JP2020076298A - 削岩機、リグ、及び岩面を補強する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】削孔した孔にグラウチング材を供給することが可能な、新規かつ改善された削岩機を提供する。【解決手段】削岩機６と、削岩リグと、グラウチング材を用いて岩面を補強する方法である。削岩機を通して、削岩機に接続されている削岩ツール７にグラウチング材１３が供給される。削岩機は、グラウチング材の供給に利用されるフラッシングフィードパスを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、岩面を削岩ボルトで補強する際に、グラウチング材をドリル孔に注入する装置に関する。ドリル孔は、グラウチング材を供給する手段を備える削岩機を用いて削孔される。

本発明はさらに、グラウチング材を注入する装置を備える削岩リグと、岩面を補強する方法と、に関する。

本発明の分野は、各独立請求項のプリアンブルにより具体的に定義されている。

採掘現場や建設現場において、及び、他の作業エリアにて、岩面を補強することで、意図する目的のための安全性及び適合性を保証する必要がある。岩石の補強に共通する方法は、岩石をボルト締めすることである。そのような補強システムでは、様々な削岩ボルトが、削孔した孔内にグラウチング材により固定される。このようにして岩石層を共に接合し、崩壊のリスクを減らしている。グラウチング材を挿入するために、各種の様々なシステムがある。しかし、現在の注入手段において、いくらかの欠点が含まれることが示されている。

本発明の目的は、削孔した孔にグラウチング材を供給することが可能な、新規且つ改善された削岩機を提供することである。本発明はさらに、新規且つ改善された削岩リグと、岩面を補強する際にグラウチング材を供給する方法と、に関する。

本発明に係る削岩機は、第１の独立の、装置請求項を示す特徴により特徴づけられている。

本発明に係る削岩リグは、第２の独立の、装置請求項を示す特徴により特徴づけられている。

本発明に係る方法は、独立の、方法請求項を示す特徴及びステップにより特徴づけられている。

開示するソリューションのアイデアとは、削岩機が、削孔した孔にグラウチング材を供給する、統合されている手段を含むことである。この手段は、削岩機の少なくとも１つのフラッシングフィードパスにグラウチング材を供給する少なくとも１つのフィードポートを含む。上記のフラッシングフィードパスは、フィードポートに供給されるグラウチング材を、削岩機を介して、削岩機に接続可能な削岩ツールに運ぶよう構成されている。開示するソリューションでは、グラウチング材は、削岩機の内部構造を通して供給される。グラウチング材は、削岩機の内側のフラッシングシステムの１つ又はそれ以上のコンポーネントに接触する。

開示するソリューションの利点は、グラウチング材が、削岩材の基本構造を通して供給される際に、削岩機が、前端と削岩ツールとの間に配置されるいずれの個別のフィードアダプタを必要としなくてよいことである。換言すると、削岩ツールは、シャンク又はこれに相当する、削岩機の、統合されている要素に直接接続されてよい。この特徴の利点は、追加的なフィードアダプタが省かれる場合に、削岩機器は短くなり得、さらに、余剰アダプタの重量による減衰効果がない場合に、削岩機のインパクトデバイスが生成する衝撃パルスが、より効果的に削岩ツールに伝わることである。

開示するソリューションのさらなる利点は、既知のソリューションが、複雑な注入アダプタを備える場合に比べて、この構造はシンプル且つ高耐久となることである。開示するソリューションは、各種の削岩機に実装され得、また、既存のデバイスに容易に組み込まれ得る。

ある実施形態によると、削岩機は、削岩ツールにフラッシングフルードを供給するフラッシングシステムを含む。フラッシングシステムは、加圧した流体の流れを削岩ツールに向ける際に、そのような圧縮空気又は水の源に接続可能である。これによりドリルビットは冷却され、削孔による屑を削孔した孔から流し出す。グラウチング材の上記のフィードポートは、統合されているフラッシングシステムと流体接続されるよう配置されてよい。グラウチング材は、フラッシングシステムを通して削岩ツールに供給される。本実施形態の利点は、基本フラッシングシステムを利用する際に、個別のフルードチャネルもホースも必要でなくなり、構造がシンプル且つ高耐久となり得ることである。さらなる利点は、グラウチングを終えた後に、削岩機の内側からグラウチング材をフラッシングするためにフラッシングフルードを使用してよいことである。

