KR20150130089A

KR20150130089A - 수직갱 굴착장치

Info

Publication number: KR20150130089A
Application number: KR1020140057217A
Authority: KR
Inventors: 김진석; 조기만
Original assignee: (주)성풍건설
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2015-11-23
Also published as: KR101596396B1

Abstract

본 발명은 굴착장치에 관한 것으로서, 수직굴착 시 유도공의 편향을 방지하는 수직갱 굴착장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 굴착갱의 천공위치에 설치되고, 굴착을 위한 회전동력을 제공하는 드릴(drill) 구동부; 상단이 상기 드릴 구동부에 연결되고, 상기 회전동력에 의해 회전하여 굴착된 측면의 잔존 지반을 깎아내며, 상기 회전동력을 전달하는 드릴 로드(rod)부; 및 상기 드릴 로드부의 하단에 장착되고, 상기 회전동력을 전달받아 지반을 굴착하는 드릴 비트(bit)부; 를 포함함으로써 유도공의 수직오차에 의해 발생하는 경제적인 손실을 방지하는 한편 유도공의 수직오차 발생 시에도 효율적으로 지반을 천공하는 효과가 있다.

Description

수직갱 굴착장치{SHAFT EXCAVATION APPARATUS}

본 발명은 굴착장치에 관한 것으로서, 수직굴착 시 유도공의 편향을 방지하는 수직갱 굴착장치에 관한 것이다.

종래 수직갱은 광산에서 광상을 개발하기 위해 굴착되었으나, 최근에는 철도 및 도로시설의 확충 등으로 인한 터널의 건설이 급증하면서 작업갱 및 환기 목적으로 시공이 증가하고 있다.

수직갱 건설은 과거 화약을 이용한 D&B(Drill and Blast) 공법이 널리 사용되어 오다가 광산에서는 하부에서 상부로 RBM(Raise Boring Machine)장비를 이용한 기계화 굴착이 1980년에 처음 도입되어 사용되었다. 또한, 1970년대 후반에는 작업대를 이용한 인력천공과 기계화 운반 방식이라는 RC(Raise Climbe)공법을 주로 사용했다.

D&B(Drill and Blast) 공법은 주로 NATM 개념을 이용하여 화약발파에 의한 재래식 공법으로 주지보재와 라이닝을 활용하는 공법을 말한다. 일반적으로 작업갱 설치를 목적으로 수직갱 하부에 작업공간이 확보되지 않는 경우에 사용하는 하향식 굴착방법이다. 이러한 D&B(Drill and Blast) 공법은 굴착단면 크기 및 심도에 제한 없이 적용할 있다는 장점이 있다. 다만, 버럭 처리에 시간이 많이 소요되어 공사비용이 비싸고 발파 소음, 진동, 버럭 등으로 주변 터널, 지보재, 장비 등에 안전상 위험을 내포하는 등의 단점이 있다.

RC(Raise Climber) 공법은 수직갱 하부에 작업공간이 확보되는 경우 벽면에 앵커로 가이드 레일을 설치하고 이것을 따라 움직이는 작업대를 이용하여 다양한 면적의 수직갱을 천공, 장약, 발파, 환기, 부석정리의 순서대로 반복 진행하는 공법이다. RC(Raise Climber) 공법은 설비가 적어 초기투자비가 저렴하고 지반조건을 보면서 굴착하므로 지반변화에 즉시 가능하다는 장점이 있으나, 지보재를 설치하지 않고 레일을 벽면에 부착하므로 열악한 지반조건에서는 적용하기 곤란하고 발파 및 진동 소음이 크고, 부석정리시 낙반의 위험성 등 안정상 문제를 내포하고 있다는 등의 단점이 있다.

RBM(Raise Boring Machine)공법은 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 상부 및 하부에 작업공간을 확보할 수 있는 경우에 사용되는 상향식 굴착방법으로, 상부 기계실에 RBM장비를 안착시켜 소구경의 트리콘 비트(Tri-con Bit)로 상부에서 하부로 굴착하면서 소구경 유도경을 관통시킨 후 상부로 리머 헤드(Reamer Head)를 끌어올리면서 수직갱을 대구경으로 확공하여 나가는 방법이다. 수직갱내에 인원 투입이 없어 매우 안전하고 화기 및 발파 등의 영향을 받지 않는다는 등의 장점이 있으나, 극경암 지역에는 커터의 비용이 높고 유도공이 평향되어 천공될 경우 수직오차를 줄이기 어려운 단점이 있다.

