JPH06229184A - Method and device for deep-well excavation construction - Google Patents

Method and device for deep-well excavation construction

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JPH06229184A
JPH06229184A JP1743993A JP1743993A JPH06229184A JP H06229184 A JPH06229184 A JP H06229184A JP 1743993 A JP1743993 A JP 1743993A JP 1743993 A JP1743993 A JP 1743993A JP H06229184 A JPH06229184 A JP H06229184A
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compressed air
deep well
hole
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Yutaka Kaneko
金子  豊
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KOKEN KOGYO KK
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Abstract

PURPOSE:To excavate a boring pit having the high bottom hole water pressure of groundwater by compressed air at low pressure by using a down-hole drill without employing a booster compressor. CONSTITUTION:Valves 7 are installed to drill strings 6 at intervals along the longitudinal direction of the drill strings. Water in sections upper than the valves is removed by ejecting compressed air in order from the upper valves, water pressure on a bottom hole is reduced, and a down-hole drill 4 is driven by using a general-purpose compressor at low pressure and soil is excavated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、深井戸掘削工法とその
装置に関し、圧縮空気によるボーリング掘削技術に関す
る。特に、汎用の可搬式低圧コンプレッサを用いて、従
来は不可能とされた地下水層を深く掘ることを可能とし
たものであり、空気掘削の正循環工法ばかりでなく逆循
環工法や深井戸の揚水にも利用できるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a deep well excavation method and an apparatus therefor, and relates to a boring excavation technique using compressed air. Especially, by using a general-purpose portable low-pressure compressor, it is possible to dig deep into the groundwater layer, which was previously impossible, and it is not only the normal circulation method for air drilling but also the reverse circulation method and deep well pumping. Is also available.

【0002】[0002]

【従来の技術】地下水開発、温泉、地熱、又は地下資源
探査ボーリングにおいて、圧縮空気によるボーリング掘
削技術(エア掘削技術)が急速に発展してきている。従
来のエア掘削技術においては、掘削中に地下水層に遭遇
すると、コンプレッサの最高吐出圧力に応じた地下水圧
となる深度が掘削の限界となっている。さらに、掘削中
の掘屑を地下水と共に排除するための背圧も生じること
から、地下水層の掘削深度の限界は、使用するエアコン
プレッサの最大圧力よりも低い水頭圧のところまでにな
っている。
2. Description of the Related Art Boring excavation technology using compressed air (air excavation technology) has been rapidly developed in groundwater development, hot spring, geothermal, or underground resource exploration boring. In the conventional air excavation technology, when the groundwater layer is encountered during excavation, the depth at which the groundwater pressure corresponds to the maximum discharge pressure of the compressor is the limit of excavation. Further, since back pressure for removing the cutting waste during excavation together with groundwater is also generated, the limit of the excavation depth of the groundwater layer is to a head pressure lower than the maximum pressure of the air compressor used.

【0003】最近のエア掘削技術によれば、温泉開発な
どにブースタコンプレッサを用いて地下水面下数百メー
トルにおよぶ掘削も行われているが、超高圧の空気の取
扱は危険であると共に、動力は極めて大型で高価なもの
となっている。図2はこのような従来の装置の配列を示
すもので、1は深井戸掘削機、2はボーリング孔、3は
ビット、4はダウンザホールドリル、5は従来のドリル
ストリングスである。エアコンプレッサ30はレシーバ
31に8〜24kgf/cm2の圧縮空気を吐出し、ブ
ースタコンプレッサ32はこれを、所要の圧力まで昇圧
して、深井戸掘削機1に供給する。所要の圧力は、孔底
における地下水の水圧を上回る圧力が必要で、孔の深さ
が数百mに達するときは、超高圧となる。
According to recent air drilling technology, a booster compressor is used for hot spring development and the like to drill a few hundred meters below the water table. However, handling ultra-high pressure air is dangerous and power consumption is high. Is extremely large and expensive. FIG. 2 shows the arrangement of such a conventional device, 1 is a deep well excavator, 2 is a boring hole, 3 is a bit, 4 is a down-the-hole drill, and 5 is a conventional drill string. The air compressor 30 discharges compressed air of 8 to 24 kgf / cm 2 to the receiver 31, and the booster compressor 32 boosts this to a required pressure and supplies it to the deep well excavator 1. The required pressure is higher than the water pressure of the ground water at the bottom of the hole, and becomes extremely high pressure when the depth of the hole reaches several hundred meters.

