JPS637488A

JPS637488A - 掘削装置

Info

Publication number: JPS637488A
Application number: JP15115286A
Authority: JP
Inventors: 清之堀井; 一男吉田; 和夫山口
Original assignee: Aoki Construction Co Ltd
Current assignee: Aoki Construction Co Ltd
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1988-01-13
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: JP2529669B2

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】（技術分野）この発明は、鉱山、土木等の分野における掘削装置に関
する。ざらに詳しくは、コアンダスパイラルフローによ
り土石、土砂を吸引除去することを特徴とする掘削装置
に関するものである。

（技術の背景）鉱山、土木等の分野において岩盤、土質部を掘削するに
は様々な形状と規模の掘削装置が用いられている。

ドリル方式のもの、シャベル方式のものなど多様である
。また坑道、トンネルの形成のための大型のものから、
パイプルーフ、ＮＡＴＭ工法用の支保ボルト削孔のため
の小規模のものまで、その規模も多様でおる。

これらの従来の掘削装置に共通していることは、掘削に
よって生成した土石、土砂を掘削装置とは別の手段によ
って除去回収していることである。

掘削装置の切刃から生成するこれらの土石、土砂をシャ
ベル、コンベア等の手段によって作業現場から除去して
いることでおる。

このため、作業現場近傍においては土石、土砂の飛散に
よって作業環境が著しく悪化するばかりか、鉱山におい
てはガス粉じん爆発をも誘発する原因ともなっている。

また、散乱した土石、土砂を回収するための作業が必要
になることから作業効率も低下する。

ざらに問題なのは、特にパイプルーフ、ＮＡＴＭ工法用
の比較的小さな支保ボルトの削孔を土質部あるいは軟岩
部に行う場合に、削孔の長さが長くなればなるほど、ま
たその径が小さくなればなるほど、掘削装置によって生
成した土石、土砂の削孔形成部からの除去が困難になり
、削孔のための掘削装置の作業効率の低下、もしくはそ
の作業の停止さえもひきおこし、所定形状の掘削も極め
て困難でめった。

たとえば、トンネル形成のためのＮＡＴＭ工法の場合に
は、トンネルの半円形周壁に８〜１０本の、内径３５〜
４０ＴｒＬ／ｍ、長さ約１〜６ＴｒＬの削孔を形成する
のが普通でおるが、この削孔をドリル等によって掘削形
成する際に生成する土石、土砂の除去回収は困難であり
、回転するドリル刀の周縁部に土石、土砂のたまりが形
成されるため、ドリル刀の回転効率を低下させ、しかも
、削孔の内径を拡大させてしまう。このため、効率的に
所定寸法の削孔を形成することが難しかった。この削孔
の内径の拡大は、トンネル支保の強度低下を誘発したり
材料食い込みが大きくなる等の原因となるため、作業上
の大きな障害になっていた。

このため、掘削作業の規模にかかわりなく、掘削装置に
よって生成する土石、土砂を効率的に除去するための手
段、ことに、掘削装置に連動して土石、土砂を飛散、あ
るいは散乱させることなく、さらには削孔の所定寸法の
形成を効率的に行いえる土石、土砂の除去回収の手段の
実現が強く望まれていた。

（発明の目的）この発明は、このような事情を鑑みてなされたものであ
り、掘削によって生成する土石、土砂を効果的に除去回
収することのできる新規な掘削装置を提供することを目
的としている。

（発明の構成）この発明の掘削装置は、上記の目的を達成するために、
掘削により生成する土石、土砂をコアンダスパイラルフ
ローによって吸引、搬送除去するようにしたことを特徴
としている。ざらに詳しくは、主軸の先端部に回転切刃
を設けた掘削装置において、主軸の内部を中空の多重円
筒構造とし、先端部の回転切刃の中心部に形成した開口
に該多重円筒の最内筒を連通させ、該最内筒の壁面に形
成した細隙から該最内筒に加圧流体を流入させてコアン
ダスパイラルフローを形成し、又は主軸内部を中空とし
、掘削孔外に主軸内部に加圧流体を流入させることので
きる細隙を設けたコアンダ装置を当該中空主軸に装着し
、コアンダスパイラルフローを形成し、回転切刃による
掘削装置で生成した土石、土砂を先端開口から吸引して
除去するようにしたことを特徴としている。

このコアンダスパイラルフローとその利用は、この発明
の発明者によってはじめて見出されたものでおる。すな
わち、この発明の発明者は、管方向の流体のベクトルに
管路半径方向のベクトルを加えると流体が旋回し、この
旋回流に基づき管内壁近傍に動的境界層が形成され、流
体はスパイラル（螺旋）を描きつつ、管路方向に高速で
進行するという事実を見出した。このスパイラルフロー
の生成部には負圧域が形成される。土石、土砂などの固
体粒塊物はこの負圧域に吸引されることによってスパイ
ラルを描きつつ管路方向に高速移動し、しかもこの場合
には乱流混合とはならないことがら粒塊物と管路内壁と
の接触は抑制され、磨耗はほとんど生じない。

