JP2993521B2 - ドリルヘッド - Google Patents

ドリルヘッド

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JP2993521B2
JP2993521B2 JP3506802A JP50680291A JP2993521B2 JP 2993521 B2 JP2993521 B2 JP 2993521B2 JP 3506802 A JP3506802 A JP 3506802A JP 50680291 A JP50680291 A JP 50680291A JP 2993521 B2 JP2993521 B2 JP 2993521B2
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    • E21B7/06Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/065Deflecting the direction of boreholes using oriented fluid jets
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)

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。
JP3506802A 1990-05-25 1991-03-25 ドリルヘッド Expired - Lifetime JP2993521B2 (ja)

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