JPH1162453A - ダウンザホールドリルを効果的に使用するシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダウザホールドリルの能力を、最大限に発揮
し、多種多様な機械に装着して掘削する。 【構成】 ダウザホールドリルで地盤を掘削し、それは
掘削の先端に送り込む二つのロッド通路からなり、一方
のロッド通路からはダウザホールドリルの中に圧縮空気
を送り込み、もう一方のロッド通路は掘削地層の状態に
より水、エアー、泥水を送り、その二つのロッド通路の
流体が、一体となり排出される構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は地盤の掘削工法に関
し、ドリルを使用しそれらに用いられる装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】 ドリルを使用する掘削は大量の水を使
用せず圧縮空気を使用して掘削し、粘土層や砂礫層など
ではドリルは不向きである。現在ロータリー機械では、
岩盤までの地層をトリコンやコアチューブなどを使って
掘進していき、岩盤と岩盤の間の粘土層ではドリルは停
止し、トリコンビットに替える必要がある。

【０００３】トップハンマなどによる掘削は、粘土層や
砂礫層、地下水の多く出る所などを掘削するには便利で
あるが、深く掘り下げて行く時に管の接合部一箇所につ
き数％のエネルギー損失がある。その為、掘削深度が深
くなるにつれて、先端の掘削ビットに伝達される打撃力
が減少し、掘削速度が著しく遅くなる。現在のトップハ
ンマは深く掘りにくい。硬い地盤にあたるとなかなか穿
孔できない。トップハンマとドリルが一体になった工法
では、いろいろな地層を掘削できると考えられたが、硬
い地盤では効果があるが粘土層ではこの工法でうまく掘
削する事ができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 従来のドリルは岩盤
までの土や砂の地層では、使用が困難である。コンプレッ
サの圧力が強力であれば掘削する事もできるが、粘り気
が強い地層ではドリルが停止し、排気エアーの力ではビ
ットの先端に目詰まりをおこしスライムが上がらなくな
るのである。

【０００５】ドリルは大量の地下水が出ると掘削ができ
ない。

【０００６】本発明はコンプレッサの圧縮空気圧が従来
のものと同じであれば、従来の掘削深度を増大させる事
ができる。つまり、本発明と比較すると、従来のドリル
はスライムの排出力が弱いのである。

【０００７】従来のドリルでは孔内の壁を保護する能力
が極端に少ないので、地下水脈の砂質や片岩では使用が
困難である。

【０００８】トツプハンマとドリルが一体になつている
工法では、上記（０００４）および（０００５）、（０
００６）が課題であった。

【０００９】

【 課題を解決しようとするための手段】従来は砂礫層
や崩壊層の掘削は、水の侵入により拡内の壁が崩壊して
いた。二重管にする事によって、一方の通路はドリルに
圧縮空気を送気し、もう一方には泥水を送って、泥水が
排気エアーを包み込む事で孔内の壁を保護し、水の圧力
で水の侵入を防いで掘削する事ができる。そして排気エ
アーの上昇力によりスライムをスムーズに排出する事が
できる。

【００１０】上記（０００９）によって大量の水が出て
きても、泥水の補給によって調整剤を入れ壁を強化して
掘削する事ができる。

【００１１】従来、ドリルを砂礫層や軟質地層で使用す
れば、フラッシングがある為に排気エアーの力で大きな
穴があいてしまう。その穴とドリルを包む外管やロッド
の間が大きくなる事によって、スライムの上昇流は遅く
なる。又、大きなフラッシングの力により、大きな石の
スライムが残りそのせいでシャーミングが増大してしま
う。それを解消するには、フラッシングを極端に少なく
し、ビットとドリルを包む外管の隙間（図１１のＤ参
照）を狭くする事によって、シャーミングを起こしにく
くする。

【００１２】従来のドリルの掘削深度はスライムの上が
りに限界があり、従来と本発明のコンプレッサのエアー
圧と容量が同じであれば、本発明の方が深く掘削するこ
とができる。ドリルの排気の仕組みを説明すると、ドリ
ルが駆動している時の吹き出し方は、ドリルの構造上ド
リルの中のハンマがビットを叩き、ハンマが下がる時は
エアーを排出せずハンマが上がった時にエアーを排出す
る。それを繰り返して強弱のリズムでスライムが地上へ
排出するので、コンプレッサの圧縮空気はドリルの構造
内を通る事によって半減され排出される。本発明はその
為にもう一つの通路により、圧縮空気をビットの先端に
送り込む事で、排出力は倍以上になり、その通路の中に
水や泥水を混ぜる事により、排出力は数倍以上になる。
それにより、深く掘削できる。

