KR20150051949A - DTH drilling machine discharging rock particles effectively and, drilling methods using the same - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, a drilling device is capable of efficiently discharging rock particles generated by crushing the bedrock or the ground to the outside so as to prevent reduction of rock particle discharging and jamming although an excavated length is elongated.

Description

암분 배출이 효과적으로 이루어지는 DTH 방식의 천공기 및, 이를 이용한 천공방법{DTH drilling machine discharging rock particles effectively and, drilling methods using the same}[0001] The present invention relates to a DTH-type perforator and a drilling method using the same,

본 발명은 DTH 방식의 천공기에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는 암반 또는 지반이 파쇄되어 만들어진 암분을 효과적으로 외부로 배출할 수 있기 때문에 굴진장이 길어지더라도 암분 배출 저하 및 재밍(jamming)이 발생하지 않는, DTH 방식의 천공기에 대한 것이다. 아울러, 본 발명은 이러한 천공기를 이용한 천공방법에 대한 것이기도 하다. The present invention relates to a perforator of a DTH system, and more particularly, to a method and apparatus for efficiently and effectively discharging a rock mass produced by crushing a rock or a ground to the outside, so that even when the excavation length becomes longer, DTH type perforator. In addition, the present invention also relates to a perforating method using such a perforator.

다중 해머 방식의 천공기는 몸체에 설치된 다수 개의 해머가 왕복이동을 하면서 전방(前方)의 암반을 타격하여 굴착하는데, 해머의 작동방식에 따라 수압식과 공압식으로 분류된다.The multi-hammer type perforator excavates the front rock mass while reciprocating a plurality of hammer mounted on the body, and is classified into hydraulic type and pneumatic type according to the operation mode of the hammer.

공압식 다중 해머 방식의 천공기는 지하수 개발, 천심도 지열 개발 등과 같은 수직 천공에 주로 사용되고 있다. 공압식 해머를 이용하여 암반을 수직 천공할 때, 암반 또는 지반이 파쇄되어 만들어진 암분(rock particles)은 해머의 작동을 위해 사용된 압축공기에 의해 자동으로 지표면으로 배출된다. 암분이 압축공기와 함께 상부로 배출될 때, 천공벽과의 마찰에 의한 부분적 속도 감소를 제외하면 전반적으로 속도 벡터가 비교적 균일(uniform)하게 형성되고, 이에 따라 암분이 원활하게 외부로 배출될 수 있다.Pneumatic multi-hammer type drilling machines are mainly used for vertical drilling such as groundwater development and geothermal development. When piercing the rock using a pneumatic hammer, the rock particles produced by crushing the rock or the ground are automatically discharged to the surface by the compressed air used for the operation of the hammer. The velocity vector is uniformly formed in a relatively uniform manner except for the partial velocity reduction due to the friction with the perforated wall when the rock is discharged to the upper portion together with the compressed air so that the cancer can be smoothly discharged to the outside have.

그러나, 공압식 다중 해머 방식의 천공기를 이용하여 수평방향으로 천공하는 경우에는 굴진장이 길어질수록 암분 배출이 잘 이루어지지 않는데, 이러한 점을 다중해머 방식의 확공기를 예로 들어 설명하면 아래와 같다. However, in the case of punching in the horizontal direction using a pneumatic multi-hammer type perforator, as the excavation length becomes longer, the ash discharge is not performed well. This will be described as an example of the multi hammer type reamer.

알려진 바와 같이, 공압식 다중해머 확공기는 압축공기에 의해서 해머가 왕복이동하면서 전방(前方)의 암반을 타격하고, 상기 타격에 의해서 만들어진 암분은 상기 해머를 작동시키는 데 사용된 압축공기에 의해서 후방으로 배출된다. As is known, the pneumatic multi-hammer ream is struck by the compressed air in the front rock while reciprocating the hammer, and the rock mass produced by the striking is moved backward by the compressed air used to operate the hammer .

도 1(a)에 나타난 바와 같이, 굴착 시작부에서는 확공기(1) 후방에 암분(3)이 거의 없고, 이에 따라 암분 배출이 방해를 받지 않기 때문에 암분(3)이 원활하게 후방(지상)으로 배출될 수 있다. As shown in Fig. 1 (a), at the beginning of the excavation, the female part 3 is hardly behind the reamer 1, .

그러나, 도 1(b)에 나타난 바와 같이, 굴진장이 10m ~ 30m 정도 되면 확공기(1) 후방에 암분(3)이 쌓이기 때문에 암분 배출이 방해를 받기 시작하고, 도 1(c)에 나타난 바와 같이, 굴진장이 30m ~ 50m를 초과하면 암분(3)이 확공기(1) 후방에 많이 쌓이기 때문에 암분 배출이 저하되고 재밍(jamming)이 발생한다.However, as shown in Fig. 1 (b), when the excavation length is about 10 m to 30 m, since the rock mass 3 is accumulated behind the reamer 1, the release of the rock mass starts to be disturbed, Likewise, when the excavation field exceeds 30m to 50m, the ash (3) accumulates behind the reamer (1), so the discharge of the ash decreases and jamming occurs.

