TW200303955A - Method and device for drilling holes - Google Patents

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200303955 五、發明說明ο) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種鑽孔方法，尤指一種用於土壤或岩 石材料上的沖擊式鑽孔或旋轉沖擊式鑽孔方法，其中，其 鑽孔係藉由裝設於鑽桿組合體之鑽頭以沖擊式及/或旋轉 沖擊式鑽孔而成，且包覆管或套管係可被導引入該鑽孔 中，其中，所挖掘之碴料及/或特別經由鑽桿組合體導入 鑽頭區域之清洗及/或冷卻流體，係被導引進入形成於該 鑽桿組合體外圓周與該套管内圓周之間的環狀空間，而經 由至少一供應開口自該鑽孔排出。此外，本發明係關於一 種鑽孔裝置，尤指一種用於土壤或岩石材料上的沖擊式鑽 孔或旋轉沖擊式鑽孔裝置，其中，以裝設於鑽桿組合體的 鑽頭藉由沖擊式及/或旋轉動作鑽孔，而包圍該鑽桿組合 體而設置的包覆管或套管可被導引至該鑽孔内，其中，該 清洗及/或冷卻流體可特別通過該鑽桿組合體的内部被導 引至該鑽頭的挖掘表面區域，而該所挖掘之碴料及/或清 洗及/或冷卻流體則可被導引至形成於該鑽桿組合體與套 管間的環狀空間中，並經由至少一供應開口自該鑽孔排 出。 【先前技術】 前面所簡介的鑽孔方法與裝置有例如專利文件 AT-B390 303， W0 98/2143，或 W0 01/63085 等所示者為 習知，其中，在這些已知的結構中，被挖掘之碴料及/或 受導引之清洗或冷卻流體均係經由形成於鑽桿組合體與套 管間的環狀空間而排出。該清洗及/或冷卻流體係經由例

92234.ptd 第7頁 200303955 "五、發明說明（2) 如形成於該鑽桿組合體内部的一適當中空空間而被導引至 該鑽頭的挖掘表面區域。而這些已知的實施例卻有如下述 之缺點··於鑽孔期間在將高壓之水任意向鑽孔中灌注時， 所導入之水與所挖掘之碴料以及所導入之清洗及/或冷卻 流體特別經由形成於該鑽桿組合體與套管間的環狀空間， 亦即如同沿著該套管的外圓周圍而自該鑽孔排出；而對操 作人員造成危險，由此也可能由於該普遍存在的高壓，而 使整個鑽孔裝置從鑽孔向與開鑽方向相反之方向抽出。 【内容】 • 本發明之目標在於對最初所定義之裝置與方法進行進 一步的研發，以使於將高壓之水灌入鑽孔時，特別係進入 該鑽頭之區域時，防止水經由正常鑽孔過程中為所開挖之 碴料及清洗及/或冷卻流體所形成之運送截面滲透，以及 提供鑽孔裝置或至少是套管或包覆管之安全錨固，以確保 其緊密度。 為了達成這些目的，最初所定義之方法其基本特徵在 於，在鑽孔期間或完成後，該進入鑽頭之清洗及/或冷卻 流體之供應將被中斷，而用以導入挖掘碴料及/或清洗及/ 或冷卻流體進入該存在於鑽桿組合體與套管間的環狀空間 P供應口亦將關閉，特別係以一流體密封的狀態密封，而 該包覆管或套管之突出鑽孔之端部係固定於該鑽孔壁面且 對該壁面密封成流體密封狀態。因為根據本發明，事實上 進入該鑽頭的清洗及/或冷卻流體之供應，以及可進入該 形成於鑽桿組合體與套管間之環狀空間的進入或供應開口

