CN1063515C - 钻进钻孔方法和钻进钻孔机 - Google Patents

Abstract

一种钻井钻孔方法和钻进钻孔机，在地基中可由具有转盘和井内钻具的第一钻机机组钻掘一导向孔。导向钻杆被插入导向孔。第二钻机机组安装在导向钻杆上。此第二钻机机组设有钻进地基的土方钻进挖斗，把固定机构固定在地基目标钻孔壁上的液压缸和使土方钻进挖斗可推动的另一液压缸。因此，在钻进作业期间钻进反作用力可由目标钻孔和导向钻杆加以承受。在被转动时，使土方钻进挖斗可在与液压缸的冲程相当的距离内推进。重复以上操作，直到目标钻孔在其整个长度上形成。

Description

钻进钻孔方法和钻进钻孔机

传统钻进钻孔的技术，例如矿山竖井，坝的管道导水路坑，一般基础工事的垂直钻孔，岩石基础工事用的垂直钻孔，包括诸如图24A和24所示的第一实施例，图25所示的第二实施例和图26所示的第三实施例。

图24A和24所示的称为“提升钻进”的传统技术，按照图24所示的传统技术，安装在钻杆171下端的是一作为钻具的扩孔钻头172，布置在钻杆171顶端的是一钻机机组主体175。这种钻机机组主体设有一旋转和推进力产生单元173，以在钻杆171旋转同时施加可提升钻杆的推进力，它还具有一在钻进过程中用于承受反作用力的大基板174。

按照图24A所示的第一传统技术，钻机机组主体175固定在一上坑道176中，上坑道限定一上方空间，如图24所示的那样，扩孔钻头172安装在置于下坑道中的钻杆171上，下坑道限定一下方空间。在该布置中，驱动钻机机组主体175的旋转和推进力产生单元175，在转动扩孔钻头的同时将扩孔钻头172从下坑道177朝向上坑道176提升，因此就形成一垂直钻孔。由钻掘产生的破碎土壤和石块通过往复来回料车或类似的车辆输送到外面。有关提升钻进的已知技术，可参阅例如日本特许公开专利申请号SHO57-112593。

在图25中所示的第二传统技术叫做“反向循环钻掘”。根据第二传统技术，一作为钻具的钻头182安装在钻管181的下端。在钻管的一顶端上，装有一用于转动钻管181的转盘183。合成的整个装置通过一未示出的大起重机的吊钩而被悬挂或钩住。此外，钻管设有进水装置、一泥浆排出管185和一未示出的抽吸泵。进水装置包括一未示出供水186的潜水泵，以防止地基180的塌落。泥浆排出管185用来将钻掘过程中所产生的泥浆排出到外部。为了钻进时提供掘进力，设定的钻管181的重量是很重的。

根据第二传统技术，水186是连续供给的，驱动转盘183以转动钻管181。在降低起重机时，地基由钻头182加以钻进。使用钻管181的自重作为掘进力，使钻头182逐渐地向下钻孔和掘进，因此，钻掘成一垂直钻孔。顺便讲一讲，作为有关反向循环钻孔的已知技术，可参阅例如日本特许公开专利申请号SHO-55-45902中所揭示的。

此外，图26所示的是称为“套管驱动器”的传统技术。根据第三传动技术的套管驱动器装有一内空套管193，内空套管在其自由端具有一作为钻具的刀具192、一用于驱动套管193的套管驱动器主体194、一与套管主体194连接的配重基座195用于在钻进期间承受反作用力以及一施加压力的大型起重机用于使配重基座195保持静止状态，起重机则装有一从其自由端垂悬下来的锤状球形件(套)，以便抓取由钻进所产生的破碎土壤和石块并将其排出到外面。

在第三传统技术中，驱动套管驱动器主体195以转动套管193，在钻掘过程中，配重基座195和起重机195承受反作用力。在钻进过程中，已堆积在套管193内的碎土和石块可通过在套管193中所垂悬的锤式球形件加以抓取并将其取出，从而钻掘成一垂直钻孔。顺便谈一谈，作为有关套管驱动器的已知技术，可参阅例日本特许公开实用新案申请号SHO-60-40545中所揭示的技术。

图27示出另一不同的传统钻掘方法和钻掘机的侧视图，图28示出了图27中所述钻机机组的放大比例侧视图。

按图27所示的传统技术，用于钻掘地基218中的目标钻孔219的钻掘机220装有固定机构240，固定机构240通过紧压钻孔219的壁而固定钻进钻孔机220的主体，且钻掘机具有一布置在主体下的钻具241。

上述固定机构240如图28所示各具有一能够紧压在地基218上的钻孔壁219的可延伸板222以及一用于延伸可延伸板222的液压缸221，从而使可延伸板222紧压在地基218上，此液压缸221也可使可延伸板222收缩而导致可延伸板222和地基218分开。固定机构240包括一些液压缸221和可延伸板222的组合且分别按三个方向布置在一水平面内。值得注意的是图27和28所示的固定机构只有两组。此外，这些固定机构240是安装在固定单元233上。

与固定单元233下部连接的是一通过轴承可转动的移动单元234。通过这些固定单元233和移动单元234就构成了钻掘机220的主体。

移动单元234通过旋转机构，即电动机236也是可转动的。此外，通过推进机构，即液压缸235，在其一端与固定单元233连接，在其另一端与移动单元234连接，移动单元234相对于保持固定状态的固定单元233是可向下移动的。另外，移动单元235在最低位置具有一中心刀具237，在高于中心刀具237的位置具有一形成固定钻头的外周边刀具238，还有一形成可移动钻头的最外面周边刀具239，此刀具可在径向方向扩张和收缩。这些中心刀具237，外周边刀具238和最外面周边刀具239组成可钻掘土、砂和岩石的钻具241。

通过钻具241所钻掘的破碎土壤和石块是在真空吸入器224被促动时经过一排土管而被吸入装料斗226中。随后，碎土和石块经过装料斗226的下部而向外排出。顺便谈一下，排土管225的下端部分是插进钻进钻孔机220固定单元233的圆柱形开口233a中，面对中心刀具237后壁的排土管225的下端部分的位置具有足够大的管直径。在钻孔219之上的位置设有一直立的井架223，此井架233设有一激光垂直度测试计221，垂直度测试计用于检测在钻孔机220中心轴和作为目标钻孔219的中心轴之间任一中心偏移。井架还具有一用于根据悬挂位置提升或降下钻掘机220的吊钩231。

另一方面，在钻孔机220的固定单元233上壁上安装一电视摄象机240a，它可监测上述固定机构240、掘进机构235和钻具241。在地基上，一监控盘228、一动力单元229和一发电机230布置在井架223附近。来自电视摄象机240a的视频信号和来自激光垂直度测试计227的检测信号可输入监控盘228。动力单元229可作为构成固定机构240的液压缸22、构成掘进机构的液压缸235以及还使最外面周边刀具239可扩张和收缩的液压缸的动力源。发电机230用作电动机236等的动力源。

上述钻掘机220，井架223包括激光垂直度测定计227，包括真空吸入器224，装料斗226和排土管225的排土机构，监视和操纵盘228，动力单元229，发电机230等一起构成钻掘地基218的目标钻孔219的钻进钻孔机。

根据图27和28所示的传统技术，钻掘是使用如将在下面加以说明的这样构造的钻进钻孔机所完成的。

举例来说，正好在井架223的下面预先钻掘一大直径的孔。钻掘机220借助于井架223、吊钩231按悬挂位置降低到孔中。在此位置上，固定机构240的液压缸221(所述液压缸如图28所示)伸展使可延伸板222在一水平面内紧贴住上述孔的壁。因此，钻掘机220的固定单元233是固定的。

接着，在电动机236被驱动的同时使移动单元234转动，构成推进机构的液压缸235伸展。因此，中心刀具237，外周边刀具238和最外面周面周边刀具239在转动的同时下降到地基218中，因此在地基218中钻掘出钻孔219。当可移动单元234通过推进机构的液压缸235的一个冲程而降低时，电动机236停转。

当使固定机构240的液压缸221在此位置收缩时，可延伸板222离开地基218中的孔219壁。因此，使推进机构的液压缸235收缩。举例来说，通过固定单元233本身的重量，使固定单元233朝着移动单元234下降。

接着，使固定机构240的液压缸221再伸展，从而使可延伸板222紧贴住由通过钻掘而形成的钻孔219的壁。因而钻掘机220的固定单元233得以固定。

接着，电动机236被驱动的同时，使移动元件234转动，且使推进装置的液压缸235伸展。因此，类似于前述的，钻掘的孔219的全长相当于液压缸235的行程。通过重复类似的钻掘作业，可钻掘所需长度的孔。

在上述钻掘过程中，由于钻掘而集聚在中心刀具237后壁的碎土和岩块通过促动真空吸入器224经由排土管225而吸入装料斗226中，随后，通过装料斗226的下部而排出到外面。

在上述钻掘过程中，中心偏移，即在钻掘机220的中心轴线和目标钻孔219的中心轴线之间出现的不对准或者根据地基218土壤的硬度或柔软度和其不均匀度，而使钻掘机出现倾斜。在这种状况下，为响应从激光垂直度测试计227输出的检测信号，从监控盘228输出一纠正中心偏移或倾斜度的信号。为应答前一信号，选择一与构成固定装置240的相关的液压缸221之一以使其伸展或收缩。

