專利名稱：用于單程錨栓連接的整體鉆頭以及單程鉆孔設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求前序部分的鉆頭以及單程鉆孔 設(shè)備。
背景技術(shù)：
用來(lái)強(qiáng)化挖掘的錨栓(anchorbolt)的安裝通常在兩個(gè)不同的步驟中 實(shí)現(xiàn)。通常，孔被鉆出并且鉆桿(drill steel)和鉆頭在錨栓被插入孔中 之前抽出并被收緊或灌漿。單程錨栓連接包括同時(shí)執(zhí)行這兩個(gè)步驟， 并且還要將鉆桿移除以插入被排除的錨栓。單程錨固的好處包括使螺 栓安裝所需的時(shí)間最小化，與手工或半手工錨固相比提高鉆孔設(shè)備操 作者的安全性，并增強(qiáng)了這種方法全自動(dòng)化的前景。另一好處是與手 工或半手工錨固相比，提高了錨栓的安裝品質(zhì)和精度?？椎闹睆皆谀Σ?例如開(kāi)口栓)的情況下對(duì)錨栓性能很關(guān)鍵。單程錨固的另一好處 是該孔在抽回鉆頭時(shí)不會(huì)坍塌，這是因?yàn)槁菟航?jīng)在該孔中了。由于 螺栓總被安裝從而帶來(lái)了更高的效率；即，將不會(huì)有廢孔。致力于單程錨固的現(xiàn)有技術(shù)大體已經(jīng)把創(chuàng)新型錨栓作為目標(biāo)，后 者還作為鉆桿，在其端部周圍設(shè)置有鉆頭。這種設(shè)備通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉆孔方 法或旋轉(zhuǎn)/沖擊鉆孔方法來(lái)使用，并且通常不適合于堅(jiān)硬的巖底條件。 目前的硬巖底沖擊錨栓無(wú)法再利用鉆頭，從而面臨成本問(wèn)題。存在多 種頂叛鏍^「并且，種特虔形^管狀(例如開(kāi)n栓-Swelkx等)的，—具 有縱向穿過(guò)螺栓的中心孔。適合于穿過(guò)殼體抽出的鉆頭復(fù)雜而昂貴。 在現(xiàn)有的單程錨栓中，由于專用錨栓的采用以及任一復(fù)雜的可抽回鉆 頭的排他性使用，鉆孔速度對(duì)鉆頭成本的成本競(jìng)爭(zhēng)力復(fù)雜化。然而除 此之外，自鉆孔頂板螺栓的安裝優(yōu)勢(shì)大于那些非自鉆孔型。根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的一個(gè)目的是基本克服以上提及的現(xiàn)有技術(shù)的 有關(guān)問(wèn)題，或者至少提供一種替選方案。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種單程鉆頭。本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供鉆頭以及單程鉆孔設(shè)備，其使用成 本更低，從而使得單程螺栓在采礦業(yè)的使用更有吸引力。本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供具有良好耐磨性的鉆頭。整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，除非行文需要，否則單詞"包括"或其變形體將 被理解為包括所述元素或元素組，但并不排除其它元素或元素組的存 在。
附圖顯示了前述類型本發(fā)明實(shí)施例的例子。這些附圖的細(xì)節(jié)和相 關(guān)說(shuō)明不會(huì)影響本發(fā)明的在先的寬范圍描述的概括。圖1A-1G示意性地顯示了采用根據(jù)本發(fā)明的鉆頭進(jìn)行的單程頂板錨固的順序。圖2A顯示了根據(jù)本發(fā)明的鉆頭以及桿部的側(cè)面正視圖。 圖2B顯示了鉆頭的前視圖。 圖3A顯示了巖石鉆孔期間鉆頭的側(cè)面正視圖。 圖3B顯示了巖石鉆孔期間鉆頭的前視圖。