이러한 수직오차를 줄이기 위해서 다양한 연구가 진행되고, 아직까지 수직오차를 획기적으로 줄일 수 있는 방안은 개발되지 않은 실정이다.

특허번호: KR10-0947080 B1

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 특히 드릴 파이프의 외주면에 구비된 돌기가 유도공의 측면을 그라인딩함으로써 천공수단의 수직삽입을 유도하는 한편, 편심방지 파이프가 천공수단의 수직 편향된 오차를 보상함으로써 유도공의 수직천공이 가능한 수직갱 굴착장치를 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 따르는 수직갱 굴착장치는, 굴착갱의 천공위치에 설치되고, 굴착을 위한 회전동력을 제공하는 드릴(drill) 구동부; 상단이 상기 드릴 구동부에 연결되고, 상기 회전동력에 의해 회전하여 굴착된 측면의 잔존 지반을 깎아내며, 상기 회전동력을 전달하는 드릴 로드(rod)부; 및 상기 드릴 로드부의 하단에 장착되고, 상기 회전동력을 전달받아 지반을 굴착하는 드릴 비트(bit)부; 를 포함한다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 드릴 구동부는 직류를 공급받아 상기 회전동력을 생성하는 드라이브 모터(drive motor); 상기 드라이브 모터의 하부에 연결되고, 상기 회전동력을 전달하는 기어박스(gear box); 상기 기어박스의 하부에 연결되고, 상기 회전동력을 상기 드릴 로드부로 전달하는 드라이브 헤드(head); 상기 기어박스의 양측면에 구비되고, 상기 드라이브 헤드와 상기 드릴 로드부의 연결 또는 분리 시 공간을 제공하는 실린더(cylinder); 상기 실린더의 하단부가 수직 관통하고, 베어링(bearing)이 내장되어 상기 기어박스의 부하발생을 감소시키는 크로스(cross) 헤드; 및 상기 실린더의 하단부가 연결되고, 최하단에 구비된 베이스 플레이트(base plate)와의 각도를 유지하는 하부 프레임(frame); 을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하부 프레임은 상기 베이스 플레이트와의 각도를 유지하기 위한 턴버클(turnbuckle)이 내장 구비된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 드라이브 헤드는 상기 드릴 로드부와의 연결부위에 부싱(bushing)을 더 구비하고, 상기 부싱은 상기 드릴 로드부의 상단이 통과하는 파이프 홀(pipe hole)이 중앙에 형성된다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른, 상기 드릴 로드부는 상단이 상기 드릴 구동부에 연결되고, 상기 회전동력을 전달받아 구동되며, 외주면에 적어도 하나의 돌기가 형성된 드릴 파이프; 및 상기 드릴 파이프의 하단에 장착되고, 상기 드릴 파이프의 회전동력을 전달받는 스태빌라이저; 가 순차적으로 형성된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 돌기는 단면이 반원형 또는 다각형 형상으로서, 상기 드릴 파이프의 장축방향을 따라 외주면에 나선형 또는 직선으로 연속 형성된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 드릴 로드부는 상기 드릴 로드부는 상단이 상기 드릴 구동부에 연결되고, 상기 회전동력을 전달받아 구동되며, 외주면에 적어도 하나의 돌기모듈이 장착된 드릴 파이프; 및 상기 드릴 파이프의 하단에 장착되고, 상기 드릴 파이프의 회전동력을 전달받는 스태빌라이저; 가 순차적으로 형성된다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 돌기모듈은 상기 드릴 파이프의 외주면에 착탈 가능하다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 돌기모듈의 돌기는 원뿔형, 반구형, 다면체형, 및 원통형 중 어느 하나의 형상으로 구비되어 상기 돌기모듈의 상부와 일체형으로 다수 형성된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 돌기모듈의 상부면은 상기 돌기가 삽입 착탈되는 다수 개의 홈을 구비하고, 상기 돌기모듈은 상기 드릴 파이프의 외주면에 착탈 가능하다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 돌기모듈의 돌기는 원뿔형, 반구형, 다면체형, 및 원통형 중 어느 하나의 형상으로 구비되어, 상기 돌기모듈의 상부면에 구비된 홈에 각각 삽입되어 나사에 의해 체결된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 드릴 로드부는 상단이 상기 드릴 구동부에 연결되고, 상기 회전동력을 전달받아 구동되며, 외주면에 적어도 하나의 돌기가 형성되거나 또는 적어도 하나의 돌기모듈이 장착된 드릴 파이프; 상기 드릴 파이프의 하단에 장착되고, 상기 드릴 파이프의 회전동력을 전달받는 스태빌라이저; 및 상기 스태빌라이저의 하단에 연결된 편심방지 파이프; 를 포함한다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 편심방지 파이프는 상기 편심방지 파이프의 상부에 구비되고, 상기 드릴 로드부가 기준 경사값에서 벗어나면 유압을 발생시키는 파이프 상부; 및 상기 편심방지 파이프의 하부에 구비되고, 상기 유압에 의해 상기 드릴 로드부의 수직오차를 보상하는 파이프 하부를 포함한다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 파이프 상부는 상기 파이프 상부의 위쪽에 구비되고, 기 설정된 기준 경사값에서 벗어나면 동력을 발생시키는 터빈(turbine); 및 상기 파이프 상부의 아래쪽에 구비되고, 상기 동력에 의해 유압을 가동하기 위한 오일(oil)탱크를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 파이프 하부는 상기 파이프 하부의 위쪽에 구비되는 적어도 하나의 조정 스태빌라이저; 및 상기 파이프 하부의 아래쪽에 구비되고, 상기 유압에 의해 조절되어 상기 드릴 로드부를 상기 기 설정된 경사값으로 유지시키는 적어도 하나의 조정리브를 포함한다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 돌기는 단면이 반원형 또는 다각형 형상으로 구비되고, 상기 드릴 파이프의 장축방향을 따라 외주면에 나선형 또는 직선으로 연속 형성된다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 돌기모듈은 상기 드릴 파이프의 외주면에 착탈 가능하며, 상기 돌기모듈의 돌기는 원뿔형, 반구형, 원통형, 및 다면체형 중 어느 하나의 형상으로 구비되고, 상기 돌기모듈의 상부에 일체형으로 형성된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 돌기모듈은 상기 드릴 파이프의 외주면에 착탈 가능하며, 상기 돌기모듈의 돌기는 원뿔형, 반구형, 원통형, 및 다면체형 중 어느 하나의 형상으로 구비되고, 상기 돌기모듈의 상부면에 마련된 홈에 삽입되어 나사에 의해 체결된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 윈칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 드릴 파이프의 외주면에 구비된 돌기가 유도공의 측면을 그라인딩함으로써 천공수단의 수직삽입을 유도하는 효과가 있다.

