JP7418232B2 - 削岩装置、削岩リグ、及び掘削方法 - Google Patents

Description

本発明は、岩石表面にドリル孔を掘削するための削岩装置に関する。

本発明はさらに削岩リグ及び方法にも関する。

本発明の分野は、独立請求項の前文において、より具体的に定義される。

採鉱場、建設現場、及び他の作業エリアでは、さまざまなタイプの削岩リグが使用されている。削岩リグには１つ以上の掘削ブームが備わっており、削岩ユニットは、ドリル孔を掘削するためにブームの遠位端に配置されている。岩石に孔を掘削する目的は、爆破によって岩石材料を分離させるための発破孔を形成することでありえ、あるいは、掘削した孔の内部にロックボルト又は他の補強材を取り付けることによって岩石表面を補強するために、ドリル孔を掘削する場合がある。通常、いずれの場合も、多数のドリル孔を掘削する必要がある。現在の削岩装置は、とりわけそれらの生産性に関して幾つかの欠点を含むことが示されている。

本発明の目的は、新規かつ改良された削岩装置、削岩リグ、及び削岩方法を提供することである。

本発明による削岩装置は、１つ目の独立装置クレームの特徴によって特徴付けることができる。

本発明による削岩リグは、２つ目の独立装置クレームの特徴によって特徴付けることができる。

本発明による方法は、独立方法クレームの特徴及びステップによって特徴付けることができる。

開示された解決策のアイデアは、削岩リグが単一の掘削ブームを含み、該ブームが自由に移動可能なタンデム掘削ユニットシステムを備えることである。それによって、掘削ブームは、互いに対して所望の位置に独立して位置づけることができる２つの掘削ユニットを備える。掘削ユニットは独立して移動することができる、すなわち、掘削ユニットの軌道は分離しており、交差しないことを意味する。言い換えれば、掘削ユニットは互いに自由にすれ違うことができる。

開示された解決策の利点は、２つの掘削ユニットを所望の位置へと独立して移動及び配置することができる場合に、装置の操作には柔軟性があり、生産性の向上が達成されることである。掘削ユニットは、すれ違うことができることから、互いに待つ必要がなく、さらには、それらの移動範囲は互いに制限されない。掘削ユニットのための適切な位置を自由に選択して、計画された掘削パターンの掘削を実行することができる。このようにして、削岩は迅速かつ効率的な方法で実行することができる。

一実施形態によれば、両方の削岩ユニットが、フィードビームと、該フィードビーム上に移動可能に支持された削岩機とを備える。

一実施形態によれば、開示された解決策は、岩石表面の補強を対象とする。

一実施形態によれば、開示された解決策は、爆破掘削方法を対象とする。

一実施形態によれば、掘削ユニットは、それらの操作中に垂直に移動可能である。したがって、掘削ブームは、掘削ユニットを支持し、それらの垂直移動を可能にする、少なくとも１つの垂直方向に向けられた部分を含む。

一実施形態によれば、開示された解決策は、いわゆるファン掘削を対象としており、ドリル孔が横向きのドリル孔と上向きのドリル孔とを含む一種の扇形のパターンを形成するように、岩石表面に幾つかのドリル孔が掘削される。ファンのドリル孔は、爆薬で満たすことができ、あるいは補強ボルトを受け入れることもできる。

一実施形態によれば、削岩ユニットは両方とも、掘削ブームの長手方向に可動範囲を有する。削岩ユニットは、常に最大可動範囲で掘削ブームの長手方向に独立して移動可能である。掘削ユニットがそれらの両端の間で制限なく駆動することができる場合には、解決策が得られ易くなる。利用可能な可動範囲の長さは、両方の掘削ユニットで同じでありうる。

一実施形態によれば、掘削ユニットは、独自のリニアガイド面上で同時にかつ長手方向に移動可能である。掘削ブームの設計が十分に堅固であるか、又はブームが周囲の表面に追加的に支持されており、したがって、掘削ユニットは両方とも安定性の問題を引き起こすことなく移動することができる。２つの掘削ユニットはまた、互いに干渉することなく、同時に一斉に、掘削及び他の作業ステップを実行することもできる。

