JP2021011715A - Deep excavation device and deep excavation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地中を大口径で大深度掘削して、例えば地熱、石油、レアメタル、シェールガス等の地下資源を広域的に採取するための大深度掘削装置及び大深度掘削方法に関する。 The present invention relates to a deep excavation device and a deep excavation method for extensively extracting underground resources such as geothermal energy, petroleum, rare metals, and shale gas by deep excavation in the ground with a large diameter.
従来、地中を大深度掘削する場合、小口径のドリルパイプを繋いで先端のドリルビットを高速回転させて地盤を掘削している。
ライザー掘削方式では、パイプを二重に形成して内側のパイプを地上や海上等から泥水を供給するドリルパイプとし、外側のパイプを泥水を戻すライザー管とすることで、掘削深度を大きくとれる構造にしている。地上からドリルパイプ内に供給される泥水は先端のドリルビットに設けたノズルから坑底の地盤に向かって噴出され、ドリルビットで破砕された削りカスと混合されて、ドリルパイプの外側の通路を通って地上まで戻すことで回収される。
Conventionally, when excavating deep underground, a small-diameter drill pipe is connected and the drill bit at the tip is rotated at high speed to excavate the ground.
In the riser drilling method, the pipe is double-formed and the inner pipe is a drill pipe that supplies muddy water from the ground or the sea, and the outer pipe is a riser pipe that returns muddy water, so that the drilling depth can be increased. I have to. The muddy water supplied from the ground into the drill pipe is ejected from the nozzle provided at the tip of the drill bit toward the ground at the bottom of the mine, mixed with the shavings crushed by the drill bit, and passes through the passage outside the drill pipe. It is recovered by passing it back to the ground.
また、例えば特許文献1に記載された坑井掘削方法は、ビットパイプの先端に設けた坑井掘削用ビットのビットボディの周辺から掘り屑を押し流す掘削流体の流路を設けて岩盤を掘削する。この流路にベンチュリ管を設けたベンチュリ機構によって坑底近傍の掘削泥水を局所的に減圧沸騰させて、急冷却により岩盤に亀裂を発生させて強度脆化させて掘削効率を上げてビット寿命を延ばしている。
Further, for example, in the well drilling method described in
しかしながら、上述した先行技術や特許文献1に記載された大深度掘削装置では、1つのビットパイプ及びドリルビットとその周囲のライザー管を用いて大深度での掘削と泥水による掘削された削りカスの回収とを行うため、掘削効率が悪かった。
However, in the above-mentioned prior art and the deep excavation device described in
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、大深度掘削において、坑底の掘削と掘削屑の回収を効率的に行えるようにした大深度掘削装置及び大深度掘削方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and is a deep excavation device and a deep excavation method capable of efficiently excavating the bottom of a pit and collecting excavated debris in deep excavation. The purpose is to provide.
本発明に係る大深度掘削装置は、複数のセグメントが筒状に連結された筒体と、筒体のセグメントに装着された複数のケーシング管と、ケーシング管内に挿入されたドリルパイプと、ドリルパイプの先端に設けられていて地盤を掘削するドリルビットと、ドリルビットで掘削された地盤の掘削屑を搬出するライザー管と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、筒体の複数のケーシング管内にそれぞれ設けられたドリルビットで地盤を掘削し、掘削屑を複数のドリルパイプを通して供給される泥水と混合してライザー管を通して地上側に回収することで掘削穴を形成でき、掘削穴に筒体を進めて大深度掘削を行うことができる。
The deep excavator according to the present invention has a tubular body in which a plurality of segments are connected in a tubular shape, a plurality of casing pipes mounted on the segments of the tubular body, a drill pipe inserted in the casing pipe, and a drill pipe. It is characterized by being provided with a drill bit provided at the tip of the ground for excavating the ground and a riser pipe for carrying out excavated debris from the ground excavated by the drill bit.
According to the present invention, the ground is excavated with drill bits provided in each of a plurality of casing pipes of a cylinder, excavated waste is mixed with muddy water supplied through the plurality of drill pipes, and collected on the ground side through a riser pipe. As a result, an excavation hole can be formed, and a cylinder can be advanced into the excavation hole to perform deep excavation.
本発明に係る大深度掘削装置は、複数のセグメントが筒状に連結された第一の筒体と、第一の筒体のセグメントに装着された複数の第一のケーシング管と、第一のケーシング管内に挿入された第一のドリルパイプと、第一のドリルパイプの先端に設けられていて地盤を掘削する第一のドリルビットと、第一のドリルビットで掘削された地盤の掘削屑を搬出するライザー管と、第一の筒体の内部空間から先端側に突出して設けられていて複数のセグメントが筒状に連結された第一の筒体より小径の第二の筒体と、第二の筒体のセグメントに装着された複数の第二のケーシング管と、第二のケーシング管内に挿入された第二のドリルパイプと、第二のドリルパイプの先端に設けられていて地盤を掘削する第二のドリルビットと、第二のドリルビットで掘削された地盤の掘削屑を搬出する第二のライザー管と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、第一の筒体の複数の第一のケーシング管内にそれぞれ設けられた第一のドリルビットで地盤を掘削し、掘削屑を複数の第一のドリルパイプを通して供給される泥水と混合して第一のライザー管を通して地上側に回収することで掘削穴を形成して掘削穴に第一の筒体を進める。次に、第一の筒体の内部空間に第二の筒体を挿入して、第二の筒体の複数の第二のケーシング管内にそれぞれ設けられた第二のドリルビットで地盤を掘削し、掘削屑を複数の第二のドリルパイプを通して供給される泥水と混合して第二のライザー管を通して地上側に回収することで掘削穴を形成して掘削穴に第二の筒体を進める。このような作業を繰り返すことで、筒体の内部空間を通してより小径の筒体を順次進入させて隙間を生じないように突出させて配設することで、大深度掘削を行うことができる。
In the deep excavation device according to the present invention, a first tubular body in which a plurality of segments are connected in a tubular shape, a plurality of first casing pipes mounted on the first tubular body segment, and a first one. The first drill pipe inserted in the casing pipe, the first drill bit provided at the tip of the first drill pipe to excavate the ground, and the excavated debris of the ground excavated by the first drill bit. A riser pipe to be carried out, a second cylinder having a diameter smaller than that of the first cylinder, which is provided so as to project from the internal space of the first cylinder toward the tip side and has a plurality of segments connected in a tubular shape, and a second cylinder. A plurality of second casing pipes mounted on the segment of the second cylinder, a second drill pipe inserted in the second casing pipe, and the ground excavated at the tip of the second drill pipe. It is characterized by being provided with a second drill bit for carrying out a second drill bit and a second riser pipe for carrying out excavated debris from the ground excavated by the second drill bit.
According to the present invention, the ground is excavated by the first drill bit provided in each of the plurality of first casing pipes of the first cylinder, and the excavation waste is supplied through the plurality of first drill pipes. Is mixed with and collected on the ground side through the first riser pipe to form an excavation hole, and the first cylinder is advanced into the excavation hole. Next, the second cylinder is inserted into the internal space of the first cylinder, and the ground is excavated with the second drill bit provided in each of the plurality of second casing pipes of the second cylinder. , The excavation waste is mixed with muddy water supplied through a plurality of second drill pipes and collected on the ground side through the second riser pipe to form an excavation hole and advance the second cylinder into the excavation hole. By repeating such work, deep excavation can be performed by sequentially entering a cylinder having a smaller diameter through the internal space of the cylinder and projecting the cylinder so as not to form a gap.
また、筒体の内部空間に、ドリルビットによって掘削された掘削屑を搬出する重機を備えてもよい。
筒体の内部空間を通して昇降可能な重機を装着することで、ドリルビットで掘削した掘削屑を重機で回収して排出させることができる。
Further, a heavy machine for carrying out excavated debris excavated by a drill bit may be provided in the internal space of the cylinder.