【0004】ところが、そのような超高圧の空気が必要
となるのは、掘削を中断した時に、地下水が孔内に充満
して孔底の水圧力が高くなった時だけである。つまり、
ドリルパイプの継足しやビットの交換作業などで掘削を
中断した場合には、地下水が孔内に沸き出して自然地下
水位20を保つようになり、孔底には地下水による水頭
圧が作用する。この状態で掘削を再開するには、孔底の
水頭圧を越える空気圧で孔内地下水を排除しなければな
らず、上述のように、超高圧のブースタコンプレッサが
必要となるのである。
However, such ultra-high pressure air is required only when the excavation is interrupted and groundwater is filled in the borehole to increase the water pressure at the bottom of the borehole. That is,
When drilling is interrupted by adding drill pipes or exchanging bits, groundwater will boil into the holes to maintain the natural groundwater level 20, and the head pressure of groundwater will act on the bottom of the holes. In order to restart excavation in this state, it is necessary to remove the groundwater in the hole with an air pressure exceeding the head pressure of the hole bottom, and as described above, the ultrahigh-pressure booster compressor is required.

【0005】一方、水頭圧の作用しない通常の掘削に必
要とされる空気の圧力は、フラッシング状態にあるとき
の背圧とドリルストリングで消費される摩擦損失の合計
であり、ダウンザホールドリルを使用する場合でもその
ダウンザホールドリルの駆動圧力が加算されるに過ぎな
い。具体的には、フラッシング時の背圧が2kgf/c
2 、ドリルストリング内損失が1kgf/cm2 、ダ
ウンザホールドリルの駆動圧が5〜7kgf/cm2
度であり、水頭圧の作用のないときの掘削中のエアコン
プレッサの圧力は8〜10kgf/cm2 程度となって
いる。
On the other hand, the air pressure required for normal excavation without hydraulic head pressure is the sum of the back pressure in the flushing state and the friction loss consumed by the drill string, and the down-the-hole drill is used. In any case, the driving pressure of the down-the-hole drill is only added. Specifically, the back pressure during flushing is 2 kgf / c.
m 2, the drill string in the loss of 1 kgf / cm 2, the driving pressure of the down-the-hole drill is 5~7kgf / cm 2 or so, the pressure of the air compressor in the excavation in the absence of action of the head pressure is 8~10kgf / cm It is about 2 .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、危険
を伴う大型で高価なブースタコンプレッサを用いること
なく、掘削時に必要な圧力の汎用コンプレッサだけで地
下水層での深井戸掘削を行うことができる、経済的で安
全な、地下水開発や地下資源探査ボーリング等の深井戸
掘削工法とその装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to perform deep well drilling in a groundwater layer by using only a general-purpose compressor having a pressure necessary for drilling, without using a dangerous and large-sized and expensive booster compressor. The purpose is to provide an economical and safe deep well excavation method and equipment for groundwater development and underground resource exploration boring.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、ボーリングの
掘削流体に圧縮空気を用いて深井戸を掘削するに当た
り、ボーリング孔内の深度の浅い位置からその上方の孔
内水を圧縮空気により揚水排除して孔底水圧を減じ、低
圧の圧縮空気を用いて深井戸を掘削することを特徴とす
る深井戸掘削工法である。すなわち、ボーリング孔内
の、水頭圧が低い、深度の浅い位置において、その位置
から上方の水を圧縮空気を用いて排除し、これを繰り返
すことによって複数段階に分けて順次排水し、ついに孔
底に近い部分まで排水し、孔底の水圧を減じて低圧の圧
縮空気によりダウンザホールドリルを駆動可能とする。
According to the present invention, when a deep well is drilled by using compressed air as a drilling fluid for boring, water in the hole above the boring hole is pumped by compressed air from a shallow position. It is a deep well excavation method characterized by eliminating the hole bottom water pressure to excavate a deep well using low pressure compressed air. That is, at a position with a low water head pressure and a shallow depth in the boring hole, water above the position is removed using compressed air, and by repeating this, the water is sequentially drained in multiple stages, and finally the bottom of the hole. It is possible to drive the down-the-hole drill by discharging the water pressure to the part close to, reducing the water pressure at the hole bottom, and using low-pressure compressed air.