또한 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 편심방지 파이프가 천공수단의 수직 편향된 오차를 보상하는 효과가 있다.

따라서 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 궁극적으로 유도공의 수직오차에 의해 발생하는 불량천공을 방지하는 한편 유도공의 수직오차 발생 시에도 용이하게 수직오차를 보상하여 효율적으로 지반을 천공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 수직갱 굴착장치의 일 예를 보여주기 위한 예시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 부싱의 일 예를 보여주기 위한 예시도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 드릴 파이프의 일 예를 보여주는 예시도들.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 드릴 파이프의 일 예를 보여주는 예시도들.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따르는 드릴 파이프에 탈착되는 돌기모듈의 일 예를 보여주는 사시도
도 6(a) 내지 도 6(c)는 도 5에 도시한 돌기모듈에 삽입되는 돌기의 일 예를 보여주는 예시도들.
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따르는 드릴 로드부의 일 예를 보여주는 예시도.
도 8은 본 발명의 제4 실시 에에 따르는 편심방지 파이프의 단면을 보여주는 정단면도.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, “제1”, “제2”, 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

도 1 내지 도 8의 동일 부재에 대해서는 동일한 도면 번호를 기재하였다.

본 발명의 기본 원리는 드릴 파이프의 외주면에 구비된 돌기가 유도공의 측면을 그라인딩함으로써 천공수단의 수직삽입을 유도하고, 편심방지 파이프가 천공수단의 수직 편향된 오차를 용이하게 보상하여 유도공의 수직천공을 수행하는 것이다.

아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 수직갱 굴착장치의 일 예를 보여주기 위한 예시도이다.

도 1을 참조하면 본 발명에 따르는 수직갱 굴착장치(100)는 드릴(drill) 구동부(110), 드릴 로드(rod)부(120), 및 드릴 비트(bit)부(130)를 포함한다.

도 1과 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따르는 수직갱 굴착장치(100)를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선 드릴 구동부(110)가 개시된다.

드릴 구동부(110)는 굴착갱의 천공위치에 설치되며 굴착을 위한 회전동력을 생성한다.