By installing a heavy machine that can move up and down through the internal space of the cylinder, the excavated debris excavated with the drill bit can be collected and discharged by the heavy machine.
また、ドリルビットによって掘削された掘削屑を搬出するライザー管がドリルパイプの外側に設置されていてもよい。
掘削屑をドリルパイプの外側に設置されたライザー管を通して回収できる。
Further, a riser pipe for carrying out the excavated debris excavated by the drill bit may be installed on the outside of the drill pipe.
Excavation debris can be collected through a riser pipe installed outside the drill pipe.
また、筒体のセグメントには筒体とその周囲地盤の掘削穴との間に裏込め材を注入するための注入孔が設けられていてもよい。
筒体を備えた大深度掘削装置を掘削穴に装着した状態で、筒体のセグメントに形成した注入孔を通して掘削穴の壁面との隙間に裏込め材を充填することで、掘削穴の壁面が崩れたりすることを阻止できる。
Further, the segment of the tubular body may be provided with an injection hole for injecting the backfill material between the tubular body and the excavation hole in the surrounding ground.
With a deep excavator equipped with a tubular body attached to the drilling hole, the wall surface of the drilling hole can be made by filling the gap with the wall surface of the drilling hole through the injection hole formed in the segment of the tubular body. It can prevent it from collapsing.
また、筒体の外側には掘削屑を回収するための回収パイプが設置されていてもよい。
ドリルビットで掘削した掘削屑を筒体の先端側領域で攪拌し、回収パイプを通して回収できる。
Further, a recovery pipe for collecting excavated debris may be installed on the outside of the cylinder.
The excavated debris excavated with a drill bit can be agitated in the region on the tip side of the cylinder and collected through a collection pipe.
本発明による大深度掘削方法は、複数のセグメントで形成した筒体に設けた複数のケーシング管内に挿入したドリルパイプの先端のドリルビットで掘削穴を掘削する工程と、ドリルパイプを流れてドリルビットのノズルから噴出される泥水によって、ドリルビットで掘削した掘削屑をケーシング管内のライザー管、筒体の内部空間、筒体の外周側の回収パイプのいずれかの経路を通して回収する工程と、掘削穴内に筒体を進出させて後部にセグメントを連結する工程と、を備えたことを特徴とする。 The deep drilling method according to the present invention includes a step of drilling a drill hole with a drill bit at the tip of a drill pipe inserted into a plurality of casing pipes provided in a cylinder formed of a plurality of segments, and a drill bit flowing through the drill pipe. The process of collecting the excavated debris excavated with the drill bit through the riser pipe in the casing pipe, the internal space of the cylinder, or the recovery pipe on the outer peripheral side of the cylinder by the muddy water ejected from the nozzle of the drill bit, and in the drilling hole. It is characterized by having a process of advancing the cylinder to the rear and connecting the segments to the rear.
本発明による大深度掘削方法は、複数のセグメントで形成した第一の筒体に設けた複数の第一のケーシング管内に挿入した第一のドリルパイプの先端の第一のドリルビットで掘削穴を掘削する工程と、第一のドリルパイプを流れて第一のドリルビットのノズルから噴出される泥水によって、第一のドリルビットで掘削した掘削屑を第一のケーシング管内のライザー管、第一の筒体の内部空間、第一の筒体の外周側の回収パイプのいずれかの経路を通して回収する工程と、第一の筒体の内部空間から突出させた第一の筒体より小径の第二の筒体における複数の第二のケーシング管内に挿入した第二のドリルパイプの先端の第二のドリルビットで掘削穴を掘削する工程と、第二のドリルパイプを流れて第二のドリルビットのノズルから噴出される泥水によって、第二のドリルビットで掘削した掘削屑を第二のケーシング管内のライザー管、第二の筒体の内部空間、第二の筒体の外周側の回収パイプのいずれかの経路を通して回収する工程と、を備えたことを特徴とする。 In the deep drilling method according to the present invention, a drilling hole is formed by a first drill bit at the tip of a first drill pipe inserted into a plurality of first casing pipes provided in a first cylinder formed of a plurality of segments. By the process of excavating and the muddy water flowing through the first drill pipe and ejected from the nozzle of the first drill bit, the excavated debris excavated by the first drill bit is put into the riser pipe in the first casing pipe, the first. The process of collecting through either the internal space of the cylinder or the collection pipe on the outer peripheral side of the first cylinder, and the second having a diameter smaller than that of the first cylinder protruding from the internal space of the first cylinder. The process of drilling a drilling hole with the second drill bit at the tip of the second drill pipe inserted into the plurality of second casing pipes in the cylinder of the second drill pipe and the second drill bit flowing through the second drill pipe. The muddy water ejected from the nozzle collects the excavated debris excavated by the second drill bit into the riser pipe in the second casing pipe, the internal space of the second cylinder, or the recovery pipe on the outer peripheral side of the second cylinder. It is characterized by having a process of collecting through the route.
本発明に係る大深度掘削装置及び大深度掘削方法によれば、複数のセグメントを連結することで大口径の筒体を形成すると共に、複数のケーシング管にそれぞれドリルパイプ及びドリルビットとライザー管を設けたため掘削と切削屑の回収効率が高い。しかも、安全性とメンテナンス性が高いため地下資源を採取する効率も高い。
また、先に掘削した第一の筒体の内部空間を通して第一の筒体より小径の第二の筒体を突出させて掘削することで大深度掘削することができるため、各筒体でドリルビットの摩耗や折損を防いで効率よく大断面掘削を行える。
According to the deep excavation device and the deep excavation method according to the present invention, a large-diameter cylinder is formed by connecting a plurality of segments, and a drill pipe, a drill bit, and a riser pipe are attached to the plurality of casing pipes, respectively. Since it is provided, the efficiency of excavation and collection of cutting chips is high. Moreover, because of its high safety and maintainability, the efficiency of collecting underground resources is also high.
In addition, since it is possible to excavate at a deep depth by projecting a second cylinder having a diameter smaller than that of the first cylinder through the internal space of the first cylinder excavated earlier, drilling is performed on each cylinder. Large cross-section excavation can be performed efficiently by preventing the bit from being worn or broken.
