JP2007530832A - 地面または岩盤に穴を孔ける方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、地面または岩に穴（９）を掘削する、特にパーカッション掘削または回転パーカッション掘削する、方法および装置に関し、ボアホール（９）は、ドリルパイプ（３）に載置されたドリルビット（１）によって打撃および／または回転運動によって形成される。ドリルビット（１）には、ドリルパイプ（３）へ結合でき且つ互いに独自に駆動できる数個のドリルポイント（２）が設けられる。本発明によるとドリルポイント（２）は、掘削工程の完了時にそれらのドリルパイプ（３）との強固な結合から分離でき、さらにボアホール（９）の中心に向けて移動できるため、ボアホール（９）の完成時にはドリルポイント（２）とドリルパイプ（３）とを含むドリルビット（１）全体を、簡便且つ確実に取り除くことができる。

Description

本発明は、土または岩材料に穴を掘削する、特にパーカッション掘削または回転パーカッション掘削する、方法に関し、ドリルロッドアセンブリに載置されたドリルビットによって遂行される打撃および／または回転運動によってボアホールが形成され、ドリルロッドアセンブリに結合され互いに独立に駆動される複数のドリルヘッドがドリルビット上に設けられ、掘削手順の完了時にボアホールからドリルビットが取り除かれ、掘削手順の完了時に、ドリルヘッドはドリルロッドアセンブリとの強固な結合から分離され、且つボアホールの中心の方向に移動可能となるよう載置される。本発明はさらに、土または岩材料に穴を掘削する、特にパーカッション掘削または回転パーカッション掘削する装置に関し、ここでドリルロッドアセンブリに載置されたドリルビットによって遂行される打撃および／または回転運動によってボアホールが形成され、ドリルロッドアセンブリに結合でき互いに独立に駆動できる複数のドリルヘッドがドリルビット上に設けられ、ボーリング手順の完了時に、ドリルヘッドはドリルロッドアセンブリとの強固な結合から分離でき、且つボアホールの中心の方向に移動できる。

土または岩材料に穴を掘削する、特にパーカッション掘削または回転パーカッション掘削する方法および装置に関連して、特に大きい断面または大きい間隙幅を有するボアホールの削孔のため、そしてボアホールの削孔中にボアホールの内部の中へ被筒または筒体筒がほぼ即時に導入されるボアホールの削孔のため、様々な実施形態が知られている。よって、例えば筒体または被筒導入に関連して、パイロットドリルビットと環状ドリルビットとに分割されたドリルビットを使用し、これによりたとえ比較的大きい寸法を有するボアホールでさえ、確実に削孔できることは知られている。そのような場合には、例えばＡＴ−Ｂ ４０８ ４７２から引用できるとおり、筒体または被筒は、例えばパイロットドリルビットを取り囲む環状ドリルビットに接続され、ここで、パイロットドリルビットはボアホールが完成した後には環状ドリルビットから分離され、ドリルロッドアセンブリとともにボアホールから取り除かれる。その公知の構成は特に、少なくとも環状ドリルビットがボアホールに残り、その結果失われるという不利点をともなう。

上で述べた種類に準ずる方法および装置は、ＣＨ−Ａ ６１３ ４９１から引用できる。

さらに、複数の個別のドリルヘッドがドリルビットを形成する修正構成が上述の方法を遂行することは知られており、例えば米国特許第３８７０１１３号明細書、米国特許第２１６２３１４号明細書、米国特許第２４００８５３号明細書、独国特許出願公開第２１５７２８２号明細書、米国特許第１４６１７１３号明細書、および米国特許第３７７３１２１号明細書が参照される。それらの公知の構成は特に、個別の、相互に分離されたドリルヘッドのために、高価で複雑な作動手段が提供されるという不利点をともなう。そのような作動手段と同時に筒体または被筒をボアホールの内部へ導入する場合には、ボアホールの完了時に、ボアホールからドリルロッドアセンブリはもとより、複数のドリルヘッドによって形成されるドリルビットを任意に取り除くため、高価な旋回機構を提供しなければならなくなる。そのような手段とともに筒体または被筒が使われない場合、このような手段は、筒体または被筒の導入に先駆け、ボアホールの中への材料の侵入を懸念する必要がない材料に限り使用できる。