一実施形態によれば、上記２つの削岩ユニットの一方又は両方が、削岩ユニットの削岩機によって掘削されたドリル孔に補強部品を供給するための供給手段を含む。言い換えれば、掘削ユニットは、孔をあけるため、及びそれらに補強材を提供するための手段を備えている。

一実施形態によれば、上記の前の段落で述べた供給手段は、細長いロックボルトを操作するように構成される。該操作には、保管、取り扱い、供給、及び締め付け手段が含まれうる。

一実施形態によれば、ドリル孔の内部に供給される上述の補強部品は、ロックボルト、自己掘削型アンカーボルト、補強ケーブル、注入材料のうちの１つである。したがって、岩石表面を補強するための幾つかの代替方法が存在する。

一実施形態によれば、削岩ユニットは、ブームに対して独立して移動可能なキャリッジに取り付けられる。さらには、キャリッジと掘削ユニットとの間に、ブームに対して削岩ユニットを独立して回転させるための回転ユニットがある。キャリッジはブームの長手方向に移動し、回転ユニットの回転軸はキャリッジの移動方向に対して垂直である。

一実施形態によれば、掘削ブームは、削岩リグの前方移動方向に面した第１の側と、後方移動方向に面した反対側の第２の側とを含む。上述の第１のキャリッジは第１の側に取り付けられ、第２のキャリッジは反対側の第２の側に取り付けられる。したがって、キャリッジは掘削ブームの両側に配置される。このように、キャリッジは自身の側で自由に移動し、それらは互いに干渉しない。

一実施形態によれば、キャリッジと掘削ユニットとの間に配置される回転ユニットは、少なくとも回転モータを含む。回転モータは油圧モータでありうる。場合によっては、回転モータは、代替的に電気モータであってもよい。さらには、回転ユニットは、モータのみを備えていてもよいし、あるいは、回転ギアと回転モータとの組合せであってもよい。

一実施形態によれば、掘削ブームは２つの部分で構成されている。掘削ブームは、削岩リグの可動キャリアに接続可能な第１のブーム部分と、遠位の第２のブーム部分とを含む。ブーム部分間にはジョイントがあり、それによって第２のブーム部分を第１のブーム部分に対して回転させることができる。さらには、２つの削岩ユニットは、第２のブーム部分の対向する側面に取り付けられ、第２のブーム部分の長手方向に移動可能である。

一実施形態によれば、掘削ブームは、上記の前の実施形態に開示されているように、第１のブーム部分と遠位の第２のブーム部分とを含む。さらには、ブームは、第２のブーム部分が第１のブーム部分に対して横方向に配向されるように動作中に配向されるように設計される。

一実施形態によれば、第１のブーム部分は、削岩ユニットの動作中に水平又は実質的に水平に配向されるように構成される。第２のブーム部分は、動作中に垂直又は実質的に垂直に配向されるように構成される。水平な第１のブーム部分は地面又は底面に支持されてよく、それによりブームが安定する。

一実施形態によれば、第２のブーム部分は、ブーム部分の間に配置された水平ジョイントに対して前後に傾けることができる。よって、第２のブーム部分及び掘削ユニットは、容易に配向させることができ、掘削計画に従ってドリル孔を掘削することができる。

一実施形態によれば、安定性を改善するために、上述の水平な第１のブーム部分は掘削動作中に地面に支持されうる。さらには、第２のブーム部分は、ブームを岩石表面に支持するための１つ以上の伸長可能な支持要素を有することができる。支持要素は、伸縮構造であるか、あるいは単に油圧シリンダであってもよい。伸長可能な支持体は垂直方向に移動可能であってよく、それによってトンネルの天井又は対応する岩石空間に押し付けることができる。

