(57)【要約】【課題】  データ送信用の通信ケーブルなしにボーリング孔の軌跡を計測できる装置、方法を提供する【解決手段】  プローブ、演算部、ジャイロスコープ、メモリよりなるボーリング孔軌跡計測装置であって、前記ジャイロスコープ、前記メモリは前記プローブに収納され、前記メモリは、前記ジャイロスコープにより取得されたボーリング孔の軌跡データを格納し、前記演算部は前記メモリに格納された前記ボーリング孔の軌跡データを基にボーリング孔の軌跡を算出することを特徴とする。【選択図】図１
2020016647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ、演算部、ジャイロスコープ、メモリよりなるボーリング孔軌跡計測装置であって、
前記ジャイロスコープ、前記メモリは前記プローブに収納され、
前記メモリは、前記ジャイロスコープにより取得されたボーリング孔の軌跡データを格納し、
前記演算部は前記メモリに格納された前記ボーリング孔の軌跡データを基にボーリング孔の軌跡を算出することを特徴とするボーリング孔軌跡計測装置。
【請求項２】
計測するボーリング孔の口元には、発進ケースが設置され、
前記発進ケースには少なくとも一つの溝、又は突起が設けられ、
前記プローブには、前記発進ケースの溝、又は突起に対応する少なくとも一つの突起又は溝が設けられ、
前記発進ケースの溝、又は突起と前記プローブの突起又は溝は滑りあうことを特徴とする請求項１に記載のボーリング孔軌跡計測装置。
【請求項３】
プローブ、演算部、ジャイロスコープ、メモリよりなるボーリング孔軌跡計測装置であって、前記ジャイロスコープ、前記メモリは前記プローブに収納され、
前記メモリは、前記ジャイロスコープにより取得されたボーリング孔の軌跡データを格納し、
前記演算部は前記メモリに格納された前記ボーリング孔の軌跡データを基にボーリング孔の軌跡を算出し、
前記ジャイロスコープは、地中挿入管を用いた地震波深部伝達用のロッドのカップリング部のくびれ部に計測ケーブルを固定し、ボーリング孔軌跡修正用標識を前記ロッドに設けたことを特徴とするボーリング孔軌跡計測装置。
【請求項４】
プローブ、演算部、前記プローブに収納されたジャイロセンサ、メモリよりなるボーリング孔軌跡計測方法であって、
所定の距離を掘り進んだところで前記プローブをボーリング孔に挿入し、前記ジャイロセンサによりボーリング孔の軌跡データを取得し、
前記ボーリング孔の軌跡データを前記メモリに格納し、
前記プローブを前記ボーリング孔から取り出し、
更に前記プローブから前記メモリを取り出し、
前記メモリを前記演算部に接続し、
前記ボーリング孔の軌跡データからボーリング孔の軌跡を算出することを特徴とするボーリング孔軌跡計測方法。
【請求項５】
計測するボーリング孔の口元には、発進ケースが設置され、
前記発進ケースには少なくとも一つの溝、又は突起が設けられ、
前記プローブには、前記発進ケースの溝、又は突起に対応する少なくとも一つの突起又は溝が設けられ、
前記発進ケースの溝、又は突起と前記プローブの突起又は溝は滑りあい、測定開始のための発進時点と、測定終了後の格納時点のプローブの姿勢を同じにすることを特徴とする請求項４に記載のボーリング孔軌跡計測方法。
【請求項６】
プローブ、演算部、前記プローブに収納されたジャイロセンサ、メモリよりなるボーリング孔軌跡計測方法であって、
所定の距離を掘り進んだところで前記プローブをボーリング孔に挿入し、前記ジャイロセンサによりボーリング孔の軌跡データを取得し、
前記ボーリング孔の軌跡データを前記メモリに格納し、
前記プローブを前記ボーリング孔から取り出し、
さらに前記プローブから前記メモリを取り出し、
前記メモリを前記演算部に接続し、
前記ボーリング孔の軌跡データからボーリング孔の軌跡を算出し、
前記ジャイロセンサの装着段階は、地中挿入管を用いた地震波深部伝達用のロッドのカップリング部のくびれ部に計測ケーブルを固定する段階と、ボーリング孔軌跡修正用標識を前記ロッドに設ける段階とを含み、
