掘削孔の探査方法、掘削装置およびボアホール探査アセンブリ

発明の分野

本発明は、独立請求項1の前段に規定する掘削孔の探査方法に関するものである。

また、本発明は、独立請求項20の前段に規定する打撃掘削用掘削装置に関するものである。

さらに、本発明は、独立請求項36に規定する打撃掘削方法用および/または打撃掘削用掘削装置用ボアホール探査アセンブリに関するものである。

掘削においては、ボアホールの深さおよび方向に関する情報を取得することが重要である。そのため、本分野で公知のさまざまなボアホール探査用工具および方法が存在し、これらの工具および方法を用いることでボアホールの深さおよび方向に関する情報を取得することができる。

米国特許公報第8,011,447号は掘削孔の探査方法を提示し、この方法は一般的にはトップハンマードリル・リグを使用して孔を掘削する坑内採鉱状況において用いられ、ドリルビットの近傍に配置される探査器を活用し、掘削作業後にドリルストリングを孔から抜き出す時にこれを用いて位置測定値を記録する。このように、ドリルストリングによって穿たれた実際の孔を掘削作業の進行に合わせて実時間で記録でき、孔の目標位置からのずれを確認できる。探査器は、一般的に、慣性探査装置、電源およびデータロガーを備え、探査装置は、いくつかの市販の慣性探査装置のなかから変動および衝撃耐性に優れたものを選択する。探査器は、掘削を行っている間はスリープモードに維持され、ドリルストリングが現時点の削孔路から徐々に引き出されるにつれ起動されて位置データを出力する。

発明の目的

本発明は、掘削孔の探査方法、掘削装置およびボアホール探査器アセンブリを提供することを目的とする。

本発明の掘削孔の探査方法は、独立請求項1に規定する事項により特徴付けられる。

本方法の好適な実施例は、従属請求項2ないし19にて規定する。

本方法は、少なくとも1つのドリルロッドおよびドリルビットアセンブリを備える掘削機を設ける第1の設置工程を含む。また本方法は、ボアホールの測定を行うセンサ手段を備えるボアホール探査器を設ける第2の設置工程を含む。本方法は、ボアホール探査器を掘削機内に配する配設工程を含む。本方法は、少なくとも打撃掘削を含む掘削作業で掘削機を使用してボアホールを掘削する掘削工程を含む。本方法は、ボアホール探査器のセンサ手段を用いてボアホールを測定してボアホールに関するデータを取得する測定工程を含む。本方法は、データ処理手段によってボアホールに関するデータを処理してボアホールの状態情報を取得する処理工程を含む。本方法では、フラッシング流体をドリルビットアセンブリに送る中央フラッシング流路を備える掘削機を使用して、配設工程においてボアホール探査器を中央フラッシング流路内に配設し、フラッシング流体が中央フラッシング流路内のボアホール探査器中を流動可能にする。配設工程は、必須ではないが好適には、掘削機の中央フラッシング流路に設けられたダンピング手段間にボアホール探査器を懸架することを含む。このようなダンピング手段は、必須ではないが好適には、次のうちの少なくとも1つを含む。すなわち、例えば、太さが0.5〜3.0mmのワイヤなどからなる円錐バネなどバネ手段、液圧式ダンピング手段、および圧搾空気圧式ダンピング手段などを含む。このようなダンピング手段は、例えば円錐バネなどのバネ手段を含んでよく、このようなバネはワイヤなどからなり、ワイヤの太さ、例えば直径は0.5〜3.0mmであり、好適には1.0〜2.5mm、より好適には1.5〜2.0mm、例えば1.8mmである。