具體實(shí)施方式
圖1A-1G顯示了根據(jù)本發(fā)明的單程鉆孔設(shè)備10，其使用根據(jù)本發(fā) 明的鉆頭16，并且圖2A-3B更詳細(xì)地顯示了根據(jù)本發(fā)明的鉆頭16。單程 鉆孔設(shè)備10包括若干部分如具有相對(duì)于鉆孔方向F的最前端12和最后端(未示出)的伸長(zhǎng)的鉆桿li。最前端12具有包括螺紋15、未示出的 錐形或卡口連接的連接部。整體鉆頭16具有巖石加工裝置17和18A， 18B， 18C。鉆頭16可通過(guò)包括螺紋和錐形或卡口連接(未示出)的連 接部20與鉆桿相連接。鉆桿ll和鉆頭構(gòu)成鉆孔裝置。單程鉆孔設(shè)備IO 還包括適于至少部分包圍鉆桿11的錨栓21。錨栓21具有開(kāi)口端。鉆頭 的最大徑向尺寸小于錨栓21的最小直徑。單程鉆孔設(shè)備10的基本思想是當(dāng)錨栓包圍鉆桿的時(shí)候鉆孔，并且 隨后抽出鉆頭以便再次使用。不存在鉆頭部件的損耗。單程鉆孔設(shè)備 10在瑞典專利申請(qǐng)No.0400597-l中得以更詳細(xì)地公開(kāi)，該公開(kāi)以引用的 方式結(jié)合在本文中。鉆頭16可被設(shè)計(jì)為如下，參見(jiàn)圖2A和2B。整體鉆頭16具有兩個(gè)整 體部分，即導(dǎo)向部14和擴(kuò)孔部19，導(dǎo)向部14足夠長(zhǎng)，即其長(zhǎng)度L能適當(dāng) 地引導(dǎo)整個(gè)設(shè)備IO。導(dǎo)向部14的中心線或中線CL1與軸線CL3形成銳角 的第二角度a，該軸線CL3與擴(kuò)孔部的第一中心線CL2平行延伸。角度 a從-20°到+20°，不包括(T，優(yōu)選不小于+0.r并且不大于+15。，標(biāo)號(hào)"+ " 在圖2A和3A中顯示出來(lái)。中線CL1在鉆孔期間與孔22的軸線大致重合。 導(dǎo)向部14的中線CL1在鉆孔期間還與錨栓21的中線大致重合，但在鉆頭 抽出期間不重合。當(dāng)不鉆孔時(shí)，擴(kuò)孔部19的中心線或中線CL2與鉆桿U 的中心線重合。應(yīng)當(dāng)注意的是，在徑向截面上，導(dǎo)向部14和擴(kuò)孔部19 都不必須是圓形或?qū)ΨQ的，因此對(duì)于直線CU和CL2的參考應(yīng)當(dāng)被理解 為各個(gè)部分上平均中線的參考。整體巖石鉆頭16包括主體25以及硬質(zhì)合金裝置，即鑿子和/或球齒 17, 18A, 18B， 18C。鉆頭的主體由鋼制成。主體25包括大致圓柱形 導(dǎo)向部14以及大致圓錐形擴(kuò)孔部19。導(dǎo)向部14可為圓錐形狀以及擴(kuò)孔 部19可為圓柱形狀。導(dǎo)向部具有承載著徑向延伸的鑿子17或者兩個(gè)或 多個(gè)徑向大致對(duì)齊的前部球齒的前表面。擴(kuò)孔部19具有圓形徑向截面。 擴(kuò)孔部具有承載一個(gè)或多個(gè)前部球齒的前表面；本發(fā)明中是三個(gè)前部球齒18A， 18B， 18C。前表面可以是凸面的或大致平面的。球齒18A， 18B和18C可在擴(kuò)孔部上形成外圍拱形。球齒18A， 18B， 18C可稍向擴(kuò) 孔部的外圍外突出，以在鉆孔期間加工出直徑比鋼制主體25大的孔22。 擴(kuò)孔部上硬質(zhì)合金球齒的數(shù)目根據(jù)鉆頭直徑的大小而發(fā)生改變。切屑 通道或凹槽可設(shè)置在相鄰擴(kuò)孔球齒之間的區(qū)域內(nèi)，沖洗介質(zhì)可以由這 里通過(guò)。