孔曲測定器のケースの回転を抑え、挿入、引抜きを行い、ジャイロスコープの個々のドリフトの特性を確認し、そのドリフトの測定値に影響を及ぼさない時間内に測定を終了させることを特徴とするボーリング孔軌跡計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーリングにより設けたボーリング孔の軌跡を計測する装置及びその方法に係り、より詳しくは、ボーリングロッドにジャイロスコープ、メモリを内蔵し、ジャイロスコープからのデータを前記メモリに格納し、演算部にメモリを接続して前記データからボーリング孔の軌跡を算出するボーリング孔軌跡計測装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボーリング（ｂｏｒｉｎｇ）とはトンネルや井戸など主に地中に円筒状のボーリング孔を掘削する作業を言う。
ボーリングは、ボーリングロッドやケーシングに推進力、回転力、ときには、打撃力を加えて、掘り進む行為であり、いずれも、掘削には鉄パイプ製のプローブ（専用のボーリングロッドやケーシング）が用いられ、鉄パイプを繋ぎながら作業が行われる。
【０００３】
規模の大きなボーリングとしては、シェールガスを求めるボーリングがあり、小さな規模のボーリングとしては、下水のマンホールとマンホールを連結する水平ボーリングがある。
【０００４】
ボーリングにおいては、目標に向かって、直線状に、または故意に曲げて掘り進める必要があり、ボーリングの規模によらず、高い精度が要求される。
しかしながら、一般的に、地質、地質構造、使用機械の種類、出力、穿孔径、機械操作、測量誤差などによりボーリング孔の軌跡が目論見からずれてしまう。
【０００５】
そこで、所定の距離を掘り進んだところでボーリング孔の軌跡を確認する必要があるが、従来は、ジャイロスコープ等のデータを通信ケーブルで演算部に送信してボーリング孔の軌跡を計測することが行われていた。
【０００６】
しかしながら、この方法によれば、ボーリング孔の軌跡が長くなると、通信ケーブルの重量、コストなどの問題があった。
また、本発明では、小型のジャイロスコープを内蔵し、鋼鉄製のボーリングロッド内が測定できる。同類の孔曲り測定器は多数出回っているが、実用に即したものはなく普及していない。
これは、小型のジャイロスコープにドリフトと言う問題があるからである。ドリフトとは、小型のジャイロスコープにおいて時間の経過とともに徐々にずれが生じる現象である。
スマートフォンなどにも小型のジャイロスコープが使われており、スマートフォンなどのドリフトはＧＰＳ等で修正されいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２０６０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記状況を鑑み、データ送信用の通信ケーブルなしにボーリング孔の軌跡をドリフトなしに計測できる装置、方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるボーリング孔軌跡計測装置は、プローブ、演算部、ジャイロスコープ、メモリよりなり、前記ジャイロスコープ、前記メモリは前記プローブに収納され、前記メモリは、前記ジャイロスコープにより取得されたボーリング孔の軌跡データを格納し、前記演算部は前記メモリに格納された前記ボーリング孔の軌跡データを基にボーリング孔の軌跡を算出することを特徴とする。
【００１０】
計測するボーリング孔の口元には、発進ケースが設置され、発進ケースには少なくとも一つの溝、又は突起が設けられ、プローブには、前記発進ケースの溝、又は突起に対応する少なくとも一つの突起又は溝が設けられ、前記発進ケースの溝、又は突起と前記プローブの突起又は溝は滑りあうことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、プローブ、演算部、ジャイロスコープ、メモリよりなるボーリング孔軌跡計測装置であって、前記ジャイロスコープ、前記メモリは前記プローブに収納され、前記メモリは、前記ジャイロスコープにより取得されたボーリング孔の軌跡データを格納し、前記演算部は前記メモリに格納された前記ボーリング孔の軌跡データを基にボーリング孔の軌跡を算出し、前記ジャイロスコープは、地中挿入管を用いた地震波深部伝達用のロッドのカップリング部のくびれ部に計測ケーブルを固定し、ボーリング孔軌跡修正用標識を前記ロッドに設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、プローブ、演算部、前記プローブに収納されたジャイロセンサ、メモリよりなるボーリング孔軌跡計測方法であって、