一実施形態によれば、掘削ブームは輸送位置と動作位置とを有する。その後、第１及び第２のブーム部分を輸送位置に移動させ、そこで第１のブーム部分を地表面からある距離で上方に持ち上げ、第２のブーム部分を削岩リグのキャリアに向かって後方に傾ける。動作位置はすでに上に開示されている。

一実施形態によれば、掘削ブームは、削岩リグのキャリアに接続可能な第１のブーム部分と、遠位の第２のブーム部分とを含む。第２のブーム部分は、フレームと、該フレームに支持された第１及び第２の細長いガイド要素とを含む。第１のキャリッジは、第１のガイド要素に直線的に移動可能に支持され、第２のキャリッジは、第２のガイド要素に直線的に移動可能に支持される。キャリッジは、専用のアクチュエータによってフレームに対して移動する。上記の専用のガイド要素、キャリッジ、及びアクチュエータのおかげで、掘削ユニットは、垂直又は実質的に垂直に配向された第２のブーム部分の長手方向における所望の動作位置に自由に配置することができる。言い換えれば、良好な性能で作業サイクルを実行するために、掘削ユニットを所望の高さ位置に駆動させることができる。

一実施形態によれば、第２のブーム部分は、キャリッジを支持するための２つの第１のガイド要素及び２つの第２のガイド要素を含む。上記２つの第１のガイド要素は、互いに横方向の距離に位置し、同様に、２つの第２のガイド要素は、互いに横方向の距離に位置する。本開示の構造は、掘削ユニットに安定した正確な動きを提供する。

一実施形態によれば、第２のブーム部分の上述のガイド要素は、丸棒又は管である。次に、構造は単純であり、ガイド要素の丸い表面は良好なスライド表面を提供する。

一実施形態によれば、キャリッジを移動させるための上述の第１及び第２のアクチュエータは油圧シリンダである。

一実施形態によれば、第２のブーム部分は、互いに横方向の距離にある２つの長手方向ビームを有し、かつ横方向フレーム部分によってそれらの第１及び第２の端部で互いに接続されているフレームを含む。したがって、フレームは、上述のガイド要素とシリンダとが備わった装置スペースを囲む長方形の形状を有する。本開示のフレーム構造は、比較的軽量であり、かつ依然として堅固であってよく、さらには、ガイドバー及びシリンダは、フレームの横方向部分の間に容易に取り付けられる。フレームの横方向部分の間に取り付けられたガイドバーは、フレーム構造に追加の支持を提供することができる。さらには、第２のブーム部分の長方形のフレーム構成は、フレームバーと構造との間の装置スペース内に取り付けられた可動構成要素のためのシェルターも提供する。

一実施形態によれば、第２のブーム部分は、互いに間隔を隔てた２つの横梁又はフレーム部分を有するフレームを含む。横方向フレーム部分は、上述のガイドバーによって互いに接続されている。したがって、この解決策では、第２のブーム部分は、別個の長手方向フレームバーを有しない場合がある。利点は、第２ブームの重量を軽減することができ、かつ、構造がコンパクトになることである。

一実施形態によれば、本解決策は、可動キャリア、掘削ブーム、及び該掘削ブームに長手方向に移動可能に支持された２つの削岩ユニットを含む削岩リグに関する。掘削ブーム及び削岩ユニットは、本文献に開示されている特徴に従う。それによって、掘削ブームはタンデム掘削システムを備えており、ここで、２つの掘削ユニットが互いに独立して動作可能かつ移動可能であり、それにより２つの掘削ユニットが互いに対して自由に動作でき、効果的な掘削が達成される。１つの単一のブームが必要とされるが、それでもなお、２つの掘削ユニットが提供される。

一実施形態によれば、本解決策は、１つの掘削ブームと該掘削ブームに支持された２つの削岩ユニットとを含む削岩装置によって岩石表面にドリル孔を掘削する方法に関する。本方法は、２つの掘削ユニットを掘削ブームの長手方向に移動させること、及び互いに対して独立して移動を実行することを含む。掘削中、ブームは、掘削ブームの一部が垂直に又は実質的に垂直に配向され、掘削ユニットが掘削ブームに沿って配置された場合に垂直に移動するように配置することができる。

