KR20230078704A - 이완된 지반 내지 견고한 지반으로부터 사실상 온전한 코어들을 회수하기 위한 시추 시스템 - Google Patents

Abstract

본 장치는 종래의 회전 구동 및 말뚝 해머로 작동된다. 상기 시추 헤드의 토크 및 래밍 충격은 시추 비트를 갖춘 시추 시작 파이프(8)로 전달된다. 슬리브(17)는 회전 없이 회전하는 상기 시작 파이프(8)의 내측에 위치한다. 그것은 그 아래에서 회전하는 상기 시추 비트의 내측에서 하단에 안착한다. 특별한 특징으로서, 상기 슬리브(17)는 서로에 대해 회전할 수 있는 축방향으로 연이은 부품들을 가지는 슬리브 어댑터(21) 및 그것에 연결된 가압, 수세 및 회수 파이프(PFR; 19)에 의하여, 회전하는 상기 시추 헤드에 연결된다. 상기 PFR(19)은 상기 시추 헤드 및 상기 시추 파이프와 함께 회전하며, 상기 슬리브 어댑터(21)는 상기 회전하지 않는 슬리브(17)와 소통한다. 상기 PFR은 첫째로 상기 슬리브(17)에 대해 위에서 압축력을 가하는 데 이용되고, 둘째로 상기 PFR(19) 내 시추를 위한 세척수를 안내하여 상기 슬리브(17) 밖으로 강제로 내보냄으로써 세척하는 데 이용되며, 셋째로 거의 온전한 시추 테스트를 위하여 상기 슬리브(17)가 회수될 수 있게 하는 데 이용된다.

Description

이완된 지반 내지 견고한 지반으로부터 사실상 온전한 코어들을 회수하기 위한 시추 시스템

본 시추 시스템은, 특히 이완된 지반뿐만 아니라 견고한 지반으로부터 시추 코어를 추출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 이를 통해 시추 코어 샘플들이 사실상 온전하게 회수 및 축적될 수 있다.

이는 중공의 원통형 슬리브, 이른바 시추 코어 포집기(drill core catcher) 또는 시추 샘플 포집기(drill sample catcher) 내에서 지반으로부터 원통형 시추 코어가 채취되어 지표로 나온다는 것을 의미한다. 그러한 코어들은, 예를 들어, 길이 약 1미터, 직경 10cm 내지 20cm인 것으로 측정된다. 그런데, 시추 설비의 요구사항 및 치수에 따라 그 코어들은 상당히 더 크거나 더 작을 수도 있다. 지표에서 이 시추 코어는 중공의 원통형 슬리브에서 배출된 후, 자유롭게 접근 가능하게, 예를 들어, 반원통의 내측 껍질 위에 또는 평평한 바닥 위에 수평으로 놓인다. 그러한 토양 샘플이 슬리브로부터 배출될 때 재료의 밀도(material consistency)로 인해 부분적으로 분해되는 경우, 그 토양 샘플은 더 이상 100% 온전하지는 않다. 그러나 상기 슬리브에는 그 내부에 상기 슬리브의 내벽에 꼭 들어맞는, 예컨대, 딱딱한 PVC 또는 기타 적절한 재료로 만들어진 라이너(liner)가 장착될 수도 있는바, 시추 작업 중에 상기 슬리브와 함께 이 라이너도 상기 토양 재료에 걸쳐 눌러진다. 이 경우, 상기 슬리브가 회수된 후, 상기 시추 코어가 지반 속에 있었던 것처럼 바뀌지 않은 채 상기 라이너가 상기 시추 코어와 함께 그 슬리브로부터 배출되고, 그 후 그 라이너는 예컨대 직경 절단(diametrical cuts) 등을 통해 트랜치 단위로(in tranches) 개봉될 수 있으므로 상기 샘플은 전적으로 온전하다. 라이너를 이용하는 한 가지 장점은, 상기 슬리브로부터 회수된 후, 상기 시추 코어에 존재하는 어떠한 휘발성 오염 물질들도 그 안에 갇혀, 상기 시추 코어 내에 보존된 채로 유지된다는 점이다. 그러나, 라이너의 이용은 그러한 라이너 없이 시추하는 것보다 복잡하며 비용도 더 많이 든다.

이러한 방식으로 회수된 토양 샘플들에 의하여, 토양의 특성, 특히 시간에 따라 그 토양에 침투한 잠재적인 오염 물질들에 대한 정보가 제공된다. 이에 따라 신뢰할 수 있는 손상 기록(damage registers)이 작성될 수 있고, 그러한 토양을 치유하기 위한 적절한 조치가 개시될 수 있다. 토양의 품질, 부식질 토양의 미네랄 조성 및 그 영양분의 농도에 관한 지식을 획득하거나 토양의 결함 가능성에 관하여 학습하는 것은 농업에 있어서 특히 흥미롭다. 그런 다음, 어떤 토양이 어떤 작물에 적합한지, 어떻게 비료가 적용되어야 하는지에 관한 지식이 획득될 수 있는바, 이는 궁극적으로 생태계적이며 높은 수확량을 내는 농경지 관리를 촉진한다. 그러한 코어 시추는 오래된 매립지, 오염이 의심되는 토양 및 이완된 암석층(loose rock formations), 즉, 고운 모래층, 이탄층(peat layers) 및 해양성 백악(marine chalk) 내에서 토양 샘플들을 채취하는 데에도 적합하다. 그 시추 방법은 지하수 내에 있는 토양층에도 이용될 수 있다.

잘 알려져 있고 자주 이용되는 것은 견고한 지반으로부터 지질 공학적 평가(geotechnical evaluations)를 위한 토양 샘플들을 채취하는 것이다. 여기에는 미국 재료 시험 협회(the American Society for Testing and Materials; ASTM)의 표준 D1586에서 정의된 바와 같이 국제적으로 확립된 표준 관입 테스트(Standard Penetration Test; SPT)가 있다. 상기 테스트에는 외경 50.8mm, 내경 35mm, 길이 약 650mm의, 두꺼운 벽을 가진 샘플 파이프가 이용된다. 이는 시추공(borehole)의 바닥에서 760mm 거리에 걸쳐 질량 63.5kg의 슬라이드 해머가 떨어지는 충격에 의하여 지반 안으로 들어간다. 그 샘플 파이프는 상기 지반 안으로 150mm 들어간 다음, 상기 파이프를 한 번에 150mm씩 450mm 깊이까지 관입시키는 데 필요한 타격의 횟수가 기록된다. 두 번째와 세 번째의 6인치 관입에 필요한 타격 횟수의 합은 "표준 관입 저항(standard penetration resistance)" 또는 "N값(N-value)"이라고 불리는바, 이는 피트당 타격 수(beats per foot; bpf)로 표현된다. 이 값은, 지지력(bearing capacity) 및 침하 추정치(settlement estimates)와 같이 다양한 유형의 지질 공학적 계산값들 중 많은 것들의 기초가 된다. 150mm 간격의 관입을 진행시키기에 50회 타격이 충분하지 않은 경우, 그 관입은 50회 타격을 초과하는 것으로 기록된다. 그 타격 횟수는 상기 토양의 밀도에 대한 지표를 제공하며 많은 수의 경험적 지질 공학 공식들에 이용된다.

견고한 지반에서의 시추는 종래 기술로 잘 확립되어 있지만, 시추와 특히 이완된 지반으로부터 시추 코어들을 회수하는 것은 특히 까다로운데, 왜냐하면 시추에는 회전하는 시추 비트(drill bit) 외에도 항타(pile driving), 즉 그 시추 헤드에 대한 강한 충격(hard impacts)이 필요하고, 이러한 힘의 충격은 전체 시추 파이프, 즉 시추 파이프, 코어 배럴(core barrel) 및 이에 부착된 시추 비트에 전달되어야 하기 때문이다. 이에 따라 모든 부품들은 엄청난 기계적 및 열적 스트레스에 노출되므로 그 수명은 종종 원하는 것에 비해 많이 부족하다. 이러한 이유 때문에, 수용 가능한 코어 품질을 합리적으로 제공하고, 무엇보다도 이용되는 시추 시스템의 서비스 수명이 만족스러운, 현실적으로 납득되는 시추 시스템은 아직까지 존재하지 않는다.

이완된 지반으로부터 원통형 토양 샘플들을 추출하는 것은 지금까지 매우 특수하게 미리 설계된 시추 장비들로써 지금까지 수행되어 왔는데, 그 시추 장비들은 그 하단에 시추 비트가 있는 시작 파이프를 포함하는 시추 파이프로 구성되어 있으며, 이에 의하면 상기 시추 파이프를 회전시켜 이에 따라 상기 시작 파이프 및 상기 드릴 비트를 회전시킴으로써, 그리고 이와 동시에 해머링 및 이에 따른 래밍(ramming)으로써, 지반 안으로의 시추가 수행된다. 상기 시작 파이프의 내측에, 슬리브가 약간의 여유(little clearance)를 두고 시추 코어 포집기(drill core catcher)로서 삽입된다. 이 슬리브는 상기 시추 비트의 하단에서 상기 시추 비트로부터 반경방향 내향으로 돌출된 돌출부 상에 위치한다.