同様に、本発明の打撃掘削用掘削装置は、独立請求項20に規定する事項により特徴付けられる。

掘削装置の好適な実施例は、従属請求項21ないし35にて規定する。

本掘削装置は、ボアホールを掘削する掘削機を含む。掘削機は、少なくとも1本のドリルロッド、およびドリルビットアセンブリを含む。掘削装置は、掘削機によって掘削されたボアホールを測定して掘削機の掘削したボアホールに関するデータを取得するセンサ手段を含むボアホール探査器を含み、ボアホール探査器は掘削機内に配される。掘削装置は、ボアホールに関するデータを処理してボアホールの状態情報を取得するデータ処理手段を含む。掘削機は、フラッシング流体をドリルビットアセンブリに送る中央フラッシング流路を含み、ボアホール探査器が中央フラッシング流路内に配設されて、フラッシング流体が中央フラッシング流路内のボアホール探査器中を流れるようにする。ボアホール探査器は、好適には掘削機の中央フラッシング流路に設けられたダンピング手段間に懸架されるが、これに限らない。本方法で使用されるダンピング手段は、必須ではないが好適には、次のうちの少なくとも1つを含む。すなわち、例えば円錐バネといった太さ0.5〜3.0mmのワイヤなどからなるバネ手段、液圧式ダンピング手段、および圧搾空気圧式ダンピング手段を含む。本方法で使用されるダンピング手段は、例えば円錐バネなどのバネ手段を備えていてもよく、このようなバネはワイヤなどからなり、ワイヤの太さ、例えば直径は0.5〜3.0mmであり、好適には1.0〜2.5mm、より好適には1.5〜2.0mm、例えば1.8mmである。

また、本発明は、請求項36に規定する、打撃掘削方法用および/または打撃掘削装置用のボアホール探査アセンブリに関する。

ボアホール探査アセンブリの好適な実施例は、従属請求項37ないし50に規定する。

ボアホール探査アセンブリは、ボアホールに関するデータを収集するセンサ手段を備えるボアホール探査器を含む。ボアホール探査アセンブリはさらにダンピング手段を含み、ボアホール探査器を打撃掘削用の掘削機の中央フラッシング流路のダンピング手段間に懸架する。このようなダンピング手段は、必須ではないが好適には、次のうちの少なくとも1つを含む。すなわち、例えば円錐バネといった太さ0.5〜3.0mmのワイヤなどからなるバネ手段、液圧式ダンピング手段、および圧搾空気圧式ダンピング手段を含む。このようなダンピング手段は、例えば円錐バネなどのバネ手段を備えていてもよく、このようなバネはワイヤなどからなり、ワイヤの太さ、例えば直径は0.5〜3.0mmであり、好適には1.0〜2.5mm、より好適には1.5〜2.0mm、例えば1.8mmである。

ダンピング手段は、打撃掘削中にボアホール探査アセンブリの構成部材を保護するためのものである。ボアホール探査アセンブリの構成部材とは、例えば、角速度を示す第1の信号を生成する少なくとも1つのジャイロセンサ、および掘削装置によって掘削されたボアホールに沿った加速度を示す第2の信号を生成する少なくとも1つの加速度センサ、または掘削装置と、もしあれば打撃掘削中に電気エネルギーを採取する圧電デバイスであると言える。

打撃掘削中に電気エネルギーを採取する圧電デバイスがボアホール探査アセンブリに設けられている場合、ボアホール探査アセンブリのダンピング手段をなるべくならば打撃掘削中に回転させて圧電デバイスに適した振動数を発生させ、圧電デバイスが打撃掘削中に電気エネルギーを採取できる。

以下に、本発明について添付図面を参照しながら詳細に述べる。

掘削装置を示す。

ボアホール探査アセンブリを備える掘削機の端部の切断図を示す。

一実施例によるボアホール探査アセンブリの切断図を示す。

いくつかの実施例においてドリルビットアセンブリを掘削機のドリルロッドに緊締するために使用される第1のアダプタ部および第2のアダプタ部を示し、また、それらの第1のアダプタ部および第2のアダプタ部を使用する際にボアホール探査器を配設できる様子を示す。