さらに、ボアホール製作中の筒体または被筒の導入、ならびにドリルロッドアセンブリをドリルヘッド全体またはドリルビット全体とともに取り除く、その後の任意の関係において、異なる旋回位置または作動位置に置くことができる可動素子をドリルビットに設け、これにより同時に導入される筒体または被筒に比べて大きいボアホール直径の削孔が保証されることは、例えば欧州特許出願公開第０４４４６８２号明細書または欧州特許第０５６３５６１号明細書から知られている。それらの公知の装置では、ボアホールの完成時に、ボアホールからドリルビットとドリルロッドアセンブリを取り除けるようにするため、ボアホールの完成時に旋回可能なドリルビット部品を旋回させながら退避位置に置くことが意図される。それらの公知の構成は、個別ドリルヘッド素子の適切な移動または旋回のため、複雑な機械的駆動システムを要するという不利点をともなう。

本発明は、上述の不利点を回避する趣旨で最初に定めた種類の方法および装置をさらに発展させつつ、同時に、特に大きい直径または大きい間隙幅を有するボアホールの完成時に、ドリルロッドアセンブリはもとより、複数のドリルヘッドを備えるドリルビット全体が完成したボアホールから迅速且つ確実に取り除かれることを保証することにある。

これらの目的を解決するため、最初に定めた種類の本発明による方法は基本的に、ドリルヘッドが、それぞれドリルロッドアセンブリから、および駆動素子からの分離に際し、スプリング素子を介してドリルビットに接続されることを特徴とする。掘削手順の完了時にドリルヘッドをドリルロッドアセンブリとの強固な結合から分離でき、ドリルロッドアセンブリとの強固なまたは機械的に堅固な結合は、掘削手順の実現のため、そして掘削手順の遂行に要する機械的力の導入のため切断されるという事実のため、その後ドリルヘッドをボアホールの中心の方向に移動できる状態で容易に載置することが可能となり、ボアホールが完成し、ドリルロッドアセンブリとの強固な結合が分離される際には、ドリルヘッドによって決まるドリルビットの外径を縮小しつつ、複数のドリルヘッドを含むドリルビット全体を、ドリルロッドアセンブリとともにボアホールから取り除くことができる。ドリルヘッドとドリルロッドアセンブリとの強固な結合が切断された後に、特段に簡便で、それでいて確実且つ安定的な接続により、ドリルビットとドリルヘッドの全てをボアホールの内部から安全に取り除けるようにするため、本発明によると、ドリルヘッドは、それぞれドリルロッドアセンブリから、および駆動素子からの分離に際し、スプリング素子を介してドリルビットに接続される。ドリルビットとドリルロッドアセンブリの迅速且つ確実な除去を可能にするため、このようなスプリング素子は、ボアホールの中心の方向で個々のドリルヘッドのほぼ自動的な移動を、各々の要求に従い可能にする。

たとえ筒体または被筒が提供されない場合でも、ドリルビット全体をドリルロッドアセンブリとともにボアホールの内部から適切に取り除くため、ドリルヘッドは、ドリルロッドアセンブリとドリルビットとの簡便且つ迅速な除去を妨げるボアホール内壁とドリルヘッドとの過度の摩擦力を避けるべく、その外側寸法が直前に作られたボアホールの内側寸法を下回る位置に入ることを余儀なくされるから、これは、掘削手順中にボアホールの内部へ筒体または被筒が同時に導入されるか否かに左右されない。掘削手順中にボアホールの内部へ筒体または被筒が導入される場合、本発明によって提案されるボアホールの内部または中心の方向における個別ドリルヘッドの移動は、ボアホール削孔のため、同時に導入される筒体または被筒より大きい直径を有することを余儀なくされたドリルビットの素子またはドリルヘッドが、ボアホールからの除去のため、ドリルロッドアセンブリはもとより、全ドリルヘッドをともなうドリルビット全体の通行を可能にするため、被筒の内径に比べて縮小された外径を目下有する位置にことごとく置かれる、または移動されることを保証する。

