JP5044651B2 - 岩盤穿孔方法 - Google Patents

Description

発明の背景

本発明は、岩盤穿孔方法に関するものであり、本方法では、穿孔すべき複数の孔を穿孔に先立って一つのパターンとして決定し、その穿孔する岩盤について各孔ごとに穿孔の開始点、穿孔方向および孔の深さを決める。

今日の岩盤穿孔には、一方では完全油圧制御式ドリルリグを、また他方では電子油圧制御式削岩機を用いている。さまざまな状況において、かつさまざまな孔を穿孔する場合、油圧ドリルリグに関して穿孔作業者は、さまざまな設定および調節可能な穿孔パラメータを経験に基づいて設定する必要がある。したがって、最終結果は穿孔作業者の技量に大きく左右されるが、いまだにこれをとくに明確に監視する方法はない。電子油圧ドリルリグに関しては、２つの穿孔モード、すなわち通常穿孔およびリーミング穿孔が代表的に用いられ、穿孔作業者は穿孔に際していずれかを選択できる。これらにおいてそれぞれに、前もって選択された穿孔パラメータ設定が与えられる。すなわち、選択可能な可調節の穿孔パラメータについてある値を前もって選択しておくが、これは、穿孔作業者が変更することができないか、あるいは変更が困難で時間のかかるものである。したがってこれは、穿孔効率および穿孔速度が穿孔で実際に得られたはずのものより低いことを意味し、したがって効率は、実際に可能な効率より低い。このような穿孔は、トンネル掘削と表層掘削の両方に関連して行なわれる。トンネル掘削および表層掘削では、さまざまな孔がさまざまな条件を有し、最終結果に関する限り、穿孔作業者の技量が重大な役割を果たす。

発明の簡単な説明

本発明は、穿孔に必要な精度を失することなく穿孔効率を向上でき、他の作業を達成しようとする限り十分な品質の穿孔が可能な方法を提供することを目的とする。

本発明による方法は、穿孔パターンに与えた各孔を孔の目的に応じた孔タイプに分類し、各孔タイプごとの孔に対して孔タイプに固有の穿孔パラメータを決め、穿孔段階中、ドリルリグは、穿孔すべき各孔ごとに穿孔パラメータをその特定の孔の孔タイプに基づいて自動的に選択することを特徴とする。

本発明の根底をなす概念は、穿孔パラメータを孔タイプに応じて決めて、さまざまな目的で穿孔すべき孔に対して、その孔の目的に応じて選択されかつ穿孔すべき孔の精度および他の特性をできる限り適合させることができる適切な穿孔パラメータを与えることにある。

本発明の利点は、穿孔作業に広範囲の調整の可能性を持たせて、例外的で、あまり一般的でない穿孔状況に対しても、別個に穿孔パラメータを設けることができることにある。本発明の他の利点は、このようにして、ドリルリグの各ブームの制御速度を穿孔中、高めることができることにあるが、これは、一部の孔タイプに関して精度条件が低い場合も、ブームを出発点へ十分な精度で迅速に移動させることができるためである。更なる利点は、孔ごとに設定される条件に応じて、実際の孔のカラー処理および穿孔に十分な時間を費やすことができ、これによって穿孔も容易になり高速化する。しかも、それぞれ、必要な孔が少なくてすむカラー処理を迅速に行なうことができ、大きな穿孔力を使うことで処理を迅速に実穿孔へ移行させることができることである。

次に、添付図面を一例として本発明を説明する。

ないし は、トンネル掘削用のさまざまな孔を模式的に示す。 は、表層穿孔に用いる穿孔パターンの例を示す。

発明のいくつかの実施例の詳細な説明

図１ないし図６は、トンネルの断面１とその穿孔に用いる孔を一例として模式的に示し、典型的にはすべて、さまざまな目的に必要でかつ所要特性が異なるさまざまな孔を含む１つの穿孔パターンとして示されている。

図１は輪郭孔を示し、これらを参照番号２で指し示す。このような輪郭孔は、トンネルの壁と天井へ穿孔してトンネルの輪郭を決める孔である。これらの孔は、トンネルの形および大きさを決めるので、非常に重要である。同時にこれらの孔の精度は、過剰な岩盤掘削を不必要に行なうことなく掘削を如何に正確に行なえるかを決める。