以下、本発明の各実施形態による大深度掘削装置について添付図面を参照して説明する。
図1乃至図5は本発明の第一実施形態による大深度掘削装置1を示すものである。図1(a)に示す大深度掘削装置1は陸地の地底または海底等において例えば70m以上の深さに亘って大口径の大深度掘削を行うものである。この大深度掘削装置1は、図2に示すセグメント2を円環状に連結したセグメントリング3をいも継ぎ(または千鳥組)で上下方向に例えば4段組付けた筒体4を有している。しかも、筒体4の最下段のセグメント2は複数の刃口付きセグメント2Aを連結した刃口リング16を形成している。筒体4は地中の掘削穴H内に埋設されている。
図2に示すセグメント2は、板状で略円弧状に湾曲形成された一対の主桁板6と、長方形で平板状に形成された一対の継手板7と、を備えていて、全体に略四角形で円弧版状に湾曲して形成されている。その外周面(地山側)にスキンプレート8が形成されている。
Hereinafter, the deep drilling rig according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 to 5 show a
The
筒体4の内面側である内部空間24には基本的に大深度掘削装置1の掘削土砂を地上に向けて搬出する重機25が挿入されるので、引っかかり等を防ぐために内周面にもスキンプレート8を配設してもよい。これら主桁板6、継手板7、スキンプレート8で金属製セグメントの筐体10を構築し、内部は空間とされている。セグメント2の内部には断熱材や間詰め材等を中詰めしてもよい。
この場合、筒体4の地中への埋設位置の地盤の温度が300℃以下であればセグメント2内にコンクリートを中詰めることができる。しかし、300℃を超える場合には断熱材を間詰め材として中詰めすることが好ましい。筐体10の材質は大深度掘削に耐えられるように耐高温、耐高圧、高耐久性の金属等が望ましく、例えばGFRP、CFRP、チタン、ステンレス等を採用できる。
A
In this case, if the temperature of the ground at the position where the
セグメント2の筐体10の対向する一対の主桁板6の間には所定間隔で複数のケーシング管12が装着されている。ケーシング管12も熱伝導を行うために例えばスチール、アルミ、ステンレス等の熱伝導率の良い金属で形成されている。ケーシング管12内には後述するドリルパイプ20が装着可能である。
セグメント2の筐体10の対向する主桁板6にはボルト等のリング継手13が配設され、対向する継手板7にはボルト等のセグメント継手14が配設されている。そのため、セグメント2は継手板7同士をセグメント継手14で連結することで、例えば図1及び図4に示すセグメントリング3を構築できる。主桁板6同士をリング継手13で連結することでセグメントリング3同士を上下方向に連結することができる。
A plurality of
A ring joint 13 such as a bolt is provided on the facing
セグメント2の外面側(地山側)のスキンプレート8には裏込め材を地山側に注入するための注入孔15が形成されている。地盤の掘削穴H内に大深度掘削装置1の筒体4を装着した際、掘削穴Hの地山の壁面が崩壊したり崩れたりするおそれがあるため、裏込め材を注入することで阻止する。なお、裏込め材としてセメントミルク等を採用できる。なお、注入孔15は設けなくてもよい。
The
ケーシング管12は、図5に示すように、一方の端部が主桁板6から突出する凸部からなるほぞ12aを形成し、他方の端部はほぞ12aと嵌合するためのほぞ穴12bを形成している。図1及び図4に示す例では、セグメント2は上下四段でいも継ぎの構成を示している。四段のセグメント2内をケーシング管12がほぞ12aとほぞ穴12bで連結されて上下方向に延びている。
また、最下段のセグメントリング3は刃口付きセグメント2Aを筒状に連結してなる刃口リング16で構成されている。各セグメント2、2A内には長手方向に対向面をなす一対の主桁板6間にケーシング管12が縦方向に装着されている。
As shown in FIG. 5, the
Further, the
最下段の刃口付きセグメント2Aはセグメント2と同様に略四角形板状で円弧版状に湾曲されており、下端部が外側から内側に向けて傾斜するテーパ面2bを有している。複数枚の刃口付きセグメント2Aは円筒状に組み立てられて、その下端部に形成された刃が円形に形成されてなる刃口リング16を構築する。刃口付きセグメント2A内にもテーパ面2bに沿って斜めにカットされたケーシング管12が装着されている。
Similar to
図1(b)において、筒体4の各セグメント2内に設置されたケーシング管12は例えば断面円形とされ、その内部の中央には中空のドリルパイプ20が設置されている。ドリルパイプ20は大深度掘削のために順次接続してケーシング管12内に延ばす。ドリルパイプ20の先端は刃口付きセグメント2Aのテーパ面2bや刃口リング16の先端より下方に延びている。このドリルパイプ20の先端部には地底を掘削するドリルビット21が配設されている。ドリルビット21は地層の硬さに応じて適宜の材質を選択できる。ドリルビット21は軟らかい地層では鋼鉄製、ドラグビット、カッタービット等を用い、硬い地層でタングステンカーバイトやダイヤモンド等のビットを用いる。
In FIG. 1B, the
ドリルビット21はドリルパイプ20を地上側で高速回転させることで高速回転させられて地中を掘り進むことができる。ドリルビット21で筒体4の刃口リング16の先端側地盤を掘削して攪拌することによって大深度掘削を行う。ケーシング管12において、ドリルパイプ20の外周側のリング状空間は泥水と掘削された掘削屑との混合物を地上に回収するためのライザー管22とされている。
The
また、ドリルパイプ20内には地上側の泥水ピット(図示せず)から先端のドリルビット21に向けて泥水が供給され、泥水はドリルビット21から噴出させられて掘削のための回転に伴う摩擦熱を低下させる。しかも、泥水はドリルビット21によって粉砕された地層の岩石等の掘削屑と一緒にドリルパイプ20の外周側を上昇させられ、フィルターによって掘削屑と分離されて泥水ピットに戻される。
泥水は、地層状況に応じて比重や粘性、化学組成を調整した特殊な流体であり、成分により水ベースと油ベースに大別される。
Further, muddy water is supplied into the
Muddy water is a special fluid whose specific gravity, viscosity, and chemical composition are adjusted according to the stratum conditions, and is roughly classified into water-based and oil-based depending on the composition.
筒体4は円筒状に形成されており、その内側の空間である内部空間24内には、ドリルパイプ20の内空側の土砂を搬出するための重機25が進退可能に設置されている。この重機25は掘削深度が比較的浅い場合には例えばクラムシェル型バケット等を用いて土砂を回収させることができる。また、掘削深度が比較的深い場合には大深度用の掘削マシン等を用いることができる。
The
本実施形態による大深度掘削装置1は上述した構成を備えており、次に大深度掘削方法について説明する。
海底または陸上において、地下資源である石油、レアメタル、シェールガス等を採取したり、地中熱を採取したりする場合、大口径の筒体4を備えた大深度掘削装置1を地中に大深度掘削する。この場合、例えば刃口付きセグメント2Aからなる最下段をなす刃口リング16を設けた大口径の筒体4を地盤に設置して、各セグメント2に設けた複数のケーシング管12を通して、先端にドリルビット21を設けたドリルパイプ20を下方に降下させる。
The
When collecting underground resources such as petroleum, rare metals, shale gas, etc., or geothermal heat on the seabed or on land, a deep
そして、ドリルパイプ20を高速回転させることでドリルビット21によって坑底の地盤を掘削して岩盤を破砕する。これと同時に、地上の泥水ピットから泥水をドリルパイプ20に注入し、ドリルパイプ20を通してドリルビット21に設けたノズル(図示せず)から泥水を噴出させ、岩盤に亀裂等を生じさせる。しかも、ドリルビット21によって筒体4の刃口リング16の先端側の地盤(図1の破線部)を掘削し且つ攪拌することによって大深度掘削を行う。
Then, by rotating the
ドリルビット21で掘削された岩盤の掘削屑はドリルビット21のノズルから噴出する泥水と混合される。そして、ケーシング管12内のドリルパイプ20の周囲に設けられたライザー管22の地上側開口に負圧をかけることで、坑底上で泥水と掘削屑の混合物を吸引することができる。地上で泥水と掘削屑を回収し、フィルターで掘削屑を分離した後、泥水を泥水ピットに戻す。
これにより、略円周状に掘削穴Hを形成する。また、筒体4の内部空間24内では重機25を降下させてドリルビット21で掘削したリング状の掘削穴Hの内側部分を掘削して土砂を地上に搬出する。
The excavated debris of the rock excavated by the
As a result, the excavation hole H is formed in a substantially circumferential shape. Further, in the
坑底の掘削穴Hを掘削するに従って、大深度掘削装置1の筒体4は先端の刃口リング16で次第に降下される。しかも、筒体4の最下段をなす刃口リング16の上部にセグメント2を連結して2段目以降のセグメントリング3を刃口リング16に順次連結する。その際、ドリルパイプ20を各セグメント2のケーシング管12に通して各セグメント2を刃口リング16に連結する。ドリルパイプ20はドリルビット21によって地盤を掘削するにしたがって後端側で順次継ぎ足してその長さを延伸させていく。
このような作業を繰り返しながら坑底の地盤を掘削することで大深度の掘削穴Hを掘削して、各種の地下資源を採取することができる。
As the drilling hole H at the bottom of the pit is drilled, the
By excavating the ground at the bottom of the mine while repeating such work, it is possible to excavate a deep excavation hole H and collect various underground resources.