ある実施形態によると、削岩機を通してグラウチング材が供給された後に、削岩機の内部構造のフラッシングが行われる。フラッシングは、各ドリル孔を削孔した後に、又は、代替的に、様々なドリル孔への注入を含む注入シーケンスを終えた後にのみ行われてよい。

ある実施形態によると、削孔ユニットの基本フラッシングシステムは、削孔作業中に、削岩ツールにフラッシングフルードを供給することと、グラウチング材又はフルードを供給することと、の２つの目的を有する。一方、フラッシングシステムは、グラウチング材の残留物の、削岩機の外へのフラッシングを行うために使用されるため、フラッシングシステムは実際に３つの目的を有してよい。

ある実施形態によると、削岩機は、フラッシングハウジングと、フラッシングハウジングにフラッシングフルードを供給する少なくとも１つのフラッシングポートと、を含む。フラッシングハウジングの内側の内部空間は、中空削岩ツールと流体接続されている。グラウチング材のためのフィードポートは、フラッシングハウジングに位置する。これにより、フラッシングハウジングを通して削岩ツールにグラウチング材が供給されるよう構成されている。フラッシングハウジングは通常、削岩機の前部に位置する。上記のグラウチングフィードポートをフラッシングハウジングに配置することは、そのハウジングの基本構造がシンプルなために比較的容易である。さらに、従来のフラッシングハウジングを、この改善されたフラッシングハウジングに置き換えることは容易であり、これにより本ソリューションが広範に実施され得る。

ある実施形態によると、フラッシングハウジング又はフラッシングヘッドは、少なくとも１つのフラッシングフルードフィード導管及び少なくとも１つのグラウチング材フィード導管に接続される。さらに、グラウチング材が樹脂であり、フラッシングハウジングと接続して混合が実行される場合、フラッシングハウジングは、３つのフィード導管、すなわち、フラッシングフルードフィード導管と、２つの樹脂成分フィード導管に接続される。

ある実施形態によると、削岩機の後端部、つまり、削岩ツールに対して反対側にある端は、後端部から前端部に向けて、そして、削岩機に接続されている削岩ツールに最終的にグラウチング材を供給するフィードポートを備える。グラウチング材は、削岩機の内側の１つ又はそれ以上の長手方向の導管の内側を流れるよう配置されてよい。導管は、例えば、削岩機のインパクトデバイスのピストンの中央を通るよう配置されてよい。削岩機は、後部供給原理を利用し、削岩機の全体を通過するフラッシング路を含むフラッシングシステムを備えてよい。グラウチング材のフィードシステムは、既存の後部フィードフラッシングチャネルと、他の手段と、を実装してよい。

ある実施形態によると、グラウチング材及びフラッシングフルードは、同じフィードポートを通して、フラッシングシステム又はハウジングに供給される。フラッシングシステム又はハウジングは、グラウチング材及びフラッシングフルードを供給することの双方に共通する単一のフィードポートを有する。この実施形態では、基本フラッシングシステムを改修する必要はない。

ある実施形態によると、混合デバイスは、削岩ツール及び削岩機の前端から、後方端に向かう距離に位置する。換言すると、混合デバイスは、削岩機の最前端の前に位置する。このようにして、従来の削岩ツール及び自己削孔ボルトアンカーが使用されてよく、前端と削岩ツールとの間には、個別の混合アダプタも、これに相当する追加的な要素も必要とされない。

ある実施形態によると、グラウチング材は、フラッシングシステムに入る前に予め混合される。混合デバイスは、削岩機の一側面に支持されてよい。混合デバイスが、削岩機の内部構造の外側に位置する場合、混合デバイスの保守点検が容易になり得、混合デバイスが必要により容易に交換され得る。さらなる利便として、グラウチング材を供給することにより、基本フラッシングハウジング又はヘッドの改修が必要とはならない。したがって、グラウチング材フィードシステムは、既存の削岩機に組み込まれてよい。さらに、開示する、グラウチング材フィードシステム及びここに含まれる混合デバイスの外部取り付けは、デバイス及びシステムのホースの柔軟な取り付け及び位置決めを提示する。