別の実施例によるボアホール探査アセンブリを示す。

打撃掘削時にボアホール探査アセンブリに使用可能で電気エネルギーを採取する圧電デバイスの一実施例を詳細に示す図である。

図6に示す圧電デバイスをより詳細に示す図である。

発明の詳細な説明

本発明は、掘削孔の探査方法、掘削装置、ならびに本方法および/または本装置に使用するボアホール探査アセンブリに関する。

最初に、掘削孔の探査方法と、いくつかの実施例と、本方法の変形例とについて詳細に述べる。

本方法は、少なくとも1本のドリルロッド2およびドリルビットアセンブリ3を備える掘削機1を設置する第1の設置工程を含む。

本方法はさらに、ボアホール6の測定を行うセンサ手段5を備えるボアホール探査器4を設置する第2の設置工程を含む。

本方法は、ボアホール探査器4を掘削機1に配設する配設工程を含む。

本方法は、掘削機1を使用して、少なくとも打撃掘削を含む掘削作業を行ってボアホール6を掘削する掘削工程を含む。

本方法は、ボアホール探査器4のセンサ手段5によってボアホール6の測定を行い、ボアホール6のデータを取得する測定工程を含む。

本方法は、ボアホール探査器4から得るボアホール6に関するデータをデータ処理手段7に送信する送信工程、およびボアホール6に関するデータをデータ処理手段7にて受信する受信工程を含んでもよい。送信工程および受信工程において、有線接続または無線接続(図示せず)を利用してもよい。本方法の好適な実施例では、本方法は、ボアホール探査器4が掘削機とともに少なくとも部分的にボアホール6の中にある際に、ボアホール6に関するデータをボアホール探査器4の記憶手段26に記憶するデータ保存工程を含む。この好適な実施例では、送信工程および受信工程は、ボアホール探査器4をボアホール6から取り出してしまってからボアホール6のデータを記憶手段26からデータ処理手段7に転送することで行う。

本方法は、データ処理手段7によってボアホール6に関するデータを処理してボアホールの状態情報を取得する処理工程を含む。

本方法では、フラッシング液および/またはフラッシングガスなどのフラッシング流体をドリルビットアセンブリ3に送る中央フラッシング流路8を含む掘削機1を使用し、ボアホール探査器4を配設工程にて着脱可能または固定的に中央フラッシング流路8に配設し、フラッシング流体が中央フラッシング流路中を流れて掘削機1内のボアホール探査器4を通り抜けるようにする。

ボアホール探査器4は、配設工程にて中央フラッシング流路8内に配設されるので、掘削機1の中央フラッシング流路8内を流れるフラッシング流体によって冷却される。

本方法は、フラッシング流路部30を含むドリルビットアセンブリ3を使用することを含んでよく、配設工程は、ボアホール探査器4を少なくとも部分的にドリルビットアセンブリ3のフラッシング流路部30内に配設することを含んでいてもよい。

本方法のいくつかの実施例において、本方法の第1の設置工程はさらに、中央フラッシング流路部36を備えるアダプタ9を設置することを含む。このような実施例では、配設工程に、アダプタ9を用いてドリルビットアセンブリ3を掘削機1のドリルロッド2に緊締して、アダプタ9の中央フラッシング流路部36が掘削機1の中央フラッシング流路8の一部を形成するようにすることが含まれる。このような実施例では、配設工程に、ボアホール探査器4を少なくとも部分的にアダプタ9の中央フラッシング流路部36内に配設することが含まれる。

本方法のいくつかの実施例において、本方法の第1の設置工程はさらに、第1のアダプタ部10および第2のアダプタ部11を含むアダプタ9を設置することを含み、第1のアダプタ部10は、ドリルビットアセンブリ3をアダプタ9の第1のアダプタ部10に緊締する第1の雌ねじ部12および雄ねじ部13を備え、第2のアダプタ部11は、第1のアダプタ部10の第1の雌ねじ部12と連携する第2の雄ねじ部14、およびアダプタ9の第2のアダプタ部11を掘削機1のドリルロッド2に緊締する第2の雄ねじ部15を備えるとともに、第1のアダプタ部10は第1の中央フラッシング流路分6を備え、第2のアダプタ部11は第2の中央フラッシング流路部17を備えるようにする。このような実施例では、配設工程は、ボアホール探査器4を少なくとも部分的に第1のアダプタ部10の第1の中央フラッシング流路部16内に、そして/または少なくとも部分的に第2のアダプタ部11の第2の中央フラッシング流路部17内に配設し、第1のアダプタ部10および第2のアダプタ部11を第1のアダプタ部10の第1の雌ねじ部12と第2のアダプタ部11の第2の雄ねじ部14によって接続することを含む。このような実施例は、アダプタ9を用いてドリルビットアセンブリ3を掘削機1のドリルロッド2に緊締して、第1のアダプタ部10の第1の中央フラッシング流路部16と第のアダプタ部11の第2の中央フラッシング流路部17とによって掘削機1の中央フラッシング流路8の一部が形成されるようにすることを含む。

