专利名称：用于在土壤或岩石材料中钻孔的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在土壤或岩石材料中钻孔，尤其是冲击钻孔或旋转冲击钻孔的方法，其中孔经由支承在钻杆上的钻头通过冲击和/或旋转运动形成，其中在钻头(Bohrkrone)上设置多个钻头头部(Bohrkopf)，所述钻头头部与钻杆联接，并相互独立地驱动，及其中在钻孔过程结束后将钻头从孔中取出。本发明还涉及用于在土壤或岩石材料中钻孔，尤其是冲击钻孔或旋转冲击钻孔的装置，其中孔经由支承在钻杆上的钻头通过冲击和/或旋转运动形成，其中在钻头上设置多个钻头头部，所述钻头头部可与钻杆联接，并可相互独立地驱动。
背景技术：
在用于在土壤或岩石材料中钻孔，尤其是冲击钻孔或旋转冲击钻孔的方法和装置方面，已知各种实施例，尤其是对于制造具有大横截面或大净宽度的孔，及对于基本上在制造孔期间直接将封套管或套管插入孔内部的孔的实施例。因此，例如在插入封套管或套管方面，已知使用分开定向钻头(Pilotbohrkrone)和环形钻头的钻头，由此能可靠地制造具有比较大尺寸的孔。在这种情况下，例如将封套管或套管与包围定向钻头的环形钻头连接，其中，在完成孔之后，将定向钻头与环形钻头分开，并与钻杆一起从孔中取出，如例如可从AT-B 408472中得知。尤其是，在所述已知的实施方式中缺点在于至少环形钻头留在和遗失在孔中。
另外，已知用来实施上述方法的变型的实施方式，其中多个相互分开的钻头头部形成钻头，其中例如参见US-PS 3870113，US-PS2162314，US-PS 2400853，DE-A 2157282，US-PS 1461713和US-PS3773121。在这些已知的实施方式中缺点特别在于，为单个相互和分开钻头头部设置昂贵和复杂的驱动装置。对于封套管或套管要与这种驱动装置同时插入到孔的内部的情况，则必须设置昂贵的偏转机构，以便必要时由多个钻头头部形成的钻头及钻杆在完成孔后从孔中取出。如果在这种装置中没有使用封套管或套管，则这种装置只能用于下述材料中，其中保证在插入封套管或套管之前不必担心材料断裂进行孔中。
在制造孔时插入封套管或套管及随后可能与整个钻头头部或整个钻头一起取出钻杆方面，另外例如从EP-A 0444682或EP-B 0563561已知在钻头上设置可移动的元件，所述可移动的元件可置于不同的偏转位置或工作位置，其中由此保证可以制造相对于同时待插入的封套管或套管增加的孔直径。在那些已知装置中，目的是在完成孔后，使可转动的钻头部分转动到回缩位置中，以便能在完成孔后从孔中取出钻头和钻杆。在那些已知的实施方式中缺点在于，需要复杂的机械传动系统用于移动或转动各个钻头头部元件。
发明内容
本发明目的是进一步开发实施上述类型的方法和装置，所述方法和装置避免了上述缺点，并且尤其是保证在完成尤其是具有大直径或大净宽度的孔后，可以快速而可靠地从完成的孔中取出具有多个钻头头部的整个钻头及钻杆。
