(57)【要約】【課題】この発明は、小型の掘削機を用いて効率よく掘削を行うと共に環境面を重視した大口径掘削装置およびその工法に関する。【解決手段】開放面を有し、上部に軸受用の受台を備えた補助マストを立設したロータリーテーブルと、ワイヤーロープを介して掘削ツールスや掘削具を懸吊したクレーンを旋回可能に備えた掘削機とからなって、クレーンのトップシーブの軸を前記補助マストの受台に軸受けさせて、掘削作業や掘削具の昇降時にかかる荷重を補助マストにより支持させてなることを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁面の一面を開放面とし、上部に軸受用の受台を備えた補助マストを立設したロータリーテーブルと、
ワイヤーロープを介してケリーロッドと掘削具を懸吊したクレーンを備えた掘削機とからなって、
前記クレーンのトップシーブの軸を前記受台に軸受けさせ、ワイヤーロープに懸吊されたケリーロッドと掘削具を補助マストの内部中空に吊り込んで掘削作業や掘削具の昇降時にかかる荷重を補助マストにより支持させてなることを特徴とする大口径掘削装置。
【請求項２】
補助マストが横断面略コ字状に形成されると共に、その左右側面の上端に左右一対の受部を有する軸受用の受台が設けられており、
クレーンのトップシーブが、そのトップシーブの軸を軸線に沿って前後に突出させて突出軸部となし、該突出軸部を前記受部に掛止めて軸受したことを特徴とする請求項１に記載の大口径掘削装置。
【請求項３】
ケリーロッドが、断面円形のロッドの中心に沿って周方向に略等間隔で複数の突起部を有しており、該突起部は前記ロッドの長手方向に沿って伸びており、
ケリーロッドの回転により、前記突起部は、掘削孔の周壁の崩壊を防ぎ、掘り屑排出用の流路を保持しうることを特徴とする請求項１または２に記載の大口径掘削装置。
【請求項４】
周壁面の一面を開放面とし、上部に軸受用の受台を備えた補助マストを立設したロータリーテーブルと、ワイヤーロープを介してケリーロッドと掘削具を懸吊したクレーンを備えた掘削機とからなる大口径掘削装置を用いた工法であって、
前記クレーンのトップシーブの軸を前記受台に軸受けさせ、ワイヤーロープに懸吊されたケリーロッドと掘削具を補助マストの内部中空に吊り込んで掘削作業や掘削具の昇降時にかかる荷重を補助マストにより支持させてなることを特徴とする大口径掘削工法。
【請求項５】
クレーンが掘削機に旋回可能に装着されており、該クレーンの最大リーチの範囲内に掘削孔の予定地を設定してロータリーテーブルを配置し、該ロータリーテーブル上の補助マストをその開放面がクレーンの旋回中心に向かうように配置し、
掘削機を動かさずにクレーンを旋回させ傾倒させて、補助マストの受台にトップシーブの軸を軸受けさせると共に、ケリーロッドと掘削具を補助マストの内部中空に吊り込んでなることを特徴とする請求項４に記載の大口径掘削工法。
【請求項６】
補助マストを立設したロータリーテーブルが、クレーンによって吊り下げられて、クレーンの最大リーチ範囲内に設定された掘削孔の予定地に移動されることを特徴とする請求項４または５に記載の大口孔掘削工法。
【請求項７】
ケリーロッドの外壁に掘削具の掘削径とほぼ同じ長さの突起部を突設し、ケリーロッドの回転により突起部は掘削孔の周壁の崩壊を防ぎ、掘り屑排出用の流路を保持しうることを特徴とする請求項４または５に記載の大口孔掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、掘削効率を高めた大口径掘削装置およびその工法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の大口径掘削方法としては、スピンドルボーリングマシンと小口径のドリルロッド（ボーリングロッド）を用い掘削する方法が一般的であり、前記ロッドの昇降作業用として簡易な櫓を装備している。
また、掘り屑（スライム）の排除には、一般的に泥水を使用するが、掘削孔径とドリルロッド径の差が大きいので、スライム排除の流速を必要速さにするために大容量ポンプを使用している。
従って、掘り屑排出の循環流体の総量も多量となり、貯泥設備や処理装置は大型設備となっている。
