專利名稱：鉆孔單元、用于開槽的方法以及開槽裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆孔單元和用于開槽(slot drilling)的方法以及開槽裝置。在開槽 過程中，多個孔被靠近地在一起鉆出，以在巖石材料中形成槽。通過在表面中以與孔的直徑 基本相等的節(jié)距鉆出多個孔，可以在巖石表面中或在巖體中形成槽。在開槽過程中，需要專 門的開槽裝置用于沿著之前鉆出的孔引導(dǎo)鉆孔工具。本發(fā)明的目的在獨立的權(quán)利要求的前 序部分中被更接近地公開。
背景技術(shù)：
開槽是在地下采礦和地表采礦中使用的方法。在開槽過程中，孔被相繼地彼此非 常緊靠地鉆出，并且當(dāng)靠近之前鉆出的孔鉆出新孔時，孔之間的巖壁被破壞。用這種方法， 隨著孔被相繼地鉆出，由孔形成了連續(xù)的槽。這樣的連續(xù)的槽即伸長的空洞能夠被使用在 表層爆破中以保護(hù)爆破地點附近的建筑物。以此方式，防止了沖擊波傳到爆破地點之外。在 地下采礦中，伸長的空洞或槽能夠在堅巖中例如在隧道掌子面(tunnel face)中鉆出以形 成主要的打開空間，在爆破中破壞的巖石材料能夠擴張到所述主要的打開空間。這在例如 采礦場開拓巷道或巷道掘進(jìn)中是需要的。當(dāng)單個孔被鉆進(jìn)巖石中時，孔的整個周圍壁保持完整無缺并且從孔壁作用在鉆頭 上的徑向力趨向于彼此抵消。然而，在開槽過程中，當(dāng)多個孔形成為一行以形成槽時，在新 孔正被鉆出時，之前鉆出的孔和正被鉆出的新孔之間的巖石壁被破壞，并且從新孔的部分 周圍壁作用在鉆頭上的徑向力導(dǎo)致了朝之前鉆出的孔指向的凈力(net force) 0因此，當(dāng)鉆頭鉆新孔時，在由此施加的徑向力的組合下，鉆頭趨向沿徑向偏離期望 的路線。為了防止鉆頭偏移，慣例是使用引導(dǎo)桿，所述弓I導(dǎo)桿被平行于鉆桿支撐并具有基本 與所要形成的孔一樣的直徑或稍小的直徑。在新孔被鉆出之前，引導(dǎo)桿緊鄰新孔的位置被 插入之前鉆出的孔以使用于鉆桿的支撐件穩(wěn)定。通過將引導(dǎo)桿放在之前鉆出的孔中，即使 當(dāng)在鉆桿鉆新孔時在鉆桿上施加大的徑向力時，也防止了用于鉆桿的支撐件改變位置。美國專利No. 5690184公開了用于開槽的巖石鉆孔單元。鉆孔單元包括引導(dǎo)桿，所 述引導(dǎo)桿在進(jìn)給梁的前端處被固定到用于鉆桿的支撐件，從而引導(dǎo)桿延伸到了進(jìn)給梁的前 面。由此，鉆孔單元僅設(shè)計為用于開槽。WO 99/45237公開了開槽裝置，所述開槽裝置包括開槽裝置的本體部分內(nèi)部的下 向鉆眼(down-hole)巖石鉆孔機以及通過支桿布置到本體部分的平行的引導(dǎo)管。公開的開 槽裝置的一個缺點是由鉆孔機的沖擊裝置產(chǎn)生的應(yīng)力波不僅傳到工具也傳到本體結(jié)構(gòu)以 及引導(dǎo)管。應(yīng)力波可導(dǎo)致對開槽裝置的本體和引導(dǎo)件的嚴(yán)重破壞。所述缺點特別地與頂錘 應(yīng)用有關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供新的和改進(jìn)的鉆孔單元、用于開槽的方法以及進(jìn)一步的新的 和改進(jìn)的開槽裝置。
本發(fā)明的鉆孔單元的特征在于開槽裝置的本體部分和工具之間存在至少一個包 含流體的軸向體積腔，以抑制沖擊應(yīng)力波從沖擊裝置到開槽裝置的傳遞。本發(fā)明的開槽裝置的特征在于開槽裝置在本體部分以及工具之間設(shè)置有至少一 個軸向體積腔；并且其中，開槽裝置包括用于將流體導(dǎo)入腔體的至少一個流動通路，從而腔 體中的流體被布置成將軸向力從工具傳遞到本體部分。本發(fā)明的方法特征在于它包括如下步驟通過工具和本體部分之間的至少一個軸 向體積腔中的流體將進(jìn)給力沿著鉆孔方向傳遞到開槽裝置的本體；以及通過至少一個軸向 體積腔中的流體抑制沖擊應(yīng)力波從沖擊裝置到開槽裝置的傳遞。根據(jù)本發(fā)明，開槽裝置包括包含沖洗流體的軸向體積腔，以抑制沖擊應(yīng)力波從沖 擊裝置到開槽裝置的傳遞。因此，沖擊應(yīng)力波傳到工具，但是它們到附接到工具的開槽裝置 的傳遞被抑制。進(jìn)一步，在鉆孔期間沿著鉆孔方向的進(jìn)給力通過流體被傳遞到開槽裝置的 本體。本發(fā)明的優(yōu)點在于在正常的鉆孔狀態(tài)中沿著鉆孔方向在工具和開槽裝置的本體 的機械的相對表面之間具有軸向間隙，從而由沖擊裝置產(chǎn)生的應(yīng)力波的能量不被傳到開槽 裝置的本體以及引導(dǎo)件。由此，應(yīng)力波不會損壞開槽裝置的結(jié)構(gòu)并且開槽裝置的工作壽命 可以更長。實施例的構(gòu)思是開槽裝置為與巖石鉆孔機的鉆柄相連或與連接到鉆柄的鉆桿相 連的可拆卸的輔助裝置。如此，開槽裝置能夠根據(jù)需要被容易地與標(biāo)準(zhǔn)巖石鉆孔機連接以 及斷開連接。當(dāng)開槽裝置被斷開連接時，巖石鉆孔機能夠被用在鉆通常的單個孔中。實施例的構(gòu)思是流體被設(shè)置為將鉆孔廢料從正在被鉆的孔沖走。