그러한 시추 방법은 EP 2 050 923에 설명되어 있다. 거기에는 상기 시추 코어 포집기 또는 슬리브가 회전을 방지하기 위해 상기 시작 파이프의 내측에 고정되어야 하는 것이 필수적인 것으로 설명되어 있으며, 이 목적으로, 상기 시추 파이프 내에서 회전에 대해 고정되는 방식으로, 즉, 회전 없이 상단으로부터 하단까지 전체적으로 이어져 상기 슬리브를 회전에 대해 고정되는 방식으로 고정하도록 의도된 특수한 고정 막대가 제안된다. 그러나 실무는 상기 슬리브가 회전할 수 없도록 상기 시추 장비 상에 상기 슬리브를 유지하는 데 고정 막대가 전혀 필요하지 않음을 보여주는데, 왜냐하면 상기 슬리브가 상기 시추 코어를 통하여 내려가거나 가라앉을 때 상기 슬리브에 들어가는 상기 시추 코어 자체에 의하여 상기 슬리브가 어쨌든 클램핑되기 때문인바, 이는 상기 슬리브의 회전을 확실하게 방지한다. 따라서 원칙적으로 상기 슬리브는 시추 중에 회전하지 않는바, 그 시추된 코어를 중심으로 회전하는 상기 시작 파이프의 움직임과 함께 하는 회전 없이 오히려 축방향으로 상기 시추된 코어에 걸쳐 가압되고 이 코어에 걸쳐 가라앉는다. 따라서 실제 경험에 의하면, EP 2 050 923이 해결한다고 주장한 과제는 실재하지 않는 것, 즉, 전혀 존재하지 않는 것임이 나타난다. 그 가라앉는 슬리브 안으로 들어가는 상기 시추 코어는 단순히 지반과 연결되어 있기 때문에 거의 회전하지 않거나, 기껏해야 아주 약간만 회전한다. 따라서 상기 슬리브를 제자리에 유지하고 그 회전을 방지하기 위한 고정 막대는 불필요하다. 심지어 그것은 부정적 효과를 지닐 수 있는바, 즉, 회전-저항성 고정 막대에도 불구하고 기질(substrate)의 특정 조건 하에서 상기 슬리브가 상기 코어 비트의 회전 방향으로 몇 도 회전하는 때이다. 이는 상기 시추 코어의 품질에는 영향을 미치지 않지만, 그러한 고정 막대가 이용되는 때에 그 고정 막대는 발생하는 비틀림(torsion)을 흡수하지 못하고 전단(shears off)된다. 이는 계획에 없던 긴 시추 중단 및 상기 코어를 다소간 복구하기 위한 많은 시간이 소요되는 즉석 작업으로 귀결된다.

그러나, 일반적으로, 시추 단면(drilling section)에 도달한 후에는, 시추가 정지되고, 상기 슬리브가 상기 시추 코어와 함께 상기 시작 파이프 밖으로 당겨지고, 상기 시추 코어가 수평 자세에서 상기 슬리브 밖으로 밀려나오며 그 빈 슬리브는 상기 시작 파이프 안으로 다시 삽입될 수 있다. 더 깊은 시추를 위하여, 상기 시작 파이프와 시추 비트는 상기 시추 파이프의 연장 섹션을 통하여 더 깊은 위치로 보내질 수 있다. 이에 대해서는 EP 2 050 923에 제시되었다.

종래 기술로는, 견고한 암석 또는 견고한 지반으로부터 시추 코어들을 쉽게 회수할 수 있는 이른바 로프 코어 시추 방법들(rope core drilling methods)이 알려져 있다. 이러한 방법은 클링커 클로저(clinker closure)를 포함하는 장치들을 가지고 수행되고, 이는 복잡한 구성을 수반하여 이완된 지반 내 시추에는 적합하지 않은데, 이는 시추 코어들을 회수하기 위한 이러한 장치들이 필요한 래밍 충격(ramming impacts)의 결과로 매우 짧은 시간 내에 고장날 수 있기 때문이다. 덧붙여, 로프들(ropes)을 가지고는 케이싱(casing) 또는 코어 포집기가 노출된 시추 코어에 걸쳐 하방으로 가압될 수 없다.

이완된 토양으로부터 그러한 코어들을 채취함에 있어서의 난점에는 여러 가지가 있으며, 대부분 매우 과소평가되어 있다. 시추 장비는 28,000 Nm에 이르는 토크를 발생시키고, 항타의 충격은 엄청난 힘의 충격(force shocks), 즉, 개별 충격 에너지가 500Nm에 이르는 매우 높은 힘의 피크들을 가지는 충격을 유발하는데, 이는 예컨대 2400min^-1의 주파수로 이용되는바, 이로써 순수히 계산에 의하여 결정되기 어려운, 구성 및 안정성에 대한 극한의 요구조건이 부과된다. 시범적으로 이용(used on a trial basis)된 많은 부분들이 단기간 이용 후 마모되어 이용 불가능해진 것으로 판명되었다. 이는, 예를 들어, 소닉 해머 드릴(Sonnic hammer drill)이나 더 일반적으로 상업적으로 이용 가능한 모든 시추 구동부들 및 해머 드릴들에 대해서도 전반적으로 적용된다.

덜 적합한 시추 방법들은 시추 작업의 과정에서 특정 지층의 깊이로부터의 오염 물질이 상기 시추 비트 또는 코어 배럴로부터 하방으로 운반되는 것으로 귀결될 수도 있다. 그러한 경우에, 회수된 시추 코어 샘플은 더 이상 대략 온전한 것이라고 서술될 수 없다.

현재까지, 견고한 기반암뿐만 아니라 특히 이완된 기반암으로부터 코어 형태로 사실상 온전한 토양 샘플들을 수집하는 데 진정으로 적합한 시추 설비는 없다고 할 수 있다. 장기간의 이용에 걸쳐 신뢰성 있게 기능하고, 특히 이완된 지반으로부터 효율적이고 단순한 방식으로 코어들을 채취 및 회수할 수 있게 함으로써 시간 당 많은 수의 코어들로 하여금 가능한 한 온전한 채로 회수될 수 있게 하는 장치는 알려진 바 없다.

이러한 배경에 대항하여, 본 발명에는 시추 시스템, 즉, 특히 이완된 지반으로부터, 그러나 마찬가지로 견고한 지반으로부터도 사실상 온전한 토양 샘플들을 채취하기 위한 방법 및 장치를 구체화하는 과제가 제시되는바, 그 시추 시스템은 분명히 여러 면에서 종래의 방법들보다 우수하다. 실제 시추는 더 빨라야 하고, 시추 중단의 가능성은 최소한의 시간대로 줄어들어야 한다. 그 장치는 종래의 시추 파이프들 및 그 구성요소들보다 훨씬 긴 서비스 수명을 제공한다고 한다. 시추공들에 의하여 사실상 온전한 토양 샘플들이 제공되어야 하고, 그 시추공들은 재료의 밀도로 인해 와해되는 경우에도 그 시추공들의 특성 상, 샘플 검사의 정보 상 가치가 손상되지 않거나 감지할 수 없을 정도로만 손상되는 방식으로 고정될 수 있어야 한다.

이 과제는, 특허 청구항 제1항의 특징들에 따른 방법에 의하여, 그리고 특허 청구항 제6항의 특징들에 따라 그 방법을 수행하기 위한 장치로써 해결된다.

이하의 설명에서 본 시추 시스템, 즉, 장치 및 이로써 작동되는 방법이 제시되며, 상기 방법 및 상기 장치의 개별적인 특징들 및 양상들이 이해 가능한 방식으로 설명된다. 상기 장치 및 그 구성요소들의 특정의 특징들 및 작동이 철저하게 설명된다.