위와 같이, 공압식 다중해머 천공기(확공기 포함)를 이용하여 수평방향으로 천공하는 경우에는 굴진장이 길어질수록 암분(3)이 외부로 원활하게 배출되지 않고, 이에 따라 천공 작업에 지장이 생긴다는 문제점이 있다. As described above, in the case of punching in the horizontal direction using a pneumatic multiple hammer drill (including reamer), the problem is that as the excavation length becomes longer, the ash 3 is not smoothly discharged to the outside, have.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 수평방향으로 천공하는 경우, 암분을 외부(지상)로 원활하게 배출할 수 있는 DTH 방식의 천공기(확공기 포함)를 제공하는 것에 그 목적이 있다. It is an object of the present invention to provide a DTH type perforator (including a reamer) capable of smoothly discharging the ash to the outside (ground) when perforating in the horizontal direction .

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 천공기를 이용하는 천공방법을 제공하는 것에 있다. It is still another object of the present invention to provide a drilling method using such a perforator.

본 발명에 따른 기술적 사상은 공압식 다중해머 천공기에 적용될 수 있는데, 아래에서는 기존의 공압식 다중해머 천공기에 비해 본 발명이 갖는 특징적인 구성을 중심으로 설명을 하고 공압식 다중해머 천공기의 일반적인 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 공압식 다중해머 천공기의 일반적인 구성은 대한민국 특허등록 제10-0683909호, 제10-1072232호 등에 개시되어 있다. 상기 특허의 등록공보에 개시된 내용은 공압식 다중해머 천공기의 일반적인 구성을 이해하기 위한 범위에서 본 명세서에 포함된다.
The technical idea according to the present invention can be applied to a pneumatic multi-hammer drilling machine. In the following, the characteristic configuration of the present invention will be described with reference to a conventional pneumatic multi-hammer drilling machine. It will be omitted. The general structure of a pneumatic multiple hammer drill is disclosed in Korean Patent Registration Nos. 10-0683909 and 10-1072232. The contents disclosed in the registration patent of the above patent are included in the specification to understand the general construction of the pneumatic multi-hammer drill.

본 발명에 따른 천공기는, 몸체(10)에 설치되고 몸체(10) 보다 후방으로 더 연장된 강관(40); 상기 후방에서 강관(40)의 내부에 설치되어 몸체(10) 및 강관(40)과 함께 공간(55)을 형성하는 가이드 판(50); 및, 상기 공간(55)에 연통되도록 가이드 판(50)에 연결된 배출관(60);을 구비한다.The perforator according to the present invention comprises: a steel pipe (40) installed on the body (10) and further extending rearward from the body (10); A guide plate 50 installed in the rear of the steel pipe 40 to form a space 55 together with the body 10 and the steel pipe 40; And a discharge pipe (60) connected to the guide plate (50) so as to communicate with the space (55).

해머(20)가 암반 또는 지반을 타격하여 형성된 암분은 압축공기에 의해서 상기 공간(55)과 배출관(60)을 통해서 외부(지상)로 배출될 수 있다. The ash formed by the hammer 20 striking the rock or the ground can be discharged to the outside (ground) through the space 55 and the discharge pipe 60 by compressed air.

본 발명은 다중 해머 방식의 확공기(100)에 적용될 수 있다. 상기 확공기(100)는, 압축공기를 해머(20)에 공급하는 압축공기 공급관(7); 및 몸체(10)에 회전력과 당기는 힘을 전달하는 구동로드(5);를 구비한다. 압축공기 공급관(7)은 가이드 판(50)을 관통하도록 설치된다.The present invention can be applied to a multiple hammer type reamer (100). The reamer (100) comprises: a compressed air supply pipe (7) for supplying compressed air to the hammer (20); And a driving rod (5) for transmitting rotational force and pulling force to the body (10). The compressed air supply pipe (7) is installed to penetrate the guide plate (50).

상기 천공기 또는 확공기가 수평방향으로 천공할 경우, 가이드 판(50)은 강관(40) 내부에서 경사지도록 설치되되 가이드 판(50)의 하단이 상단 보다 몸체(10)에서 더 멀어지도록 설치되는 것이 바람직하다. 이 때, 배출관(60)은 상기 하단 또는 상기 하단에 근접한 높이에 설치되는 것이 바람직하다. When the perforator or reamer is perforated in the horizontal direction, the guide plate 50 is installed to be inclined inside the steel pipe 40, and the lower end of the guide plate 50 is installed to be further away from the body 10 than the upper end desirable. At this time, it is preferable that the discharge pipe 60 is installed at a height close to the lower end or the lower end.

상기 천공기가 직경 400mm ~ 2000mm의 확공기(100)로서 수평방향 천공을 위해 사용될 경우, 가이드 판(50)은 평판이며 몸체(10)의 후방면과 20도 내지 40도의 각도(θ)를 이루도록 경사지게 설치되고 배출관(60)은 그 직경(d)이 80mm 내지 120mm이며 가이드 판(50)의 하단 또는 상기 하단에 근접한 높이에 설치되는 것이 바람직하다.When the perforator is used for horizontally puncturing as a reamer 100 having a diameter of 400 mm to 2000 mm, the guide plate 50 is a flat plate and is inclined with respect to the rear surface of the body 10 at an angle of 20 to 40 degrees And the discharge tube 60 has a diameter d of 80 mm to 120 mm and is installed at a lower end of the guide plate 50 or at a height close to the lower end.