上述したように本実施形態による大深度掘削装置1によれば、本実施形態では、円筒状の筒体4の周方向に所定間隔で複数のケーシング管12を設けて各ケーシング管12内にドリルパイプ20及びドリルビット21とライザー管22を二重管として設置している。そのため、従来では地盤に予め下穴を掘削した状態でドリルパイプの先端に設けたドリルビットで掘削を進めるが、本実施形態では下穴を掘らずに直接掘削できる。
しかも、大口径で大深度掘削した部分を拠点として小口径の複数のドリルパイプ20とドリルビット21を岩盤に発進させることで安全性とメンテナンス性が高く、地下資源を採取する効率が高くなる。また、筒体4が大口径で複数のドリルパイプ20及びドリルビット21を挿通させるケーシング管12を周方向に多数設けたため低コストで大深度掘削をすることができる。
As described above, according to the
Moreover, by launching a plurality of small-
以上、本発明の第一実施形態による大深度掘削装置1について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本第一実施形態の変形例や他の実施形態等について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
Although the
図6(a)は第一実施形態の第一変形例による大深度掘削装置1Aを示すものである。本変形例において、筒体4の内部空間24内に坑底の掘削屑を採取するための重機25が設けられておらず、空間となっている。そして、ドリルビット21で刃口リング16の先端を掘削し攪拌しながら筒体4を降下させるため、掘削された掘削屑の一部は負圧によってケーシング管12内に設けたライザー管22を通して強制的に上昇させられ回収される。しかも、掘削された掘削屑の残りは筒体4が下方に押されるため高圧で内部空間24内を自然に上昇し、回収される。或いは、内部空間24の上部を負圧に設定して強制的に掘削屑を回収するようにしてもよい。
FIG. 6A shows a
図6(b)は第一実施形態の第二変形例による大深度掘削装置1Bを示すものである。本変形例において、筒体4の外周面には刃口リング16の先端に開口する回収パイプ27が所定間隔で複数本配設されている。この場合、ドリルパイプ20の外周側に設けたライザー管22では岩盤の掘削屑を回収しないため、ライザー管22を設けなくてもよい。回収パイプ27はドリルビット21で掘削した掘削屑を回収するものであり、地上側の部分を負圧に設定することで掘削屑を強制的に回収できる。
なお、回収パイプ27に代えて、筒体4の外周側を囲う円環状の空間からなる回収リングを設置してもよい。この場合でも、筒体4と回収リングの間の円環状の空間の上部を負圧に設定することで掘削屑を強制的に回収できる。
FIG. 6B shows a
Instead of the
上記第一変形例及び第二変形例に示すように、ドリルパイプ20を通して先端のドリルビット21のノズルから噴出される泥水は、ドリルビット21で掘削された掘削屑と混合されて、ケーシング管12の内部のライザー管22、筒体4の外面側の回収パイプ27、筒体4の内部空間24のいずれかの経路を通って回収することができる。
As shown in the first modification and the second modification, the muddy water ejected from the nozzle of the
次に図7は第一実施形態の第三変形例による大深度掘削装置1Cを示すものである。
本変形例では、筒体4を構成する任意の高さのセグメントリング3のセグメント2に設けた注入孔15を通して裏込め材30を外面側(地山側)の周囲地盤に注入している。地盤を複数のドリルビット21と刃口リング16によって掘削して掘削穴Hを形成して、筒体4を設置した場合、掘削穴Hの壁面に土砂が崩れて流れ込んでしまうおそれがある。これを防ぐために、例えばセメントミルク等の裏込め材30を筒体4と掘削穴Hとの隙間に充填させて固化することができる。
Next, FIG. 7 shows the deep drilling rig 1C according to the third modification of the first embodiment.
In this modification, the
また、図7に示す筒体4において、互いに連結された各セグメント2の隙間に間詰め材31が詰め込まれている。これにより、大深度掘削装置1Cを保護し、セグメント2を補強することができる。筒体4が地盤の掘削穴H中に深く挿入されると、深さの浅い部分では地盤が高熱ではないので間詰め材31としてコンクリート等を用いることができる。また、筒体4を地中深く発進させて高温のマグマ層に近い部分に設置した場合には間詰め材31として高温に耐える断熱材を用いることが好ましい。
Further, in the
図8は第一実施形態の第四変形例による大深度掘削装置1Dを示すものである。
本変形例では、筒体4の下端部に設けた刃口リング33は刃口付きセグメント34の下端部に設けたテーパ面34aが内側から外側に傾斜した傾斜面として形成されている。本変形例においても、ドリルビット21で掘削した坑底の地盤に筒体4の刃口リング33を降下させることができる。
FIG. 8 shows the
In this modification, the
図9は第一実施形態の第五変形例による大深度掘削装置1Eを示すものである。
本変形例では、大深度掘削装置1Eの筒体4の下端部に刃口リング16、33を設けず、通常のセグメント2を連結したセグメントリング3を設けている。セグメント2による筒体4は例えば千鳥組で形成されている。本変形例においても、筒体4の先端に延びるケーシング管12内のドリルパイプ20の先端に設けたドリルビット21で坑底の地盤を掘削して、掘削穴Hに筒体4を降下させることができる。
FIG. 9 shows the
In this modified example, the blade edge rings 16 and 33 are not provided at the lower end of the
次に本発明の第二実施形態による大深度掘削装置1Fについて図10により説明する。
本実施形態による大深度掘削装置1Fでは、外径の異なる複数段(例えば3段)のセグメントリング3を例えばいも継ぎで上下方向に連結した複数の筒体4A、4B、4Cを備えている。各筒体4A、4B、4Cは地上側から地下に向けて外径が次第に小さくなっている。
しかも、各筒体4A、4B、4Cにおける下端部のセグメントリング3は例えば刃口リング16で構成され、各セグメントリング3の周方向に所定間隔で装着したケーシング管12内にはドリルパイプ20が装着され、その先端が刃口付きセグメント2Aのテーパ面2bから突出してドリルビット21が装着されている。
Next, the
The
Moreover, the
ケーシング管12とドリルパイプ20の間の空間はライザー管22とされた二重管で構成されている。しかも、ドリルパイプ20内を下方に供給される泥水はドリルビット21に設けたノズルから噴出させられて、掘削のための回転に伴う摩擦熱を低下させる。しかも、泥水はドリルビット21によって粉砕された地盤の掘削屑と一緒にドリルパイプ20の外周側のライザー管22内を上昇させられ、地上側でフィルターによって掘削屑と分離されて泥水ピットに戻される。
The space between the
大深度掘削装置1Fにおいて、掘削穴Hにおける地上側に掘削して設置した第一の筒体4Aはその外径が最も大きくその内部空間24の内径も大きく設定されている。第一の筒体4Aの内部空間24Aにはその外径が内部空間24Aとほぼ同一径をなす比較的小径の第二の筒体4Bが挿入されており、しかも第一の筒体4Aの下端部(先端部)に第二の筒体4Bの後端部が連結されている。
そして、第二の筒体4Bの内部空間24B内にはその外径が内部空間24Bとほぼ同一径をなす比較的小径の第三の筒体4Cが挿入されており、しかも第二の筒体4Bの下端部(先端部)に第三の筒体4Cの後端部が連結されている。このようにして大深度掘削装置1Fが構築される。
In the
A
なお、図10では、外径の異なる三組の筒体4A、4B、4Cで掘削穴Hを掘削して大深度掘削装置1Fを施工したが、第三の筒体4Cの内部空間24Cとほぼ同一外径をなす第四の筒体を内部空間24Cに挿入する等して更に下方を掘削してより長い大深度掘削装置1Fを構築してもよい。
In FIG. 10, the excavation hole H was excavated with three sets of