도시된 것은 다음과 같다.
도 1: 시추 헤드의 해머링 회전(hammering rotation)을 위한 구동부 및 해머를 가지는 해머 드릴;
도 2: 아래에서 바라본 누운 자세로 된 상기 해머 드릴;
도 3: 기립한 자세로 된 시추 헤드를 가진 상기 해머 드릴;
도 4: 시추 파이프에 나사로 고정하기 위한 외부 나사산을 가진, 분리하여 도시된 시추 헤드;
도 5: 수세(flushing)를 위한 중심의 축방향 구멍 및 통기(venting)를 위한 반경방향 구멍이 있는 종단면으로 도시된 도 4의 상기 시추 헤드;
도 6: 시추 헤드, 시추 파이프, 시작 파이프 및 이에 부착된 시추 비트로 구성된, 조립된 시추 시스템;
도 7: 아래로부터 비스듬히 바라본, 도 6의 결합된 시추 시스템;
도 8: 아래로부터 경사지게 바라본, 확장 부품(extension piece)으로서의 시추 파이프;
도 9: 위로부터 경사지게 도시된, 확장 부품으로서의 도 8의 상기 시추 파이프;
도 10: 아래로부터 바라본, 상기 시추 비트의 확대도;
도 11: 상단으로부터 하단으로 본 조립도: 가압, 수세 및 회수 파이프 어댑터(PFR adapter), 이에 뒤이어, 가압, 수세 및 회수 파이프(PFR), 및 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(PFR)의 하단에 슬리브(sleeve) 또는 코어 포집기;
도 12: 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(PFR)의 상단에 위치되는 상기 PFR 어댑터;
도 13: 아래로부터 비스듬히 바라본, 확장 부품으로서의 가압, 수세 및 회수 파이프(PFR);
도 14: 대각선 위로부터 대각선 아래로 바라본, 상기 슬리브 또는 상기 시추 코어 포집기의 상기 가압, 수세 및 회수 파이프에 대한 충격 압력 저항성 연결(impact pressure resistant connection)을 위한 슬리브 어댑터;
도 15: 대각선 아래로부터 대각선 위로 바라본, 상기 슬리브 또는 상기 코어 포집기의 상기 가압, 수세 및 회수 파이프에 대한 상기 충격 압력 저항성 연결을 위한 도 14의 상기 슬리브 어댑터;
도 16: 도 14 및 도 15의 상기 슬리브 어댑터의 개별 부품들의 선형 분해도(linear exploded view);
도 17: 대각선 아래로부터 바라본 슬리브 또는 코어 포집기;
도 18: 위로부터 비스듬히 바라본 슬리브 또는 코어 포집기;
도 19: 코어를 유지시키기 위한 상기 슬리브 내의 납작한 스프링 리테이너(rolled-out spring retainer);
도 20: 상기 시작 파이프가 아래에 있는 상기 가압, 수세 및 회수 파이프 위의 상기 시추 헤드로서, 상기 슬리브가 상기 시작 파이프로부터 제거되기 전에 그 시작 파이프 아래에 삽입된, 시추 헤드;
도 21: 상기 시작 파이프로부터 상기 슬리브 또는 상기 코어 포집기를 제거하기 위하여 상방으로 당겨지는 상태인 상기 가압, 수세 및 회수 파이프;
도 22: 상기 슬리브 또는 코어 포집기가 상기 시작 파이프로부터 상방으로 당겨져 나온 후의 상기 가압, 수세 및 회수 파이프;
도 23: 상기 가압, 수세 및 회수 파이프의 하단에서 상기 슬리브 밖으로 당겨지는 상기 슬리브 어댑터;
도 24: 고정 볼트를 위한 천공 및 그 바로 옆의 상기 고정 볼트가 나타나 있는, 확대 도시된 상기 슬리브 어댑터의 하부;
도 25: 빈 또는 비워진 슬리브에 연결 중인 슬리브 어댑터와 상기 가압, 수세 및 회수 파이프;
도 26: 상기 시작 파이프 안으로의 삽입 전, 빈 슬리브 및 슬리브 어댑터와 상기 가압, 수세 및 회수 파이프;
도 27: 상기 시작 파이프 상에 시추 파이프를 위치시킬 때, 상기 시작 파이프 안으로 삽입된 빈 슬리브 및 슬리브 어댑터와 상기 가압, 수세 및 회수 파이프;
도 28: 가압, 수세 및 회수 파이프에 걸쳐 상기 시작 파이프 상으로 하방 이동하는 시추 파이프;
도 29: 상기 시작 파이프 상으로 시추 파이프를 나사 고정함;
도 30: 상기 시작 파이프 상에 이미 나사 고정된 시추 파이프;
도 31: 상기 가압, 수세 및 회수 파이프 상단에서 상기 가압, 수세 및 회수 파이프의 상단에 위치하는 중의 상기 PFR 어댑터;
도 32: 이미 장착된 상기 가압, 수세 및 회수 파이프의 상기 PFR 어댑터;
도 33: 상단 시추 파이프 및 상기 가압, 수세 및 회수 파이프의 상단부 위의 상기 시추 헤드;
도 34: 상기 시추 파이프 내측에서 상기 가압, 수세 및 회수 파이프가 하단에 연결되어 있는 상기 PFR 어댑터, 및 상기 시추 헤드의 나사산 하단부(lower threaded section)의 확대된 도시;
도 35: 상기 시추 파이프 상으로의 나사 고정을 위하여 상기 가압, 수세 및 회수 파이프의 상단부에 걸쳐 낮아지고 있는 구동 플랜지(drive flange)를 가지는 상기 시추 헤드;
도 36: 상기 시추 파이프 상으로 나사 고정되고 있는 상기 구동 플랜지를 가지는 상기 시추 헤드.

먼저, 도 1에는 시추 헤드의 해머링 회전을 위한 구동부 및 해머를 가진 해머 드릴가 도시되는바, 그러한 해머 드릴들은 상업적으로 이용 가능하다. 하단에는, 측면에 배치된 유압식 구동부(hydraulic drive; 2)에 의해 회전하고 나사산(3)을 가지는 출력축(1)이 돌출되어 있다. 상기 해머 드릴는 내부적으로 위로부터 상기 출력축(1)에 해머 타격(ram blos)을 가하는 해머 메커니즘을 둘러싼다. 상기 구동부의 회전 속도는 약 50 내지 1000rpm으로 상이할 수 있다. 상기 속도가 낮을수록 상기 출력축(1)에 가해지는 토크가 높아지는바, 이는 50rpm에서 약 15kNm에 도달한다. 그 해머링 충격은 200bar에 이르는 유압에서 발생하며, 그 충격 에너지는 500Nm에 이르고, 타격 빈도(impact cadences)는 2400min^-1에 이른다. 도 2에는 이 해머 드릴가 아래로부터 바라본 채로 도시되는바, 그 출력축(1)은 아래로 돌출되며, 도 3에는 상기 해머 드릴가 이용될 때, 상기 시추 헤드(5)가 그 아래 상기 출력축(1)에 연결된 채로, 상기 해머 드릴가 기립된 사용 자세로 도시되는바, 이를 위해 상기 출력축(1)의 상기 나사산(3)이 상기 시추 헤드에 나사 고정되었다. 도 4에는 시추 파이프로의 나사 고정을 위한 외부 나사산을 가지는 시추 헤드가 분리 확대되어 도시되며, 도 5에는 이 시추 헤드가 여전히 종단면으로 도시된다. 수세를 위한 중심 축방향 천공(6), 아래에서 볼 때 내벽이 있는 축방향 천공(37), 및 통기를 위한 반경방향 천공(7)을 볼 수 있다.

이제, 도 6으로부터 본 발명에 따른 상기 시추 시스템이 제시 및 설명된다. 여기에서, 먼저 상기 시추 시스템(4)이 전체적으로 그 외측으로부터 보인다. 그것은 원칙적으로 8개의 부분들만으로, 즉, 그 외측에서 상단으로부터 하단까지 보이는 다음의 것들로 매우 간단하게 구성된다:

1. 시추 헤드(5)

2. 함께 나사 고정되어 상기 시추 파이프(9)를 형성하는 하나 이상의 시추 파이프 섹션들

3. 시작 파이프(8)

4. 시추 비트(10)

상기 시추 파이프(9) 또는 시추 파이프 섹션들 및 상기 시작 파이프(8) 내측에 있어 도 6에 보이지 않는 것들은, 상단으로부터 하단까지 도 11에 도시된 바와 같은 다음의 부분들이다:

5. 가압, 수세 및 회수 파이프 어댑터(PFR adapter)(18)

6. 함께 나사 고정된 하나 이상의 가압, 수세 및 회수 파이프들(PFR)(19)

7. 슬리브 어댑터(21)

8. 슬리브(17)

먼저, 도 6에는 그 상단에 구동을 위한 상기 시추 헤드(5)를 갖춘 조립된 시추 시스템(4)이 도시된다. 그 시추 헤드는 인접한 시추 파이프(9)의 내부 나사산에 나사 고정된 후, 위로부터 바라봤을 때 시계 방향으로 구동 및 회전할 수 있다. 여기서 상기 시추 파이프(9)의 하측 외부 나사산은 상기 시작 파이프(8)의 상단에 있는 매칭되는 내부 나사산에 나사 고정된다. 이 나사산들은 상기 파이프들의 재질들로 밀링 가공된 상대적으로 거친 나사산들이다. 회전하는 상기 시추 헤드(5) 덕분으로 이루어지는 각각의 나사 결합 고정마다, 바람직하게 상기 나사산들은 다시 기름칠(re-greased)된다. 하나 이상의 시추 파이프 섹션들로써 상기 시추 파이프(9)는 연장되어 그에 상응하여 더 깊게 지반 속으로 전진할 수 있다. 유리하게는, 시추 파이프 섹션들은 그 길이가 대략 1미터로 측정된다. 그러면 그것들은 편리하며 한 사람에 의해 쉽게 운반되고, 삽입을 위하여 시추 장비에 적치물(stack)로서 쌓일 수 있다. 상기 시작 파이프(8)는 그 하단부에 시추 비트(10)를 가지고 있다. 도 7에는 아래로부터 경사지게 바라본 이 결합된 시추 시스템이 도시되는 반면, 도 8에는 아래로부터 경사지게 바라본 단일의 시추 파이프(9)가 도시된다. 그 하단부에는, 그 시추 파이프 상에 상대적으로 거친 외부 나사산(11)이 형성되며, 이를 통해, 도 9에 도시된 파이프처럼, 다음 시추 파이프(9) 상의 매칭되는 내부 나사산(12)에 나사 고정되거나 가장 낮은 파이프, 즉, 상기 시작 파이프(8)에 나사 고정될 수 있다. 위에서 보면, 해머 드릴 구동부는 시추 시에, 즉 이러한 연결 나사산들(11, 12)을 조이는 의미로, 시계 방향으로 회전한다. 물론 동일한 방식으로 반시계 방향으로 시추하는 것도 가능하지만, 그렇다면 이용되는 나사산들도 반대 방향으로 돌려져야 할 것이다.