配設工程では、好適にはボアホール探査器4を掘削機1の中央フラッシング流路8内のダンピング手段18間に懸架することを含むが、これに限らない。ダンピング手段18を用いる目的の1つは、掘削工程時にボアホール探査器4のセンサ手段5やその他の装置を保護することにある。本方法で使用するダンピング手段は次のうちの少なくとも1つを含むことが好ましいが、これに限らない。すなわち、ダンピング手段は、例えば、太さ0.5〜3.0mmのワイヤなどからなる円錐バネなどのバネ手段、液圧式ダンピング手段、および圧搾空気式ダンピング手段のうちの少なくとも1つを含む。本方法で使用されるダンピング手段は、例えば、図4および図5に示す円錐バネなどのバネ手段を備えていてもよく、このような円錐バネはワイヤなどからなり、ワイヤの太さ、例えば直径は0.5〜3.0mmであり、好適には1.0〜2.5mm、より好適には1.5〜2.0mm、例えば1.8mmである。必須ではないが円錐バネを使用することが好ましい理由は円錐バネの構造にあり、円錐バネの構造だと、円筒バネの場合よりもフラッシング流体が効率的に流動できる。その理由の1つは、円錐バネの場合、フラッシング流体が円錐バネの中をその中心方向に流れるときに必要な流れ方向の変化は、円筒バネの中をその中心軸方向に流れる場合に比べ小さいことである。バネ手段をダンピング手段18として用いる場合、必須ではないが、例えば図2に示すようにバネ手段を2つ用いて、それぞれのダンピング手段18を中央フラッシング流路8の内側面(参照符号なし)とボアホール探査器4との間に配設してボアホール探査器4をバネ手段間に懸架するようにすることが好ましい。

配設工程は、必須ではないが好適には、ボアホール探査器4を掘削機1の中央フラッシング流路8内のダンピング手段18間に懸架することを含み、ダンピング手段18は、掘削機1の中央フラッシング流路8内のボアホール探査器4の外側に位置させて、掘削機1の中央フラッシング流路8内を流れるフラッシング流体にさらすとともに、掘削機1の中央フラッシング流路8を流れるフラッシング流体に直に接触させるようにする。

本方法の好適な実施例において、配設工程は、ボアホール探査器4を掘削機1の中央フラッシング流路8のダンピング手段18間に懸架して、ボアホール探査器4をダンピング手段18のみによって掘削機1の中央フラッシング流路8内に支持するようにすることを含む。このような実施例は打撃掘削においてとくに有利であり、その理由は、ボアホール探査器4のセンサ手段5を過度の振動から保護できることである。

本方法による第2の設置工程では、必須ではないが好適には、ボアホール探査器4のセンサ手段5の少なくとも一部分、なるべくならば全体が、ポリウレタンなどのポリマに埋設されたボアホール探査器4を設置し、センサ手段5の少なくとも一部分が埋め込まれたポリマの少なくとも一部分、なるべくならば全体がボアホール探査器4の最外側面を構成するとともに、センサ手段5の少なくとも一部分が埋め込まれたポリマの少なくとも一部分、なるべくならば全体もボアホール探査器4の保護外被24を形成するようにする。このような実施例では、ボアホール探査器4は掘削機1の中央フラッシング流路8を流れるフラッシング流体にさらされることになる。センサ手段5の少なくとも一部分が埋め込まれたポリマが少なくとも部分的にボアホール探査器4の最外側面も構成しているため、掘削機1の中央フラッシング流路8を流れるフラッシング流体によって、ボアホール探査器4のセンサ手段5を効果的に冷却できる。

本方法による第2の設置工程では、掘削機1の中央フラッシング流路8に設けられたボアホール探査器4内をフラッシング流体が流動可能なフラッシング流体路20を少なくとも1本備えるボアホール探査器4を設置することを含んでもよい。

本方法の配設工程は、図2および図4に示すように、少なくとも1本のフラッシング流体路20を形成することを含んでもよく、ボアホール探査器4と中央フラッシング流路8の側壁(参照符号なし)間で流体を押し流してフラッシング流体が掘削機1の中央フラッシング流路8内のボアホール探査器4中を流れるようにする。

本方法の第2の設置工程では、エネルギーを採取する圧電デバイスを含むボアホール探査器4を設けることを含んでもよく、これにより、本方法の掘削工程には掘削工程時に圧電デバイスを用いてエネルギーを採取することが含まれる。

