DE29920191U1

DE29920191U1 - Two-piece hollow drill pipe

Info

Publication number: DE29920191U1
Application number: DE29920191U
Authority: DE
Original assignee: Wengeler & Kalthoff Hammerwerk
Current assignee: Wengeler & Kalthoff Hammerwerk
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2009-11-18

Description

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AK/kl-co

Two-piece hollow drill rod

Die Erfindung betrifft ein zweiteiliges Hohlbohrgestänge mit mehrkantigem Querschnitt, insbesondere für das Bohren von Ankerlöchern im Berg-Tunnelbau und dergleichen.The invention relates to a two-part hollow drill rod with a polygonal cross-section, in particular for drilling anchor holes in mining tunnel construction and the like.

Im Strecken- und Strebausbau wird im Bergbau zunehmend von der Ankertechnik Gebrauch gemacht. Zum Setzen der Anker, mit denen die Streckenstöße oder das Hangende gesichert werden, sind tiefreichende Bohrlöcher &iacgr;&ogr; erforderlich, und zwar mit einem effektiven Durchmesser von 32 mm und einer Länge von 3.000 mm. Die Anker sind auf diese Abmessungen abgestimmt und für Bohrlöcher mit größerem Durchmesser nicht geeignet.Anchoring technology is increasingly being used in mining for roadway and longwall support. To set the anchors used to secure the roadway joints or the hanging wall, deep boreholes are required, with an effective diameter of 32 mm and a length of 3,000 mm. The anchors are designed for these dimensions and are not suitable for boreholes with a larger diameter.

Der Streckenvortrieb und die Gewinnungsarbeit im Streb erfolgen im Bergbau meistens durch Bohren und Schießen. Hierzu wird eine Vielzahl von Sprenglöchern in das anstehende Gebirge eingebohrt und mit Sprengstoffpatronen konfektionierter Größe bestückt. Die Sprenglöcher haben einen effektiven Durchmesser von etwa 43-50 mm, der optimal auf die Anforderungen des Bergbaus und die zur Verfügung stehenden Sprengstoffe abgestimmt ist. Die Sprenglöcher werden mit eigens hierfür vorgehaltenen Bohrhämmern hergestellt, die jeweils mit einem Kupplungsstück versehen sind, in welches das Ende des Bohrgestänges einschraubbar ist. Die Bohrhämmer werden pneumatisch oder hydraulisch mit hoher Schlagfrequenz angetrieben, wobei erhebliche Kräfte und Momente auftreten. Eine Sprengbohrung von etwa 3.000 mm Länge wird in etwa 60 s eingebracht.In mining, the tunnelling and the extraction work in the longwall are usually carried out by drilling and shooting. For this purpose, a large number of blast holes are drilled into the rock and equipped with explosive cartridges of a pre-assembled size. The blast holes have an effective diameter of around 43-50 mm, which is optimally tailored to the requirements of mining and the explosives available. The blast holes are made using specially designed hammer drills, each of which is equipped with a coupling piece into which the end of the drill rod can be screwed. The hammer drills are driven pneumatically or hydraulically with a high impact frequency, which creates considerable forces and moments. A blast hole of around 3,000 mm in length is drilled in around 60 seconds.

Aus Kostengründen würde es sich anbieten, die bei der Herstellung von Sprenglöchern zum Einsatz kommenden Bohrhämmer auch für Ankerlöcher zu verwenden. Voraussetzung hierzu wäre allerdings die Reduzierung des Durchmessers des Bohrgestänges auf den für die Ankerlöcher geeigneten Durchmesser. Dies würde bedeuten, daß das Einschraubende des Bohrgestänges den für Sprenglochbohrgestänge üblichen größeren Querschnitt aufweist, während der effektiv wirksame Teil des Bohrgestänges sich auf den für Ankerbohrungen zulässigen Durchmesser verjüngt.For cost reasons, it would be advisable to use the hammer drills used to create blast holes for anchor holes as well. However, this would require the diameter of the drill rod to be reduced to the diameter suitable for the anchor holes. This would mean that the screw-in end of the drill rod would have the larger cross-section usual for blast hole drill rods, while the effective part of the drill rod would taper to the diameter permitted for anchor holes.