92234.ptd 第8頁 200303955 五、發明說明（3) 均將分別被中斷或關閉成流體密封狀態，當對該鑽孔灌水 (特別是進入該鑽頭區域中）時，可能於高壓下的水，其將 不會自該清洗及/或冷卻流體供應方向的反向排出，也不 會自該挖掘碴料與受導引清洗及/或冷卻流體的運送方向 排出，以避免對任何操作人員造成危險與配置於該鑽孔外 侧之附加裝置的破壞。除此之外，根據本發明，該套管或 包覆管之突出鑽孔之端部，係相對於該鑽孔壁面固定且以 流體密封狀態密封，以安全地避免水經由該形成於套管之 外圓周面與鑽孔内壁間的自由空間滲透。因此，根據本發 明，由於將存在於該鑽桿組合體與套管間且用以於鑽孔過 程中運送鑽頭地域之被挖掘碴料的環狀空間予以可靠密 封，而一方面也同時防止水從套管外面周圍滲透。亦可確 保水不至於自鑽孔而經由形成於該鑽桿組合體中的供應導 管對抗著對該清洗及/或冷卻流體的供應壓力而排出，亦 不至於導引入該鑽孔外的各供應裝置。 根據一較佳實施例，係提出將形成於套管而用以將由 於鑽頭之向鑽孔之反向移動，而將碴料填入該存在於鑽桿 組合體與套管間的環狀空間中之供應開口 ，以至少一個密 封元件密封，該密封元件係設於遠離該鑽頭挖掘表面之端 部；該鑽頭往鑽孔之相反方向所進行的移動將可於獲得一 段所需的鑽孔長度下，用以預防而可靠地避免任何後續水 滲入鑽孔而滲出之問題的發生。如杲在鑽孔時，在特別含 有高壓水的情形下對地盤或岩石層進行鑽孔，該鑽頭將產 生對抗執行鑽孔步驟的力道之與鑽孔方向相反的位移，並

92234.pid 第9頁 200303955 岌、發明說明（4) 自動確保該可通入存在於該鑽桿組合體與套筒間的内部或 環狀空間之供應開口的適當密封性，本發明也提供中斷經 由該鑽桿組合體之清洗及/或冷卻流體的供應，以及將該 套管突出鑽孔之端部錨固並密封套管之外面周圍等特徵， 將可自動地完成該鑽孔於壓力水入口處的實質密封。 為了要額外地至少達成該鑽孔内的套管固定，另一實 施例係提出，該套管突出鑽孔之端部係被固定且特別係被 楔住或鉗住於密封區域中，以避免套管於鑽孔中向鑽孔之 相反方向拔出。而除了根據本發明所提出的將套管突出鑽 #之端部之固定與密封外，如果高流體壓力發生時，較大 的力量亦將可能於該鑽頭的對應尺寸截面積處產生，此力 量將作用於該鑽孔元件而使鑽孔元件自鑽孔浮起，本發明 乃提供額外的固定，特別係藉由楔住或鉗住該相對應鑽孔 套管之端部來達成。 為了要能回收且任意再使用可用以執行鑽孔之元件的 至少一些部分，根據本發明的進一步較佳實施例所提出， 該鑽桿組合體本身係可於鑽孔完成後自該鑽頭分離且自該 套管拔出。在此一狀態下，得以該鑽頭連同套管形成該鑽 孔的緊密度以對抗自該鑽孔的水滲入現象，而該鑽桿組合 •則可將總長度的各部實質上再使用。 為了形成該套管的適當固定，該套管將於該鑽桿組合 體與該鑽頭移除時仍保留於該鑽孔中，此係根據另一較佳 實施例而提出，而當將該鑽桿組合體以習知之方法移除 後，該鑽孔以及特別是該套管或包覆管中以硬化材料填

92234.ptd 第]0頁 200303955 五、發明說明（5) 滿。 為了達成前述所指出之目的，最初定義的裝置之基本 特徵為：具有至少一個設於供應導管上的密封元件，而該 供應導管係用以供應清洗及/或冷卻流體至該鑽頭以及至 少一可通入該存在於該鑽桿組合體與套管間環狀空間的供 應開口之區域，以及該套管突出該鑽孔之端部係藉由一固 定及/或密封裝置固定且以流體密封狀態相對於其環繞的 土壤或岩石材料密封，因此，根據本發明所提出之用以供 給該清洗及/或冷卻流體至該鑽頭的供應導管，與用以傳 送出被挖掘碴料及導入之清洗及/或冷卻流體的供應導管 將於鑽孔作業中以適當狀態下被中斷或關閉且密封，以避 免於高壓下可任意進入的水於鑽孔作業中經由該鑽頭與運 送截面積滲入。此外，也提供適當的固定及/或密封裝 置，以固定且密封該套管突出於鑽孔外之端部。 為了要確保特別簡單、且實質上為自動地將該清洗流 體供應導管的流體供應阻斷與密封，根據本發明之一較佳 實施例提出可於該清洗及/或冷卻流體之供應方向的反向 上關閉的止回閥，該止回閥係設於用以供應清洗及/或冷 卻流體至該鑽頭的供應導管中，且該止回閥特別係以一相 對簡單且成本上有效地直接配置於該清洗流體出口前（自 該形成於鑽頭挖掘表面的個別通道開口），且如果進入該 挖掘表面區域的水具有較該挖掘流體供應壓力為高之壓 力，該止回閥即將直接造成該清洗流體供應的自動阻斷與 密封。

