JP2021050489A - コア採取装置 - Google Patents
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Abstract
Description
坑井を掘削した地盤に貯留層が期待される地層が見つかった場合には、その地層を含む地盤から岩石のコアを採取すると共に、採取したコアを観察して岩石の種類や鉱物組織等を把握する。さらには、孔隙率や浸透率等、その地層に含まれる岩石の性状を詳細に調べる。
コア変形法によれば、コア径の最大値dmaxと最小値dminとの差に基づいて、方向による応力の差情報を算出することが可能とされている。
なお、ボーリングに用いるコアビットの径を原直径d0と仮定して捉えることは正確ではない。例えばコアビット径は、ボーリングの過程で摩耗等によって変化するためである。さらに、コアビット径が変化しない場合であっても、地盤の種類や温度等の種々の要因によって、実際のコアの原直径d0が変動してしまうためである。
具体的には、外側コアバレルを利用して、坑底に軸線を中心とした平面視円形状の外溝を掘削することができる。そのため、外溝を掘削することで、坑底よりも下方に位置する地盤中に円柱状のコアを生成することができる。生成されたコアは、地盤から作用する応力から解放されるため、主に径方向に膨張するように変形すると共に、実質的にほぼ無応力状態となった応力解放部となる。
内溝によって生成されたコアのうち、応力解放部だった部分は、先に述べたように既に応力が解放されているので、内溝の掘削時において再び膨張することがない。そのため、内側コアバレルの内径を現した部分となり、膨張前の原直径であるコア径を有する非膨張領域部となる。
特に、原直径である非膨張領域部の外径を測定することで、正確な原直径を得ることができる。さらに、膨張領域部の外径を測定することで、膨張後のコア径の最大値及び最小値を得ることができる。従って、これらの測定結果に基づいて、コア変形法を利用して、例えば地盤応力の絶対情報の算出等を行うことができ、地盤応力の高精度な評価に繋げることができる。
従って、明確な意図を持って回転許容状態への切換えを行う場合とは異なり、意図しないタイミングで誤って内側コアバレルを回転させて、回転許容状態への切換えが行われてしまうことを防止することができる。
特に、内側コアバレルの内圧を増加させるだけで、回転許容状態への切換えを行うことができるので、例えば内側コアバレルを掘削時とは逆方向に回転させる等といった手間が不要である。従って、使い易く、利便性を向上することができる。
特に、内側コアバレル内にボールを投入するだけの簡便な方法で、内側コアバレル内の内圧を増加させて回転許容状態への切換えを行うことができるので、使い易さをさらに向上することができる。
本発明に係るコア採取装置の第1実施形態について、図面を参照して説明する。
図1〜図3に示すように、本実施形態のコア採取装置1は、地殻地盤(岩盤)に掘削された坑井2内における坑底3を、坑井2の深さ方向に掘削することで、地盤内部から地質試料であるコア4(図14参照)を採取する装置である。
内側コアバレル10は、先端側に坑底3を掘削する内側コアビット20を有し、内側コアビット20を下向きにした状態で坑井2内に配置される。
この内側コアバレル10は、地表面に設置された図示しない掘削機(駆動源)からの動力に基づいて、軸線O回りを回転可能とされている。具体的には、内側コアバレル10は、該内側コアバレル10よりも上方に配置される図示しない複数の延長チューブに連結され、これら複数の延長チューブを介して掘削機から動力が伝達されることで軸線O回りを回転する。
内側チューブ30の上端部における内周面には、全周に亘って雌ねじ部31が形成されている。さらに、内側チューブ30の下端部には、僅かに拡径した拡径部32が形成されている。
これにより、第1中継チューブ40及び内側チューブ30は、螺着によって組み合わされている。第1中継チューブ40の上端部における内周面には、全周に亘って雌ねじ部43が形成されている。
第2上段チューブ51は、外径が第2中継チューブ50の外径よりも小さい円筒状に形成され、その外周面には全周に亘って雄ねじ部53が形成されている。第2下段チューブ52は、外径が第2上段チューブ51の外径よりも小さい円筒状に形成されている。第2下段チューブ52の外周面には、第1中継チューブ40における雌ねじ部43に対して螺合する雄ねじ部54が全周に亘って形成されている。これにより、第2中継チューブ50及び第1中継チューブ40は、螺着によって組み合わされている。