本実施形態による大深度掘削装置1Fは上述した構成を備えており、次に大深度掘削方法について説明する。
最初に、大口径の大深度掘削装置1Fにおける最大外径の第一の筒体4Aを地盤GLから地中に大深度掘削する。例えば、最下段に刃口リング16を設けた第一の筒体4Aを地盤に設置して、各セグメント2に設けた複数のケーシング管12を通して、ドリルパイプ20の先端に設けたドリルビット21を下方に降下させる。ドリルパイプ20を高速回転させることでドリルビット21によって坑底の地盤を掘削して岩盤を破砕する。これと同時に、泥水をドリルパイプ20に注入し、ドリルビット21に設けたノズルから泥水を噴出させて岩盤に亀裂等を生じさせる。しかも、ドリルビット21によって刃口リング16の先端側領域の地盤を掘削し且つ攪拌することによって大深度掘削を行う。
The
First, the
ドリルビット21で掘削された岩盤の掘削屑はドリルビット21のノズルから噴出する泥水と混合される。そして、ケーシング管12のドリルパイプ20の周囲に設けられたライザー管22の地上側開口に負圧をかけることで、坑底上で泥水と掘削屑の混合物を吸引することができる。そして、地上で泥水と掘削屑を回収し、フィルターで掘削屑を分離した後、泥水を泥水ピットに戻す。これにより、略円周状に掘削穴Hを形成し、第一の筒体4Aを掘削穴H内に降下させる。
The excavated debris of the rock excavated by the
次に、比較的外径の小さい第二の筒体4Bを第一の筒体4Aの内部空間24A内に挿入し、各セグメント2に設けた複数のケーシング管12を通して、ドリルパイプ20の先端に設けたドリルビット21を下方に降下させる。ドリルビット21を高速回転させて坑底の地盤を掘削して岩盤を破砕する。これと同時に、泥水をドリルパイプ20を通して注入し、ドリルビット21に設けたノズルから泥水を噴出させる。ドリルビット21によって刃口リング16の先端側領域の地盤を掘削し且つ攪拌することで大深度掘削を行う。
ドリルビット21で掘削された岩盤の掘削屑は泥水と混合され、ケーシング管12のライザー管22を通して泥水と掘削屑の混合物を吸引する。そして、地上で泥水と掘削屑を回収し、掘削屑を分離した泥水を泥水ピットに戻す。これにより、略円周状に掘削穴Hを形成し、第二の筒体4Bを掘削穴H内に降下させる。このとき第二の筒体4Bが第一の筒体4Aと分離せず重なるように連結する。
Next, the second
The excavated debris of the rock excavated by the
次に、第二の筒体4Bの内部空間24Bより外径の小さい第三の筒体4Cを第二の筒体4Bの内部空間24B内に挿入する。各セグメント2のケーシング管12内を通して、ドリルパイプ20の先端のドリルビット21を高速回転させて坑底の地盤を掘削して岩盤を破砕する。これと同時に、ドリルビット21のノズルから泥水を噴出させて掘削屑を混合させる。こうして、ドリルビット21によって刃口リング16の先端側領域の地盤を掘削し且つ攪拌することで大深度掘削を行う。
Next, the third
ドリルビット21で掘削された掘削屑と泥水の混合物は、ケーシング管12のライザー管22を通して吸引させられる。そして、地上で泥水と掘削屑の混合物を回収して、掘削屑を分離した泥水を泥水ピットに戻す。これにより、略円周状に掘削穴Hを形成し、第三の筒体4Cを掘削穴H内に降下させ、第三の筒体4Cが第二の筒体4Bと分離せず重なるように連結する。
また、必要に応じて、更に小径の筒体4を第三の筒体4Cの内部空間24Cを通して坑底の地盤を掘削して第三の筒体4Cと連結することで、より大深度の大深度掘削装置1Fを形成できる。これにより、掘削穴Hを掘削して各種の地下資源を採取することができる。
The mixture of excavated debris and muddy water excavated by the
Further, if necessary, a
上述したように本第二実施形態による大深度掘削装置1Fによれば、先に掘削した第一の筒体4Aの内部空間24Aを利用して第二の筒体4B、そして第三の筒体4Cと順次その外径を縮小させながら階段状に形成した掘削穴Hによって大深度掘削を施工できる。そのため、大深度掘削工事であっても筒体4を縮径させるごとにドリルビット21を異別のものに交換することで、ドリルビット21の摩耗や折損を防いで効率よく大断面掘削を行える。
なお、掘削屑と泥水の混合物を回収するために、各筒体4の外側に回収パイプ27を設けてもよい。
As described above, according to the
A
次に本発明の第三実施形態による大深度掘削装置1Gについて図11により説明する。
本実施形態による大深度掘削装置1Gでは、複数段(例えば3段)のセグメントリング3を千鳥組またはいも継ぎで連結した筒体4を地盤GLに設けた掘削穴H内に設置する。掘削穴Hの掘削は、上述した第一実施形態による大深度掘削装置1で説明したように、筒体4に設けたケーシング管12内のドリルビット21及びドリルパイプ20とリング状のライザー管22とで行われる。
この筒体4の内部空間24の底部を封止することで保護区域とし、筒体4の底部を起点として保護区域内に地下資源採取ステーション36を設置する。そして、地下資源採取ステーション36を拠点として図示しない重機等を設置し、複数組の小口径のドリルパイプ20及びドリルビット21を更に下方に発進させて地盤中を掘削する。地下資源採取ステーション36からドリルパイプ20及びドリルビット21を任意の方向に複数組発進させることで、地下資源を広域的に採取することが可能になる。
Next, the
In the
The bottom of the
本発明において、第一のケーシング管は図10に示す大深度掘削装置1Fの第一の筒体4Aに設けたケーシング管12、第一のドリルパイプはドリルパイプ20、第一のドリルビットはドリルビット21に含まれる。また、第二のケーシング管はケーシング管12、第二のドリルパイプはドリルパイプ20、第二のドリルビットはドリルビット21に含まれる。第一のライザー管、第二のライザー管はライザー管22に含まれる。
In the present invention, the first casing pipe is the
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G 大深度掘削装置
2 セグメント
2A、34 刃口付きセグメント
3 セグメントリング
4 筒体
4A 第一の筒体
4B 第二の筒体
4C 第三の筒体
12 ケーシング管
15 注入孔
16 刃口リング
20 ドリルパイプ
21 ドリルビット
22 ライザー管
24、24A、24B、24C 内部空間
25 重機
30 裏込め材
31 間詰め材
36 地下資源採取ステーション
H 掘削穴
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G
本発明に係る大深度掘削装置は、複数のセグメントが筒状に連結された筒体と、筒体のセグメントに装着された複数のケーシング管と、ケーシング管内に挿入されたドリルパイプと、ドリルパイプの先端に設けられていて地盤を掘削するドリルビットと、ドリルビットで掘削された地盤の掘削屑を搬出する空間と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、筒体の複数のケーシング管内にそれぞれ設けられたドリルビットで地盤を掘削し、掘削屑を複数のドリルパイプを通して供給される泥水と混合して空間を通して地上側に回収することで掘削穴を形成でき、掘削穴に筒体を進めて大深度掘削を行うことができる。
The deep drilling device according to the present invention has a tubular body in which a plurality of segments are connected in a tubular shape, a plurality of casing pipes mounted on the segments of the tubular body, a drill pipe inserted in the casing pipe, and a drill pipe. It is characterized by having a drill bit provided at the tip of the casing for excavating the ground and a space for carrying out the excavated debris of the ground excavated by the drill bit.
