JPH01287391A - 自己制御性ドリルロッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ドリルロッド及びドリル工具に連結されるよ
うにされ、洗浄チャンネルを備えている、内部のドリル
軸と、該ドリル軸に、その回りに回転可能に取付けられ
ているハウジングとを有し、外方に向って、揺動可能な
制御板が、ハウジングの外面上に配され、制御板上に作
用する油圧即動装置の部分と制御用電子装置と制御用電
気装置とが、ハウジング中に配されていることにより、
ドリル作動の間に回転運動によって所要のエネルギーが
発生するようにした。岩石ドリル装置の回転ドリルロッ
ドのための自己制御性ドリルロッドに関する。

〈従来の技術〉 本発明による自己制御性のドリルロッドは、ドリル工具
の後方に、一般にはその近傍に配設される。その内側ド
リルロッドは、特に、最も下方のドリルロッド及びドリ
ル工具と共に回転するように直結されている。使用され
るドリル工具は、−例として、複数の交差ローラービッ
トを備えたドリルヘッドである。従って自己制御は、ド
リル工具のフリーポンチのすぐ後方において作用するの
で、所定のドリル方向からのドリル工具の各々の偏向は
、非常にすみやかに修正されるため、ドリル方向は、事
実上所望の方向と合致する。そのために必要な自己制御
のいろいろの機構は、ドリル軸を収容した直立ハウジン
グ中に配設される。このハウジングは１等しい円弧角オ
フセットさせて配設され一端が揺動可能に支承されてい
る複数の制御板を備えており、これらの制御板は、ドリ
ル孔の切羽面と共働して必要な修正力を適用する。

ハウジングは、傾斜計として形成されたセンサーと、制
御板を駆動するための機構（特別の偏向に従って制御板
を個別に外方に揺動させることができる）と、ドリル孔
流体を介してせん孔作業の進展についてのデータを伝達
する測定／圧力パルス発生器に作用するための制御電子
装置及び場合によっては特別の電子装置とを収納した、
複数の室を備えている。ハウジングは更に、電子及び電
気系統のための電気的エネルギーを発生させる発電機の
固定子も収納している。

一般に、前記室は、直立外側本体の径方向突部中に相前
後して配設され、これらの突部は、ドリルロッドに対向
するハウジングの先端に取付けられた制御板の後方に配
設され、ドリル工具に対向する先端において行程制限装
置に連結されている。

これによって、比較的小径の、例えば２１．６ＣＩｌ＋
の直径のせん孔のためのドリルロッドを可能とする。ス
ペースを節減する構成が得られる。

本発明による自己制御性ドリルロッドがそれと共に使用
される回転ドリルロッドは、一般に、せん孔の外部に取
付けられたドリルモーターによって駆動される。このよ
うな回転ドリル法に従って作動する岩石ドリル装置は、
頂部から底部に向って堀さくされるドリル孔を形成し、
このドリル孔において、ドリル孔流体は、ドリル工具に
よってドリル孔の底部から除去された掘さく物を頂部に
向ってドリル孔から運び出すために用いられる。

この洗浄（フラッシング）は、ドリル孔中の上行速度が
十分に高ければ、本発明による形成装置において、水に
よって行なってもよ−いが、余分の推通力を発生させる
重くした流体（例えばベントナイトによって重くした場
合に揺変性を示すゲル又は泥の形において知られる流体
）も適切である。

底部から頂部に向ってせん孔する場合に、ドリル孔から
の堀さく物の除去は１重力によって支持されるので、本
発明による形成装置は、洗浄用流体がビットの冷却用に
使用されるせん孔（ポーリング）にも使用することがで
きる。

ドリルロッドとドリル孔の切羽面との間の領域に流れる
ドリル孔の泥は、測定値を伝達するために使用すること
ができる。その場合、電気系統の一部分は、ドリル軸中
に取付けられて洗浄チャンネルの断面積を変化させる圧
力パルス発生器を油圧制御するために使用される。しか
し、パルス発生器の油圧制御は、外側本体中に用意しな
ければならない。

ハウジング中のスペースの余裕がないことによって油圧
系統が相当に小形化されているため、前記の自己制御性
ドリル孔流体の場合には、油圧作業流体の洗浄性に高度
の要件を課すと共にドリル軸の軸受のように掘さく物の
侵入に対して特別に敏感な機械部分を保護することが必
要となる。

