[发明专利]用于进行钻孔和给钻孔布设内衬的设备

说明书

本发明涉及根据权利要求1的用于在岩石或土壤层中潜孔钻孔(down-the-hole drilling)的钻取以及内衬管道的安装的装置。

在现有技术的钻机布置中，钻机用于内衬管道的安装，即例如在松动的岩石上钻孔之后，其中内衬管道被永久地留在钻孔中，或者其中流体(诸如水或油)被导入到管道中，描述了旨在安装在使用轴或颈部的潜孔钻机中的卡盘(chuck)中的中央定心钻头(pilot drill bit，导向钻头)，撞击从卡盘传递到定心钻头。控制器件相对于彼此引导钻机和内衬管道，使得钻机能相对于内衬管道自由地旋转。耦接布置结构，通常为卡口耦接的形式，定位在钻机与控制器件之间，其中耦接布置当在其自由情况下时允许钻机与潜孔钻机通过内衬管道一起退回。钻机旨在钻取钻孔，该钻孔允许内衬管道附随钻机进入到钻孔中。外壳靴(casing shoe)，已经焊接在内衬管道的前端部处，该外壳靴确保内衬管道和钻机一起被驱动到钻孔中并且将撞击从钻机传递至内衬管道。钻机具有用于供给清洗剂的内部清洗通道，并且钻机具有用于移除钻屑和清洗剂的排出通道。钻孔通过撞击与旋转运动的结合而发生。

现有技术的钻机布置中，撞击传递到内衬管道通过外壳靴并通过钻头的一部分的前撞击表面作用在外壳靴的后撞击表面上，以及以该种方式使外壳靴启动到间歇的、轴向的撞击运动而发生，该运动反过来又传递到内衬管道中。该种设计的一个问题是撞击机构的一部分的锤的输出动力必须被限定，使得撞击能量不足以大到使外壳靴与内衬管道之间的焊接连接破坏。在所述零件之间的焊接连接传递撞击能量，因此构成了薄弱点。即使焊接是高品质的，当安装内衬管道时撞击能量也通常必须被限定。作为撞击机构的低动力的结果，不能获得预期的钻孔速度，并且因此设备用于安装内衬管道的总体性能也受到限制。

此外，如果馈送的力太低，还产生钻头变得磨光的问题，这些磨光的器件很快失去其切割能力。由于过热的产生，最坏情况下钻头可能被损坏。应当注意的是，对于操作者注意到外壳靴与内衬管道之间的焊接连接破坏或由于钻头的切割能力丧失而钻孔速度减小的可能性是受限制的，并且修复存在这些问题的设备既费时又昂贵。因此，存在用比以前锤动力高的相当多的锤动力驱动该种类型的钻机布置成为可能的要求，不仅为了获得增加的钻孔速度，而且为了减小钻头发生磨光的风险。

从WO 9934087 A1以及US 2004/0104050 A1已知的钻机通过从定心钻头通过外壳靴将撞击直接传递到内衬管道，将内衬管道驱动到孔中。从DE 4000691 A1已知的钻机通过外壳靴与钻机的固定零件之间的相互作用将内衬管道按压进入到钻孔中，这些零件不能在其相对的接触表面处转动。

因此，本发明的第一目的是在钻机处实现用于内衬管道的安装的布置结构，该布置结构允许显著地提高的钻孔速度并且同时减小由于在外壳靴与内衬管道之间的焊接连接失效而失效的风险。本发明的第二目的是在钻机处实现使无需任何显著地减小撞击机构的动力而实施内衬管道的安装(即在大体完全的锤动力下安装内衬管道)成为可能的布置。根据本发明的钻机布置与流体动力的潜孔锤钻一起使用是适当的。

出人意料的证实的情况是，在钻头的前面的有效的水洗具有润滑效果，在几乎全部情况中实现了减小在土壤层中腔体的外围壁与内衬管道之间的摩擦，现有技术的钻机具有的撞击力通过外壳靴施加到内衬管道上以将内衬管道驱动到钻孔中，是没有必要的：能通过潜孔锤钻的合适地选择的固定零件传递的压力(不是撞击力)在几乎全部情况中都是足够的。由于本发明中的外壳靴并非用作撞击部件，由于其功能性，原则上将该外壳靴称为内衬管道的领部或外壳领部是恰当的。

本发明的两个目的通过具有安装内衬管道功能的潜孔钻机的钻机布置而实现，钻机布置表达了在权利要求1中详细说明的区别特征与特定特性。钻机布置大体包括特定地设计的钻机与潜孔锤钻的组合。本发明的更多的优点通过非独立权利要求而更加清晰明确。

参考附图，将在下文更加详细地描述本发明的实施方式，在附图中：

图1示出了根据本发明的在钻机处的布置结构的前部零件的立体图；

图2示出了环状钻头的局部剖视立体图，所述环状钻头是钻机布置的部件并且[语法，缺少“where a”？]外壳靴耦接在内衬管道的前端处，因此，定心钻头是钻机的从环状钻头释放并且从内衬管道缩回一定距离的部件；

图3示出了根据本发明的通过钻机的纵向截面；以及