一実施形態によれば、両方の掘削ユニットの垂直位置は、それらの専用の最大直線移動範囲から、掘削作業中に常時、自由に選択される。したがって、全体的な移動ポテンシャルは、位置決めのために利用可能に選択することができる。

一実施形態によれば、本方法は、他の掘削ユニットが掘削などの独自の作業サイクルを実行するときに、同時に、掘削ブームの長手方向において掘削ユニットの一方を自由に動かすことを含む。

上記開示された実施形態を組み合わせて、必要とされる上記特徴を有する適切な解決策を形成することができる。

幾つかの実施形態は、添付の図面において、より詳細に説明される。

タンデム掘削ユニットを有する掘削ブームを備えた削岩リグの概略的な側面図 本開示の装置の可能な構成要素を示す概略図 ２つの長手方向に移動可能な掘削ユニットを備えたブーム部分を含む装置の概略的な側面図 図３に開示される解決策の概略的な上面図 さまざまな位置及び配向の状況における上記図３及び図４の解決策を示す概略的な側面図 さまざまな位置及び配向の状況における上記図３及び図４の解決策を示す概略的な側面図

明確にするために、図面は、開示された解決策の幾つかの実施形態を簡略化した態様で示している。図において、同様の参照番号は同様の要素を識別する。

図１は削岩リグ１を示している。削岩リグ１は、可動キャリア２と、１つの掘削ブーム３とを備えている。ブーム３は、キャリア２に接続された第１のブーム部分３ａとジョイント４によって第１のブーム部分３ａに接続された第２のブーム部分３ｂとを含み、それによって第２のブーム部分３ｂは所望の位置まで回転Ａすることができる。第１のブーム部分３ａは、ジョイント５に対して回転Ｂすることができる。動作中、第１のブーム部分３ａは水平に配向されてよく、地面又は底面に支持されうる。第２のブーム部分３ｂは垂直に配向され、２つの掘削ユニット６ａ，６ｂを備えている。第２のブーム部分３ｂは、掘削ユニット６ａ，６ｂが第２のブーム部分３ｂの両側で長手方向に沿って移動Ｐすることができるガイド面７を備えている。掘削ユニット６ａ，６ｂは、移動範囲Ｍを有し、それらの両方を、破線で示されるように、任意の所望の位置に自由に配置することができる。掘削ユニット６ａ，６ｂは、横方向回転軸８に対して回転Ｔさせることができる。本開示の削岩リグ１は、上方、横方向、及び角度位置に位置する岩石表面にドリル孔９を掘削するために利用することができ、掘削した孔９の方向は変化しうる。

さらには、場合によっては、位置決めを容易にするために、ブームシステム全体を回転軸１０に対して横方向に動かすことができる。位置決め及び掘削プロセスは、制御ユニットＣＵの制御下で自動的に、又はオペレータと一緒にコンピュータ支援の方法で制御することができる。制御ユニットＣＵは、掘削又はボルト締めのプランを備えていてもよく、ドリル孔９は、計画された位置及び方向に掘削される。

図２には、掘削ユニット６ａ，６ｂの両方が、フィードビーム１１と、その上に支持された削岩機１２とを備えることができることが開示されている。削岩機１２は、掘削ツールに衝撃パルスを生成するための衝撃装置と、ツールをその縦軸の周りに回転させるための回転装置とを備えることができる。削岩機１２はさらに、ドリル孔から掘削切粉を洗い流すための洗浄装置を備えることができる。掘削ユニット６ａ，６ｂが岩石表面を補強することを目的とする場合、それらは、掘削されたドリル孔に補強材を供給するための供給手段１３を備えることができる。供給手段１３は、ロックボルトマガジンなどの供給貯蔵部と、供給マニピュレータとを備えることができる。