According to the present invention, the ground is excavated with drill bits provided in each of a plurality of casing pipes of a cylinder, and excavated debris is mixed with muddy water supplied through a plurality of drill pipes and collected on the ground side through a space. A drilling hole can be formed with, and a cylinder can be advanced into the drilling hole for deep excavation.
本発明に係る大深度掘削装置は、複数のセグメントが筒状に連結された第一の筒体と、第一の筒体のセグメントに装着された複数の第一のケーシング管と、第一のケーシング管内に挿入された第一のドリルパイプと、第一のドリルパイプの先端に設けられていて地盤を掘削する第一のドリルビットと、第一のドリルビットで掘削された地盤の掘削屑を搬出する第一の空間と、第一の筒体の内部空間から先端側に突出して設けられていて複数のセグメントが筒状に連結された第一の筒体より小径の第二の筒体と、第二の筒体のセグメントに装着された複数の第二のケーシング管と、第二のケーシング管内に挿入された第二のドリルパイプと、第二のドリルパイプの先端に設けられていて地盤を掘削する第二のドリルビットと、第二のドリルビットで掘削された地盤の掘削屑を搬出する第二の空間と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、第一の筒体の複数の第一のケーシング管内にそれぞれ設けられた第一のドリルビットで地盤を掘削し、掘削屑を複数の第一のドリルパイプを通して供給される泥水と混合して第一の空間を通して地上側に回収することで掘削穴を形成して掘削穴に第一の筒体を進める。次に、第一の筒体の内部空間に第二の筒体を挿入して、第二の筒体の複数の第二のケーシング管内にそれぞれ設けられた第二のドリルビットで地盤を掘削し、掘削屑を複数の第二のドリルパイプを通して供給される泥水と混合して第二の空間を通して地上側に回収することで掘削穴を形成して掘削穴に第二の筒体を進める。このような作業を繰り返すことで、筒体の内部空間を通してより小径の筒体を順次進入させて隙間を生じないように突出させて配設することで、大深度掘削を行うことができる。
The deep drilling device according to the present invention includes a first cylinder in which a plurality of segments are connected in a tubular shape, a plurality of first casing pipes attached to the segments of the first cylinder, and a first. The first drill pipe inserted into the casing pipe, the first drill bit provided at the tip of the first drill pipe to excavate the ground, and the excavated debris of the ground excavated by the first drill bit. A first space to be carried out and a second cylinder having a diameter smaller than that of the first cylinder, which is provided so as to project toward the tip side from the internal space of the first cylinder and in which a plurality of segments are connected in a tubular shape. , A plurality of second casing pipes mounted on the segment of the second cylinder, a second drill pipe inserted into the second casing pipe, and the ground provided at the tip of the second drill pipe. It is characterized by having a second drill bit for excavating a drill bit and a second space for carrying out excavated debris from the ground excavated by the second drill bit.
According to the present invention, the ground is excavated by the first drill bit provided in each of the plurality of first casing pipes of the first cylinder, and the excavation waste is supplied through the plurality of first drill pipes. By mixing with and collecting it on the ground side through the first space , an excavation hole is formed and the first cylinder is advanced into the excavation hole. Next, the second cylinder is inserted into the internal space of the first cylinder, and the ground is excavated with the second drill bit provided in each of the plurality of second casing pipes of the second cylinder. The excavation waste is mixed with muddy water supplied through a plurality of second drill pipes and collected on the ground side through the second space to form an excavation hole and advance the second cylinder into the excavation hole. By repeating such work, deep excavation can be performed by sequentially entering a cylinder having a smaller diameter through the internal space of the cylinder and projecting the cylinder so as not to form a gap.
また、ドリルビットによって掘削された掘削屑を搬出する空間がドリルパイプの外側に設置されていてもよい。
掘削屑をドリルパイプの外側に設置された空間を通して回収できる。
Further, a space for carrying out the excavated debris excavated by the drill bit may be installed outside the drill pipe.
Excavation debris can be collected through a space located outside the drill pipe.
本発明による大深度掘削方法は、複数のセグメントで形成した筒体に設けた複数のケーシング管内に挿入したドリルパイプの先端のドリルビットで掘削穴を掘削する工程と、ドリルパイプを流れてドリルビットのノズルから噴出される泥水によって、ドリルビットで掘削した掘削屑をケーシング管内の空間、筒体の内部空間、筒体の外周側の回収パイプのいずれかの経路を通して回収する工程と、掘削穴内に筒体を進出させて後部にセグメントを連結する工程と、を備えたことを特徴とする。 The deep drilling method according to the present invention includes a step of drilling a drill hole with a drill bit at the tip of a drill pipe inserted into a plurality of casing pipes provided in a cylinder formed of a plurality of segments, and a drill bit flowing through the drill pipe. The process of collecting excavated debris excavated with a drill bit through the space inside the casing pipe, the internal space of the cylinder, or the collection pipe on the outer peripheral side of the cylinder by the muddy water ejected from the nozzle of the drill bit, and in the excavation hole. It is characterized by having a process of advancing the cylinder and connecting the segments to the rear.
本発明による大深度掘削方法は、複数のセグメントで形成した第一の筒体に設けた複数の第一のケーシング管内に挿入した第一のドリルパイプの先端の第一のドリルビットで掘削穴を掘削する工程と、第一のドリルパイプを流れて第一のドリルビットのノズルから噴出される泥水によって、第一のドリルビットで掘削した掘削屑を第一のケーシング管内の第一の空間、第一の筒体の内部空間、第一の筒体の外周側の回収パイプのいずれかの経路を通して回収する工程と、第一の筒体の内部空間から突出させた第一の筒体より小径の第二の筒体における複数の第二のケーシング管内に挿入した第二のドリルパイプの先端の第二のドリルビットで掘削穴を掘削する工程と、第二のドリルパイプを流れて第二のドリルビットのノズルから噴出される泥水によって、第二のドリルビットで掘削した掘削屑を第二のケーシング管内の第二の空間、第二の筒体の内部空間、第二の筒体の外周側の回収パイプのいずれかの経路を通して回収する工程と、を備えたことを特徴とする。 In the deep drilling method according to the present invention, a drilling hole is formed by a first drill bit at the tip of a first drill pipe inserted into a plurality of first casing pipes provided in a first cylinder formed of a plurality of segments. By the process of excavating and the muddy water flowing through the first drill pipe and ejected from the nozzle of the first drill bit, the excavated debris excavated by the first drill bit is put into the first space in the first casing pipe, the first The process of collecting through either the internal space of one cylinder or the collection pipe on the outer peripheral side of the first cylinder, and the diameter smaller than that of the first cylinder protruding from the internal space of the first cylinder. A process of drilling a drill hole with a second drill bit at the tip of a second drill pipe inserted into a plurality of second casing pipes in a second cylinder, and a second drill flowing through the second drill pipe. The muddy water ejected from the nozzle of the bit causes the excavated debris excavated by the second drill bit to be collected in the second space inside the second casing pipe, the internal space of the second cylinder, and the outer peripheral side of the second cylinder. It is characterized by including a step of collecting through any of the collection pipes.
本発明に係る大深度掘削装置及び大深度掘削方法によれば、複数のセグメントを連結することで大口径の筒体を形成すると共に、複数のケーシング管にそれぞれドリルパイプ及びドリルビットと空間を設けたため掘削と切削屑の回収効率が高い。しかも、安全性とメンテナンス性が高いため地下資源を採取する効率も高い。
また、先に掘削した第一の筒体の内部空間を通して第一の筒体より小径の第二の筒体を突出させて掘削することで大深度掘削することができるため、各筒体でドリルビットの摩耗や折損を防いで効率よく大断面掘削を行える。
According to the deep drilling device and the deep drilling method according to the present invention, a large-diameter cylinder is formed by connecting a plurality of segments, and a drill pipe, a drill bit, and a space are provided in each of the plurality of casing pipes. Therefore, the efficiency of excavation and collection of cutting chips is high. Moreover, because of its high safety and maintainability, the efficiency of collecting underground resources is also high.