为了达到这些目的，按照本发明的方法，基本上其特征在于，在钻孔过程结束后，将钻头头部从与钻杆的刚性联接中脱接，并朝孔的中心方向可移动地支承。由此，按照本发明在钻孔过程结束后，钻头头部可以从与钻杆的刚性联接中脱接，其中与钻杆刚性或机械式牢固联接用于实施钻孔过程和用于导入实施钻孔过程所需的机械力，随后可用简单的方式，将钻头头部朝孔中心的方向可移动地支承，以便在完成钻孔和脱开与钻杆的刚性连接同时减小由钻头头部所限定的钻头的外径之后，可以将包括多个钻头头部的整个钻头与钻杆一起从孔中取出。这不取决于在钻孔过程期间封套管或套管是否同时插入到孔的内部，因为即使对于未设置这种封套管或套管的情况，为了从孔内部合适地取出整个钻头和钻杆，钻头头部必须被置于一个位置，在所述位置中它们的外部尺寸小于此前直接制造的孔的内部尺寸，以便避免在孔内壁和钻头头部之间过大的摩擦力，否则所述摩擦力将阻碍简单而快速的取出钻杆和钻头。对于在钻孔过程期间将封套管或套管插入到孔内部的情况，则按本发明所提出的各个钻头头部朝孔内部或中心的移动将保证用于制造孔的元件或钻头的钻头头部必须具有比同时插入的封套管或套筒更大的直径，上述元件或钻头的钻头头部一起可放入或可移入一具有比套管内径小的外部尺寸的位置，从而实现包括所有钻头头部的整个钻头及钻杆的通道以便从孔中取出。
为了在钻井头部和钻杆之间可靠地联接和脱接，按照优选实施例规定，钻头头部通过可基本上朝钻头的纵向方向可移动的杆元件或驱动元件与钻杆脱接。这种可朝钻头或钻杆的纵向方向移动的杆元件或驱动元件允许实施掘进工作的钻杆和各个钻头头部之间安全而可靠的机械或刚性的联接，其中它另外保证在完成孔或钻孔过程后钻头头部的简单而可靠地脱接，以便另外朝孔中心的方向的移动。
为了在钻头头部和钻杆之间的刚性联接取消之后特别简单但可靠而稳定的连接，以便从孔的内部安全取出钻头和所有钻头头部，按照另一个优选实施例提出，钻头头部在与钻杆或与驱动元件脱接后通过弹簧元件与钻头连接。这种弹簧元件能按照要求使各个钻头头部基本上自动地朝孔的中心方向移动，以便能快速而可靠地取出钻头和钻杆。
为了实现适当的掘进性能，按照另一优选实施例提出，各钻头头部用本身已知的方式相互独立地驱动成冲击和/或旋转运动。
为了防止在掘进工作期间各钻头头部或钻头头部的各个分区域的过热，按照另一优选实施例提出，钻头头部以本身已知的方式用冷却流体或冲洗流体加载，所述冷却流体或冲洗流体优选输送到联接钻头头部和钻杆的杆元件的内部。
为了合适地从钻头头部区域或者由钻头头部所形成的工作面中运出挖掘的材料，按照另一优选实施例规定，将各钻头头部之间的挖掘材料从工作面尤其是通过基本上是朝钻头的纵向方向上延伸的通道运出。
为了即使在制造具有大直径或大净宽度的孔时也达到快速钻孔进度，按照另一优选实施例规定，以本身已知的方式，至少三个钻头头部在钻头工作面上基本上对称分布地设置。
为了达到上述目的，另外，开头所述类型的装置基本上特征在于，在钻孔过程结束后钻头头部可从与钻杆刚性联接脱接，并朝孔中心的方向可移动。如上面已经指出的，因此可以以简单的方式在钻孔过程结束后取消钻杆和钻头头部之间刚性或机械的牢固联接，以便随后通过各个钻头头部朝孔的中心方向移动或可移动性保证可以可靠地从完成的孔中取出带所有钻头头部的整个钻头和钻杆。在设置封套管或套管时，各钻头头部可移入具有相应减小外周边的位置，以便穿过封套管或套管的内部实现一自由通道，所述自由通道将保持在孔的内部。
为了各个钻头头部与钻杆的合适联接及在完成孔后可靠地脱接钻杆和钻头头部之间刚性或机械式刚性的连接，按照另一优选实施例提出，在钻头内部特别是设置可朝钻头纵向方向上移动的杆元件或驱动元件，以便钻头头部与钻杆的联接。这种尤其是，可朝钻头或钻杆纵向方向移动的杆元件或驱动元件，提供用于制造孔的足够的机械连接，并能在完成孔后简单地取消这种连接，以便随后允许钻头头部朝孔的中心方向的可移动性。