【0008】この方法を好適に実施することができる装
置は圧縮空気駆動のダウンザホールドリルと、ドリルス
トリングの途中に圧縮空気をバイパスさせるバルブとを
備えた深井戸掘削装置を用いればよく、このバルブは、
圧縮空気の圧力と孔内水位とに応じて開閉するようにバ
ルブの作動圧力を調整可能としたものを用いることと
し、バルブの作動圧力が異なる複数のバルブをドリルス
トリングスの長さ方向に間隔をあけて配設することによ
って順次排水することができる。また、これを順序よく
実施するにはバルブの作動圧力が下から上になるにした
がって高圧となるように配置すればよく、最下端のバル
ブの作動圧力がダウンザホールドリルの駆動圧力よりも
高い圧力で作動するように設定し、最上端のバルブの作
動圧力がコンプレッサの吐出圧力よりも低い圧力で作動
するように設定しておくことによって、ボーリング孔内
の水を自動的に排水して掘削に移行することができる。
A device capable of suitably carrying out this method may be a deep well drilling device equipped with a compressed air driven down-the-hole drill and a valve for bypassing the compressed air in the middle of the drill string. ,
A valve whose operating pressure can be adjusted so that it opens and closes according to the pressure of compressed air and the water level in the hole is used, and multiple valves with different valve operating pressures are spaced in the length direction of the drill strings. By arranging them open, it is possible to sequentially drain water. Also, in order to carry out this in sequence, it is sufficient to arrange so that the operating pressure of the valve becomes higher from the bottom to the top, and the operating pressure of the valve at the bottom end is higher than the driving pressure of the down the hole drill. By setting so that the operating pressure of the uppermost valve is lower than the discharge pressure of the compressor, the water in the boring hole is automatically drained and the drilling is started. be able to.

【0009】[0009]

【作用】本発明方法は、ボーリングの掘削流体として圧
縮空気を用いる深井戸掘削装置において、ボーリング孔
内水を水頭圧の低い上の方から順に圧縮空気を用いて揚
水排除することによって、孔底水圧を低下させ、ブース
タコンプレッサを用いることなく、低圧のコンプレッサ
を用いて孔底の掘削装置を駆動し、地下水層での深井戸
掘削を可能とする画期的なものである。
According to the method of the present invention, in a deep well drilling device using compressed air as the drilling fluid for boring, the water in the boring hole is pumped out by using compressed air in order from the top with the lowest head pressure. This is an epoch-making technology that enables the drilling of deep wells in the groundwater layer by lowering the water pressure and using the low-pressure compressor to drive the drilling equipment at the bottom without using the booster compressor.

【0010】ボーリング孔内の水を揚水排除する方法と
しては、ドリルストリングスの途中に備えたバルブを通
して、ドリルパイプに供給される圧縮空気を地下水中に
放出し、エアリフトポンプ作用及びフラッシング作用に
よって孔内水を地上へ排除するものである。ドリルスト
リングスから圧縮空気を放出するバルブは、放出深さが
異なるようにドリルストリングスに適当な間隔で複数段
に配設すると共に、圧縮空気の圧力と孔内水位とに応じ
て水頭圧の低い上方から下方へと順次開閉するように、
バルブの作動圧力を調整することができる構造とする。
As a method for removing the water in the boring hole by pumping, the compressed air supplied to the drill pipe is discharged into the groundwater through a valve provided in the middle of the drill string, and the air lift pump action and the flushing action cause the inside of the hole to be removed. It removes water to the ground. The valves that release compressed air from the drill strings are arranged in multiple stages at appropriate intervals in the drill strings so that the release depths are different, and the head with a low head pressure depending on the pressure of the compressed air and the water level in the hole. To open and close sequentially,
The structure is such that the operating pressure of the valve can be adjusted.

【0011】ドリルストリングスの最下端のバルブは、
ダウンザホールドリルを使用する場合のために、ダウン
ザホールドリルの駆動圧力よりも僅かに高い圧力で作動
するように調整し、最上端のバルブはコンプレッサの吐
出圧力よりも僅かに低い圧力で作動するように調整す
る。このようなバルブを備えたドリルストリングスを用
いることにより、危険を伴う大型で高価なブースタコン
プレッサを用いなくとも、地下水層における深井戸掘削
を行うことができ、経済的で安全な地下水開発や地下資
源探査ボーリングが可能となり、あるいは揚水が可能と
なるのである。
The valve at the bottom of the drill string is
For down-the-hole drill use, adjust to operate at slightly higher pressure than the down-the-hole drill drive pressure, and adjust top valve to operate at slightly lower pressure than compressor discharge pressure. To do. By using a drill string equipped with such a valve, it is possible to perform deep well drilling in the groundwater layer without using a dangerous and large and expensive booster compressor, and to develop economical and safe groundwater and underground resources. Exploration drilling will be possible, or pumping will be possible.