優(yōu)選地，流體流 過在開槽裝置的本體部分和工具之間限定的軸向體積腔，并且沖洗流體抑制由沖擊裝置產(chǎn) 生的沖擊應(yīng)力波到開槽裝置的傳遞。實施例的構(gòu)思是開槽裝置在開槽裝置在槽中卡住的情況中能夠自我移離。實施例的構(gòu)思是開槽裝置提供閥裝置，所述閥裝置調(diào)節(jié)流體通過軸向體積腔的流 動。如果開槽裝置被卡住，則閥裝置限制流體流動，從而增大了流體壓力并且提供了額外的 力來移動開槽裝置。實施例的構(gòu)思是引導(dǎo)部分包括與本體部分間隔開并平行于本體部分的管。進(jìn)一 步，管可以包括切除部，鉆頭的鉆刃可以在其中旋轉(zhuǎn)。這消除了鉆頭與管子接觸的風(fēng)險。實施例的構(gòu)思是引導(dǎo)部分包括至少一個伸長的引導(dǎo)凸緣，所述引導(dǎo)凸緣沿著引導(dǎo) 部分的外周表面縱向地延伸。這些伸長的引導(dǎo)凸緣確保相對于之前的孔而言正在被鉆的孔 的距離是正確的。


在下面，將參考附圖通過示例性實施例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中圖Ia是巖石鉆孔設(shè)備的示意性視圖；圖Ib是巖石鉆孔單元的示意性視圖；圖2a_2c是示出了槽是如何通過相繼地靠近在一起鉆出多個孔而形成的示意性 視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的開槽裝置的第一實施例的第一透視圖4是圖3中示出的開槽裝置的平面圖；圖5是圖3中示出的開槽裝置的局部橫截面圖；圖6是圖5中指示的區(qū)域的詳細(xì)的局部橫截面剖視圖，并且示出了圖3中示出的 開槽裝置的第一狀態(tài)；圖7是與圖6相似的詳細(xì)的局部橫截面圖，但是示出了圖3中示出的開槽裝置的 第二狀態(tài)；圖8是圖3中示出的開槽裝置的第二透視圖；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的開槽裝置的第二實施例的示意性視圖；圖10是沿著圖9中線X-X截取的橫截面圖；圖11是沿著圖10中線XI-XI截取的橫截面圖；以及圖12是保持裝置的示意性視圖，開槽裝置能夠被推動通過該保持裝置。在圖中，為了清晰起見，一些實施例以簡化的方式示出。在圖中，相同的部件使用 相同的附圖標(biāo)記表示。
具體實施例方式圖Ia是包括吊桿2的巖石鉆孔設(shè)備1的示意性視圖，在吊桿2的端部處存在巖石 鉆孔單元60。在圖Ib中更詳細(xì)地示出的巖石鉆孔單元60包括帶有巖石鉆孔機6的進(jìn)給梁 3，所述巖石鉆孔機6包括沖擊裝置4以及可能包括旋轉(zhuǎn)裝置5。通常，沖擊裝置4包括通 過壓力介質(zhì)操作的沖擊活塞，并且沖擊裝置4撞擊工具7的上端或布置在工具7和沖擊裝 置4之間的連接件，比如鉆柄61。自然地，可能在沖擊裝置4中以其它方式產(chǎn)生沖擊脈沖， 例如以電的方式或在沒有往復(fù)式?jīng)_擊活塞的情況下。工具7的近端通過鉆柄61被連接到 巖石鉆孔機6，并且在工具7的遠(yuǎn)端處存在固定的或可拆卸的鉆頭8，用于打破巖石。典型 地，鉆頭8是帶有球齒8a的鉆頭，但是其它鉆頭結(jié)構(gòu)也是可能的。在沖擊裝置4的沖擊之 后，旋轉(zhuǎn)裝置5可以向工具7傳遞連續(xù)的旋轉(zhuǎn)力以使得連接到工具7的鉆頭8改變它的位 置，并且用隨后的沖擊撞擊巖石中新的地方。巖石鉆孔機6沿著鉆孔方向D和反方向R可 移動地布置在進(jìn)給梁3上，并且在鉆孔期間利用進(jìn)給裝置9將工具7推向巖石62。進(jìn)給裝 置9能夠是例如壓力介質(zhì)操作的缸。當(dāng)鉆深孔時，即在所謂的接長桿鉆孔(extension rod drilling)中，鉆桿10a、10b、IOc (其數(shù)目取決于將被鉆的孔的深度并且它們組成工具7)布 置在鉆頭8和鉆孔機6之間。鉆孔機6可以包括沖洗裝置11，用于通過工具7和鉆頭8向 鉆孔提供沖洗流體以將松散的鉆孔廢料從其中沖走。為了清晰起見，圖Ia沒有示出工具7 的沖洗通道。巖石鉆孔設(shè)備1也可以設(shè)置有至少一個控制單元63，用于控制鉆孔。進(jìn)一步， 在進(jìn)給梁3的最外端部分可以具有保持裝置64，工具7穿過所述保持裝置64布置。保持裝 置64包括用于在鉆孔期間支撐工具7的裝置。也可以有鉆孔部件盒65，用于存儲鉆孔部件 比如鉆頭8、開槽裝置以及鉆桿10。部件盒65可以設(shè)置有操縱器，用于在鉆孔軸線和盒之 間傳送鉆孔部件。因此，鉆孔部件，比如開槽裝置，能夠根據(jù)需要與鉆孔機連接或者斷開連 接。更具體地參考圖lb，進(jìn)給泵12驅(qū)動進(jìn)給裝置9，沖擊泵13驅(qū)動沖擊裝置4，并且旋 轉(zhuǎn)泵14驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置5。泵12、13、14向它們驅(qū)動的各自的專用設(shè)備9、4、5供應(yīng)加壓流體， 優(yōu)選地為液壓油。泵12、13、14沿著分別連接到裝置9、4、5的供應(yīng)管道15、16、17布置，加壓流體沿著由箭頭A指示的方向通過所述供應(yīng)管道15、16、17被供應(yīng)到裝置?？商娲兀?要的壓力流體被從一個單個的泵供應(yīng)到裝置。