본 발명의 다른 측면인 천공방법은, (a) 몸체(10)에 설치된 해머(20)가 압축공기에 의해서 왕복이동하면서 암반을 타격하고, 상기 타격으로 형성된 암분이 상기 압축공기에 의해 몸체(10)의 후방으로 이동되도록 하는 단계; (b) 몸체(10)의 후방으로 이동된 암분이 강관(40)과 가이드 판(50)에 의해서 가이드되어 배출관(60)으로 이동되도록 하는 단계; 및, (c) 배출관(60)으로 이동된 암분이 외부로 배출되도록 하는 단계;를 포함한다.(A) A hammer (20) installed on a body (10) is reciprocated by compressed air to strike a rock mass, and a rock formed by the hammer is compressed by the compressed air into a body So as to move backward; (b) a step of guiding the arm portion moved to the rear of the body 10 by the steel pipe 40 and the guide plate 50 to move to the discharge pipe 60; And (c) discharging the cancerous substance transferred to the discharge tube (60) to the outside.

본 발명에 따른 DTH 방식의 천공기 및 천공방법은 굴진장이 길어지더라도 암분을 외부로 원활하게 배출할 수 있다. 특히, 기존의 공압식 다중 해머 천공기는 수평방향 천공시 굴진장이 길어지면 암분 배출이 저하되고 재밍(jamming)이 발생하였으나, 본 발명에 따른 천공기와 천공방법은 이러한 문제점을 해결할 수 있다. According to the DTH type perforator and perforation method according to the present invention, even when the excavation length is long, the ash can be smoothly discharged to the outside. Particularly, in the conventional pneumatic multi-hammer drilling machine, when the drilling length in the horizontal direction is lengthened, the discharge of the ash decreases and jamming occurs. However, the drilling machine and drilling method according to the present invention can solve this problem.

아래에서는 본 발명을 설명하기 위해서 본 발명이 공압식 다중해머 확공기 및 DTH(Down-the-hole)방식 천공기에 적용된 경우를 도면을 참조하여 설명할 것이다. 확공기를 제외한 다른 공압식 DTH 방식의 해머비트 및 다중해머 천공기에 본 발명을 적용하는 것은 본 명세서를 참조한 당업자가 용이하게 알 수 있을 것이다.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 공압식 다중해머 확공기를 이용한 수평방향 암반 굴착 및 그에 따른 암분 배출을 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 다중해머 확공기를 보여주는 사시도.
도 3은 도 2의 확공기를 보여주는 분해 사시도.
도 4는 도 2의 확공기를 보여주는 좌측면도.
도 5는 도 2의 확공기에 구비된 해머를 보여주는 종단면도.
도 6은 도 2의 확공기에 구비된 플러싱 채널 및, 플러싱 채널을 통한 암분 배출을 보여주는 종단면도.
도 7은 도 2의 확공기를 설계하기 위한 파라메터(parameter)를 보여주는 종단면도.
도 8a는 본 발명에 따른 확공기에서 암분의 속도와 분포를 보여주는 도면.
도 8b는 암분을 이동시키는 공기의 유선(streamline)과 속도를 보여주는 도면.
도 9는 암분의 이동 속도(y축)를 막장에서의 거리(x축)에 대해 도시한 그래프.
도 10은 시간(x축)에 따른 암분 배출량(y축)을 도시한 그래프.
도 11a는 기존의 확공기로부터 배출된 암분의 분포를 보여주는 도면.
도 11b는 본 발명에 따른 확공기로부터 배출된 암분의 분포를 보여주는 도면.In order to explain the present invention, a case where the present invention is applied to a pneumatic multi-hammer reamer and a down-the-hole type perforator (DTH) will be described with reference to the drawings. The application of the present invention to other pneumatic DTH type hammer bits and multiple hammer drillers other than the reamer will be readily apparent to those skilled in the art.
1 (a) to 1 (c) are cross-sectional views showing horizontal rock excavation using pneumatic multi-hammer ream, and thus, debris discharge.
2 is a perspective view showing a pneumatic multi-hammer reamer according to a preferred embodiment of the present invention;
3 is an exploded perspective view showing the reamer of FIG. 2;
Figure 4 is a left side view of the reamer of Figure 2;
FIG. 5 is a vertical sectional view showing a hammer provided in the reamer of FIG. 2;
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the flushing channel provided in the reamer of FIG. 2 and the discharge of the ash through the flushing channel;
FIG. 7 is a vertical sectional view showing a parameter for designing the reamer of FIG. 2; FIG.
8A is a view showing the speed and distribution of a humidifier in reamer according to the present invention.
8B is a view showing the streamline and speed of the air that moves the female parts.
9 is a graph showing the moving speed (y-axis) of the humidifier with respect to the distance (x-axis) in the field.
10 is a graph showing the amount (x-axis) of the ash discharge along the time (x-axis).
11A is a view showing the distribution of the ash fractions discharged from the existing reamer.
11B is a view showing the distribution of the ash fractions discharged from the reamer according to the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely examples of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.