【0012】本発明の装置の作動は次のとおりである。
ドリルストリングスには圧縮空気の放出深さが異なるよ
うに、適当な間隔で複数個長手方向に沿って配設された
バルブを設け、このバルブの作動圧力はドリルパイプ内
の空気圧と孔内水圧とに応じて、水頭圧の低い上方から
下方へと順次開閉するように調整する。
The operation of the device of the present invention is as follows.
The drill strings are provided with a plurality of valves arranged along the longitudinal direction at appropriate intervals so that the release depth of compressed air is different, and the operating pressures of these valves are the air pressure in the drill pipe and the water pressure in the hole. According to the above, adjustment is made so that the hydraulic head pressure is sequentially opened and closed from the top to the bottom.

【0013】ドリルストリングスにコンプレッサからの
圧縮空気が送られると、孔底での水頭圧がコンプレッサ
の圧力よりも小さい場合は、ドリルストリングスの下端
に取り付けられているビットを通って圧縮空気が孔壁と
ドリルパイプとの隙間に流れ、孔内水を押し上げてフラ
ッシング状態になり、掘削が可能となる。孔底での水頭
圧がコンプレッサの圧力よりも大きい場合は、圧縮空気
の圧力と水頭圧がバランスするところで空気の流れが止
まる。このとき、例えば地下水レベルがボーリング孔の
口元まで到達している場合、一番上に取り付けられたバ
ルブは、コンプレッサ圧力より僅かに低い圧力で開くよ
うに調整されているから、ドリルストリングス内の圧力
がこの作動圧まで上昇すると、作動してドリルパイプの
中の圧縮空気を地下水中に放出し、エアリフトポンプ作
用及びフラッシング作用によってこのバルブより上の地
下水を排除する。一方、この作動中のバルブより鉛直下
方に配設されているバルブは、このバルブよりも僅かに
低い圧力で開くようになってはいるが、バルブに作用す
る水頭圧が大きいので作動することができない。
When the compressed air from the compressor is sent to the drill strings, if the head pressure at the bottom of the hole is smaller than the pressure of the compressor, the compressed air is passed through the bit attached to the lower end of the drill string to the hole wall. It flows into the gap between the drill pipe and the drill pipe, pushes up the water in the hole, and enters the flushing state, enabling excavation. When the water head pressure at the bottom of the hole is higher than the pressure of the compressor, the air flow stops when the pressure of the compressed air and the water head pressure are balanced. At this time, for example, when the groundwater level reaches the mouth of the boring hole, the valve installed at the top is adjusted to open at a pressure slightly lower than the compressor pressure, so that the pressure in the drill strings is reduced. When this pressure rises to this operating pressure, it operates to expel the compressed air in the drill pipe into the groundwater, eliminating groundwater above this valve by airlift pumping and flushing actions. On the other hand, the valve arranged vertically below the valve in operation is designed to open at a pressure slightly lower than that of this valve, but since the head pressure acting on the valve is large, it may operate. Can not.

【0014】作動中のバルブの作動によってそのバルブ
より上方の水が排除されると、そのバルブに作用してい
る水頭圧が低下し同時にドリルストリングス内の圧力も
低下し、このバルブの設定圧力よりもドリルストリング
ス内の圧縮空気圧が下がってそのバルブが閉まる。この
とき、下方の次のバルブは、次のバルブまでの水頭圧よ
り僅か大きい差圧の設定圧力で作動するように調整され
ているから、下方の次のバルブが開放してその上方の水
を排除する。このように、ドリルパイプ内圧と水頭圧と
がバランスする度にバルブが開放してそれより上方の水
を排除し、順次、水位が低下する。最下端のバルブがそ
の上方の排水を完了すると、遂には圧縮空気がダウンザ
ホールドリルを作動させ、ビットを通してフラッシング
状態になって掘削が再開できるようになる。そしてこの
掘削は、地下水の湧出量より揚水量が大きい限り継続す
る。
When the water above the valve is removed by the operation of the valve during operation, the head pressure acting on the valve is reduced, and at the same time, the pressure in the drill strings is also reduced. Also, the compressed air pressure in the drill strings drops and the valve closes. At this time, the next lower valve is adjusted to operate at a set pressure that is slightly higher than the head pressure to the next valve, so the next lower valve opens and the water above it is opened. Exclude. In this way, every time the internal pressure of the drill pipe and the water head pressure are balanced, the valve is opened to remove the water above it, and the water level is gradually lowered. When the bottommost valve completes drainage above it, the compressed air will eventually actuate the down-the-hole drill, flushing through the bit and resuming drilling. And this excavation will continue as long as the pumping volume is larger than the groundwater discharge.