本方法の第2の設置工程では、角速度を示す第1の信号を生成する少なくとも1つのジャイロセンサ31、およびボアホール6に沿った加速度を示す第2の信号を生成する少なくとも1つの加速度センサ32を備えるセンサ手段5を含むボアホール探査器4を設けることを含んでもよく、これにより、測定工程には、少なくとも1つのジャイロセンサ31を使用して角速度を測定し、角速度を示す第1の信号を生成することが含まれ、測定工程にはさらに、少なくとも1つの加速度センサ32を使用して加速度を測定し、ボアホール6に沿った加速度を示す第2の信号を生成することが含まれる。

また本方法は、処理工程で生成されるボアホールの状態情報を表示する表示工程を含んでもよい。

本方法では、測定工程は掘削機1をボアホール6から引き抜くときに実行してもよい。本方法では、掘削工程中に測定工程を実行してもよい。本方法の好適な実施例において、掘削工程は待機期間を含み、待機期間中、掘削機1をボアホール6の長手方向に対して静止させておく。すなわち、待機期間中、掘削機1はボアホール6内でボアホール6の深さ方向の位置を静止させておく。本方法のこの好適な実施例では、測定工程を掘削工程の待機期間中に行う。

次に、打撃掘削用の掘削装置、ならびにいくつかの実施例およびその変形例について詳細に述べる。

掘削装置は、ボアホールを掘削する掘削機1を含む。

掘削機1は、少なくとも1本のドリルロッド2、およびドリルビットアセンブリを備える。

掘削装置は、掘削機1によって掘削されたボアホール6の測定を行って掘削機1で掘削したボアホール6に関するデータを取得するセンサ手段5を備えるボアホール探査器4を含み、ボアホール探査器4は掘削機1内に配設される。

掘削装置は、ボアホール探査器4から得られるボアホール6に関するデータを送信する送信手段23、および送信手段23から送られてくるボアホール6に関するデータを受信する受信手段33を含んでもよい。送信手段23と受信手段33とは有線接続または無線接続(図示せず)でつないでもよい。これに代わって、もしくはそれに加えて、ボアホール探査器4は記憶手段26を備えていてもよく、ボアホール探査器4が掘削機1とともに少なくとも部分的にボアホール6内に位置している際、ボアホール6に関するデータをボアホール探査器4の記憶手段26に記憶し、ボアホール探査器4を掘削機1とともにボアホール6から取り出してから、例えば記憶手段26をデータ処理手段7に接続させてボアホール6に関するデータを処理手段7に後で送信するようにしてもよい。

掘削装置は、ボアホールに関するデータを処理してボアホールの状態情報を取得する処理手段7を備える。

掘削機1は、フラッシング液および/またはフラッシングガスなどのフラッシング流体をドリルビットアセンブリ3に送る中央フラッシング流路8を備え、ボアホール探査器4は中央フラッシング流路8内に着脱可能に、または固定的に配設され、流体がボアホール探査器4内を通って中央フラッシング流路8を流れることができるようにする。

ボアホール探査器4は中央フラッシング流路8に配設されているので、ボアホール探査器4は中央フラッシング流路8を流れるフラッシング流体によって冷却される。

ドリルビットアセンブリ3はフラッシング流路部30を含んでもよく、また、ボアホール探査器4の少なくとも一部分はドリルビットアセンブリ3のフラッシング流路部30内に配設してもよい。

掘削装置のいくつかの実施例において、掘削機1はさらに中央フラッシング流路部36を備えるアダプタ9を含んでもよい。これらの実施例では、ドリルビットアセンブリ3はアダプタ9によって掘削機1のドリルロッド2に緊締され、アダプタ9の中央フラッシング流路部36が掘削機1の中央フラッシング流路8の一部を形成するようにする。これらの実施例では、ボアホール探査器4は少なくとも一部分がアダプタ9の中央フラッシング流路部36内に位置するように配される。

