JP2749613B2 - 土砂の空気搬送方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トンネル工事等の狭隘場所から掘削土砂を
空気搬送によって地上に排出する搬送方法及びその装置
に関する。

〔従来の技術〕

トンネルや立抗等の掘削には様々な掘削工法が従来か
ら採用され、効率的な作業へと改善が進められている。
これらの掘削作業で生じる土砂は地上へ搬送する必要が
あり、この土砂搬送方法としてトロッコ，ベルトコンベ
ア又はチエンコンベア等の機械的な移送方式と、スラリ
ポンプ等のような土砂を流動化して搬送するもの等が採
用されている。

これらの土砂搬送に対し、装置の移動性，空間占有
性，安全性，清潔さ等の全ての面から、空気を作動流体
として土砂を搬送する方式が最も効果的なものとして広
く受け入れられている。たとえば、特開昭61−286496号
公報には真空吸引式の搬送方法が示され、また特開昭61
−274089号公報には圧縮空気を送り込んで強制搬送する
工法が示されている。そして、現在のところ、このよう
な真空吸引又は圧縮搬送の方式が取り扱いの面でも最も
良いものとされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、真空吸引又は圧縮搬送の工法では、そ
れぞれに種々の利点がある反面欠点もあることも知られ
ている。

第６図（ａ）は真空吸引のシステムを示す概略図であ
る。このシステムは、搬送空気を吸引する真空ポンプ5
0,空気・土砂を分離して排出するセパレータ51,これら
に接続されるホース52を備え、ホース52の先端に土砂吸
引用のノズル53を設けたものである。そして、真空ポン
プ50へ向けて空気を流して土砂を搬送するので、図示の
ようにホース52を分岐させて複数のノズル53によって土
砂の吸引搬送も可能である。また、このような真空吸引
式では、ノズル53から直接土砂が吸い込まれるので、土
砂が流動化されるときにノズル53の回りに飛び散ること
がなく、作業現場の環境も良好である。しかしながら、
真空ポンプ50の吸引力のみが搬送に携わるので、搬送距
離が長くなると吸引力は次第に減衰する。このため搬送
距離に限界があり、現場条件に対応できないことがあ
る。

一方、第６図（ｂ）は圧縮空気の送り込みによる搬送
システムを示している。これは、コンプレッサ54,ロー
タリフィーダ53又はキニヨンポンプ56を備え、これらを
ホース57又は58によって下流のセパレータ59に接続した
ものである。なお、ロータリフィーダ55とキニヨンポン
プ56は別々に設置されるもので、図示の例はこれらをま
とめて示している。この例では、コンプレッサ54から圧
縮空気をセパレータ59へ向けて送り出すので、土砂の重
量や搬送距離が大きくても、比較的幅広い範囲の現場条
件に対応できる。

しかし、圧縮空気を送り込むので搬送流路の内圧も大
きくなり、ジョイント部等を含めて強度を大きくする必
要があり、又安全面でも留意が必要となる。このため、
部材の重量も大きくなり、掘削に伴って搬送路を増設し
てゆく場合に、作業負担も大きくなる。また、ロータリ
フィーダ55又はキニヨンポンプ56から土砂をホース57又
は58に切り出すので、粉塵の発生する場合もあり作業環
境は必ずしも好ましくない。

以上のように、真空吸引及び圧縮搬送のいずれにも、
土砂搬送能力から現場環境の面も含めて問題が残ってい
る。

本発明において解決すべき課題は、真空吸引式と圧縮
空気式それぞれの搬送機の利点を積極的に利用し、それ
ぞれの方式に伴う欠点を補うことができる土砂搬送手段
を得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の土砂の空気搬送方法は、ホッパから受け入れ
た土砂をクラッシャーによって粉砕した後、この粉砕し
た土砂をスクリューコンベヤーによって搬送路まで搬送
し、クラッシャーとスクリューコンベヤーの動力源であ
るエアーモーターの排気を使用して搬送路に投入し、こ
の投入した粉砕土砂を前記排気を利用した圧縮空気によ
って圧送するとともに、搬送方向の下流側の減圧によっ
て吸引搬送することを特徴とする。

また、この方法に使用する搬送装置は、エアモータに
よって同時に作動する土砂の粉砕機構及びスクリューコ
ンベアを備えたフィーダと、前記エアモータに圧縮空気
を供給するコンプレッサと、前記フィーダの土砂排出口
に一端が接続される搬送管と、該搬送管の他端に連結し
た真空排土機構とを備え、前記フィーダに前記エアモー
タからの排気圧縮空気の流路を接続すると共に、排気圧
縮空気を前記搬送管方向へ噴出する内部流路を設けたこ
とを特徴とする。

更に、フィーダの内部流路をスクリューコンベアの軸
部に設け、軸部の先端に開けた空気放出口を前記搬送管
の流路へ向けて配置することもできる。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例により本発明の特徴を具体的
に説明する。