【0015】最大掘削水深Dmは、次の簡単な計算によ
り目安としての具体的な数値を求めることができる。 Dm=Vi×Vn+(Pc−Pf)×10 …(1) Pd<Pv<Pc …(2) Vi=(1/2)Pc×10 …(3) Vn≦Pc−Pd …(4) ここに: Dmは最大掘削水深(m) Vi:バルブの配設間隔(m) Vn:バルブの配設段数(無名整数) Pc:コンプレッサの最大吐出圧力(kgf/cm2 ) Pf:フラッシング背圧(kgf/cm2 ) Pd:ダウンザホールドリルの駆動圧力(kgf/cm
2 ) Pv:バルブの作動圧力(下段<上段)(kgf/cm
2 ) 式(1)は本発明により掘削可能となる深さの目安(D
m)を求めるもので必ずしも掘削限界数値ではない。式
(2)は配設するバルブの設定可能な圧力範囲を決める
ものである。式(3)はコンプレッサの能力を参考にバ
ルブの配設間隔を決めるもので水頭との関係はコンプレ
ッサ圧力の1/2を目安にしている。0<Vi<Pc×
10の範囲で考えられるが隣接したバルブがお互いにう
まく作動し合うように式(3)を用いることとする。式
(4)によって配設可能なバルブの段数を求める。隣接
するバルブの作動圧力差を余り小さくすると、バルブの
微細な圧力調節が必要となりバルブ構造が複雑になって
薄肉パイプへの装着ができなくなる。従って、その作動
圧力差が0.5〜1kgf/cm2 となるように考え、
式(4)で得られる値を整数化してバルブ段数としてい
る。
For the maximum excavation water depth Dm, a concrete numerical value as a guide can be obtained by the following simple calculation. Dm = Vi × Vn + (Pc−Pf) × 10 (1) Pd <Pv <Pc (2) Vi = (1/2) Pc × 10 (3) Vn ≦ Pc−Pd (4) Where : Dm is the maximum drilling water depth (m) Vi: Valve arrangement interval (m) Vn: Number of valve arrangement steps (anonymous integer) Pc: Compressor maximum discharge pressure (kgf / cm 2 ) Pf: Flushing back pressure (kgf) / Cm 2 ) Pd: Driving pressure of down the hole drill (kgf / cm
2 ) Pv: operating pressure of valve (lower stage <upper stage) (kgf / cm
2 ) Formula (1) is a measure of the depth (D
m) is calculated and is not necessarily the limit value of excavation. Expression (2) determines the settable pressure range of the valve to be installed. Formula (3) determines the arrangement interval of the valves with reference to the capacity of the compressor, and the relationship with the water head is set to 1/2 of the compressor pressure as a guide. 0 <Vi <Pc ×
Eq. (3) will be used so that adjacent valves work well with each other, possible in the range of 10. The number of valve stages that can be arranged is calculated by the equation (4). If the operating pressure difference between the adjacent valves is made too small, it is necessary to finely adjust the pressure of the valves, and the valve structure becomes complicated, so that it cannot be mounted on a thin pipe. Therefore, considering that the operating pressure difference is 0.5 to 1 kgf / cm 2 ,
The value obtained by the equation (4) is converted into an integer to obtain the number of valve stages.