마지막으로, 도 10에는 아래로부터 경사지게 바라본 상기 시추 비트(10)의 확대도가 도시된다. 카바이드 핀들이 내장(offset)된 시추 분절들(13)은 상기 시추 비트들의 하단으로 브레이징 결합(납땜)되고, 경사진 표면들(14)을 가지는 측면 외부 제거 요소들(lateral outer clearing elements; 15)은 상방으로의 제거(클리어링)를 제공한다. 상기 시추 비트(10)의 시추 비트 분절들(13)의 축방향 아래, 즉, 상기 시추 비트(10)에 의하여 형성된 회전 링 바로 아래에 위치한 재료의 부피는 부분적으로 상기 시추 코어에 삽입(injected)되고 부분적으로 주변 지반으로 삽입되며, 일부는 상기 시추 비트(10)와 상기 시작 파이프(8) 및 상기 시추 파이프(9)의 외측에 대한 과부하로서 상방 전달된다. 상기 시추 비트(10)의 하측 구역 내에는, 그 내측에 반경방향 내향으로 돌출된 돌출부로서 숄더(16)가 형성되는바, 그 위에 상기 슬리브 또는 상기 시추 샘플 슬리브 또는 상기 시추 코어 포집기가 안착하나, 여기에서 도시되지는 않았다. 이 슬리브는 이 돌출부의 내측과 같은 높이에 있다. 따라서 상기 시추 비트(10)가 진행함에 따라, 가라앉는 상기 슬리브 또는 시추 코어 포집기는 노출된 시추 코어와 겹쳐서, 그것을 꽉 둘러싼다. 기타 상업적으로 이용 가능한 시추 비트들, 예를 들어, 다이아몬드 비트들(diamond bits) 또는 달리 팁이 있는 비트들(tipped bits)을 이용할 수 있다.

도 11에는 하단으로부터 시작하여 슬리브(17) 또는 시추 코어 포집기가 도시된다. 그 상단에 이어 상기 슬리브 어댑터(21), 그 다음, 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)와 그 위의 가압, 수세 및 회수 파이프 어댑터(18)를 볼 수 있는바, 그 가압, 수세 및 회수 파이프 어댑터 상으로 항타기의 타격이 작용한다. 도시된 예시에서 이 가압, 수세 및 회수 파이프(19)는 상기 시작 파이프(8) 및 상기 시추 파이프(9)에 대한 임의의 삽입된 시추 파이프 섹션들과 함께 균일하게 회전한다(도 6).

매우 특수하고 고도로 필수적인 요소는 여기에서 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)와 상기 슬리브(17) 또는 시추 코어 포집기 사이에 도시된 상기 슬리브 어댑터(21)이다. 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)가 회전하고 충격을 가하는 동안, 상기 가라앉는 슬리브(17)는 시추 진행 중에 그 안으로 증가해가는 상기 시추 코어를 회전 없이 감싼다. 강력한 고주파수 래밍 충격만이 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)로부터 상기 슬리브(17) 상에 작용하며, 엄청난 힘의 피크들로써 이 슬리브 어댑터(21)에 응력이 가해진다. 따라서 이 어댑터는 회전하지 않는 상기 슬리브(17)와 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)의 회전 사이를 매개하여야 하는 동시에, 한편으로는 높은 타격 빈도에서 엄청난 충격을 흡수하고 영구적으로 견딜 수 있어야 하며, 다른 한편으로는 회전하는 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)를 상기 슬리브(17) 상의 회전하지 않는 지지부로 바꿀 수 있어야 한다. 이는 슬라이딩 마찰 없이는 이루어질 수 없으며, 따라서 많은 양의 마찰열도 발생한다는 것이 분명하다. 이는 상기 슬리브 어댑터(21)에 의해 열적으로 흡수될 수 있어야만 하며, 이와 동시에 상기 슬리브 어댑터(21)는 지속적으로 발생하는 마찰열에 대응하고 이를 외부로 소산하기 위해 충분히 냉각되어야만 한다.

도 12에는 상측 가압, 수세 및 회수 파이프 어댑터(18) 또는 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)의 PFR 어댑터의 확대도가 도시된다. 내벽(52)이 있는 축방향 천공을 통해, 세척수(flushing water)가 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)의 내부를 통하여 흘러내리고 상기 슬리브 어댑터(21) 내에서 외향으로, 상기 시작 파이프(8)의 외측면으로 안내된다. 상기 가압, 수세 및 회수 파이프 어댑터(18) 상에는 상기 시추 헤드(5)의 축방향 천공(37)의 내벽을 밀봉하기 위해 오링(O-ring)이 삽입되는 원주형 환형 홈(54)이 보인다.

도 13에는 필요에 따라 중공의 가압, 수세 및 회수 파이프(19)의 연장 파이프로서 중공 가압, 수세 및 회수 파이프 섹션(PFR; 53)이 도시되는바, 이는 그것의 하측 외부 나사산으로써, 아래에 연결된 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)의 상측의 연관된 내부 나사산에 간단히 나사로 고정된다. 따라서 연장 파이프(53)는 실제의 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)와 실질적으로 대응하는바, 도시된 예시에서는 그 상단에 연장을 위한 내부 나사산을 가진다.

다음으로는, 본 시추 시스템의 매우 중요하며 특별한 요소가 제시될 것인바, 즉, 상기 PFR(19)로부터 상기 슬리브(17)로의 연결을 보장하는 상기 슬리브 어댑터(21)이다. 이를 위해, 도 14에는 경사지게 위에서 바라본 상기 슬리브(17) 또는 상기 시추 코어 포집기의 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(PFR; 19)에 대한 충격 압력 저항성 연결을 위한 이 슬리브 어댑터(21)가 도시된다. 그 상단에는 나사산 스텁(35)이 상기 슬리브 어댑터(21)로부터 돌출되어 상기 슬리브 어댑터의 베이스 몸체(22) 내에서 하단으로 끝나는바, 그 베이스 몸체(22)는 그 상단에서 플레이트 또는 어깨부(44)를 형성한다. 이 베이스 몸체(22)의 나사산 스텁(35) 상으로 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)가 그 하측 내부 내사산으로써 나사 고정되므로, 상기 베이스 몸체(22)는 상기 시추 파이프(9) 및 회전하는 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)와 함께 균일하게 회전한다. 그 아래로 내려가면 밀봉 링(36)이 있는바, 이는 바람직하게는 경질 플라스틱 고무로 만들어지며 상기 베이스 몸체(22)와 함께 회전할 수 있다. 상기 베이스 몸체(22)와 정지한(stationary) 수용 링(receiving ring; 23) 사이에서는 이에 따라 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)의 회전이 흡수되므로, 상기 어댑터(21)의 정지한 하부(lower part; 24)가 압력으로 고정되나 회전하지 않는 방식(pressure-locking but non-rotating manner)으로 상기 슬리브(17)에 연결된다. 상기 하부(24)의 가시적인 부분 위쪽에는, 슬라이딩 슬리브(sliding sleeve; 25)가 여기에서 보이는바, 그 중요성은 더 명확해질 것이다. 상기 슬리브(17) 또는 상기 코어 포집기는, 상기 슬리브(17)의 상측 모서리가 상기 슬라이딩 슬리브(25) 하단에 닿을 때까지, 정확하게 맞춰진 상태(with an exact fit)로 이 하부(24)에 걸쳐 아래로부터 눌러진다. 경화된 강철(hardened steel)로 만들어진 압력 링(33)이 상기 어댑터의 수용 링(23)의 하단에도 부착된다. 상기 베이스 몸체(22)의 상기 하부(24)의 하단에는 상기 슬리브 어댑터(21)를 상기 슬리브(17)의 내벽에 대해 밀봉하기 위하여 상기 하부(24)로부터 벗어나게 약간 반경방향으로 돌출된 고무 와셔(27)도 보인다.