所定の距離を掘り進んだところで前記プローブをボーリング孔に挿入し、前記ジャイロセンサによりボーリング孔の軌跡データを取得し、
前記ボーリング孔の軌跡データを前記メモリに格納し、
前記プローブを前記ボーリング孔から取り出し、
更に前記プローブから前記メモリを取り出し、
前記メモリを前記演算部に接続し、
前記ボーリング孔の軌跡データからボーリング孔の軌跡を算出することを特徴とする。
【００１３】
計測するボーリング孔の口元には、発進ケースが設置され、
前記発進ケースには少なくとも一つの溝、又は突起が設けられ、
前記プローブには、前記発進ケースの溝、又は突起に対応する少なくとも一つの突起又は溝が設けられ、
前記発進ケースの溝、又は突起と前記プローブの突起又は溝は滑りあい、測定開始のための発進時点と、測定終了後の格納時点のプローブの姿勢を同じにすることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、プローブ、演算部、前記プローブに収納されたジャイロセンサ、メモリよりなるボーリング孔軌跡計測装置であって、所定の距離を掘り進んだところで前記プローブをボーリング孔に挿入し、前記ジャイロセンサによりボーリング孔の軌跡データを取得し、前記ボーリング孔の軌跡データを前記メモリに格納し、前記プローブを前記ボーリング孔から取り出し、さらに前記プローブから前記メモリを取り出し、前記メモリを前記演算部に接続し、前記ボーリング孔の軌跡データからボーリング孔の軌跡を算出し、前記ジャイロセンサの装着段階は、地中挿入管を用いた地震波深部伝達用のロッドのカップリング部のくびれ部に計測ケーブルを固定する段階と、ボーリング孔軌跡修正用標識を前記ロッドに設ける段階とを含み、孔曲測定器のケースの回転を抑え、挿入、引抜きを行い、ジャイロスコープの個々のドリフトの特性を確認し、そのドリフトの測定値に影響を及ぼさない時間内に測定を終了させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施例によれば、データ送信用の通信ケーブルなし、ドリフトなしでボーリング孔の軌跡を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】プローブを垂直方向に設けられたボーリング孔に挿入した図である。
【図３】本発明による地中挿入管を用いた地震波深部伝達方法を示すもので、傾斜面に水平方向に挿入する場合の図である。
【図４】本発明による地中挿入管を用いた地震波深部伝達方法を示すもので、地中に垂直方向に挿入する場合の図である。
【図５】本発明による地中挿入管を用いた地震波深部伝達方法における計測機器挿入管継手部の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の孔軌跡制御用ボーリングロッドを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
同一構成要素には同一符号をつける。
【００１８】
図１は、本発明の構成を示すブロック図である。
ボーリング孔軌跡計測装置１００は、鉄パイプ製のプローブ（専用のボーリングロッドやケーシング）１１０、プローブ１１０内に収納されるジャイロスコープ１４０、メモリ１６０、演算部１３０より構成される。
【００１９】
図１には、プローブ１１０内ジャイロスコープ１４０、メモリ１６０のみが収納されていることを図示しているが、その他の測定センサがボーリング孔の軌跡測定の補助として収納されても良い。
【００２０】
ジャイロスコープ１４０は起動すると、ジャイロスコープは起動した時の姿勢を維持しており、そのジャイロスコープの姿勢を検出することで、縦から横に曲がっていくボーリングにおいてもボーリング孔軌跡の計測が可能となる。