此外，固定机构240和钻具241的操作等可通过从电视摄象机240a输出的视频信号在监控盘228上加以监视。

然而，上述传统技术所存在的个别附带问题将在下文中加以说明。

附带地说，图24A和24B的第一传统技术需要为形成上坑道而布置钻掘机主体175的附加工序以及也为下坑道而将扩孔钻头172安装在钻杆171上的附加工序。这样就增加了较多的钻掘工序和钻掘费用。此外，待钻掘的孔必须小于基板174，因此待钻掘的孔的直径受到限制。

另外，为产生掘进力，图25所示的第二传统实例需要预先调整钻管181重量较大重量值。尽管在图中未示出起重机，但还需一大型起重机。因此总的来说，钻掘机是体积大和笨重的，将机器运到钻掘工地上的作业涉及到运输困难的问题。再者，第二传统实例为避免地基180塌落而需要大量进给用水186的进水装置，并且为排出大量泥浆需配置含有泥浆排出管185的泥浆排出装置，以及图中未示出的抽吸泵等。因此，这就不可能进行钻掘，除非可布置这样的进水装置和泥浆排出装置。这样会导致更多的钻掘工序和提高钻掘费用。另一方面，构成进水装置的吸入泵和泥浆排出装置的基本上由于受到容量的限制，因此排出的泥浆量也受到限制。其结果是，可钻掘的孔直径受到所使用的钻管181的限制。

另一方面，图26所示的第三传统技术中，起重机196和配重基座必须设计成形状大和重量大的，以便在钻掘过程中可承受反作用力。因此，将起重机197等等搬运到钻掘工地所需作业是困难的。这样会导致更多钻掘工序，因而会增加钻掘费用。再者，涉及到钻管(套管)193直径在其制造上遭到制约或受到限制，因此，需钻掘的孔径也受到限制。

如上所述，第一传统技术的提升钻掘，即钻掘竖井的钻掘钻孔方法和钻掘钻孔机，需要上、下坑道，因此，在通常的地基中不能进行钻掘。第二技术中的反向循环钻掘和第三技术的回转式钻管驱动器，两种技术各为在钻掘过程中承受反作用和确保钻掘工具的推进力各需要一种大轮廓尺寸和重量极重的钻掘机。这样将钻掘机搬送到钻掘工地的作业是困难的，导致需要更多的工序进行钻掘使钻掘费用变得较高的问题。

再者，所有上述传统技术通常用于直径达2--3米或在其上下的钻掘钻孔，导致对待钻掘的目标钻孔直径限制的另一问题。在施工时，例如在山区中的输电塔，作为它们的基础孔，必须在地基中形成孔径达3-4米的钻孔。为钻掘这样大的孔径，按照上述此技术的各种钻掘机还必须设计成较大轮廓尺寸和较重的重量，然而这样的一种钻机基本上说是难以建造的。即使这种钻掘机是可行的，在山区钻掘孔时，还必须将该大型和重型的机器运到钻掘工地，这对运输作业而言是不方便的。较困难的运输工作使任一传统技术的实际使用是行不通的。因此，目前的情况，在山区中钻掘各输电塔的基础孔是依靠人工钻掘的。因此，要求更多的操作工序。

看来改善钻掘工作的效率是行不通的，因而会导致钻掘成本的增加。

此外，根据图27和28所示的传统技术，在钻掘和固定钻掘机后，仅将可延伸板22紧靠住钻孔219壁而得以完成钻掘机220的固定。在地基218的质量影响下和/或由于与构成固定单元240的液压缸221之中的冲程差异，在固定钻掘机后，相当大的中心偏移势必会出现在目标钻孔219的中心轴线和钻掘机220的中心轴线之间，和/或钻掘机220势必会在进行钻掘过程中出现较大的倾斜。在这样一种情况下，需要花费很多时间来控制作业以调整和校正钻掘机220的位置。因此就难以期待任一钻掘工作效率的改善。

再者，钻掘机220会产生大量振动除了在钻掘机一部分上形成激光垂直度测计227的反射面外，就没有选择余地。因此很难检测上述中心偏移和/或倾斜度。这样就很难钻掘一具有高精密垂直度的孔。

本发明鉴于上述传统技术的目前情况已有所改善。

本发明的第一目的在于提供一钻进钻孔方法和钻进钻孔机，使得有可能制造小轮廓尺寸和轻重量的钻机，并且易于钻进一大直径的孔。

本发明第二目的在于提供一钻进钻孔方法和钻进钻孔机，它可控制在钻进作业过程中出现的钻进钻孔机主体出现的中心偏移和/或倾斜度。

本发明的第三目的在于提供一钻进钻孔机，它可有效地排出经钻掘的土壤和石块，且与地基条件和钻掘深度无关。

为完成上述第一第二目的，根据本发明第一个方面的钻进钻孔方法，其特点在于在地基中钻掘小于目标钻孔的直径的一导向孔，将导向钻杆插入所述导向孔中；通过直立安装在所述导向孔一开口上方的一井架上的一定位销使如此插入的导向钻杆的上端定位；将钻机机组安装在所述导向杆上，所述钻机机组具有一钻掘所述地基的钻具，转动所述钻具的机构，驱动所述钻具的机构，固定相对于所述地基的所述钻机机组的主体的机构；和选择地促动所述安装在所述导向钻杆上的所述钻掘部件的旋转机构、驱动机构和固定机构，因而使所述钻具沿着所述导向钻杆掘进以钻进所述目标钻孔。

同样，为完成上述第一和第二目的，根据本发明的一种较佳的钻进钻孔方法，特点为在根据本发明第一方面的上述方案中，所述方法包括：在所述目标钻孔已被钻进到遍及第一预定距离后，停止所述钻机机组的运转；将所述钻机机组和所述地基分离，并使主体移动一段与所述第一预定间距对应的距离；再次固定相对于所述地基主体；并使所述钻具沿着所述导向钻杆推进以在第二预定直线距离范围内钻掘所述地基；使所述钻具在所述第二预定直线距离的范围内后退，随后将钻具以一预定角度；转动；使所述钻具沿着导向钻杆推进且在所述第三预定直线距离范围内钻掘所述地基；按所述第二预定直线距离重复所述钻具的退回，所述钻具以所述角度范围内转动，且通过在所述第三预定直线距离范围内的所述推进进行钻掘，从而在遍及第四预定距离范围内钻进所述目标钻孔；重复类似于前述的操作直到所述目标钻孔在遍及其全长形成为止。

同样地，按照本发明一种较佳的钻进钻孔方法，其特点在于在第一方面上述方案中，在使所述钻孔机在转动下推进时，使所述钻具沿着导向钻杆推进以钻进所述目标钻孔。

同样地，按照本发明一种较佳的钻进钻孔方法，其特点在于按述较佳方案中，所述方法包括：

在目标钻孔已被钻掘到遍及第一预定距离后，停止所述钻机机组的运行；

将所述钻机机组主体和所述地基分离，并使所述主体移动一段与第一预定距离对应的距离；

再相对于所述地基固定所述的主体，且使所述钻机机组沿着所述导向钻杆推进，在第二预定直线距离范围内钻进所述地基；以及

重复类似的操作直到所述目标钻孔遍及其全长为止。

同样，为完成上述第一和第二目的，根据本发明的第二个方面的钻进钻孔机，其中，设有第一钻机机组，它用于钻掘直径小于目标钻孔的导向孔；一导向钻杆，它用于插入由第一钻机机组所形成的导向孔中；一第二钻机机组，它具有相对于所述地基固定所述第二钻机机组主体的机构和一钻具，所述第二钻机机组可由所述导向钻杆引导以钻掘所述目标钻孔；以及一井架，它用来支承所述第二钻机机组，以及通过一定位销使所述导向钻杆的上端定位。

同样，根据本发明一种较佳的钻进钻孔机，其特征在于，进一步地第二方面的发明中，所述第二钻机机组包括一通过所述导向钻杆可固定地紧贴在目标钻孔壁上的固定单元和沿着导向钻杆的长度可移动的可移动单元的主体；将所述固定单元靠着目标钻孔的所述壁固定的机构，安装在所述可移动单元上的用于钻进地基中目标钻孔的钻具；转动所述钻具的机构以及推进所述可移动单元的推进机构，所述推进机构在其一端与所述可移动单元连接，其另一端与所述固定单元连接。

类似地，根据本发明一种较佳的钻进钻孔机，其特征在于，进一步地，根据上述较佳的方案，所述可移动件在所述导向钻杆周围和沿着所述目标钻孔的壁具有限制转动的非回转部分且在所述导向钻杆的所述壁和目标钻孔周围具有自由旋转的转动单元以及所述钻具安装在所述转动单元上。

类似地，根据本发明第二方面一种较佳钻进钻孔机，其特征在于，根据以上几种较佳钻进钻孔机中的任一种，进一步地，还具有排土装置，它可把用所述第二钻机机组的钻具所钻掘地基中产生的土排出地基之外。