为了达到各个钻头头部在朝向孔内部的方向上足够大的位移或移动路径，同时考虑由孔内壁和必要时同时插入的封套管或套管所给出的条件，按照另一优选实施例提出，钻头头部通过尤其是包围在钻杆和钻头头部之间的杆元件的弹簧元件，尤其是螺旋弹簧联接或可联接。这种弹簧元件允许在钻头的遗留的部分区域和钻头头部之间的可靠连接，并且简单而可靠地适应由孔内壁和必要时存在的套管给出的条件，鉴于为了简单而快速地取出钻头和钻杆，需要减小钻头头部外部尺寸。
为了在钻孔工作期间可靠地冷却钻头头部，按照另一优选实施例规定，以本身已知的方式，钻头头部设有用于冷却流体或冲洗流体的出口孔，上述冷却流体或冲洗流体尤其是能穿过杆元件供应。为了在结构上简单的供应冷却流体或冲洗流体，按照本发明优选规定，这种冷却流体或冲洗流体直接通过提供钻杆和钻头头部之间的联接的驱动元件或杆组件元件实现。
另外，为了合适而可靠地排出挖掘的材料，提出了钻头在各钻头头部之间的工作面上设置用于排出挖掘的材料的容纳孔，通道在钻头的内部连接到上述容纳孔上，如其与按本发明所述的装置的另一优选为了在结构上简单地导入为实现挖掘工作所需的能量，按照另一优选实施例规定，每个钻头头部都可通过支承在钻头内部的冲击和/或旋转驱动装置驱动，并能通过共同的钻杆供应驱动能量。
如上面多次表明的，在钻孔过程期间，尤其是当在至少部分疏松的土壤或岩石材料中制造孔时，经常需要孔的直接的衬里，以便防止在钻孔过程期间材料断裂，所述材料随后妨碍在完成钻孔后取出钻杆和钻头。在这方面，按照另一优选实施例提出，钻头至少在其面向孔内部的端部区域中被封套管或套管包围。
当使用封套管或套管时，为了能简单而可靠地朝孔的中心或内部移动钻头头部，按照另一优选实施例规定，在完成钻孔过程后时取出钻杆和钻头时，从远离工作面的钻头头部后侧，尤其是通过至少一个斜面与封套管或套管协同工作。
下面，将通过附图中示意示出的实施例更详细地说明本发明。其中图1示出在使用按照本发明的用于在土壤或岩石材料中钻孔的装置的情况下按照本发明所述的方法各个步骤的局部剖视的示意侧视图，图1a示出钻孔过程，图1b示出取消钻头头部和钻杆之间刚性机械连接的位置，及图1c示出在钻头头部朝孔的中心方向移动后，使包括所有钻头头部的钻头和钻杆往回拉的过程。
图2是在与图1b视图类似的钻头头部位置的透视放大图；和图3是以放大的比例示出在由钻头头部所形成的工作面上的俯视图，例如沿图1a的箭头III的方向。
具体实施例方式
在图1和2中，钻头总体用附图标记1表示，所述钻头1具有多个钻头头部2，其中，在所示的实施例中，三个钻头头部2基本上均匀间隔开地设置。钻头1与在图1a中示意示出的钻杆3联接，其中每个钻头头部2都通过一在图1a中用附图标记4表示的驱动装置或杆元件，在中间连接用附图标记5表示的锤或冲击件作为冲击和/或旋转驱动装置联接，其中上述锤5通过连接板6与钻杆3联接。为了加载单个的锤5或冲击和/或旋转冲击驱动装置，另外，将连接管道7显示在钻杆3和单个锤5之间。
此外，在附图中示出封套管或套管8，其至少在最前面区域中包围钻头1，其中上述封套管或套管8必要时还可以基本上在孔9的总长度上延伸，其中可由钻头头部2制出的孔内壁在图1a中用附图标记9示意表示。