これにより内側コアバレル10は、先に述べたように、複数の延長チューブを介して掘削機からの動力に基づいて軸線O回りに回転可能とされている。
スタビライザー70は、内径が内側チューブ30の外径よりも大きく、且つ拡径部32及び厚肉部62の外径よりも小さく形成されたリング状に形成され、主に内側チューブ30に外挿されている。これにより、スタビライザー70は、拡径部32と厚肉部62との間を上下方向に沿って移動可能に、主に内側チューブ30に外挿されている。
図1〜図3に示すように、外側コアバレル11は、先端側に坑底3を掘削する外側コアビット80を有し、外側コアビット80を下向きにした状態で坑井2内に配置されている。この外側コアバレル11は、回転切換機構12による切換えに応じて、内側コアバレル10と共に軸線O回りを回転する回転モードから、内側コアバレル10の回転から切り離されて軸線O回りに回転しない非回転モードに切換え可能とされている。
これにより、外側チューブ90及び外側コアビット80は、螺着によって組み合わされている。外側チューブ90の上端部における内周面には、全周に亘って雌ねじ部93が形成されている。
具体的には、図1及び図2に示すように内側コアバレル10は、第3中継チューブ60の厚肉部62が連結チューブ100の内側に位置し、且つ第3中継チューブ60のうち厚肉部62よりも上方に位置する部分が連結チューブ100よりも上方に突出した状態で外側コアバレル11に組み合わされている。
図3及び図4に示すように、回転切換機構12は、内側コアバレル10における第3中継チューブ60の厚肉部62の外周面に形成されたスライド溝110と、連結チューブ100の内周面から厚肉部62の外周面に向けて突出するように外側コアバレル11に組み合わされると共に、スライド溝110内に入り込む連結ピン120と、を備えている。
縦溝112は、軸線Oに沿ってストレート状に形成され、上方に向けて開口している。
ただし、スライド溝110は2つ形成されている場合に限定されるものではなく、1つだけ形成されていても構わないし、3つ以上形成されていても構わない。
ただし、排出縦溝113は、スライド溝110と同様に2つ形成されている場合に限定されるものではなく、1つだけ形成されていても構わないし、3つ以上形成されていても構わない。
ピン本体125は、ヘッド部126がスライド溝110の溝底面に対して接触した状態で、収容凹部124a内に収容されている。これにより、ピン本体125は、連結基部121とスライド溝110の溝底面との間で径方向に挟み込まれた状態で、収容凹部124a内に収容されている。
本実施形態では、連結ピン120が第2周端部111bに達した時点で、図13に示すように、軸部127が圧縮力によって潰れ、圧縮変形するように設計されている。
次に、上述のように構成されたコア採取装置1を利用して、地盤内部からコア4を採取する場合について説明する。
特に、深さ方向に応力解放部6から離れるほど、すなわち坑底3から深くなるほど大きく膨張する。なお、膨張領域部9は、内溝7の掘削後に地盤からコア4が切り離されることで、図16に示すように、地盤と繋がっていた部分も含めて全体が平面視楕円状に膨張する。
特に、原直径D0である非膨張領域部8の外径を測定することで、正確な原直径D0を得ることができる。さらに、膨張領域部9の外径を測定することで、膨張後のコア径の最大値Dmax及び最小値Dminを得ることができる。従って、これらの測定結果に基づいて、コア変形法を利用して、例えば地盤応力の絶対情報の算出等を行うことができ、地盤応力の高精度な評価に繋げることができる。
なお、図17〜図20では、コア採取装置1を簡略化して図示している。
この際、掘削水は、スタビライザー70におけるカット面71と外側コアバレル11との間を通過すると共に、内側コアバレル10における厚肉部62に形成された排出縦溝113を通過することで、地表側に回収される。
この場合には、外溝5を掘削した後、図19に示すように、内側コアバレル10を第1回転方向M1とは逆方向の第2回転方向M2に向けて軸線O回りを回転させる。これにより、第1周端部111aから第2周端部111bに向かうように連結ピン120を周溝111に沿って移動させることができる。従って、図13に示すように、連結ピン120を縦溝112に連設された第2周端部111bまで移動させることができる。そのため、内側コアバレル10の回転を停止させた後に、外側コアバレル11に対して内側コアバレル10を下方移動させることで、連結ピン120を相対的に縦溝112に沿って移動させることができ、スライド溝110内から連結ピン120を離脱させることができる。