図３は、第２のブーム部分３ｂに対して独立して移動可能Ｐである、キャリッジ１５ａ，１５ｂ上に取り付けられた２つの削岩ユニット６ａ，６ｂを備えた削岩装置１４を開示している。第１のキャリッジ１５ａは２つの第１のガイドバー１６ａ，１６ｂ上に支持され、第２のキャリッジ１５ｂは２つの第２のガイドバー１７ａ、１７ｂ上に支持される。キャリッジ１５ａ，１５ｂは、滑り軸受要素１８又は他の軸受構成を備えることができる。ガイドバー１６ａ，１６ｂは、２つの横方向フレーム部分１９間に配置された丸棒又は管でありうる。したがって、図示される実施形態では、第２のブーム部分３ｂのフレーム２０は、長手方向にガイドバー１６，１７のみを備えている。しかしながら、場合によっては、横梁の外端の間に別の縦梁が存在していてもよく、これらのバーはガイドバーとして機能しない。ガイドバー１６，１７は、図１に関連して上述した細長いガイド要素７として機能する。第１のアクチュエータ２２ａは第１のキャリッジ１５ａを動かし、第２のアクチュエータ２２ｂは第２のキャリッジ１５ｂを動かす。アクチュエータ２２は油圧シリンダでありうる。さらには、キャリッジ１５と削岩ユニット６との間には、掘削ユニット６を異なる角度位置へと回転Ｔさせるための回転ユニット２３がある。掘削ユニット６は、フィードビーム１１と、掘削ツール２４を備えた削岩機１２とを備えている。図４は同じ装置１４の上面図である。

図５及び６は、異なる動作位置にある図３及び図４の装置１４を開示している。図５では、第２の掘削ユニット６ｂがその下方位置へと駆動され、第１の掘削ユニット６ａはその上方位置にある。図６では、状況が逆になっている。掘削ユニット６の両方がそれらの上方又は下方位置にあるか、若しくは移動範囲内の任意の垂直位置にあることも可能である。図５及び６はまた、掘削ユニット６を所望の態様で配向させることができることも示している。

図面及び関連する説明は、本発明の概念を例示することのみを意図している。その詳細において、本発明は、特許請求の範囲内で異なりうる。

Claims (9)