流體從裝置9、4、5沿著各自的返回管道18、 19、20在由箭頭B指示的方向上返回到油罐。鉆孔機6也包括沖洗泵21，所述沖洗泵21沿 著供應(yīng)管道22布置，所述供應(yīng)管道22被連接到?jīng)_洗裝置11。通常為水的沖洗劑沿著箭頭 A的方向被供應(yīng)到?jīng)_洗裝置11。進(jìn)給泵12、沖擊泵13、旋轉(zhuǎn)泵14以及沖洗泵21通常分別由馬達(dá)12a、13a、14a、21a 驅(qū)動。為了清晰起見，圖Ib沒有示出用于控制裝置4、5、9和11的控制閥。巖石鉆孔設(shè)備1 和巖石鉆孔機6的結(jié)構(gòu)和操作本質(zhì)上為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的，并且因此它們不在此更 詳細(xì)地討論?，F(xiàn)在參考圖2a_2c，通過以與孔的直徑基本相等的節(jié)距鉆出多個孔，在巖石表面中 形成槽S。因為孔被彼此非?？拷剡B續(xù)鉆出，所以當(dāng)新孔靠著之前鉆出的孔被鉆出時，這 些孔之間的巖石壁被破壞。以此方式，隨著孔被連續(xù)地鉆出，沿著這些孔形成了槽。如圖2a中所示，當(dāng)在巖石表面中鉆出單個孔50時，孔50的整個周圍壁50a完整 無缺。從壁50a作用在鉆頭上的徑向力F(其中的四個在圖2a中示出)彼此抵消，并且徑 向力F之和是可忽略的。然而，如圖2b中所示，當(dāng)鄰近之前鉆出的孔50鉆出新孔52以形 成槽時，之前鉆出的孔50和正在被鉆的孔52之間的巖石分隔壁51被破壞(這在圖2b中 以虛線指示)。因此，破壞的分隔壁51不提供徑向力-F，并且作用在鉆頭上的徑向力F的 和不彼此抵消。替代地，存在朝向之前鉆出的孔50指向的合力，并且隨著新孔52被鉆出， 鉆頭趨向于沿徑向偏離其期望的路線(即，與之前鉆出的孔50平行且相交)?，F(xiàn)在參考圖2c，將描述根據(jù)本發(fā)明的開槽裝置100的使用。首先以常用的鉆頭鉆 出孔50。之后，開槽裝置100被安裝到巖石鉆孔機6，并且孔52和孔54被相繼地鉆出。當(dāng) 孔52正被鉆出時，它平行于且與之前鉆出的孔50相交，并且當(dāng)孔54正被鉆出時，它與之前 鉆出的孔52平行并相交。在完成孔54之后，包括鉆頭8的工具7被收回并且被定位成使 得開槽裝置100的引導(dǎo)部分110將延伸到之前鉆出的孔54中。為了正被鉆出的新孔，開槽 裝置100的本體部分120保持期望的路線，其中所述本體部分120被相對于工具7安裝并 且通過至少一個支柱130被連接到引導(dǎo)部分100。引導(dǎo)部分110可以設(shè)置有一個或多個縱向延伸的伸長引導(dǎo)凸緣112a、112b。優(yōu)選 地，引導(dǎo)凸緣112a、112b布置在引導(dǎo)部分的外周表面上并且定位在兩個之前鉆出的孔52、 54之間的破壞的分隔壁的任一側(cè)。引導(dǎo)凸緣112a、112b有利于尤其關(guān)于由破壞的分隔壁導(dǎo) 致的空缺將引導(dǎo)部分110定位在之前鉆出的孔54中?？商娲?，在引導(dǎo)部分110的外周表 面上延伸超過分隔壁的相對端的單個凸緣也可以有利于將引導(dǎo)部分110定位在之前鉆出 的孔中?，F(xiàn)在參考圖3-8，詳細(xì)地描繪開槽裝置100的第一優(yōu)選實施例。優(yōu)選地，要被布置 在之前鉆出的孔中的引導(dǎo)部分110是管狀的并且在錐形的前緣114和尾端116之間縱向地 延伸，所述尾端116也可以是錐形的，以有利于引導(dǎo)部分從之前鉆出的孔中取出。由于鉆頭 8在正被鉆出的孔中工作，可以設(shè)置切除部118以避免引導(dǎo)部分110和鉆頭8之間的接觸。 如之前描述的，引導(dǎo)凸緣112a、112b可以布置在引導(dǎo)部分110的外周表面上。開槽裝置100包括一個或多個支柱130，用于將引導(dǎo)部分110連接到本體部分 120。支柱130提供結(jié)構(gòu)連接以將本體部分120的運動傳遞到引導(dǎo)部分110，即，引導(dǎo)部分110響應(yīng)于本體部分120的運動而在之前鉆出的孔中移動。由此，優(yōu)選地，開槽裝置100的 引導(dǎo)部分110和巖石鉆孔設(shè)備1之間的連接僅僅經(jīng)由開槽裝置100的支柱130和本體部分 120。開槽裝置100的本體部分120布置在正被鉆出的孔中，并且通過共同限定的包含 沖洗流體的軸向體積腔140被聯(lián)接到工具7，以抑制沖擊應(yīng)力波從沖擊裝置4到開槽裝置 100的傳遞。本體部分120包括限定鉆孔124的套筒122，工具7在所述鉆孔124中延伸。鉆孔 124包括第一直徑部分124a、小于第一直徑部分124a的第二直徑部分124b、在第一直徑部 分124a和第二直徑部分124b之間延伸并將第一直徑部分124a和第二直徑部分124b聯(lián)接 的肩部124c、以及小于第二直徑部分124b的第三直徑部分124d。工具7的延伸穿過鉆孔 124的部分包括活塞部分7a和桿部7b，所述桿部7b最接近鉆頭8。優(yōu)選地，活塞部分7a和 桿部7b在鉆桿10a、10b、10c (如果有的話)和鉆頭8之間被機械地聯(lián)接；但是可以替代地 被一體地形成為工具7的一部分。