【0016】図7は本発明によるバルブ配設の一例を示
すもので、ボーリング孔2の孔底に圧縮空気駆動のビッ
ト3を備えたドリルストリングス6に、一定間隔Viご
とにバルブ7を設けている。孔内の水位20が高いとき
は、上方のバルブから圧縮空気を噴出してそれより上方
の水を排除する。バルブの作動圧力は上方から順番にP
3 ,Pv2 ,Pv1 とすれば、Pv3 >Pv2 >Pv
1 である。
FIG. 7 shows an example of a valve arrangement according to the present invention. A drill string 6 having a compressed air driven bit 3 at the bottom of a boring hole 2 is provided with valves 7 at regular intervals Vi. There is. When the water level 20 in the hole is high, compressed air is ejected from the valve above to eliminate water above it. The operating pressure of the valve is P from top to bottom
If v 3 , Pv 2 and Pv 1 , then Pv 3 > Pv 2 > Pv
Is 1 .

【0017】[0017]

【実施例】以下、図面に基づき、本発明の実施例を詳細
に説明する。図1において、深井戸掘削機1はボーリン
グ孔2を掘削しており、ボーリング孔2中のドリルスト
リングス6の下端にはビット3を備えたダウンザホール
ドリル4を取付けている。この装置は、図2のブースタ
コンプレッサ32を備えていない。ドリルストリングス
6はいくつかのバルブ7を適当間隔に配設されている。
バルブ7は、図3、図4にその実施例の詳細を示した。
図3はバルブの正面図、図4はその断面図である。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, a deep well drilling machine 1 is drilling a boring hole 2, and a down-the-hole drill 4 equipped with a bit 3 is attached to the lower end of a drill string 6 in the boring hole 2. This device does not include the booster compressor 32 of FIG. The drill strings 6 have several valves 7 arranged at appropriate intervals.
The valve 7 is shown in detail in its embodiment in FIGS.
3 is a front view of the valve, and FIG. 4 is a sectional view thereof.

【0018】図3、4において、ドリルパイプ8、8の
間にバルブボディ9を介装しており、バルブ10を備え
ている。バルブシート12は止め輪11によってバルブ
ボディ9に固定されており、その外径はOリング13で
シールされている。バルブガイド14はバルブ10を皿
ばね15を介して保持している。バルブ10はバルブガ
イド14とねじ接続になっており、バルブガイド14は
バルブシート12にバネを介して組み込まれている。し
たがって、バルブガイド14を回らないように押えてバ
ルブ10を締め込むと皿ばね15の付勢力が大きくな
り、バルブ10に取り付けられた可撓性材料の板18が
バルブシート12に強く圧着され、バルブの作動圧力を
高くすることができる。反対にバルブ10を緩めれば作
動圧力は低くなる。このようにしてバルブの作動圧力を
調整することができる。
In FIGS. 3 and 4, a valve body 9 is provided between the drill pipes 8 and 8 and a valve 10 is provided. The valve seat 12 is fixed to the valve body 9 by a snap ring 11, and the outer diameter of the valve seat 12 is sealed by an O-ring 13. The valve guide 14 holds the valve 10 via a disc spring 15. The valve 10 is screw-connected to the valve guide 14, and the valve guide 14 is incorporated in the valve seat 12 via a spring. Therefore, when the valve guide 14 is pressed so as not to rotate and the valve 10 is tightened, the biasing force of the disc spring 15 increases, and the plate 18 made of a flexible material attached to the valve 10 is strongly pressed to the valve seat 12. The operating pressure of the valve can be increased. On the contrary, if the valve 10 is loosened, the operating pressure becomes low. In this way, the operating pressure of the valve can be adjusted.

【0019】図5はバルブが作動している状態を示すも
ので、バルブ10が皿ばね15の付勢力に抗して開き、
圧縮空気21がバルブを通って放出され矢印22のよう
に流れているているときの状態を示している。図6はバ
ルブをリバースサーキュレーション用二重管ドリルパイ
プに応用した例であり、16は外管ドリルパイプ、17
は内管、23は孔壁である。
FIG. 5 shows a state in which the valve is operating. The valve 10 opens against the biasing force of the disc spring 15,
The state is shown in which the compressed air 21 is discharged through the valve and is flowing as indicated by arrow 22. FIG. 6 shows an example in which the valve is applied to a double-circle drill pipe for reverse circulation, 16 is an outer pipe drill pipe, and 17 is an outer pipe drill pipe.
Is an inner tube, and 23 is a hole wall.