Versuche mit sich derartig verjüngenden Bohrgestänge sind allerdings nicht &iacgr;&ogr; erfolgreich verlaufen. Es hat sich gezeigt, daß diese Bohrgestänge aufgrund der hohen Belastung an der Verjüngungsstelle vorzeitig brechen. Untersuchungen haben ergeben, daß die beim Drehschlagbohren auftretenden Kräfte zu einem erheblichen Staucheffekt führen, der im Zusammenwirken mit den zu übertragenden großen Momenten gerade an derartigen Verjüngungsstellen zu einer Überbelastung des Materials führt.However, tests with such tapered drill rods have not been successful. It has been shown that these drill rods break prematurely due to the high load at the taper point. Investigations have shown that the forces occurring during rotary percussion drilling lead to a considerable compression effect, which, in conjunction with the large moments to be transmitted, leads to an overload of the material, especially at such taper points.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgestänge zu schaffen, welches den für Ankerbohrungen erforderlichen kleinen Durchmesser aufweist, gleichzeitig aber in Bohrhammer eingepaßt werden kann, deren Kupplungsstück auf den für Sprenglochbohrgestänge üblichen größeren Durchmesser ausgelegt ist.The invention is therefore based on the object of creating a drill rod which has the small diameter required for anchor drilling, but at the same time can be fitted into hammer drills whose coupling piece is designed for the larger diameter usual for blast hole drill rods.

Diese Aufgabe wird mit einem zweiteiligen Hohlbohrgestänge der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Bohrstange eine Buchse zugeordnet ist, die in ihrem Inneren mit einem Mehrkant zur formschlüssigen Aufnahme der Bohrstange ausgestattet ist und ein Außengewinde zum Einschrauben in das Kupplungsstück eines Bohrhammers aufweist, wobei die Bohrstange an ihrem bohrhammerseitigen Ende einen Kopf aufweist, der über den effektiven Durchmesser der Bohrstange vorspringt, aber gegenüber dem inneren Durchmesser des Außengewindes der Buchse zurückbleibt.This object is achieved with a two-part hollow drill rod of the type mentioned at the beginning, in which the drill rod is assigned a bushing which is equipped with a polygon on its inside for the positive reception of the drill rod and has an external thread for screwing into the coupling piece of a hammer drill, wherein the drill rod has a head on its hammer drill side end which projects beyond the effective diameter of the drill rod but remains behind the inner diameter of the external thread of the bushing.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß durch die zweiteilige Bauart des Hohlbohrstänges gemäß der Erfindung, nämlich die Aufgliederung in eine Bohrstange und eine den Übergang zum Kupplungsstück des BohrhammersIt has surprisingly been shown that the two-part design of the hollow drill rod according to the invention, namely the division into a drill rod and a transition to the coupling piece of the hammer drill

herstellenden Buchse, geeignet ist, das Problem der mangelnden Belastbarkeit einer im Bohrgestänge auftretenden Verjüngung zu vermeiden. Die paßgenaue und formschlüssige Abstimmung des die Bohrstange bildenden Mehrkantes, in der Regel eines Sechskants, mit der inneren Form der Buchse, die als entsprechend mehrkantige bzw. sechskantige Aufnahme ausgebildet ist, gewährleistet den paßgenauen Sitz der Bohrstange im Kupplungsstück des Bohrhammers und die vollständige Übertragung der vom Bohrhammer ausgeübten Kräfte und Momente. Die besondere Ausgestaltung des bohrhammerseitigen Endes der Bohrstange mit einem Kopf, derproducing bushing, is suitable for avoiding the problem of the insufficient load-bearing capacity of a taper occurring in the drill rod. The precise and positive coordination of the polygon forming the drill rod, usually a hexagon, with the inner shape of the bushing, which is designed as a correspondingly polygonal or hexagonal receptacle, ensures that the drill rod fits precisely in the coupling piece of the hammer drill and that the forces and moments exerted by the hammer drill are fully transmitted. The special design of the hammer-side end of the drill rod with a head that