由此，由沖擊裝置4產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力波通過直接機械聯(lián) 接，即，通過包括活塞部分7a和桿部7b的工具7被傳到鉆頭8。鉆孔124的第一直徑部分124a滑動地接收工具7的活塞部分7a，并且鉆孔的第二 直徑部分124b接收工具7的桿部7b。由此，可變軸向體積腔140具有環(huán)形的形狀，其沿徑 向限定在鉆孔124的第一直徑部分124a和工具7的桿部7b之間，并沿軸向限定在工具7 的活塞部分7a和鉆孔124的肩部124c之間。優(yōu)選地，比如用密封件126防止沖洗流體在 第一直徑部分124a和活塞部分7a之間流動?？勺凅w積腔140可以包含沖洗流體，所述沖洗流體通過流動通道142提供，所述流 動通道142連接第一內(nèi)通道144和第二內(nèi)通道146，所述第一內(nèi)通道144延伸穿過工具7， 所述第二內(nèi)通道146也延伸穿過工具7。相對于鉆頭8，第一內(nèi)通道144被遠(yuǎn)離地布置，而 第二內(nèi)通道146被靠近地布置。優(yōu)選地，第二內(nèi)通道146向鉆頭8提供沖洗流體流。流動 通道142包括軸向流動通道142a、第一大致徑向流動通道142b、以及第二大致徑向流動通 道142c。軸向流動通道142a沿徑向布置在工具7的桿部7b和鉆孔124的第二直徑部分 124b之間。第一大致徑向流動通道142b將工具7的第一內(nèi)通道144連接到軸向流動通道 142a的第一軸向端，并且第二大致徑向流動通道142c將軸向流動通道142a的第二軸向端 連接到工具7的第二內(nèi)通道146。第一大致徑向流動通道142b和第二大致徑向流動通道 142c可以相對于軸向流動通道142a以及相對于第一內(nèi)通道144和第二內(nèi)通道146傾斜地 或垂直地延伸。套筒122中的鉆孔124的第三直徑部分124d滑動地接收工具7的桿部7b。優(yōu)選 地，比如用密封件防止沖洗流體在第三直徑部分124d和桿部7b之間流動。在圖6中示出了開槽裝置100的本體部分120和工具7之間的第一關(guān)系。通過第 一大致徑向流動通道142b將沖洗流體供應(yīng)到可變體積腔140。包含在可變體積腔140中的 沖洗流體用于抑制由巖石鉆孔設(shè)備1的沖擊裝置4產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力波傳到開槽裝置100。 具體地，由沖擊裝置4產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力波通過工具7傳遞，但是依靠通過包含在軸向體積腔 140中的沖洗流體的聯(lián)接，開槽裝置100被大致與沖擊應(yīng)力波隔離。由于軸向體積腔140中 的流體，在壓力表面70和71之間存在間隙G，從而工具7和套筒122之間沒有機械的軸向 接觸。另外的沖洗流體繼續(xù)從第一內(nèi)通道144通過第一大致徑向流動通道142b、軸向流動通道142a和第二大致徑向流動通道142c流向第二內(nèi)通道146，穿過鉆頭8并且進(jìn)入到正被 鉆出的孔。與進(jìn)給裝置9的操作以及填充軸向體積腔140的沖洗流體沿著工具7的流動一致 地，開槽裝置100被推進(jìn)，S卩，引導(dǎo)部分110布置在之前鉆出的孔中并且本體部分120沿著 工具7布置。軸向體積腔140中的沖洗流體作用于第一工作壓力表面70和第二工作壓力 表面72，產(chǎn)生了沿著鉆孔方向D的力，并且進(jìn)一步作用于第三工作壓力表面71，產(chǎn)生了沿著 反方向R的力。由此，流體將通過工具7的活塞部分7a從進(jìn)給裝置9提供的力通過工作壓 力表面70、72傳遞到本體部分120的套筒122，并且通過支桿130傳遞到引導(dǎo)部分110。但 是，包含在軸向體積腔140中的沖洗流體抑制由巖石鉆孔設(shè)備1的沖擊裝置4產(chǎn)生的沖擊 應(yīng)力波傳到開槽裝置100。在圖7中示出了開槽裝置100的本體部分120和工具7之間的第二關(guān)系。在開 槽裝置100被卡住的情況中，例如，引導(dǎo)部分110在之前鉆出的孔中被卡住，出現(xiàn)了第二關(guān) 系。對開槽裝置100推進(jìn)的阻力，結(jié)合進(jìn)給裝置9的操作，導(dǎo)致穿過軸向流動通道142a的 沖洗流體的流動借助第三直徑部分124d至少部分地關(guān)閉第二大致徑向流動通道142c而被 限制。這升高了軸向體積腔140中的流體的壓力，并且由此增大了施加用以移離開槽裝置 100的力。在第二關(guān)系的極限時，第二大致徑向流動通道142c被完全地關(guān)閉并且沖洗流體 的流動被阻擋，這能夠被控制單元63或巖石鉆孔設(shè)備1的操作員探測到，并且工具7和開 槽裝置100能夠從它們各自的孔被取出。優(yōu)選地，在開槽裝置100的本體部分120和巖石鉆孔設(shè)備1的工具7之間的第一 關(guān)系期間，第一大致徑向流動通道142b進(jìn)入可變體積腔140。