ある実施形態によると、フラッシングフルードフィードライン又は導管は、グラウチングフィードユニットを備えてよい。グラウチングフィードユニットは、フラッシングフィードシステムに容易に取り付けられ得る。これによりグラウチングシステムの保守点検が容易に可能となり、その組み込みもまた容易となる。グラウチングフィードユニットは、少なくともグラウチングフィードバルブを含んでよく、混合デバイスもまた追加的に含んでよい。

ある実施形態によると、削岩機は、グラウチング樹脂の少なくとも２つの樹脂成分を互いに混合する混合デバイスを備える。混合デバイスは、削岩機の内側に統合されてもよいし、これはまた、削岩機の外面に取り付けた外部デバイスであってよい。

ある実施形態によると、混合デバイスは、削岩機の本体の外側に位置しており、フィードポートと流体接続されているフィード導管に取り付けられる。換言すると、混合デバイスは、グラウチング材が削岩機の内部構造に入る前の混合を予め実行する外部ユニットである。

ある実施形態によると、混合デバイスは、削岩機の本体の内側に位置しており、フィードポートと接続して配置されている。混合デバイスは、フィードポートに取り付けたリムーバブルカートリッジ又はユニットを含んでよい。混合デバイスは、削岩機の本体の内側に位置してよく、必要に応じて容易に取り外されてよい。

ある実施形態によると、混合デバイスは、削岩機のフラッシングハウジングの内側に位置する。本ソリューションの利点は、混合デバイスが、フラッシングハウジングの構造により保護されることである。さらなる利点は、混合デバイス又はその要素が、フラッシングハウジングの内側に位置し、通常のフラッシング動作が行われる場合、フラッシング水によるフラッシングが自動的且つ効果的に行われることである。

ある実施形態によると、混合デバイスは、ねじ面、スパイラル、迷路、又はこれらに相当する形状の面を含み、供給される２つの個別の樹脂成分の流体の流れを混合し、単一の同質の樹脂の集合体を形成する。混合デバイスの構造は、上記の混合要素の代用及び必要に応じての洗浄が容易且つ迅速に行われるよう設計されてよい。混合デバイスは、保守点検を促進するために、カートリッジタイプの混合要素を含んでよい。

ある実施形態によると、グラウチング樹脂は、成分Ａ及び成分Ｂを含む２つの成分から形成される。樹脂成分Ａはベース成分であり、樹脂成分Ｂは硬化剤である。成分Ａはベース樹脂とも呼ばれ、成分Ｂは触媒とも呼ばれる。グラウチング樹脂を使用することの利点は、養生を迅速に終えることができ、挿入した削岩ボルトの締結が最小の待ち時間にて実行されることである。このようにして、補強プロセスの効率が改善され得る。

ある実施形態によると、削孔した孔に削岩機を介して供給されるグラウチング材は、コンクリート又は他のセメントベースのグラウチング材である。グラウチングセメントは、フィードポートに供給される前に水と予め混合されてよい。又は、代替的に、グラウチングコンクリートの２つの成分が個別にフィードポートに供給され、削岩機と接続して配置されている混合デバイスにて後に混合されてよい。この予備混合デバイスは、例えば、削岩機の外側に位置してよく、グラウチングフィードラインに接続されてよい。グラウチング材が２つの成分としてフィードポートに供給される場合に、混合デバイスは、フィードポート又はフラッシングハウジングの内側に位置してよい。すべての場合において、グラウチング材が削岩機を出る前に混合が行われる。

ある実施形態によると、削岩機に接続可能な削岩ツールは自己削孔アンカーボルトであり、この自己削孔アンカーボルトは、それ自体を通してフラッシングフルード及び注入されたグラウチング材を供給する中空シャフトと、そのボルトの遠位端にあるドリルビットと、を含む。削孔が完了すると、削岩ツールはドリル孔の内側に残される。この実施形態では、削岩ボルトは、削岩ツール、グラウチング材インジェクタ、及び、テンションの掛けられた岩石補強要素としての用に供する。この利点は、プロセスの全体が、ドリル孔から離れてのいずれの位置決め動作を必要とすることなく、削岩機を用いて実行できることである。プロセスはしたがって、迅速且つ効果的となり得る。