1. 확공기의 구성1. Configuration of reamer

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 다중해머 확공기를 보여주는 사시도이고, 도 3은 상기 확공기를 보여주는 분해 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view showing a pneumatic multiple hammer ream according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exploded perspective view showing the reamer.

도면에 나타난 바와 같이, 확공기(100)는 몸체(10)와, 몸체(10)에 설치된 해머(20)와, 몸체(10)의 외주면에 설치된 강관(40)과, 강관(40)에 설치된 가이드 판(50) 및, 가이드 판(50)에 연결된 배출관(60)을 구비한다.As shown in the drawing, the reamer 100 includes a body 10, a hammer 20 provided on the body 10, a steel pipe 40 provided on the outer peripheral surface of the body 10, A guide plate 50, and a discharge pipe 60 connected to the guide plate 50.

몸체(10)는 구동로드(도 1(a)의 5)에 연결되어 소정의 회전속도(R.P.M.)로 회전된다. 그리고, 몸체(20)에는 압축공기 공급관(도 1(a)의 7)이 연결되어 있는데, 압축공기 공급관(7)은 해머(20)의 작동을 위한 압축공기를 몸체(10)에 공급한다. The body 10 is connected to the driving rod (5 in Fig. 1 (a)) and rotated at a predetermined rotational speed R.P.M. 1 (a)) is connected to the body 20, and the compressed air supply pipe 7 supplies compressed air for operation of the hammer 20 to the body 10.

압축공기 공급관(7)을 통해서 공급된 압축공기는 해머(20)를 전,후방으로 왕복이동시켜 암반을 굴착할 수 있도록 한다. 도 5의 점선과 화살표는 압축공기의 흐름을 나타낸다. The compressed air supplied through the compressed air supply pipe 7 reciprocates the hammer 20 forward and backward to excavate the rock mass. The dotted lines and arrows in Fig. 5 represent the flow of compressed air.

해머(20)의 작동에 사용된 압축공기는 배출공(21)을 통해 막장으로 배출된 후 플러싱 채널(30)을 통해서 후방으로 배출된다. 플러싱 채널(30)은 몸체(10)를 관통하도록 몸체(10)의 길이방향을 따라 형성된다. The compressed air used for the operation of the hammer 20 is discharged through the discharge hole 21 to the closing face and then to the rear side through the flushing channel 30. [ The flushing channel 30 is formed along the longitudinal direction of the body 10 so as to penetrate through the body 10.

구동로드(5)에 의한 몸체(10)의 회전, 압축공기 공급관(7)을 통한 압축공기의 공급, 압축공기에 의한 해머(20)의 작동 및, 플러싱 채널(30)을 통한 후방으로의 암분 배출 등은 통상적인 확공기의 구성이고 당업자에게 잘 알려져 있으므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.The rotation of the body 10 by the driving rod 5, the supply of the compressed air through the compressed air supply pipe 7, the operation of the hammer 20 by the compressed air, Discharge and the like are a typical configuration of the reamer and are well known to those skilled in the art, so a detailed description thereof will be omitted here.

강관(40)은 몸체(10)의 외주면에 설치되며 강관(40) 후방의 특별한 장치가 없으면 일반적으로 몸체(10)와 같이 회전하게 된다. 강관(40)이 몸체(10)와 같이 회전하게 되는 경우, 강관(40)의 선단은 케이싱 링(45)과 용접을 통해 몸체(10)에 연결된다. 케이싱 링(45)은 내마모성이 강한 재질로 원형의 링 구조를 갖는데, 강관(40)과 몸체(10)를 서로 연결시켜 확공기 몸체(10)가 회전타격하며 전진할 때 강관(40)이 같이 전진하도록 가이드 역할을 한다. 또한, 강관(40)은 연암이나 파쇄대 굴착시 터널 상부의 암분과 토사가 확공기로 낙하하여 확공기가 재밍(jamming)되는 것을 방지하는 역할을 한다. 아울러, 터널 굴진시 확공기 몸체(10)의 강관(40)과 후방의 강관(40)을 지상에서 계속 용접하여 연결하면 터널 굴진과 동시에 강관(40)을 매설할 수 있는 장점이 있다.The steel pipe 40 is installed on the outer circumferential surface of the body 10 and generally rotates as the body 10 if there is no special device behind the steel pipe 40. When the steel pipe 40 rotates together with the body 10, the tip of the steel pipe 40 is connected to the body 10 through welding with the casing ring 45. The casing ring 45 has a circular ring structure with a strong wear resistance. The casing ring 45 connects the steel pipe 40 and the body 10 so that when the reamer body 10 rotates and strikes, It acts as a guide to move forward. In addition, the steel pipe 40 serves to prevent jamming of the reamer due to the fall of rock and soil on the upper part of the tunnel to the reamer when the soft rock or the fracture excavation is performed. In addition, when the tunnel 40 is welded and welded continuously on the ground, the steel pipe 40 can be embedded at the same time as the tunnel is pushed.

