SE524528C2

SE524528C2 - Drilling rig combination for rock drilling

Info

Publication number: SE524528C2
Application number: SE0201609A
Authority: SE
Inventors: Fredrik Egerstroem
Original assignee: Wassara Ab
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2004-08-24
Also published as: SE0201609L; SE0201609D0; AU2003232709A1; WO2003102352A1

Abstract

The invention concerns a drill rig combination comprising partially a carrier (2) with pivot mounted manoeuvrable arm system (3, 12), partially a bottom hole assembly (15) supported by the arm system comprising a means of driving for alternating application of a drill bit mounted in the assembly and a means of indexing the drill bit, whereby, while forming a drill string, the assembly is connected to the distal end of a drill support in the from of a flexible jointless drill tube. In order to achieve a drill rig combination with improved positioning of the bottom hole assembly drill bit in given course in the rock, the following distinctive features are proposed: that the manoeuvrable arm system comprises a boom (3), which at its bottom end is pivot mounted on the carrier and that means of driving are arranged for slewing the boom relative to the carrier, a feed beam (12) that is pivot mounted to the front end can be slidden lengthwise relative to the boom, that the bottom hole assembly drill bit (16) is swivel mounted for turning around an axis extending in the direction of drilling and axially limited in movement in a housing in the bottom hole assembly, that a driving means is arranged for indexing the drill bit around its axis of rotation while drilling is in progress, whereby the indexing means is synchronised to the percussion unit in the assembly so that indexing or rotation is done while the drill bit is in a position withdrawn into the bottom hole assembly or in a position away from the rock face.

Description

25 30 . . - . . . - - » - »u - . - ~ . e Indexeringsanordningen innefattar vanligen en roterbar vätskemotor av mud-typ samt ett av motorn drivet ventilarrangemang med hjälp av vilket den i aggregatets främre del belägna borrmaskinen kan vridas eller indexeras ett definierat gradtal mellan varje slag. Under drift strömmar en drivvätska bestående av en blandning av vatten eller en suspension av bentonit lera i vatten genom motorn vilken i sin tur driver nämnda indexeringsanordning. 25 30. . -. . . - - »-» u -. - ~. The indexing device usually comprises a rotatable liquid motor of the mud type and a valve arrangement driven by the motor by means of which the drilling machine located in the front part of the unit can be rotated or indexed a defined degree between each stroke. During operation, a propellant liquid consisting of a mixture of water or a suspension of bentonite clay in water flows through the engine which in turn drives said indexing device.

För att möjliggöra riktningsstyming av borrkronan i borrhålet är i sänkaggregatet anordnad en styrbar motor vilken står i rörelseöverförande förbindelse med en såsom en universalled eller på annat lämpligt sätt utformad böjligt del så att borrkronan kan inta olika vinkellägen relativt borrstödet. Nämnda sänkmotor utgörs vanli gen av en ﬂuidaktiverad motor i form av en s k mud-motor som liksom övriga i sänkaggregatet ingående motorer förses med drivvätska via en genom borrstödet sig sträckande kanal.In order to enable directional control of the drill bit in the borehole, a controllable motor is arranged in the submersible assembly which is in motion-transmitting connection with a flexible part designed as a universal joint or in another suitable manner so that the drill bit can assume different angular positions relative to the drill support. Said submersible motor usually consists of a deactivated motor in the form of a so-called mud motor which, like other motors included in the submersible unit, is supplied with propellant via a duct extending through the drill support.

För den ovan beskrivna riktningsstyrda borrningen är en speciellt typ av borriggskombinationer kända. Sådana borriggskombinationer innefattar dels en bärare vilken vanligen är av körbar typ samt ett med bäraren svängbart förbundet manövrerbart armsystem, dels ett av armsystemet uppburet sänkborraggregat av ovan angivet slag. Borriggen uppbär vidare en roterbar trumma från vilken det böjbara borröret kan hasplas på och av. Även om användandet av borriggskombinationer med böjbara borrsträngar möjliggör borrning av icke linjära hål och noggrann styming av sänkborraggregatets borrkrona genom berget så bör det inses att positioneringen av borrkronan under den inledande delen av borrningen inte sällan kan vara avgörande för hur väl borrhålet senare följer en given bana inne i berget. Närmare bestämt beror detta bland annat på att möjligheterna att styra sänkborraggregatets borrkrona i krökta banor inte bara är begränsad av sänkaggregatets totala längd utan även av borrörets motstånd mot böjning eller styvhet. Genom att förbättra möjligheterna att redan under borrningens inledande del styra borrkronans väg i berget kan onödig borming i icke malmtörande berg undvikas och borrningen mer exakt styras direkt mot de malmförande kroppama i berget.For the directional drilling described above, a special type of drilling rig combinations are known. Such drilling rig combinations comprise on the one hand a carrier which is usually of a drivable type and a maneuverable arm system pivotally connected to the carrier, and on the other hand a submersible drilling unit of the type indicated above supported by the arm system. The drilling rig further carries a rotatable drum from which the bendable drill pipe can be reeled on and off. Although the use of drilling rig combinations with bendable drill strings enables drilling of non-linear holes and accurate control of the submersible drill bit through the rock, it should be appreciated that the positioning of the drill bit during the initial part of the drilling can often determine how well a borehole follows. inside the rock. More specifically, this is partly due to the fact that the possibilities of controlling the submersible drill bit in curved paths are not only limited by the total length of the submersible but also by the drilling pipe's resistance to bending or rigidity. By improving the possibilities of guiding the path of the drill bit in the rock already during the initial part of the drilling, unnecessary drilling in non-ore-bearing rock can be avoided and the drilling is more precisely directed directly towards the ore-bearing bodies in the rock.