이를 위해 드릴 구동부(110)는 드라이브 헤드(111, drive head), 드라이브 모터(112, drive motor), 기어박스(113, gear box), 실린더(114, cylinder), 크로스 헤더(115, cross header), 하부 프레임(frame)(116), 베이스 플레이트(117, base plate), 및 부싱(118, bushing)을 포함하여 구성되고, 그 동작을 설명하면 다음과 같다.

우선 드라이브 모터(112)는 전원장치(미도시)로부터 직류를 공급받아 회전동력을 생성한다. 생성된 회전동력은 드라이브 모터(112)의 하부에 연결 구비된 기어박스(113)를 통해 드라이브 헤드(111)로 전달된다. 그러면 드라이브 헤드(111)는 상기 회전동력을 드릴 로드부(120)를 통해 드릴 비트부(130)로 제공한다. 따라서 드릴 비트부(130)는 상기 회전동력에 의해 유도공의 수직굴착을 수행할 수 있다. 또한 드릴 로드부(120)도 상기 회전동력에 의해 유도공의 측면을 그라인딩(grinding)할 수 있다.

한편, 실린더(114)는 하단부가 크로스 헤드(115)를 관통하여 하부 프레임(116)에 연결 구비되며, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수직공 굴착장치(100)가 지면을 굴착할 때에는 추진력을 제공하고, 드릴 로드부(120)가 드라이브 헤드(111)에 연결 또는 분리할 때는 수축되어 드릴 로드부(120)의 연결과 분리를 위한 공간을 제공한다.

여기서 크로스 헤드(115)는 그 내부에 베어링(미도시, bearing)이 설치되어 기어박스(113)에서 발생하는 부하를 감소시켜 줄 수 있다. 또한 크로스 헤드(115)에는 실린더(114) 등이 관통할 수 있는 다수 개의 홀이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 하부 프레임(116)에는 턴버클(미도시, turnbuckle)이 내장 구비되어 하부 프레임(116)과 베이스 플레이트(117) 간에 어느 정도 각도를 유지할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

여기서 베이스 플레이트(117)는 지면 또는 지면을 강화하기 위한 콘크리트(concrete) 기초부의 상면에 일정간격으로 설치되며 한 쌍으로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 드라이브 헤드(111)의 하부와 드릴 로드부(120)의 상부 연결부위에는 도 2에 도시한 바와 같이 부싱(bushing)이 더 구비된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 부싱의 예를 보여주기 위한 예시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 부싱(118)은 중앙에 파이프 홀(118a, pipe hole)이 형성되고, 파이프 홀(118a)을 드릴 로드부(120)의 상단이 수직 관통하여 드라이브 헤드(111)의 하부에 연결 장착된다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 드릴 로드부(120)가 개시된다.

본 발명의 제1 실시 예에 따르는 드릴 로드부(120)는 적어도 하나 이상의 드릴 파이프(121)와 드릴 파이프(121)에 연결 구비되는 스태빌라이저(122, stabilizer)를 포함한다.

여기서, 드릴 파이프(121)는 적정 길이단위로 다수 제작되어 연결 연장하여 사용하게 되고, 드릴 파이프(121) 사이에 스태빌라이저(122)가 구비되는 것이 바람직하다.

드릴 파이프(121)의 상단은 부싱(118)에 마련된 파이프 홀(118a)을 관통하여 드라이브 헤드(111)의 하부에 연결된다. 이와 같이 연결되면 상술한 바와 같이 드라이브 모터(112)에서 발생하는 회전동력이 드릴 파이프(121)로 전달되어 드릴 파이프(121)가 회전하고, 상기 회전동력은 드릴 파이프(121)의 하단에 연결된 스태빌라이저(122)로 전달된다. 이와 같은 드릴 파이프(121)와 스태빌라이저(122)는 순차적으로 연결될 수 있다. 따라서 스태빌라이저(122)의 하단에 연결 구비된 드릴 비트부(130)까지 회전동력이 전달될 수 있다. 따라서 드릴 비트부(130)는 드릴 로드부(120)로부터 전달받은 회전동력에 의해 지반을 굴착할 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에서는 드릴 파이프(121)와 스태빌라이저(122)가 순차적으로 형성된 예를 상정하였으나, 이는 일 예에 불과할 뿐 경우에 따라 다수의 드릴 파이프(121) 사이에 스태빌라이저(122)가 연결될 수 있는 구조도 가능하다

드릴 비트부(130)는 수직갱 및 사갱(斜坑)을 굴착하기 위하여 유도공을 천공하는 장비이다. 따라서 드릴 비트부(130)는 굴착된 토사를 배출하기 위해 중앙에 배출홀(미도시)이 형성되어 도 1에 도시한 배출장치를 통해 외부로 배출되는 것이 바람직하다.