&iacgr;&ogr; über den Durchmesser der Bohrstange vorspringt, aber gegenüber dem inneren Durchmesser des Außengewindes der Buchse zurückbleibt, gewährleistet den festen Sitz der Bohrstange im Kupplungsstück des Bohrhammers. Auf diese Weise wird mittels der Buchse eine axiale Einspannung der Bohrstange im Kupplungsstück des Bohrhammers erreicht. Der Kopf erlaubt eine optimale Übertragung der Schläge des Bohrhammers über das Bohrgestänge auf den Bohrmeißel. Die formschlüssige Mehrkantverbindung überträgt demgegenüber in erster Linie die Momente.Ø protrudes beyond the diameter of the drill rod, but is less than the inner diameter of the external thread of the bushing, ensuring that the drill rod is firmly seated in the coupling piece of the hammer drill. In this way, the bushing ensures that the drill rod is axially clamped in the coupling piece of the hammer drill. The head allows the impacts of the hammer drill to be optimally transmitted to the drill bit via the drill rod. The positive polygon connection, on the other hand, primarily transmits the moments.

Der am bohrhammerseitigen Ende der Stange angeordnete Kopf springt über den Durchmesser der eigentlichen Bohrstange hervor und dient damit als Widerlager der auf die Bohrstange vom bohrmeißelseitigen Ende her aufgeschobenen Buchse. Der Durchmesser des Kopfes ist dabei so gestaltet, daß er zum einen einen sicheren Sitz der Buchse gewährleistet, zum anderen auch ohne weiteres in das Kupplungsstück des Bohrhammers eingeschraubt werden kann.The head, which is located on the end of the rod on the hammer drill side, protrudes beyond the diameter of the actual drill rod and thus serves as a support for the bushing which is pushed onto the drill rod from the end on the bit side. The diameter of the head is designed in such a way that it ensures that the bushing fits securely and can also be easily screwed into the coupling piece of the hammer drill.

Der effektive Durchmesser des Kopfes ist somit geringfügig geringer als der innere Durchmesser des Gewindes der Buchse.The effective diameter of the head is therefore slightly smaller than the inner diameter of the thread of the socket.

Abgesehen von der bohrhammerseitigen Gestaltung des Bohrgestänges entspricht dieses in allen Punkten einem üblichen Hohlbohrgestänge, da es über das übliche Kupplungsstück mit dem Bohrhammer verbunden werden kann. Das Kupplungsstück weist dabei eine in der Regel seitliche Zuführung für die Spülflüssigkeit auf, die über eine Bohrung im Kopf durch die Bohrstange hindurch zum Bohrmeißel geführt wird.Apart from the design of the drill rod on the hammer drill side, this corresponds in all respects to a conventional hollow drill rod, as it can be connected to the hammer drill using the usual coupling piece. The coupling piece usually has a side feed for the flushing fluid, which is fed through a hole in the head through the drill rod to the drill bit.

Das erfindungsgemäße Bohrgestänge besteht zweckmäßigerweise aus einem dafür üblichen hochvergüteten hochfrequenzgehärteten und polierten Stahl oder einem Einsatzstahl. Es werden übliche Härteverfahren angewandt, beispielsweise Hochfrequenzhärtung und Kugelstrahlen. Der Kopf am bohrhammerseitigen Ende wird zweckmäßigerweise aufgestaucht, um einen nahtlosen Übergang zu gewährleisten. Die Herstellungsverfahren sind dem Fachmann bekannt.The drill rod according to the invention is expediently made of a high-tempered, high-frequency hardened and polished steel or a case-hardened steel that is customary for this purpose. Customary hardening processes are used, for example high-frequency hardening and shot blasting. The head at the end on the hammer drill side is expediently upset to ensure a seamless transition. The manufacturing processes are known to those skilled in the art.

Die erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Buchse weist zweckmäßig ein Seilgewinde auf, beispielsweise ein R 38 Linksgewinde oder größer,The bushing used according to the invention expediently has a rope thread, for example an R 38 left-hand thread or larger,

&iacgr;&ogr; welches mit den üblichen Kupplungsstücken der Bohrhammer zusammenpaßt. An dem gewindeabgewandten Ende der Buchse, also am Ende, daß aus dem Kupplungsstück des Bohrhammers herausragt, kann ein Kopf mit einem Ansatz für ein Schlüssel vorgesehen sein, mit dem die Buchse in das Kupplungsstück ein- bzw. ausgeschraubt werden kann.&iacgr;&ogr; which fits together with the usual coupling pieces of the hammer drill. At the end of the bushing facing away from the thread, i.e. at the end that protrudes from the coupling piece of the hammer drill, a head with a projection for a key can be provided with which the bushing can be screwed into or out of the coupling piece.

is Vorzugsweise ist auch dieser Ansatz als Mehrkant der Vielkeilventil ausgebildet, insbesondere als Sechskant.is Preferably, this approach is also designed as a polygon of the wedge valve, in particular as a hexagon.