此外，具体地完成第三目标，根据本发明的一种较佳的钻进钻孔机，其中，前述的较佳方案中，进一步地，所述第二钻机机组的钻具是一土方钻进挖斗且所述土方钻进挖斗还用作钻挖出来的土壤排出机构。

根据本发明的第一方面的钻进钻孔方法和根据本发明第二方面的钻进钻孔机各可在一通过固定钻进钻孔机主体钻掘钻孔时承受反作用力，该钻孔机可紧贴在目标钻孔的壁上且还通过导引该钻孔机的导向钻杆钻进目标钻孔。因而，不需要象前述传统技术那样考虑钻孔机本身承受这种大的反作用力，于是，它可做得尺寸小和重量轻。

这使得有可能达到本发明的第一目的，即在钻孔机的总的外形和重量上减小。

此外，也有可能进行控制，以便在钻进作业时减小钻孔机的摆动。因此，有可能沿着导向钻杆的延伸方向进行精确钻进，从而达到本发明的第二目的，也就是说防止发生钻孔机的中心轴线相对于目标钻孔的中心轴线的中心偏移和还防止发生钻孔机的倾斜。

在根据本发明的一种较佳的钻进钻孔机中，作用钻具的土方钻进挖斗也用作钻挖土壤排出机构(排土机构)且与地基的状况和钻进深度无关，钻出的土壤可相应于土方钻进挖斗的容易堆积在土方钻进挖斗中。

因此，可通过从目标钻孔中提升钻机而进行将钻挖出的土壤排出到外面。无需安装任何专门的钻出土壤的排出机构，就有可能特别地完成本发明的第三目标，即，对土的有效的排出作业。

本发明的上述和其它目的、特点和优点将从下列结合附图的说明和所附的权利要求书中成为显而易见的，其中

图1A至1F示意地表示根据本发明的实施例的钻进钻孔方法；

图2是一按照本发明表示构成钻进钻孔机的第一实施例的第二钻机机组的侧视图，其中，示出了某些部件的剖面且省略了固定机构；

图3是一图1中所示钻进钻孔机的侧视图，其中，示出了原装备的固定机构，而省略了推进机构；

图4是一图2中所示的钻进钻孔机的平面图，其中示出了固定机构；

图5是一导向钻杆的侧面剖视图，第二钻机机组以图2所示沿着导向钻杆导引；

图6是一表示井架和第二钻机机组之间关系的侧视图，它们的组合构成了根据本发明的钻进钻孔机的第一实施例；

图7是一表示在第二钻机机组和布置在井架上的作用力支承板之间的位置关系的平面图，所述第二钻机机组和反作用支承板构成了根据本发明钻进钻孔机的第一实施例；

图8是一表示在导向钻杆、一插入在导向钻杆中的销和一检测传送到销上的力的负载传感器之间的相对布置的侧视图，所述导向钻杆，销和负载传感器构成了根据本发明的钻进钻孔机的第一实施例；

图9是一表示在插入导向钻杆中的销、检测传送到销上的力的负载传感器和一定位此销的液压缸之间的相对布置的侧视图，所述销、负载传感器和液压缸构成了根据本发明的钻进钻孔机的第一实施例；

图10是一表示根据本发明的钻进钻孔机的第一实施例所进行的钻进钻孔作业的状况的侧视图；

图11是一表示在图中所示状态的井架、一控制室和液压装置之间的关系的平面视图；

图12是一表示根据本发明的钻进钻孔机的第一实施所进行的排土作业的状况的侧视图；

图13是一表示使第二钻机机组从图12所示状态向侧面移动的状况的侧视图；

图14是一在取出了所钻出的孔中存在的漂砾状况的侧视图，第二钻机机组已按图13所示侧向移动；

图15是一方框图，表示布置在图11所示的控制室中的开关和控制装置和布置在第二钻机机组或井架上的各启动器和传感器之间的关系；

图16是一导向钻杆和第二钻机机组的平面视图，它表示根据本发明作用在钻进钻孔机的第一实施例中的导向钻杆上的偏压负载的大小和方向；

图17是一对应于图16的侧视图；

图18是一表示井架和第二钻机机组之间的相对布置关系的侧视图，它表示根据本发明作用在钻进钻孔机的第一实施例的导向钻杆上的偏压负载的大小和方向；

图19是一示意图，它表示第一实施例中作用在导向钻杆上的偏压负载；

图20是一示意图，它表示作用在导向钻杆上的偏压负载的大小方向，所述偏压负载已在图19中揭示，且以转换成力的大小的形式来驱动固定机构；

图21是一表示根据本发明的钻进钻孔机的第二实施例的侧视图；

图22是一图21所示的第二实施例的平面视图；

图23是一表示根据本发明的钻进钻孔机的第三实施例的侧视图；

图24是一传统钻进钻孔机的第一实施例的示意图；

图25是一传统钻进钻孔机的第二实施例的示意图；

图26是一传统钻进钻孔机的第三实施例的示意图；

图27是一表示传统钻进钻孔方法和钻进钻孔机的另一实例的侧视图；

图28是一以放大比例表示图27所示钻孔机的侧视图。

以下，本发明的钻进钻孔方法和钻进钻孔机的实施例将基于附图加以说明。

图1A至1F是根据相当于本申请的权利要求1、2、3、4、5、6、8和9的第一实施例钻进钻孔方法的示意图。

如图1A所示，在这个实施例中，钻进一直径小于目标钻孔的导向孔(也就是定位钻孔)的第一钻机机组被安置在地基1上。第一钻进机组包括一钻进定位孔的井内(潜孔)钻具2，一作为井内钻具2和转盘3的驱动源的液压动力装置4和一作为井内钻具2的驱动力的(未示出的)压缩机。附带地说，如在日本特许公开专利申请号HEI3-119284和SHO63-312497所揭示的那样，装有井内钻具2的钻机机组为众所周知的。

当在图1A的状态下起动液压动力装置而使转盘3转动时，井内钻具2的钻进是由图1B所示的压缩机提供的空气来完成。由钻进所产生的破碎土壤和石块可通过例如由压缩机所供给的空气对着已钻进区域吹风而将它们排出到地基1的外部。在上述状态下向上提升井内钻具2时，在地基1中形成了一定位孔6。

在这个实施例中，一井架62直立安装在图1C清楚地所示定位孔6的上面。井架62设有一绞盘63。在这种情况下，可把导向钻杆7插入定位孔6中，而把一形成直径大于定位孔6的目标钻孔的第二钻机机组(钻井动力头)8装配在导向钻杆7上。这会导致导向钻杆7穿过在第二钻机机组8中心所形成的圆柱形开孔延伸出的状况。尽管在这个实施例中，导向钻杆7被插入由井内钻具2所形成的定位孔6中，但是，井内钻具2也可被用作导向钻杆7。这里，若干滑轮66安装在第二钻机机组8的上部且井架62也设有一滑轮64。一井架62上的绞盘63的向外卷松的钢丝绳65被缠绕在第二钻机机组8的诸滑轮66和井架62的滑轮64上。钢丝绳65的一端部锚定在井架62上。因此，钢丝绳65可通过驱动绞盘63来卷松或卷紧，以便第二钻机机组8可在悬挂状态下沿导向钻杆7的延伸方向加以下降或提起。

第二钻机机组8包括一钻进地基1的钻具，使钻具在水平面上旋转的机构、推进钻具的机构和相对于地基1固定钻机机组的主体的机构。顺便地说，上述旋转机构、推进机构和固定机构的驱动动力源是以上所述的液压动力装置4。因而，起动液压装置能选择性地驱动第二钻机机组8的旋转机构、推进机构和固定机构，当驱动固定机构来固定构成钻机机组8的上部并接着随上部保持固定位置而驱动旋转机构和推进机构时，可使安装在构成主体的下部的钻具在被转动的同时沿着导向钻杆向下推进，从而使钻具能在地基1中钻掘一作为所需目标钻孔的垂直钻孔(竖井)。

在这种情况下，例如第二钻机机组8的主体应如此加以构成，以便主体可支承其上所安装的上述固定机构并还具有一可在地基中所形成的目标钻孔7a壁上固定的固定部件(单元)10和一夹住钻具的可移动部件19a。以上所述固定机构是由若干可延伸的板61和一些用于延伸和收缩相应的可延伸板61的液压缸60所构成，其中，这些板可紧贴在目标钻孔7a的壁上。上述旋转机构由例如液压马达20组成，而使可移动部件(单元)12在水平面上转动。上述推进机构由液压缸21组成，它可使可移动部件12向下推进。

在用第二钻机机组8开始钻进作业时，首先驱动第二钻机机组8的固定机构，也就是说，使液压缸60延伸，以便第二钻机机组8的固定部件10固定在井架62的结构件上。在这种情况下，起动液压动力装置4以驱动作为第二钻机机组8的旋转机构的液压马达20和作为推进机构的液压缸21。然后，包括作为钻具的土方钻进挖斗19a的可移动部件12在转动的同时向下推进，借此，在相应于作为推进机构的液压缸21的冲程的预定距离范围内完成了钻进(钻掘)作业。此后，使第二钻机机组8停止运作。在这种情况下，使液压缸60缩回以解除固定部件10相对于井架62的固定并驱动绞盘63。于是，使固定部件10通过自重从相当于液压缸21冲程的预定距离的范围内下降。