掘削方法としては、ドリルロッドの先端にスリーコーンビットやダウンザホールドリルを取付け、必要な給圧力をボーリングマシンで加えながら掘削している。
一般的に、ボーリングマシンの給進ストロークは５０〜８０ｃｍ程度であり、所定ストローク長だけ掘削するとドリルロッドを把持しているチャックを解放して、スピンドルを後退させ、その後、再びチャックを閉めてドリルロッドを把持し、さらに掘削する。このような作業を操り返しながら所定の深度まで掘削している。
所定深度まで掘削したら、ツールス（掘削道具）を掘削孔からボーリングマシンに装備されているウインチで引き揚げる。
掘削孔には杭材を挿入し、注入等を行い、掘削作業が完了する。
次の孔を掘削するための前記機材の移動はクレーン等を使用して行い、またクレーンが使用できないような狭溢な場所では機材を分解しながら、小型クレーン等を使用し移動する。
そして、次の掘削孔の予定位置で機材を組立て、再掘削の準備をする。これらの作業を繰り返しなから所定本数の孔を掘る。
【０００３】
一方、ロータリーテーブルを使用して掘削する方法では、一般的に小口径の深尺ボーリングに適しており、石油掘削や温泉掘削に多く見られる。
深尺ボーリングはツールス荷重が大きくなるので吊り装置や櫓は大型機器を使用している。
また、テーブルのオープニング（開口径）は小径で、ケリーロッドも細い。
このロータリーテーブル方式の使用形態としては機械を移動しないで、長期間にわたって掘削するような工事に用いられている。
【０００４】
このような従来の工法では、本来、長期間、一定の場所で、小口径により深い孔を掘る作業が目的であるため以下のような種々の問題点がある。
（ａ）ドリルロッド径（一般的には１００ｍｍ以下）が小さいため、ビットの押付け力を大きくできない。
（ｂ）大口径掘削のため、ドリルロッドに大きなトルクが加わり、破損することもある。
（ｃ）泥水掘りの場合、ドリルロッド径（一般的には１００ｍｍ以下）が小さいため掘り屑（スライム）の排出に大容量の泥水ポンプが必要となる。
（ｄ）ダウンザホールドリルを用いて掘削する場合、ドリルロッド径（一般的には１００ｍｍ以下）が小さいため、掘り屑の排出に大量の空気が必要となる。また、ボーリングマシンに振動が伝わり、破損する虞れもある。
（ｅ）掘削時のチャッキング（チャックの開閉）作業が頻繁となる。
（ｆ）一回当たりの掘削深さが短い。
（ｇ）機械本体とは別に掘削ツールスの昇降作業用の櫓が必要となる。
（ｈ）掘削後の泥水やスライムの処理量が多い。
（ｉ）掘削ビットとドリルロッドの径差が大きいので、掘り屑が沈降してジャミング事故を起こす場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その主たる課題は、短期間で浅い孔を数多く掘削しうるように効率を高めると共に、環境面を重視した大口径掘削装置およびその工法を提供することにある。
【０００６】
【発明が解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明では、
周壁面の一面を開放面とし、上部に軸受用の受台を備えた補助マストを立設したロータリーテーブルと、ワイヤーロープを介してケリーロッドと掘削具を懸吊したクレーンを備えた掘削機とからなって、
前記クレーンのトップシーブの軸を前記受台に軸受けさせ、ワイヤーロープに懸吊されたケリーロッドと掘削具を補助マストの内部中空に吊り込んで掘削作業や掘削具の昇降時にかかる荷重を補助マストにより支持させてなる、という技術的手段を講じている。
請求項２の発明では、
前記補助マストが横断面略コ字状に形成されると共に、その左右側面の上端に左右一対の受部を有する軸受用の受台が設けられており、
クレーンのトップシーブが、そのトップシーブの軸を軸線に沿って前後に突出させて突出軸部となし、該突出軸部を前記受部に掛止めて軸受してなる、という技術的手段を講じている。
請求項３の発明では、
ケリーロッドが、断面円形のロッドの中心に沿って周方向に略等間隔で複数の突起部を有しており、該突起部は前記ロッドの長手方向に沿って伸びており、ケリーロッドの回転により、前記突起部は、掘削孔の周壁の崩壊を防ぎ、掘り屑排出用の流路を保持しうる、という技術的手段を講じている。