図２はフィールドホールまたは補助孔を示し、参照番号３で指し示す。これらの孔の場合、正しい深さが重要になる。正しい深さに対する精度条件は、用いられる爆破手法に依存する。最も重要なことは、孔の最終点を正しく配置することであり、これによって孔の開始端を所定の位置からわずかに逸らすことができる。

図３は踏まえを示し、参照番号４で指し示す。これらは、トンネルの床面の高さおよび形状を決めるために用いられるので、輪郭孔と同じである。これらもまた、位置と方向、ならびに深さについても正確に正しく設ける必要がある。これらの孔の配置や方向を誤ると、不必要な掘削をたくさん行なうことにもなる。

図４は切削孔を示し、参照番号５で指し示す。このような切削孔を先ず爆破して、岩材料を取り除くのに十分な場所を岩盤に作り、これは他の孔の爆破にともなって拡大する。これらの孔に対する精度条件は極端に高く、開始条件に無関係に、これらの孔は所望の場所に厳密に穿孔する必要がある。そこで、これらの孔の場合、カラー処理段階はとくに、非常に注意深くかつ正確に行なう必要がある。

図５はリーム孔を示し、参照番号６で指し示す。これらのリーム孔は、事前に穿孔された開始孔の、いわゆるパイロット孔を爆破に適した大きさに拡大するのに用いられる。所望の場合、リーム孔は、パイロット孔なしで穿孔することもできるが、その場合、穿孔は開始孔に対する場合と同様に、最高の精度で行なう必要がある。

図６は、いわゆるケーシング孔を示し、参照番号７で指し示す。これらは、開始岩盤が極度に軟質であり、その強度がそれなりに疑がわしい理由がある場合に用いられる。このような場合、トンネルの輪郭の周囲に長孔を穿孔し、次いでコンクリートもしくは化学剤を注入して、掘削されるトンネルの周囲に保護および支持用構造を作る。

さらに、特殊な目的に必要なさまざまな孔が存在する。それらには、調査孔、注入孔およびボルト打込み孔がある。

調査孔の目的は、進行方向の岩盤の特性を分析して実掘削およびそれに関連する穿孔に供することにある。

注入孔は、典型的には20ないし30メートルの長さのもので、岩盤材の強化に用いられる。穿孔後、これらの孔を注入コンクリートで満たし、コンクリートは同時に、岩盤の空洞および割れ目を埋めて、水のトンネル内への浸入を防止する。

ボルト打込み孔はトンネルの強化に必要である。このような孔は、変形鋼棒を穿孔後、またはこれにワイヤロープをコンクリートもしくは樹脂で接合した後、トンネルの表層の中へ実質的に垂直に穿孔する。さまざまな開きアンカーボルトもある。

これらのタイプの孔はすべて、固有の精度条件を有し、これが穿孔に用いる穿孔パラメータの値を左右する。

図７は表層穿孔に用いられる穿孔パターンの一例を示す。これは掘削岩盤の縁端部８を一例として示し、ここで、例えば前の掘削段階が終了している。縁端部８から離れて、ほぼ縁端部８の方向に、例えば、この岩盤をさらに掘削するために孔列９ないし11の穿孔が計画されている。各孔列９ないし11もしくは各孔9aないし11aに対しても、必要に応じて、例えば必要な掘削精度や、さまざまな孔の爆破開始などを考慮して、所定の穿孔パラメータを与えてもよい。とくに、掘削後に残っている最終岩盤表層に最後の孔列を続けようとすると、その穿孔パラメータを設定する際、穿孔パラメータおよび孔位置の精度を考慮に入れる必要がある。

穿孔は種々さまざまな部分および段階を含み、それらのそれぞれに対して、また孔ごとに対しても、必要に応じて、さまざまな穿孔パラメータを選択することができる。このような部分および段階には、ドリルブームの位置決め、カラー処理、カラー処理から実穿孔への移行、実穿孔、穿孔中の送り運動、フラッシング、穿孔後の戻り運動などがある。