【００２１】
所定の距離を掘り進んだところでプローブ１１０をボーリング孔に挿入し、ジャイロスコープ１４０によりボーリング孔の軌跡１７０を計測する。
【００２２】
プローブ１１０のボーリング孔への送りは、複数のつなぎ用鉄パイプ１２０を順にプローブ１１０に連結して行う。プローブ１１０、複数のつなぎ用鉄パイプ１２０の端部には標識１１５が設けられ、相対する標識１１５の円周方向位置が円周上の同じ位置になるようにそろえて連結する。これにより、プローブ１１０の回転を抑制し、ジャイロスコープ１４０のズレを抑制する。
【００２３】
ジャイロスコープ１４０によるボーリング孔の軌跡データは、メモリ１６０に格納される。
【００２４】
その後、プローブ１１０を引き上げ、中のメモリ１６０を取り出し、メモリ１６０を演算部１３０に接続し、ボーリング孔の軌跡１７０を算出する。
【００２５】
ここで、算出されたボーリング孔の軌跡１７０が目論見からずれている場合は、修正を行う。
修正方法については、特許第５８９０５６６号公報に説明されているので、ここでは説明を省略する。
【００２６】
その後、ボーリング作業を更に続け、所定の距離を掘り進んだところでボーリング孔の軌跡１７０の測定、修正を行うことを繰り返す。
【００２７】
図２は、プローブを垂直方向に設けられたボーリング孔に挿入した図である。
【００２８】
計測するボーリング孔の口元には、発進ケース１５０が設置される。
【００２９】
発進ケース１５０には少なくとも一つの溝、又は突起が設けられる。
【００３０】
一方、プローブ１１０には、発進ケース１５０の溝、又は突起に対応する少なくとも一つの突起又は溝が設けられる。
【００３１】
図２においては、例として、プローブ１１０に一つの突起１８０、発進ケース１５０に一つの溝１９０が設けられていることを示す。
【００３２】
発進ケース１５０の少なくとも一つの溝、又は突起に対して、プローブ１１０の少なくとも一つの突起又は溝は滑ることにより、測定開始のための発進時点と、測定終了後の格納時点のプローブ１１０の姿勢を同じにする。
【００３３】
一般的にジャイロスコープは静止している状態での出力（ゼロ点）が時間経過とともに自己変動する。
【００３４】
発進ケース１５０の少なくとも一つの溝、又は突起と、プローブ１１０の少なくとも一つの突起又は溝は、測定開始のための発進時点と、測定終了後の格納時点のプローブ１１０の姿勢を同じにし、発進時点のデータと格納時点のデータを使用して計測データの時間経過によるズレを補正する。
【００３５】
発進ケース１５０に溝を設けた場合、測定終了後の格納時点にプローブ１１０の突起をスムーズに格納するために、計測するボーリング孔の口元の反対側（図２における下側）の発進ケース１５０の溝はその幅が広がっていることが好ましく、プローブ１１０に溝を設けた場合、測定終了後の格納時点に発進ケース１５０の突起がスムーズに格納されるように、計測するボーリング孔の口元側（図２における上側）のプローブ１１０の溝の幅が広がっていることが好ましい。
【００３６】
本発明の前記ジャイロスコープは、地中挿入管を用いた地震波深部伝達用のロッドのカップリング部のくびれ部に計測ケーブルを固定し、ボーリング孔軌跡修正用標識を前記ロッドに設ける。
図３，４は、本発明による地中挿入管を用いた地震波深部伝達方法を示すもので、図３は、傾斜面に水平方向に挿入する場合の図、図４は地中に垂直方向に挿入する場合の図である。受震部は、塩化ビニル管の先端に５０ｃｍ以上の間隔で２基以上の地震計がついたもので、これを塩化ビニル管からなる計測機器挿入管に取り付けて、地下挿入管の先端まで挿入する。計測機器挿入管は、１本２ｍの塩化ビニル管４を連結したもので外側に計測用配線６を取付けてある。塩化ビニル管４の長手方向の連結部３は破損し易いため、鋼鉄製又はステンレス製の管５からなる継手５を使用して連結する。継手５は図４に示す通り、中央部の直径が他の部分に比して小さく凹んだ形状となっており、凹んだ径小部７に計測用配線６をテープ又はワイヤで固定する。起震は、地中挿入管１の地上の先端部をカケヤで叩いて行ない、５０〜３００ｍの深度まで震動を伝達させる。計測は、受震部と受振ケーブルで接続されたデータ処理装置のパソコンで行なう。