【００１３】ドリルは粘度質などに弱い。それは岩盤と
岩盤などの間に粘土質の地層がある場合が多い。その粘
土質にドリルが進むとビットが目詰まりをおこしてしま
う。それはビットの吐出口が、スライムの除去の為に下
向きに付いている為、上からハンマの力で叩く事によっ
て、ビットの吐出口に粘土が入ってしまい、排気エアー
の圧力ではそれを押し出せなくなる。そうなればハンマ
がピストン運動をしなくなり停止してしまう。それで従
来のドリルは粘土層など軟質地層の掘削ができなかっ
た。

【００１４】その目詰まりをなくすには、ロッドに二つ
の通路を設ける。（図３参照）Ａ通路は、ドリル内に通
じ駆動力のもととなり、Ｂ通路は、ドリルの構造内には
入らない。Ｂ通路へ圧縮空気圧を調整して送気し、ビッ
トの吐出口に入ろうとするものを排除する事ができる。
それでも排除されない時はＢ通路の圧縮空気の中に水や
泥水を入れる。それでも目詰まりをおこしそうであれ
ば、Ｂ通路に水と泥水を送り込んでビット内でＡ通路か
らの流体とＢ通路からの流体を一体にして、ビットの排
出力を増大させ目詰まりがおこらないようにする事がで
きる。現在のトップハンマでの粘土層の掘削は目詰まり
がせず、スムーズであるのは、ビットの吐出口から、泥
水が出てくるからである。要するに、本発明もトップハ
ンマと同じように泥水を使用するので目詰まりがおこら
ないのである。

【００１５】

【作用】従来のドリルは、軟質地層ではフラッシングの
影響で孔内の壁が崩壊する為に、フラッシングを極端に
少なくする事が必要である。その為には、ドリルの構造
を変えハンマ内部の一部を改造する事である。

【００１６】この発明のドリルのビットの構造は、圧縮
空気の通路からと、水や圧縮空気、泥水を送る通路から
の流体をビットの中で一体にして、ビットの下から吹き
出す事によってスライムの除去作用が確実になる。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例を参照し
て説明する。図１においてロータリー式掘削機１はボー
リング孔２を掘削し、二重管ロッド３の先にドリル４が
ありビット５がその先に備えてある。二重管ロッドの上
に二重管スイベル１６（図２は拡大図）がある。コンプ
レッサ７でホース８を通って、圧縮空気が送られ二重管
ロッド３の内部を通って、ドリル４の駆動力になる。も
う一方の流体は、スライム溜１４に泥水があり調整剤を
入れることが可能で、ホース９の口からポンプ１０の力
でホース１１を通って、二重管スイベル１６の口１２か
ら入り二重管ロッド３を通って（図３のＢ）、ドリルの
内部を通らずハンマビット５でハンマのエアーの排気と
一体となって、ビットの吐出口から、下に向かって排出
される。そして外管と孔内の壁の間を、勢いよく通り抜
け孔内２を上がって１５のカバーにより、スライムがス
ライム溜１４にはいる。これは軟質地層や地下水の多い
場合に行う工法である。

【００１８】孔内が比較的硬い地層で崩れにくい場合、
下記の方法がある。図４を参照して説明する。コンプレ
ッサ７で圧縮空気ができ、これはホース８を通り、二重
管スイベルに入り二重管ロッド３を通り、ハンマ４に送
られる。この方法は、図１と同じである。しかし、図４
はコンプレッサ７からホース１１を通って、二重管スイ
ベルの口１２から二重管ロッド３の通路を通っている。
これらはスライムの排出が、一台のコンプレッサ７で十
分である場合である。そして深く掘削していき、圧縮空
気だけのスライムの排出では不十分である時は、ホース
１９をつなげる。そして、ポンプ１０はホース９から吸
い上げた泥水を量を調整して送り、コンプレッサ７から
の圧縮空気と共に泥水をホース１１に送り込む事によっ
て、スライムの排出能力が向上し、掘削深度を深くする
事ができる。

【００１９】そして掘削深度が深くなってスライムの排
出が十分でなければ、図５のようにコンプレッサを二台
据え付ける事によって、スライムの上がりがよくなる。
それに、地層の状態によりコンプレッサ１８と７をより
強くする事も、ポンプ１０を強くする事もできる。この
組み合わせで幾通りもの方法が考えられる。この方法
は、泥水に調整剤を混入することや、圧縮空気や泥水の
量を調整する事ができるので、深く掘削する事ができる
のである。