92234.ptd 第11頁 200303955 i、發明說明（6) 為了要確保至少一通往該存在於鑽桿組合體與套管間 之環狀空間的進入或供應開口的特別可靠密封，該環狀空 間係用於鑽孔過程中運送被挖掘之碴料及導入之清洗及/ 或冷卻流體。根據另一實施例係提出至少一個設於該鑽頭 鑲邊且遠離該鑽頭之挖掘表面的密封元件，該密封元件於 鑽孔完成後將密封該形成於套管中的供應開口以及該可通 往存在於鑽桿組合體與套管間之環狀空間的供應開口 ，且 特別係藉由該鑽頭往鑽孔相反方向之移動而施行。此一密 封元件將可適當地設於該鑽頭鑲邊且遠離該鑽頭之挖掘表 Θ，藉此將可令該至少一可通往存在於該鑽桿組合體與套 管間之環狀空間的供應開口於該套管中的鑽頭於鑽孔完成 後的拔除時立即地自動阻斷且密封，或者由於作用於挖掘 表面之水壓之驅動力使鑽頭偶然對抗驅動力而移動時，自 動阻斷與密封，如前所述。於是，特別是高壓水之經由該 環狀空間向外滲透之問題可有效地避免。 在此上下文中，根據一特別地較佳實施例而提出形成 於該鑽頭突出部上並適合該套管之内部尺寸之密封元件， 且設有附加之密封元件，特別係密封環。於鑽孔過程中， 該突出部係作為用以將該鑽頭對準於該套管中心的導向裝 P，而可以一相對緊貼的密合狀態收容於該套管之任意強 化前端部分，以當該鑽頭向其鑽孔的相反方向拔除或後推 時，於該套管中提供可通往存在於該鑽桿組合體與套管間 之環狀空間的供應開口的可靠密封。而除了該套管中該鑽 -頭或鑽頭突出部間的緊貼密合安排外，此時的密封動作將

92234.ptd 第12頁 200303955 五、發明說明（7) 可藉由該密封元件，特別是密封環所協助，而該附加之密 封元件特別係設置成於封閉位置時符合該至少一個進入開 口的佈置或配置位置。 如前所述，開鑽時可能由於高壓而產生特別係作用於 該套管自該鑽孔拔除之方向上的大作用力，而該大作用力 係由該鑽頭之挖掘表面或截面積產生作用。而除了根據本 發明所提出該套管突出該鑽孔的固定與密封之外，根據進 一步的較佳實施例提出至少一形成於固定及/或密封裝置 的固定或鉗住單元，以固定及密封該套管突出該鑽孔的端 部。該固定或鉗住元件允許套管在鑽孔過程中實質上無妨 礙地導入，而一方面產生附加之鉗住力與支持力於套管承 受自該鑽孔拔除之方向，亦即與鑽孔方向相反之推力時， 提供固定套管之作用。 在此上下文中，該套管之特別可靠的套管的附加固定 係藉環繞於該套管周圍的環狀元件所形成的固定或鉗住元 件而可輕易達成，該環狀元件於其外表面為一圓錐型表 面，且可於該套管往鑽孔之相反方向移動時配合該固定元 件的互補圓錐型内表面，藉此而可避免該套管往鑽孔之相 反方向作任何移動，與本發明之進一步較佳實施例相對 應。 而為了使本發明裝置中各元件的至少部分可回收再使 用，根據進一步的較佳實施例係提出，該鑽桿組合體就其 本身而言係可與該鑽頭分離且可自該鑽孔中移出。 【實施方式】