如从按照图3的视图中可看出的，整个钻头1可以绕由钻杆3所限定的中心轴线沿箭头10的方向加载成旋转运动，其中附加地单个钻头头部2也可以加载成沿箭头11的方向的旋转运动，以便总体上可以制出具有相应大横截面和大净宽度的孔9。在按照图3的视图还示出，钻头头部分别设有多个供冷却流体或冲洗流体用的出口孔，其中上述冷却流体或冲洗流体通过驱动装置或杆元件4穿过中心通道输送到钻头头部。例如由硬质材料元件或插件构成的掘进工具用附图标记21表示。
此外，在各附图中分别在各个钻头头部2和锤5之间可以看到通道13，其中通过所述通道13将经由通道口14进入通道13中的挖掘材料排出。通道13以未示出的方式根据待制造的孔的长度延长，以便能可靠地运出挖掘材料。
在孔9完成后，如图1b和2中所示，就在中间连接驱动装置或杆元件4和锤5的情况下，中断或脱接各个钻头头部2与钻杆3的刚性或直接的机械联接，其中锤5及与其联接的驱动装置或杆元件4往回拉到一个与钻头头部2脱接的位置，如图1b和2中可看出。在这种状态下，钻头头部在它们远离工作面15的端部16上通过弹簧元件，尤其是螺旋弹簧17与关节元件18耦合，以便通过钻头头部2的弹性支承提供钻头头部2的活动性和可移动性。
在将包括所有钻头头部2的钻头1往回拉时，实现钻头头部2朝孔9的中心方向移动或位移，如从图1c中可清楚地看出的，通过弹簧17可达到相应的弹性活动性。
从图中还可以看出，钻头头部2在面向钻头1或孔内部的后侧上分别设有一个斜面19，该斜面在朝箭头20方向取出钻头1时能可靠地进入封套管或套管8的内部，如图1c所示。
对于未设置封套管或套管8的情况，则通过弹簧元件17朝孔9的中心方向实施的钻头头部2位移或移动同样简单而可靠地朝图1c的箭头20方向取出带全部钻头头部2的整个钻头1和钻杆3，因为钻头头部2不贴靠在孔内壁上而因此可以快速地且与孔内壁没有摩擦地从孔9中取出。
与附图中所示的实施例不同，代替二个钻头头部2可以例如设置四个或更多的钻头头部，以便实现相应的大工作面。在这种情况下，如果例如通过不同的弹簧长度来保证首先位于外周边缘上的钻头头部2在已与钻杆3脱接之后相应地可朝孔内部方向移动，用于从孔9中取出，则可以设置一中央钻头头部。
权利要求
1.一种用于在土壤或岩石材料中钻孔(9)尤其是冲击钻孔(9)或旋转冲击钻孔(9)的方法，其中经由一支承在钻杆(3)上的钻头(1)通过冲击和/或旋转运动形成孔(9)，其中在钻头(1)上设置多个钻头头部(2)，所述钻头头部(2)与钻杆(3)联接，并相互独立地驱动，及其中在钻孔过程结束后从孔(9)中将钻头(1)取出，其特征在于，在钻孔过程后，将钻头头部(2)与同钻杆(3)的刚性联接脱接，并朝孔(9)的中心方向可移动地支承。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，钻头头部(2)通过可在钻头(1)的内部基本上朝钻头(1)的纵向方向上移动的杆元件或驱动元件(4，5)与钻杆(3)连接。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，钻头头部(2)在与钻杆(3)和与驱动元件(4，5)脱接后通过弹簧元件(17)与钻头(1)连接。
4.按照权利要求1，2或3所述的方法，其特征在于，各钻头头部(2)以本身已知的方式相互独立地驱动为冲击和/或旋转运动。