在本體部分120和工具7之 間的第二關(guān)系期間，由于工具7的活塞部分7a相對于本體部分120的套筒122移動，因此 第一大致徑向流動通道142b可以進(jìn)入軸向流動通道142a而不是可變體積腔140，由此沖洗 流體的主要流動繞過容量也減小了的可變體積腔140?？勺冚S向體積腔140的減小的容量 增強了增加用于移離開槽裝置100的流體壓力的能力，并且通過限制可變體積腔140和流 動通道142之間的沖洗流體的連通，沖洗流體提供較少的抑制，從而由沖擊裝置4產(chǎn)生的沖 擊應(yīng)力波可以傳到開槽裝置100，以輔助相對于之前鉆出的孔移離引導(dǎo)部分110。由此，第三直徑部分124d和第二大致徑向流動通道142c用作閥門，用以自動地控 制套筒122相對于工具7的位置，從而自動地對引導(dǎo)部分110的進(jìn)給阻力作出反應(yīng)。當(dāng)引 導(dǎo)部分在之前鉆出的孔中卡住時，通過開槽裝置的流動被阻擋并且流體壓力增大。這能夠 通過一個或多個壓力傳感器監(jiān)測。測量結(jié)果能夠從傳感器傳送到包括控制策略的控制單元 63。當(dāng)超過預(yù)定的壓力極限時，控制單元63可以停止鉆孔并且使鉆孔機的進(jìn)給方向反向?，F(xiàn)在參考圖9-11，描述開槽裝置100的第二優(yōu)選實施例。在兩個優(yōu)選實施例中相 同的附圖標(biāo)記被用來指示基本同樣的特征，并且將不給出進(jìn)一步的說明。然而，第一優(yōu)選實施例的可變體積腔140是環(huán)形形狀的，并且工具7限定有活塞部 分7a，而根據(jù)第二優(yōu)選實施例的可變體積腔140a具有大致圓柱形形狀，并且其帶有套筒部 分122和布置在流動通道142內(nèi)的阻尼活塞128，所述流動通道142穿過工具7延伸。流動 通道142包括至少一個軸向流動通道142a(在圖10中示出四個)、第一大致徑向流動通道 142b、以及第二大致徑向流動通道142c。第一大致徑向流動通道142b將流動通道142的第 一部分連接到軸向流動通道142a的第一軸向端，并且第二大致徑向流動通道142c將軸向流動通道142a的第二軸向端連接到流動通道142的第二部分，穿過工具7?；钊?28包括內(nèi)部部分128a、外部部分128b和至少一個聯(lián)接部分128c。外部部 分128b可以包括兩個半體，其內(nèi)表面包括用于形成聯(lián)接部分128c的凸起，并且其中兩個半 體被彼此抵靠地布置并通過例如螺紋連接與內(nèi)部部分128a聯(lián)接。每個聯(lián)接部分128c限定 了在活塞128的內(nèi)部部分128a和外部部分128b之間延伸并固定在一起的連結(jié)板(web)。 當(dāng)壓力流體被布置為流動通過開槽裝置100時，內(nèi)部部分128a限定了沿著鉆孔方向D起作 用的第一工作壓力表面80以及沿著反方向R起作用的第二工作壓力表面81。在第一關(guān)系 期間，相同的壓力作用于具有相同表面積的工作壓力表面80、81，從而作用于活塞128的力 處于平衡狀態(tài)并且活塞定位在它的中間位置。在開槽裝置100和工具7之間的第一關(guān)系期 間，外部部分128b滑動地接收工具7并且與套筒部分122持續(xù)地接合。在工具7和阻尼活 塞128之間沿著鉆孔方向D和反方向R存在軸向間隙G，以便防止它們之間機械的軸向接 觸。如圖11中所示，當(dāng)引導(dǎo)部分110的進(jìn)給阻力增大時，阻尼活塞128相對于工具7 沿著反方向R移動。在開槽裝置100和工具7之間的第二關(guān)系期間，通過活塞128至少部 分地關(guān)閉第一大致徑向流動通道142b而限制穿過軸向流動通道142a的沖洗流體的流動。 由此，作用在第一工作壓力表面80上的流體壓力增大，而作用在第二工作壓力表面81上的 流體壓力降低，從而產(chǎn)生了朝著鉆孔方向D的更大的力。在活塞128相對于工具7沿著鉆 孔方向D移動的情況中，活塞128也限制流體流動。這種情況可以在向下鉆孔時發(fā)生。因 此，阻尼活塞128自動地調(diào)節(jié)傳遞到引導(dǎo)部分110的進(jìn)給力。在正常的槽鉆期間，阻尼活塞128不與工具7機械地軸向接觸。作用在活塞128 的壓力作用表面80、81上的力確保工具7和活塞128之間不存在彼此抵靠的機械表面。通 過軸向體積腔140a中的流體，進(jìn)給力被傳遞到活塞128。由此，抑制了應(yīng)力脈沖傳到開槽裝置。提到了可能將除了沖洗流體外的任何其它流體引導(dǎo)到開槽裝置的一個或多個軸 向體積腔。流體能夠是例如從進(jìn)給泵12、沖擊泵13或旋轉(zhuǎn)泵14引入的液壓流體。在該實 施例中，工具7必須設(shè)置有專門的流體通道以及與沖洗系統(tǒng)分離的軸向體積腔。圖12示出了保持裝置64，所述保持裝置64具有開口 66，開槽裝置100能夠被推 動通過開口 66。根據(jù)開槽裝置100的橫截面輪廓來設(shè)計開口 66的尺寸和形式，從而它包括 兩個相交的小開口。開口 66可以設(shè)置有柔性的密封材料67比如橡膠，并且密封材料具有 多個切口 68用于幫助穿過。將對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，隨著技術(shù)進(jìn)步，本發(fā)明構(gòu)思能夠以各種方 式實施。本發(fā)明及其實施例不限于上面描述的例子而是可以在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