ある実施形態によると、削岩ツールは、１つ又はそれ以上の削孔ロッドと、個別のドリルビットと、を含む従来のタイプの削岩ツールである。削岩ツールは、削孔フェーズ後に後退するよう構成されている。後退フェーズと同時に、削孔した孔の内側の削岩ツールを通して、グラウチング材が注入される。補強削岩ボルトは、注入フェーズの後に、ドリル孔に挿入される。補強ボルトの取り付けは、削孔した孔に位置決めされた個別のボルト供給デバイスを用いて実行される。

ある実施形態によると、本ソリューションは、本文書に開示する削岩機を備える削岩リグに関する。削岩リグは、ムーバブルキャリアと、キャリアに接続されている１つ又はそれ以上の削孔ブームと、を含む。削孔ブームのそれぞれは、その遠位端部に削孔ユニットを備える。削孔ユニットは、削岩機を可動式にそれらに支持するフィードビームを含む。削岩機は、削岩機に接続可能な削岩ツールにグラウチング材を供給する手段を含む。グラウチング材はこれにより、削岩機及び削岩ツールを通して、削孔されたドリル孔に注入されてよい。グラウチング材は、削岩機の内部構造を通して供給され、個別のフィードアダプタ又はこれに相当する個別のフィードコンポーネントを必要としない。

ある実施形態によると、本ソリューションは、岩面を補強する方法に関する。この方法では、ドリル孔がまず、削岩機を用いて岩面に削孔される。この後に、削岩機及び削岩ツールを通して、削孔した孔にグラウチング材が注入される。グラウチング材が挿入されたドリル孔には、削岩ボルトが提供される。これは、グラウチング材の養生が終了した後に岩石に強固に固定される。

ある実施形態によると、本ソリューションは、樹脂をグラウチング材として使用する方法に関する。削岩機と接続して配置されている混合デバイスを用いて、樹脂グラウチング材の樹脂成分が混合される。換言すると、成分は、成分フィードチャネル又はチューブを用いて削岩機に運ばれ、削岩機のみにて共に混合される。上記の混合デバイスは、グラウチング樹脂が注入された後か、又は、グラウチングサイクルが終了した後に、フラッシングフルードを用いてのフラッシングが行われてよい。フラッシングは、水又は樹脂成分の１つ、つまり、ベース成分又は硬化成分のいずれかを使用して行われ得る。

上記に開示する各実施形態及び特徴は、必要である上記の特徴を有する適切なソリューションを形成するために、組み合わされてよい。

いくつかの実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。

地下での削孔を意図する削岩リグの概略側面図である。 削孔した孔に、削岩機の内部構造及び削岩ツールを介してグラウチング材を供給するシステムを備える削岩機の概略上面図である。 代替的なグラウチング材供給配置の概略上面図である。 削岩機の全体を通してフラッシング剤及びグラウチング材を軸方向に供給することを意図する後部フィードシステムを備える削岩機の概略上面図である。 岩石を補強することに関するいくつかの原理及び特徴を示す図である。明確性のため、各図面は、開示するソリューションのいくつかの実施形態を簡略化して示す。図中、同じ参照番号は、同様の要素を特定する。

図１は、削岩リグ１を示す。削岩リグ１は、ムーバブルキャリア２と、キャリア２に接続されている少なくとも１つのブーム３と、を含む。ブーム３の遠位端部位には、削孔ユニット４がある。削孔ユニット４は、フィードビーム５と、フィードビーム５に支持された削岩機６と、を含んでよい。削岩ツール７は、削岩機６に接続可能である。削岩機６は、その長手方向の軸を中心に削岩ツール７を回転させる回転デバイスを少なくとも含む。削岩機６が、打撃を与えるような削孔原理を実装する場合、削岩機６は、削岩ツール７に伝わる衝撃パルスを生成するインパクトデバイスを含む。削岩機６及びブーム３は、補強削岩ボルトを取り付けるために、トンネルや他の地下空間の壁や天井にドリル孔を削孔できるよう旋回してよい。削孔ユニット４は、削孔した孔にボルトを取り付ける個別のボルトフィーダデバイス８を含んでよい。又は、代替的に、自己削孔ボルトを使用してよい。この場合、個別のフィーダ８を必要としない。削岩機６は、削孔した孔にグラウチング材を供給する手段を含む。明確にするために、図２〜図４は、グラウチング材を供給するデバイスを図示しない。