5.按照权利要求1-4其中之一所述的方法，其特征在于，各钻头头部(2)以本身已知的方式加载冷却流体或冲洗流体，所述冷却流体或冲洗流体优选输入到使钻头头部(2)与钻杆(3)联接的杆元件(4)的内部。
6.按照权利要求1-5其中之一所述的方法，其特征在于，各钻头头部(2)之间的挖掘材料从工作面尤其是通过基本上在钻头(1)的纵向方向上延伸的通道(13)运走。
7.按照权利要求1-6其中之一所述的方法，其特征在于，用本身已知的方式，至少三个钻头头部(2)在钻头(1)的工作面上基本上对称分布地设置。
8.一种用于在土壤或岩石材料中钻孔，尤其是冲击钻孔或旋转冲击钻孔(9)，其中经由支承在钻杆(3)上的钻头(1)通过冲击和/或旋转运动形成孔(9)，其中在钻头(1)上设置多个钻头头部(2)，所述钻头头部可与钻杆(3)联接，并可相互独立地驱动，其特征在于，钻头头部(2)在钻孔过程结束后可与同钻杆(3)的刚性联接脱接，并可朝孔(9)的中心方向移动。
9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，为了连接钻头头部(2)和钻杆(3)在钻头(1)的内部设置尤其是可朝钻头(1)的纵向方向上移动的杆元件或驱动元件(4，5)。
10.按照权利要求8或9所述的装置，其特征在于，钻头头部(2)通过尤其是包围钻杆(3)和钻头头部(2)之间的杆元件(4)的弹簧元件(17)尤其是螺旋弹簧联接或可联接。
11.按照权利要求8，9或10所述的装置，其特征在于，钻头头部(2)以本身已知的方式设有若干用于冷却流体或冲洗流体的出口孔(12)，所述冷却流体或冲洗流体能尤其是穿过杆元件(4)输入。
12.按照权利要求8-11其中之一所述的装置，其特征在于，用于排出挖掘材料的容纳孔(14)在各钻头头部(2)之间设置在钻头(1)的工作面上，通道(13)在钻头(1)的内部连接在上述容纳孔(14)上。
13.按照权利要求8-12其中之一所述的装置，其特征在于，每个钻头头部(1)可通过支承在钻头(1)内部的冲击和/或旋转驱动装置(5)加载，所述驱动装置(5)能通过共同的钻杆(3)供应驱动能量。
14.按照权利要求8-13其中之一所述的装置，其特征在于，钻头(1)至少在其面向孔内部的端部区域中被封套管或套管(8)包围。
15.按照权利要求14所述的装置，其特征在于，在钻孔过程结束后在取出钻杆(3)和钻头(1)时，钻头头部(2)的远离工作面的后侧尤其是通过至少一个斜面(19)与封套管或套管(8)协同工作。
全文摘要
本发明涉及用于在土壤或岩石中钻孔，尤其是冲击钻孔或旋转冲击钻孔(9)的方法和装置，由支承在钻管(3)上的钻头(1)通过冲击和/或旋转运动形成孔(9)。其中在钻头(1)上设置多个钻头头部(2)，所述钻头头部(2)可以与钻管(3)联接并相互独立地驱动。本发明规定，在钻孔过程结束后，各钻头头部(2)可以与同钻杆(3)的刚性联接脱接，并可以朝孔(9)的中心方向移动，因此在完成孔(9)后，能将包括所有钻头头部的整个钻头(1)和钻管(3)简单而可靠地取出。
文档编号E21B4/20GK1954130SQ200580010438
公开日2007年4月25日 申请日期2005年3月22日 优先权日2004年3月30日
发明者J·莫奇维尼克, R·埃格－莫奇维尼克 申请人:阿尔瓦格隧道支架有限公司