【0020】次に図7を参照して具体例を説明する。 コンプレッサ圧力Pc=8kgf/cm2 フラッシング圧力Pf=2kgf/cm2 ダウンザホールドリル駆動圧力Pd=5kgf/cm2
とすると、 Vi=(1/2)・8・10=40 Vn=8−5=3 Dm=40×3+(8−2)×10 =180 配設バルブの作動圧力Pvは式(2)より5<Pv<8
の範囲であるから、Pv1 =6.5、Pv2 =7、Pv
3 =7.5と仮定して V0 =180−Vi×3=60 今、仮に地表に水位があるとする。各バルブに作用する
水圧はPv3 =6、Pv2 =10、Pv1 =16であ
る。圧縮空気の送風を開始して、内圧が7.5kgf/
cm2 を越えるまでどのバルブも締まっており最初にP
3 のバルブが開いて圧縮空気を放出する。V0 の水が
揚水排出されて水位が低下するとPv2 のバルブに作用
する水圧も下がってVi+Pf相当となる。Vi=40
m、Pf=2であるからこの時の水圧は6kgf/cm
2 となる。この過程では内圧が7.5kgf/cm2
り下がるのでPv3 のバルブは閉り、当然Pv2 のバル
ブから圧縮空気が放出される。
Next, a specific example will be described with reference to FIG. Compressor pressure Pc = 8 kgf / cm 2 Flushing pressure Pf = 2 kgf / cm 2 Down the hole drill drive pressure Pd = 5 kgf / cm 2
Then, Vi = (1/2) / 8/10 = 40 Vn = 8-5 = 3 Dm = 40 × 3 + (8-2) × 10 = 180 The operating pressure Pv of the disposed valve is calculated from the equation (2). 5 <Pv <8
, Pv 1 = 6.5, Pv 2 = 7, Pv
Assuming 3 = 7.5 V 0 = 180−Vi × 3 = 60 Now, it is assumed that there is a water level on the ground surface. The water pressure acting on each valve is Pv 3 = 6, Pv 2 = 10, Pv 1 = 16. When the blowing of compressed air is started, the internal pressure is 7.5 kgf /
All valves are closed until cm 2 is exceeded and P
v 3 of the valve to release the compressed air to open. When the water of V 0 is pumped and discharged and the water level is lowered, the water pressure acting on the valve of Pv 2 is also lowered to become Vi + Pf. Vi = 40
Since m and Pf = 2, the water pressure at this time is 6 kgf / cm
It becomes 2 . In this process, since the internal pressure falls below 7.5 kgf / cm 2 , the Pv 3 valve closes, and naturally compressed air is discharged from the Pv 2 valve.

【0021】水位の低下が進行し、やがてPv1 のバル
ブに作用する水圧も同様に6kgf/cm2 となる過程
でPv1 のバルブから圧縮空気が放出され最終的に孔底
圧力は6kgf/cm2 となるのでコンプレッサ圧力8
kgf/cm2 からフラッシング圧力を差し引いても孔
底から地下水を揚水することが可能となる。こうしてフ
ラッシング状態となると内圧は2kgf/cm2 に低下
しダウンザホールドリルを駆動できるようになるのであ
る。
In the process in which the water level lowers and the water pressure acting on the Pv 1 valve eventually becomes 6 kgf / cm 2 , compressed air is released from the Pv 1 valve and finally the hole bottom pressure is 6 kgf / cm 2. 2 , so the compressor pressure is 8
Groundwater can be pumped from the bottom of the hole even if the flushing pressure is subtracted from kgf / cm 2 . In this way, in the flushing state, the internal pressure is reduced to 2 kgf / cm 2, and the down-the-hole drill can be driven.

【0022】[0022]

【発明の効果】このように本発明は、ボーリングの掘削
流体に空気を用いる深井戸掘削装置において、孔内水を
水頭圧の低い上の方から順に揚水排除することによって
孔底水圧が低下することを利用し、危険を伴う大型で高
価なブースタコンプレッサを用いなくとも、地下水層で
の深井戸掘削を行うことができ、経済的で安全な、地下
水開発や温泉、地熱、地下資源探査ボーリングを行うこ
とができる画期的なものである。また、本発明の装置
は、深井戸の揚水装置としても利用することができる。
As described above, according to the present invention, in a deep well excavating device which uses air as a drilling fluid for boring, the hole bottom water pressure is lowered by pumping out the water in the hole in order from the lower head pressure. By utilizing this, deep well drilling in the groundwater layer can be performed without using a large and expensive booster compressor that is dangerous, and economical and safe groundwater development and hot spring, geothermal, underground resource exploration drilling can be performed. It is a groundbreaking thing that can be done. The device of the present invention can also be used as a pumping device for deep wells.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の掘削装置の配列を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an arrangement of a drilling device of the present invention.