在使液压缸60再次延伸时，使可延伸板61与形成这种钻孔7a的壁接触，以致固定部件10得以固定。图1D表示用固定在井架62上的固定部件在遍及预定距离上的第一次钻进结束之后，在预定距离上进行几次同样作业完成钻进的状况。在上述预定距离范围内各经数次同样作业完成钻进后，固定部件10处在这样的位置，即使它固定于地基1的钻孔7a的壁上。以下将从图1D所示状态开始作一说明。

现在，再次驱动液压马达20和液压缸21。如图1E所示，包含土方作为钻具的钻进挖斗19a的可移动部件12在旋转的同时向下推进，以便在相当于液压缸21的冲程的预定距离范围内完成钻进。

这时，钻机机组8一度被停止作业，而使液压缸60作动，而使可延伸板61离开钻孔7a的壁。这种解除固定部件10的固定是与地基1中的钻孔7a的壁有关的。通过驱动绞盘63，导致固定部件10通过其自重而在相当于图1F所示液压缸冲程的预定范围内下降。

然后，重复类似的操作以交替地移动固定部件10和可移动部件12。这使得有可能按相当于液压缸21冲程的预定距离范围内连续进行几次钻进，因此，在地基中，其全长范围内可形成所需的目标钻孔7a。

在这样的钻进作业过程中，例如由钻掘目标钻孔7a所产生的破碎土壤和石块则通过利用土方钻进挖斗19a的形状而被堆积在土方钻进挖斗19a的后壁上。因此，这样钻掘的破碎土攘和石块可通过驱动绞盘63和提升钻机机组8从钻孔7a中取出。

在目标钻孔7a形成后，把第二钻机机组8从导向钻杆7上卸下并从目标钻孔7a中取出。在将第二钻机机组8从上述的目标钻孔7a中取出之后，同样地，把导向钻杆7从目标钻孔7a中取出。因而，钻进作业得以完成。

根据这个实施例的钻进钻孔方法，在钻进期间产生的反作用力经固定机构由地基1中所钻成的目标钻孔7a的壁加以承受。此外，在钻进期间产生的反作用也可由具有足够刚性的导向钻杆7a来承受。因而，有可能限制这种反作用力，以便在钻进过程中，可使第二钻机机组8的摆动减至最小。这就有可能沿着导向钻杆7的延伸方向笔直地钻进地基，因此可防止与目标钻孔7a的中心轴线有关的钻机机组8的中心轴线的中心偏移和钻机机组8所出现的倾斜，从而允许钻掘出具有高垂直精度的钻孔7a。另外，在钻进作业期间调整钻机机组8的空间方位基本上是不需要的。这就可改善钻进作业的效率。因为钻孔7a可以高垂直精度加以形成，所以就不再需要将钻孔7a的直径做得较大。当把混凝土灌进钻进后的钻孔7a中时，灌注的混凝土可以最小的损失加以完成。

另外，设计成可用土方钻进挖斗19a来排出破碎土壤和石块。换句话说，土方钻进挖斗19a也用作土方排出机构。土方钻进挖斗19a通常为已知的，允许堆积与土方钻进挖斗19a的容量一样多的钻掘出的土方数量，而与地基的状况和钻进的深度无关。因此有可能在不需要配置任何专门的土方排出机构的情况下有效地排出破碎土壤和石块。

如以上已说明了的那样，在钻进过程中所产生的反作用力由目标钻孔7a和导向钻杆7所承受。因此，研究由第二钻机机组8本身来承受这样大的反作用力是不必要的。这使得有可能构制形状小和重量轻的第二钻机机组8。另外，导向钻杆7可设计成能具有较小径向尺寸，以致可将它插入直径小于目标钻孔7a的定位孔6中。由于这些特点，就能设计成其整体形状更小和重量更轻的包括装有井内钻具2和导向钻杆7的第一钻机机组以及第二钻机机组8的钻进钻孔机。因此，可使运送包括装有井内钻具2和导向钻杆7的第一钻机机组和第二钻机机组8的钻进钻孔机所需要的工作变得较为容易。与此相关联的，可使钻进所需的工序数量减少，从而有可能降低钻进成本。

当想要形成具有较大直径的目标钻孔7a时，只需要以与目标钻孔7a的直径相对应的方式调整土方钻进挖斗19a的尺寸或类似于第二钻机机组的尺寸。这使就有可能钻掘一所需直径的目标钻孔7a，而基本上无须增加导向钻杆7和第二钻机机组在尺寸和重量。因此，尽管这种大的目标钻孔的形成迄今仍认为是相当困难的，但形成3--4米左右的大的直径的目标钻孔7a还是可易于达到的。

按照本实施例，将钻进钻孔机输送到钻进工地的作业是相当容易并3-4米左右直径的目标钻孔也容易实行的。因此，尽管这些基础钻孔迄今为止还用手工钻掘，但本实施例也适用于山区输地塔或诸如此类的基础钻孔的形式。为代替手工钻掘，本实例适用山区输电塔等的基础孔的形成，从而大大夺改进了钻进作业的效率。

在以上所述实施例中，由钻进所产生的破碎土壤和万块也可借助于作为钻具的土方钻进挖斗19a加以排出。然后，这种破碎土壤和石块可使用空气或供水和空气的组合将其排出到地基1的外部。

在上述实施例中，在目标钻孔7a形成之后把导向钻杆7从目标钻孔7a中取出时，在分离导向钻杆以后，才可将导向钻杆7从目标钻孔7a中取出。

在上述实施例中，在目标钻孔7a形成以后，把第二钻机机组8和导向钻杆7从目标钻孔7a中移动到地基1的外面。除非诸如塔那样的构筑插入目标钻孔7a中而受到阻碍，这些第二钻机机组8和导向钻杆7可与构筑、例如地基1中目标钻孔7a中所插入的塔一起加以掩盖而不把它们移到地基1的外面。

此外，在上述的实施例中，一垂直延伸的钻孔是作为目标钻孔7a所钻进的。但是，本发明不限于这种垂直钻孔的钻掘。有可能钻进一在水平方向延伸的钻孔或一相对于垂直方向以预定角度倾斜的方向延伸的钻孔。

在上述的实施例中，在钻进钻孔7a时，使土方钻进挖斗19a推进的同时使它在水平面上转动，以便进行钻进。不过，有可能彼此地独立地进行水平面上的钻具的旋转和钻具的推进。

举例来说，包含第二钻机机组8的主体的可移动部件12可作为一带有代替上述土方钻进挖斗19a的、可在垂直平面中转动的挖斗的钻具。由于钻具8的固定部件10经固定机构固定在地基1中所形成的钻孔7a的壁上，于是，在延伸作为推进机构的液压缸21时使挖斗在垂直平面内转动。因此，钻进可沿着导向钻杆7的延伸方向在相当于液压缸21的冲程的预定直线距离范围内进行。然后，马上使挖斗从上述预定直线距离范围内后退。在这种情况下，驱动作为转动机构的旋转马达(液压马达)20，而使可移动单元12、即作为钻具的挖斗转过一预定的角度。在这种状况下，如以上已说明了的那样，再驱动液压缸21以降低钻具，因而，可使挖斗能在预定直线距离范围内钻掘地基。以同样的方式，钻掘钻孔7a到相当于预定距离的深度。然后，通过固定机构解除固定单元10的固定，以便固定部件可通过例如其自重而下降。另一方面，在上述的预定直线距离内再钻进钻孔7a。通过重复钻进，包括在预定直线距离范围内挖斗的推进和后退以及其在上述预定角度范围内的转动所需的目标钻孔7a可在其整个长度上形成。这种钻进钻孔方法与本发明权利要求2中所规定的是一致的。

图2至20是表示与本申请的权利要求11-17、19-21和23-35相对应的钻进钻孔机的第一实施例的示意图。

钻进钻孔机的第一实施例，作为基本部件，设有在地基1中钻进直径小于目标钻孔7a的定位孔6的第一钻机机组，插入由第一钻机机组所形成的定位孔6中的导向钻杆7、第二钻进机组包括在上述导向钻杆7的导引下钻探地基1和钻进目标钻孔7a的钻具和固定一第二钻机机组的主体的固定机构。这些部件中，如图1A所示，钻进定位孔6的第一钻机机组包括一钻进直径小于目标钻孔7a的定位孔6的井内钻具2，作为驱动井内钻具2和转盘3的动力源的液压动力装置4和一把压缩空气供给予井内钻具的压缩机。如上所述，根据日本特许公开专利申请号HEI3-119284，装有井内钻具2的第一钻机机组为众所周知的。

其余部件以下将结合附图2至15加以具体说明。

插入由第一钻机机组所形成的定位孔6的导向钻杆7的基本结构由垂直方向延伸布置的筒形管构成，如图5所示。导向钻杆7可被分成多段。这些分离的段可在螺纹连接部7a上加以螺接一起而成一完整部件。

如图2至4所示，安装在导向钻杆7上的第二钻机机组8设有主体，主体由一安置在上部的固定单元10和一与固定单元10下部连接并可沿着导向钻杆7的长度移动的可移动单元12组成。