Ett ändamål med föreliggande uppﬁnning är därför att tillhandahålla en borriggskombination av inledningsvis angivet slag som väsentligen förbättrar möjlighetema att styra sänkborraggregatets borrkrona i en given bana i berget och i synnerhet en borriggskombination som erbjuder en mer exakt inriktning av borrkronan under den inledande delen av borrarbetet. Ett andra ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en borriggskombination som erbjuder en rent allmän förbättrad grad av rörelsemöjligheter för det på borriggen uppbuma sänkborraggregatet så att såväl köming och transport av borriggen som borrningsarbete i trånga orter och tunnlar underlättas. Vidare är det ett tredje ändamål med K:\Patent\l l00-\l l008\l10080100se\030509(ny)text.prvdoc 10 15 20 25 30 . . - « . - . ~ ~ ~ -- . . ~ . - » 3 uppﬁnningen att åstadkomma en borriggskombination som för utförande av borrarbete tillåter sänkborraggregatet att manövreras inom ett stort rörelseområde, vilket exempelvis kan inkludera arbetsriktningar både vertikalt uppåt, nedåt samt horisontellt framåt. Det vill säga för täckande av en så stor arbetsarea som möjligt av den mötande bergytan vilken, i förekommande fall, kan sägas utgöras av en konkav mot borriggen vänd begränsningsyta.An object of the present invention is therefore to provide a drilling rig combination of the kind initially stated which substantially improves the possibilities of guiding the submersible drill bit in a given path in the rock and in particular a drilling rig combination which offers a more precise alignment of the drill bit below the initial part. A second object of the invention is to provide a drilling rig combination which offers a purely general degree of movement possibilities for the submersible drilling rig supported on the drilling rig so that both drilling and transport of the drilling rig as well as drilling work in cramped locations and tunnels is facilitated. Furthermore, it is a third object with K: \ Patent \ l l00- \ l l008 \ l10080100se \ 030509 (ny) text.prvdoc 10 15 20 25 30. . - «. -. ~ ~ ~ -. . ~. - »3 the invention to provide a drilling rig combination which, for carrying out drilling work, allows the submersible drilling rig to be operated within a large range of motion, which may, for example, include working directions both vertically upwards, downwards and horizontally forwards. That is, to cover as large a working area as possible of the oncoming rock surface, which, where applicable, can be said to consist of a concave boundary surface facing the drilling rig.

Nämnda ändamål med uppfinningen erhålls genom en borriggskombination som uppvisar de särdrag och kännetecken som anges i patentkravet 1.Said object of the invention is obtained by a drilling rig combination which exhibits the features and characteristics stated in claim 1.

Insikten som ligger till grund för uppfinningen är att en mer exakt styming av borrkronans bana i berget kan erhållas genom att dels borriggen och det av densamma uppburna svängbara armsystemet, dels den av borriggen uppbuma sänkborraggregatet väljs och utformas på ett sådant sätt att möjligheterna att noggrant rikta in och positionera borrkronan mot bergytan vid den inledande delen av borrningen väsentligen förbättras. Även om den föreliggande typen av borriggskombinationer normalt är utrustade med system som tillåter borrkronan att styras under borroperationen så bör det inses att dessa system bara ger borrkronan och dänned borrsträngen en begränsad styrbarhet in i berget. Det bör därför inses att en borriggskombination med förbättrade möjligheter att redan inledningsvis starta borrningen i ett korrekt utgångsläge underlättar för en effektiv styrning av borrningen mot malmförande berg.The insight underlying the invention is that a more precise control of the drill bit's path in the rock can be obtained by selecting and designing the drilling rig and the pivotable arm system supported by it, and the submersible rig supported by the drilling rig. in and positioning the drill bit against the rock surface at the initial part of the drilling is substantially improved. Although the present type of drilling rig combinations are normally equipped with systems that allow the drill bit to be controlled during the drilling operation, it should be understood that these systems only give the drill bit and the drill string a limited controllability into the rock. It should therefore be understood that a drilling rig combination with improved possibilities to start drilling from the outset in a correct starting position facilitates an efficient control of the drilling towards ore-bearing rock.

Med en borriggskombination såsom den anges i patentkraven erbjuds också en förbättrad grad av rörelsemöjlighet så att borrningsarbete i trånga orter och tunnlar underlättas.With a drilling rig combination as stated in the claims, an improved degree of mobility is also offered so that drilling work in cramped locations and tunnels is facilitated.