한편, 위와 같이 강관(40)이 회전하더라도 가이드 판(50)은 강관(40)과 분리되어 있고(즉, 강관과 가이드 판이 일체로 형성된 것이 아님) 배출관(60)의 자중이 있기 때문에 회전하지 않게 된다. Since the guide plate 50 is separated from the steel pipe 40 (that is, the steel pipe and the guide plate are not integrally formed) even if the steel pipe 40 rotates as described above, do.

상기 구조에 대한 대안으로서, 강관(40)이 회전하지 않도록 할 수도 있는데, 이 경우 강관(40)이 몸체(10)와 함께 회전되지 않도록 강관(40)을 유압잭(도면에 미도시) 등으로 후방에서 고정하고 강관(40)과 가이드 판(50) 사이의 틈을 고무패드(도면에 미도시) 등으로 밀봉하여 암분이 새어 나가지 않도록 할 수 있다.As an alternative to the above structure, the steel pipe 40 may be prevented from rotating. In this case, the steel pipe 40 is connected to the rear side of the body 10 by a hydraulic jack (not shown) And the gap between the steel pipe 40 and the guide plate 50 is sealed with a rubber pad (not shown in the figure) or the like, so that the cancer can be prevented from leaking.

한편, 도 5에 나타난 바와 같이, 강관(40)은 몸체(10) 보다 후방으로 더 연장되도록 설치되는데, 상기 연장된 부분에는 가이드 판(50)이 설치된다. 5, the steel pipe 40 is installed to extend further rearward than the body 10, and a guide plate 50 is installed at the extended portion.

가이드 판(50)은 몸체(10)의 후방에서 강관(40)의 내부에 설치된다. 따라서, 몸체(10)의 후방면과 강관(40) 및 가이드 판(50)에 의해서 밀폐된 공간(55)이 형성된다. 상기 공간(55)은 배출관(60)과 연통되어 있다.The guide plate (50) is installed inside the steel pipe (40) at the rear of the body (10). Therefore, the closed space 55 is formed by the rear surface of the body 10, the steel pipe 40, and the guide plate 50. The space 55 communicates with the discharge pipe 60.

수평 굴착시 가이드 판(50)은 경사지도록 설치되는 것이 효과적인 암분 배출을 위해서 바람직하다. 즉, 도 6에 나타난 바와 같이, 플러싱 채널(30)로부터 배출된 암분이 경사진 가이드 판(50)에 의해서 아래로 모인 후, 배출관(60)을 통해서 외부(지상)로 배출되는 것이 바람직하다. 또한, 가이드 판(50)은 원호형 단면을 갖는 판 보다는 평판이 것이 바람직한데, 이 점에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다. It is preferable that the guide plate 50 is installed so as to be inclined during the horizontal excavation in order to effectively discharge the ash. That is, as shown in FIG. 6, it is preferable that the arm portion discharged from the flushing channel 30 is collected downward by the inclined guide plate 50, and then discharged to the outside (ground) through the discharge pipe 60. Further, it is preferable that the guide plate 50 is a flat plate rather than a plate having an arc-shaped cross section, which will be described below.

배출관(60)은 공간(55)과 연통되도록 가이드 판(55)에 설치된다. 배출관(55)은 굴착공의 외부(예를 들어, 지상)까지 연장되도록 설치된다. 따라서, 암분은 배출관(55)을 통해서 지상까지 배출될 수 있다. The discharge pipe (60) is installed in the guide plate (55) so as to communicate with the space (55). The discharge pipe 55 is installed so as to extend to the outside (for example, the ground) of the drill hole. Therefore, the ash can be discharged to the ground through the discharge pipe (55).

수평방향 굴착시, 암분은 공간(55)의 하부에 모이게 되므로 배출관(60)은 가이드 판(50)의 하단 또는 하단과 근접한 위치에 설치되는 것이 바람직하다.In the horizontal excavation, the ash is collected in the lower part of the space 55, so that the discharge pipe 60 is preferably installed at a position close to the lower end or the lower end of the guide plate 50.

가이드 판(50)이 평판이고 경사지도록 설치된 구성과 배출관(60)이 가이드 판(50)의 하단 또는 하단과 근접한 곳에 설치된 구성은 압축공기의 압력 손실을 최소로 함과 동시에 암분이 외부까지 원활하게 배출될 수 있도록 한다. The structure in which the guide plate 50 is provided in a flat plate and is inclined and the structure in which the discharge tube 60 is installed near the lower end or the lower end of the guide plate 50 minimizes the pressure loss of the compressed air, To be discharged.

한편, 압축공기 공급관(7)은 가이드 판(50)을 관통하도록 설치되는데, 압축공기 공급관(7)은 몸체(10)와 함께 회전되므로 가이드 판(50)과 압축공기 공급관(7) 사이에는 베어링이 설치될 수 있다. 베어링은 가이드 판(50)을 압축공기 공급관(7)과 연결함으로써 가이드 판(50)이 몸체(10)와 함께 이동하도록 하되 압축공기 공급관(7)의 회전이 가이드 판(50)에 전달되는 것은 차단한다. 따라서, 가이드 판(50)과 배출관(60)은 회전하지 않게 된다.
The compressed air supply pipe 7 is installed to penetrate through the guide plate 50. The compressed air supply pipe 7 is rotated together with the body 10 so that a bearing is provided between the guide plate 50 and the compressed air supply pipe 7. [ Can be installed. The bearing allows the guide plate 50 to move with the body 10 by connecting the guide plate 50 to the compressed air supply pipe 7 while the rotation of the compressed air supply pipe 7 is transmitted to the guide plate 50 . Therefore, the guide plate 50 and the discharge tube 60 do not rotate.