한편, 스태빌라이저(122)는 굴착진동을 감소시키고, 유도공 측면의 잔존 지반을 깎아내기 위한 돌기가 구비되는 것이 바람직하다. 이하, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 드릴 파이프(121)의 돌기구조에 대한 다양한 실시 예에 대해 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 드릴 파이프의 일 예를 보여주는 예시도들이다.

도 3a를 참조하면 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 드릴 파이프(121)는 외주면에 단면이 삼각형인 제1 돌기(121a)가 상하 직선방향으로 연속 형성될 수 있다. 마찬가지로 도 3b를 참조하면 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 드릴 파이프(121)는 외주면에 단면이 반원형인 제2 돌기(121b)가 상하 직선방향으로 연속 형성될 수 있고, 도 3c를 참조하면 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 드릴 파이프(121)는 외주면에 단면이 사각형인 제3 돌기(121c)가 상하 직선방향으로 연속 형성될 수 있다.

한편 도시하지는 않았지만, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 드릴 파이프(121)의 외주면에는 제1 돌기(121a), 제2 돌기(121b), 및 제3 돌기(121c)가 각각 나선형으로 연속 형성될 수도 있다. 또한 본 발명의 제1 실시 예를 설명함에 있어 돌기의 단면이 삼각형, 사각형, 반원형인 것으로 상정하여 설명하였으나, 이는 일 예에 불과하고 단면이 오각형, 마름모, 육각형 등의 다각형인 것도 본 발명의 제1 실시 예에 포함시키는 것이 바람직할 것이다.

따라서 드라이브 헤드(111)로부터 전달된 회전동력에 의해 드릴 파이프(121)는 회전하고, 드릴 파이프(121)의 외주면에 일체로 형성된 제1 내지 제3 돌기(121a ~ 121c)에 의해 유도공의 잔존 지반이 제거될 수 있으며, 드릴 로드부(120)는 잔존 지반으로 인한 걸림이 제거되어 수직굴착이 가능해 진다.

이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 드릴 파이프(221)에 대해 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 드릴 파이프의 일 예를 보여주는 예시도들이다.

도 4a 내지 도 4c는 도 3a 내지 도 3c와 비교하면, 다수의 돌기가 구비된 돌기모듈(221A ~ 221C)이 착탈식으로 구비된다는 점에서 차이가 있다.

즉, 도 4a 를 참조하면 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 제1 돌기모듈(221A)은 표면에 원뿔형의 돌기가 나선형으로 다수 개 마련된다. 마찬가지로 도 4b를 참조하면 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 제2 돌기모듈(221B)은 표면에 반구형의 돌기가 나선형으로 다수 개 마련되고, 도 4c를 참조하면 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 제3 돌기모듈(221C)은 표면에 육면체의 돌기가 나선형으로 다수 개 마련된다.

우선, 도 4a를 참조하면 제1 돌기모듈(221A)은 판형의 제1 플레이트(221a) 상에 다수 개의 원뿔형 돌기가 일체형으로 형성되고, 제1 플레이트(221a)는 드릴 파이프(221)의 외주면에 마련된 홈(H)에 고정 구비된다. 여기서는 제1 돌기모듈(221A)은 드릴 파이프(221)에 착탈이 가능하도록 모서리에 나사홀이 구비되고, 홈(H)에는 상기 나사홀에 대응하는 나사홈이 구비되어, 상기 나사홀과 상기 나사홈에 나사를 삽입하여 서로 체결한다.

그리고, 도 4b 및 도 4c를 참조하면 도 4a와 마찬가지로 제2, 3 돌기모듈(221B, 221C)은 판형의 제2, 3 플레이트(221b, 221c) 상에 반구형 또는 육면체형인 다수 개의 돌기가 일체형으로 형성된다. 제2, 3 플레이트(221b, 221c)는 드릴 파이프(221)의 외주면에 마련된 홈(H)에 고정 구비된다. 여기서도 제1 돌기모듈(221A)와 같이 제2, 3 돌기모듈(221B, 221C)도 드릴 파이프(221)에 착탈이 가능하도록 모서리에 나사홀이 구비되고, 홈(H)에는 상기 나사홀에 대응하는 나사홈이 구비되어, 상기 나사홀과 상기 나사홈에 나사를 삽입하여 서로 체결한다.