Bevorzugte Maße für ein erfindungsgemäßes Bohrgestänge für das Setzen von Ankern im Bergbau ist ein effektiver Durchmesser S von 28,9 mm, ein von Fläche zu Fläche gehender Durchmesser c von 25 mm und ein Spülloch-0 Durchmesser von 7,6 mm. Entsprechend beträgt der innere Durchmesser der Buchse von Fläche zu Fläche 25,5 bis 26 mm.Preferred dimensions for a drill rod according to the invention for setting anchors in mining are an effective diameter S of 28.9 mm, a diameter c from surface to surface of 25 mm and a flushing hole diameter of 7.6 mm. Accordingly, the inner diameter of the bushing from surface to surface is 25.5 to 26 mm.

Die Erfindung wird durch die beiliegenden Abbildungen näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail by the accompanying figures. They show

Fig. 1 eine Bohrstange in seitlicher Ansicht sowie im
Querschnitt undFig. 1 a drill rod in side view and in
Cross section and

Fig. 2 eine Buchse in seitlicher Ansicht, teilweise aufgeschnitten, sowie im Querschnitt.Fig. 2 a socket in side view, partially cut open, and in cross section.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Bohrstange in seitlicher Ansicht und im Querschnitt. Die Bohrstange (2) besteht aus einem Kopfteil (6) und der eigentlichen Stange (7), wobei letztere einen sechseckigen Querschnitt aufweist. Die Bohrstange ist als Hohlbohrstange ausgebildet, d. h. sie weist einen inneren Kanal (8) zum Durchleiten der Spülflüssigkeit auf. Der effektive Durchmesser der Bohrstange ist in der Querschnittszeichnung mit S angegeben, der Durchmesser von Sechskantfläche zu Sechskantfläche mit dem Buchstaben c.Fig. 1 shows a drill rod used according to the invention in a side view and in cross section. The drill rod (2) consists of a head part (6) and the actual rod (7), the latter having a hexagonal cross section. The drill rod is designed as a hollow drill rod, i.e. it has an inner channel (8) for the flushing liquid to pass through. The effective diameter of the drill rod is indicated in the cross-sectional drawing with S, the diameter from hexagon surface to hexagon surface with the letter c.

Die Bohrstange selbst besteht aus einem üblichen gehärteten Stahl mit aufgestauchtem Kopf, der die vom Bohrhammer ausgeübten Schläge aufnimmt und auf den Bohrkopf weitergibt. Der Kanal für die Spülflüssigkeit (8) verläuft durch die gesamte Länge der Stange (7) einschließlich Kopf (6).The drill rod itself is made of a standard hardened steel with a swaged head that absorbs the blows exerted by the hammer drill and transfers them to the drill head. The channel for the flushing fluid (8) runs through the entire length of the rod (7) including the head (6).

Fig. 2 zeigt die zum erfindungsgemäßen Hohlbohrgestänge gehörende Buchse (3) in seitlicher, teilweise aufgeschnittener Ansicht sowie im Querschnitt. Die Buchse selbst ist im Inneren mit einem Sechskant (4) versehen, der zur formschlüssigen Aufnahme einer Bohrstange (2) bestimmt ist, wie in Fig. 1 gezeigt.Fig. 2 shows the bushing (3) belonging to the hollow drill rod according to the invention in a side, partially cut-away view and in cross section. The bushing itself is provided on the inside with a hexagon (4) which is intended for the positive reception of a drill rod (2), as shown in Fig. 1.

Die Buchse (3) weist zumindest über einen Teil ihrer Länge ein Außengewinde (5) in ihrer Wandung (9) auf. Für übliche Kupplungsstücke eines Bohrhammers ist ein solches Gewinde als R 38 Links-Seilgewinde ausgebildet. Das Gewinde kann auch als Trapezgewinde ausgebildet sein.The bushing (3) has an external thread (5) in its wall (9) over at least part of its length. For standard coupling pieces of a hammer drill, such a thread is designed as an R 38 left-hand rope thread. The thread can also be designed as a trapezoidal thread.