例えば図2に部分的に示す掘削装置のように、掘削装置のいくつかの実施例には、第1のアダプタ部10および第2のアダプタ部11で構成されるアダプタ9が含まれる。これらの実施例において、第1のアダプタ部10は、ドリルビットアセンブリ3をアダプタ9の第1のアダプタ部10に緊締する第1の雌ねじ部12および第1の雄ねじ部13を備える。これらの実施例において、第2のアダプタ部11は、第1のアダプタ部10の雌ねじ部12と連携する雄ねじ部14、およびアダプタ9の第2のアダプタ部11を掘削機1のドリルロッド2に緊締する第2の雌ねじ部15を備える。これらの実施例において、第1のアダプタ部10は第1の中央フラッシング流路部16を含み、第2のアダプタ部11は第2の中央フラッシング流路部17を含む。これらの実施例において、ボアホール探査器4は、少なくとも一部分が第1のアダプタ部10の第1の中央フラッシング流路部16内に、そして/または少なくとも一部分が第2のアダプタ部11の第2の中央フラッシング流路部17内に配設される。これらの実施例において、第1のアダプタ部10および第2のアダプタ部11は、第1のアダプタ部10の第1の雌ねじ部12と、第2のアダプタ部11の第2の雄ねじ部14とによって接続され、ドリルビットアセンブリ3は、アダプタ9によって、つまり第1のアダプタ部10および第2のアダプタ部11によって、ドリルロッド3に接続されることにより、第1のアダプタ部10の第1の中央フラッシング流路部16および第2のアダプタ部11の第2の中央フラッシング流路部17によって掘削機1の中央フラッシング流路8の一部が形成される。

ボアホール探査器4は、図2に示すように、好適には掘削機1の中央フラッシング流路8内のダンピング手段18間に懸架されるが、これに限らない。このようなダンピング手段18は次のうちの少なくとも1つを含むことが好ましいが、これに限らない。すなわち、ダンピング手段は、例えば、太さ0.5〜3.0mmのワイヤなどからなる円錐バネなどのバネ手段、液圧式ダンピング手段、および圧搾空気式ダンピング手段のうちの少なくとも1つを含む。このようなダンピング手段は、例えば、円錐バネのようなバネ手段を備えていてもよく、このような円錐バネはワイヤなどからなり、ワイヤの太さ、例えば直径は0.5〜3.0mmであり、好適には1.0〜2.5mm、より好適には1.5〜2.0mm、例えば1.8mmである。ダンピング手段18を用いる目的の1つは、打撃掘削時にボアホール探査器4のセンサ手段5を保護することにある。このようなダンピング手段18は、必須ではないが好適には図4および図5に示すような円錐バネ状のバネ手段を少なくとも1つ含む。必須ではないものの円錐バネを使用することが好ましい理由は円錐バネの構造にあり、円錐バネの構造のほうが、円筒バネの場合よりもフラッシング流体がより効率的に流動できる。その理由の1つは、円錐バネの場合、フラッシング流体が円錐バネの中をその中心方向に流れるときに必要な流れ方向の変化は、円筒バネの中をその中心軸方向に流れる場合よりも小さいことである。バネ手段をダンピング手段18として用いる場合、必須ではないが、例えば図2に示すようにバネ手段を2つ用いて、各ダンピング手段18を中央フラッシング流路8の内側(参照符号なし)とボアホール探査器4との間に配設してボアホール探査器4をバネ手段間に懸架するようにすることが好ましい。

ダンピング手段18は、できれば掘削機1の中央フラッシング流路8内のボアホール探査器4の外側に位置させて、掘削機1の中央フラッシング流路8内を流れるフラッシング流体にダンピング手段18をさらすとともに、掘削機1の中央フラッシング流路8を流れるフラッシング流体に直にダンピング手段18が接触するようにすることが好ましい。

本装置の好適な実施例において、ボアホール探査器4は掘削機1の中央フラッシング流路8のダンピング手段18間に懸架されて、ボアホール探査器4はダンピング手段18のみによって掘削機1の中央フラッシング流路8内で支持される。このような実施例は打撃式掘削においてとくに有利であり、その理由は、ボアホール探査器4のセンサ手段5を例えば過度の振動から保護できることである。

ボアホール探査器4のセンサ手段5は、必須ではないが好適には、少なくともその一部分、なるべくならば全体がポリウレタンなどのポリマに埋設されて、センサ手段5の少なくとも一部分が埋め込まれたポリマの少なくとも一部分、なるべくならば全体がボアホール探査器4の最外側面を構成し、またセンサ手段5の少なくとも一部分が埋め込まれたポリマの少なくとも一部分、なるべくならば全体がボアホール探査器4の保護外被24を形成する。センサ手段5の少なくとも一部分が埋め込まれたポリマが少なくとも部分的にボアホール探査器4の最外側面を形成しているため、掘削機1の中央フラッシング流路8を流れるフラッシング流体によって、ボアホール探査器4のセンサ手段5を効果的に冷却できる。