따라서 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 드릴 파이프(221)는 목적에 따라 돌기의 개수, 돌기의 형태와 돌기의 크기가 서로 다른 돌기모듈을 용이하게 교체 장착할 수 있다.

또한 본 발명의 제2 실시 예에서는 돌기의 형상을 원뿔형, 반구형, 육면체형으로 상정하여 설명하였으나 이는 일 예에 불과할 뿐 원통형, 다면체형 등의 돌기를 적용하는 것도 가능하다. 그리고 본 발명의 제2 실시 예에서는 돌기가 돌기모듈의 상부면에 나선형으로 배열되는 것을 상정하였으나, 이 또한 일 예에 불과할 뿐 돌기가 직선 등으로 배열되도록 하는 것도 가능하다.

따라서, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면 돌기모듈이 수직갱의 측면을 그라인딩함으로써 유도공의 잔존 지반이 제거될 수 있으며, 이로 인해 드릴 비트부(130)가 수직으로 굴착할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따르는 드릴 파이프에 탈착되는 돌기모듈의 예를 보여주는 사시도이고, 도 6(a) 내지 도 6(c)는 도 5에 도시한 돌기모듈에 삽입되는 돌기의 일 예를 보여주는 예시도들이다.

도 5 및 도 6(a) 내지 도 6(c)에 도시한 본 발명의 제3 실시 예에 따르는 돌기모듈(322A)은 도 4a 내지 4c와 비교하면, 돌기모듈(321A)의 플레이트(321a)의 표면에 다양한 형태의 돌기들이 삽입 장착되는 홈(h)이 구비되고, 상기 홈(h)에 용도에 따른 돌기(321b 내지 321d)들을 선택적으로 착탈할 수 있는 차이점이 있다.

이 경우, 6(a) 내지 도 6(c)에서 도시한 원뿔형의 제1 돌기(321b), 반구형의 제2 돌기(321c), 및 육면체형의 제3 돌기(321d)는 선택적으로 돌기모듈(321A)에 삽입될 수 있다. 제1 내지 제3 돌기(321b, 321c, 321d)의 하부(a)에는 나사홈(미도시)이 구비되고, 돌기모듈(321A)의 하부면에는 나사홀(미도시)이 구비된다.

따라서 제1 내지 제3 돌기(321b~321d)는 상기 나사홀과 상기 나사홈에 나사가 체결됨으로써 돌기모듈(321A)에 각각 고정될 수 있다.

즉, 제1 내지 제3 돌기(321b~321d)는 나사홈과 나사홀에 체결된 나사에 의해 돌기모듈(321A)에 공고하게 고정 장착될 수 있다.

한편 본 발명의 제3 실시 예에서도 돌기의 형태를 원뿔형, 반구형, 및 육면체형에만 한정하지 않고, 본 발명의 제2 실시 예에서와 같이 원통형, 다면체형 등에도 적용하는 것이 바람직할 것이며 돌기의 배열도 나선형에 한정하지 않고 직선 등도 가능하다.

따라서, 본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 목적에 따라 선택적으로 돌기모듈(321A)에 서로 다른 돌기를 장착함으로써 용이하게 유도공의 측면을 그라인딩함으로써 수직굴착이 가능하다.

도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따르는 드릴 로드부를 보여주는 예시도이다.

도 7을 참조하면 본 발명의 제4 실시 예에 따르는 드릴 로드부(220)는 드릴 파이프(121), 스태빌라이저(122), 및 편심방지 파이프(123)를 포함한다.

도 7과 같이 구성된 본 발명의 제4 실시 예에 따르는 드릴 로드부(220)를 설명함에 있어, 도 2의 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 드릴 로드부(120)와 중복되는 설명은 생략함으로써 본 발명의 요지를 명확하게 한다. 또한, 본 발명의 제4 실시 예에 따르는 드릴 로드부(220)는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에서 설명한 돌기와 돌기모듈의 실시 예가 드릴 파이프(121)에 모두 적용됨을 전제로 한다.

도 7에 도시한 본 발명의 제4 실시 예에 따르는 드릴 로드부(220)는 도 2에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 드릴 로드부(120)와 비교하면, 드릴 로드부(220)는 최하단에 구비된 스태빌라이저(122)와 드릴 비트부(130)의 사이에 편심방지 파이프(123)를 더 구비하는 차이점이 있다.

도 7에 도시한 편심방지 파이프(123)는 유도공의 굴착 시 목표지점까지 일직선으로 천공되도록 유도하는 장비로서, 유도공의 연직도를 향상시키는 역할을 한다.