【００３７】
地中挿入管１には、５〜１５ｍｍ厚×１３５ｍｍ径×１．５ｍの鋼管を使用し、これを６５本結合して地中に約１００ｍまで挿入したが、地中挿入管としては、７０〜２００ｍｍ径の鋼管も使用できる。カケヤを叩く回数の基準は、１ｍ当たり１回で、深度が１００ｍの場合は１００回、１５０ｍの場合は１５０回となる。しかし、計測データが不良の場合は、更に複数回叩いてもよい。地中挿入管１の頂部は僅かに地上に残しておく。地中挿入管１の内部に計測機器２を挿入するが、計測機器２は、地震波を観測するためのもので、当業者には周知の方法であるため、内容の説明は省略する。
【００３８】
本発明では、ボーリング孔軌跡修正用標識を前記ロッドに設ける。
図６（Ａ）、（Ｂ）で標識５は単位ボーリングロッド１の円周上に設けられた円形または多角形の孔であり、単位ボーリングロッド１の両端部２，３の連結部４に隣接して設けられ、単位ボーリングロッド１の強度に影響しない大きさとなっている。連結部４は、ねじ６で構成され、ねじ６は、単位ボーリングロッド１をねじ留めした場合、図６（Ｂ）に示す通り、ねじ留めされた２つの単位ボーリングロッド１の標識５の円周方向の位置が同じ位置になる。
【００３９】
ボーリングロッド１を接続するねじ６にはねじ込み力の加減でねじ込み位置が変わるねじ（テーパーねじ）と、ねじ込みが終わると、その後どんなに力を加えても位置が変わらないねじ（ストレートねじ）がある。本発明のボーリングロット１にはストレートねじを使用してボーリングロット１を何ｍ繋いでも、ボーリングロット１のねじれは無視できる程度であり、図６（Ｂ）に示す通り標識５が連結されたボーリングロット１の同一の位置に来る。
ボーリングロッド１の標識５は単位ボーリングロッド１の円周上に設けられた円形または多角形の孔であり、単位ボーリングロッド１の両端部２，３の連結部４に隣接して設けられ、単位ボーリングロッド１の強度に影響しない大きさである。
【００４０】
ボーリングは、ボーリングロッド１をボーリングマシンに装着して行う。通常排水ボーリングで使用するボーリングマシンには、ロータリー式ボーリングマシンとロータリーパーカッション式ボーリングマシンがあり、出来るだけ孔を乱さずに掘り進む場合はロータリー式ボーリングマシンが、岩を破砕して掘り進むような場合は、ロータリーパーカッション式ボーリングマシンが使用される。ロータリーパーカッション式ボーリングマシンは、ドリルヘッドが打撃部と回転部が一体となった構造となっている。ドリルヘッド内部のハンマースプールを油圧で前後に振動させて打撃力を発生させる。回転力は、ドリルヘッドに装着されたオイルモーターにより与えられ、その回転力がハンマーサブに伝えられて駆動される構造となっている。このドリルヘッドが油圧によりガイドセル上を前後に移動することで給進力が得られる。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施例によれば、データ送信用の通信ケーブルなしに、またドリフトなしにボーリング孔の軌跡を計測できる。
【符号の説明】
【００４２】
［図３，４，５］
１  地中挿入管
２  計測機器
３  連結部
４  塩化ビニル管
５  ステンレス製の管、継手
６  配線  
７  径小部
８  取付部
［図６］
１  ボーリングロッド
２，３  両端部
４  連結部
５  標識
６  ねじ
［図１，２］
１００  ボーリング孔軌跡計測装置
１１０  プローブ
１１５  標識
１２０  つなぎ用鉄パイプ
１３０  演算部
１４０  ジャイロスコープ
１５０  発進ケース
１６０  メモリ
１７０  ボーリング孔の軌跡
１８０  突起
１９０  溝
【図１】
2020016647.tif 000003
【図２】
2020016647.tif 000004
【図３】
2020016647.tif 000005
【図４】
2020016647.tif 000006
【図５】
2020016647.tif 000007
【図６】
2020016647.tif 000008