固定单元10设有可将固定单元10固定在地基1的目标钻孔7a的壁上的固定机构。如图3和4所示，各个固定机构包括可延伸板61和液压缸60。可延伸板61可贴紧在目标钻孔7a的壁上，而液压缸60可进行延伸或收缩，因而，使可延伸板61得以移动。这些可延伸板61和液压缸60的组合所组成的固定机构安置在四个位置上、即安置在水平面中的前、后、左和右位置上，如图4以实例方式所示。

如图2等所示，上述可移动单元12设有一主机架16，一副机架18、一旋转轴承17，土方钻进挖斗19a、一固定式钻头19d、一可移动钻头19e和液压马达20。主机架16在其中心位置形成一中心开孔23，并且在主机架与固定式固定单元10连接后构成一非转动单元，可限止其绕导向钻杆7和沿着目标钻孔7a壁的转动。副机架18构成了一可环绕导向钻杆7和沿着目标钻孔7a的壁自由转动的转动单元。旋转轴承17被插入在主机架16和副机架18之间。土方钻进挖斗19a、固定式钻头19d和可移动钻头19e被固定在副机架18上并都是一些钻掘地基中目标钻孔7a的钻具。液压马达20被固定在主机架16上并构成使副机架18，即土方钻进挖斗19a旋转的机构。

上述土方钻进挖斗19a被布置在可移动单元12的最低位置，而在其后壁上具有一能容纳已钻挖出来的土壤和岩石的临时储存部19c、如图2等所示。这种土方钻进挖斗很明显为众所周知的。通过提升第二钻机机组8可将容纳在土方钻进挖斗19a的临时储存部19c中的破碎土壤和石块从目标钻孔7a中卸出，也就是说这种土方钻进挖斗19a不仅用作钻具而且用作土方排出工具。此外，固定式钻头19d安置在土方钻进挖斗19a的侧部上方并且独自以不可移动方式附装到可移动单元12上。另外，可移动钻头19e也装配在土方钻进挖斗19a的侧部上方，但在钻机机组8的径向方向是可移动的、换句话说，通过一安装在可移动单元12上的液压缸19f可增加钻机机组8的直径。

如图2所示，安置在固定单元10和可移动单元12之间的是使土方钻进挖斗19a推进的机构。举例来说，此推进机构在其上端与形成固定单元10的机架相连接，在其下端与形成可移动单元12的非转动单元的主机架16相连接，并且它由可加以延伸和收缩的液压缸21组成。如图4中的实例所示，四个液压缸21以相等角度间隔加以布置，以便它们都围绕导向钻杆7。

在第一实施例中，在悬挂状态下可提升和降下第二钻机机组8的井架62安装在如图6等所示的目标钻孔7a钻进位置的地基1上。这种井架62包括竖直安置在四个位置上的即水平面上的前、后、左和右位置上的支柱71。并且，如图7所示，在这些支柱71的内侧上分别布置有可与构成上述固定机构的可延伸板61接触的反作用力挡板76。

此外，作为支承件的机座72被安装在支柱71的上部，而支架73则安装在机座72上。在支架73上配置有绞盘63和滑轮64。另外，如在图6等中所示出的那样，滑轮64安装在第二钻机机组8固定单元10的上部，因此，从绞盘63绞向外松开的钢丝绳65被绕在固定单元10上的滑轮66和支架73上的滑轮64上，并且钢丝绳的端部被锚住在支架73上。驱动绞盘63以卷紧和卷松钢丝绳65，以便第二钻机机组8在悬挂状态下可被提升或降落。上述绞盘63和钢丝绳65构成使第二钻机机组8从目标钻孔7a的里面移动到外面的机构。

另外，如图8和9所示，井架62设有一在导向钻杆7插入定位孔6后使导向钻杆7定位的销78。此销78设有一负载传感器77，该传感器用来检测在用第二钻机机组8作钻进作业期间导向钻杆7所受到的力。如图9所示，该导向传感器77安装在支架73上并由液压缸79加以支撑，而液压缸则安装在水平面的四个位置上并可在四个方向上，也就是分别在向前、向后、向左和向右方向上进行伸出和缩进。

如图13中所示的那样，导轨74安装在井架62的机座72上，而保持与导轨74相啮合的滚轮75安装在支架73的下部。通过使滚轮75在导轨74上滚动可使支架73侧向移动，即在水平面上移动。如图13所示，上述导轨74和滚轮75构成了使支架73移动的机构，因此，第二钻机机组8可从目标钻孔7a上面的一位置侧向移动。

此外，如图12和13所示，为了从土方钻进挖斗19a中所卸下的已钻挖出的土方而设置了一排土台82，因此，排土台82可安装在由井架62的四个支柱所包围的空间下部。这种排土台82是可移动地加以布置的。

顺便地说，液压动力装置4用于驱动转盘3，井内钻具2和类似于上述第一钻机机组等的也构成一动力源，此动力源可用来驱动形成第二钻机机组8的固定机构的液压缸60、形成旋转机构的液压马达20、形成推进机构的液压缸21、驱动移动钻头19e的液压缸194、支承安装在井架62上的负载传感器77的液压缸79和诸如此类的。

另外，如在图10等中所显示了的那样，一控制室80安置在靠近液压动力装置4的位置上以进行对第二钻机机组8的操作、控制等。如图15所示，在控制室80内所安装的是一为驱动绞盘63而输出一指令信号的钻机机组降低开关86以使第二钻机机组8下降、一为驱动绞盘63而输出一指令信号的钻机机组提升开关87以使第二钻机机组8升高、一为开始第二钻机机组8的钻进作业而输出一指令信号的钻进起动开关88、一为停止第二钻机机组8的钻进作业而输出一指令信号的钻进停止开关89、一为开始把已堆积在钻土挖斗19a中的破碎土壤和石块排出到目标钻孔7a的外面而输出一指令信号的土方排出起动开关90、一为停止排出破碎土壤和石块而输出一指令信号的排出停止开关91、一为移动安装在井架62上的支架73而输出一指令信号的支架移动开关110和一为移动安装在井架式起重机62上的排土台而输出一指令信号的排土台移动开关111。

在控制(仪表)室80之内还安装有一输入来自(这些)开关86、87、88、89、90、91、110和111中所输出的指令信号的控制器99。这种控制器99例如可由微型电子计算机组成并具有一输入/输出单元、一存储器和一信息处理装置。信息处理装置设有一控制第二钻机机组8的钻进和土方排出作业的钻进控制单元100和一控制在钻进过程中第二钻机机组8的空间方位的偏离中心控制单元101。

从上述各个开关86、87、88、89、90、91、110和111来的指令信号可被输入到控制器99的钻进控制单元100，而来自安装在井架62上的负载传感器77的各个检测信号则被输入到控制器99的偏离中心控制单元101。

第二钻机机组8还设有一角度传感器93，该角度传感器用来检测安装在导向钻杆7上的钻机机组8在相对于位于负载传感器77右下方的参考位置绕导向钻杆7的任何位移。各个来自角度传感器93的检测信号也被输入到控制器99的偏离中心控制单元101。在本实施例中，为检测间距L1(在图18中所示)，在传感器77的安装位置和第二钻机机组8之间还设有一距离传感器94。各个来自这种距离传感器94的检测信号也可被输入到控制器99的偏离中心控制单元101。顺便地说，作为距离传感器94，有可能例如配置一检测在从绞盘63上所绞引出的钢丝绳65的长度上各种变化的传感器。

一些从控制器99的钻进控制单元100中输出的主控信号，即象作为电信号或在被转变成液压装置4的液压信号后各自馈入到驱动绞盘63的绞盘驱动单元95、移动支座73的支座移动单元96、使钻机机组8的可移动单元12旋转(转动)的液压马达20、使钻机机组的可移动单元送进的液压缸21、移动安装在钻机机组8的可移动单元上的可移动钻头19e的液压缸19f、打开或关闭安装在钻机机组8的可移动单元12上的土方钻进挖斗19a的开/闭汽缸97、移动装配在架式起重机62上的排土架82的排土台移动单元98和将钻机机组8的固定单元固定在目标钻孔7a的壁上的液压缸60。此外，各个从控制器99的偏离中心控制单元101所输出的驱动信号可被转变成在液压装置4上的液压信号并馈入到使固定单元10紧贴在目标钻孔7a的壁上的有关的液压缸60之一。

请重新参阅以上所述的图1A至1F，以下将对由以上所构成的本发明钻进钻孔机的第一实施例所实行的钻进操作加以说明。

把包含井内钻具2、导向钻杆7的第一钻机机组和第二钻机机组8等搬运到钻进现场。在进行钻进作业时，首先将装备有井内钻具2和转盘3的第一钻机机组安装在地基1上以钻进一如图1A所示的直径小于目标钻孔7a的导向孔6。在图1A所示的状态中，促动液压动力装置4而使转盘3转动并从压缩机中将空气输进井内钻具2。这样，钻进通过如图1B所示的井内钻具2而得到实现。由钻掘所产生的破碎土壤和石块通过由压缩机供给的空气而对着已钻探区域吹风而被排出到地基1的外面，然后，提升井内钻具2，从而在地基中形成导向孔6。图5所示的导向钻杆7被插入导向孔6中。