2. CFD 시뮬레이션 결과2. CFD simulation results

본 출원인은 확공기(100)의 성능을 수치해석(Computational Fluid Dynamics)으로 실험하였다. 도 8a 내지 도 11b는 이러한 수치해석의 결과에 따른 것이다. The Applicant has experimented with the performance of the reamer 100 by using Computational Fluid Dynamics. Figs. 8A to 11B show the results of the numerical analysis.

도 8a는 막장과 플러싱 채널(30)과 공간(55) 및 배출관(60)에서 이동하는 암분의 속도와 분포를 보여주고, 도 8b는 암분을 이동시키는 공기의 유선(streamline)과 속도를 보여준다. FIG. 8A shows the velocity and distribution of the ash that moves in the superficial region, the flushing channel 30, the space 55 and the discharge pipe 60, and FIG. 8B shows the streamline and velocity of the air that moves the ash.

도 8a와 도 8b에 나타난 바와 같이, 막장에서 발생된 암분은 플러싱 채널(30)을 통과하여 공간(55)에 유입된 후 가이드 판(50)에 의해 가이드되어 배출관(60)에 유입된다. As shown in FIGS. 8A and 8B, the ash generated in the closing area passes through the flushing channel 30, flows into the space 55, is guided by the guide plate 50, and flows into the discharge pipe 60.

도 9는 막장에서의 거리(x축)와 암분의 속도(y축) 사이의 관계를 그래프로 그린 것이고, 도 10은 시간(x축)에 따른 암분 배출량(y축)을 그래프로 그린 것이다. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the distance (x-axis) and the speed of the female part (y-axis) in the field of view, and FIG. 10 is a graph plotting the amount of the ash discharge along the time (x-axis).

암분의 속도는 막장에서 급격하게 감소한 후 플러싱 채널(30)의 입구 부근(약 x=0.25m)과 공간(55, 약 x=2.0m)에서 약간 증가한 것을 알 수 있는데, 이러한 속도 증가는 유로 단면적의 감소에 따른 것으로 파악된다. 따라서, 가이드 판(50)을 이용해서 암분을 공간(55)의 하부에 모은 후 배출관(60)을 이용해서 배출시키는 것이 암분의 안정적인 배출과 확공기의 재밍을 방지하는데 효과적임을 알 수 있다.It can be seen that the speed of the ash was increased slightly in the vicinity of the entrance (about x = 0.25 m) and the space (55, about x = 2.0 m) of the flushing channel 30 after the abrupt decrease in the field, Of the total. Therefore, it can be seen that collecting the ash using the guide plate 50 at the lower part of the space 55 and then discharging the exhausted gas using the discharge pipe 60 is effective for stable discharge of the ash and prevention of the jamming of the reamer.

도 9에 나타난 바와 같이, 플러싱 채널(30)로부터 배출된 암분은 그 속도가 급격하게 감소하지 않고, 이에 따라 암분이 외부로 효과적으로 배출될 수 있다. 이에 비해, 기존의 확공기는 플러싱 채널로부터 배출된 암분의 속도가 급격하게 감소하여 확공기 후방에 쌓이게 되는 문제점이 있었고 이에 따라 굴진장이 길어지면 암분 배출이 저하되고 확공기의 재밍(jamming)이 발생하였다. As shown in Fig. 9, the speed of the ash discharged from the flushing channel 30 does not decrease sharply, so that the cancer can be effectively discharged to the outside. On the other hand, the existing reamer has a problem in that the speed of the ash discharged from the flushing channel is rapidly reduced and accumulates behind the reamer. As a result, when the excavation length becomes long, the exhaust of the ash decreases and the jamming of the reamer occurs Respectively.

도 11a는 기존의 확공기로부터 배출된 암분의 분포를 보여주고 도 11b는 본 발명에 따른 확공기(100)로부터 배출된 암분의 분포를 보여준다.FIG. 11A shows the distribution of the ash fractions discharged from the conventional reamer, and FIG. 11B shows the distribution of the ash fractions discharged from the reamer 100 according to the present invention.

도면에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 확공기(100)는 강관(40)과 가이드 판(50) 및 배출관(60)을 구비하기 때문에 확공기(100)로부터 배출된 암분이 배출관(60)을 통해 효과적으로 지상까지 이송될 수 있다. 이에 비해서, 기존의 확공기로부터 배출된 암분은 멀리 가지 못하고 확공기 후방에 쌓이게 됨을 알 수 있다.
As shown in the drawing, the reamer 100 according to the present invention includes the steel pipe 40, the guide plate 50, and the discharge pipe 60, so that the rock discharged from the reamer 100 is discharged through the discharge pipe 60 Can be effectively transported to the ground. On the other hand, it can be seen that the ash discharged from the existing ream can not go far and accumulate behind the reamer.