この発明は、このような新たな知見に基づいてなされた
ものである。

この発明の掘削装置について、添付した図面に沿って、
ざらに詳細に説明する。

第１図に示したこの発明の掘削装置の例によると、掘削
装置ドリルの主軸（１）の先端部に回転切刃（２）を回
動自在に設ける。主軸（１）は中空の多重円筒、たとえ
ば（３）、（４）および（５）によって構成する。最外
筒（３）は回転切刃を回転駆動させる。このため、最外
筒（３）は回転切刃（２）と−体成形するか、もしくは
切刃に回転動力を伝達するための適宜な手段を採用する
。第１図に示した例の場合には、外筒（３）と切刃（２
）とは−体になっており、外筒（３）は、中間部の円筒
（４）との間にポールベアリング（６）を介して回転す
るように設置されている。

先端部の回転切刃（２）の中心部には開口（８）を設け
る。

この開口は、最内筒（５）の中空内部空間に連通してい
る。最内筒（５）の開口（８〉近傍には環状の細隙（１
０）を設ける。この細隙（１０）には最内筒（５）と中
間部円筒（４）との間の通路（９）を通して加圧流体、
たとえば加圧空気を最内筒（５）の連通管路（１３）に
送入する。

細隙（１０）からは、図に示したように管路（１３）の
出口方向に向って滑らかに湾曲した壁面（１１）を形成
する。細隙（１０）の湾曲壁面（１１）と反対の壁面（
１２）は、直角または鋭角状に折り曲げる。

この細隙（１０）はその間隔を調製できるようにするの
が好ましい。もちろん、特定の幅の間隔としておいても
よい。

この構造の掘削装置においては、加圧流体、たとえば加
圧空気、もしくは加圧水を高速で細隙（１０）から最内
筒（５）内に送入する。細隙（１０）の出口で流体はコ
アンダ効果により管路（１３）側に傾いた流線（α）を
描いて移動する。

この結果、反対側には負圧域が生じる。この負圧域に回
転切刃により掘削された土石、土砂の粒塊が吸引されて
流入する（矢印β）。

細隙（１０）からの流体の運動のベクトルと外部からの
粉粒体の運動ベクトルとは合成されて管路（１３）内を
出口方向へ進行する流体流が形成される。

流体流は、次第に径を狭められ、その際に半径方向のベ
クトルを与えられる。この半径方向のベクトルが旋回ベ
クトルに転換し、直進ベクトルと合わせてスパイラルモ
ーションを形成する。

もちろん、この発明は、この図に示した例に限定される
ものでない。コアンダスパイラルモーションを生成させ
ることができ、それを維持する限り、構造上に特段の限
定はない。

たとえば第２図に示したように、掘削装置の最外筒（３
）の基部にコアンダスパイラルフロー生成部を設けても
よい。

この場合には、生成部は掘削孔以外に位置しているよう
にしてもよい。また、主軸は多重円筒とせずに、生成部
そのものが掘削切刃部とともに回転するようにしてもよ
い。

この発明の掘削装置においては、第１図に示した例では
、たとえば、最内円筒（５）の傾斜角θは、ｔａｎθが
１／４〜１／８程度となるようにするのが好ましい。ま
た、管路（１３）と細隙（１０）部の内径の比は１／２
〜１１５程度とするのが好ましい。土石、土砂の粒塊の
径と管路（１３）の径との比は、およそ１／３以下とし
、粒塊と流体との混合比を１０以下とするのが好ましい
。加圧流体は２〜１０に３／ｃｒｉとする。こうするこ
とにより、粒塊の径が３０Ｍ〜５０ｍという大ぎなもの
であっても高速で搬送することが可能とする。

流速は、１００〜２００Ｔｎ、／分という超高速にまで
することが可能となる。

先端部の開口の回転速度、進行速度、そして、加圧流体
の供給量を適宜なものとすることによって、最適の掘削
が可能となる。

掘削装置の主軸（１）が長くなる場合には、最内筒（５
）の適宜な箇所に別の細隙を形成し、同様にコアンダフ
ローを生成させてもよい。

（発明の効果）以上のとおり、この発明の装置による場合には、効率的
に所定寸法の削孔等の掘削が可能となる。

また、コアンダスパイラルフローにより、土石、土砂と
最内筒の内壁との磨耗は著しく低減されるため、装置の
耐久性は大きく向上し、しかも高速での土石、土砂の除
去回収が可能になる。

このような効果は、これまでの掘削装置からは全く予期
できないことである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明に用いる装置の要部を
示したものである。図中の番号は次のものを示している。１・・・主軸２・・・回転切刃３・・・最外筒４・・・中間部円筒５・・・最内筒６・・・ボールベアリング７・・・ポールベアリング８・・・開口部９・・・加圧流体通路１０・・・細隙１１・・・湾曲壁面１２・・・直角（鋭角）壁面１３・・・連通管路１４・・・流入口

Claims

【特許請求の範囲】

（１）主軸の先端部に回転切刃を設けた掘削装置におい
て、主軸の内部を中空多重円筒構造とし、先端部の回転
切刃の中心部に形成した開口に該多重円筒の最内筒を連
通させ、該最内筒の壁面に形成した細隙から該最内筒に
加圧流体を流入させてコアンダスパイラルフローを形成
し、又は主軸内部を中空とし、掘削孔外に主軸内部に加
圧流体を流入させることのできる細隙を設けたコアンダ
装置を当該中空主軸に装着し、コアンダスパイラルフロ
ーを形成し、該コアンダスパイラルフローによって、回
転切刃による掘削装置で生成した土石、土砂を先端開口
から吸引して除去するようにしたことを特徴とする掘削
装置。