I det följande beskrivs uppﬁnningen närmare under hänvisning till bifogade ritningar på vilka fig. 1 visar ett vertikalt snitt genom en ort och borrningsarbete med en borriggskombination enligt denna uppfinning, fig. 2 till 4 visar det i borriggskombinationen i ﬁg. 1 ingående sänkborraggregatet manövrerat i olika arbetslägen och fig. 5 visar en planvy av en styrning för sänkborraggregatet.In the following, the invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a vertical section through a locality and drilling work with a drilling rig combination according to this invention, Figs. 2 to 4 show it in the drilling rig combination in ﬁ g. 1 includes the submersible drilling unit operated in different working positions and Fig. 5 shows a plan view of a control for the submersible drilling unit.

På ritningama betecknas generellt med siffran 1 en körbar borrigg i arbete med tunneldrivning i en ort. Borriggen 1 har ett chassi 2 som uppbär en bom 3 vilken vid sin bakre ände är svängbart anordnad medelst en tapp 4 på ett bomfäste 5. Mellan ett öra 6 på bommen 3 respektive bomfästet 5 är anordnat ett drivorgan 7 i form av en hydraulisk lyftcylinder med vilken bommen kan svängas relativt bomfästet omkring tappen 4 och axel som är parallell med avseende på det underlag 8 på vilket borriggen vilar. Även om det inte visas i figurerna bör det inses att bommen 3 på känt sätt kan vara teleskoperande och bildad av ett antal i längdriktningen relativt varandra förskjutbara delar varvid förlängning respektive K:\Patcnt\l l00-\l l0O8\l10080100se\030509(ny)text.prv.doc .u .- 10 15 20 25 30 - ~ - » . u - - . . .- E24 525 u - ~ . . - .. v.. 4 hopdragning åstadkommes på lämpligt hydrauliskt sätt medelst ett mellan delarna verksamt drivorgan.In the drawings, the number 1 generally denotes a drivable drilling rig in work with tunnel driving in a locality. The drilling rig 1 has a chassis 2 which carries a boom 3 which at its rear end is pivotally arranged by means of a pin 4 on a boom bracket 5. Between an ear 6 on the boom 3 and the boom bracket 5 respectively is arranged a drive means 7 in the form of a hydraulic lifting cylinder with which boom can be pivoted relative to the boom bracket around the pin 4 and shaft which is parallel with respect to the ground 8 on which the drilling rig rests. Although not shown in the figures, it should be understood that the boom 3 may in a known manner be telescopic and formed by a number of longitudinally displaceable parts relative to each other, the extension and K: \ Patcnt \ l l00- \ l l0O8 \ l10080100se \ 030509 (new ) text.prv.doc .u .- 10 15 20 25 30 - ~ - ». u - -. . .- E24 525 u - ~. . - .. v .. 4 contraction is effected in a suitable hydraulic manner by means of a drive means acting between the parts.

Vid bommens 3 främre ände är ett bomhuvud 9 vid en första ände svängbart anordnat omkring en tvärgående tapp 10 för svängning i samma plan som bommen. Medelst håll- och styrorgan 11 som bland annat innefattar en gejd är en matarbalk 12 förskjutbar förskjutbart styrt förenad med en andra ände av bomhuvudet 9 för utförande av linjära förﬂyttningar i sin längdriktning relativt bommen 3. Matarbalkens 12 svängrörelser omkring ledtappen 10 kontrolleras medelst ett mellan bomhuvudet 9 och matarbalken 12 verksamt drivorgan 13 som här utgörs av en dubbelverkande hydraulcylinder. Matarbalkens 12 linjära förﬂyttning relativt bommen 3 kontrolleras medelst ett drivorgan 14 i form av en dubbelverkande hydraulcylinder som är verksam mellan matarbalken och bomhuvudet 9.At the front end of the boom 3, a boom head 9 at a first end is pivotally arranged about a transverse pin 10 for pivoting in the same plane as the boom. By means of holding and guide means 11 which comprise, inter alia, a guide, a feed beam 12 is slidably slidably guided connected to a second end of the boom head 9 for performing linear movements in its longitudinal direction relative to the boom 3. The pivotal movements 12 of the feed beam 12 are controlled by 9 and the feed beam 12 is an active drive means 13 which here consists of a double-acting hydraulic cylinder. The linear displacement of the feed beam 12 relative to the boom 3 is controlled by means of a drive means 14 in the form of a double-acting hydraulic cylinder which acts between the feed beam and the boom head 9.