各孔ごとに、穿孔段階は、位置および孔の種類に応じて、ブームの各部および送りビームを相対的に移動させて所望の精度を得ようとする際、例えば細心の制御と緩慢な移動速度でも必要なことがある穿孔が可能な位置にドリルリグがある場合、ドリルブームの位置決めから開始してもよい。そこで、他の孔を穿孔するには、精度条件が実質的に低ければ、高い移動速度を用いてもよい。

穿孔のさまざまな段階の制御において、状況に応じて、種々さまざまな穿孔パラメータを用いることができる。カラー処理では、例えば開始時間および/または距離を穿孔パラメータとして用いることができる。カラー処理から実穿孔へ進める場合、いわゆるランプ、すなわちカラー処理値から実穿孔値への段階的移行もしくは無段階移行をこのような移行段階に用いることができる。そこで、例えば、打撃力と送り圧および/または送り速度との比を穿孔パラメータとして用いることができる。実穿孔で用いられる最も一般的ないくつかの穿孔パラメータは、衝撃装置の打撃力、ならびに衝撃装置の加圧流体の送り圧、送り力もしくは送り運動速度である。フラッシング剤の圧力もしくは流量も、穿孔パラメータとして用いることができる。

穿孔パラメータとして種々の他の穿孔制御方法を用いることができる。そのような制御方法には、一定に保持された回転圧に基づくモーメント調節、送り衝撃圧比に基づく調節、一定の送り速度で行なわれる穿孔などがあり、それ自体は公知である。

さまざまな穿孔状況に対しても、さまざまな自動監視モードが設けられている。これらには、いわゆるフィッシャーオートメーションがあるが、これは、ドリルビットがはまり込みやすい場合に作動する。このような場合、フィッシャーオートメーションは送りを減速して、必要な場合、戻り運動に転換する。さらにこれは、穿孔パラメータとして用いてもよい。同様に、フラッシング剤流の監視を穿孔パラメータとして用いてもよい。すべての穿孔パラメータを変えてもよく、必要に応じて、孔ごとに選択してもよい。したがって、例えば斜面、すなわち、カラー処理から実穿孔への移行段階を、必要に応じて各孔ごとに異なるようにしてよい。

穿孔が終了したら、ドリルロッドを孔から引き抜く必要がある。そこで例えば、引き抜き速度とフラッシング剤の流量をパラメータにすることができる。

各穿孔に対する穿孔パラメータは、さまざまな方法で決めることができる。ある実施例では、孔に対する穿孔パラメータは孔タイプで事前に決まり、各孔タイプごとの穿孔パラメータをドリルリグの記憶装置に保存する。このような場合、孔ごとに孔タイプを決めるには穿孔パターンのみが必要であり、ドリルリグは、孔を穿孔しながらその記憶装置に保存されている孔タイプの穿孔パラメータに従ってその孔を穿孔する。別の実施例では、孔タイプまたは孔ごとの穿孔パラメータを穿孔パターンですでに決めておき、ドリルリグは、穿孔パターンにより与えられる孔タイプに固有の穿孔パラメータに応じて各孔を穿孔する。

穿孔する孔と、したがってそれぞれの穿孔パラメータは、他の理由、例えばさまざまな環境に従って決めてもよい。そのような場合、穿孔パラメータは、例えば穿孔場所、穿孔機器に基づいて、さらには穿孔作業を行なう穿孔作業者などについても、各孔ごとに決めることができる。さらに、穿孔パラメータは２つ以上の状況の組合せに従って決めてもよい。この概念は、孔を穿孔するための穿孔パラメータをトンネル掘削と表層掘削の両方における穿孔条件に基づいて選択することにある。

トンネル掘削の他に、本発明は、岩盤もしくは他の材を遊離させる表層穿孔にも適用することができる。そこで、さまざまな孔に対して設定する条件および必要な穿孔パラメータは、トンネル掘削用のものとは異なることがある。もちろん重要なことは、ある目的で穿孔する孔に、この特定の孔についてこれに設定された条件に従って決めた穿孔パラメータを与えて、そのようなパラメータを用いることで可能な限りの適切な結果を達成することである。

図面およびその関連説明は、本発明の概念の説明のみを目的としている。本発明は、その細部において特許請求の範囲内で変化させることができる。

Claims (15)