ドリルヘッドとドリルロッドアセンブリとの確実な結合および分離を提供するため、好ましい実施形態によると、ドリルヘッドは、ドリルビットの内部の中でドリルビットのほぼ長手方向に移動できるロッドアセンブリまたは駆動素子を介して、ドリルロッドアセンブリに結合されると規定される。ドリルビットまたはドリルロッドアセンブリの長手方向に移動できるこのようなロッドアセンブリまたは駆動素子は、ドリルロッドアセンブリと掘削作業を遂行する個々のドリルヘッドとの間の安全且つ確実な機械的または強固な結合を可能にし、他方さらにボアホールの完成に、または掘削手順の完了に際し、ボアホールの中心の方向でのさらなる移動のため、ドリルヘッドの簡便且つ確実な分離を保証する。

十分な掘削性能を達成するため、さらなる好ましい実施形態によると、ドリルヘッドは、公知の方法で、打撃および／または回転運動に個別に設定されると提案される。

掘削作業中にドリルヘッドの、または個々の小区域の過熱を防ぐため、さらなる好ましい実施形態によると、公知の方法で、好ましくはドリルヘッドをドリルロッドアセンブリに結合するロッドアセンブリ素子の内部の中で供給される、冷却または洗浄液がドリルヘッドに提供されると提案される。

ドリルヘッドの領域、またはドリルヘッドによって形成される作業面から掘削物を正常に運搬するため、さらなる好ましい実施形態によると、掘削物は、ドリルヘッドの間の作業面から、そして特にドリルビットの長手方向にほぼ延在する通行経路を介し、運び去られると規定される。

大きい直径または大きい空隙幅を有する穴の削孔においても迅速な掘削進捗を達成するため、さらなる好ましい実施形態によると、公知の方法で、少なくとも３つのドリルヘッドが、ドリルビットの作業面のあたりでほぼ対称的に分散するよう配置されると提案される。

上述の目的を達成するため、最初に定めた種類の装置はさらに、ドリルヘッドは、特にドリルロッドアセンブリとドリルヘッドとの間でロッドアセンブリ素子を取り囲む、スプリング素子、特にコイルスプリングを介し、結合される、または結合可能であることを基本的に特徴とする。ボアホールの内壁と、任意に同時に導入される筒体または被筒とがもたらす条件を考慮に入れながら、ボアホールの内部に向かう方向で個々のドリルヘッドの十分に大きい移動または移転経路を達成するため、本発明によると、ドリルヘッドは、特にドリルロッドアセンブリとドリルヘッドとの間でロッドアセンブリ素子を取り囲む、スプリング素子、特にコイルスプリングを介し、結合される、または結合可能である。このようなスプリング素子は、ドリルビットの残余の部分領域とドリルヘッドとの確実な結合を可能にし、さらにドリルビットとドリルロッドアセンブリの簡便且つ迅速な除去のため要求されるドリルヘッドの外側寸法の縮小に関し、ボアホール内壁と任意に存在する被筒とがもたらす条件への簡便且つ確実な適応を可能にする。

すでに上で指摘したとおり、掘削手順の完了時にドリルロッドアセンブリとドリルヘッドとの強固なまたは機械的に堅固な結合の切断を容易に果たすことが可能であり、その後、ボアホールの中心の方向での個々のドリルヘッドの移動または可動性により、全ドリルヘッドおよびドリルロッドアセンブリを含むドリル全体が、完成したボアホールから確実に取り除かれることが保証される。筒体または被筒が提供される場合には、ボアホールの内部に残る筒体または被筒の内部を通じる自由な通行を可能にするため、ドリルヘッドは、相応に減少した外周を有する位置に移すことができる。

