JP2993521B2 - ドリルヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、地下トンネルをドリリングするための装置
に使用されるドリルランス（drill lance）の一部とし
てのドリルヘッドに関するものであり、ドリルランスの
中心軸に沿って延びている導管を有し、この中心軸を中
心として回転可能なドリルヘッドと、ドリルヘッド上の
少なくとも１の前指向ノズルとを備え、この前指向ノズ
ルは導管と、中心軸の外側に配列されたドリルヘッドの
出口開口に連通している。

このようなドリルランスは地下道のドリリングに使用
される装置と共に使用される。圧力下の液体、例えば、
水−ベントナイト乳濁液が前指向ノズルから排出され
る。ほぼ等質な土質内の進行方法への均一なドリリング
は、中心軸に対して等回転速度で、ドリリングランスと
共にドリルヘッドを回転させることにより達成される。
方向の変更が必要な場合は、方向の変化が始まるべき位
置にドリルヘッドのノズルが位置するとすぐに、回転運
動が停止する。好ましくは、土壌はノズルからジェット
噴出される液体を通じて一方向に削除される。

この効果的な除去と一致して、ボーリググランス全体
は、新しい方向が設定されるまで、回転している。この
流体の力によるステアリングは、通常、ノズルの反対側
に位置するドリルヘッドの面取りによって形成されたコ
ントロール面によって支えられている。ドリルヘッドの
回転運動が再び開始し、新たな方向に、線ドリリングが
確実に行われる。

ドリルランスのためのこのように直進するドリルヘッ
ドは欧州特許EP−0195 559 Alによって知られてい
る。地面の種々の状態、特に堅さ、を考慮にいれるた
め、異なる数のノズルが選択される。このドリルランス
によって、地下が比較的柔らかい土で構成されている場
合には、十分に正確なドリリングを行うことができる。
堅固な土質の場合には、ノズル配列の反対側に位置する
ドリルランスの側部が堅固な岩にぶつかり、そのため
に、比較的ゆっくり進行している際に、ランスのステア
リングに問題が生じるために、ドリルランスの安定性に
おいて問題が生じる。

それでも、堅固な地面で作業することを可能にするた
め、米国特許US−2324102号によれば、化学品、即ち、
岩を腐食する高圧液体としての酸を使用することが示唆
されている。適用された化学品が岩を柔らかくするとす
ぐに、ドリルランスは比較的柔らかな物質を通って、進
なまければならない。この溶解は、環境や地下水の破壊
が生じる結果となるので、一般には、好ましくない。

米国特許US4850440号には、複数の方向調節噴射ノズ
ルを備えた可動式ドリルヘッドが開示されている。この
公知のドリルヘッドの操作は、ドリルヘッドの端部から
離れるように方向づける噴射ノズルの噴射によって行わ
れ、このヘッドは既設の穴の壁から反発する。

本発明の目的は、堅固な地面とともに、ぎっしり目の
詰まった砂や砂利の地面において方向が正確なドリリン
グを行うことが可能なドリルヘッドを提供することであ
る。この目的は請求項１の特徴部分の構成要素を有する
前述したタイプのドリルヘッドにより解決される。有利
な実施例は従属項において要点が述べられている。

本発明のドリルヘッドは、ドリルヘッド上に少なくと
も１の後指向ノズルが設けられており、後指向ノズルの
ノズル導管がドリルヘッドの中心軸に沿って延びている
導管と連通することを特徴とする。この方向に指向され
たノズルは、方向の変化の際に、より良く駆動できるよ
うにドリルランスに空間を与る。従って、ドリルランス
のステアリング容量はかなり向上する。

有利な実施例によれば、ドリルヘッドは、中心軸に対
し互いに同角度でへだてて設けられている複数の後指向
ノズルを有するが、異なる角度を配して設けられている
実施例も可能である。あるグラウンドコンディションに
おいて、120゜の角度を配して配列された３つのノズル
は、どんな種類の方向の変化に際しても、十分なすきま
を与えるのに十分であることが判った。別のグラウンド
コンディションでは４つ以上の後指向ノズルを用いた異
なる配列が必要となり得る。