【図2】従来の掘削装置の配列を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an arrangement of a conventional excavating device.

【図3】バルブの正面図である。FIG. 3 is a front view of a valve.

【図4】バルブの断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a valve.

【図5】バルブの作動状態図である。FIG. 5 is an operation state diagram of the valve.

【図6】二重管用バルブの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a double pipe valve.

【図7】本発明の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 深井戸掘削機 2 ボーリング孔 3 ビット 4 ダウンザホー
ルドリル 5、6 ドリルストリングス 7 バルブ 8 ドリルパイプ 9 バルブボディ 10 バルブ 11 止め輪 12 バルブシート 13 Oリング 14 バルブガイド 15 皿ばね 16 外管ドリルパイプ 17 内管 23 孔壁 30 エアコンプ
レッサ 31 レシーバ 32 ブースタコ
ンプレッサ
1 Deep Well Excavator 2 Boring Hole 3 Bit 4 Down The Hole Drill 5,6 Drill Strings 7 Valve 8 Drill Pipe 9 Valve Body 10 Valve 11 Retaining Ring 12 Valve Seat 13 O-ring 14 Valve Guide 15 Disc Spring 16 Outer Pipe Drill Pipe 17 Inside Pipe 23 Hole wall 30 Air compressor 31 Receiver 32 Booster compressor

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ボーリングの掘削流体として圧縮空気を
用いて深井戸を掘削するに当たり、ボーリング孔内の深
度の浅い位置からその上方の孔内水を圧縮空気により揚
水排除して孔底水圧を減じ、低圧の圧縮空気を用いて深
井戸を掘削することを特徴とする深井戸掘削工法。
1. When drilling a deep well by using compressed air as a drilling fluid for boring, the bore water above the borehole is removed by compressed air from a shallow position in the borehole to reduce the bore bottom water pressure. A deep well excavation method characterized by excavating a deep well using low pressure compressed air.
【請求項2】 圧縮空気駆動のダウンザホールドリル
と、ドリルストリングの途中に圧縮空気をバイパスさせ
るバルブとを備えたことを特徴とする深井戸掘削装置。
2. A deep well drilling device comprising a compressed air driven down-the-hole drill and a valve for bypassing compressed air in the middle of a drill string.
【請求項3】 前記バルブは、圧縮空気の圧力と孔内水
位とに応じて開閉するようにバルブの作動圧力を調整可
能としたものであることを特徴とする請求項2記載の深
井戸掘削装置。
3. The deep well excavation according to claim 2, wherein the valve is capable of adjusting an operating pressure of the valve so as to open and close according to a pressure of compressed air and a water level in the hole. apparatus.
【請求項4】 前記バルブの作動圧力が異なる複数のバ
ルブをドリルストリングの長さ方向に間隔を開けて配設
したことを特徴とする請求項3記載の深井戸掘削装置。
4. The deep well excavating device according to claim 3, wherein a plurality of valves having different operating pressures of the valves are arranged at intervals in the length direction of the drill string.
【請求項5】 前記バルブの作動圧力が下から上になる
にしたがって高圧となるように配置したことを特徴とす
る請求項4記載の深井戸掘削装置。
5. The deep well drilling device according to claim 4, wherein the valve is arranged such that the operating pressure of the valve increases from bottom to top.
【請求項6】 最下端のバルブの作動圧力がダウンザホ
ールドリルの駆動圧力よりも高い圧力で作動するように
設定したことを特徴とする請求項4記載の深井戸掘削装
置。
6. The deep well excavating device according to claim 4, wherein the operating pressure of the valve at the lowermost end is set to operate at a pressure higher than the driving pressure of the down-the-hole drill.
【請求項7】 最上端のバルブの作動圧力がコンプレッ
サの吐出圧力よりも低い圧力で作動するように設定した
ことを特徴とする請求項4記載の深井戸掘削装置。
7. The deep well excavating device according to claim 4, wherein the operating pressure of the uppermost valve is set to operate at a pressure lower than the discharge pressure of the compressor.
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