【００２０】従来、ロータリーパーカッション機械とド
リルが一体になっている工法があるが、現在では普及し
ていない。それは、ドリルの弱点が出て一体にする効果
がみられないからで、本発明はその弱点をカバーでき
る。それは従来、ドリルの先端へ圧縮空気だけを送気し
ていたが、本発明を利用する事により、ドリルに送気す
るもう一方の通路へ水や、泥水や圧縮空気を送る事で、
穿孔スピードを速めビットの目詰まりをなくす事ができ
るのである。

【００２１】ロータリーパーカッション機械と、ドリル
が一体になっている工法での応用例である。図６を下記
によって説明する。キャタピラ付き掘削機１は、トップ
ハンマ２０が付いてその下に三重管ロッド３があり、そ
の先にドリル４が付いていて、その先にビット５が装着
している。このロッドは、三重管（図７参照）である。
この通路は三つあり、一つの通路はドリルに送るエアー
の通路であり、二つめの通路はドリル構造内を通らずハ
ンマのビット内で、ドリルのエアーの排気と一体とな
る。二つめの通路に入れる流体は水、圧縮空気、泥水な
ど混合して入れる時もあり、これは地層の状態によって
変わる。二つの通路からの流体がビット内で一体とな
り、その排出に三つめの通路がある。この通路は、どれ
がどれでもよく、ドリルやトップハンマの構造上変化す
るので、それによってロッド内の通路も決まってくる。
一つの例として、図７のＣを排出に使用すれば外管ｃが
軟質地層を通過して硬い岩盤に侵入し、外管ｃは掘削を
停止して中のロッドａとｂで掘削する。これはシャーミ
ングを、減少させるように考えた掘削工法である。ロッ
ド内の通路は、どういう用途に使用するかによって変化
してくる。

【００２２】クレーンでの掘削は、地上設置の必要設備
を少なくする為である。この掘削工法に、本発明を利用
する事で、スライムの出がよくなり、より深く掘削でき
る。図８ではクレーン掘削機１があり、そのワイヤの先
にスイベル１６がある。コンプレッサ１８からホース８
を通って、圧縮空気がスイベルの口６から二重管ロッド
３を通ってドリル４に送られドリルの駆動力となる。コ
ンプレッサ７により二重管スイベルの口１２から入り二
重管ロッド３を通りドリルの構造内に入らず外を通りビ
ット５内でドリルの排気が一体になり、ビット５の吐出
口から排出され地上に上がり、カバー１５で分離機１７
へ運ばれ、分離した泥水をポンプ１０の力で二重管スイ
ベル１６の口１２へ送り込まれ循環する。この工法は一
例であり図８では、コンプレッサ７と１８で二台あるが
容量が足りれば一台でもよい。そして１４の分離機も川
などの近くで、水が大量にある所では、必要がなく直接
９のホースを水のある所から引き、１０のポンプで二重
管スイベル１６に送り込めばよい。そしてカバー１５か
ら出るスライムをどこかに排出すればよい。それで速く
深く掘削する事ができる。

【００２３】従来の二重管拡底ハンマ工法は、拡縮ビッ
トがケーシングよりも広いビットで掘削し、ケーシング
をドリルの駆動力で叩いて下げていき、ケーシングとケ
ーシングの継目は溶接などをして掘り下げていく工法で
ある。これは軟質地層では有効な方法であるが、岩盤な
ど硬い地盤ではシャーミングをして不向きである。

【００２４】図９は、従来の二重管拡底ハンマ工法であ
る。水位がアであり、それより下がるとドリルの排気力
により、地下水が汲み上げられる。地層ウは硬い地盤で
あり、そこに掘進する事により軟弱地層イのスライムが
水の流れの力で、岩盤とケーシングの間に詰まりシャー
ミングをおこす原因になる。それは、硬い岩盤ウを掘れ
ば掘るほどシャーミングの原因である面積は広がり、つ
いにはドリルの引っぱる力でケーシングが切れてしま
う。