一種用于開槽的巖石鉆孔單元，包括進(jìn)給梁(3)；巖石鉆孔機(6)，所述巖石鉆孔機(6)布置在所述進(jìn)給梁(3)上，并且包括沖擊裝置(4)和沖洗裝置(11)；工具(7)，所述工具(7)連接到所述巖石鉆孔機(6)；并且其中，所述沖擊裝置(4)被布置成產(chǎn)生指向所述工具(7)的沖擊應(yīng)力波，且所述沖洗裝置(11)被布置成供應(yīng)沖洗流體通過所述工具(7)，用于從正被鉆出的孔(52)中沖洗出鉆孔廢料；進(jìn)給裝置(9)，所述進(jìn)給裝置(9)被布置成移動所述進(jìn)給梁(3)上的所述鉆孔機(6)并且將所述工具(7)進(jìn)給到所述正被鉆出的孔(52)中；以及進(jìn)一步包括開槽裝置(100)，所述開槽裝置(100)連接到所述巖石鉆孔機(6)，并且所述開槽裝置(100)包括引導(dǎo)部分(110)、本體部分(120)和至少一個支柱(130)，所述至少一個支柱(130)在所述引導(dǎo)部分(110)和所述本體部分(120)之間延伸并將所述引導(dǎo)部分(110)和所述本體部分(120)聯(lián)接起來，并且其中，所述引導(dǎo)部分(110)布置在之前鉆出的孔(50)中，并且其中，所述工具(7)被布置成以滑動方式通過所述本體部分(120)；其特征在于在所述開槽裝置(100)的所述本體部分(120)和所述工具(7)之間存在包含流體的至少一個軸向體積腔(140)，以抑制所述沖擊應(yīng)力波從所述沖擊裝置(4)傳到所述開槽裝置(100)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石鉆孔單元，其特征在于所述軸向體積腔(140)通過至少一個流動通路連接到所述沖洗裝置(11)；并且 所述軸向體積腔(140)包含沖洗流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項所述的巖石鉆孔單元，其特征在于所述開槽裝置(100)是與所述巖石鉆孔機(6)的鉆柄(61)相連接或與連接到所述鉆 柄(61)的鉆桿(10)相連接的可拆卸的輔助裝置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的巖石鉆孔單元，其特征在于所述開槽裝置(100)的所述本體部分(120)和所述工具(7)共同地限定了包含流體的 所述至少一個軸向體積腔(140)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖石鉆孔單元，其特征在于所述開槽裝置(100)的所述本體部分(120)包括套筒(122)，所述套筒(122)包括鉆孔 (124)，所述工具(7)延伸穿過所述鉆孔(124)；所述套筒(122)的所述鉆孔(124)包括第一直徑部分(124a)、小于所述第一直徑部 分(124a)的第二直徑部分(124b)、以及在所述第一直徑部分(124a)和所述第二直徑部分 (124b)之間延伸并將所述第一直徑部分(124a)和所述第二直徑部分(124b)聯(lián)接起來的肩 部(124c)；所述鉆孔(124)的所述第一直徑部分(124a)以滑動方式接收所述工具(7)的活塞部 分(7a)，并且所述鉆孔(124)的所述第二直徑部分(124b)接收所述工具(7)的桿部(7b)； 所述軸向體積腔(140)包括環(huán)形部，所述環(huán)形部被沿徑向限定在所述鉆孔(124)的所 述第一直徑部分(124a)和所述工具(7)的所述桿部(7b)之間，并且所述環(huán)形部被沿軸向 限定在所述工具(7)的所述活塞部分(7a)和所述鉆孔(124)的所述肩部(124c)之間；所述開槽裝置進(jìn)一步包括沿著所述工具(7)供應(yīng)沖洗流體的流動通道(142)，所述流 動通道(142)包括軸向流動通道(142a)、第一大致徑向流動通道(142b)以及第二大致徑向 流動通道(142c)，所述軸向流動通道(142a)沿徑向布置在所述工具(7)的所述桿部(7a) 和所述鉆孔(124)的所述第二直徑部分(124b)之間，所述第一大致徑向流動通道(142b) 將所述工具⑵的第一內(nèi)通道(144)連接到所述軸向流動通道(142a)的第一軸向端，所述 第二大致徑向流動通道(142c)將所述工具(7)的第二內(nèi)通道(146)連接到所述軸向流動 通道(142a)的第二軸向端；所述套筒(122)的所述鉆孔(124)包括小于所述第二直徑部分(124b)的第三直徑部 分(124d)，所述第三直徑部分(124d)以滑動方式接收所述工具(7)的所述桿部(7b)；并且 所述工具(7)相對于所述本體部分(120)的相對軸向位移限制穿過所述第二大致徑向 流動通道(142c)的流體流動并且增大相對于所述工具(7)移動所述本體部分(120)的流 體壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的巖石鉆孔單元，其特征在于在所述工具(7)和所述本體部分(120)之間具有阻尼活塞(128)，所述阻尼活塞(128) 