举例来说，随着导向钻杆7被插入导向孔6中，如图6等所示那样安装的井架62并操作装配在控制室80中的排出台移动开关111。因此，可将一主控信号从控制器99的钻进控制单元100输出到排土台移动单元98。图12和13所示的排土台82在井架62之外移动，从而形成足以使第二钻机机组8放置在其中的大的空间。

在钻机机组通过钢丝绳加以悬挂情况下，操作布置在控制室80内的钻机机组下降开关86或钻机机组提升开关87。结果绞盘驱动单元95被起动以驱动在井架62的支架73上的绞盘63，因此，如图6等所示的那样，第二钻机机组8在悬挂状态下下降或升高并被安装在导向钻杆7上。接着，如在图9中以实例方式所示出的那样，使所需的一个或多个液压缸79之(四个液压缸、也就是前、后、左和右液压缸)可选择性地延伸或收缩以移动负载传感器77和销78，以便把销78装配在导向钻杆7中。因此，导向钻杆7已按这样的方式定位的，使得它不会受到摆动。

在第二钻机机组8开始钻进作业时，首先操作图15所示的、安置在控制室80中的钻进起动开关88。因此，可将液压用液体进给到构成固定机构的四个液压缸60，以便使这些液压缸60延伸。结果，可使可延伸板61紧压井架62的相应反作用力支承板76，借此，使钻机机组8的固定单元10固定在这些反作用力支承板76上。另外，还把液压用液体供给液压缸19f，以便使液压缸19f延伸，而使可移动钻头19e保持扩大钻进直径的位置。图6、7、8和9所示的状态表示此时所获得的状态。

在这种情况下，在对从图15所示的控制器99的钻进控制单元100中所输出的主控信号响应下起动作为旋转机构的液压马达20和作为推进机构的液压缸21。于是，可移动单元在转动的同时向下推进，以便通过钻具，也就是钻土挖斗19a、固定钻头19d和可移钻头19e可在相当于液压缸21的冲程的预定距离范围内进行钻进作业。

这时，操作控制室80中的钻进停止开关89后，从控制器99的钻进控制单元100中输出一些信号，以便停止液压马达20和液压缸21运行，使形成固定机构的液压缸60收缩以使可延伸板61与相应的井架62的反作用力支承板76分离，使可移动钻头19e的液压缸19f缩回。

当在这种状况下，操作在控制室中的钻机机组下降开关86后，在响应由控制器99的钻进控制单元100所输出的主控信号下起动绞盘驱动单元95。通过钻机机组8固定单元10的自重，可使液压缸21缩回，从而使固定单元10能朝着可移动单元12降落。当固定单元10已经在预定距离范围内下降后，绞盘驱动单元95停止运行。

重复这种操作数次后，再操作控制室80中的钻进起动开关88。此时，使固定机构的液压缸60移动以使各个可延伸板61压紧在钻进的钻孔7a的壁上，因而使固定单元10被固件。另外，还起动液压马达20和作为推进机构的液压缸21，这使可移动单元12在转动下向下推进，因此，可通过土方钻进挖斗19a、固定钻头19d和可移动钻头19e在相当于液压缸21冲程的预定距离范围内进行钻孔。

然后，重复类似的操作一直到使足够数量的破碎土壤和石块堆积在土方钻进挖斗19a中。在以上所述钻进操作中，图1D和图10表明固定单元10直接通过固定机构固定在目标钻孔中和起动钻进之前的状况。另一方面，图1E表示已完成在相对于液压缸冲程的预定距离内的钻进的状况。此外，图1F显示为了进行下一个预定距离内的钻进，固定单元10通过固定机构已被固定在目标钻孔7a中的状况。

当在预定距离内重复钻进操作后，相当数量的破碎土壤和石块已堆放在土方钻进挖斗19a的临时储存部19c时，操作控制室80中的钻机机组提升开关87。结果，在响应从控制器99的钻进控制单元100所输出的主控信号，就起动绞盘驱动开关95，使得钻机机组8在悬挂状态下被提升(升高)到位于目标钻孔7a上方的井架62中。这时，操作在控制室80中的排土台移动开关111。因而，使排土台82移动到钻机机组8右下方的位置。在这种情况下，可操作在控制室80中的排土起动开关90。在响应从控制器99的钻进控制单元100中所输出的主控信号下，液压流体被进给到土方钻进挖斗开/闭的压缸97，以便土方钻进挖斗下部被打开。因而，把破碎土壤和石块从土方钻进挖斗19a卸除到图12的示的排土台82上。在完成破碎土壤和石块的卸除之后，操作在控制室80中的排土停止开关91。结果，在对从控制器99的钻进控制单元100所输出的主控信号的响应下而起动土方钻进挖斗的打开/关闭液压缸97，借此关闭土方钻进挖斗19a的下部。在紧接着操作排土台移动开关111时，在响应从控制器99的钻进控制单元100中所输出的主控信号下起动排土台移动开关98，从而使排土台82及其上所装载的已钻出土83一起运送到井架62的外面。在排土台82上的已钻出土壤83可通过未示出的机构从排土台82中加以卸去。

如图14所示，当目标钻孔7a已在其整个长度上形成和钻进作业已告完成时或当在钻进的过程中，发现了在目标钻孔7a中存在着有与作业相干扰的砾石85或诸如此类的漂砾时，它们以靠近钻机机组8的方式隔开导向钻杆7，则操作安装在控制室80中的支架移动开关110。结果，如图13和14所表示的那样，在对从控制器99的钻进控制单元100中所输出的主控信号的响应下，起动未示出的支架移动单元并且支架73从目标钻孔7a之上的位置向侧面移动，以便使钻机机组8移向旁边。因此，由钢丝绳65所悬挂的钻机机组8可从钢丝绳65上取下并将其移走。如图14所示将出现目标钻孔7a内的砾石85移走，并将导向钻杆7和钻机机组置于原位以继续钻进作业。

当第二钻机机组8在作业结束时被取下后，留下的有导向钻杆7的分离部分，仍要放在目标钻孔7a中的所述部分也要从目标钻孔7a中取出。

以上述方式，目标钻孔7a可沿着导向钻杆的延伸部分7a笔直地加以钻进。

此外，为形成一更精确的目标钻孔7a、钻机机组8的控制各自处理由从负载传感器77、角度传感器93和距离传感器94所输出的检测信号来执行。以下，这种控制将基于图16至20加以说明。

导向钻杆7也设有一以上所述的负载传感器77。不过，这种负载传感器77例如由两轴检测型的测力传感器或类似器件组成，因此，可检测在图16中X-Y方向的直角相交的力。在图16上的两座标轴X′-Y′表示两轴(线)，这两根轴就是在钻机机组8的固定单元10固定在目标钻孔7a的壁上时连接待固定的推进机构的彼此相对的，即，四个液压缸21并彼此相对地以直角延伸的两轴线(轴)。若导向钻杆7和钻机机组8设有防止钻机机组8绕导向钻杆7转动的机构，X-Y轴线是事先由负载传感器77检测到的力的方向，它可与可假设地设定在钻机机组8上的X′-Y′轴线对齐(定位)。在这种情况下，就不需要上述布置在钻机机组8上的角度传感器93。因为在第一实施例中不设置以上所述的防止机构，所以由于悬挂钻机机组8的钢丝绳65的扭转，任何试图用在钻机机组8上所设定的X′-Y′轴线与负载传感器77的X-Y轴线的对齐(定位)是几乎不能得到成功的。因此，钻机机组8的角度传感器93则被用作把在两轴线X-Y的方向上的力转变成在钻机机组8上所设定的两假想轴线X′-Y′的方向上的力，其中，两轴线X-Y方向上的力由负载传感器77加以检测。

另外，如图18所示的那样，可制定下列公式：F=P+N          (1)P×L₂=N×L1    (2)

在公式中：

N：把由负载传感器77所检测到的按两个方向X-Y上的两个力合成所得到的力。

F：在土方钻进挖斗19a的钻进过程中施加于钻机机组8上的偏压负载。

P：施加于导向钻杆7上的反作用力。

L2在土方钻进挖斗19a的下限点和从其高度方向观察的土方钻进挖斗19a的近似中心点之间的距离，这是在挖斗下限点上产生反作用力P，并假定在近似土方钻进挖斗19a的中心点发生偏压负载F的情况下。

L₁从在其高度方向观察的土方钻进挖斗19a的近似中心点到负载传感器77的距离。

这里，距离L₂可被看作为能由土方钻进挖斗19a的形状所决定的常数。如上所述，力N可作为力的合成，也就是由负载传感器77所检测的按两轴线X-Y方向得到的检测值。另外，距离L1是根据从以上所述距离传感器94中所输出的信号来确定的。因此，施加于导向钻杆7的反作用力P可根据公式(2)加以计算。此外，基于上述所确定的反作用力P和由以上所述的负载传感器77所测得的合成力N，就可根据公式(1)确定施加于(作用于)钻机机组8上的偏压负载F的值。偏压负载F在方向上是与反作用P和合成力N相反。