In addition, since it is possible to excavate at a deep depth by projecting a second cylinder having a diameter smaller than that of the first cylinder through the internal space of the first cylinder excavated earlier, drilling is performed on each cylinder. Large cross-section excavation can be performed efficiently by preventing the bit from being worn or broken.
ドリルビット21はドリルパイプ20を地上側で高速回転させることで高速回転させられて地中を掘り進むことができる。ドリルビット21で筒体4の刃口リング16の先端側地盤を掘削して攪拌することによって大深度掘削を行う。ケーシング管12において、ドリルパイプ20の外周側のリング状空間は泥水と掘削された掘削屑との混合物を地上に回収するための空間22とされている。
The
ドリルビット21で掘削された岩盤の掘削屑はドリルビット21のノズルから噴出する泥水と混合される。そして、ケーシング管12内のドリルパイプ20の周囲に設けられた空間22の地上側開口に負圧をかけることで、坑底上で泥水と掘削屑の混合物を吸引することができる。地上で泥水と掘削屑を回収し、フィルターで掘削屑を分離した後、泥水を泥水ピットに戻す。
これにより、略円周状に掘削穴Hを形成する。また、筒体4の内部空間24内では重機25を降下させてドリルビット21で掘削したリング状の掘削穴Hの内側部分を掘削して土砂を地上に搬出する。
The excavated debris of the rock excavated by the
As a result, the excavation hole H is formed in a substantially circumferential shape. Further, in the
上述したように本実施形態による大深度掘削装置1によれば、本実施形態では、円筒状の筒体4の周方向に所定間隔で複数のケーシング管12を設けて各ケーシング管12内にドリルパイプ20及びドリルビット21と空間22を二重管として設置している。そのため、従来では地盤に予め下穴を掘削した状態でドリルパイプの先端に設けたドリルビットで掘削を進めるが、本実施形態では下穴を掘らずに直接掘削できる。
しかも、大口径で大深度掘削した部分を拠点として小口径の複数のドリルパイプ20とドリルビット21を岩盤に発進させることで安全性とメンテナンス性が高く、地下資源を採取する効率が高くなる。また、筒体4が大口径で複数のドリルパイプ20及びドリルビット21を挿通させるケーシング管12を周方向に多数設けたため低コストで大深度掘削をすることができる。
As described above, according to the
Moreover, by launching a plurality of small-
図6(a)は第一実施形態の第一変形例による大深度掘削装置1Aを示すものである。本変形例において、筒体4の内部空間24内に坑底の掘削屑を採取するための重機25が設けられておらず、空間となっている。そして、ドリルビット21で刃口リング16の先端を掘削し攪拌しながら筒体4を降下させるため、掘削された掘削屑の一部は負圧によってケーシング管12内に設けた空間22を通して強制的に上昇させられ回収される。しかも、掘削された掘削屑の残りは筒体4が下方に押されるため高圧で内部空間24内を自然に上昇し、回収される。或いは、内部空間24の上部を負圧に設定して強制的に掘削屑を回収するようにしてもよい。
FIG. 6A shows a
図6(b)は第一実施形態の第二変形例による大深度掘削装置1Bを示すものである。本変形例において、筒体4の外周面には刃口リング16の先端に開口する回収パイプ27が所定間隔で複数本配設されている。この場合、ドリルパイプ20の外周側に設けた空間22では岩盤の掘削屑を回収しないため、空間22を設けなくてもよい。回収パイプ27はドリルビット21で掘削した掘削屑を回収するものであり、地上側の部分を負圧に設定することで掘削屑を強制的に回収できる。
なお、回収パイプ27に代えて、筒体4の外周側を囲う円環状の空間からなる回収リングを設置してもよい。この場合でも、筒体4と回収リングの間の円環状の空間の上部を負圧に設定することで掘削屑を強制的に回収できる。
FIG. 6B shows a
Instead of the
上記第一変形例及び第二変形例に示すように、ドリルパイプ20を通して先端のドリルビット21のノズルから噴出される泥水は、ドリルビット21で掘削された掘削屑と混合されて、ケーシング管12の内部の空間22、筒体4の外面側の回収パイプ27、筒体4の内部空間24のいずれかの経路を通って回収することができる。
As shown in the first modification and the second modification, the muddy water ejected from the nozzle of the
ケーシング管12とドリルパイプ20の間の空間22とされた二重管で構成されている。しかも、ドリルパイプ20内を下方に供給される泥水はドリルビット21に設けたノズルから噴出させられて、掘削のための回転に伴う摩擦熱を低下させる。しかも、泥水はドリルビット21によって粉砕された地盤の掘削屑と一緒にドリルパイプ20の外周側の空間22内を上昇させられ、地上側でフィルターによって掘削屑と分離されて泥水ピットに戻される。
It is composed of a double pipe as a
ドリルビット21で掘削された岩盤の掘削屑はドリルビット21のノズルから噴出する泥水と混合される。そして、ケーシング管12のドリルパイプ20の周囲に設けられた空間22の地上側開口に負圧をかけることで、坑底上で泥水と掘削屑の混合物を吸引することができる。そして、地上で泥水と掘削屑を回収し、フィルターで掘削屑を分離した後、泥水を泥水ピットに戻す。これにより、略円周状に掘削穴Hを形成し、第一の筒体4Aを掘削穴H内に降下させる。
The excavated debris of the rock excavated by the
次に、比較的外径の小さい第二の筒体4Bを第一の筒体4Aの内部空間24A内に挿入し、各セグメント2に設けた複数のケーシング管12を通して、ドリルパイプ20の先端に設けたドリルビット21を下方に降下させる。ドリルビット21を高速回転させて坑底の地盤を掘削して岩盤を破砕する。これと同時に、泥水をドリルパイプ20を通して注入し、ドリルビット21に設けたノズルから泥水を噴出させる。ドリルビット21によって刃口リング16の先端側領域の地盤を掘削し且つ攪拌することで大深度掘削を行う。
ドリルビット21で掘削された岩盤の掘削屑は泥水と混合され、ケーシング管12の空間22を通して泥水と掘削屑の混合物を吸引する。そして、地上で泥水と掘削屑を回収し、掘削屑を分離した泥水を泥水ピットに戻す。これにより、略円周状に掘削穴Hを形成し、第二の筒体4Bを掘削穴H内に降下させる。このとき第二の筒体4Bが第一の筒体4Aと分離せず重なるように連結する。
Next, the second
The excavated debris of the bedrock excavated by the
ドリルビット21で掘削された掘削屑と泥水の混合物は、ケーシング管12の空間22を通して吸引させられる。そして、地上で泥水と掘削屑の混合物を回収して、掘削屑を分離した泥水を泥水ピットに戻す。これにより、略円周状に掘削穴Hを形成し、第三の筒体4Cを掘削穴H内に降下させ、第三の筒体4Cが第二の筒体4Bと分離せず重なるように連結する。
また、必要に応じて、更に小径の筒体4を第三の筒体4Cの内部空間24Cを通して坑底の地盤を掘削して第三の筒体4Cと連結することで、より大深度の大深度掘削装置1Fを形成できる。これにより、掘削穴Hを掘削して各種の地下資源を採取することができる。
The mixture of excavated debris and muddy water excavated by the
Further, if necessary, a
次に本発明の第三実施形態による大深度掘削装置1Gについて図11により説明する。
本実施形態による大深度掘削装置1Gでは、複数段(例えば3段)のセグメントリング3を千鳥組またはいも継ぎで連結した筒体4を地盤GLに設けた掘削穴H内に設置する。掘削穴Hの掘削は、上述した第一実施形態による大深度掘削装置1で説明したように、筒体4に設けたケーシング管12内のドリルビット21及びドリルパイプ20とリング状の空間22とで行われる。
この筒体4の内部空間24の底部を封止することで保護区域とし、筒体4の底部を起点として保護区域内に地下資源採取ステーション36を設置する。そして、地下資源採取ステーション36を拠点として図示しない重機等を設置し、複数組の小口径のドリルパイプ20及びドリルビット21を更に下方に発進させて地盤中を掘削する。地下資源採取ステーション36からドリルパイプ20及びドリルビット21を任意の方向に複数組発進させることで、地下資源を広域的に採取することが可能になる。
Next, the
In the
The bottom of the
本発明において、第一のケーシング管は図10に示す大深度掘削装置1Fの第一の筒体4Aに設けたケーシング管12、第一のドリルパイプはドリルパイプ20、第一のドリルビットはドリルビット21に含まれる。また、第二のケーシング管はケーシング管12、第二のドリルパイプはドリルパイプ20、第二のドリルビットはドリルビット21に含まれる。第一の空間、第二の空間は空間22に含まれる。
In the present invention, the first casing pipe is the
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G 大深度掘削装置
2 セグメント
2A、34 刃口付きセグメント
3 セグメントリング
4 筒体
4A 第一の筒体
4B 第二の筒体
4C 第三の筒体
12 ケーシング管
15 注入孔
16 刃口リング
20 ドリルパイプ
21 ドリルビット
22 空間
24、24A、24B、24C 内部空間
25 重機
30 裏込め材
31 間詰め材
36 地下資源採取ステーション
H 掘削穴
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G
Claims (8)
前記筒体のセグメントに装着された複数のケーシング管と、
前記ケーシング管内に挿入されたドリルパイプと、
前記ドリルパイプの先端に設けられていて地盤を掘削するドリルビットと、
前記ドリルビットで掘削された地盤の掘削屑を搬出するライザー管と、
を備えたことを特徴とする大深度掘削装置。 A cylinder in which multiple segments are connected in a tubular shape,