ボアホール探査器4は、必須ではないが好適には、少なくとも1本のフラッシング流体路を備えて、フラッシング流体をボアホール探査器4内に流せるようにする。

本装置は、必須ではないが好適には、少なくとも1本のフラッシング流体路20を備え、流体をボアホール探査器4とフラッシング流路の間で押し流すことで、フラッシング流体がボアホール探査器4内を通れるようにする。

ボアホール探査器4は、必須ではないが好適には、打撃掘削中にエネルギーを採取する圧電デバイス19を備える。

ボアホール探査器4は、必須ではないが好適には、角速度を示す第1の信号を生成する少なくとも1つのジャイロセンサ31、およびボアホール6に沿った加速度を示す第2の信号を生成する少なくとも1つの加速度センサ32を備える。

本装置は、必須ではないが好適には、データ処理手段7が出力するボアホールの状態情報を表示する表示手段34を含む。

次に、本願明細書に記載の方法などの打撃掘削方法および/または本願明細書に記載の装置などの打撃掘削用掘削装置で使用するボアホール探査アセンブリ(参照符号なし)、ならびにボアホール探査アセンブリのいくつかの実施例およびその変形例について詳細に述べる。

ボアホール探査アセンブリは、ボアホール6に関するデータを収集するセンサ手段5を備えたボアホール探査器4を含む。

ボアホール探査アセンブリはダンピング手段18も備えて、打撃掘削用の掘削機1の中央フラッシング流路8の前記ダンピング手段18間にボアホール探査器を懸架する。このようなダンピング手段18は、必須ではないが好適には、次のうちの少なくとも1つを含む。すなわち、ダンピング手段は、例えば、太さ0.5〜3.0mmのワイヤなどからなる円錐バネなどのバネ手段、液圧式ダンピング手段、および圧搾空気式ダンピング手段のうちの少なくとも1つを含む。このようなダンピング手段は、例えば、円錐バネなどのバネ手段を備えていてもよく、このような円錐バネはワイヤなどからなり、ワイヤの太さ、例えば直径は0.5〜3.0mmであり、好適には1.0〜2.5mm、より好適には1.5〜2.0mm、例えば1.8mmである。円錐バネをボアホール探査アセンブリに使用すると、中央フラッシング流路8内のフラッシング流体の流れへの影響が少なくてすむという利点が得られる。必須ではないものの円錐バネを使用することが好ましい理由は円錐バネの構造にあり、円錐バネの構造のほうが、円筒バネの場合よりもフラッシング流体がより効率的に流動できる。その理由の1つは、円錐バネの場合、フラッシング流体が円錐バネの中をその中心方向に流れるときに必要な流れ方向の変化は、円筒バネの中をその中心軸方向に流れる場合よりも小さいことである。バネ手段をダンピング手段18として用いる場合、必須ではないが、例えば図2に示すようにバネ手段を2つ用いて、各ダンピング手段18を中央フラッシング流路8の内側(参照符号なし)とボアホール探査器4との間に配設してボアホール探査器4をバネ手段間に懸架するようにすることが好ましい。

ダンピング手段18はボアホール探査器4の外側に位置することが好ましいが、これに限らない。

ボアホール探査器4のセンサ手段5は、なるべくなら少なくともその一部分が、好適には全体がポリウレタンなどのポリマに埋設されて、センサ手段5の少なくとも一部分が埋め込まれたポリマの少なくとも一部分、なるべくならば全体がボアホール探査器4の最外側面を構成するとともに、センサ手段5の少なくとも一部分が埋め込まれたポリマの少なくとも一部分、なるべくならば全体がボアホール探査器4の保護外被24を形成するようにする。センサ手段5の少なくとも一部分が埋め込まれたポリマが少なくとも部分的にボアホール探査器4の最外側面を形成しているため、掘削機1の中央フラッシング流路8を流れるフラッシング流体によってボアホール探査器4のセンサ手段5を効果的に冷却できる。

ボアホール探査器4を掘削機1の中央フラッシング流路8内に懸架させるので、ボアホール探査器4は中央フラッシング流路8を流れるフラッシング流体によって冷却されることになる。