이와 같은 편심방지 파이프(123)는 도 8을 참조하여 자세하게 설명한다.

도 8은 본 발명의 제4 실시 에에 따르는 편심방지 파이프의 단면을 보여주는 정단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 에에 따르는 편심방지 파이프(123)는 파이프 상부(123A)와 파이프 하부(123B)로 구성된다. 파이프 상부(123A)는 드라이브 모터(112)와 동일회전속도를 가지고, 파이프 상부(123A)에는 오일(oil)탱크(123a)와 터빈(123b)이 내장된다. 그리고 파이프 하부(123B)는 조정 스태빌라이저(123d)와 3개의 조정리브(rib)(123e)를 포함한다.

실질적인 방향조정은 파이프 상부(123A)의 터빈(123b, turbine)에서 수행한다. 터빈(123b)은 최초 설정된 기준 경사값에서 일정부분을 벗어나면 동력을 발생시킨다. 여기서 현재 경사값과 기준 경사값의 오차발생은 관성센서(미도시)와 같은 수단에 의해 판단된다. 그리고 상기 동력에 의해 오일탱크(123a)는 유압을 발생시키고, 상기 유압은 파이프 하부(123B)에 구비된 3개의 조정리브(123e)중에 편차가 생긴 부분의 조정리브를 팽창시켜 연직도를 일정하게 유지하게 해준다

따라서, 본 발명의 제4 실시 에에 따르는 편심방지 파이프(123)는 수직오차를 보상함으로써 유도공의 편향 굴착을 방지하는 한편, 드릴 파이프(121)에 구비되는 돌기와 돌기모듈에 의해서도 유도공의 편향 굴착을 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100: 수직갱 굴착장치 110: 드릴 구동부
120, 220: 드릴 로드부 130: 드릴 비트부
111: 드라이브 헤드 112: 드라이브 모터
113: 기어박스 114: 실린더
115: 크로스 헤더 116: 하부 프레임
117: 베이스 플레이트 118: 부싱
118a: 파이프 홀 121, 221: 드릴 파이프
122: 스태빌라이저 123: 편심방지 파이프
121a, 321b: 제1 돌기 121b, 321c: 제2 돌기
121c, 321d: 제3 돌기 221A: 제1 돌기모듈
221B: 제2 돌기모듈 221C: 제3 돌기모듈
221a: 제1 플레이트 221b: 제2 플레이트
221c: 제3 플레이트 321A: 돌기모듈
321a: 플레이트 123A: 파이프 상부
123a: 오일탱크 123b: 터빈
123B: 파이프 하부 123d: 조정 스태빌라이저
123e: 조정리브 a: 하부
H, h: 홈