도 15에는 경사지게 아래에서 바라본 채로 상기 슬리브 어댑터(21)가 도시된다. 여기에서는 다시 위로부터 아래로, 먼저 가압, 수세 및 회수 파이프(19) 상으로의 나사 고정을 위한 나사산 스텁(35)이 위로부터 보이며, 그 다음, 상기 슬리브 어댑터(21)의 베이스 몸체(22)의 어깨부(44)가 보이고, 이를 이어 처음으로 라스틱 경질 고무 밀봉 링(36)이 보이는바, 이는 상기 수용 링(23) 상에 안착한다. 이는 상기 슬라이딩 슬리브(25)로 이어지며, 그 아래에 경화된 강철로 만들어진 상기 압력 링(33)이 보인다. 상기 슬리브 어댑터(21)를 상기 슬리브(17)의 내벽에 대해 밀봉하기 위한, 상기 약간 반경방향으로 돌출된 고무 와셔(27)는 강철 와셔(29) 및 축방향 나사들(31)에 의하여 상기 하부(24)에 클램핑되는바, 여기에서는 그 축방향 나사들(31)이 4개이다. 고정 볼트를 위한 직경 천공(diametrical bore; 43)도 보이고, 또한 상기 고정 볼트는 이 직경 천공을 통하여 상기 하부(24) 내에서 연장되는바, 고정 볼트(locking bolt)를 위한 천공(38)도 보이며, 이는 다음 도면들에서 분명해질 바와 같다.

상기 슬리브 어댑터(21)의 상세 구조는 도 16에서 알 수 있는바, 여기에는 이 슬리브 어댑터(21)가 그 부품들이 그 중심축을 따라 분해되어 있는 분해도로 도시된다. 상단으로부터 시작하면, 회전용으로 의도된 상기 어댑터(21)의 베이스 몸체(22)가 먼저 보이고, 이어서 상기 시작 파이프(8)에 대한 밀봉을 위한 상기 플라스틱 경질 고무 링인 상기 밀봉 링(36)이 보인다. 그리고 이는 아래에 도시된 상기 수용 링(23) 상에 안착하게 된다. 이 수용 링(23)은 작동 중 정지한 상태이며, 즉, 회전하지 않으며, 그 하단에서 테이퍼진 섹션과 병합되고, 이(상기 테이퍼진 섹션)는 그 전체 둘레에 원통형 핀들(32)이 들어맞는 반경방향 천공들(41)을 가지는바, 그 원통형 핀들은 더 아래에 상기 하부(24)에서 도시되어 즉시 그 기능이 명확해질 것이다. 상기 수용 링(23) 아래에, 유지 링(retaining ring)으로서 원형 클립/세거 링(circlip/Seeger ring; 26)이 도시되는바, 이는 조립 시에 상기 베이스 몸체(22) 상의 환형 홈(45) 내에 안착하게 된다. 아래로부터, 상기 슬리브 어댑터(21)의 이 마찬가지로 정지한 하부(24)는 상기 수용 링(23)의 이 테이퍼진 부분에 걸쳐 눌러진 후, 전체 둘레로 도시된 상기 원통형 핀들(32)이 외측으로부터 상기 하부(24) 상의 반경방향 천공들(42) 안으로, 그리고 상기 수용 링(23) 상의 반경방향 천공들(41) 안으로 가압되어, 그 반경방향 천공들(41)이 상기 반경방향 천공들(42)과 정렬됨으로써, 이 두 부분들(23, 24)이 회전에 대해 고정되는 방식으로 서로 연결된다. 이 원통형 핀들(32)의 삽입 후 상기 슬라이딩 슬리브(25)는 상기 수용 링(23)의 이 테이퍼진 하부에 걸쳐 미끄러지며 이 원통형 핀들(32)을 덮음으로써 고정시킨다.

그 후 상기 유지 링(26)은, 상기 베이스 몸체(22)의 하단의 상기 환형 홈(45) 안에 삽입됨으로써, 축방향으로 고정된 위치고정 링(locating ring; 23)과 함께 상기 베이스 몸체(22)에 안착한다. 상기 어댑터(21)의 상기 하부(24)는 미도시된 고정 핀을 수용하기 위한 직경 천공(43)을 가진다. 이 직경 천공(43)과 직각으로, 공통 축 상에 놓인 2개의 반경방향 천공들(38)이 더 있으며, 그 안으로 고정 볼트들(34)이 삽입되는데, 이는 그 삽입된 고정 볼트를 고정시키기 위함이다. 이러한 2개의 고정 볼트들(34) 각각은 압력이-가해지는 볼(pressure-loaded ball; 40)을 그 정면에 가지는데, 그 볼(40)은 그 삽입된 고정 볼트 상의 길이방향 홈 내에 맞물리는바, 예를 들어, 상기 홈의 길이를 따라 중간 지점에 위치한 함입부(56) 내에 맞물림으로써 고정된다. 상기 천공들(38) 안으로 삽입된 후에 상기 고정 볼트들(34)은 원형 클립/세거 링(39)에 의하여 각각 고정된다. 상기 천공들(43) 내에 축방향으로 시추된 고정 볼트를 통하여 위로부터 하방으로 상기 중공의, 가압, 수세 및 회수 파이프(19)를 통하여 흐르는 세척수가 외측으로 흐르는바, 이는 더 명확해질 바와 같다. 이 세척수는 먼저 상기 슬리브 어댑터(21)를 통한 후, 그 하부(24)의 반경방향으로 밖으로 흐르는바, 즉, 그 축방향 천공 내 상기 고정 볼트를 통하여 양측에서 그 단부면들(end faces)로, 따라서 외측으로 흐른다. 추력 링(33)은 상기 슬라이딩 슬리브(25)에 작용하는 축방향 힘들을 흡수하여 이를 알루미늄 청동(aluminum bronze)으로 만들어진 상기 위치고정 링(23)에 고르게 분산시킨다. 상기 고무 와셔(27) 및 이보다 다소 작은 강철 와셔(29)는 4개의 와셔들(28) 상에 클램핑되며, 도시된 4개의 나사들(31) 및 그것들과 연관된 스프링 와셔들(30)에 의하여 상기 하부(24)에 고정된다.

도 17에는 아래에서 비스듬히 본 상기 슬리브(17) 또는 상기 시추 코어 포집기가 도시된다. 상기 슬리브(17)의 하부 가장자리에는 그 내측면에 그 원주에 걸쳐 분산된 다수의 스프링 강철 요소(20)가 장착되는바, 이는 여기에서 아치형으로 상기 슬리브(17)의 중심 축을 향하여 상방으로 돌출된다. 상기 시작 파이프(8) 및 상기 시추 비트(10)와 동일한 방식으로 위로부터의 래밍 충격을 받는 상기 슬리브(17)가 상기 시추 비트(10) 및 시작 파이프(8)의 시추 진행에 의하여 노출된 시추 코어에 걸쳐 위로부터 눌릴 때, 이 스프링 강철 요소들(20)은 상기 시추 코어에 의해 상기 슬리브(17)의 내벽에 대해 가압되며, 이런 방식으로 상기 스프링 강철 요소들(20)이 그 내측으로 눌린 채 상기 슬리브(17)는 회전 없이 순수하게 축방향의 이동으로써 그 정지한 시추 코어에 걸쳐 눌러진다. 그러나 상기 슬리브(17)가 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)와 함께 당겨올려질 때, 이 스프링 강철 요소들(20)은 갈고리와 같이 작용한다. 상기 슬리브(17)가 상기 시추 코어와 함께 당겨올려질 때, 그 시추 코어가 충분한 접착력을 만들어내지 못한다면, 상기 슬리브(17)가 상기 시추 코어 상에서 가장 약하게 미끄러지는 때에, 이 스프링 강철 요소들(20)이 상기 시추 코어와 반경방향으로 맞물리고, 상기 슬리브(17)의 중심 축을 향하여 만곡되어, 상기 시추 코어를 위한 캐치바스켓(catch basket)을 형성함으로써 그 시추 코어가 상기 슬리브(17) 내에 고정되어 보유되고 하방으로 미끄러져 나오는 것이 방지되도록, 즉, 이완된 암석 내 코어의 손실이 신뢰성 있게 방지되도록 한다. 상기 슬리브(17)의 상측 가장자리 영역에는, 상기 슬리브 어댑터(21) 밖으로 나오는 세척수를 위한 반경방향 천공(46)이 보인다.

도 18에는 위에서 비스듬히 바라본 상기 슬리브(17) 또는 상기 시추 코어 포집기가 도시되고, 여기에서 상기 슬리브(17)의 상측 가장자리 영역에는 정반대에서 정렬(diametrically aligned)되는 2개의 천공들(46)이 있음이 보인다. 상기 슬리브(17)가 상기 슬리브 어댑터(21)의 상기 하부(24)에 걸쳐 미끄러질 때, 이 2개의 천공들(46)은 상기 하부(24) 내 반경방향 천공들(43) 위에 놓이게 됨으로써, 거기에 삽입된 고정 핀의 단부면들 밖으로 흘러나오는 세척수가 마지막으로 상기 어댑터(21)의 내측으로부터 외측으로, 그리고 상기 슬리브(17)의 상측 영역의 이 정렬된 천공들(46)을 통하여 맨 외측으로 관통해 나온다. 이 세척수는 여러 가지 기능들을 수행한다. 그것은, 먼저, 상기 회전하는 베이스 몸체(22), 플라스틱-경질-고무 슬라이딩 링(36) 및 정지한 상기 수용 링(23) 및 하부(24) 간의 슬라이딩 마찰로 인해, 또한 상기 래밍 충격으로 인해 가열되는 상기 슬리브 어댑터(21)를 냉각시킨다. 또한, 그 세척수는 회전하지 않는 슬리브(17)의 외측과 상기 슬리브 둘레로 회전하는 상기 시작 파이프(8)의 내측 사이를 윤활하며, 마지막으로, 파편(debris)을 상기 시추 비트(10) 아래쪽으로부터 반경방향 외향으로, 그리고 뒤이어 상기 시작 파이프(8)의 외측에서 상방으로 운반한다. 이는 연속적으로 시추공을 세척하고, 또한, 상기 시작 파이프(8)의 외측을 윤활 및 냉각한다. 그러나, 상태에 따라 건식 시추(drill dry)을 할 수도 있다.