92234.ptd 第13頁 200303955 岌、發明說明（8) 以下參照附圖詳細說明本發明之實施例。 顯示於第1、2圖的裝置係可藉由裝設於一鑽桿組合體 2的鑽頭1而進行鑽孔3，該鑽頭1係包括有在其挖掘面4之 例如硬材料或硬金屬的鑲嵌物5，而經由該鑽桿組合體2， 清洗及/或冷卻流體即經由圖所指出的供應導管6而導引至 該鑽頭1的挖掘表面4區域、另有於第1、2圖指出的出口開 口 7。有一個止回閥8設置於該供應導管6的鑽頭1區域中， 該止回閥阻止該清洗及/或冷卻流體向代號9所示供應方向 之相反方向流動。 Φ 該鑽桿組合體2係由一套管1 0所包圍，且其中所挖掘 碴料與導入之清洗及/或冷卻流體係依箭號2 6，經由通道 或供應開口 1 2，導引至形成於鑽桿組合體2外圓周與該套 管1 0内圓周之間的環狀空間1 3，以及如第1圖所示之鑽孔 狀態所示自該鑽孔3排出。 該套筒1 0突出該鑽孔3的端部係藉由一固定裝置1 5固 定於鑽孔3周圍之地盤1 6，並且設有附帶顯示的密封元件 17° 此外，該套管1 0突出於該鑽孔3的端部區域1 4係由一 固定元件或固定楔形物1 8所包圍，該楔形物1 8係有一向著 β套管1 0端部傾斜的外表面1 9且可配合該固定元件1 5的錐 形内輪廓2 0，該根據箭號9之方向而作用的鑽孔程序，將 可順暢地完成，且該套管1 0亦可分別藉由該固定1 5及密封 裝置1 7及額外密封裝置1 8，被阻止向鑽孔的相反方向（即 自該鑽孔3拔除的方向）移動，而例如藉由該鑽孔配件2的

92234.ptd 第14頁 200303955 五、發明說明（9) 牽引力隨著鑽孔進行之作用而被導入該鑽孔3中。 第2圖顯示例如由於流體的滲入，特別係如箭號2 1所 示的水的作用該鑽頭1向鑽孔方向9之相反方向退回至該套 管1 0内部時的狀態，或該鑽頭1於該套管1 0中向鑽孔的相 反方向移至該鑽孔3的内部的狀態。在第2圖所示的位置 中，該形成於該清洗及/或冷卻流體供應導管中的止回閥ί 係於高壓水進入位於該鑽頭1挖掘表面前之空間2 2的出口 時關閉。 除此之外，該進入形成於鑽桿組合體2與套管1 0間之 環狀空間1 3的供應開口 1 2係藉由一密封元件2 3而關閉，該 密封元件2 3係形成於一遠離該鑽頭1挖掘表面4之端部的突 出部2 4上，而該密封元件2 3不僅於該套管1 0内部以緊貼密 合狀態引導，亦包括特別係密封環的附加密封元件2 5以進 一步協助密封效果，因此，該密封元件2 3將能可靠地避免 碴料以及偶而滲入之高壓水進入該環狀空間1 3的内部。 由於該套管1 0係安全地扣錨於其突出該鑽孔3之端部 1 4，且亦相對周圍地盤1 6而分別藉由固定裝置1 5、密封裝 置1 7及附加固定楔形物1 8密封，因此，該鑽孔3中的水與 挖掘碴料的滲出現象亦將安全地於此處被阻止。除此之 外，考量該鑽頭1的相對尺寸截面積與具有任意長度鑽孔 元件的重量，即便是在例如有1 0巴（bars)的高壓下亦可藉 由該固定裝置1 5與該額外固定裝置1 8，可靠地確保來自該 鑽孔3且伴隨高壓下流體的鑽孔裝置元件浮起現象不致發 生。藉此將可避免操作人員的危險與未詳細圖示特別係指

___ 92234.ptd 第15頁 200303955 五、發明說明（ίο) 提供動力使鑽桿組合體2完成或進行鑽孔之裝置等之附屬 裝置的可能破壞。 到達如第2圖所示對水滲入鑽孔3予以可靠密封狀態 時，該鑽桿組合體2將可相對地自該鑽頭或包括密封元件 的突出部2 4分離，而於新的鑽孔步驟中再使用。而為了進 一步固定已完成的鑽孔，隨後即以硬化材料實質上填滿該 套管10内部13。

92234.ptd 第16頁 200303955 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之裝置於鑽孔過程中完成本發明之方 法的示意圖；而 第2圖係近似於第1圖，為鑽孔裝置安全地密封之示意 圖，以避免高壓下流體自該鑽孔裝置滲出之現象。 1 鑽 頭 2 鑽 桿 組 合 體 3 鑽 孔 4 鑽 頭 挖 掘 表 面 5 硬 質 鑲 嵌 物 6 供 應 導 管 7 開 口 8 止 回 閥 9 鑽 孔 方 向 10 套 管 12 供 應 開 P 13 環 狀 空 間 14 鑽 孔 端 部 15 固 定 裝 置 16 周 圍 地 盤 17 密 封 裝 置 18 固 定 裝 置 19 圓 錐 型 表 面 20 圓 錐 型 内 表面 23 密 封 單 元 24 鑽 頭 突 出 部 25 附 加 密 封 單 元