【０００７】
更に、請求項４の大口径掘削工法の発明には、周壁面の一面を開放面とし、上部に軸受用の受台を備えた補助マストを立設したロータリーテーブルと、ワイヤーロープを介してケリーロッドと掘削具を懸吊したクレーンを備えた掘削機とからなる大口径掘削装置を用いた工法であって、
前記クレーンのトップシーブの軸を前記受台に軸受けさせ、ワイヤーロープに懸吊されたケリーロッドと掘削具を補助マストの内部中空に吊り込んで掘削作業や掘削具の昇降時にかかる荷重を補助マストにより支持させてなる、という技術的手段を講じている。
また、請求項５の発明では、
クレーンが掘削機に旋回可能に装着されており、該クレーンの最大リーチの範囲内に掘削孔の予定地を設定してロータリーテーブルを配置し、該ロータリーテーブル上の補助マストをその開放面がクレーンの旋回中心に向かうように配置し、
掘削機を動かさずにクレーンを旋回させ傾倒させて、補助マストの受台にトップシーブの軸を軸受けさせると共に、ケリーロッドと掘削具を補助マストの内部中空に吊り込んでなる、という技術的手段を講じている。
また、請求項６の発明では、
補助マストを立設したロータリーテーブルが、クレーンによって吊り下げられて、クレーンの最大リーチ範囲内に設定された掘削孔の予定地に移動される、という技術的手段を講じている。
更に、請求項７の発明では、
前記ケリーロッドの外壁に掘削具の掘削径とほぼ同じ長さの突起部を突設し、ケリーロッドの回転により突起部は掘削孔の周壁の崩壊を防ぎ、掘り屑排出用の流路を保持しうる、という技術的手段を講じている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の大口径掘削装置およびその工法の好適実施例について図面を参照しながら説明する。
この大口径掘削装置１は、図１、図２および図８に示すように、補助マスト２を保持したロータリーテーブル３と、クレーン４を備えた掘削機５とからなっており、掘り屑処理プラント１１を備えている。
【０００９】
補助マスト２は、図３に示すように四面からなる周壁面のうちで上下に連続して開放された一面となる開放面２ａを有して横断面略コ字状に形成されており、その左右側面の上端に左右一対の受部２２を有する軸受用の受台２１が固設されている。
上記受部２２は、下方に向かって漸次幅狭となるテーパー壁を有する凹溝を有している。
【００１０】
また、補助マスト２の下部には図示しない連結部を設けておき、ロータリーテーブル３の上面に設けた対応する連結部に係脱が簡単にできる構造になっている。
更に、補助マスト２は、ロータリーテーブル３上で中心軸を支点にして回転できるように連結されることが好ましい。
【００１１】
ロータリーテーブル３は、公知構成からなっており、一例を示せば、支持台３１上に固定されたハウジング３２内に円筒形のテーブルが回転自在に収納されており、掘削ツールの１つであるケリーロッド９を嵌合係止して回転しうるようになっている（図１、図５参照）。
【００１２】
また、このロータリーテーブル３の上部にはロッドホルダ３３が取り付けられており、前記ケリーロッド９によって回転するドリルロッドなどの掘削具１０の接続乃至切離し時にドリルロッドを支承しうるようになっている。
３４は、ロータリーテーブルの駆動源となる油圧モータである。
【００１３】
次に、クレーン４を備えた掘削機５は、この発明では小型でよく、また足廻り装置の構造は特に限定されない。
例えば、図１の場合、掘削機５はクローラークレーンを用いており、クローラ５ａ上に上部旋回体５ｂを備え、上部旋回体５ｂには起伏シリンダ（図示省略）を介してクレーン４が取り付けられた公知構成からなっているが、図８ではトラッククレーンを用いており、要するにこの発明では掘削機５の構造は限定されず、用途に合わせて公知構成のものを用いることができる。
【００１４】
このクレーン４の先端には、定滑車となるトップシーブ７が取り付けられている。
このトップシーブ７の軸は、その両端が軸線に沿って前後に延出して突出軸部７ａ、７ｂとなっている（図４参照）。
そして、この突出軸部７ａ、７ｂは、それぞれが前記補助マスト２の上端の受部２２に軸支されるようになっている。
【００１５】