ボアホール完成時のドリルロッドアセンブリとドリルヘッドとの強固な、または機械的に堅固な接続の確実な分離はもとより、個々のドリルヘッドとドリルロッドアセンブリとの適切な結合を提供するため、さらなる好ましい実施形態によると、ドリルビットの内部で、特にこれの長手方向に移動できるロッドアセンブリまたは駆動素子が、ドリルヘッドのドリルロッドアセンブリとの結合のために提供されると提案される。特にドリルビットまたはドリルロッドアセンブリの長手方向に移動できる、このようなロッドアセンブリまたは駆動素子は、ボアホール削孔のため十分な機械的結合を提供し、且つその後にボアホールの中心の方向にドリルヘッドの移動を可能にするため、ボアホールの完成時にこの結合の簡便な解除を可能にする。

掘削作業中にドリルヘッドの確実な冷却を提供するため、さらなる好ましい実施形態によると、公知の方法で、特にロッドアセンブリ素子を通じて供給できる、冷却または洗浄液のための出口がドリルヘッドに設けられると規定される。構造的に簡素な冷却または洗浄液供給のため、本発明によると好ましくは、このような冷却または洗浄液が、ドリルロッドアセンブリとドリルヘッドとの結合を提供する駆動またはロッドアセンブリ素子を通じて直に供給されると規定される。

掘削物の適切且つ確実な運搬のため、本発明による装置のさらなる好ましい実施形態によるとさらに、ドリルビットの内部で通行経路に接続する、掘削物を排出するための受け口が、ドリルヘッドの間のドリルビットの作業面に設けられると提案される。

掘削作業を遂行するため要求されるエネルギーの構造的に簡便な導入のため、さらなる好ましい実施形態によると、ドリルヘッドの各々は、ドリルビットの内部に載置された打撃および／または回転駆動部によって作動可能であり、且つ共通のドリルロッドアセンブリを介し駆動力を受給できると規定される。

すでに上で何度か指摘したとおり、少なくとも部分的に緩い土または岩材料でボアホールを作るときには特に、後ほどボアホールの完成時にドリルロッドアセンブリとドリルビットの除去を妨げる材料の侵入を掘削手順中に防ぐため、掘削手順中にはボアホールの即時の内張りがしばしば求められる。これに関連して、さらなる好ましい実施形態によると、ドリルビットは、ボアホールの内部に向く少なくともこれの末端領域にて、筒体または被筒によって取り囲まれると提案される。

筒体または被筒を使用する場合に、掘削手順の完了時にボアホールの中心または内部の方向でドリルヘッドの簡便且つ確実な移動を可能にするため、さらなる好ましい実施形態によると、掘削手順の完了時にドリルロッドアセンブリとドリルビットとを取り除くときに、作業面とは反対向きのドリルヘッド背面は、特に少なくとも１つの面取り部を介し、筒体または被筒と協働すると提案される。

以下、添付の図面に概略的に図解された例示的実施形態を通じて、本発明をより詳しく説明する。

図１および図２において、複数のドリルヘッド２を備えるドリルビットは全体として１で示されており、図解された実施形態においては、３つのドリルヘッド２がほぼ均一に離間して配置される。ドリルビット１は、図１ａにて概略的に示されているドリルロッドアセンブリ３に結合され、各ドリルヘッド２は、打撃および／または回転打撃駆動部としてのハンマー５または打撃部品の介在を介し、図１ａにて４により示されている駆動またはロッドアセンブリ素子を介して結合され、このハンマー５は、接続板６を介してドリルロッドアセンブリ３へ結合される。個々のハンマー５または打撃および／または回転打撃駆動部を作動させるため、ドリルロッドアセンブリ３と個々のハンマー５との間にはさらに接続管７が示されている。

加えてこれらの図では、ドリルビット１を少なくとも先端領域にて取り囲む筒体または被筒８が示されており、この筒体または被筒８は任意にボアホール９のほぼ全長にわたって延在してもよく、ドリルヘッド２によって作られるボアホール内壁は図１ａにて９により概略的に示されている。

図３による図解からわかるように、ドリルビット１は全体として、ドリルロッドアセンブリ３によって定められる中心軸のまわりを矢印１０の向きに回転運動に設定でき、また個々のドリルヘッド２は矢印１１の向きに回転運動に設定できるから、一般的に、相応に大きい断面または大きい空隙幅を有するボアホール９を作ることができる。図３による図解からはさらに、冷却または洗浄液のための複数の出口１２がドリルヘッドに各々設けてあることがわかり、同冷却または洗浄液は、駆動またはロッドアセンブリ素子４を介し中央経路を通じてドリルヘッドへ供給できる。例えば硬質材料の素子または挿入材から作られる掘削具は、２１によって示されている。