Claims

굴착갱의 천공위치에 설치되고, 굴착을 위한 회전동력을 제공하는 드릴(drill) 구동부;
상단이 상기 드릴 구동부에 연결되고, 상기 회전동력에 의해 회전하여 굴착된 측면의 잔존 지반을 깎아내며, 상기 회전동력을 전달하는 드릴 로드(rod)부; 및
상기 드릴 로드부의 하단에 장착되고, 상기 회전동력을 전달받아 지반을 굴착하는 드릴 비트(bit)부; 를 포함하는 수직갱 굴착장치.
청구항 1에 있어서, 상기 드릴 구동부는
직류를 공급받아 상기 회전동력을 생성하는 드라이브 모터(drive motor);
상기 드라이브 모터의 하부에 연결되고, 상기 회전동력을 전달하는 기어박스(gear box);
상기 기어박스의 하부에 연결되고, 상기 회전동력을 상기 드릴 로드부로 전달하는 드라이브 헤드(head);
상기 기어박스의 양측면에 구비되고, 상기 드라이브 헤드와 상기 드릴 로드부의 연결 또는 분리 시 공간을 제공하는 실린더(cylinder);
상기 실린더의 하단부가 수직 관통하고, 베어링(bearing)이 내장되어 상기 기어박스의 부하발생을 감소시키는 크로스(cross) 헤드; 및
상기 실린더의 하단부가 연결되고, 최하단에 구비된 베이스 플레이트(base plate)와의 각도를 유지하는 하부 프레임(frame); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 2에 있어서, 상기 하부 프레임은
상기 베이스 플레이트와의 각도를 유지하기 위한 턴버클(turnbuckle)이 내장 구비되는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 2에 있어서, 상기 드라이브 헤드는
상기 드릴 로드부와의 연결부위에 부싱(bushing)을 더 구비하고,
상기 부싱은 상기 드릴 로드부의 상단이 통과하는 파이프 홀(pipe hole)이 중앙에 형성되는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 1에 있어서, 상기 드릴 로드부는
상단이 상기 드릴 구동부에 연결되고, 상기 회전동력을 전달받아 구동되며, 외주면에 적어도 하나의 돌기가 형성된 드릴 파이프; 및
상기 드릴 파이프의 하단에 장착되고, 상기 드릴 파이프의 회전동력을 전달받는 스태빌라이저; 가 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 5에 있어서, 상기 돌기는
단면이 반원형 또는 다각형 형상으로 구비되고, 상기 드릴 파이프의 장축방향을 따라 외주면에 나선형 또는 직선으로 연속 형성되는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 1에 있어서, 상기 드릴 로드부는
상단이 상기 드릴 구동부에 연결되고, 상기 회전동력을 전달받아 구동되며, 외주면에 적어도 하나의 돌기모듈이 장착된 드릴 파이프; 및
상기 드릴 파이프의 하단에 장착되고, 상기 드릴 파이프의 회전동력을 전달받는 스태빌라이저; 가 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 7에 있어서, 상기 돌기모듈은
상기 드릴 파이프의 외주면에 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 8에 있어서, 상기 돌기모듈의 돌기는
원뿔형, 반구형, 다면체형, 및 원통형 중 어느 하나의 형상으로 구비되어 상기 돌기모듈의 상부와 일체형으로 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 8에 있어서, 상기 돌기모듈의 상부면은
상기 돌기가 삽입 착탈되는 다수 개의 홈을 구비하고,
상기 돌기모듈은 상기 드릴 파이프의 외주면에 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 10에 있어서, 상기 돌기모듈의 돌기는
원뿔형, 반구형, 다면체형, 및 원통형 중 어느 하나의 형상으로 구비되고, 상기 돌기모듈의 상부면에 구비된 홈에 각각 삽입되어 나사에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 1에 있어서, 상기 드릴 로드부는
상단이 상기 드릴 구동부에 연결되고, 상기 회전동력을 전달받아 구동되며, 외주면에 적어도 하나의 돌기가 형성되거나 또는 적어도 하나의 돌기모듈이 장착된 드릴 파이프;
상기 드릴 파이프의 하단에 장착되고, 상기 드릴 파이프의 회전동력을 전달받는 스태빌라이저; 및
상기 스태빌라이저의 하단에 연결된 편심방지 파이프; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 12에 있어서, 상기 편심방지 파이프는
상기 편심방지 파이프의 상부에 구비되고, 상기 드릴 로드부가 기준 경사값에서 벗어나면 유압을 발생시키는 파이프 상부; 및
상기 편심방지 파이프의 하부에 구비되고, 상기 유압에 의해 상기 드릴 로드부의 수직오차를 보상하는 파이프 하부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 13에 있어서, 상기 파이프 상부는
상기 파이프 상부의 위쪽에 구비되고, 기 설정된 기준 경사값에서 벗어나면 동력을 발생시키는 터빈(turbine); 및
상기 파이프 상부의 아래쪽에 구비되고, 상기 동력에 의해 유압을 가동하기 위한 오일(oil)탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 13에 있어서, 상기 파이프 하부는
상기 파이프 하부의 위쪽에 구비되는 적어도 하나의 조정 스태빌라이저; 및
상기 파이프 하부의 아래쪽에 구비되고, 상기 유압에 의해 조절되어 상기 드릴 로드부를 상기 기 설정된 경사값으로 유지시키는 적어도 하나의 조정리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 12에 있어서, 상기 돌기는
단면이 반원형 또는 다각형 형상으로 구비되고, 상기 드릴 파이프의 장축방향을 따라 외주면에 나선형 또는 직선으로 연속 형성되는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 12에 있어서, 상기 돌기모듈은
상기 드릴 파이프의 외주면에 착탈 가능하며,
상기 돌기모듈의 돌기는
원뿔형, 반구형, 원통형, 및 다면체형 중 어느 하나의 형상으로 구비되고, 상기 돌기모듈의 상부에 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.
청구항 12에 있어서, 상기 돌기모듈은
상기 드릴 파이프의 외주면에 착탈 가능하며,
상기 돌기모듈의 돌기는
원뿔형, 반구형, 원통형, 및 다면체형 중 어느 하나의 형상으로 구비되고, 상기 돌기모듈의 상부면에 마련된 홈에 삽입되어 나사에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 수직갱 굴착장치.