図２は、回転デバイス９と、インパクトデバイス１０と、を含む削岩機６を開示する。削岩ツール７は、シャンク１１又はこれに相当する取り付け要素に接続されている。削岩ツール７は、ドリル孔１２を生成する。削孔が完了すると、削岩ツール１２を通してグラウチング材１３がドリル孔１２の内側に注入される。削岩機６の前端部には、削岩機６の基本フラッシングシステムＦＳの一部であるフラッシングハウジング１４がある。水や圧縮空気などのフラッシングフルードは、フラッシングハウジング１４の内側のフラッシングフィードポート１５を通して運ばれてよい。削岩ツール７の後端は、フラッシングハウジング１４の内部空間と流体接続されている。これにより、供給されたフラッシングフルードが削岩ツールの中央のフラッシングチャネルＦＣに入ってよい。供給されたフラッシングフルードは、ドリルビット１６のフラッシング開口を通して排出されてよい。フラッシングシステムＦＳは、フラッシング剤の供給を制御するフラッシングバルブ１７又はこれに相当する要素をさらに含んでよい。

図２はさらに、フラッシングハウジング１４が、フラッシングハウジング１４及びフラッシングチャネルＦＣを通して、削孔した孔１２にグラウチング材を供給する専用フィードポート１８を含むことを開示する。グラウチング材フィードシステムＧＳは、グラウチング材の成分Ａ及び成分Ｂを混合デバイスＭに運ぶよう構成されている、ポンプなどの加圧源１９もまた含む。混合デバイスＭは、成分が適切に反応し、続いて硬化プロセスが始まるよう、スパイラル又は迷路などの適切な混合要素を用いて、成分を共に混合する。予め混合された集合体はその後、フラッシングハウジング１４へのグラウチング材の供給フローを制御するフィードバルブ２０に運ばれる。混合デバイスＭ、フィードバルブ２０、フィードチャネル、及びフラッシングハウジング１４は、グラウチング材フィードシステムＧＳを通して成分Ａ又は成分Ｂの１つを供給することによる、混合した集合体を除去するためのフラッシングが行われてよい。フィードバルブ２０は、代替的に、混合デバイスＭの前に位置してよい。さらに、混合デバイスＭは、代替的に、参考Ｍ´が示すように、フィードポート１８に位置してよい。削岩機６及びそのフラッシングシステムＦＳ並びにグラウチング材フィードシステムＧＳの作動は、１つ又はそれ以上のプロセッサと、含まれるデバイスを制御する制御命令及びストラテジを含むコンピュータプログラムと、を備える１つ又はそれ以上のコントロールユニットＣＵを用いて制御されてよい。

図３は、フラッシングシステムＦＳ及びグラウチング材フィードシステムＧＳが、フラッシングハウジング１４を通して削岩ツール７にフラッシング剤又はグラウチング材のいずれかを供給する単一の共通フィードポート１８を利用するという点において、図２のソリューションとは異なる削岩機６を開示する。さらに、フィードバルブ２０は、フラッシングパスへのフラッシング剤及びグラウチング材の供給を制御するよう構成されている。

図４は、インパクトデバイス１０及び回転デバイス８を通る中央軸路を通してフラッシング剤及びグラウチング材が運ばれる、後部供給原理を利用する削岩機６を開示する。この実施形態では、削岩機６の前端にはフラッシングハウジングは必要でない。インパクトデバイスは、ピストン２１を含んでよい。ピストン２１は、それを通してシャンク１１に向けてフラッシング剤又はグラウチング材を導く中央開口を備える。シャンク１１はまた、回転デバイス９と共に中央開口を有する。

加圧デバイス１９と、成分Ａ及び成分Ｂのストレージと、は、削岩リグのキャリア上に位置してよい。成分は、ホースを通して削岩機に運ばれてよい。同原理はまた、フラッシングシステムにも関連する。

図５は、開示する補強方法に関する特徴及びステップを開示する。これらの課題についてはすでに、本書にて上述されている。

図面及び関連する記述は、本発明のアイデアを示すことのみを意図している。その詳細において、本発明は、特許請求の範囲内にて異なってよい。

Claims (9)