Matarbalken 12 uppbär ett långsträckt i huvudsak cylinderformat sänkborraggregat, ett s k ”bottom hole assembly” (BHA), allmänt betecknat med 15 som under bildande av en borrsträng uppvisar borrkrona 16 i sin främre ände och i sin bakre ände ett borrstöd i form av ett därvid anslutet böjbart skarvlöst borrör 17 som samtidigt erbjuder förbindelse med en källa för tillförsel av ett drivﬂuid till sänkborraggregatet och transportväg för utledande av borrkax.The feed beam 12 carries an elongate substantially cylindrical countersink drill assembly, a so-called "bottom hole assembly" (BHA), generally denoted by 15 which, during the formation of a drill string, has a drill bit 16 at its front end and at its rear end a drill support in the form of a connected bendable seamless drill pipe 17 which at the same time offers connection to a source for supplying a drive id uid to the submersible drilling unit and transport path for discharging drill cuttings.

Sänkborraggregatet 15 innefattar på i och för sig känt sätt, ett slagverktyg, en lägesbestärnmande utrustning eller en s k ”measurement while drilling” (MWD, en styranordning i form av en motor för vinkling eller lägesinställning av aggregatet, en indexeringsanordning och en borrmaskin med nämnda borrkrona.The submersible drilling rig 15 comprises, in a manner known per se, a percussion tool, a position-determining equipment or a so-called "measurement while drilling" (MWD), a control device in the form of a motor for angling or positioning the unit, an indexing device and a drilling machine with said drill bit .

Genom de ovan beskrivna armdelarnas 3, 12 rörlighet relativt varandra och genom val av lämpliga ledpunkter för dessa erhålls en stor rörlighet och stora inställningsmöjligheter så att matarbalken 12 och därmed också det av densamma uppburna sänkborraggregatet 15 kan manövreras inom ett arbetsområde mellan de altemativa arbetslägen, såsom visas med punkt-streckade linjer i ﬁg. 1 i det fall en serie av borrhål skall utföras. Det hänvisas även till de alternativa arbetslägen som illustreras i ﬁg. 2 till 4 varvid i nämnd ordning visas exempel på arbetsriktningar vid borrningsarbete vertikalt uppåt, horisontellt framåt och vertikalt nedåt.Due to the movement of the arm parts 3, 12 described above relative to each other and by selecting suitable articulation points for these, a large mobility and large adjustment possibilities are obtained so that the feed beam 12 and thus also the submersible drill assembly 15 supported by it can be operated within a working area between the alternative working positions, such as is indicated by dotted lines in ﬁ g. 1 in case a series of boreholes is to be made. Reference is also made to the alternative working modes illustrated in ﬁ g. 2 to 4, in which case examples of working directions in drilling work are shown vertically upwards, horizontally forwards and vertically downwards.

Det bör inses att vid utförande av borroperationer med den typ av sänkborraggregat 15 som här avses, har matarbalken 12 sin huvudsakliga funktion för uppbärande av sänkborraggregatet 15 när den körbara borriggen l förflyttas mellan olika arbetsplatser samt när sänkborraggregatet via sina rörliga armdelar 3, 12 manövreras i olika riktningar och arbetslägen på det sätt som exempelvis visas i ﬁg. 1. Emellertid har matarbalken 12 sin särskilda funktion under den inledande delen av en borroperation i det att matarbalken härvid K:\Patent\l 100-\l 1008\l10080100se\030509(ny)text.prv.doc .n .- 10 15 20 25 30 . . - - . . - - » - -u (TI 24 528 n . » ~ . a 5 dels utnyttjas för säkerställande av en noggrann styrning och positionering av sänkborraggregatets 15.It should be understood that when performing drilling operations with the type of submersible drilling rig 15 referred to herein, the feed beam 12 has its main function of supporting the submersible drilling rig 15 when the movable drilling rig 1 is moved between different workplaces and when the submersible drilling rig is operated via its movable arm parts 3, 12. different directions and working modes in the way shown in ﬁ g, for example. 1. However, the feed beam 12 has its special function during the initial part of a drilling operation in that the feed beam here K: \ Patent \ l 100- \ l 1008 \ l10080100se \ 030509 (new) text.prv.doc .n. 20 25 30. . - -. . - - »- -u (TI 24 528 n.» ~. A 5 is partly used to ensure accurate control and positioning of the submersible drill set 15.

För detta ändamål är i matarbalkens 12 främre ändparti arrangerade styrorgan 18 för sänkborraggregatet 15 samt ett organ 19 för ansättning mot bergytan, vilket organ exempelvis kan vara utformat som en dubb eller liknande. Eftersom matarbalkens 12 funktion som stöd för sänkborraggregatet 15 väsentligen bortfaller när sänkborraggregatet väl borrat sig in i berget är styrningama 18 så anordnade att de kan manövreras mellan ett aktivt läge sänkborraggregatet stödjande läge och ett icke verksamt läge, vilket bör inses om ﬁg. 5 studeras närmare.For this purpose, control means 18 for the submersible drilling assembly 15 and a means 19 for abutment against the rock surface are arranged in the front end portion of the feed beam 12, which means can for instance be designed as a stud or the like. Since the function of the feed beam 12 as a support for the submersible drill assembly 15 is substantially lost once the submersible drill assembly has drilled into the rock, the guides 18 are arranged so that they can be operated between an active position of the submersible drill support position and an inoperative position. 5 is studied in more detail.