A plurality of casing pipes mounted on the segment of the cylinder,
The drill pipe inserted in the casing pipe and
A drill bit provided at the tip of the drill pipe for excavating the ground,
A riser pipe that carries out excavated debris from the ground excavated by the drill bit, and
A deep drilling rig characterized by being equipped with.
前記第一の筒体のセグメントに装着された複数の第一のケーシング管と、
前記第一のケーシング管内に挿入された第一のドリルパイプと、
前記第一のドリルパイプの先端に設けられていて地盤を掘削する第一のドリルビットと、
前記第一のドリルビットで掘削された地盤の掘削屑を搬出する第一のライザー管と、
前記第一の筒体の内部空間から先端側に突出して設けられていて複数のセグメントが筒状に連結された前記第一の筒体より小径の第二の筒体と、
前記第二の筒体のセグメントに装着された複数の第二のケーシング管と、
前記第二のケーシング管内に挿入された第二のドリルパイプと、
前記第二のドリルパイプの先端に設けられていて地盤を掘削する第二のドリルビットと、
前記第二のドリルビットで掘削された地盤の掘削屑を搬出する第二のライザー管と、
を備えたことを特徴とする大深度掘削装置。 The first cylinder in which multiple segments are connected in a tubular shape,
A plurality of first casing pipes mounted on the first tubular segment,
The first drill pipe inserted into the first casing pipe,
A first drill bit provided at the tip of the first drill pipe for excavating the ground,
The first riser pipe that carries out the excavated debris of the ground excavated by the first drill bit, and
A second cylinder having a diameter smaller than that of the first cylinder, which is provided so as to project toward the tip side from the internal space of the first cylinder and has a plurality of segments connected in a tubular shape.
A plurality of second casing pipes mounted on the segment of the second cylinder,
With the second drill pipe inserted in the second casing pipe,
A second drill bit provided at the tip of the second drill pipe to excavate the ground, and
A second riser pipe that carries out excavated debris from the ground excavated by the second drill bit, and
A deep drilling rig characterized by being equipped with.
前記ドリルパイプを流れて前記ドリルビットのノズルから噴出される泥水によって、前記ドリルビットで掘削した掘削屑を前記ケーシング管内のライザー管、前記筒体の内部空間、前記筒体の外周側の回収パイプのいずれかの経路を通して回収する工程と、
前記掘削穴内に前記筒体を進出させて後部に前記セグメントを連結する工程と、
を備えたことを特徴とする大深度掘削方法。 A process of drilling a drilling hole with a drill bit at the tip of a drill pipe inserted into a plurality of casing pipes provided in a cylinder formed of a plurality of segments.
The muddy water that flows through the drill pipe and is ejected from the nozzle of the drill bit collects the excavated debris excavated by the drill bit into the riser pipe in the casing pipe, the internal space of the cylinder, and the recovery pipe on the outer peripheral side of the cylinder. The process of collecting through one of the routes and
A step of advancing the cylinder into the excavation hole and connecting the segment to the rear portion.
A deep excavation method characterized by being equipped with.
前記第一のドリルパイプを流れて前記第一のドリルビットのノズルから噴出される泥水によって、前記第一のドリルビットで掘削した掘削屑を前記第一のケーシング管内のライザー管、前記第一の筒体の内部空間、前記第一の筒体の外周側の回収パイプのいずれかの経路を通して回収する工程と、
前記第一の筒体の内部空間から突出させた第一の筒体より小径の第二の筒体における複数の第二のケーシング管内に挿入した第二のドリルパイプの先端の第二のドリルビットで掘削穴を掘削する工程と、
前記第二のドリルパイプを流れて前記第二のドリルビットのノズルから噴出される泥水によって、前記第二のドリルビットで掘削した掘削屑を前記第二のケーシング管内のライザー管、前記第二の筒体の内部空間、前記第二の筒体の外周側の回収パイプのいずれかの経路を通して回収する工程と、
を備えたことを特徴とする大深度掘削方法。 A process of drilling a drilling hole with a first drill bit at the tip of a first drill pipe inserted into a plurality of first casing pipes provided in a first cylinder formed of a plurality of segments.
The muddy water that flows through the first drill pipe and is ejected from the nozzle of the first drill bit causes the excavation debris excavated by the first drill bit to be removed from the riser pipe in the first casing pipe, the first. A step of collecting through the internal space of the cylinder, one of the collection pipes on the outer peripheral side of the first cylinder, and
A second drill bit at the tip of a second drill pipe inserted into a plurality of second casing pipes in a second cylinder having a diameter smaller than that of the first cylinder protruding from the internal space of the first cylinder. And the process of drilling a drilling hole in
The muddy water that flows through the second drill pipe and is ejected from the nozzle of the second drill bit causes the excavation debris excavated by the second drill bit to be removed from the riser pipe in the second casing pipe, the second. The step of collecting through the internal space of the cylinder, the collection pipe on the outer peripheral side of the second cylinder, and the process of collecting.
A deep excavation method characterized by being equipped with.
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10115173A (en) * | 1996-10-11 | 1998-05-06 | Yoshiji Matsumoto | Method and device for excavating vertical shaft |
JP2007056669A (en) * | 2002-10-03 | 2007-03-08 | Kato Construction Co Ltd | Apparatus for diameter-enlarged excavation |
JP2017190441A (en) * | 2016-04-06 | 2017-10-19 | 関東天然瓦斯開発株式会社 | Additive added to muddy water, groundwater, oil or cement slurry, method for excavation, repair, cutoff or landfill of pit, and container filled with additive |
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