JPH11217983A - 掘削方法及びこれを使用する掘削装置 - Google Patents

掘削方法及びこれを使用する掘削装置

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JPH11217983A
JPH11217983A JP2075898A JP2075898A JPH11217983A JP H11217983 A JPH11217983 A JP H11217983A JP 2075898 A JP2075898 A JP 2075898A JP 2075898 A JP2075898 A JP 2075898A JP H11217983 A JPH11217983 A JP H11217983A
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JP
Japan
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pipe
liquid
inner pipe
pressure
excavation
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JP2075898A
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English (en)
Inventor
Yoshinao Hori
義直 堀
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Central Research Institute of Electric Power Industry
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Central Research Institute of Electric Power Industry
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削ズリを確実に排出する。高価な泥剤を不
要にして経済性を向上せる。 【解決手段】 外管15内に少なくとも3本の内管2〜
4を通したマルチ管1をボーリング坑7内に挿入した
後、第1の内管2に高圧水を供給して当該第1の内管2
の先端に接続されたダウンホールモータ12を駆動させ
てビット13を回転させると共に、第2の内管3に圧縮
空気を供給し、当該空気の浮力と高圧水の圧力とで第3
の内管4を通じて掘削ズリ14を排出し且つ高圧水を回
収する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、掘削方法及びこれ
を使用する掘削装置に関する。より詳しくは、本発明
は、ボーリング坑内に降ろした液圧モータによってビッ
ト等の掘削部材を回転させて岩盤等の掘削を行う掘削方
法及びこれを使用する掘削装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】岩盤等の掘削を行う場合、先端にダイヤ
モンドや超硬金属などの刃(ビット)を取り付けたダウ
ンホールモータをボーリング坑内に降ろしながら掘削を
行う。ダウンホールモータは1本の鉄管の先端に取り付
けられ、当該鉄管を通じてダウンホールモータ駆動用の
高圧水を供給している。ダウンホールモータを駆動した
高圧水はボーリング坑内に噴出し、岩盤との摩擦で高温
になるビットを冷却した後、掘削により生じる岩片(ズ
リ)とともに鉄管と坑壁の間の空間(アニュラス)を通
じて回収される。即ち、鉄管と坑壁の間を通路として掘
削ズリを排出し且つ高圧水を回収している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
掘削方法では、ボーリング坑の深さが深くなるのにした
がって掘削ズリの排出が困難になる。即ち、ボーリング
坑が深くなれば掘削ズリを上昇させる距離が増加するの
に加え、この距離の増加に応じて凸凹の坑壁との間に生
じる流れ抵抗も増加し、ダウンホールモータ駆動後の高
圧水の流れのみでは比重の大きな岩片を主とする掘削ズ
リを地上に排出することが困難になる。そのため、高圧
水として比重が大きく且つ粘性を有する特殊な泥剤を混
ぜた泥水を使用することもあるが、泥剤は高価で多大な