本発明は最初に述べた刊行物「グリュックラウフ・ジャ
ーナルＪ　１２０　（１９８４）、１３号、８１９．８
２２頁に示された形式の既知の自己制御性ドリルロッド
から出発する。前述の室の１つは、ドリルロッド中の各
々の制御板の後方に設けられたピストンのための油圧ポ
ンプの油圧作業流体（油圧油）のタンクとして用いられ
る。これらの油圧ポンプは、装置の圧力発生器を形成し
、例えばドリル軸の偏心部材を介して機械的に駆動され
る。圧力パルス発生器の油圧制御は、例えば１０２ｋｇ
／、ｆｆ１（１００バール）ニ加圧された油圧系の作業
流体をシールするためにドリル軸に対してシールされた
ソフトシールを有する、ハウジング中のドリル軸の成る
数の回転伝達装置を必要としている。ドリル軸のラジア
ル軸受は、ハウジングの端部に着座し、これを補助する
アキシアル軸受は、ドリル工具に対向する側面において
ハウジング中に、ラジアル軸受の後方に配されている。

これらのドリル軸軸受は、ハウジング中において軸が軽
快番略乍動じつるように、ローラーベアリングとして形
成されている。ハウジングの端面には。

ドリル軸の軸受を保護し、ドリル孔の泥から軸受潤滑油
を分離し、ソフトシールの応力を軽減するために、回転
シールを備えている。

一方では、これらのシールの前述した構成は、部材の数
が多いため、複雑であり、故障を起こし易い。他方では
、回転シールのシール圧は数１００ｍないし数１０００
ｍも掘さくする必要のある深いせん孔の場合に当面する
ように、ドリル流体の高圧にとって十分ではない。互に
対して封止する回転受のリングは離隔させねばならない
。しかし、深さが小さい場合にも、互に摺接するこれら
の回転シール面の間に潤滑剤のウェッジがなおも形成さ
れる。しかし細心の注意でもってこれらを取付けた場合
にも、ドリル軸とハウジングとは、径方向の運動を行な
い、この運動は、互に対し封止された、潤滑剤を儒えて
いる回転シール面にも作用する。これによって、非常に
細かな堀さく物が。

ドリル孔流体から引出され、前記潤滑剤のウェッジ中に
導入される。これらの粒子は、互に摺接する研磨された
回転シール面に対して摩擦効果を示す。そのため堀さく
屑の一部は、最終的に、ドリル軸とハウジングとの間に
侵入する。これらの粒状物は、やがて軸受を破壊し、発
電機、油圧ポンプ及び回転伝達装置のソフトシールに対
して作用する。これらの部分の破壊又は損傷は、作業流
体として役立つ油圧油の損失をひき起こすことがあるの
で、特に危険である。存在している全油圧油量は、非常
に少ないので、わずかな量の油圧油が失なわれても、全
体の装置が破壊される。更に。

油圧油の汚損は、形成装置の後段の油圧系統部分を大き
くしよう乱させる。

このじょう乱は、−塵発生すると、益々短い時間内にい
ろいろの深さにおいて発生する。このじよう乱は、形成
装置を分解しない限り除去できない。このためにはドリ
ルロッド装置全体をドリル孔から取出すことが必要とな
る。これによって。

またドリルロッドを元の位置に戻すことによって失なわ
れる時間は、その頻度に従って、摩耗したドリル工具の
交換に必要な時間と合致しない場合には、もはや容認で
きなくなる。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、冒頭に述べた特徴を有する自己制御性ドリル
ロッドのための自己制御手段の構造を簡略にし、装置に
とって重要な部分の使用寿命が、ドリル孔流体の圧力、
従って、掘さく深さ、とは無関係に、少くともドリル工
具の使用寿命と同じ程度長くなるようにすることにある
。

〈課題を解決するための手段〉 この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴によって
解決される。本発明の好ましい実施態様は、請求項２以
下に示されている。

本発明によれば、ドリル軸の洗浄チャンネル中のドリル
ロッド流体とハウジングの特別の先端においてのドリル
孔流体との間に存在する差動油圧は、大体において掘さ
く物を含まない流入流体の一部分を油圧系統の作業媒体
として分流させることによって、汚損されたドリル流体
がドリル孔からハウジングに流入することを阻止するた
めに利用される。この差動油圧は、環状スペースからド
リル孔への圧力勾配を発生させるので、掘さく物は逆流
できない。他方では、この圧力勾配は、比較的小さいた
め、清浄なドリル孔流体を汚損されたドリル孔流体から
隔だてている逆止弁の前後にも、わずかな圧力差が存在
し、それによって、逆止弁の構造が相当に簡略化される
。