도 19에는 스프링 강철 요소들(20)을 가지는 이완된 상태로 펼쳐진 삽입물이 도시되는데, 그 스프링 강철 요소들은 있는 그대로 여기에서 빗(comb)을 형성한다. 이 빗은 세로로 말려서, 그 후 상기 슬리브(17)의 하단 안으로 삽입되는바, 거기에서 그 빗은 내측 어깨부(inner shoulder; 58)에 안착하는바, 도 17에서 볼 수 있는 바와 같다.

따라서, 상기 시추 시스템의 개별 부품들이 개시 및 설명되었다. 이제 이 시추 시스템으로 이완된 지반으로부터 시추 및 시추 코어의 회수가 어떻게 이루어지는지 알아보자. 이를 위해, 예를 들어 도(20) 내지 36에 도시된 바와 같이 일련의 도면들에 의하여 그 전체의 절차가 설명된다.

도 20에는 먼저 아래에 노출된 상기 시작 파이프(8)와 그 안의 상기 슬리브(17), 및 그 위에 상기 슬리브 어댑터(21)에 의하여 나사 고정된 상기 중공 가압, 수세 및 회수 파이프(19)가 도시된다. 이 위에 상기 시추 헤드(5)가 도시되는바, 이는 여기에서 플랜지(47)를 통해 상기 해머 드릴(2)의 유압식 시추 구동부에 의하여 회전하도록 설정된다. 이 시추 헤드(5)와 가장 아래의 섹션인 상기 시작 파이프(8) 사이에는, 원하는 시추 깊이에 따라 상기 시추 파이프(9)에 대한 연장 파이프들로서 요구되는 만큼, 시추 파이프 섹션들이 삽입될 수 있다. 상기 시추 헤드(5)는 처음에 상기 시작 파이프(8)에 직접적으로 나사 고정된다. 그리고 상기 시작 파이프(8)가 하단에 거의 도달할 때까지 시추가 수행된다. 그 후, 상기 시추 헤드(5)는 반대 방향 회전에 의하여 상기 시작 파이프(8)에 대한 그 나사 고정이 해제된다. 상기 시작 파이프(8)가 지반 내에 있는 경우 여기에 도시된 바와 같이 노출될 때, 즉, 상기 시추 헤드(5) 및 구동 플랜지(47)가 제거된 때, 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)는, 상기 슬리브(17)가 하단에서 그에 매달린 채, 상기 시작 파이프(8)로부터 축방향 상방으로 당겨질 수 있는바, 상기 슬리브 어댑터(21)가 막 드러난 도 21에 도시된 바와 같다. 도 22에서, 상기 어댑터(21)는 그에 매달린 시추 포집기 코어 또는 상기 슬리브(17)와 함께, 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)에 의하여 상기 시작 파이프(8) 밖으로 완전히 당겨져 나왔다. 여기에서 상기 슬리브(17)를 상기 슬리브 어댑터(21)에 단단히 고정하는 상기 고정 볼트(48)의 일면이 보인다. 이 상태에서, 상기 슬리브(17)는 최종적으로 지표에 도달할 때까지 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)에 의하여 상기 시작 파이프(8) 밖으로 당겨올려진다.

도 23에 도시된 바와 같이, 지표에서 상기 고정 볼트(48)가 상기 슬리브 어댑터(21)의 상기 하부(24)의 천공(43)에서 맞아나오거나 당겨져나오거나 밀려나오는바, 도시된 도면에서 이미 이루어진 바와 같다. 여기에서는 상기 슬리브 어댑터(21)의 상기 하부(24) 내 빈 직경 천공(43)만이 보인다. 고정 볼트들(34)은 상기 천공(43)에 직각으로 만들어진 2개의 천공들(38) 내에 삽입되는데, 이는 압축 스프링에 의하여 가압되는 정면의 볼(40)을 가지는바, 도 16에 보이는 바와 같다. 상기 고정 볼트(48)는 상기 고정 볼트들(34)의 정면에 이 압력이-가해지는 볼들(40)의 저항에 대항하여 상기 직경 천공(43)으로부터 밖으로 나오게 되는바, 도 24에서 분명한 바와 같다.

도 24에는 상기 고정 볼트(48)를 위한 상기 직경 천공(43) 안을 확대해서 본 상기 슬리브 어댑터(21)의 상기 하부(24)가 도시되는바, 그 고정 볼트(48)는 상기 하부(24) 옆에 분리 도시되었다. 그러나 이것은, 상기 슬리브 어댑터(21)의 상기 하부(24)에 삽입되기 위해, 먼저 그 길이방향 축을 중심으로 45°만큼 회전해야 하는바, 화살표로 표시된 바와 같다. 이 위치고정 볼트(48)에는 두 개의 대향하는 측면에 채널의 형상으로 길이방향 홈들(50)이 함입되어 있는바, 여기에서 그 홈의 하단에는 상기 위치고정 볼트(48)에 걸친 중간 지점에 곡선 함입부(56)가 있다. 상기 고정 볼트들(34)의 이 스프링이-가해지는 볼들(40)(도 16)은 이 함입부들(56) 안으로 맞춰지고, 상기 고정 볼트들(48)이 길이방향으로 충분히 강한 타격을 받을 때에만 상기 스프링이-가해지는 볼들(40)을 밀어냄으로써 그 고정이 극복될 수 있으며 그 후 길이방향 홈들(50)이 상기 볼들(40)을 지나 외향으로 미끄러지면서 그 고정 볼트들(48)이 상기 천공(43) 밖으로 당겨지거나 밀릴 수 있다. 여기에서 알 수 있는 바와 같이, 중심 횡단 천공(central transverse bore; 49)이 상기 고정 볼트(48)에 형성되는바, 이는 축방향 천공(55)과 소통된다. 이러한 천공들(49, 55)은 상기 세척수를 안내하는 역할을 하는바, 그 세척수는 상기 슬리브 어댑터(21) 내에서 위로부터 상기 축방향 천공(51)을 통하고 상기 횡단 천공(49)을 통하여 상기 고정 볼트(48) 안으로 통과하며, 그 후, 후자의 안에서 상기 축방향 천공(55)을 따라 그 단부면들로부터 외향으로 안내된다. 도 25의 상기 슬리브(17) 상에는, 상기 천공들(46) 중 하나로서 이전에 그 안에서 상기 위치고정 볼트(48)이 맞물려 유지되었던 것도 보일 것인바, 상기 천공들(46) 중 상기 하나를 통하여 상기 세척수가 빠져나온다.

상기 슬리브(17) 또는 상기 시추 코어 포집기가 지표에서 수평 자세로 오고, 그 안에 놓인 시추 코어가 피스톤으로써 기계식으로 또는 유압식으로 홈이 있는 형상(jug-shaped)의 시추 코어 운반기(drill core carrier) 상으로 조심스럽게 밀려나온 후에, 이 시추 코어는 거의 온전한 채로 존재한다. 그 빈 슬리브(17)는 다음 시추 코어의 제거를 위해 즉시 재삽입될 수 있으며, 또는 준비된 빈 슬리브(17)가 즉시 재삽입될 수 있다. 일 변형례에서, 라이너가 상기 슬리브(17) 안으로 삽입될 수 있는바, 이는 상기 슬리브(17)의 내측을 둘러싸며, 시추 코어가 그 안으로 증가해간다. 이 경우, 회수된 상기 시추 코어는 상기 라이너와 함께 상기 슬리브(17)밖으로 밀린 후, 소시지처럼 완전히 온전한 채로 놓인다. 상기 시추 코어의 구조 및 그 전체 길이를 따라 어떻게 변화하는지를 조사하기 위해 트랜치 단위로 개별 슬라이스들이 절단될 수 있다. 상기 과정에서 슬리브(17)가 상기 시추 코어와 함께 지표로 오게 되면, 상기 슬리브(17)가 상기 슬리브 어댑터(21)로부터 분리된 후, 빈 슬리브(17)가 즉시 그리고 임의의 지연 없이 상기 슬리브 어댑터(21)에 연결될 수 있으며, 이는 즉시 상기 시추공 내 상기 시작 파이프(8) 안으로 다시 하강할 수 있으므로, 그 회수된 슬리브(17)로부터 상기 시추 코어를 제거한 결과로서 상기 시추 작업의 중단을 필요로 하지 않으면서 시추가 계속될 수 있다.