在进行钻进作业时，把负载传感器77、角度传感器93和距离传感器94的各个检测信号都输入到安装在控制室80中的控制器99的中心偏离控制单元101。此时，中心偏离控制单元101进行例如来自由负载传感器77所检测到的两轴线X-Y方向的合成力N的判定。此外，根据由距离传感器94所检测到的钢丝绳65的长度上的变化，还进行图18所示的距离L1的判定。然后，根据公式(1)进行计算以确定施加于导向杆7的反作用力P，根据由以上所确定的反作用力P和合成力N进行计算。且所有以上所确定的合成力N、反作用力P和偏压负载F之间存在着图19所示的关系。如图20所示，此时，根据角度传感器93的检测信号进行计算以使将在X-Y轴线上的偏压负载F转变成在X′-Y′轴线上的力F′，并且还确定了在X′-Y′轴线方向上的力F′的分力。然后，为确定操作的目标距离而进行计算，在此目标距离范围内应该使图16所示有关的固定机构的液压缸60之一伸长和缩回以使这些分力减小到零。与此操作的目标距离相对应的主控信号从控制器99的中心偏离控制单元101中输出并响应于此主控信号而起动相关的液压缸60。

在以上所述的方式中，有可能在钻孔作业期间控制钻机机组8的空间方位，因此，钻机机组8沿着其整个周面基本上承受到相等的力。这使得有可能在进行钻掘的同时始终使钻机机组8的中心轴线与导向钻杆7的中心轴线基本上保持重合，也就是与目标钻孔7a的中心轴线保持重合。

以上所述构成的钻进钻孔机的第一实施例与上述图1A至1F所示的钻进钻孔方法结合也可经固定机构由目标钻孔7a的壁来承受反作用力并且也可由导向钻杆7来承受反作用力，因而可限制和减少在钻进过程中钻机机组8的摆动。这使得有可能沿导向钻杆7的延伸方向进行钻孔，而可使钻机机组8的中心轴线相对于目标钻孔7a的中心轴线的中心偏离和发生钻机机组8的倾斜减至最小，以致可钻掘一高垂直精度的钻孔7a。在钻进过程中就基本上不需要调整钻机机组8的空间方位，从而使得有可能提高钻进作业的效率。再说，钻孔7a可以高垂直精度地加以形成，以致不再需要使钻孔7a做得不必要地大。在把混凝土灌入钻进后的钻孔7a时，混凝土可以最小损失量加以浇注。

另外，土方钻进挖斗19a也用作排土机构。不论地基的状况和钻进的深度，土方钻进挖斗19a允许在其中堆积与土方钻进挖斗19a的容量相当的数量的已钻出土壤和石块。因此，有可能进行这种钻出的土壤和石块的排出，而无须任何专门的排土机构。

在上述实施例中，在用第二钻机机组8开始钻进时，反作用力由安装在井架62上的各个支柱71上的反作用力支承板76来承受。因此，不需要其它大型构件来承受钻进反作用力，从而产生经济上的利益。

再说，反作用力在钻进过程中由以上所述的目标钻孔74的壁和导向钻杆7所承受。因此，对第二钻机机组8本身而言就不需要(不必)考虑承受大的反作用力，为此第二钻机机组8可做得小而轻。另外，导向钻杆7可设计成能具有如此较小的直径，使得可把它插入直径小于目标钻孔7a的导向孔(定位孔)6中。由于这些特点，可形成其总体形状小和重量轻的钻进钻孔机，该钻孔机包括装有井内结具2、导向钻杆7的第一钻机机组和第二钻机机组8。因此，把包括第一钻机机组及其上所装的井内钻具2、导向钻杆7和第二钻机机组8的钻进钻孔机搬运到钻进现场就比较容易。因为可减小钻进所需要的工序数，有可能做到降低钻进成本。

为了形成具有较大直径的目标钻孔7a，只需要调整钻具的尺寸，例如与目标钻孔7a的直径相一致的第二钻机机组8上的土方钻进挖斗19a。尽管这种大的钻孔的成形以前曾被认为是相当困难的，但在不引起导向钻杆7和第二钻机机组8的尺寸和重量实质性增加的情况下，3至4米左右直径的目标钻孔可易于加以形成的。

如以上所说明了的那样，因为把钻机钻孔机搬运到钻进现场的工作是比较容易和3至4米左右的大直径目标钻孔可很快地加以形成，根据本实施例的钻进钻孔机也可应用于山区的输电塔或诸如此类的基础钻孔的构筑，不过这种基础钻孔的构筑迄今还由手工钻进来完成。

当本实施例的钻进钻孔机代替手工钻进而应用于如上所述的山区中的输电塔的基础钻孔的构筑时，可明显地提高钻进作业的效率。

根据本发明的钻进钻孔机的第二实施例下面将结合附图21和22加以说明。

作为排土机构，本第二实施例设有排出破碎土壤和石块的机构，这些粉碎土壤和石块通过真空吸入，换言之，使用空气压力而被堆积在土方钻进挖斗19a的临时储存部分19c。

根据本第二实施例，一真空单元102被安置在地基上和一储存破碎土壤和石块的装料斗104被安放在井架62上。在装料斗104和真空单元102之间的管路中，安装有一过滤器103。一排土管105的一端与装料斗104连接其下端则处于面对土方钻进挖斗19a的临时储存部19c的位置。其余结构类似于以上所述的第一实施例的相应结构。

在此第二实施例中，当由于钻进作业的结果而想要排出堆积在土方钻进挖斗19a的临时储存部19c中的破碎土壤和石块时，开动真空单元102。在真空单元102工作时，将临时储存部19c中的破碎土壤和石块吸入到排土管105并把它储存在装料斗104中，顺便地说，由真空单元102所吸入的空气是在过滤单元103中加以净化的。在这种情况下，已从土方钻进挖斗19a的临时储存部19c中卸出的破碎土壤和石块被储存在装料斗104中，就可用适当机构打开装料斗104的下部从井架中取出粉碎土壤和石块。其它的有益效果类似于上述根据本发明钻进钻孔机的第一实施例中所获得的效果。

以下，根据本发明的钻进钻孔机的第三实施例将结合附图23加以说明。

在第三实施例中，一作为安装在第二钻机机组8的可移动单元21的下限点上的钻具，一由旋转滚轮钻进地基1的齿轮钻头106安装在上述图22所示的第二实施例的土方钻进挖斗19a的适当位置上。其余的结构类似于上述图22中所示的第二实施例的相应结构。上述所构成的钻进钻孔机也能在地基中精确地钻掘一目标钻孔7a。

在以上所述的第一至第三实施例中，导向钻杆是如此构成的，即可把它分成多个部分。在目标钻孔7a的钻进距离较短的地方，可配置(装配)不含这种可分开部分的导向钻杆7。

另外，上述第一至第三实施例各设有作为驱动固定机构可延伸板61的机构的液压缸60。不过，有可能采用这样的结构，即可配置一电动机来代替液压缸60、安装诸如齿条或类似部件那样的转换机构而使电动机的转动转变成线性运动并可通过该转换机构使可延伸板61能前进或后退。顺便地说，四个固定机构则安装在水平面上的前、后、左和右的位置。不过，仅有两固定机构可按相互对置关系布置仅有三个固定机构按等间隔关系布置。如需要的话，也可安装五个或五个以上的固定机构。

在以上所述的第一至第三实施例中，都配置了负载传感器77，角度传度器93和距离(间距)传感器94。但是，因为目标钻孔7a可基本上不依赖这些检测信号而以高垂直精度加以钻进，因此有可能把它们设计没有这些传感器77，93，94的实施例。

另外，在以上所述的第一至第三实施例的每一个中，作为固定机构都装有液压马达20。替代这些液压缸20的布置是电动机。

在以上所述的第一至第三实施例中，把土方钻进挖斗19a、钻具或真空单元102安排为排土机构。但是，有可能配置对着钻进区域的破碎土壤和石块喷吹压缩空气的机构并在对着该粉碎土壤和石块喷吹压缩空气以将它们排除。作为另一种替换，也可设置用水压排土的机构。

由于根据本申请的权利要求1-35的钻进钻孔方法及钻进钻孔机设计成能通过以上所述的目标钻孔的壁和导向钻杆来承受钻进的反作用力，钻掘目标钻孔的钻机机组可制成一不要求本身承受大的钻进反作用力的、小型和轻便的结构。因此，钻进钻孔机可按轮廓尺寸小和重量轻地加以构成。为把钻进钻孔机搬运到钻进现场所需要的工作是较容易的，因此，可减少钻进所需的工序数量，从而使得有可能与传统钻进钻孔机相比可降低钻探成本。

另外，为形成具有较大直径的目标钻孔，只需要调整钻具的尺寸，在钻进钻孔机上装上与目标钻孔的直径相一致的钻具。这使得有可能易于在不需要扩大导向钻杆和钻进钻孔机的实际尺寸的情况下钻进一所需尺寸的目标钻孔。因此，尽管大的目标钻孔的形成以前(曾)是很困难的，但具有3至4米左右的大直径的目标钻孔可在地基中加以构筑。