費用がかかり、また、高価な泥水を使用した場合であっ
ても岩盤中に断層などの水の逃げ道となるものが存在す
るときにはそこから泥水が逃げるために掘削ズリを排出
することができず掘削が困難になる場合が多い。
【0004】本発明は、岩盤中に断層等が存在する場合
であっても掘削ズリを確実に排出することができ、ま
た、高価な泥剤が不要で経済性に優れた掘削方法及びこ
れを使用する掘削装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに請求項1記載の掘削方法は、外管内に少なくとも3
本の内管を通したマルチ管をボーリング坑内に挿入した
後、第1の内管に高圧の液体を供給して当該第1の内管
の先端に接続された液圧モータを駆動させて掘削部材を
回転させると共に、第2の内管に気体を供給し、当該気
体の浮力と液体の圧力とで第3の内管を通じて掘削ズリ
を排出し且つ液体を回収するものである。
【0006】また、請求項3記載の掘削装置は、外管内
に少なくとも3本の内管を通したマルチ管をボーリング
坑内に挿入すると共に、第1の内管に高圧の液体を第2
の内管に気体をそれぞれ供給し、第1の内管の先端に接
続した液圧モータを液体で駆動させて掘削部材を回転さ
せる一方、液圧モータを駆動させた液体の圧力と気体の
浮力とで第3の内管を通じて掘削ズリを排出し且つ液体
を回収する構成である。
【0007】したがって、マルチ管をボーリング坑内に
挿入した後、第1の内管への高圧の液体の供給を開始す
ると、液圧モータが駆動して掘削部材が高速回転し始
め、岩盤等の掘削が行われる。発生した掘削ズリは液圧
モータを駆動した後の液体によって押し流されて第3の
内管に流入する。一方、第2の内管への気体の供給を開
始すると、この気体が第3の内管内に流入しその浮力に
よって掘削ズリ及び液体の流れに上昇力を与える。即
ち、液体の圧力に加えて気体の浮力に因るエアリフト効
果が相まって掘削ズリの排出と液体の回収が行われる。
掘削ズリの排出経路は坑壁に比べて流れ抵抗が小さい第
3の内管で構成されており、この第3の内管によって掘
削ズリ及び液体の流れは地上に確実に導かれる。
【0008】この場合、請求項2記載の掘削方法のよう
に、第2の内管への気体の供給を停止し、液体の圧力で
第3の内管を通じて掘削ズリを排出し且つ液体を回収す
るようにしても良い。この場合には、気体の浮力を利用
せずに液体の圧力によって当該液体と掘削ズリの流れを
発生させることになるが、この流れは排出専用の経路で
ある第3の内管の中に発生するので掘削ズリの排出と液
体の回収は十分に可能であり、第2の内管への気体を供
給する動力が不要になる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【0010】図1に、本発明を適用した掘削装置の実施
形態の一例を概念的に示す。この掘削装置は、外管15
内に少なくとも3本の内管2〜4を通したマルチ管1を
ボーリング坑7内に挿入すると共に、第1の内管2に高
圧の液体を第2の内管3に気体をそれぞれ供給し、第1
の内管2の先端に接続した液圧モータであるダウンホー
ルモータ12を液体で駆動させて掘削部材であるビット
13を回転させる一方、ダウンホールモータ12を駆動
させた液体の圧力と気体の浮力とで第3の内管4を通じ
て掘削ズリ14を排出し且つ液体を回収するものであ
る。
【0011】マルチ管1の断面を図2に示す。第1の内
管2は、高圧の液体例えば水を運ぶ水管である。この水
管2の先端は図3に示すようにダウンホールモータ12
の液圧供給口12aに接続されており、その後端は貯水
池8内の水を圧送する送水ポンプ9に接続されている。
また、第2の内管3は、気体例えば圧縮空気を運ぶ空気
管である。この空気管3の先端は第3の内管4の先端近
傍位置に接続されており、その後端はコンプレッサ10
に接続されている。さらに、第3の内管4は、掘削ズリ
14を地上に排出し且つ水管2を通じて供給された高圧
水を回収するズリ排出管である。このズリ排出管4の先
端はダウンホールモータ12の後方に開口しており、そ
の後端は貯水池8に開口している。
【0012】なお、外管15、水管2、空気管3及びズ
リ排出管4としては使用する温度条件を考慮すると鉄製
のものを用いることが好ましい。ただし、必ずしも鉄製
の管を使用する必要はなく、使用する温度が低い場合に