1. 削岩装置（１４）であって、
   削岩リグ（１）の可動キャリア（２）に接続可能な第１のブーム部分（３ａ）と、遠位の第２のブーム部分（３ｂ）とを備える、掘削ブーム（３）と、
   前記掘削ブーム（３）に移動可能に支持された２つの削岩ユニット（６ａ，６ｂ）であって、上記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）は分離したユニットであり、互いに対して独立して前記掘削ブーム（３）に対して移動可能（Ｐ）である、前記２つの削岩ユニット（６ａ，６ｂ）と
   を備え、
   前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）が、前記掘削ブーム（３）に対して独立して移動可能（Ｐ）なキャリッジ（１５ａ，１５ｂ）上に取り付けられており；
   前記キャリッジ（１５ａ，１５ｂ）と前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）との間に、前記掘削ブーム（３）に対して前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）を独立して回転させるための回転ユニット（２３）があり；かつ
   前記キャリッジ（１５ａ，１５ｂ）が前記掘削ブーム（３）の長手方向に移動するように構成されており、前記回転ユニット（２３）の回転軸（８）が前記キャリッジ（１５ａ，１５ｂ）の移動方向に対して垂直であり、ここで、
   前記第１のブーム部分（３ａ）と前記第２のブーム部分（３ｂ）の間に、前記遠位の第２のブーム部分（３ｂ）を前記第１のブーム部分（３ａ）に対して回転（Ａ）させることができる水平ジョイント（４）があり、前記第２のブーム部分（３ｂ）は前記水平ジョイント（４）に対して前後に傾けることができるようになっており；
   前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）が、前記第２のブーム部分（３ｂ）の対向する側面に取り付けられており、前記第２のブーム部分（３ｂ）の長手方向に移動可能（Ｐ）であること
   を特徴とする、削岩装置（１４）。
2. 両方の削岩ユニット（６ａ，６ｂ）が前記掘削ブーム（３）の長手方向に可動範囲（Ｍ）を有しており；かつ
   前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）が、常に最大可動範囲（Ｍ）で前記掘削ブーム（３）の長手方向に独立して移動可能（Ｐ）であること
   を特徴とする、請求項１に記載の削岩装置。
3. 上記２つの削岩ユニット（６ａ，６ｂ）のうちの少なくとも一方が、前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）の削岩機（１２）によって掘削されたドリル孔（９）に岩石表面を補強するための補強部品を供給するための供給手段（１３）を含むこと
   を特徴とする、請求項１又は２に記載の削岩装置。
4. 前記掘削ブーム（３）が、削岩リグ（１）の可動キャリア（２）に接続可能な第１のブーム部分と、遠位の第２のブーム部分とを含み；
   前記第２のブーム部分（３ｂ）が前記第１のブーム部分（３ａ）の長手方向に配向されるように、前記掘削ブーム（３）が動作中に配向されるように構成されること
   を特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の削岩装置。
5. 前記掘削ブーム（３）が、削岩リグ（１）の可動キャリア（２）に接続可能な第１のブーム部分（３ａ）と、遠位の第２のブーム部分（３ｂ）とを含み；かつ
   前記第２のブーム部分（３ｂ）が、
   フレーム；
   前記フレームに支持された少なくとも１つの第１の細長いガイド要素；
   前記フレームに支持された少なくとも１つの第２の細長いガイド要素；
   前記第１の細長いガイド要素に直線的に移動可能（Ｐ）に支持された第１のキャリッジ（１５ａ）；
   前記第２の細長いガイド要素に直線的に移動可能（Ｐ）に支持された第２のキャリッジ（１５ｂ）；
   前記フレームに対して前記第１のキャリッジ（１５ａ）を移動（Ｐ）させるための少なくとも１つの第１のアクチュエータ；及び
   前記フレームに対して前記第２のキャリッジ（１５ｂ）を移動（Ｐ）させるための少なくとも１つの第２のアクチュエータ
   を備えていること
   を特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の削岩装置。
6. 削岩リグ（１）であって、
   可動キャリア（２）；
   掘削ブーム（３）；及び
   前記掘削ブーム（３）上に支持された２つの削岩ユニット（６ａ，６ｂ）
   を備えており、ここで、
   前記掘削ブーム（３）及び前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）が、請求項１から５のいずれか一項に記載されていること
   を特徴とする、削岩リグ（１）。
7. 掘削ブーム（３）と、前記掘削ブーム（３）上に支持された２つの削岩ユニット（６ａ，６ｂ）とを備えた、請求項１から５のいずれか一項に記載の削岩装置（１４）によって岩石表面にドリル孔（９）を掘削する方法であって、前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）が前記掘削ブーム（３）に対して移動し；
   前記方法が、
   前記掘削ブーム（３）の少なくとも一部を垂直に配置すること；
   前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）を、所望の垂直位置に配置するために前記掘削ブーム（３）に対して垂直に移動（Ｐ）させること；
   を含み、ここで、
   上記２つの削岩ユニット（６ａ，６ｂ）を前記掘削ブーム（３）の長手方向に移動（Ｐ）させること；及び
   前記２つの削岩ユニット（６ａ，６ｂ）の前記移動（Ｐ）を互いに対して独立して実行すること
   を特徴とする、方法。
8. 前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）が、掘削中、常に、それらの最大直線移動範囲（Ｍ）でそれらの移動（Ｐ）を実行できるようにすること
   を特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 一方の前記削岩ユニット（６ａ，６ｂ）が、他方の削岩ユニット（６ａ，６ｂ）がその掘削作業サイクルを実行中に、前記掘削ブーム（３）の長手方向に同時に自由に移動（Ｐ）できるようにすること
   を特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。

Images