1. 穿孔すべき孔を穿孔前に穿孔パターンとして決め、各孔ごとに、穿孔の開始位置、穿孔方向および穿孔する孔の深さを、穿孔する岩盤に関連して決め、前記穿孔パターンにおいて与えられた孔を孔の目的に応じた孔タイプに分類し、
   前記穿孔パターンにおいて各孔タイプの孔ごとに孔タイプに固有の穿孔パラメータを決めてドリルリグの記憶装置に保存し、前記穿孔パターンは各孔ごとに孔タイプおよび孔タイプに固有の穿孔パラメータを決め、
   穿孔段階中、ドリルリグは、前記穿孔パターンで定義され該ドリルリグの記憶装置に保存された孔タイプに固有の穿孔パラメータに従って穿孔される孔の孔タイプに基づいて該穿孔パラメータを自動的に選択する削岩方法において、該方法は、
   前記孔の穿孔パラメータは、トンネル掘削においてトンネルの掘削に適するよう決め、
   選択可能な穿孔制御方法を穿孔パラメータとして用い、
   穿孔制御方法として傾斜切削穿孔を用い、先ずカラー処理を低力および低送り速度で所定の時間、もしくは所定の孔深さまで行ない、その後、通常の穿孔に対して決められている値に到達するまで穿孔力を所定の比で所定の時間、増大させることによって、傾斜切削段階を経て通常の穿孔へ移行させ、傾斜切削段階の継続時間を穿孔パラメータとして使用することを特徴とする削岩方法。
2. 穿孔すべき孔を穿孔前に穿孔パターンとして決め、各孔ごとに、穿孔の開始位置、穿孔方向および穿孔する孔の深さを、穿孔する岩盤に関連して決め、前記穿孔パターンにおいて与えられた孔を孔の目的に応じた孔タイプに分類し、
   前記穿孔パターンにおいて各孔タイプの孔ごとに孔タイプに固有の穿孔パラメータを決めてドリルリグの記憶装置に保存し、前記穿孔パターンは各孔ごとに孔タイプおよび孔タイプに固有の穿孔パラメータを決め、
   穿孔段階中、ドリルリグは、前記穿孔パターンで定義され該ドリルリグの記憶装置に保存された孔タイプに固有の穿孔パラメータに従って穿孔される孔の孔タイプに基づいて該穿孔パラメータを自動的に選択する削岩方法において、該方法は、
   前記孔の穿孔パラメータは、トンネル掘削においてトンネルの掘削に適するよう決め、
   孔の穿孔に加えて、前記穿孔段階は、ドリルロッドの前記孔からの引き抜きを含み、該ドリルロッドの引き抜き中、引き抜き速度およびフラッシング剤の流量を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、前記孔の穿孔パラメータは、表層掘削において表層掘削に適するように決めることを特徴とする削岩方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の方法において、該方法は、孔の精度を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の方法において、該方法は、穿孔開始時間および/または穿孔開始距離を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の方法において、該方法は、最大許容打撃力を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の方法において、該方法は、送り速度を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の方法において、該方法は、送り力を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の方法において、該方法は、回転速度を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
10. 請求項２ないし９のいずれかに記載の方法において、該方法は、選択可能な穿孔制御方法をパラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、穿孔制御方法として傾斜切削穿孔を用い、先ずカラー処理を低力および低送り速度で所定の時間、もしくは所定の孔深さまで行ない、その後、通常の穿孔に対して決められている値に到達するまで穿孔力を所定の比で所定の時間、増大させることによって、傾斜切削段階を経て通常の穿孔へ移行させ、傾斜切削段階の継続時間を穿孔パラメータとして使用することを特徴とする削岩方法。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法において、孔の穿孔に加えて、前記穿孔段階は、前記ドリルリグのドリルブームを、前記穿孔すべき孔に必要な穿孔位置へ位置決めし、該ドリルブームの位置決め中、該ブームのさまざまな部分に関する運動速度または運動時間を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
13. 請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法において、該方法は、フラッシング剤の流量を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の方法において、該方法は、フラッシング剤の圧力を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。
15. 請求項１および３ないし１４のいずれかに記載の方法において、孔の穿孔に加えて、前記穿孔段階は、ドリルロッドの前記孔からの引き抜きを含み、該ドリルロッドの引き抜き中、引き抜き速度およびフラッシング剤の流量を穿孔パラメータとして用いることを特徴とする削岩方法。

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