도 25에는 어떻게 상기 슬리브 어댑터(21)가 빈 슬리브(17) 안으로 하강함으로써 그 빈 슬리브(17)에 연결되는지가 보여지는데, 상기 슬리브 어댑터(21) 상의 천공(43)이 상기 슬리브(17) 상의 천공(46)과 정렬될 때, 상기 위치고정 볼트(48)이 삽입될 수 있으며, 상기 슬리브(17)는 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)와 함께 상기 시작 파이프(8) 안으로 하강할 준비가 된다. 이 하강은 도 26에 도시된다. 상기 슬리브(17)가 상기 시작 파이프(8) 안으로 완전히 삽입되자마자, 즉, 상기 시추 비트(10)의 하단과 접촉하자마자, 도 27에 도시된 바와 같은 다음 단계가 이어진다. 도 28에 도시된 바와 같이 시추 파이프(9)가 연장 파이프로서 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)에 걸쳐 미끄러져 상기 시작 파이프(8)의 하단 상으로 하강한 후, 도 29에 도시된 바와 같이 상기 시작 파이프(8) 상으로 나사 고정된다. 나사 고정 후 상황은 도 30에 도시된 바와 같다. 마지막으로, 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)의 상기 가압, 수세 및 회수 파이프 어댑터(18)가 도 31에 도시된 바와 같이 먼저 맞추어지거나 나사 고정된 후, 도 32에 도시된 바와 같은 상황에서 상기 구동 플랜지(47)와 함께 상기 시추 헤드(5)가 나사 고정되는바, 도 33에 도시된 바와 같다. 이에 대한 상세사항은 도 34 내지 36에 도시된다.

본 설명 및 도면들로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)는 올바르게 명명된 것이다. 초기에, 그것은 시추 중에 상기 시추 파이프(9) 또는 시작 파이프(8)와 균일하게 회전하고, 상기 슬리브 어댑터(21)는 그 하단부에서 정지한 상기 슬리브(17) 또는 시추 코어 포집기에 대한 매개를 제공한다. 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)에 대한 강한 래밍 충격은 상기 슬리브 어댑터(21)에 의하여 신뢰성 있게 직접적으로 상기 슬리브(17) 또는 상기 시추 코어 포집기에 전달된다. 따라서 후자는 상기 시추 비트(10)와 동일한 압력으로 하방으로 눌리는바, 이는 노출된 상기 시추 코어에 걸쳐 상기 슬리브(17)의 지속적인 가라앉음을 보장한다. 따라서 먼저 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)는 가압 기능을 수행한다. 시추 중에 세척수가 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)를 통하여 아래로 펌핑될 수 있으며, 이는 상기 슬리브 어댑터(21)를 통하여 외측으로 향하게 되는바, 즉, 먼저 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)를 통해 축방향으로, 그 다음 상기 슬리브 어댑터(21)를 통해 축방향으로, 마지막으로 반경방향으로, 즉, 직경 방향으로 삽입된 고정 볼트(48)의 두 단부면들에서 그 고정 볼트(48)를 통하여 축방향으로, 그리고 상기 슬리브(17) 상의 천공(46)을 통해 외측으로 향하게 된다. 따라서 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)는 두 번째로 세척 기능도 가진다. 상기 시추 코어가 갇힌(trapped) 채로 채워진 상기 슬리브(17)를 회수할 필요가 있을 때, 상기 시추 헤드(5)가 풀린 후 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)의 도움으로 상기 시추 코어가 들어 있는 상기 슬리브(17)가 회수된다. 따라서 세 번째로, 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)는 회수 기능도 가진다. 그것은 3가지 중요한 기능들을 일체로 결합한다.

지금까지 설명된 실시 예에서, 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)는 상기 시추 헤드(5) 및 상기 시추 파이프(9)와 함께 회전하고, 상기 슬리브 어댑터(21)는 서로 상대적으로 회전 가능한, 2개의 축방향으로 이어지는 부분들을 가짐으로써 회전하지 않거나 회전하는 상기 슬리브(17)로 전달한다. 상기 축방향으로 이어지는 부분들 사이에는 플라스틱 경질 고무로 만들어진 밀봉 링(36)이 바람직하게 배치된다. 이제 대안적 실시 예에서, 이 슬리브 어댑터와 유사한 구조로 된 회전식 디스크 몸체(rotary disk body) - 이하에서 시추 헤드 어댑터로 지칭됨 - 가 상단에서 그것의 나사산 스텁으로써 나사 고정을 위한 내부 나사산을 가지는 상기 시추 헤드(5)의 천공 안으로 나사 고정된다면, 이 회전식 디스크 몸체 또는 시추 헤드 어댑터의 상부는 상기 시추 헤드(5)와 함께 회전하면서, 상기 상부에 상대적으로 회전 가능한 하부는 정지한 상태로 유지된다. 그것은 상기 슬리브 어댑터(21)의 이미 제시된 하부와 동일한 방식으로 고정 볼트로써 회전식의 상기 수세 및 회수 파이프(19)의 상단부에 연결되기는 하지만 축방향 천공은 요하지 않고 상기 세척수가 하방으로 통과할 수 있게 하기 위한 횡단 천공만 요한다. 그리고 하단에서는 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)가 슬리브 어댑터(21)의 하부에만 나사 고정되는바, 그 목적으로 이 하부는 그 상단에서 나사식 끝(threaded butt)을 형성하고, 회전식, 수세 및 회수 파이프(rotary, flushing and recovery pipe; 19)는 그 하단에 연관된 내부 나사산을 가진다. 상기 슬리브 어댑터(21)의 하부는 이미 제시된 바와 같이 축방향 천공(55)을 가지는 상기 고정 볼트(48)에 의하여 상기 슬리브(17)에 연결된다. 전에와 같이, 세척은 상기 시추 헤드(5)로부터 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19) 및 상기 슬리브 어댑터(21)의 하부를 통하고 그 후 상기 고정 볼트(48)를 통하여 외향으로 이루어진다. 이 대안적 실시 예에서도 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)는 위에서 언급된 3가지 기능들을 수행하는바, 즉, 첫째로는 상기 슬리브(17)에 압력을 가하며, 둘째로, 그것을 세척하여 냉각시키고, 셋째, 상기 슬리브(17)가 채워진 때에 그 슬리브(17)를 회수하여 일광이 있는 곳으로 끌어올린다. 그리고 이 실시 예에서 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)가 회전하지 않은 채로 유지된다는 사실에도 불구하고, 상기 슬리브(17)가 시추 코어에 걸쳐 가라앉는 과정에서 몇 도의 각도로 회전하면, 그와 함께 회전할 수 있으며, 상기 시추 헤드 어댑터는 상단의 회전식 디스크 몸체로서, 그것의 2개의 축방향으로 서로 이어지며 서로 상대적으로 회전 가능한 부분들을 가지고, 이 경우 상기 회전하는 시추 헤드(5)로 전달한다.

이완된 지반에서 견고한 지반까지의 코어 시추 및 그로부터 시추 또는 토양 샘플들을 취하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 본 발명에 따른 장치로써, 거의 온전한 시추 또는 토양 샘플들이 채취될 수 있는바, 이는 그 내용물에 대한 최적의 평가 및 분석을 가능하게 한다.