沿軸向連接到所述本體部分(120)并且通過流體沿著軸向方向與所述工具(7)分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的巖石鉆孔單元，其特征在于所述開槽裝置(100)的所述本體部分(120)包括套筒(122)，所述套筒(122)包括鉆孔 (124)，所述工具(7)延伸穿過所述鉆孔(124)；所述工具(7)包括延伸穿過所述工具(7)的流動通道(142)；所述阻尼活塞(128)包括布置在所述流動通道(142)內(nèi)的內(nèi)部部分(128a)、圍繞所述 工具(7)的外部部分(128b)、以及將所述內(nèi)部部分和所述外部部分聯(lián)接在一起的至少一個 聯(lián)接部分(128c)；所述活塞(128)被布置成能夠相對于所述工具(7)以滑動方式移動； 所述內(nèi)部部分(128a)包括朝向鉆孔方向(D)作用的第一工作壓力表面(80)和朝向反 方向(R)作用的第二工作壓力表面(81)；第一軸向體積腔(140a)位于所述活塞(128)的所述第一工作壓力表面(80) —側(cè)，并 且所述第一軸向體積腔(140a)中的流體經(jīng)由所述活塞(128)將所述進(jìn)給力從所述工具(7) 傳遞到所述套筒(122)；并且第二軸向體積腔(140b)位于所述活塞(128)的所述第二工作壓力表面(81) —側(cè)，并 且所述第二軸向體積腔(140b)中的流體防止所述工具(7)和所述活塞(128)之間沿著所 述鉆孔方向⑶的機械的軸向接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的巖石鉆孔單元，其特征在于所述工具(7)的所述流動通道(142)包括至少一個軸向流動通道(142)，所述至少一個 軸向流動通道(142)連接所述軸向體積腔(140a、140b)；并且其中，所述活塞(128)相對于所述工具(7)沿著所述反方向(R)的軸向運動被布 置用以限制作用于所述第一工作壓力表面(80)的流體的壓力，由此增大了經(jīng)由所述活塞 (128)傳遞到所述套筒(122)的進(jìn)給力。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的巖石鉆孔單元，其特征在于所述引導(dǎo)部分(110)包括至少一個伸長的引導(dǎo)凸緣(112)，所述至少一個伸長的引導(dǎo)凸緣(112)沿著所述引導(dǎo)部分(110)的外周表面縱向地延伸。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的巖石鉆孔單元，其特征在于 所述進(jìn)給梁在所述進(jìn)給梁(3)的遠(yuǎn)端處設(shè)置有保持裝置(64)；并且所述保持裝置(64)包括開口(66)，所述開口(66)根據(jù)所述開槽裝置(100)的橫截面 輪廓被確定尺寸，以允許所述開槽裝置(100)被推動穿過所述保持裝置(64)。
11.一種開槽裝置，包括伸長的工具(7)，所述伸長的工具(7)包括第一端和第二端，并且其中，所述第一端設(shè) 置有第一聯(lián)接裝置(90)，用于將所述開槽裝置(100)附接到鉆孔機(6)的鉆柄(61)或附接 到與所述鉆柄(61)連接的鉆桿(10)，并且其中，所述第二端設(shè)置有鉆頭(8)； 本體部分(120)，所述工具(7)布置為穿過所述本體部分(120)； 引導(dǎo)部分(110)，所述引導(dǎo)部分(110)能夠布置在之前鉆出的孔(50)中；以及 至少一個支柱(130)，所述至少一個支柱(130)在所述引導(dǎo)部分(110)和所述本體部分 (120)之間延伸并將所述引導(dǎo)部分(110)和所述本體部分(120)聯(lián)接起來；其特征在于所述開槽裝置(100)在所述本體部分(120)和所述工具(7)之間設(shè)置有至少一個軸向 體積腔(140)；并且其中，所述開槽裝置(100)包括至少一個流動通路，用于將流體導(dǎo)入所述腔(140)中， 從而所述腔(140)中的流體被布置用以將軸向力從所述工具(7)傳遞到所述本體部分 (120)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開槽裝置，其特征在于所述開槽裝置(100)包括至少一個進(jìn)給通道和至少一個排出通道，所述至少一個進(jìn)給 通道用于將沖洗流體從所述巖石鉆孔機進(jìn)給到所述軸向體積腔(140)，所述至少一個排出 通道用于將沖洗流體從所述軸向體積腔(140)排到正被鉆出的孔，從而沖洗流體被布置為 流過所述軸向體積腔(140)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的開槽裝置，其特征在于所述開槽裝置(100)包括用于監(jiān)測抵抗將所述引導(dǎo)部分(110)布置到所述之前鉆出的 孔(50)中的軸向力的裝置；以及用于響應(yīng)于所監(jiān)測的抵抗力而增加流體的壓力的裝置，由此增大傳遞到所述引導(dǎo) 部分(110)的軸向力，所述流體的壓力沿著鉆孔方向(D)作用在所述至少一個軸向體積腔 (140、140a)的至少一個工作壓力表面(70,80)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12和13所述的開槽裝置，其特征在于所述開槽裝置(100)包括閥裝置，所述閥裝置響應(yīng)于所述工具(7)和所述本體部分 (120)的相對的軸向位置來影響通過所述軸向體積腔的體積流量。