【００２５】本発明を利用して、二重管拡底ハンマ工法
で軟質地層を掘削すると、穿孔スピードに大差がない
が、硬い岩盤を掘削する時に大きな差が生じる。図１０
を参照して説明する。ボーリングマシンはトップドライ
ブ式１である。コンプレッサ７でホース８に圧縮空気圧
を送り、スイベルの口６からロッド３の中を圧縮空気が
通り、そしてドリル４に送られて駆動力となる。ポンプ
１０で泥水が送られて、ホース１１でケーシングに入る
口１３の中に送り込まれる。そしてケーシング内を通り
（図１１Ｂ）のようにドリルの構造内に入らず、ビット
内でＡ、Ｂが一体となり排出され、ケーシングと孔内の
壁の間を通る。その水を含んだスライムの排出能力が強
いので、ケーシングの外にスライムを送り出す事ができ
る。そして、図９のウのように硬い地層を掘削する時、
孔内は崩れない為、ハンマの先のビットの大きさがその
ままボーリング孔の大きさになる。スライムが通る（図
１１のＤ）面積が一定である為、ビットの吐出口からの
排出力が大きければスライムの排出のスピードが速くな
り、硬い岩盤を掘削するとスライムが詰まらない為、シ
ャーミングがおこらなくなる。そして、ドリルの排気だ
けでは排気力が十分でなければ（図１０参照）コンプレ
ッサ７をホース１９でホース１１につなぐ方法や、ホン
プ１０の能力を大きくする事によって排出力を増大する
事ができ、分離機１７でエアーと水とスライムを分けそ
の中に孔内の水質を考えながら潤滑剤を入れれば、ケー
シングと孔内との摩擦が軽減され、より深く掘削でき
る。ポンプ１０でホース１１を通って、ケーシングに押
し込んで循環していく工法である。

【００２６】

【発明の効果】 あらゆるドリルに利用する事ができ
る。ロータリー式掘削機、移動付機械、ロータリーパー
カッション機械、トップドライブ式、二重管拡底ハンマ
工法、クレーン装着工法などに、〔ドリルを効果的に使
用するシステム〕を利用、応用することができる。

【００２７】従来の掘削機械の形体を変えずに利用する
例を以下に記述する。トップハンマとドリルが一体での
従来の掘削工法は、粘土層ではドリルが目詰まりをして
しまうので無理であった。本発明を利用すると、ドリル
の排気とスライムの排出であった外側の通路に泥水を送
り込み、ビット内でハンマの排気と泥水を一体にすれば
ビットの吐出口は目詰まりをしなくなり、ロッドを引き
抜いて交換しなくても、そのまま掘削が可能になる。も
う一つの例として、特殊なエアリバース形ダウンザホー
ルドリルの場合、流体は圧縮空気だけであり、この構造
は真ん中にエアーの排気とスライムの排出を一体にした
通路であったが、その通路を逆に上からビットの先端へ
水や圧縮空気や泥水を選択し混合して送る事ができる。
しかし実際、掘削能力を高める事ができるのかできない
のかはわからない。このように本発明を多岐にわたり利
用する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロータリー式掘削機に本発明を応用した掘削装
置の配列図。

【図２】図１の二重管スイベル１６を拡大図した断面
図。

【図３】図１のドリル４と外管を拡大した断面図。

【図４】図１以外で本発明を応用した掘削装置の配列
図。

【図５】図１と図４以外で本発明を応用した掘削装置の
配列図。

【図６】ロータリーパーカッション機械とドリルが一体
になっている工法での本発明を応用した掘削装置の配列
図。

【図７】図６のロッド３の断面図。

【図８】クレーンでの掘削工法に本発明を応用した掘削
装置の配列図。

【図９】従来の二重管拡底ハンマ工法で掘削する地層
図。

【図１０】二重管拡底ハンマ工法に本発明を応用した掘
削装置の配列図。

【図１１】図１０のドリル４と外管を拡大した断面図。

【符号の説明】

１ それぞれの母体機 ２ 孔内 ３ ロッド ４ ドリル（ダウザホールドリル） ５ ダウザホールドリルのビット ６ 二重管スイベルの上部からエアーが送気される所 ７，１８ コンプレッサ ８，９，１１，１９ ホース １０ ホンプ １２ 二重管スイベルの中間部から流体が送られる所 １３ ケーシング内に送られる所 １４ スライム溜 １５ スライムのカバー １６ 二重管スイベル １７ スライムの分離機 ２０ トップハンマ ａ ロッドの内管 ｂ ロッドの中管 ｃ ロッドの外管 Ａ ａの中 Ｂ ａとｂの間 Ｃ ｂとｃの間 Ｄ 外管と竪孔との間 あ 水位 い 軟弱地層 う 堅い岩盤