巖石鉆頭16通過(guò)連接部被連接到鉆桿11，從而以通常的方式 傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和撞擊。鉆桿ll包括輸送沖洗介質(zhì)的槽道。用于沖洗介 質(zhì)的主槽道設(shè)置在鉆頭內(nèi)部。該主槽道在其最前端與多個(gè)分支槽道連 通，該分支槽道出口在前表面。沖洗介質(zhì)實(shí)際中為水、水泥或空氣。 導(dǎo)向部鉆出的導(dǎo)向孔22A相對(duì)于孔22具有較小的直徑和長(zhǎng)度。導(dǎo)向部14 的長(zhǎng)度L被限定為在平行于擴(kuò)孔部中心線CL2的方向上，導(dǎo)向部的最 前部分與最前面的擴(kuò)孔球齒18A， 18B或18C之間的距離。長(zhǎng)度L至少為 10mm并且不會(huì)超過(guò)60mm，以提供給鉆頭良好的導(dǎo)向以及良好的使用 壽命。該實(shí)施例中的擴(kuò)孔球齒包括最前球齒18A，中間球齒18B和最后 球齒18C。在鉆孔期間，加在擴(kuò)孔部19上的最大反作用力施加到最前及 中間巖石加工裝置18A和18B上。因此，穿過(guò)鑿子17的軸向平面為形成 角度的，以使得它在最前及中間巖石加工裝置18A和18B之間通過(guò)。用 另一種方式表達(dá)就是，假想直線S與中心線CL2的法線N形成銳角的第 一角度e ，該假想直線S優(yōu)選是穿過(guò)巖石加工裝置或鑿子17并且垂直于 擴(kuò)孔部19的中心線CL2的中間線。法線N與巖石加工裝置或球齒18A相 交，該巖石加工裝置或球齒I8A在鉆頭16的旋轉(zhuǎn)方向R上位于最前。角 度3優(yōu)選不小于(T并且不大于2(T。如果擴(kuò)孔部19中的最前巖石加工裝 置是球齒，那么法線N與其中心線相交。如果擴(kuò)孔部19中的最前巖石加 工裝置具有其它形狀，那么法線N與其旋轉(zhuǎn)方向R的最前點(diǎn)相交。在鉆 孔期間，加在擴(kuò)孔部19上的最大反作用力施加到最前及中間球齒18A和 18B上。巖石加工裝置17此外至少延伸達(dá)到包絡(luò)面50。因此，通過(guò)將巖 石加工裝置17以一定關(guān)系相對(duì)于最前球齒18A定位，則導(dǎo)向部巖石加工 裝置17的包絡(luò)面50在鉆孔期間能夠在擴(kuò)孔部最容易受到磨損的位置上 形成耐磨裝置17'。所述耐磨裝置17'由此與第一巖石加工裝置整體形 成。與包絡(luò)面50或鉆頭邊緣51相接觸并且平行于中心線CL2的切線T與導(dǎo)向部的邊緣在其最前端形成徑向距離X。距離X不為零并且優(yōu)選不小于-5mm并且優(yōu)選不大于+5mm。所描述的形狀提供了良好的鉆孔效果以及導(dǎo)向孔22A和導(dǎo)向部14 之間更好的接觸表面。通過(guò)使導(dǎo)向部朝著擴(kuò)孔部?jī)A斜一些角度，能獲 得更好的鉆孔效果，這是因?yàn)殂@桿在鉆孔期間總是在相同方向上彎曲， 并且鉆桿11的彎曲由于在邊緣51的軸向下端52處接觸而受到限制，所 述邊緣51在軸向上處于球齒18A-18C之下。邊緣的下端52可以通過(guò)表面 處理從而比鋼制主體25的底座(rest)硬或者裝備有硬質(zhì)刀片以減小磨 損，所述下端52會(huì)與巖石接觸。圖1A-1G顯示了單程巖石錨栓設(shè)備10的操作。圖3A和3B對(duì)應(yīng)圖1C 中的例子。鉆桿11的彎曲角度在圖3A中被放大。鉆頭16例如通過(guò)螺紋 連接到鉆桿ll上。例如標(biāo)準(zhǔn)鉆機(jī)臺(tái)的鉆孔機(jī)器保持鉆桿。