15.一種用于開槽的方法，包括靠近地在一起鉆出多個孔(50-54)，以在巖石材料(62)中形成槽(S)； 在鉆孔過程中使用巖石鉆孔機(6)，所述巖石鉆孔機(6)包括沖擊裝置(4)，所述沖擊 裝置(4)用于向連接到巖石鉆孔機(6)的工具(7)產(chǎn)生沖擊脈沖；將開槽裝置(100)連接到所述巖石鉆孔機(6)，所述開槽裝置(100)包括本體部分 (120)，所述工具(7)被布置為穿過所述本體部分(120)；引導(dǎo)部分(110)；以及至少一個支 柱(130)，所述至少一個支柱(130)在所述引導(dǎo)部分(110)和所述本體部分(120)之間延伸并將所述引導(dǎo)部分(110)和所述本體部分(120)聯(lián)接起來；將引導(dǎo)部分(110)布置在之前鉆出的孔(50)中，用于為正被鉆出的新孔(52)保持所 述之前鉆出的孔(50)的路線；以及在鉆孔期間朝向鉆孔方向(D)將進(jìn)給力從所述工具(7)傳遞到所述開槽裝置(100)的 所述本體部分(120)并且進(jìn)一步傳遞到所述引導(dǎo)部分(110)；且包括通過所述工具(7)和所述本體部分(120)之間的至少一個軸向體積腔(140、140a)中 的流體，將所述進(jìn)給力沿著所述鉆孔方向(D)傳遞到所述開槽裝置的所述本體部分(120)； 以及通過所述至少一個軸向體積腔(140、140a)中的流體，抑制沖擊應(yīng)力波從所述沖擊裝 置(4)傳到所述開槽裝置(100)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括響應(yīng)于所述本體部分(120)和所述工具(7)之間的軸向運動來影響所述軸向體積腔 (140、140a)中的流體的壓力，所述本體部分(120)和所述工具(7)被布置成彼此相對沿縱向滑動。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括布置流體流過所述軸向體積腔(140、140a)；以及當(dāng)所述引導(dǎo)部分(110)的在所述之前鉆出的孔(50)中的運動被阻礙時，限制所述流體 流過所述軸向體積腔(140、140a)，從而增大了傳遞到所述引導(dǎo)部分(110)的所述進(jìn)給力。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括布置流體流過所述軸向體積腔(140、140a)；當(dāng)所述引導(dǎo)部分(110)的在所述之前鉆出的孔(50)中的運動停止時，關(guān)閉排出的流體 流過所述軸向體積腔(140、140a)，從而所述軸向體積腔中的流體的壓力增大； 監(jiān)測在所述軸向體積腔中起作用的流體的壓力；以及當(dāng)所述軸向體積腔中的所述流體的壓力超過預(yù)定的壓力極限時，使所述巖石鉆孔機 (6)的進(jìn)給運動反向。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求15-18中任一項所述的方法，包括將至少一個鉆桿(10)連接到所述鉆孔機(6)的鉆柄(61)；以及 將所述開槽裝置(100)連接到最外的鉆桿(10)的遠(yuǎn)端。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求15-18中任一項所述的方法，包括將所述開槽裝置(100)連接到所述鉆孔機(6)的鉆柄(61)。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求15-20中任一項所述的方法，包括通過至少一個伸長的引導(dǎo)凸緣(112)將所述引導(dǎo)部分(110)支撐到所述之前鉆出的孔 (50)的表面上，所述伸長的引導(dǎo)凸緣(112)沿著所述引導(dǎo)部分(110)的外周表面縱向地延伸。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求15-21中任一項所述的方法，包括 將沖洗流體輸送到所述軸向體積腔(140、140a)中。
全文摘要
一種開槽裝置(100)，所述開槽裝置用以與巖石鉆孔設(shè)備(1)一起使用，以靠近地在一起鉆出多個平行的相交孔，從而在例如巖石、磚石或混凝土的脆性材料中形成槽。所述開槽裝置(100)包括引導(dǎo)部分(110)，所述引導(dǎo)部分(110)利用至少一個支柱(130)連接到本體部分(120)。所述引導(dǎo)部分(110)布置在之前鉆出的孔中，并且所述本體部分(120)和旋轉(zhuǎn)的沖擊工具(7)共同地限定了包含沖洗流體的可變體積腔(140)，其抑制了沖擊應(yīng)力波從所述鉆孔設(shè)備(1)的沖擊裝置(4)傳到所述開槽裝置(100)。
文檔編號E21B7/28GK101981269SQ200880128399
公開日2011年2月23日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者毛努·門泰里 申請人:山特維克礦山工程機械有限公司