はプラスチック製等の管を用いても良い。また、必ずし
もマルチ管1を構成する内管の本数は3本である必要は
なく、水管2、空気管3及びズリ排出管4の他にこれら
の予備として内管を設けても良い。即ち、部分的な破損
や掘削ズリ14の詰まり等によって各管2〜4が使用で
きなくなる場合を想定して予備管を設けておき、必要に
応じて予備管に切り換えて使用する構成でも良い。さら
に、必ずしも空気管3の先端をズリ排出管4の先端近傍
に接続する必要はなく、掘削ズリ14を上昇させてある
程度高圧水の圧力が弱まったところで圧縮空気を供給で
きる位置に空気管3の先端を接続しても良い。
【0013】ダウンホールモータ12は液体の圧力によ
って駆動されるアクチュエータで、水管2から供給され
る高圧水で駆動されビット13を高速回転させる。この
ダウンホールモータ12の吐水口12bは、ビット13
と坑壁7aとの間に向けて形成されている。このダウン
ホールモータ12及びマルチ管1は、やぐら6を利用し
てボーリング坑7内に降ろされる。
【0014】次に、上述の掘削装置が使用する掘削方法
について説明する。
【0015】この掘削方法は、先ず、マルチ管1をボー
リング坑7内に挿入した後、水管2に高圧の液体を供給
して当該水管2の先端に接続されたダウンホールモータ
12を駆動させてビット13を回転させると共に、空気
管3に気体を供給し、気体の浮力に伴う液体の上昇力と
液体の圧力とでズリ排出管4を通じて掘削ズリを排出し
且つ液体を回収することで岩盤5を掘削するものであ
る。
【0016】即ち、先ず、地上に組んだやぐら6を利用
してダウンホールモータ12及びマルチ管1をボーリン
グ坑7内に降ろすようにして挿入する。次に、貯水池8
内の水を送水ポンプ9で加圧して水管2内に供給し、こ
の高圧水によってダウンホールモータ12を駆動させて
ビット13を高速回転させる。高速回転するビット13
は岩盤5を掘削し、これにより発生した掘削ズリ14は
周囲に溜まる。一方、ダウンホールモータ12を駆動し
た高圧水は吐水口12bから噴出してビット13と坑壁
7aとの間に流れ込み、坑壁7aとの摩擦で加熱される
ビット13を冷却すると共に掘削ズリ14をビット13
の後方に押し流す。そして、この高圧水と掘削ズリ14
の流れはズリ排出管4内に流入する。
【0017】一方、空気管3内にはコンプレッサ10よ
り圧縮空気が供給される。圧縮空気はズリ排出管4内に
流入し、その浮力でズリ排出管4内を上昇する掘削ズリ
14及び高圧水に上昇力を与える。この浮力の助けを借
りて掘削ズリ14と高圧水がズリ排出管4内を上昇し、
地上の貯水池8内に排出される。即ち、ズリ排出管4を
通じてボーリング坑7内から掘削ズリ14が排出される
と共に高圧水が回収される。ビット13が岩盤5を掘削
するのに従ってビット13を下降させることで、ボーリ
ング坑7を堀進める。
【0018】この掘削方法では、ズリ排出管4に空気管
3から圧縮空気を供給することで浮力を発生させて掘削
ズリ14と高圧水の上昇を助けているので、高圧水を多
量に使用しなくても掘削ズリ14の排出と高圧水の回収
を容易に行うことができる。また、ボーリング坑7内に
挿入する管をマルチ管1としているので、掘削ズリ14
の排出と高圧水の回収を専用のズリ排出管4で行うこと
ができ、このズリ排出管4の内面はボーリング坑7の坑
壁7aに比べて滑らかであり掘削ズリ14及び高圧水の
流れ抵抗は小さいので、掘削ズリ14の排出や高圧水の
回収が容易になる。さらに、岩盤5中に断層などの水の
逃げ道となるものが存在していてもズリ排出管4を介し
て掘削ズリ14の排出と高圧水の回収を確実に行うこと
ができる。
【0019】なお、上述の形態は本発明の好適な形態の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、上述の説明では、空気管3より圧縮空気を
常に供給しながら掘削を行っていたが、掘削ズリ14の
排出と高圧水の回収を良好に行えるのであれば圧縮空気
の供給を行わずに掘削を行っても良い。即ち、掘削ズリ
14と高圧水の流れは排出専用の経路であるズリ排出管
4の中に形成されるので、従来のようにアニュラス部に
これらの流れを形成する場合に比べて、圧縮空気の供給
を行わなくても掘削ズリ14の排出と高圧水の回収を良
好に行うことができる。このため、コンプレッサ10を