ノズルをノズルランスの中心軸に対して約15゜の角度
で後方に指向させることは有利である。

ドリルランスの中心軸の外側で開口する前指向ノズル
は、おおむね、方向を変化させてドリリングを実行する
ことができる点で満足できるものであるが、ドリルヘッ
ドは、複数の前指向ノズルを備えることができ、この複
数の前指向ノズルは１のノズルに対し所定角度を配して
対称的に配置される。このような３つのノズルの配列に
おいては、例えば、中心ノズルに対するノズル間隔は、
各々45゜である。これによって、ノズルは、ドリルラン
スの中心軸に対して約10゜から15゜の角度で前方向に指
向することができるが、中心軸の外側に位置するノズル
の出口開口は、これに対して並行にはなっていない。少
なくとも１の後指向ノズルのノズル導管の軸と前指向ノ
ズルのノズル導管の軸が中心軸と共に共通平面に位置す
ると都合がよい。前述した角度と共にこのノズルの特別
の配列においては、ドリリングのためのベントナイトの
必要量は最小になり、いくつかのタイプの応用におい
て、有用である。

以下、本発明を添付された以下の図面に示される実証
された実施例によって詳細に説明する。

図１は本発明に係るドリルヘッドの軸方向断面図であ
る。

図２はドリルヘッドの正面図である。

図３は図２のＡ−Ａ線に沿って切断したドリルヘッド
の断面図である。

図４は図２のＢ−Ｂ線に沿って切断したドリルヘッド
の断面図である。

図５は図２のＣ−Ｃ線に沿って切断したドリルヘッド
の一部破断断面図である。

図６は図３のＤ−Ｄ線に沿ったドリルヘッドの横断断
面図である。

図１において、ドリルヘッド１が示されている。高圧
下の液体は、ドリルヘッド１内の中央導管10に切設され
た円錐形の開口13を通じて内部に入る。中央導管10は、
ほぼ、ドリルヘッド１の正面14にまで延びている。ドリ
ルヘッドはドリリングに必要な他の装置と結合してお
り、キー３が回転を防ぐために設けられている。ドリル
ヘッド１は、付加的にドリリングが必要とされる装置に
ネジでとめることが可能なネジ山12に終端する。２つの
ノズルシステムのノズル導管21,41は、ドリルヘッド１
の正面14の近辺において、中央導管10の終端領域に入り
込んでいる。第１ノズルシステムは、ドリルヘッド１の
正面で、中央導管10の軸の外側に開口する前指向ノズル
により構成されている。第２ノズルシステムは、後指向
ノズル４を有しており、ノズル４のおのおのの出口開口
は、ドリルヘッド１の実際の進行方向と反対方向に、中
央導管10の軸に対して所定角度、例えば15゜の角度で指
向している。ドリルヘッド１には、凹部43が設けられ、
ここにはノズル４が埋設されている。双方のノズルシス
テムには、強化ノズル開口ブレード22,42が設けられた
公知のノズル2,4を用いることができる。第１のノズル
システムのノズル導管21は、中央導管10の軸に対して、
例えば11゜の角度で設置されている。第１ノズルシステ
ムは、図１において、中央導管10の軸の上部領域に位置
している。下部領域は、正面14に向かって徐々に面取り
されており、コントロール面11を形成している。ドリリ
ングの方向を変化させている間、このコントロール面は
地面に接しており、ドリルランスの安定化に寄与する。

図２はドリルヘッドの正面図を示す。３つのノズル2,
2′,2″はドリルヘッド１の正面に開口している。２つ
のノズル2,2′は、中央に配置されたノズル２に対して4
5゜の角度でずれている。コントロール面11の形成は、
ドリルヘッド１が、コントロール面における断面が楕円
形状であることを意味する。

図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った図１のドリルヘッド
のランスの断面を示す。この断面図は、ノズル導管21,4
1の軸と中央導管10の軸が同一平面上にあることを明確
に示している。

図４は、図２のＢ−Ｂ線に沿ったドリルランスの断面
図を示す。第２ノズルシステムの第２ノズル４′のノズ
ル導管41′は、進行方向の後方に指向しており、中央導
管10の終端に入り込んでいる。ドリルヘッド１の楕円形
の断面は、コントロール面11がこの断面方向において急
激に面取りされた面として表されてることを意味する。
このようなコントロール面11の形状により、ドリリング
の際に好ましい方向に指向させることができるという効
果を奏する。