本発明はまた例えば制御板の邸動部において必要な仕事
を行なう自己制御手段の油圧系統のための作業流体とし
て、比較的清浄なドリルロッド流体を利用する。そのた
め、非常に深いポーリング、従って高油圧についても、
簡単な油圧系で自己制御手段を実現することが可能とな
る。前記の回転伝達装置は、外側は流体の高圧の油圧の
下に、また内側は系統圧の下にあるため、深いポーリン
グにおいて差力が小さくなるので、この場合にもソフト
シールを使用することができる。

自己制御手段の油圧系統の部材が敏感であっても、水又
はゲルから成る流体だけでなく、揺変性の泥も、それが
ドリル孔の流体から分離され、従って基本的に掘さく物
を含まないならば、作業流体として適切である。全ての
種類の流体は、洗浄サイクルに使用されている間に、掘
さく屑の一部分を取入れる。しかし本発明によれば、新
しい流体即ちドリルロッド流体の部分流が、環状スペー
ス中に分流されるので、油圧作業流体の危険な汚４亀が
防止される。ドリルロッドを上行させた後、ドリル孔流
体は、なおドリル孔中に残留しているが、組込み大逆止
弁によって、ドリルロッドの内方及び外方への移動中に
、環状スペースの流体の充満が保持されるため、掘さく
屑の侵入が防止される。

これにより環状スペースのドリルロッド流体中に軸受を
含め、これらをドリルロッド流体によって冷却すること
が可能となる。逆止弁は、ドリル孔の泥の掘さく物に対
して主に塵埃反ばつ効果を特徴する 請求項２の特徴に従って、パルス発生器を即動するため
に清浄なドリルロッド流体を使用するが、ドリルロッド
から機械的に導出されたポンプによって、必要な圧力を
発生させる。これにより、ドリル孔の入口の差圧センサ
ーから誤りなしに読出せるように、測定値を表わすパル
スを形成することが可能となる。

前述したように、掘さく物の粒子によって汚損されたド
リルロッド流体を支障なく本発明に従って使用すること
の前述した可能性は、請求項３の特徴に従って実現でき
る。それは、適切なフィルター又は炉材が利用可能であ
り、十分な使用寿命をもつため、ドリル工具を交換する
ためにドリルロッドを上行させた後に汚損フィルターを
定期的に除去するだけで、故障のソースが十分に除かれ
る。

環状スペース又はハウジングの両端において必要とされ
る逆止弁は、比較的簡単な構成とすることができる。請
求項４の特徴によれば、弁本体は、直立したハウジング
の溝中に配された金属リングによって形成され、この金
属リングは、例えば環状ばね組立体によって、弁座（ド
リル軸のフランジ又はドリル軸の溝中に軸方向に移動不
可能に配置されている）の方に付勢されている。これら
の金属リングは、既知の形式のシールであり１例えば建
築工学において生ずるような苛酷な作動条件に適合して
いる。これらの金属リングは、本発明の目的のための逆
止弁として特に適切である。それは、外部から適用され
たドリル孔流体の圧力によってばね力が強められること
と、内側から外側に指向する圧力勾配によって掘さく物
の摩耗粒子が互に向って突出する金属のリング面の間に
入りえないこととによるものである。

次に本発明の好ましい実施例を図面に従って一層詳細に
説明する。

〈実施例〉 第１図において、全体を符号１によって示した自己制御
性ドリルロッドは、ドリル軸２を有し、このドリル軸は
、回転ドリル装置においてのドリルロッドに慣用される
ねじ付ヘッド３を介して、回転ロッド（複数）の最後の
ドリルロッドの先端にねじ止めすることができる。ドリ
ル軸２は、洗浄チャンネル４を有し、この洗浄チャンネ
ルは、ドリル軸２の大径の他端５まで延長しており、こ
の他端５は、硬質金属ビットを歯えた複数のテーパーロ
ールから成るドリル工具の図示しないねじ付ステムを、
その雌ねじ部６によって受入れるようになっている。