1 상기 해머 드릴의 출력축
2 상기 해머 드릴의 유압식 시추 구동부
3 상기 출력축(1) 상의 나사산
4 시추 시스템
5 시추 헤드
6 시추 헤드에 있는 축방향 천공
7 시추 헤드에 있는 반경방향 천공(통기)
8 시작 파이프
9 시추 파이프, 시추 파이프를 위한 연장부
10 시추 비트
11 시추 파이프/연장 파이프(9) 하단의 외부 나사산
12 시추 파이프/연장 파이프(9) 상단의 내부 나사산
13 탄화 텅스텐으로 팁(tip)이 달린 시추 비트 분절들(segments)
14 제거 요소들(15) 상의 경사진 표면
15 제거 요소들(Stripping elements)
16 굴곡(Heel), 반경방향 돌출부
17 슬리브, 시추 코어 포집기
18 가압, 수세 및 회수 파이프 어댑터
19 가압, 수세 및 회수 파이프
20 코어 포집기(17)의 하측 내부 가장자리에 있는 스프링 강철 요소들
21 가압, 수세 및 회수 파이프와 슬리브/시추 코어 포집기(17) 사이의 슬리브 어댑터
22 슬리브 어댑터(21) 상단의 베이스 몸체
23 슬리브 어댑터(21)의 위치고정 링
24 슬리브 어댑터(21)의 하부
25 슬리브 어댑터(21)의 슬라이딩 슬리브
26 원형 클립, 바람직하게는 DIN 471-65 x 2.5
27 슬리브 어댑터(21)를 위한 하단 고무 와셔
28 슬리브 어댑터(21)를 위한 와셔
29 슬리브 어댑터(21)의 하단에 있는 강철 와셔
30 스프링 와셔들, 바람직하게는 DIN 128 - A8
31 나사, 바람직하게는 헤드 ISO 4017 - M8 x 20에 대한 나사산이 있는 육각 나사(hexagon screw)
32 평행 핀, 바람직하게는 내부 나사산 M5이 있는 NW 8 x 25mm
33 슬리브 어댑터(21)의 추력 링(Thrust ring)
34 압력 볼(40)이 있는 고정 볼트
35 슬리브 어댑터(21) 상단의 나사산 스텁
36 상측 밀봉 링, 바람직하게는 플라스틱 경질 고무로 만들어짐
37 시추 헤드(5) 안의 축방향 천공
38 고정 볼트(34)를 위한 구멍
39 고정 볼트(34)를 위한 원형 클립/세거 링
40 고정 볼트(34) 정면의 압력이-가해지는 볼
41 슬리브 어댑터(21)의 정지한 위치고정 링(23) 전체를 두르는 반경방향 천공들
42 슬리브 어댑터(21)의 정지한 하부(24) 전체를 두르는 반경방향 천공들
43 고정 볼트(48)를 위한, 정지한 하부 상의 구멍
44 상기 슬리브 어댑터(21)의 상기 베이스 몸체(22) 상단의 어깨부
45 상기 베이스 몸체(22) 하단의 환형 홈
46 슬리브(17) 상단에 있는 직경 구멍
47 시추 헤드(5) 상의 구동 플랜지
48 슬리브 어댑터(21)의 하부(24) 내 고정 볼트
49 고정 볼트(48) 내 횡단 구멍
50 고정 볼트(48) 내 길이방향 홈
51 세척수를 위한, 슬리브 어댑터(21)의 하부(24) 내 축방향 천공
52 가압, 수세 및 회수 어댑터(18) 내 축방향 천공의 내벽
53 연장 파이프로서의 가압, 수세 및 회수 파이프 섹션
54 가압, 수세 및 회수 파이프 어댑터(18) 상 오링을 위한 홈
55 고정 볼트(48) 내 축방향 구멍
56 길이방향 홈(50)의 중간 지점에 위치한 함입부

Claims (10)

1. 이완된 지반 내지 견고한 지반에서 코어 시추를 수행하고 그로부터 샘플들을 취하기 위한 방법으로서,
   시작 파이프(8) 및 그 하단에 고정된 시추 비트(10)를 갖추고 하나 이상의 시추 파이프 섹션들로 구성된 부착 가능한 임의선택적 시추 파이프(9)를 갖춘 시추 시스템(4)에 의하여 상기 시작 파이프(8)가 회전 및 반복 래밍(superimposed ramming)에 의하여 지반 안으로 드릴링되며, 상기 시작 파이프(8) 내에서 슬리브(17) 또는 시추 코어 포집기가 상기 시작 파이프(8)와 함께 축방향으로 움직이되,
   a) 단부에 배치된 시추 비트(10)를 가지는 상기 시작 파이프(8) 및 상기 임의선택적 시추 파이프(9)가 해머링 충격을 받을 수 있는 구동 가능 시추 헤드(5)에 의하여 회전 및 해머링 방식으로 상기 지반 안으로 드릴링되는 동안, 상기 슬리브(17)는 상기 시작 파이프(8) 내에서 후자에 의하여, 상기 슬리브(17) 안으로 상대적으로 증가해가는 상기 시추 코어의 결과로서 회전 없이 유지되며, 가압, 수세 및 회수 파이프(19)에 의하여 위로부터 하방으로 눌림으로써, 상기 슬리브(17)가 상기 시작 파이프(8)와 함께 축방향으로 하방으로 움직이고, 따라서 시추 코어가 상기 슬리브(17)의 내부로 증가해가며, 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)가 상기 시작 파이프(8) 및 상기 임의선택적 시추 파이프(9)와 함께 회전하고 서로 상대적으로 회전 가능한 부분들을 가진 슬리브 어댑터(21)를 통하여 회전 없이 상기 슬리브(17)를 가압하거나, 회전식 디스크 몸체가 시추 헤드 어댑터로서 상단에서 회전하며 상기 회전하는 시추 헤드(5)에 연결되고 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)가 회전 없이 상기 슬리브(17)를 가압함과,
   b) 상기 슬리브(17)가 채워진 후, 상기 시추 헤드(5)가 상기 시작 파이프(8) 또는 상기 임의선택적 시추 파이프(9)에서 들어올려지고, 상기 시작 파이프(8) 위의 하단 위에 있는 임의의 시추 파이프(9)의 나사 고정을 해제함으로써 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)가 노출되고 상기 시작 파이프(8)로부터 상기 슬리브(17)와 함께 당겨지며 상기 슬리브(17)는 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)에서 탈착됨
   을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, b) 단계 후에,
   c) 빈 슬리브(17)가 하단에서 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)에 연결되며 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)에 매달려 상기 시작 파이프(8) 안으로 하강하고, 시추 깊이에 따라 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)의 하나 이상의 섹션들(sections)이 연장 파이프들(53)로서 삽입되며, 이에 대응하여 상기 시추 파이프(9)에 대한 하나 이상의 시추 파이프 섹션들이 상기 시추 헤드(5)에 삽입 및 결합됨과,
   d) 상기 슬리브(17)가 채워질 때까지 시추가 계속되는 결과로 단계 b)가 반복되고, 이 과정들에 대해 시간 지연을 두거나 병행하여, 상기 시추 코어들이 수평 위치로 있는 회수된 상기 슬리브들(17)로부터 기계식, 유압식 또는 공압식으로 적합한 수평 관 섹션들(suitable horizontal tubular sections) 안으로 퇴출됨
   을 특징으로 하는 방법.
3. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬리브(17)의 하단부에 초기에 하부 입구 구역(lower mouth area)의 내부로 중심을 향하게 위치하는 스프링 강철 요소들(20)이, 상기 슬리브(17)가 하강할 때 상기 슬리브(17)에 덮히고 상기 슬리브(17) 안으로 증가해가는 시추 샘플에 의하여, 상승되고, 상기 슬리브(17)가 당겨나올 때 상기 스프링 강철 요소들(20)이 상기 시추 코어를 상기 슬리브(17) 내에 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬리브(17)를 고정하기 위한 고정 막대가 설치되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시작 파이프(8)와 임의의 시추 파이프(9) 및 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)가 회전식 구동부에 의해 기계적으로 구동되는 상기 시추 헤드(5)에 나사 고정하거나 나사 고정 해제함으로써 연결 및 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치로서,
   항타기에 의하여 위로부터의 충격 및 토크를 받을 수 있는 회전 가능한 시추 헤드(5)를 갖춘 회전식 구동부를 포함하되, 상기 충격 및 토크는 단부에 시추 비트(10)가 배치된 시작 파이프(8)로, 그리고 상기 시작 파이프(8)의 상단에 연결된 하나 이상의 시추 파이프 섹션들로 구성된 임의선택적 시추 파이프(9)로 전달될 수 있으며, 상기 시작 파이프(8) 내측에 회전하지 않는 슬리브(17) 또는 시추 코어 포집기가 위치하고, 상기 슬리브(17)는 서로에 대해 회전 가능한 부분들을 가지는 슬리브 어댑터(21) 및 연결된 가압, 수세 및 회수 파이프(19)를 통하여 압력 및 장력 고정식(pressure-locking and traction-locking manner)으로, 회전하는 상기 시추 헤드(5)에 연결됨으로써, 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)가 상기 시추 헤드(5)와 같이 회전하도록 연결되어 상기 슬리브(17)가 상기 슬리브(17)로부터 분리 가능한 상기 슬리브 어댑터(21)를 통해 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)로부터의 장력을 받거나, 상기 가압, 수세 및 인양 파이프(19)가 상기 시추 헤드(5)와 비회전 연결되어 상기 슬리브(17)가 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)로부터의 장력을 받으면서, 상기 가압, 수세 및 회수 파이프(19)의 상단에 서로에 대해 회전 가능한 부분들을 가지는 시추 헤드 어댑터로서 회전식 디스크 몸체가 배치되며, 상기 회전하는 시추 헤드(5)와 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 슬리브(17)는 상기 시작 파이프(8)의 하단에서 함께 회전하는 상기 시추 비트(10)의 상단부에 반경방향 내측으로 돌출되는 돌출부(16)에 대항하여 그 하단부에 회전하지 않는 방식으로 안착하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬리브(17)를 고정하기 위한 고정 막대가 설치되지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬리브(17)는 수용된 상기 시추 코어를 고정하기 위하여 그 하측 입구 영역에 내부 안으로 돌출된 스프링 강철 요소들(20)을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브 어댑터(21) 또는 상기 회전식 디스크 몸체의 서로에 대해 회전 가능한 부분들은 시추 헤드 어댑터로서 플라스틱 경질로 된 고무 밀봉 링(36)이 개재된 채 축방향으로 연이어지는 것을 특징으로 하는 장치.

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