螺栓21優(yōu)選 繞著鉆桿自動(dòng)地進(jìn)給并且在鉆孔方向F上定位在鉆頭16之后。圖1A中， 導(dǎo)向部14基本上壓靠著巖石，從而不久之后，在環(huán)形內(nèi)插期間，導(dǎo)向 部14將加工巖石表面。隨后導(dǎo)向部14會(huì)找到其確切中心并且開(kāi)始在中 心鉆孔，此時(shí)鉆桿11同時(shí)地繞著導(dǎo)向部中線CL1開(kāi)始擺動(dòng)(圖1B)。隨 后擴(kuò)孔部19與巖石表面相接觸并且開(kāi)始擴(kuò)孔，該孔由導(dǎo)向部14所形成。 不久之后，螺栓21達(dá)到該孔并且其被壓入該孔，如圖1C所示。螺栓21 通常在軸向上與鉆頭16分隔開(kāi)。螺栓21的直徑優(yōu)選小于孔22的直徑。 鉆頭16會(huì)繼續(xù)鉆孔并且擴(kuò)孔22，同時(shí)螺栓被鉆孔機(jī)器的連接套筒26向 前推動(dòng)，參見(jiàn)圖1D，直到不同部分的進(jìn)給被停止?？?2的深度基本上 由螺栓21的長(zhǎng)度所決定，即，當(dāng)位于螺栓最后端的墊圈23到達(dá)孔的巖 石表面或者入口時(shí)，進(jìn)一步的進(jìn)給會(huì)停止，參見(jiàn)圖1E。在鉆孔機(jī)器中 設(shè)有錨栓推動(dòng)件。錨栓推動(dòng)件為連接套筒26或者墊盤(pán)(dolly)工具， 其由鉆桿所驅(qū)動(dòng)。墊盤(pán)工具在插入期間通常與鉆桿和螺栓一同旋轉(zhuǎn)。 但是在例如為機(jī)械錨栓的情況下，例如螺栓可以被保持使其在插入期 間不旋轉(zhuǎn)。墊盤(pán)工具在完全插入后能夠扭轉(zhuǎn)錨栓。墊盤(pán)工具還能夠沿 著鉆桿滑動(dòng)，以允許機(jī)械脫落螺栓以及灌漿螺栓更容易地安裝。圖1E顯示了錨栓21充分插入，此時(shí)鉆桿和鉆頭還處在錨栓中。推動(dòng)件將板 體推到巖石表面。墊圈可以是具有中心孔的不固定的常規(guī)板體，其與螺栓最后端的凸出部分24共同作用。隨后鉆頭從導(dǎo)向孔22A中抽出，參 見(jiàn)圖1F。優(yōu)選地，螺栓和鉆頭之間的軸向距離大于導(dǎo)向孔22A的深度， 從而使得螺栓的最前端不會(huì)與鉆頭的抽出形成干涉。鉆頭和鉆桿能夠 完全抽出并且能夠再次用于重復(fù)的鉆孔操作。驅(qū)動(dòng)設(shè)備10的機(jī)器可以是頂錘鉆孔機(jī)，純旋轉(zhuǎn)機(jī)器或者潛孔設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的鉆頭提供了良好耐磨性以及令人滿意的鉆孔效果， 良好的耐磨性是由于面對(duì)遠(yuǎn)離擴(kuò)孔部的一側(cè)上的磨損被耐磨損巖石加 工裝置17'所接收。這里描述的本發(fā)明容易進(jìn)行除那些明確描述之外的變化、修改和/ 或添加，并且可以理解的是，本發(fā)明包括所有這些落入權(quán)利要求范圍 之內(nèi)的變化、修改和/或添加。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)計(jì)用于單程錨栓連接的整體鉆頭，所述鉆頭(16)具有適于被剛性地連接到鉆桿上的連接部，導(dǎo)向部(14)以及擴(kuò)孔部(19)，所述導(dǎo)向部具有第一巖石加工裝置(17)，所述擴(kuò)孔部具有第一中心線(CL2)以及第二巖石加工裝置(18A，18B，18C)，所述第二巖石加工裝置軸向地設(shè)置在所述連接部和所述第一巖石加工裝置之間并且處于所述導(dǎo)向部的一側(cè)，所述鉆頭具有旋轉(zhuǎn)方向(R)，其特征在于，所述導(dǎo)向部(14)的面向遠(yuǎn)離所述擴(kuò)孔部(19)的一側(cè)設(shè)置有耐磨裝置(17’)，所述耐磨裝置(17’)與所述第一巖石加工裝置(17)成一個(gè)整體。