加えてこれらの図には、それぞれ個々のドリルヘッド２とハンマー５との間に通路１３が見られ、同通路１３は、通行口１４を通じて通行経路１３の中へ導入される掘削物を運搬する働きをする。掘削物の確実な運搬を可能にするため、通行経路１３は、作られるボアホールの長さに応じて図示されることなく延長される。

ひとたびボアホール９が完成すると、駆動またはドリルロッドアセンブリ素子４およびハンマー５の介在を介する、個々のドリルヘッド２とドリルロッドアセンブリ３との強固なまたは直接的な機械的結合は、図１ｂおよび図２に示すとおり遮断または切断され、その結果ハンマー５、ならびにこれに結合された駆動またはロッドアセンブリ素子４は、図１ｂおよび図２に図解するとおりドリルヘッド２から分離された位置へ退避する。この状態でドリルヘッドは、これらの作業面１５とは反対向きの末端１６にて、スプリング素子を、特にコイルスプリング１７を介し接合素子１８に結合されているから、ドリルヘッド２の弾力的載置を介しドリルヘッド２の可動性と移動性とが提供される。

全ドリルヘッド２をともなうドリルビット１の退避のときには、図１ｃから明瞭にわかるとおり、ボアホール９の中心に向かう方向にドリルヘッド２の移動またはずれが生じ、スプリング１７を介し相応に弾性の可動性が得られる。

図１ｃに示すとおり、ドリルビット１が矢印２０の向きに取り除かれるときに筒体または被筒８の内部への確実な進入を可能にするため、ドリルヘッド２に、ドリルビット１またはボアホールの内側に向くこれらの背面にて斜面１９が各々設けてあることが、図からさらにわかる。

筒体または被筒８が提供されない場合、ドリルヘッド２はボアホールの内壁に接触せず、それ故ボアホール内壁との摩擦を全くともなうことなくボアホール９から速やかに取り除くことができるから、ボアホール９の中心の方向にスプリング素子１７によって果たされるドリルヘッド２の移動またはずれは、図１ｃにおける矢印２０の向きで全ドリルヘッド２およびドリルロッドアセンブリ３をともなうドリルビット１全体の簡便且つ確実な除去を同様に可能にする。

図で例証された実施形態から外れ、３つのドリルヘッド２を、例えば４つ以上のドリルヘッド２に置き換えて、相応に大きい作業面が提供されてもよい。この場合は、特にボアホール９からの除去のためドリルロッドアセンブリ３から分離された後に、例えば異なるスプリング長によって、外側の周辺端部に位置するドリルヘッド２がボアホールの内側に向けて相応に移されることが保証されるなら、中央ドリルヘッドを提供してもよい。

土または岩材料に穴を掘削するため本発明による装置を使用する、本発明による方法の個々のステップの部分的に断面化された概略側面図であって、掘削手順を図解する。 土または岩材料に穴を掘削するため本発明による装置を使用する、本発明による方法の個々のステップの部分的に断面化された概略側面図であって、ドリルヘッドとドリルロッドアセンブリとの強固な機械的結合が解除される位置を示す。 土または岩材料に穴を掘削するため本発明による装置を使用する、本発明による方法の個々のステップの部分的に断面化された概略側面図であって、ボアホールの中心の方向にドリルヘッドに移動する際に、ドリルビットを全ドリルヘッドおよびドリルロッドアセンブリとともに退避させる手順を図解する。 図１ｂに類似する図解におけるドリルヘッドの位置の拡大斜視図である。 例えば図１ａの矢印ＩＩＩの向きに見た場合の、ドリルヘッドによって形成される作業面の拡大尺での上面図である。

Claims (15)