Med hänvisning till ﬁg. 5 innefattar varje styrorgan 18 två inbördes rörliga stödbackar 20 som förda i ett aktivt läge mot varandra på ett stödjande sätt mellan sig mottar och stödjer sänkborraggregatets 15 periferi samtidigt som detsamma, på ett glidbart styrt sätt, tillåts att förskjutas i sin axelriktning och därmed in i borrhålet. När sänkborraggregatet har förts så långt in i borrhålet att den bildade hålväggen i sig erbjuder en stödjande effekt kan stödbackama 20, 20” manövreras bort från varandra och därmed föras i ett icke stödjande läge.With reference to ﬁ g. Each guide member 18 comprises two mutually movable support jaws 20 which are moved in an active position against each other in a supporting manner between them receive and support the periphery of the submersible drill assembly 15 while the same, in a slidably guided manner, is allowed to be displaced in its axis direction and thus into the borehole. When the submersible drilling rig has been moved so far into the borehole that the formed hole wall itself offers a supporting effect, the support jaws 20, 20 ”can be operated away from each other and thus moved into a non-supporting position.

Som framgår av ritningsﬁgurema uppbär borriggens chassie 2 i sin bakre del en trumma 21 på vilken det böjliga borröret 17 är upphasplat. Allteftersom sänkborraggregatet 15 borrar sig in i berget rullas det böjliga borröret 17 av från trumman 21. Med hjälp av styrorgan 22 för borröret 17 i förrn av ett antal lämpligt placerade styrhjul kan borröret på ett mjuk och följsamt sätt överföras mellan trumman 21 och sänkborraggregatet 15. I matarbalkens 12 bakre ände och alltså i området för anslutningspunkten mellan sänkborraggregat 15 och det böjliga borrörets 17 distala ände är arrangerade styrorgan 23 vilka samtidigt bildar drivorgan för både frammatning av det böjliga borröret 17 från trumman 21 och matning av detsamma och därjämte sänkborraggregatet 15 in i borrhålet. Som framgår av ritningsﬁgurema innefattar detta drivorgan 23 en uppsättning diametralt motstående hjul som är anordnade att mellan sig motta det böjliga borröret 17 och driva detsamma framåt i samverkan med borrörets periferi.As can be seen from the drawings, the chassis 2 of the drilling rig carries in its rear part a drum 21 on which the flexible drill pipe 17 is raised. As the submersible drill assembly 15 drills into the rock, the flexible drill pipe 17 is unrolled from the drum 21. By means of guide means 22 for the drill pipe 17 in front of a number of suitably placed guide wheels, the drill pipe can be transferred between the drum 21 and the submersible drill assembly 15 in a soft and compliant manner. Arranged in the rear end of the feed beam 12 and thus in the area of the connection point between the submersible drill assembly 15 and the distal end of the flexible drill pipe 17 are guide means 23 which simultaneously form drive means for both advancing the flexible drill pipe 17 from the drum 21 and feeding the same and the submersible drill assembly 15 into the the borehole. As can be seen from the drawings, this drive means 23 comprises a set of diametrically opposed wheels which are arranged to receive between them the flexible drill pipe 17 and drive it forward in cooperation with the periphery of the drill pipe.

För att den axiellt fram och återgående rörliga borrkronans 16 stift hela tiden skall arbeta i nytt obearbetat berg måste borrkronan indexeras eller i lämpliga steg vridas omkring borraxeln i samband med varje slag. Som beskrivits härovan sker detta vid hittills känd teknik medelst ett utanför hålet beläget vridarrangemang eller via en i sänkborraggregatet ingående indexeringsanordning vilken, i borriktningen sett, är belägen efter borrmaskinen och utformad för stegvis vridning av hela borrmaskinen omkring dess huvudaxel.In order for the pin of the axially reciprocating movable drill bit 16 to constantly work in new unworked rock, the drill bit must be indexed or in suitable steps rotated about the drill shaft in connection with each stroke. As described above, this is done in hitherto known technology by means of a turning arrangement located outside the hole or via an indexing device included in the submersible drilling rig which, seen in the drilling direction, is located after the drilling machine and designed for stepwise rotation of the entire drilling machine around its main axis.