特に、スライド溝110及び連結ピン120を利用するだけの簡便な構造で回転切換機構12を構成できるので、構成の簡略化を図ることができると共に、部品点数を抑えて低コスト化を図ることができる。
従って、明確な意図を持って回転許容状態への切換えを行う場合とは異なり、意図しないタイミングで誤って内側コアバレル10を回転させて、回転許容状態への切換えが行われてしまうことを防止することができる。
次いで、本発明に係るコア採取装置の第2実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
外側コアバレル201は、第1実施形態と同様に構成された外側コアビット80及び外側チューブ90に加え、連結チューブ210を備えている。これら外側コアビット80、外側チューブ90及び連結チューブ210は、例えばねじ結合或いは嵌合等によって、この順番で下方から上方に向けて配置されている。
また、連結チューブ210の内周面には、径方向の外側に向かって僅かに凹むラッチ溝212が形成されている。ラッチ溝212は、上下方向に一定の長さを有した状態で、周方向に等間隔をあけて複数形成されている。
図21に示すように、内側コアバレル202は、第1実施形態と同様に構成された内側コアビット20及び内側チューブ30に加え、第4中継チューブ220、第5中継チューブ230、第6中継チューブ240及び第7中継チューブ250を備えている。
また、第5中継下段筒231には、該第5中継下段筒231を径方向の外側から囲む囲繞筒260が組み合わされている。なお、囲繞筒260の外周面は、外側コアバレル201における連結チューブ210の内周面に対して摺接している。
第6中継下段筒241は、例えばねじ結合或いは嵌合等により第5中継上段筒232に固定されている。これにより、第6中継チューブ240及び第5中継チューブ230は、互いに一体的に組み合わされている。
第6中継上段筒242のうち、連結チューブ210に形成されたラッチ溝212に対して径方向に向かい合う部分の外周面には、径方向の内側に向けて凹んだ収容溝244が形成されている。収容溝244は、ラッチ溝212に対応するように、周方向に等間隔をあけて複数形成されていると共に、下方に向けて開口している。
さらに第6中継上段筒242のうち、収容溝244よりも下方に位置する部分には、該第6中継上段筒242を径方向に貫通する貫通孔245が周方向に間隔をあけて複数形成されている。
さらに第7中継内側筒252は、下端部が第6中継下段筒241の内側に上方から入り込んだ状態で嵌合されている。
回転切換機構203は、第1実施形態と同様に、外側コアバレル201に対する内側コアバレル202の相対回転を規制する回転規制状態を維持した状態で、内側コアバレル202と外側コアバレル201とを連結すると共に、任意のタイミングで回転規制状態から外側コアバレル201に対する内側コアバレル202の相対回転を許容する回転許容状態への切換えを行う。
なお、シール筒302が第6中継上段筒242の上端部に対して接触したときのピストン筒300の位置が、リリース位置P2とされている。
本実施形態では、ラッチ部材320の数は、ラッチ溝212及び収容溝244の数よりも少なく、例えば軸線Oを中心として120度の間隔をあけて3つ配置されている。
ラッチ部材320における下端部側の内周面は、下方に向かうにしたがって径方向の外側に向けて延びた第1傾斜面321とされている。
第2傾斜面344は、傾斜角度がラッチ部材320の第1傾斜面321の傾斜角度に対応しており、第1傾斜面321に対して摺接している。
第1コイルばね310は、ラッチ制御部材340よりも下方に配置されると共に、第5中継チューブ230を径方向の外側から囲むように配置されている。第1コイルばね310は、第5中継チューブ230に組み合わされた囲繞筒260と、ラッチ制御部材340のリング部341との間に圧縮状態で配置されている。これにより、第1コイルばね310は、自身の弾性復元力を利用してラッチ制御部材340を上方に向けて常時付勢している。
さらに、ラッチ制御部材340は、第1コイルばね310によって上方に付勢されているので、挿入部342を利用してラッチ部材320を径方向の外側に向けて押圧することが可能とされている。これにより、ラッチ制御部材340は、ラッチ部材320を外側コアバレル201側に向けて押圧して、ラッチ溝212に係合させることが可能とされている。
そのため、ラッチ部材320は、第2コイルばね330による付勢力によって径方向の内側に向けて移動し、ラッチ溝212内から離脱する。これにより、ラッチ溝212に対するラッチ部材320の係合を解除することが可能とされている。