第１図は本発明の方法を利用した掘削作業を示す概略
図である。

図において、掘削孔Ａの中の作業現場には土砂を地上
まで搬送するフィーダ１が据え付けられ、地上には真空
ポンプ２及びセパレータ３が設置されている。また、フ
ィーダ１に備えたエアモータ５を駆動するためのコンプ
レッサ４が地上に設けられ、これらのコンプレッサ４と
エアモータ５との間に圧縮空気供給管4aを接続してい
る。

第２図はフィーダ１の詳細を示す縦断面図、第３図は
第２図のＩ−Ｉ線矢視断面図である。

フィーダ１は、下部にケーシンク1aを備えてその上面
にエアモータ５を固定すると共にケーシング1a内に連通
するホッパ６を設けている。ホッパ６の内部には一対の
粉砕ローラ6a,6bが互いに平行な軸線を持って配置さ
れ、一方の粉砕ローラ6aの回転軸6cはエアモータ５の出
力軸5aに直結されている。そして、回転軸6c及び他方の
粉砕ローラ6bの回転軸6dに互いに噛み合う平歯車6e,6f
を固定している。したがって、エアモータ５の出力軸5a
が回転すると、２個の粉砕ローラ6a,6bは第３図の矢印
で示すように互いに逆向きに回転し、投入した土砂を粉
砕しながら下のケーシング1a内に放出する。

ホッパ６の下に連なるケーシング1a内には、粉砕した
土砂を搬送するスクリューコンベア７が収納されてい
る。スクリューコンベア７は、軸受7aによって回転自在
に支持されると共に、その軸部7bの周面に螺旋羽根7cを
設けている。一方、粉砕ローラ6aの回転軸6cはホッパ６
から突き出てスプロケットホイール6gを固定し、スクリ
ューフィーダ７の軸部7bの設けたスプロケットホイール
7dとの間をチェイン7eによって接続している。このた
め、エアモータ５の出力軸5aが回転すると、回転軸6cに
連動して軸部7bが回転し、スクリューコンベア７を回転
させることができる。無論、スクリューコンベア７の回
転方向は螺旋羽根7cによる土砂の搬送が可能な方向であ
る。

更に、スクリューコンベア７の軸部7bには、軸線方向
へ圧縮空気流路８が形成され、その先端を空気放出口8a
としている。また、ケーシング1aの外部に位置する軸部
7bの基端にはスイベルジョイント９が設けられ、圧縮空
気流路８との間を接続可能としている。このスイベルジ
ョイント９は、エアモータ５の作動流体である空気の排
気管5bに接続され、スクリューコンベア７内の圧縮空気
流路８に圧縮空気を供給可能としている。なお、コンプ
レッサー４から供給される圧縮空気は、エアモータ５内
で仕事をして排気されるので、空気が持つ流体エネルギ
は若干低下するが、流量を増すこと等によって土砂の圧
送に十分利用できる。

スクリューコンベア７を収納したケーシング1aと地上
のセパレータ３との間は、ホース又は金属パイプ等を利
用した搬送管10で接続される。そして、第２図に示すよ
うに、ケーシング1aが搬送管10に嵌まり込む部分は、流
路断面積を小さくしたスロート1bとしている。このスロ
ート1bにより、高速で空気放出口8aから噴出される圧縮
空気は流路断面の縮小によって更に増速され、これと同
時に流路内圧力が低下する。したがって、圧縮空気がエ
アモータ５から供給されているときは、スロート1b側の
ケーシング1a内が圧力降下し、土砂が搬送管10側へ引き
抜かれるように流れる。

このようなスロート1bの作用は、エジェクタ効果と同
じであり第１図の例に代えて第４図の構成とすることも
できる。これはたとえばケーシング1aの流出口部と搬送
管10との間に設けるエジェクタ管11であり、中途に形成
した流路断面が大きな大径部11aに外部から空気を送り
込む空気供給管11bを差し込み、その下流に流路を絞っ
たスロート11cを備えた構造である。この場合でも、空
気供給管11bからの空気はスロート11cによって増速され
るので、大径部11aの内圧が低下する。したがって、エ
ジェクタ管11の上流から搬送されてくる空気及び土砂を
吸引するようにして下流へ放出することができる。

また、地上に設置する真空ポンプ２やセパレータ３等
は従来構造のものであり、真空ポンプ２の作動によって
搬送管10内の土砂をセパレーター３内に吸い上げる。し
たがって、作業現場から排出される土砂には、フィーダ
１の螺旋羽根7cによる機械的な排出，空気放出口8aから
の圧縮空気による圧送及び真空ポンプ２による吸引排出
の作用力が同時に働く。

このような土砂の排出作業において、作業現場では、
ホッパー６に投入された土砂は粉砕ローラー6a,6bで岩
石を粉砕し、ローラーの繰り込み作用と重力によりスク
リューコンベア７に到達する。スクリューコンベア７で
コンベア端まで搬送された土砂は空気放出口8aからの噴
気とスロート1bの負圧で搬送管10内に送り込まれる。

このように、圧縮空気と真空吸引の負圧により比較的
大気圧付近の低圧で作動するので従来のように搬送管10
や継手等の強度を上げる必要がない。このため、各部材
も軽量化でき、掘削に伴って搬送管10を順次接続してゆ
く作業負担も軽くなる。