K:\Patent\1 100-\l 1008\l10080100se\030509(ny)text.prv.doc 10 15 20 25 30 . . - ~ . - - s - - no » . . ~ a' . . ~ - t. _ .- n» I vår egen under behandling varande patentansökan nr. SE 0104217-5 visas och beskrivs en ny typ av vätskedriven sänkborrmaskin vilken härmed införlivas som referens i den föreliggande ansökningen. I motsats till kända sänkborraggregat, varvid borrkronan är vridfast men axiellt begränsat rörligt monterad i en ty av slagborrmaskin i sänkborrmaskinens hus, är vid nämnda patentsökta sänkborraggregat borrkronan både vridbart och axiellt begränsat rörligt upptagen i huset. Närmare bestämt är borrkronan vridfast men axiellt begränsat rörligt monterad i en kronhylsa vilken i sin tur är vridbart rörligt lagrat upptagen i ett i sänkborrmaskinen ingående hus. En i sänkborraggregatet ingående slagkolv är anordnad att slå på borrkronans nacke, en ventil är anordnad för styrning av slagkolven fram och åter varvid ventilen växelvis trycksätter och avlastar ett tryckrum med en kolvyta som vid tryckbelastning driver slagkolven framåt. Ett intressant särdrag hos denna borrmaskin, i motsats till konventionella sänkaggregat varvid, som nämnts härovan, de respektive enheterna inkluderande anordningen för indexering av borrmaskinen är anordnade på en rad efter varandra sett i borriktningen, är att en del av den drivvätska som utnyttjas för aktivering av slagverkets slagkolv avleds för drivning av en till kronhylsan anordnad vridhylsa med axiella bommar. Avgränsande ett antal kammare bildar nämnda bommar del av vridkolvar som vridande vridhylsan fram och tillbaka indexerar kronhylsan och därmed också borrkronan.K: \ Patent \ 1 100- \ l 1008 \ l10080100se \ 030509 (ny) text.prv.doc 10 15 20 25 30. . - ~. - - s - - no ». . ~ a '. . ~ - t. _ .- n »In our own pending patent application no. SE 0104217-5 shows and describes a new type of liquid-driven submersible drilling machine which is hereby incorporated by reference into the present application. In contrast to known submersible drilling units, in which the drill bit is rotatably but axially limited movably mounted in a type of percussion drill in the submersible drilling machine housing, in said patent submersible drilling rig the drill bit is both rotatably and axially limited movably received in the housing. More specifically, the drill bit is rotatably but axially limited movably mounted in a crown sleeve which in turn is rotatably movably mounted received in a housing included in the submersible drilling machine. A percussion piston included in the submersible drilling unit is arranged to strike the neck of the drill bit, a valve is arranged for controlling the percussion piston back and forth, the valve alternately pressurizing and relieving a pressure chamber with a piston surface which drives the percussion piston forward under pressure load. An interesting feature of this drilling machine, in contrast to conventional submersible assemblies in which, as mentioned above, the respective units including the device for indexing the drilling machine are arranged in a row one after the other seen in the drilling direction, is that part of the propellant used for activating the percussion piston's percussion piston is deflected to drive a rotating sleeve arranged with a crown bar arranged on the crown sleeve. Delimiting a number of chambers, said booms form part of rotary pistons which rotating the rotary sleeve back and forth index the crown sleeve and thus also the drill bit.

Vridorganet är så synkroniserat till slagkolven rörelser att indexering sker när borrkronan beﬁnner sig i sitt bakre ändläge eller närmare bestämt när den rör sig tillbaka bort från bergytan.The rotating member is so synchronized to the stroke of the piston that indexing takes place when the drill bit settles in its rear end position or more precisely when it moves back away from the rock surface.

Genom att behovet av en i sänkborraggregat ingående separat enhet för indexering av borrmaskinen helt bortfaller vid detta utförande blir sänkborraggregatet väsentligen kortare än hittills kända aggregat, vilket bland annat har fördelen att den via det böjliga borrstödet anbringade ansättningskraften hamnar mycket nära borrkronans arbetsområde. Detta reducerar inte minst väsentligen risken för uppträdande ”stick-Slip” fenomen. Det vill säga att sänkborraggregatet uppför sig som en torsionsﬁäder i stället för att borrkronan indexeras jämnt mellan slagverkets slag. Genom det kortare sänkborraggregatet bör det inses att styrning av borrkronan med små krökningsradier också underlättas och att blott en mycket liten ansättningskraft mot berget går förlorad under vägen fram till borrkronan även om borrstödet viker av med mycket små krökningsradier Förutom den rörlighet och manöverbarhet som givits de ovan beskrivna armsystemet ingående armdelarna inbegripande bommen 3 och matarbalken 12 har som ett led i att ytterligare förbättra sänkborraggregatets 15 manövrerbarhet i trånga tunnlar och orter och därmed också positioneringsbarheten för sänkborraggregatets borrkrona under borrningens K:\Patent\l 100-\l l008\110080100se\030509(ny)text.prv.doc 10 15 20 25 30 524 528 ;':"If.;'f'§. | - 4 ø u n »n u. 7 inledande steg, matarbalken 12 givits en längd som väsentligen är anpassad till det förhållandevis mycket korta sänkborraggregat 15 som visas och beskrivs i ovan nämnda patentansökan.Because the need for a separate unit included in submersible drilling units for indexing the drilling machine is completely eliminated in this embodiment, the submersible drilling unit is significantly shorter than hitherto known units, which has the advantage that the application force applied via the flexible drilling support is very close to the drill bit. This not least significantly reduces the risk of occurring "stick-slip" phenomena. That is, the submersible drill unit behaves like a torsion spring instead of the drill bit being indexed evenly between the strokes of the percussion device. Through the shorter countersink, it should be understood that control of the drill bit with small radii of curvature is also facilitated and that only a very small contact force against the rock is lost during the road to the drill bit even if the drill support deviates with very small radii of curvature. described arm system including the arm parts including the boom 3 and the feed beam 12 have as a part of further improving the maneuverability of the submersible drill unit 15 in narrow tunnels and locations and thus also the positionability of the submersible drill bit during the drilling K: \ Patent \ l 100- \ l l008 \ 1100 (new) text.prv.doc 10 15 20 25 30 524 528; ': "If.;' f'§. | - 4 ø un» n u. 7 initial steps, the feed beam 12 is given a length that is substantially adapted to the relatively very short countersunk drill assembly 15 shown and described in the above-mentioned patent application.