作動させる動力が不要となってより経済性を高めること
ができる。
【0020】また、掘削を行う場所は岩盤5に限るもの
ではないことは勿論である。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の掘削
方法では、外管内に少なくとも3本の内管を通したマル
チ管をボーリング坑内に挿入した後、第1の内管に高圧
の液体を供給して当該第1の内管の先端に接続された液
圧モータを駆動させて掘削部材を回転させると共に、第
2の内管に気体を供給し、当該気体の浮力と液体の圧力
とで第3の内管を通じて掘削ズリを排出し且つ液体を回
収するので、また、請求項3記載の掘削装置では、外管
内に少なくとも3本の内管を通したマルチ管をボーリン
グ坑内に挿入すると共に、第1の内管に高圧の液体を第
2の内管に気体をそれぞれ供給し、第1の内管の先端に
接続した液圧モータを液体で駆動させて掘削部材を回転
させる一方、液圧モータを駆動させた液体の圧力と気体
の浮力とで第3の内管を通じて掘削ズリを排出し且つ液
体を回収するので、掘削ズリの排出と液体の回収を行う
ための専用の経路が確保され、岩盤中の断層等の影響を
受けずに掘削ズリの排出と液体の回収を確実に行うこと
ができる。しかも、坑壁に比べて滑らかな管を使用して
掘削ズリの排出と液体の回収を行うので掘削ズリと液体
の流れ抵抗が減少し、さらには空気の浮力を利用して掘
削ズリと液体の流れを上昇させることができるので、掘
削ズリの排出と液体の回収が容易になる。このため、多
量の液体を使用しなくても掘削を行うことができると共
に掘削に要する時間を短くすることができ、更には高価
な泥剤等の使用が不要になり、掘削に要する費用を減ら
すことができる。
【0022】また、請求項2記載の掘削方法では、第2
の内管への気体の供給を停止し、液体の圧力で第3の内
管を通じて掘削ズリを排出し且つ液体を回収するので、
第2の内管に気体を供給する動力が不要になってより経
済性を高めることができる。なお、この場合であっても
排出専用の経路である第3の内管の中に掘削ズリと液体
の上昇流を発生させるので、掘削ズリの排出と液体の回
収は十分に可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る掘削装置の実施形態の一例を示す
概念図である。
【図2】図1の掘削装置のマルチ管の断面図である。
【図3】図1の掘削装置のマルチ管の先端付近を拡大し
て示す概念図である。
【符号の説明】
1 マルチ管 2 水管(第1の内管) 3 空気管(第2の内管) 4 ズリ排出管(第3の内管) 12 ダウンホールモータ(液圧モータ) 13 ビット(掘削部材) 14 掘削ズリ 15 外管

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外管内に少なくとも3本の内管を通した
    マルチ管をボーリング坑内に挿入した後、第1の内管に
    高圧の液体を供給して当該第1の内管の先端に接続され
    た液圧モータを駆動させて掘削部材を回転させると共
    に、第2の内管に気体を供給し、当該気体の浮力と前記
    液体の圧力とで第3の内管を通じて掘削ズリを排出し且
    つ前記液体を回収することを特徴とする掘削方法。
  2. 【請求項2】 前記第2の内管への気体の供給を停止
    し、前記液体の圧力で第3の内管を通じて前記掘削ズリ
    を排出し且つ前記液体を回収することを特徴とする請求
    項1記載の掘削方法。
  3. 【請求項3】 外管内に少なくとも3本の内管を通した
    マルチ管をボーリング坑内に挿入すると共に、第1の内
    管に高圧の液体を第2の内管に気体をそれぞれ供給し、
    前記第1の内管の先端に接続した液圧モータを前記液体
    で駆動させて掘削部材を回転させる一方、前記液圧モー
    タを駆動させた液体の圧力と前記気体の浮力とで第3の
    内管を通じて掘削ズリを排出し且つ前記液体を回収する
    ことを特徴とする掘削装置。
JP2075898A 1998-02-02 1998-02-02 掘削方法及びこれを使用する掘削装置 Pending JPH11217983A (ja)

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