中一環形導管(22)形成於該管塞(4)之一內壁(24)與該鑽桿(5)之一外壁(23)之間。
10. 如請求項1之設備，其中該連接套管(6)在該井孔端(61)處具有一齒狀外輪緣(62)，其形成該推進及撞擊面(17、60)，藉以當該管塞(4)毗鄰該外輪緣(62)時，該等橫向孔(14,15)被形成。
11. 如請求項10之設備，其中該導桿呈用於該管塞(4)之導引且居中面(18")，該等導引且居中面(18")自該推進及撞擊面(60)被建構在該外輪緣(62)處。
12. 如請求項1或2之設備，其中該連接套管(6)具有一用於連接至在該鑽桿(5)上之一外螺紋(51)的內螺紋(12)。
13. 如請求項1或2之設備，其中該連接套管(6)具有一用於連接至在該錘鑽上之一螺紋的內螺紋(49)。
14. 如請求項13之設備，當依附於請求項12時，其中該連接 套管(6)進一步具有一中心沖洗孔(13)，其被建構於該等內螺紋(12、49)之間。
15. 如請求項1或2之設備，其中該管塞(4)之該內壁(24)及/或該鑽桿(5)之該外壁(23)具備一或多個導引元件(25、26)。
16. 如請求項1或2之設備，其中該鑽頭(3)形成一內部多邊形孔(35)，且該鑽桿(5)之該前端(37)具有一具有一間隙(39)之對應的形成於外部之多邊形形狀(38)。
17. 如請求項16之設備，其中該鑽頭(3)具有一橫向孔(36)，且其中一可移除式固定元件(40)可藉由該橫向孔(36)而配置於因此形成之空穴中。
18. 如請求項16之設備，其中該鑽桿(5)之該外部形成之多邊形形狀具有一環形凹槽段(43)及/或該鑽頭(3)之該內部多邊形孔(35)在其內壁(45)上具有一環形凹槽段(44)，且其中該環形固定元件(40、67)經建構為一彈性元件以可***於該等環形凹槽段(44)中之任一者或兩者中。
19. 如請求項16之設備，其中該內部多邊形孔(35)之該內面(70)變粗糙。