I enlighet med principema för uppfinningen erbjuder kombinationen av det manövrerbara annsystemet med den relativt korta både svängbara och i längdriktningen förskjutbara matarbalken samt ett särikborraggregat av den typ som visas och beskrivs i SE 0104217-5, en borriggskombination tillåtande en mer exakt inriktning av borrkronan under den inledande delen av borrarbetet. Genom att borrkronan vid den ovan angivna patentansökningen är roterbar och axiellt begränsat rörligt upptagen i ett i borrmaskinens ingående hus kan ett sänkborraggregat med begränsad utsträckning i längdriktningen tillverkas. Tack vare att drivorganen för rotation av borrkronan omkring vridaxeln är ﬂuidaktiverade liksom drivorganen för det i anordningen ingående slagverket kan dessa enkelt synkroniseras till varandra så att indexering eller vridning sker i samband med att borrkronan beﬁnner sig i sitt i sänkborraggregatet indragna läge eller i ett overksamt läge på väg bort från bergytan. Risken för så kallad ”stick-Slip” kan härigenom undvikas.In accordance with the principles of the invention, the combination of the manoeuvrable annular system with the relatively short both pivotable and longitudinally displaceable feed beam and a special drilling unit of the type shown and described in SE 0104217-5, offers a drilling rig combination allowing a more precise alignment of the drill bit under the initial part of the drilling work. Because the drill bit in the above-mentioned patent application is rotatable and axially limited movably received in a housing included in the drilling machine, a submersible drilling rig with a limited extent in the longitudinal direction can be manufactured. Due to the fact that the drive means for rotation of the drill bit about the rotary shaft are id deactivated as well as the drive means for the percussion included in the device, these can easily be synchronized to each other so that indexing or rotation occurs in connection with the drill bit in its retracted position on the way away from the rock surface. The risk of so-called "stick-slip" can thus be avoided.

Med hänvisning till fig. 3 baseras vid den här beskrivna utíöringsformen av uppfinningen den valda längden för matarbalken 12 i allt väsentligt på avståndet B mellan ett plan A som, utgående från kontaktytoma för de i matarbalkens 12 främre ände belägna ansättningsorganen 19, i rät vinkel skär matarbalkens längdaxel samt kontaktpunkterna för de med det böjliga borrörets 17 periferi verksamma drivorganen 23. Närmare bestämt är avståndet mellan nämnda delar så valda i relation till längden för den i huvudsak cylinderformade del som bildar sänkborraggregatets 15 huvuddel att ett bestämt begränsat axiellt rörelsespelutrymme, i fig. 3 betecknat C, alltid garanteras för sänkaggregatet när detsamma beﬁnner sig vilande på matarbalken 12.With reference to Fig. 3, in the embodiment of the invention described here, the selected length of the feed beam 12 is based substantially on the distance B between a plane A which, starting from the contact surfaces of the attachment members 19 located in the front end of the feed beam 12, intersects at right angles. the longitudinal axis of the feed beam and the contact points of the drive members 23 acting with the periphery of the flexible drill pipe 17 More specifically, the distance between said parts is so selected in relation to the length of the substantially cylindrical part forming the main part of the submersible drill assembly 15 that in fig. 3 designated C, is always guaranteed for the lowering unit when it is resting on the feed beam 12.

I denna del begränsas lämpligen det valda rörelsespelutrymme av den maximalt förväntade skrovligheten eller ojämnheten hos den bergyta mot vilken borrkronan 16 skall ansättas eftersom bergytan, åtminstone i vissa extrema fall, kan komma i kontakt med borrkronan redan i samband med matarbalkens ansättning mot bergväggen via ansättningsorganen 19. Detta även om särikaggregatet beﬁnner sig fört i sitt bakre indragna läge i matarbalken 12. För att undvika detta föreslås enligt den föreliggande uppﬁnningen att det axiella rörelsespelutrymmet väljs i intervallet 10 % till 50 % av sänkaggregatets totala längd, företrädesvis 20 % av aggregatets totala längd.In this part, the selected range of motion is suitably limited by the maximum expected roughness or unevenness of the rock surface against which the drill bit 16 is to be applied because the rock surface, at least in some extreme cases, can come into contact with the drill bit already in connection with the feed beam against the rock wall 19. This is even if the separate unit is located in its rear retracted position in the feed beam 12. To avoid this, it is proposed according to the present invention that the axial movement clearance is selected in the range 10% to 50% of the total length of the lowering unit, preferably 20% of the total length of the unit. .