如以上所说明了的那样，对钻进现场的搬运工作已变成相当容易，3至4米左右大直径的目标钻孔的形成是可以做到的。因此，虽然基础钻孔以前曾经由手工钻进所完成，但根据本发明的钻进钻孔方法和钻进钻孔机也可应用于在多山区中的输电塔的基础钻孔等的形成。在根据本发明的钻进钻孔方法和钻进钻孔机应用于多山区中的输电塔等的基础钻孔的形成时，钻进作业的效率可明显地得到提高。

另外，钻进反作用力可由以上所述的目标钻孔的壁和导向钻杆来承受。这使得有可能限制和减小在钻进作业期间钻进钻孔机的摆动，因而有可能限制钻进钻孔机的中心轴线相对于目标钻孔的中心轴线的中心偏离，并还限制钻进钻孔机发生倾斜，以致目标钻孔可笔直地沿着导向钻杆延伸部分而加以形成。因此，在水平面上基本上不需要调整钻进钻孔机的空间方位，从而使在进行钻进作业时的控制变得较容易。与传统技术相比较，根据本发明的钻进钻孔方法可有效地形成具有更精确垂直度的钻孔。

特别是在根据权利要求21的钻进钻孔机中，钻具为土方钻进挖斗，该土方钻进挖斗也可用作排土机构。排土作业可通过提升和降下悬挂状态的土方钻进挖斗而有效地达到。大体上讲，不需要配置其它排土机构。因此，钻进钻孔机可提高钻出的土壤和石块的排出作业的有效性，并且是经济的，这是因为钻进钻孔机的构造所需的部件数量可保持得较少。

Claims (33)

1．一种钻进钻孔方法，其特征在于：

在地基(1)中钻进一具有直径小于目标钻孔(7a)的导向孔(6)；

把导向钻杆(7)插入所述导向孔中；

通过直立安装在所述导向孔(6)一开口上方的一井架(62)上的一定位销(78)使所插入的导向钻杆(7)的上端定位；

把钻机机组(8)安装在所述导向钻杆上，所述钻机机组(8)具有一钻进所述地基的钻具(19d、19e)，使所述钻具旋转的机构(20)、驱动所述钻具的机构(21)和相对于所述地基固定所述钻机机组的主体的机构(62)；

可选择地起动安装在所述导向钻杆上的所述钻机机组的所述旋转机构、驱动机构和固定机构，因而使所述钻具能沿着所述导向钻杆推进以钻掘所述目标钻孔。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包括：

在所述目标钻孔已钻进第一预定间距范围内之后，停止所述钻机机组的运作；

把所述钻机机组的主体和所述地基分离开并使所述主体移动一段与所述第一预定间距对应的距离；

再相对于地基固定所述主体并使所述钻具沿着导向钻杆推进以在第二预定直线间距范围内钻掘所述地基；

使所述钻具在所述第二预定直线间距范围内退回并回转一预定角度；

使所述钻具沿着所述导向钻杆推进以在第三预定直线间距范围内钻掘所述地基；

在所述第二预定直线间距范围内重复所述钻具的所述退回，所述钻具在所述角度内转动，并在所述第三预定直线间距范围内通过所述钻孔延伸而钻进，借此，所述目标钻孔在第四预定间距范围内得以钻进；

重复与前述相同的操作一直到在其整个长度范围内形成所述目标钻孔。

3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于在为钻掘所述目标钻孔而使所述钻具沿着所述导向钻杆推进时，使所述钻孔机在转动下推进。

4．根据权利要求3所述的方法，其特征在于在所述的方法包括：

在所述目标钻孔已在第一预定间距范围内加以钻进后，停止所述钻机机组的作业；

把所述钻机机组的主体和所述地基分离开并使所述主体移动一段与所述第一预定间距对应的距离；

再相对于所述地基固定所述主体，并使所述钻具沿着所述导向钻杆推进以在第二预定直线间距范围内钻掘所述地基；

重复类似的操作一直到在其整个长度范围内形成所述目标钻孔。

5．根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于把所述破碎土壤和石块从所述地基中取出。

6．根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于所述目标钻孔为一在垂直方向延伸所形成的垂直钻孔。

7．根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于所述目标钻孔是一在水平方向延伸所形成的水平钻孔。

8．根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于目标钻孔在其整个长度范围内形成后，从所述目标钻孔中取出所述钻机机组。

9．根据权利要求8所述的方法，其特征在于在取出所述钻机机组后，也从所述导向钻孔中取出导向钻杆。

10．根据权利要求9所述的方法，其特征在于在所述导向钻杆事先被分开后，取出导向钻杆。

11．一种钻进钻孔机，其特征在于：

一第一钻机机组(3)，它用来在地基(1)中钻进一直径小于目标钻孔(7a)的导向孔(6)；

一导向钻杆(7)，它被用来插入由所述第一钻机机组所形成的所述导向孔；

一第二钻机机组(8)，它具有相对于所述地基固定所述第二钻机机组的主体的机构(62)和一钻具，所述第二钻机机组通过所述导向钻杆的导向以钻掘所述目标钻孔；以及

一井架(62)，它用来支承所述第二钻机机组(8)，以及通过一定位销(78)使所述导向钻杆(7)的上端定位。

12．根据权利要求11所述的钻进钻孔机，其特征在于所述的第二钻机机组包括：

一主机体，它具有一可通过所述导向钻杆贴着所述目标钻孔的壁可固定的固定单元(10)和一可沿着所述导向钻杆的长度移动的可移动单元(12)；

使所述固定单元对着所述目标钻孔的壁固定的机构(60，61)；

所述的安装在所述可移动单元上的钻具，用于钻掘所述地基中的所述目标钻孔；

使所述钻具转动的机构；

推进所述可移动单元的机构，所述推进机构在其一端上与所述可移动单元连接，而在其相对端上与所述固定单元连接。

13．根据权利要求12所述的钻进钻孔机，其特征在于所述可移动单元具有一在环绕所述导向钻杆的壁和所述目标钻孔的壁的转动受限制的非转动部分(16)和一在环绕所述导向钻杆的壁和目标钻孔壁的转动不受约束的转动部分(18)；所述钻具安装在所述转动部分上。

14．根据权利要求12-13的任一项所述的钻进钻孔机，其特征在于所述固定机构包括一液压缸(60)和一可延伸板(61)，该延伸板在起动所述液压缸时紧贴在所述目标钻孔的壁上而配置的。

15．根据权利要求12-13任一项所述的钻进钻孔机，其特征在于所述旋转机构为液压马达(20)和电动机两者中的一种。

16．根据权利要求12-13任一项所述的钻进钻孔机，其特征在于所述推进机构包括一液压缸。

17．根据权利要求11-13的任一项所述的钻进钻孔机，其特征在于所述钻具是一土方钻进挖斗(19a)。

18．根据权利要求11-13的任一项所述的钻进钻孔机，其特征在于所述钻具是一齿轮钻头(106)。

19．根据权利要求11-13的任一项所述的钻进钻孔机，其特征在于所述第一钻机机组具有一钻进所述导向孔的井内钻具(2)。

20．根据权利要求11-13的任一项所述的钻进钻孔机，其特征在于所述钻进钻孔机附加地设有机构(82；102-105)，它可用来把通过由所述第二钻机机组的钻具钻进所述地基中所产生的钻挖出的土壤(83)排出到地基的外面。

21．根据权利要求20所述的钻进钻孔机，其特征在于所述第二钻机机组的钻具是土方钻进挖斗(19a)和所述土方钻进挖斗也用作钻挖出土壤的排出机构。

22．根据权利要求20所述的钻进钻孔机，其特征在于所述钻挖出的土壤排出机构至少是使用气压排出钻出的土的机构和使用液压排出钻挖出的土壤的机构之中的一个。

23．根据权利要求11所述的钻进钻孔机，其特征在于所述的导向钻杆是可分开的。

24．根据权利要求11所述的钻进钻孔机，其特征在于所述的钻进钻孔机另外设有从所述地基中把所述第二钻机机组取出的机构。

25．根据权利要求24所述的钻进钻孔机，其特征在于所述的取出机构具有一钢丝绳(65)。

26．根据权利要求11所述的钻进钻孔机，其特征在于所述钻具包括一土方钻进挖斗(19a)、一固定钻头(19d)和一可移动钻头(19e)。

27．根据权利要求26所述的钻进钻孔机，其特征在于所述钻进钻孔机附加设有作动所述可移动钻头的液压缸(19f)。

28．根据权利要求11所述的钻进钻孔机，其特征在于所述井架具有一能提升或降下悬挂状态的所述第二钻机机组的绞盘(63)。

29．根据权利要求28所述的钻进钻孔机，其特征在于所述井架还设有一支承所述绞盘的支架(73)和移动所述支架的机构。

30．根据权利要求29所述的钻进钻孔机，其特征在于所述可移动机构包括一些安装在所述井架上的导轨(74)和安装在所述支架(73)上并可在导轨上滚动的滚轮。

31．根据权利要求11所述的钻进钻孔机，其特征在于所述井架在所述销(78)上还设有一检测所述导向钻杆所受到的负荷的负载传感器(77)。

32．根据权利要求11或31所述的钻进钻孔机，其特征在于所述井架还设有一用于使所述销(78)定位的液压缸(79)。

33．根据权利要求11所述的钻进钻孔机，其特征在于所述井架另外设有一与所述固定机构可结合的反作用力支承板(76)。

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