1. 土または岩材料に穴（９）を掘削する、特にパーカッション掘削または回転パーカッション掘削する方法であり、ボアホール（９）はドリルロッドアセンブリ（３）に載置されたドリルビット（１）によって遂行される打撃および／または回転運動によって形成され、ドリルビット（１）には、ドリルロッドアセンブリ（３）に結合され且つ互いに独立に駆動される複数のドリルヘッド（２）が設けられ、ドリルビット（１）は掘削手順の完了時にボアホール（９）から取り除かれる方法であって、掘削手順の完了時にドリルヘッド（２）がドリルロッドアセンブリ（３）との強固な結合から分離され、且つボアホール（９）の中心の方向に移動可能となるべく載置されることを特徴とする、方法。
2. ドリルヘッド（２）が、ドリルビット（１）の内部の中でドリルビット（１）のほぼ長手方向に移動できるロッドアセンブリまたは駆動素子（４、５）を介して、ドリルロッドアセンブリ（３）に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ドリルヘッド（２）が、それぞれドリルロッドアセンブリ（３）から、そして駆動素子（４、５）からの分離に際し、スプリング素子（１７）を介してドリルビット（１）に接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. ドリルヘッド（２）が、公知の方法で、打撃および／または回転運動に個別に設定されることを特徴とする、請求項１、２、または３に記載の方法。
5. 公知の方法で、ドリルヘッド（２）をドリルロッドアセンブリ（３）に結合するロッドアセンブリ素子（４）の内部の中で好ましくは供給される、冷却または洗浄液がドリルヘッド（２）に提供されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 掘削物が、ドリルヘッド（２）の間の作業面から、そして特にドリルビット（１）の長手方向にほぼ延在する通行経路（１３）を介し、運び去られることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 公知の方法で、少なくとも３つのドリルヘッド（２）が、ドリルビット（１）の作業面のあたりでほぼ対称的に分散するよう配置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 土または岩材料に穴（９）を掘削する、特にパーカッション掘削または回転パーカッション掘削する装置であり、ボアホール（９）はドリルロッドアセンブリ（３）に載置されたドリルビット（１）によって遂行される打撃および／または回転運動によって形成され、ドリルビット（１）にはドリルロッドアセンブリ（３）に結合でき且つ互いに独立に駆動できる複数のドリルヘッド（２）が設けられる装置であって、掘削手順の完了時に、ドリルヘッド（２）をドリルロッドアセンブリ（３）との強固な結合から分離でき、且つボアホール（９）の中心の方向に移動できることを特徴とする、装置。
9. ドリルヘッド（２）をドリルロッドアセンブリ（３）に結合するため、ドリルビット（１）の内部で、特に同ドリルビットの長手方向に移動できる、ロッドアセンブリまたは駆動素子（４、５）が提供されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. ドリルロッドアセンブリ（３）とドリルヘッド（２）との間で、特にロッドアセンブリ素子（４）を取り囲むスプリング部品（１７）、特にコイルスプリングを介して、ドリルヘッド（２）が結合される、または結合可能であることを特徴とする、請求項８または９に記載の装置。
11. 公知の方法で、特にロッドアセンブリ素子（４）を通じて供給できる、冷却または洗浄液のための出口（１２）がドリルヘッド（２）に設けられることを特徴とする、請求項８、９、または１０に記載の方法。
12. ドリルビット（１）の内部で通行経路（１３）に接続する、掘削物を排出するための受け口（１４）が、ドリルヘッド（２）の間、ドリルビット（１）の作業面に設けられることを特徴とする、請求項８から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. ドリルヘッド（２）の各々が、ドリルビット（１）の内部に載置された打撃および／または回転駆動部（５）によって作動可能であり、且つ共通のドリルロッドアセンブリ（３）を介し駆動力を受給できることを特徴とする、請求項８から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. ドリルビット（１）が、ボアホールの内部に向く少なくともこれの末端領域にて、筒体または被筒（８）によって取り囲まれることを特徴とする、請求項８から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 掘削手順の完了時にドリルロッドアセンブリ（３）とドリルビット（１）とを取り除くときに、作業面とは反対向きのドリルヘッド背面が、特に少なくとも１つの面取り部（１９）を介し、筒体または被筒（８）と協働することを特徴とする、請求項１４に記載の装置。

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