また、クレーン４は、トップシーブ７からワイヤロープ８を介して、前記ケリーロッド９と掘削具１０とが連結されている。
掘り管に長尺のケリーロッド９を用いることにより、掘削作業を簡素化することができる。
【００１６】
ケリーロッド９は、図５および図６で一層明瞭なように、断面円形のロッド９ａと、該ロッド９ａの中心に沿って周方向で略等間隔に複数突設された突起部９ｂとからなっており、該突起部９ｂは、前記ロッド９ａの長手方向に沿って一連に伸びた放射状の羽根構造からなっている。
【００１７】
このケリーロッド９には大口径のものを用い、掘削径（掘削ビット径）とケリーロッド９のロッド９ａ径とを掘り屑（スライム）を排出しやすい速度になるような径差に設定している。
掘削ビットの直上に接続するケリーロッド９には、掘削に必要な荷重が得られるように鉛管を封入しておきウエイト付ロッドとして使用することが好ましい。
【００１８】
このケリーロッド９には、前述のように複数（図示例では４本）の突起部９ｂをロッド９ａの外径に羽根状に設けており、ロッド９ａの回転で掘削回転とトルクを受ける一体構造になっている。
この突起部９ｂの回転軌跡は、掘削ビットの掘削径とほぼ同じ長さ（径）になっているので、掘削孔の孔壁の崩落などの保護もすることができる。
【００１９】
このようにケリーロッド９には羽根状の突起部９ｂが設けられているので、突起部９ｂは、掘削孔の孔壁を常に倣って修正しており、孔壁の崩壊を予防し良好な状況が保持できる。
また、後述のエアー掘り時に、突起部９ｂはロッド回転方向の後方側が常に空隙を確保するので、上下に連なる排気通路を確保することができる。
【００２０】
次に、掘削具１０としては、例えば、ダウンザホールドリルやスリーコーンビット（３つに分岐した片端支持軸にそれぞれコーン型の切削体が取付けられて３つのローラカッタを形成するもの）などの公知の掘削具を使用することができる。
【００２１】
図５に一例を示すと、ケリーロッド９の上部には、スイベルジョイント（エアースイベルまたはウォータスイベル）６が接続され、また下部には、ケリーロッドサブ１０ａを介してケリーハンマーカバー１０ｂが連結され、ハンマーサブ１０ｃを介して、先端に掘削ビット１０ｅを有するダウンザホールドリル１０ｄが連結されている。
また、ケリーロッドサブ１０ａには掘削具として前記スリーコーンビットを直接に連結してもよい（図示せず）。
【００２２】
本実施例では、前記大口径掘削装置１と共に、掘り屑処理プラント１１を装備している（図８参照）。
この掘り屑処理プラント１１は、例えば貯泥設備１１ａと処理装置１１ｂのような公知構成からなっており、スイベル６を介してケリーロッド９などに接続されているが、小型設備で対応することができる。
そして、施工現場の掘削条件に合わせて、処理媒体の流体として、泥水、エアーまたはミストなどを選択して使用しうるようになっている。
【００２３】
泥水使用による掘り屑処理プラント１１の場合、掘削ロッドに大口径のケリーロッド９を使用することで、掘削ビット径との径差を最適にして掘り屑排除の泥水流速を速くすることができ、また掘削泥水の全使用量を少なくし、産業廃棄物を最小限にすることができる。
また、エアーを使用すれば、産業廃棄物のない環境重視型とすることができる。
【００２４】
次に、大口径掘削装置１の作用について説明する。
掘削孔の予定地上に補助マスト２を立設したロータリーテーブル３を設置する。
そして、補助マスト２の開放面２ａ側から、クレーン４で懸吊したケリーロッド９や掘削具１０を補助マスト２の中空内に吊り込み、これと共にクレーン４のトップシーブ７を受台２１の受部２２に掛止めて軸受させる。
【００２５】
これにより、掘削作業や掘削具１０の昇降時にかかる荷重を補助マスト２が支持する。
そして、トップシーブ７にはワイヤーロープ８を介してケリーロッド９と掘削具１０が連結されており、ケリーロッド９はロータリーテーブル３によって回転して掘削具１０に回転力を伝達し、掘削が行われる。
【００２６】
また、図７に示したように、クレーン４で、ロータリーテーブル３と補助マスト２を、クレーン４の最大リーチの範囲内に設置し、補助マスト２の開放面２ａを掘削機のクレーン４の旋回中心に向けておけば、掘削機を移動させることなくクレーン４を旋回操作するだけで、補助マスト２の受台２１にトップシーブ７の軸を掛け止めて掘削作業を行うことができるので、効率よく、多数の掘削孔を成形することができる。