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Claims (1)

1. 2Θ0303955 ~六、申請專利範圍 1. 一種鑽孔方法，尤指一種用於土壤或岩石材料上的沖 擊式鑽孔或旋轉沖擊式鑽孔之方法，該鑽孔（3 )係藉由 裝設於鑽桿組合體（2 )之鑽頭（1 )以沖擊式及/或旋轉沖 擊式鑽孔而成，且可將包覆管或套管（10)導引入該鑽 孔（3 )中，其中，被挖掘的碴料及/或導入至該鑽頭（1) 區域之特別係經由該鑽桿組合體（2 )進入該區域之清洗 及/或冷卻流體，係被導引進入形成於該鑽桿組合體 (2 )外圓周與該套管（1 0 )内圓周之間的環狀空間（1 3 )， 而經由至少一供應開口（ 1 2 )而自該鑽孔（3 )排出，其特 _徵在於當該鑽孔（3 )期間或鑽孔完成後，進入該鑽頭 (1 )的清洗及/或冷卻流體將中斷供應，而用以導入該 被挖掘碴料及/或清洗及/或冷卻流體進入該存在於鑽 桿組合體（2 )與套管（1 0 )間之環狀空間（1 3 )的供應開口 (1 2 )亦中斷供應，且特別被密封成一流體密封狀態， 同時，該包覆管或套管（1 0 )亦於其突出鑽孔（3 )之端部 被固定且相對應於該鑽孔外壁（1 6)密封成流體密封狀 態。 2. 如申請專利範圍第1項之鑽孔方法，其特徵在於，該形 成於套管（1 0 )的供應開口（ 1 2 )為於該鑽頭（1 )往鑽孔之 β相反方向移動時將被挖掘碴料填入該存在於鑽桿組合 體（2 )與套管（1 0 )間的環狀空間（1 3 )中，而該供應開口 (1 2 )係藉由至少一形成於遠離該鑽頭（1 )挖掘表面之端 部上的密封元件（8, 23)密封。 3. 如申請專利範圍第1或2項之鑽孔方法，其特徵在於，

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   200303955 兴、申請專利範圍 固定且以流體密封狀態相對密封於其周圍的土壤或岩 石地盤（1 6 )。 7. 如申請專利範圍第6項之鑽孔裝置，其特徵在於，於用 以供應清洗及/或冷卻流體至該鑽頭（1 )的供應導管（6 ) 中設止回閥（8 )，用以關閉該清洗及/或冷卻流體向供 應方向（9 )反向之流動。 8. 如申請專利範圍第6或7項之鑽孔裝置，其特徵在於， 至少一個形成於該鑽頭遠離該鑽頭（1 )之挖掘表面（4 ) 之端部密封元件（2 3 )，該密封元件（2 3 )於鑽孔（3 )完成 _後特別藉由該鑽頭（1 )往鑽孔方向（9 )之反向移動而將 該形成於套管（1 0 )中的供應開口（ 1 2 )以及該可通往存 在於鑽桿組合體（2 )與套管（1 0 )間之環狀空間（1 3 )的開 口密封。 9. 如申請專利範圍第8項之鑽孔裝置，其特徵在，該密封 元件（2 3 )係形成於於鑽頭突出部（2 4 )上以適合該套管 (1 0 )的内部尺寸且設有附加之密封元件（2 5 )。 1 0 .如申請專利範圍第6至9項中任一項之鑽孔裝置，其特 徵在，於固定及/或密封裝置（1 5，1 7 )設有至少一個固 定或鉗住元件（1 8 )，以固定及密封住該套管（1 0 )突出 β該鑽孔（3)的端部（14)。 1 1.如申請專利範圍第1 〇項之鑽孔裝置，其特徵在於，該 固定或鉗合單元（1 8 )係由包圍該套管（1 0 )周圍的環狀 單元所形成，其外表面為一圓錐型表面（1 9 )，且可於 該套管（1 0 )往鑽孔方向（9 )之反向移動時配合該固定單

   92234.ptd 第20頁 200303955 六、申請專利範圍 元（1 5 )的互補圓錐型内表面（2 0 )，藉此而可阻止該套 管（1 0 )往鑽孔方向（9 )之反向的移動。 1 2 .如申請專利範圍第6、7、8、9、1 0或1 1項之鑽孔裝 置，其特徵在於，該鑽桿組合體（2 )本身係可依已知之 方式與該鑽頭（1 )分離且可自該鑽孔（3 )中移出。

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