具体的には、第7中継内側筒252の内側には、規制筒355が嵌合されている。さらに規制筒355の内側には、シール筒356が嵌合されている。シール筒356には、径方向の内側に向けて突出するように、上記シール突起352が形成されている。シール突起352の内径は、ボール351の直径よりも僅かに小さい径とされている。これにより、内側コアバレル202内にボール351が投入されたときに、シール突起352にボール351を着座させることが可能とされている。
そして、シール突起352にボール351が着座することで、第7中継内側筒252が閉塞されて、内側コアバレル202の内圧を増加させることが可能とされている。
規制ロッド360は、例えば円柱状に形成され、第7中継内側筒252を径方向に横切るように配置されている。規制ロッド360を利用して、シール突起352を通過したボール351が、坑底3側に移動してしまうことを規制することが可能とされている。
次に、上述のように構成された本実施形態のコア採取装置200を利用して、地盤内部からコア4を採取する場合について説明する。
この場合には、外溝5を掘削した後、圧力増加機構350によって、掘削水が供給される内側コアバレル202の内圧を増加させる。具体的には、内側コアバレル202内に掘削水と共にボール351を投入する。これにより、図23に示すように、ボール351をシール突起352に着座させることができ、第7中継内側筒252を閉塞することができる。そのため、供給され続ける掘削水によって、内側コアバレル202の内圧を徐々に増加させることができる。
特に、シール突起352をボール351が通過することで、第7中継内側筒252の閉塞を解除できるので、掘削水を引き続き内側コアビット20側に供給することができ、内溝7の掘削を安定して行うことができる。
特に、内側コアバレル202の内圧を増加させるだけで、回転許容状態への切換えを行うことができるので、第1実施形態のように、内側コアバレル202を掘削時とは逆方向(第2回転方向M2)に回転させる等といった手間が不要である。従って、使い易く、利便性を向上することができる。
外側コアバレルに対する内側コアバレルの相対回転を規制する回転規制状態を維持した状態で、内側コアバレルと外側コアバレルとを連結すると共に、任意のタイミングで回転規制状態から外側コアバレルに対する内側コアバレルの相対回転を許容する回転許容状態への切換えを行うことができれば、回転切換機構をその他の構成で実現しても構わない。
例えば、電磁弁等を利用して、任意のタイミングで内側コアバレル202内を閉弁することで内圧を増加させて、ピストン筒300をロック位置P1からリリース位置P2に移動させ、その後に電磁弁を開弁させるように構成しても構わない。
P1…ロック位置
P2…リリース位置
1、200…コア採取装置
2…坑井
3…坑底
4…コア
10、202…内側コアバレル
11、201…外側コアバレル
12、203…回転切換機構
20…内側コアビット
80…外側コアビット
110…スライド溝
111…周溝
111a…第1周端部
111b…第2周端部
112…縦溝
120…連結ピン
212…ラッチ溝
251…第7中継外側筒(第1内側コアバレル)
252…第7中継内側筒(第2内側コアバレル)
300…ピストン筒(可動筒)
310…第1コイルばね(第1付勢部材)
320…ラッチ部材
330…第2コイルばね(第2付勢部材)
340…ラッチ制御部材
350…圧力増加機構
351…ボール
352…シール突起
360…規制ロッド(規制部材)
Claims (6)
- 坑井内における坑底を深さ方向に掘削することで、地盤内部から地質試料であるコアを採取するコア採取装置であって、
前記坑井内に軸線回りに回転可能に配置され、先端側に前記坑底を掘削する内側コアビットを有する筒状の内側コアバレルと、
前記内側コアバレルが内部に挿通された状態で前記坑井内に配置され、先端側に前記坑底を掘削する外側コアビットを有する筒状の外側コアバレルと、
前記外側コアバレルに対する前記内側コアバレルの相対回転を規制する回転規制状態を維持した状態で、前記内側コアバレルと前記外側コアバレルとを連結すると共に、任意のタイミングで前記回転規制状態から前記外側コアバレルに対する前記内側コアバレルの相対回転を許容する回転許容状態への切換えを行う回転切換機構と、を備え、
前記内側コアバレルは、掘削水が内部に供給されると共に、駆動源からの動力に基づいて回転可能とされ、