K:\Patent\l 100-\1 l008\l l0080100se\030509(ny)text.prv.doc .-- .- Föreliggande uppfinning är inte begränsad till det ovan beskrivna och det på ritningama visade utan kan ändras och modifieras på en rad olika sätt inom ramen för den i efterföljande patentkrav angivna uppﬁnningstanken.The present invention is not limited to what is described above and that shown in the drawings but may be modified and modified in a manner provided herein. a number of different ways within the scope of the inventive concept specified in the appended claims.

K :\Patent\l I 00-\l l008\l 10080100se\030509(ny)text.prv.docK: \ Patent \ l I 00- \ l l008 \ l 10080100se \ 030509 (ny) text.prv.doc

Claims

10 15 20 25 30 5 2 4 5 2 f »9 PATENT CLAIMS

Drilling rig combination for drilling in, for example, rock, consisting partly of a carrier (2) with an operable arm system (3, 12) which at one end is pivotally connected to the carrier (2) and at its other end via a boom head (9) supports a feed beam (12) which is pivotable and displaceable in its longitudinal direction relative to the carrier, and a submersible drilling assembly (15) supported by a drilling machine housed in a housing with a percussion-driven drill bit (13) rotated during drilling in which the assembly forming a drill string is connected to the distal end of a drill support (17) in the form of a flexible seamless drill pipe which at the same time forms a transport path for supplying a drive medium for said drive means from the outer source, characterized in that the submersible drill bit (16) is rotatably mounted in the housing for rotation about an axis extending in the drilling direction, that the drill bit is axially limited movably received in the housing for movement between a retracted stroke unloaded position and a position mounted against the rock surface, that drive means for the percussion as well as for rotation of the drill bit are deactivated, that the drive means allow the drill bit to be rotated in an indexing manner during drilling by performing stepwise rotational movements, that the drive means for stepwise rotation of the drill bit to the drive means for the percussion device included in the device, that indexing or rotation takes place in connection with the drill bit settling in a position retracted in the housing of the submersible drilling unit or in a position removed from the rock surface.

Drilling rig combination according to claim 1, wherein the drill bit (16) of the submersible drill assembly (15) is rotatably but axially limited movably received in a crown sleeve which in turn is extensively mounted received in the housing and via a one-way coupling connected to a rotary sleeve with axial booms defining a number of chambers form rotary pistons for rotating the rotary sleeve back and forth, a number of said pressure chambers being connected to be pressurized and relieved at the same time with a pressure chamber with piston surface which, under pressure load, drives a percussion piston included in the percussion device.

Drilling rig combination according to any one of claims 1 or 2, wherein the drilling rig (2) carries a rotatable drum (23) from which the bendable seamless drill pipe (17) can be reeled on and off and that means (22) are arranged for guiding the drilling pipe between the drum and the submersible drill bit. K: \ Patent \ l lO0- \ l l008 \ l I0080100se \ 030509 (ny) text.prv.doc 10 15 20 25 10

Drilling rig combination according to one of the preceding claims, wherein the feed beam (12) is provided at its front end with means (19) for abutment against a rock surface and at its rear end is provided with means (23) for guiding the flexible drill pipe.

Drilling rig combination according to claim 4, wherein the guide means (23) arranged in the rear end of the feed beam (12) for the flexible drill pipe (17) simultaneously form drive means for feeding the formed drill string forward.

Drilling rig combination according to claim 6, wherein the length of the feed beam (12) is so selected in relation to the total length of the lowering unit that the distance between a plane (A) which, starting from the contact surfaces of the feed beam attachment means (19) at right angles cooperating with the periphery (17) of the flexible drill pipe (23) that a certain limited axial movement clearance is guaranteed for the lowering unit on the feed beam.

Drilling rig combination according to claim 6, wherein the selected axial movement clearance of the submersible drilling rig (15) on the feed beam (12) is in the range 10% to 50% of the total length of the submersible drilling rig.

Drilling rig combination according to claim 7, wherein the movement clearance space is preferably 20% of the total length of the submersible drilling rig (15).

Drilling rig combination according to claim 3, wherein the guide means (22) for the flexible drill pipe (17), seen in the normal drilling direction, are located in the distal end of the carrier (2), in front of the pivotable attachment of the boom (3) to the carrier.

Drilling rig combination according to one of the preceding claims 1 to 9, wherein the feed beam (12) comprises, at its front end seen in the direction of inclination, pivotable and pivotable guide means (18) which in the pivoted position effectively support the submersible drilling assembly (15) along the periphery thereof.

11. ll. Drilling rig combination according to claim 10, wherein the pivotable and pivotable guide means (18) comprise two mutually movable support jaws (20, 20 ') which, moved in an active position, receive the submersible drilling assembly (15) between them in a supporting manner. K: \ Patent \ l l00- \ l l008 \ l 10080l0Ose \ 030509 (ny) text.prv.doc