ドリル軸２は、ハウジング１０により囲まれている。ハ
ウジング１０の外側には、Ｕ字形の制御板１１〜１４が
、相互から１７４円オフセットされて、第１図に符号１
５によって示したように、その曲折端が外方に揺動する
ように取付けられている。ハウジング１０は、制御板１
１〜１４のＵ字形の部分によって囲まれた突部１６〜１
９を有し、これらの突部中には、複数の室が形成されて
いる。室２０（第１図）中には、自己制御手段の制御用
電子装置が、保護された形で取付けられている。下方の
室２１中には、ドリル孔中のドリルロッドの傾斜の実際
の値を示す。交差配向の複数の傾斜計が配されている。

更に下方の室２２は、各々の制御板１１〜１４に組合さ
れた駆動ピストンを収納している。電気エネルギーを発
生させる発電機２３の回転子は、ドリル軸２と共に回転
するように連結されており、ハウジング１０中に固定さ
れた固定子中において作動する。油圧ポンプは、室２４
中に配されている。油圧パルス発生器は、符号２５によ
り示されている。

制御板１１〜１４は、作動中に、室２１中の傾斜計から
の信号に従って、外方に揺動し、それによりドリルロッ
ド１を所定のドリル方向に保持する。電子装置は、測定
値を、電気信号又は油圧信号に変換し、これらの信号は
、油圧系統の分配弁によって変換されるか、又は、パル
ス発生器によって検出される。パルス発生器は、洗浄チ
ャンネルの断面を変更することによって、トリルロッド
流体中に差圧を生じさせ、この差圧は、ドリル孔の口部
において読取られ、デジタル値に変換される。

第３図において、ドリル軸２を囲む環状スペース２６は
、ドリル軸２とハウジング１０との間に形成されている
。環状スペース２６は、スペース２６からドリル軸２の
洗浄チャンネル４中に延長している径方向の開口２７と
、ドリルロッド流体によって結合されている。環状スペ
ース２６の両端は、ハウジング１０とせん孔面２９ａと
の間を流れるせん孔流体３０から、回転逆止弁２８゜２
９によってシールされている。せん孔流体３０には、ド
リル工具ないしはせん孔工具（第３図には図示しない）
によって分離された粒子が含まれている。ドリル軸２の
ラジアル軸受３１．３２は、２つの回転シール２８．２
９の間に配設されている。通常設けられるアキシアル軸
受は１図示を簡単にするために、第３図では割愛されて
いる。また、油圧系統を示すために、径方向の軸孔２７
に組込まれた塵埃フィルター３３は、せん孔の横に示さ
れている。

自己制御手段の油圧系統において、油圧ポンプは、各々
の制御板に組合されている。油圧ポンプは、偏心部材３
４によって駆動され、偏心部材３４は、ドリル軸２と共
に回転するように固着され、ポンプフランシャー３６に
、リング軸受３５を介して作用する。径方向の開口３７
は、清浄なドリルロッド流体が収容された環状スペース
２６にポンプシリンダーの圧力室を結合している。逆止
弁３７ａ、３８は、ポンプの圧力室を保護する。油圧ポ
ンプは、駆動ピストン４０．４１に作用する、電気的駆
動されて弾性的に付勢される２／３方向弁３９に作用す
る。駆動ピストン４０．４１は。

第１図について説明したもので、向い合う制御板にピボ
ット駆動部として組合されている。油圧系統は、逆止弁
によって保護されたバイパスライン４２により保護され
ている。

第３図の中央部には、ドリル軸２中に径方向に移動可能
に取付けられた複式ピストンの形のパルス発生器２５が
見られる。回転伝達装置４３〜４５のソフトシールは、
パルス発生器２５のピストンに作用する２つの油圧ライ
ン４６．４７を保護するために用いられる。これは弁３
９に対応する２／３方向弁４８を介して行なわれ、２／
３方向弁４８は１分岐ライン５０及び圧力制御弁５１を
介して油圧発生器の作用を受ける清浄な流体によって、
ばね蓄勢器４９から作用を受ける。

第３図にも示したように、逆止弁２８，２９は、均質な
構成を備えている。逆止弁２８．２９は。

第１図の拡大図において、ドリル軸２のカラー５８．５
９とハウジング１０の端面５５，５６との間の径方向の
空隙５３．５４中に各々着座している。各々の弁２８．
２９は、盲孔６４中に着座した圧力ばね６５によって軸
方向に付勢された滑りリング６６によって形成され、こ
の滑りリング６６は、ハウジング１０中の溝６１中に収
納されている。弁座は、ドリル軸２の各々のカラー５８
゜５９中に形成した溝６７中に移動不可能に固着された
全８Ｍリング６３の環状面６２によって形成される。