前記内側コアバレルは、前記回転規制状態のときに、前記外側コアビットよりも前記内側コアビットが上方に位置するように配置され、且つ前記回転許容状態のときに、前記坑底側に向けて前記軸線回りに回転しながら前記外側コアバレルに対して前記深さ方向に相対移動可能とされていることを特徴とするコア採取装置。 - 請求項1に記載のコア採取装置において、
前記回転切換機構は、
前記内側コアバレルの外周面に形成されたスライド溝と、
前記外側コアバレルに組み合わされると共に、前記スライド溝内に入り込む連結ピンと、を備え、
前記スライド溝は、
前記軸線回りを周回する周方向に沿って延びるように形成され、周方向の両端部が第1周端部及び第2周端部とされた周溝と、
前記第2周端部に連設されると共に、前記第2周端部から前記深さ方向に沿って上方に向けて延び、且つ上方に開口した縦溝と、を備え、
前記連結ピンは、前記第1周端部から前記第2周端部側に向かう方向に前記内側コアバレルが回転したときに、前記第1周端部に対して係止され、且つ前記第2周端部から前記第1周端部側に向かう方向に前記内側コアバレルが回転したときに、前記縦溝側に向けて前記周溝内を移動する、コア採取装置。 - 請求項2に記載のコア採取装置において、
前記周溝は、前記第1周端部から前記第2周端部に向かうにしたがって溝深さが漸次浅くなるように形成されている、コア採取装置。 - 請求項1に記載のコア採取装置において、
前記回転切換機構は、
前記内側コアバレルに対して前記深さ方向に相対移動可能に組み合わされると共に、ロック位置からリリース位置に向けて下方移動可能とされた可動筒と、
前記可動筒を上方に向けて付勢すると共に、前記ロック位置に位置決めさせる第1付勢部材と、
前記軸線に対して交差する径方向に移動可能に前記内側コアバレルに組み合わされると共に、前記外側コアバレルの内周面に形成されたラッチ溝に係合されたラッチ部材と、
前記ラッチ部材を前記内側コアバレル側に付勢する第2付勢部材と、
前記可動筒が前記ロック位置に位置しているときに、前記ラッチ部材を前記外側コアバレル側に向けて押圧して前記ラッチ溝に係合させ、且つ前記可動筒が前記リリース位置に位置したときに、前記ラッチ部材の押圧を解除して、前記ラッチ溝に対する前記ラッチ部材の係合を解除させるラッチ制御部材と、
前記内側コアバレルの内圧を増加させる圧力増加機構と、を備え、
前記可動筒は、前記圧力増加機構によって前記内側コアバレル内の内圧が第1所定値以上となったときに、前記ロック位置から前記リリース位置に向けて移動し、
前記内側コアバレルは、前記ラッチ溝に対して前記ラッチ部材が係合しているときに前記外側コアバレルに対して相対回転が規制され、且つ前記ラッチ溝に対して前記ラッチ部材の係合が解除されたときに前記外側コアバレルに対して相対回転が許容されると共に、前記深さ方向に相対移動可能とされている、コア採取装置。 - 請求項4に記載のコア採取装置において、
前記内側コアバレルは、
前記駆動源から動力が伝達される第1内側コアバレルと、
前記第1内側コアバレルに一体に形成されると共に前記第1内側コアバレルの内側に配置された第2内側コアバレルと、を有する二重筒状に形成され、
前記可動筒は、前記第1内側コアバレルと前記第2内側コアバレルとの間に配置され、
前記圧力増加機構は、前記第2内側コアバレルの内側に形成され、前記内側コアバレル内に投入されたボールを着座させる環状のシール突起を有し、
前記シール突起に前記ボールが着座することで、前記第2内側コアバレルが閉塞されて前記内側コアバレル内の内圧が増加する、コア採取装置。 - 請求項5に記載のコア採取装置において、
前記第2内側コアバレルには、前記シール突起よりも下方に位置する部分に前記ボールの下方移動を規制する規制部材が設けられ、
前記シール突起は、前記内側コアバレル内の内圧が前記第1所定値よりも高い第2所定値以上となったときに弾性変形して、前記ボールを前記規制部材に向けて通過可能とされ、
前記シール突起を前記ボールが通過することで、前記第2内側コアバレルの閉塞が解除されて前記内側コアバレル内の内圧が低下する、コア採取装置。
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WO2022202757A1 (ja) | 2021-03-24 | 2022-09-29 | Dic株式会社 | 三酸化モリブデン粉体及びその製造方法 |
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2019
- 2019-09-24 JP JP2019172963A patent/JP6797383B1/ja active Active
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