3. RSM 결과3. RSM Results

본 출원인은 직경 400mm 내지 2000mm의 확공기(100)를 이용하여 수평방향 천공을 하는 경우, 가이드 판(50)의 경사 각도(θ)와 곡률(1/r), 배출관(60) 직경(d, 배출관의 내경)의 최적치를 구하기 위해서 RSM(Response Surface Methodology)으로 분석하였다. 도 7은 상기 각도(θ)와 곡률(1/r) 및 직경(d)에 대해 도시하고 있고, 아래의 표 1은 상기 분석 결과를 보여준다.The present applicant has found that the inclination angle? And the curvature 1 / r of the guide plate 50 and the diameters d and d of the discharge pipe 60, when horizontally puncturing using the reamer 100 having a diameter of 400 mm to 2000 mm, The inner diameter of the discharge tube) was analyzed by RSM (Response Surface Methodology). FIG. 7 shows the angle (?), The curvature (1 / r) and the diameter (d), and Table 1 below shows the above analysis results.

설계 요소Design element 범위range 최적치Optimal value θθ 20도 내지 40도20 degrees to 40 degrees 27도27 degrees dd 80mm 내지 120mm80 mm to 120 mm 97mm97mm rr ∞(평판)∞ (flat panel) ∞(평판)∞ (flat panel)

표 1에 나타난 바와 같이, 가이드 판(50)이 평판이고 몸체(10)의 후방면과 20도 내지 40도의 각도(θ)를 이루도록 경사지게 설치되며, 배출관(60)의 직경(d, 내부직경)이 80mm 내지 120mm이고 가이드 판(50)의 하단 또는 상기 하단에 근접한 높이에 설치되는 것이 바람직하다.As shown in Table 1, the guide plate 50 is a flat plate and is inclined so as to form an angle? Of 20 to 40 degrees with the rear surface of the body 10, and the diameter (d, inner diameter) Is 80 mm to 120 mm and is installed at a lower end of the guide plate 50 or at a height close to the lower end.

만약, 상기 각도(θ)가 20도 보다 작으면 플러싱 채널(30)로부터 배출된 공기의 흐름이 너무 급격하게 변하기 때문에 압력 손실이 크게 발생하고 각도(θ)가 40도 보다 크면 공간(55)이 너무 커지므로 바람직하지 않다. If the angle [theta] is less than 20 degrees, the flow of the air discharged from the flushing channel 30 changes so rapidly that a large pressure loss occurs. If the angle [theta] It is undesirable because it becomes too large.

또한, 가이드 판(50)이, 평판이 아니라, 원호형 단면을 갖는 판인 경우에는 암분이 배출관(60) 쪽으로 이동할 때 압력 손실이 크게 생길 수 있다는 문제점이 있다. Further, when the guide plate 50 is a plate having an arc-shaped cross section instead of a flat plate, there is a problem that a pressure loss may be large when the rock is moved toward the discharge pipe 60.

아울러, 배출관(60)의 직경(d)이 80mm 보다 작으면 배출 단면이 너무 작아서 암분 배출이 효과적이지 못하고 직경(d)이 120mm 보다 크면 압축공기 양에 비해 배출 단면이 너무 커져서 공기 속도가 느려지므로 암분 배출이 효과적이지 못하게 된다.If the diameter d of the discharge pipe 60 is less than 80 mm, the discharge cross-section is too small to discharge the ash, and if the diameter d is larger than 120 mm, the discharge cross section becomes too large as compared with the amount of compressed air, Cancer dis- charge becomes ineffective.

한편, 이상에서는 본 발명이 수평방향 천공에 적용된 경우만을 설명하였으나, 본 발명은 공압식 다중해머 천공기를 이용하여 수직방향으로 천공하는 경우에도 적용될 수 있는데, 이러한 점은 본 명세서를 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to the case where the present invention is applied to the horizontal direction perforation, the present invention can also be applied to a case where the pneumatic multi-hammer perforator is vertically punched, There will be.

1, 100 : 공압식 다중 해머를 갖는 확공기
3 : 암분 5 : 구동 로드
7 : 압축공기 공급관 10 : 몸체
20 : 해머 21 : 배출공
30 : 플러싱 채널 40 : 강관
45 : 케이싱 링 50 : 가이드 판
55 : 공간 60 : 배출관
θ : 가이드 판의 경사 각도 r : 가이드 판의 곡률 반경
d : 배출관의 직경 1, 100: Reamer with pneumatic multiple hammer
3: female part 5: drive rod
7: compressed air supply pipe 10: body
20: Hammer 21: Exhaust hole
30: flushing channel 40: steel pipe
45: casing ring 50: guide plate
55: space 60: discharge pipe
θ: the angle of inclination of the guide plate r: the radius of curvature of the guide plate
d: diameter of discharge pipe

Claims (6)