Die Buchse (3) ist mit ihrem inneren Sechskant (4) so ausgelegt, daß eine Bohrstange (2) eingeschoben und darin formschlüssig gehalten werden kann. Die eingeschobene Bohrstange liegt mit ihrem Kopf (6) am inneren Ende A der Buchse (3) auf der Wandung (9) auf, wobei der Kopf (6) einen solchen Außendurchmesser aufweist, daß er innerhalb des inneren Durchmessers des Gewindes (5) bleibt, also mit der Buchse (3) mittels Gewinde (5) in das übliche Kupplungsstück eines Bohrhammers eingeschraubt und verspannt werden kann. Der Kopf (6) nimmt dann die Schläge des Bohrhammers auf und überträgt sie auf den Bohrmeißel.The bushing (3) is designed with its inner hexagon (4) so that a drill rod (2) can be inserted and held in a form-fitting manner. The inserted drill rod rests with its head (6) on the inner end A of the bushing (3) on the wall (9), whereby the head (6) has an outer diameter such that it remains within the inner diameter of the thread (5), i.e. it can be screwed and clamped with the bushing (3) by means of the thread (5) into the usual coupling piece of a hammer drill. The head (6) then absorbs the blows of the hammer drill and transfers them to the drill bit.

Am Ende (B) weist die Buchse (3) einen Kopf (11) auf, der mit einem Sechskant (12) versehen ist, über den die Buchse (3) mit Hilfe eines geeigneten Schlüssels in das Kupplungsstücke eines Bohrhammers eingeschraubt werden kann bzw. davon gelöst werden kann.At the end (B), the bushing (3) has a head (11) provided with a hexagon (12), via which the bushing (3) can be screwed into or released from the coupling piece of a hammer drill using a suitable key.

Das erfindungsgemäße Bohrgestänge ist insbesondere für den Einsatz im Bergbau unter den eingangs beschriebenen Bedingungen geeignet. Naturgemäß kann ein solches Bohrgestänge aber auch für andere Einsatzzwecke überall dort verwandt werden, wo sich die Notwendigkeit ergibt, eine relativ dünne Bohrstange in ein relativ großes Kupplungsstück eines Bohrhammers &iacgr;&ogr; einzupassen.The drill rod according to the invention is particularly suitable for use in mining under the conditions described above. Naturally, such a drill rod can also be used for other purposes wherever it is necessary to fit a relatively thin drill rod into a relatively large coupling piece of a hammer drill.

Claims

1. Two-part hollow drill rod with a polygonal cross-section, in particular for drilling anchor holes in mining, characterized in that the drill rod ( 2 ) is assigned a bushing ( 3 ) which is equipped in its interior with a polygonal profile ( 4 ) for positively receiving the drill rod ( 2 ) and has an external thread ( 5 ) for screwing into a coupling piece of a hammer drill, the drill rod ( 2 ) having a head ( 6 ) on its hammer-side end which projects beyond the effective diameter of the drill rod and remains behind the inner diameter of the external thread ( 5 ) of the bushing ( 3 ).

2. Drill rod according to claim 1, characterized in that the drill rod ( 2 ) has an upset head ( 6 ).

3. Drill rod according to claim 1 or 2, characterized in that it consists of highly tempered, high-frequency hardened steel, or of a case-hardened steel.

4. Drill rod according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bushing ( 3 ) has a projection for a key at its end facing away from the thread.

5. Drill rod according to claim 4, characterized in that the attachment is in the form of a polygonal or multi-spline profile ( 12 ).

6. Drill rod according to one of the preceding claims, characterized in that the external thread ( 5 ) of the bushing ( 3 ) is designed as a rope thread or trapezoidal thread.

7. Drill rod according to one of the preceding claims, characterized in that the region of the head ( 6 ) of the drill rod ( 2 ) is hardened by shot peening.

8. Drill rod according to one of the preceding claims, characterized by a hexagonal cross-section of the drill rod ( 2 ).

9. Drill rod according to one of the preceding claims, characterized by a hexagon socket (c) of 25.7 mm and an effective diameter (S) of 28.9 mm or larger.