1. 削岩機（６）であって、
   フラッシングハウジング（１４）と、
   フラッシングフルードを前記フラッシングハウジング（１４）に供給する少なくとも１つのフラッシングポート（１５）と、
   グラウチング材（１３）のための少なくとも１つのフィードポート（１８）と、
   前記フィードポート（１８）と流体接続されており、前記フィードポート（１８）に供給される前記グラウチング材を、前記削岩機（６）を介して、前記削岩機（６）に接続可能な削岩ツール（７）に運ぶよう構成されている少なくとも１つのフラッシングフィードパスと、
   を含み、
   前記グラウチング材（１３）のための前記フィードポート（１８）は、前記フラッシングハウジング（１４）に位置しており、これにより前記グラウチング材（１３）が、前記フラッシングハウジング（１４）を通して前記削岩ツール（７）に供給されるよう構成されていることを特徴とする、削岩機（６）。
2. 前記削岩機（６）は、前記削岩ツール（７）にフラッシングフルードを供給するフラッシングシステム（ＦＳ）を含み、
   前記フィードポート（１８）は、前記グラウチング材（１３）を、前記フラッシングシステム（ＦＳ）を通して前記削岩ツール（７）に供給する、統合されている前記フラッシングシステム（ＦＳ）と流体接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の削岩機。
3. 前記グラウチング材（１３）及び前記フラッシングフルードが、同じ前記フィードポート（１８）を通して前記フラッシングシステム（ＦＳ）に供給されるよう構成されており、これにより前記フラッシングシステム（ＦＳ）は、前記グラウチング材（１３）及び前記フラッシングフルードを供給することの双方に共通する単一の前記フィードポート（１８）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の削岩機。
4. 前記削岩機（６）は、グラウチング樹脂の少なくとも２つの樹脂成分（Ａ、Ｂ）を互いに混合する混合デバイス（Ｍ）を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の削岩機。
5. 前記削岩機（６）に接続可能な前記削岩ツール（７）は自己削孔アンカーボルトであり、前記自己削孔アンカーボルトは、それ自体を通して前記フラッシングフルード及び注入された前記グラウチング材（１３）を供給する中空シャフトと、前記ボルトの遠位端にあるドリルビット（１６）と、を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の削岩機。
6. ムーバブルキャリア（２）と、
   少なくとも１つの削孔ブーム（３）と、
   前記削孔ブーム（３）の遠位端部にある削孔ユニット（４）であって、フィードビーム（５）と、前記フィードビーム（５）上に可動式に支持されている削岩機（６）と、を含む削孔ユニット（４）と、
   前記削岩機（６）により削孔されたドリル孔（１２）に前記グラウチング材（１３）を注入するために、前記削岩機（６）に接続可能な削岩ツール（７）にグラウチング材（１３）を供給する手段と、
   を含む削岩リグ（１）であって、
   前記グラウチング材（１３）を供給する前記手段は、請求項１〜５のいずれか一項に開示するデバイスに従う前記削岩機（６）の一部であることを特徴とする、削岩リグ（１）。
7. 岩面を補強する方法であって、
   削岩機（６）を用いて前記岩面にドリル孔（１２）を削孔することと、
   前記削岩機（６）に接続されている削岩ツール（７）を通してグラウチング材（１３）を注入することと、
   削岩ボルトを前記ドリル孔（１２）に配置することと、を含む、岩面を補強する方法であって、
   前記削岩機（６）のフラッシングフィードパスを通して、注入された前記グラウチング材（１３）を供給することにより特徴づけられている、岩面を補強する方法。
8. 前記フラッシングフィードパスを通してフラッシングフルードを供給することによって前記グラウチング材（１３）が供給された後に、前記フラッシングフィードパスをフラッシングすることにより特徴づけられている、請求項７に記載の方法。
9. 前記グラウチング材（１３）として樹脂を使用することと、
   前記削岩機（６）と接続して配置されている混合デバイス（Ｍ）を用いて、樹脂グラウチング材の樹脂成分を混合することと、
   により特徴づけられている、請求項７又は８に記載の方法。

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