図５は、部分的に立体的にした図２のＣ−Ｃ線に沿っ
た断面図である。ドリルランスは、キー溝上に位置する
キーによって回転を防止されている。第１ノズルシステ
ムのノズル導管の場合と同様に、ノズル導管21′は、中
央導管10にその下部領域において、終端でない位置で入
り込んでいる。

図６は、ドリルヘッドの図３のＤ−Ｄ線に沿った断面
図を示し、３つのノズル４、４′、４″がドリルヘッド
１の周縁部で互いに120゜の角度を介して配位されてい
る。この３つのノズル４、４′、４″の配置は、方向の
変化が実効ならしめている間、ドリルランスの実質的退
避動作を十分確かならしめる。

参照番号リスト 1 ドリルヘッド 2 ノズル 3 キー 4 ノズル 10 中央導管 11 コントロール面 12 ネジ山 13 円錐形広範部 14 正面 21 ノズル導管 22 ノズルブレード 41 ノズル導管 42 ノズルブレード 43 凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−32406（ＪＰ，Ａ) 米国特許3269471（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21B 7/18 E21B 10/60

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地下トンネルのドリリングのための装置に
   使用される可動式ドリルヘッドであって、その中心軸を
   中心として回転可能なドリルヘッド（１）であり、 その中心軸に沿って延びる導管（10）と、 この導管（10）及び前記中心軸の外側に配列された出口
   開口に連通し、前記ドリルヘッド（１）の正面（14）に
   ある前方に向けられた少なくとも一つのノズル（２）
   と、 ドリルヘッド（１）の正面（14）に向かって徐々に面取
   りされたコントロール面（11）と、を含むドリルヘッド
   において、 少なくとも一つの他のノズル（４、４′、４″）が設け
   られ、このノズル導管（41）が導管（10）と連通してお
   り、 ドリルヘッド（１）の側面にあらわれる前記他のノズル
   （４、４′、４″）は、正面（14）と対向する前記コン
   トロール面（11）の端部の高さに位置し、前記他のノズ
   ル（４、４′、４″）の出口開口は前記コントロール面
   （11）から離れて設けられ、 他のノズルが設けられた位置の後方にリーマ通しの空間
   を設けるために、他のノズル（４、４′、４″）の出口
   開口はドリルヘッド（１）の実際の進行方向に対し反対
   に向けられていることを特徴とするドリルヘッド。
2. 【請求項２】他のノズル（４、４′、４″）はドリルヘ
   ッドの中心軸に対して、ドリルヘッドの進行方向の反対
   側に約15゜の角度で指向していることを特徴とする請求
   項１記載のドリルヘッド。
3. 【請求項３】ドリルヘッド（１）の進行方向と反対方向
   に指向している複数のノズルが備えられており、このノ
   ズルの中心軸に対して互いに同一角度を配して設けられ
   ていることを特徴とする請求項１又は２記載のドリルヘ
   ッド。
4. 【請求項４】ドリルヘッド（１）の進行方向と反対方向
   に指向されている３つのノズル（４、４′、４″）を有
   することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
   載のドリルヘッド。
5. 【請求項５】複数の前指向ノズル（２、２′、２″）を
   有し、これらのノズルは、１のノズル（２）に対する角
   度が対称になるように配置されていることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のドリルヘッド。
6. 【請求項６】３つの前指向ノズル（２、２′、２″）を
   有し、２つのノズル（２′、２″）が中心のノズル
   （２）に対して配している角度は、各々45゜であること
   を特徴とする請求項５記載のドリルヘッド。
7. 【請求項７】前記ノズル（２、２′、２″）は、ドリル
   ヘッドの中心軸に対して約10゜〜15゜の角度で前方向に
   指向しており、ノズル（２、２′、２″）の出口開口
   は、中心軸（10）の外側で、中心軸と平行とならないよ
   うに配列されていることを特徴とする請求項１〜６のい
   ずれか１項に記載のドリルヘッド。
8. 【請求項８】少なくとも１つのノズル（４）のノズル導
   管（41）の軸はドリルヘッド（１）の進行方向と反対方
   向に指向されており、１の前指向ノズル（２）のノズル
   導管（21）の軸は中心軸（10）と共に共通平面に位置す
   ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の
   ドリルヘッド。