図2〜図5に示す実施例では、ボアホール探査器4は2つの端部を有する長尺状構造であり、各端部にダンピング手段18がそれぞれ1つ設けられている。

ボアホール探査アセンブリは、必須ではないが好適には圧電デバイス19を備え、圧電デバイス19は、打撃掘削中、すなわち掘削機1およびその各構成部材(ドリルロッド2、ドリルビットアセンブリ3、そしてドリルロッド2とドリルビットアセンブリ3の間にアダプタ9が設けられている場合にはアダプタ9も)が打撃掘削振動をすると、エネルギーを採取する。また、ボアホール探査アセンブリは、必須ではないが好適には、圧電デバイス19が生成した電気エネルギーを蓄えるエネルギー貯蔵手段21を備える。とくに掘削機1をボアホール6から引き抜いてからボアホールの探査を行う場合にエネルギー貯蔵手段21は有用である。なぜなら、これによって、ボアホール6の掘削に際して打撃掘削中に圧電デバイス19でエネルギーを採取し、その後、ボアホール6から掘削機1を引き出すと、センサ手段でエネルギー貯蔵手段21の貯蔵エネルギーを使用できるためである。圧電デバイス19は1つ以上の圧電装置で構成され、圧電装置はユニモルフ型、バイモルフ型、モノモルフ型、またはマルチモルフ型でよい。このような圧電装置は、予め変形させてもよく、また、例えば金属、ポリマ、および/またはセラミック材料製などでよい。このような圧電装置は、図6および図7に示すように、例えばボアホール探査器4の片端または両端に緊締された可撓性圧電プレート35を備えていてもよい。共振周波数を手動で調節する錘36は、可撓性圧電プレートに緊締してもよい。錘36はなるべく偏心して配設し、錘26が掘削機1の回転および掘削機1の振動によって動くようにする。コイル(図示せず)またはコンデンサ(図示せず)を設けて、電気で共振周波数を調節してもよい。

エネルギーを蓄えるエネルギー貯蔵手段21は、エネルギーを蓄える蓄電器28と蓄電器28を充電するインダクタンスコイル29、またはコンデンサを含んでもよい。

ボアホール探査アセンブリのセンサ手段5は、必須ではないが好適には、角速度を示す第1の信号を生成する少なくとも1つのジャイロセンサ31、およびボアホール6に沿った加速度を示す第2の信号を生成する少なくとも1つの加速度センサ32を含む。

ボアホール探査アセンブリは、必須ではないが好適には、制御信号を受信してボアホール探査アセンブリの動作を制御する第1の受信手段22を含む。

ボアホール探査アセンブリは、必須ではないが好適には、ボアホール6に関するデータを送信する送信手段23を含む。

ボアホール探査アセンブリは、必須ではないが好適には、例えばポリマ外被などの保護外被24を含む。このような保護外被は、防塵防水タイプであることが好ましいが、これに限らない。

ボアホール探査アセンブリは、必須ではないが好適には保持手段27を含み、ボアホール探査アセンブリを掘削機1の中央フラッシング流路8に装着する際にボアホール探査アセンブリが回転するのを防止する。

ボアホール探査アセンブリは、必須ではないが好適には、センサ手段5を制御する制御手段25を含む。

ボアホール探査アセンブリは、必須ではないが好適には記憶手段26を含み、ボアホール探査アセンブリが掘削機1とともにボアホール6内に少なくとも部分的に位置する際に、センサ手段5が出力するボアホール6に関するデータを記憶する。

当業者には明白なことであるが、本発明の基本概念は技術の進歩に従ってさまざまな方法で実現可能である。よって、本発明およびその実施例は、上述の例に限定されるものでなく、本願特許請求の範囲において変更してもよい。

1.掘削機 2.ドリルロッド 3.ドリルビットアセンブリ 4.ボアホール探査器 5.センサ手段 6.ボアホール 7.データ処理手段 8.中央フラッシング流路 9.アダプタ 10.第1のアダプタ部 11.第2のアダプタ部 12.第1の雌ねじ部 13.第1の雄ねじ部 14.第2の雄ねじ部 15.第2の雌ねじ部 16.第1の中央フラッシング流路部 17.第2のフラッシング流路部 18.ダンピング手段 19.圧電デバイス 20.フラッシング流体路 21.エネルギー貯蔵手段 22.第1の受信手段 23.送信手段 24.保護外被 25.制御手段 26.記憶手段 27.保持手段 28.蓄電器 29.インダクタンスコイル 30.フラッシング流路部 31.ジャイロセンサ 32.加速度センサ 33.第2の受信手段 34.表示手段 35.可撓性圧電プレート 36.錘 37.中央フラッシング流路部