第５図は圧縮と真空吸引による土砂搬送の利点を説明
するもので、フィーダ１から真空ポンプ２までの流路内
圧の変動を示す線図である。この線図において、実線で
示すものは圧縮と真空吸引とを同時にしたときの圧力パ
ターン，一点鎖線及び破線で示すものはそれぞれ圧縮の
み及び真空吸引のみの場合の圧力パターンである。

一点鎖線で示す作業現場側からの圧縮空気の供給の場
合では、スロート1b部分で一時的に負圧になるが、真空
ポンプ２の排出部分で大気圧と一致する正圧のパターン
となる。一方、真空ポンプによる吸引のみでは、破線で
示すようにフィーダ１から真空ポンプ２まで負圧であ
る。そして、圧縮と真空吸引のそれぞれの圧力パターン
は、従来のコンプレッサや真空ポンプの能力から、圧縮
のほうが大気圧に対して大きな圧力差を持たせることが
できる。したがって、線図のように圧縮の方の圧力変動
の傾斜は大きく、これに比べて真空吸引の場合の傾斜は
小さい。

一方、真空吸引と圧縮とを同時に行うと、これらの作
用を合わせたものとなる。すなわち、線図において示し
た実線のパターンは、圧縮と真空吸引の一点鎖線と破線
のパターンを合成したものとして表される。そして、ス
ロート1bから下流の実線の圧力パターンを見ると、一点
鎖線及び破線のパターンの傾斜よりも大きい。すなわ
ち、圧縮と真空吸引とを合成した本発明による圧力パタ
ーンは、圧縮のみ又は真空吸引のみの場合に比べて圧力
の変化率が大きい。ここで、同一の管路内を流体が流れ
るときに上流側と下流側の２点での圧力降下が大きくな
ることは、速度が逆にこの圧力降下の量に比例して増大
する結果となる。したがって、圧縮のみ又は真空吸引の
みよりも、これらを合成すれば搬送管10内の搬送速度が
上がることになる。このため、土砂の搬送も流れる空気
の流動が速いことから増速され、単位時間当たりの流量
も増えるので土砂排出の効率化が可能となる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明では、土砂の排出にお
いて上流側から圧縮空気による圧送及び下流側から減圧
空気による吸引を同時に与えるようにしている。このた
め、圧縮のみ又は吸引のみによる搬送に比べると、これ
らの合成による搬送力が得られるため土砂の排出速度が
速くなり、作業の効率化が図られる。また、圧縮空気に
よる圧送側にエジェクタ機構を備えると、土砂の吸引が
更に促進されるほか、埃等も一緒に吸引されるので、作
業環境も良好なものとなる。更にエアモータの排気を搬
送管内に放出するので排気の消音が得られ作業環境の改
善に役立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による掘削作業状況を示す図、第２図は
フィーダの縦断面図、第３図は第２図のＩ−Ｉ線矢視断
面図、第４図はエジェクタ管の例を示す図、第５図は搬
送系での圧力パターンを示す線図、第６図は従来の吸引
のみ又は圧縮のみによる土砂排出方法を示すものであ
る。 1:フィーダ、1a:ケーシング 1b:スロート、2:真空ポンプ 3:セパレータ、4:コンプレッサ 4a:圧縮空気供給管、5:エアモータ 5a:出力軸、5b:排気管 6:ホッパ、6a,6b:粉砕ローラ 6c,6d:回転軸、6e,6f:平歯車 6g:スプロケットホイール 7:スクリューコンベア 7a:軸受、7b:軸部 7c:螺旋羽根 7d:スプロケットホイール 7e:チェイン、8:圧縮空気流路 8a:空気放出口、9:スイベルジョイント 10:搬送管、11:エジェクタ管 11a:大径部、11b:空気供給管 11c:スロート

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ホッパから受け入れた土砂をクラッシャー
   によって粉砕した後、この粉砕した土砂をスクリューコ
   ンベヤーによって搬送路まで搬送し、クラッシャーとス
   クリューコンベヤーの動力源であるエアーモーターの排
   気を使用して搬送路に投入し、この投入した粉砕土砂を
   前記排気を利用した圧縮空気によって圧送するととも
   に、搬送方向の下記側の減圧によって吸引搬送すること
   を特徴とする土砂の空き搬送方法。
2. 【請求項２】エアモータによって同時に作動する土砂の
   粉砕機構及びスクリューコンベアを備えたフィーダと、
   前記エアモータに圧縮空気を供給するコンプレッサと、
   前記フィーダの土砂排気機構とを備え、前記フィーダに
   前記エアモータからの排気圧縮空気の流路を接続すると
   ともに、排気圧縮空気を前記搬送管方向へ噴出する内部
   流路を設けたことを特徴とする土砂の空気搬送装置。
3. 【請求項３】前記内部流路を前記スクリューコンベアの
   軸部に設け、該軸部の先端に開けた空気放出口と前記搬
   送管の流路へ向けて配置したことを特徴とする請求項２
   記載の土砂の空気搬送装置。