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 現在『ダウンザホールドリル』（以下、
   単に「ドリル」と記載する）はあらゆる所で使用されて
   いる。機種、型、掘削工法など用途もいろいろである。
   従来のドリルは、あまり水を必要とせず、水を多く使用
   する事は困難である。本発明は、ドリルに送気する圧縮
   空気の通路に加えて、もう一つ送る通路を増やし、その
   二つの通路の流体を一つに混合して排気する事で、水を
   使用する事も可能になり、ドリルの力を十分発揮できる
   ように考えた原理である。
2. 【請求項２】 ドリルを使用し二重管で掘削する方法で
   ある。ロッドが内管外管からなる二重管構造とされ内
   管、又は外管のいずれか一方からドリルに圧縮空気を送
   気し、もう一方のドリルの構造内につながっていない前
   記内管、又は外管のいずれか一方から地層の状態により
   水だけ、泥水だけ、圧縮空気だけ、又は、これらを選択
   して混合したものを送り、ドリルのビット内で内外管の
   流体が一体となり排出される。それにより孔内は崩壊せ
   ずにスライムの上がりがよくなり、ドリルの強力な力に
   より掘削する事ができる。上記の原理を利用してロータ
   リー式掘削機、二重管拡底ハンマ工法、クレーン装着工
   法などに応用できる。
3. 【請求項３】 ドリルを使用し三重管で掘削する方法で
   ある。ロッドが内管中管、外管からなる三重管構造とさ
   れ、これらは三つの通路があり、請求項２で記述した二
   重管にもう一つ通路を増やし、この通路は前記二重管の
   二つの通路の流体とスライムが一体となり、ビットの先
   端から地上へ排出する為にある。請求項２では、排出は
   ロッド外管と孔内の間を排出通路として使用している
   が、請求項３では、ロッドの管内に排出の通路を設けた
   原理である。この原理はスライムの排出をコントロール
   する為であり、作業時間の短縮の為でもある。これら三
   重管はロータリーパーカッション機械、二重管拡底ハン
   マ工法やクレーン装着工法などに応用できる。
4. 【請求項４】 ドリルを包む外管とドリルのビットに関
   する事である。以下図３を参照して説明する。Ａの中に
   圧縮空気を送気しＢの方に水、泥水、圧縮空気だけ、又
   はこれらを選択して混合したものを送る。Ｂの方がドリ
   ルの構造内に入らず、外からビット５の中でドリル４の
   排気と一体になり、ビットの吐出口から強く排出する事
   が可能になる。つまり、ドリルの排気とドリルの構造内
   を通らない流体が、ドリルのビット内で一体となる原理
   である。ドリルの構造の変化によって流体の流れる通路
   が変わってくるのである。この原理によりドリルのスラ
   イムの排出力が向上し、粘土層での目詰まりも防止する
   事ができる。
5. 【請求項５】 従来のドリルはフラッシングによりスラ
   イムを地上に上げる事ができる。これはビットの先端
   が、抗底部に接触しなくなるようにドリルを持ち上げた
   時や、ビットとドリル本体が一定以上離れた時におこる
   現象である。それはフラッシングがないとドリル内のハ
   ンマがもとに戻らない時や、スライムの出が悪くなった
   時に、一気に排出する為である。砂礫地層や崩壊層など
   の軟質地層ではビットが先に入ってしまい、その為フラ
   ッシングがおこり、それにより、大きな空洞になってし
   まう。その結果、ボーリング孔の面積が大きくなりスラ
   イムの上がりが遅くなる。そして、より大きな石のスラ
   イムができ、それが排出できなくて下に溜まりシャーミ
   ングがおこる。つまり、フラッシングを極端に少なくす
   る事が必要である。そのフラッシングのかわりに、請求
   項２で記述したドリルに圧縮空気を送気する方でなく、
   もう一方の通路に水や泥水や圧縮空気を送り、スライム
   の上がりがよくなるようにする事ができる。結局、フラ
   ッシングが極端に少なくなるようにドリルの構造を変え
   る事である。
6. 【請求項６】 従来のドリルのビットは例外として拡縮
   ビットがあるが、だいたい形は決まっている。従来、ド
   リルへ圧縮空気を送る事によって排出力になりスライム
   が排出されていた。どうしてもスライムの排出力を強く
   したい為に、ドリルに送気する圧縮空気圧が高圧にな
   り、ドリル内のハンマが激しい駆動力となり、ドリルの
   ビットの強度は強く求められていた。それにドリルは泥
   水では使用しない為、ドリルにトリコンビットを使用す
   る事は考えられなかった。本発明を利用しドリルにトリ
   コンビットを取り付ける事によって、トリコンビットが
   回転し、ビットの先端のボタンチップが接地面との摩擦
   を最小限におさえる事ができる。それにトリコンビット
   のチップ数が多い為、ビットライフが延びロッドを引き
   抜く回数が減り、経費が節約できる。しかし、現実にト
   リコンビットが、ドリルにどれだけ耐えられるかはまだ
   まだ未解決である。