2. 如權(quán)利要求l所述的鉆頭，其中延伸穿過(guò)所述第一巖石加工裝 置(17)并且垂直于所述擴(kuò)孔部(19)的所述第一中心線(CL2)的假想直線(s)與所述第一中心線的法線(N)形成銳角的第一角度(e )，并且其中所述法線(N)與巖石加工裝置(18A)相交，該巖石加工裝 置(18A)在所述鉆頭(16)的所述旋轉(zhuǎn)方向(R)上位于最前。
3. 如權(quán)利要求2所述的鉆頭，其中所述第一角度(e)不小于(T 并且不大于20'。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的鉆頭，其中所述擴(kuò)孔部(19)中的所 述最前巖石加工裝置(18A)為球齒，并且其中所述法線(N)與所述 最前巖石加工裝置(18A)的中心線相交。
5. 如權(quán)利要求2或3所述的鉆頭，其中所述法線(N)與所述最 前巖石加工裝置在所述旋轉(zhuǎn)方向(R)上的最前點(diǎn)相交。
6. 如權(quán)利要求2或3所述的鉆頭，其中所述第一巖石加工裝置為 鑿子(17)，以及所述第二巖石加工裝置為至少三個(gè)球齒(18A， 18B，18C)。
7. 如前面任一權(quán)利要求所述的鉆頭，其中所述導(dǎo)向部(14)的中 線(CL1)與軸線(CL3)形成銳角的第二角度(a )，所述軸線(CL3) 與所述第一中心線(CL2)平行地延伸。
8. 如權(quán)利要求7所述的鉆頭，其中所述第二角度(a )為-2(T到 +20°,不包括(T。
9. 如前面任一權(quán)利要求所述的鉆頭，其中所述導(dǎo)向部(14)的長(zhǎng) 度(L)被定義為在平行于所述第一中心線(CL2)的方向上，所述 導(dǎo)向部的最前部分與最前的第二巖石加工裝置(18A， 18B或18C)之 間的距離，并且其中所述長(zhǎng)度(L)至少為10mm并且不大于60mm。
10. —種單程鉆孔設(shè)備，包括鉆孔裝置以及錨栓(21)，其特征 在于，該設(shè)備包括權(quán)利要求l-9中所限定的整體鉆頭(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆頭(16)及單程鉆孔設(shè)備(10)。整體鉆頭(16)具有適于被剛性地連接到鉆桿上的連接部，導(dǎo)向部(14)以及擴(kuò)孔部(19)。導(dǎo)向部具有第一巖石加工裝置(17)。擴(kuò)孔部具有第一中心線(CL2)以及第二巖石加工裝置(18A，18B，18C)。第二巖石加工裝置被軸向地設(shè)置在所述連接部和所述第一巖石加工裝置之間并且處于導(dǎo)向部的一側(cè)。鉆頭具有旋轉(zhuǎn)方向(R)。導(dǎo)向部(14)面向遠(yuǎn)離擴(kuò)孔部(19)的一側(cè)設(shè)置有耐磨裝置(17’)。耐磨裝置(17’)與第一巖石加工裝置(17)成一個(gè)整體。
文檔編號(hào)E21B7/20GK101258301SQ200680032311
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2006年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月5日
發(fā)明者克里斯特·倫德貝里, 皮埃爾·拉瓦, 艾莫·海林 申請(qǐng)人:山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司