相互に向って突出するリング面は内側から外側に指向す
る圧力勾配のため、塵埃反撥部として作用する。リング
の表面関係は、内圧が外圧よりも大きくなった時直ちに
環状スペース２６中にひ在する内圧によってリング面が
相互から上行されるように、シール空隙のウェッジ形状
により選定されでいる。そのため、ドリルロッド流体は
、外部からはリング面を克服できるが、逆流はできない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自己制御性ドリルロッドの概略縦
断面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線に沿った断面図、第
３図は一部は断面によって示し。 また油圧系統は記号を用いて表わした１本発明による自
己制御手段を示す概略配列図である。 ２・・ドリル軸、４・・洗浄チャンネル、１０・・ハウ
ジング、１１〜１４・・制御板、２０・・制御用電子装
置、２３・・発電機（制御用電気装置）、２６・・環状
スペース、２７・・径方向の開口（径方向の連結部）、
２８，２９・・回転逆止弁、４０．４１・・駆動ピスト
ン（油圧駆動装置）。 同　　　　　　酒　　井　　　　　　−同　　　　　　
兼　　坂　　　　　　繁Ｆｉｇ、　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）岩石ドリル装置の回転ドリルロッドのための自己制
   御性ドリルロッドであって、該ドリルロッド及びドリル
   工具に連結されるようにされ、洗浄チャンネル（４）を
   備えている、内部のドリル軸（２）と、該ドリル軸に、
   その回りに回転可能に取付けられているハウジング（１
   ０）とを有し、外方に向って揺動可能な制御板 （１１〜１４）が、ハウジング（１０）の外面上に配さ
   れ、制御板（１１〜１４）上に作用する油圧駆動装置（
   ４０、４１）の部分と制御用電子装置（２０）と制御用
   電気装置（２３）とが、ハウジング（１０）中に配され
   ていることにより、ドリル作動の間に回転運動により所
   要のエネルギーが発生するようにしたものにおいて、ド
   リル孔流体を排除する回転逆止弁（２８、２９）によっ
   て各々の先端が閉ざされていて、ドリル軸（２）の洗浄
   チャンネル（４）との径方向の連結部（２７）を備えて
   いる、環状スペース（２６）が、ドリル軸（２）とハウ
   ジング（１０）との間に形成され、環状スペース（２６
   ）は、ドリル軸流体から成る油圧系の作業流体のための
   タンクとして用いられることを特徴とする自己制御性ド
   リルロッド。 ２）圧力パルス発生器を備えている自己制御性ドリルで
   あって、ドリルロッド流体が油圧パルス発生器（２５）
   の油圧作業媒体として用いられることによって、制御板
   （１１〜１４）を外方に揺動させるための油圧系統から
   油圧作業圧力が導出されることを特徴とする自己制御性
   ドリルロッド。 ３）径方向の連結部（２７）が、洗浄チャンネルまで延
   長している開口（２７）であり、開口（２７）中にはフ
   ィルター（３３）が組込まれ、該フィルターは、ドリル
   軸（２）の洗浄チャンネル（４）からの流体による作用
   を受けるようにした請求項１又は２記載の自己制御性ド
   リルロッド。 ４）各々の逆止弁（２８、２９）が、ドリル軸（２）の
   カラー（５８、５９）とハウジング（１０）の端面（５
   ５、５６）との間の径方向の空隙（５３、５４）中にお
   いて、外側ロッドの両端部に配されたことにより、ハウ
   ジング（１０）の溝（６１）中の軸方向に付勢された滑
   りリング（６０）によって該弁が形成され、ドリル軸（
   ２）のカラー（５８、５９）中に軸方向に固着された金
   属リング（６３）の環状面（６２）によって弁座が形成
   されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記
   載の自己制御性ドリルロッド。 ５）パルス発生器（２５）が液圧発生器（３６）によっ
   て作用される蓄勢器（４９）からソフトシール（４３〜
   ４５）を備えた回転伝達装置を介して作用されることを
   特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の自己制御
   性ドリルロッド。