몸체(10)에 설치된 해머(20)가 압축공기에 의해서 왕복이동하면서 암반을 타격하는 DTH 방식의 천공기에 있어서,
몸체(10)에 설치되고, 몸체(10) 보다 후방으로 더 연장된 강관(40);
상기 후방에서 강관(40)의 내부에 설치되어 몸체(10) 및 강관(40)과 함께 공간(55)을 형성하는 가이드 판(50); 및
상기 공간(55)에 연통되도록 가이드 판(50)에 연결된 배출관(60);을 구비하고,
해머(20)가 암반을 타격하여 형성된 암분은 압축공기에 의해서 상기 공간(55)과 배출관(60)을 통해서 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는, DTH 방식의 천공기.In a DTH type perforator in which a hammer (20) installed on a body (10) is hit by a rock by reciprocating by compressed air,
A steel pipe 40 installed on the body 10 and extending further rearward than the body 10;
A guide plate 50 installed in the rear of the steel pipe 40 to form a space 55 together with the body 10 and the steel pipe 40; And
And a discharge pipe (60) connected to the guide plate (50) so as to communicate with the space (55)
And the ash formed by the hammer (20) striking the rock is discharged to the outside through the space (55) and the discharge pipe (60) by compressed air. 제1항에 있어서,
상기 천공기는 확공기(100)이고,
확공기(100)는,
압축공기를 해머(20)에 공급하는 압축공기 공급관(7); 및
몸체(10)에 회전력과 당기는 힘을 전달하는 구동로드(5);를 구비하고,
압축공기 공급관(7)은 가이드 판(50)을 관통하도록 설치된 것을 특징으로 하는, DTH 방식의 천공기.The method according to claim 1,
The perforator is a reamer (100)
The reaming air (100)
A compressed air supply pipe 7 for supplying compressed air to the hammers 20; And
And a driving rod (5) for transmitting a rotational force and a pulling force to the body (10)
Wherein the compressed air supply pipe (7) is installed to penetrate the guide plate (50). 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 천공기는 수평방향의 천공에 사용되고,
수평방향 천공시 가이드 판(50)은 강관(40) 내부에서 경사지도록 설치되되, 가이드 판(50)의 하단이 상단 보다 몸체(10)에서 더 멀어지도록 설치되며,
배출관(60)은 상기 하단 또는 상기 하단에 근접한 높이에 설치되는 것을 특징으로 하는, DTH 방식의 천공기. 3. The method according to claim 1 or 2,
The perforator is used for perforation in the horizontal direction,
The guide plate 50 is installed so as to be inclined in the steel pipe 40 so that the lower end of the guide plate 50 is further away from the body 10 than the upper end,
And the discharge pipe (60) is installed at a height close to the lower end or the lower end. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 천공기는 직경 400mm 내지 2000mm의 확공기(100)로서 수평방향 천공을 위해 사용되고,
가이드 판(50)은 평판이며 몸체(10)의 후방면과 20도 내지 40도의 각도(θ)를 이루도록 경사지게 설치되고,
배출관(60)은 그 직경(d)이 80mm 내지 120mm이며 가이드 판(50)의 하단 또는 상기 하단에 근접한 높이에 설치되는 것을 특징으로 하는, DTH 방식의 천공기.3. The method according to claim 1 or 2,
The perforator is a reamer 100 having a diameter of 400 mm to 2000 mm and is used for horizontal perforation,
The guide plate 50 is a flat plate and is inclined with respect to the rear surface of the body 10 so as to form an angle? Of 20 to 40 degrees,
Wherein the outlet pipe (60) has a diameter (d) of 80 mm to 120 mm and is installed at a height close to the lower end of the guide plate (50) or the lower end thereof. (a) 몸체(10)에 설치된 해머(20)가 압축공기에 의해서 왕복이동하면서 암반을 타격하고, 상기 타격으로 형성된 암분이 상기 압축공기에 의해 몸체(10)의 후방으로 이동되도록 하는 단계;
(b) 몸체(10)의 후방으로 이동된 암분이 강관(40)과 가이드 판(50)에 의해서 가이드되어 배출관(60)으로 이동되도록 하는 단계; 및
(c) 배출관(60)으로 이동된 암분이 외부로 배출되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 천공방법.(a) causing a hammer (20) installed on a body (10) to strike a rock while reciprocating by compressed air, and causing a rock formed by the stroke to move to the rear of the body (10) by the compressed air;
(b) a step of guiding the arm portion moved to the rear of the body 10 by the steel pipe 40 and the guide plate 50 to move to the discharge pipe 60; And
(c) discharging the foreign matter discharged to the discharge pipe (60) to the outside. 제5항에 있어서,
상기 천공방법은 수평방향 천공에 사용되고,
강관(40)은 몸체(10)에 설치되되 몸체(10) 보다 후방으로 더 연장되도록 설치되며,
가이드 판(50)은 강관(40) 내부에서 경사지도록 설치되되, 가이드 판(50)의 하단이 상단 보다 몸체(10)에서 더 멀어지도록 설치되며,
배출관(60)은 상기 하단 또는 상기 하단에 근접한 높이에 설치되는 것을 특징으로 하는 천공방법.
6. The method of claim 5,
The perforation method is used for horizontal perforation,
The steel pipe 40 is installed on the body 10 so as to extend further rearward than the body 10,
The guide plate 50 is installed so as to be inclined inside the steel pipe 40 so that the lower end of the guide plate 50 is further away from the body 10 than the upper end,
And the discharge pipe (60) is installed at a height close to the lower end or the lower end.
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