【００２７】
前記補助マスト２は、その開放面２ａを所望の方向に向けることができるように、ロータリーテーブル３上で回転自在に連結されている。あるいは補助マスト２をロータリーテーブル３上に固定しておき、ロータリーテーブル３全体を回転しうるようにしてもよい。
【００２８】
また、掘削機５は、上部旋回体５ｂの旋回でクレーン４を所望の方向に向けることができるようになっている。
従って、図７に示すように、ロータリーテーブル３を所望の掘削孔の予定位置に配置し、補助マスト２の開放面２ａの向きを、掘削機５のクレーン４を旋回させて最短距離となるように回転させておく。
【００２９】
この際に、補助マスト２の位置は、掘削機５のクレーン４の最大リーチ範囲内としておけば、掘削機５を移動することなく、掘削作業を遂行することができる。
更に、ロータリーテーブル３や補助マスト２などの機材の重量を、掘削機５のクレーン４の吊り荷重以内の重量に設定しておくことで、掘削機５を移動することなく、前記機材を掘削孔の予定位置に移動させることができる。
【００３０】
このようにして、短期間で効率的に浅い孔を数多く掘削することができる。
なお、掘削作業に際して、掘り屑処理プラント１１による掘り屑排出処理は、従来と同様の公知方法によるので、その説明を省略する。
【００３１】
【発明の効果】
この発明は上記構成からなっており、補助マストに掘削作業に際しての吊り荷重をかけることができるので、小型クレーンを用いて大荷重を吊ることができ、深い孔の掘削作業を行うことができる。
また、掘削機は小型化しうるので、狭溢な場所でも機材の設置や移動、掘削が容易に行える。
補助マストやロータリーテーブルはクレーンの吊り荷重の範囲内に重量とすれば、クレーンの最長リーチ長さの範囲まで効率よく掘削作業ができる。
また、ケリーロッドには羽根状に突起部が設けられた大きい口径のロッドを用いており、掘削径とロッド径の径差が掘り屑（スライム）を排出しやすい速度になるように設定して、スライム処理の効率を向上させることができる。
例えば流体として泥水を用いる場合は、泥水注入ポンプが小容量でよく、泥水全使用量が少なくなり、泥水と掘り屑の処分量を減少させることができ、エアー掘り時には産業廃棄物のない環境重視型とすることができ、環境に優しい掘削作業を行うことができる。
また、エアー掘り時には排気通路を常時確保でき、孔壁が崩壊しないように確実に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】大口径掘削装置の側面図である。
【図２】同平面図である。
【図３】補助マストの斜視図である。
【図４】補助マストの受台を示す図で（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図５】掘削具の取付状態を示す分解図である。
【図６】ケリーロッドの横断面図である。
【図７】大口径掘削装置の作業状態を説明する平面から見た参考図である。
【図８】大口径掘削装置の掘削作業を説明する側面から見た参考図である。
【符号の説明】
１　　　大口径掘削装置
２　　　補助マスト
２ａ　　開放面
３　　　ロータリーテーブル
４　　　クレーン
５　　　掘削機
５ａ　　クローラ
５ｂ　　上部旋回体
６　　　スイベル
７　　　トップシーブ
７ａ、７ｂ　突出軸部
８　　　ワイヤーロープ
９　　　ケリーロッド
９ａ　　ロッド
９ｂ　　突起部
１０　　　掘削具
１１　　　掘り屑処理プラント
２１　　　受台
２２　　　受部
３１　　　支持台
３２　　　ハウジング
【図１】
2004060198.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004060198.tif 000008
【図７】
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【図８】
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