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課題・解決手段

本発明は、掘削システムの分野に関し、より具体的には、電気パルスによる掘削用工具を含む掘削システムに関する。本発明の掘削システムは、支持フレーム(34)と、ポンプ付き油圧回路と、第1及び第2の掘削工具とを有する。第1及び第2の掘削工具の一方が、油圧式アクチュエータと、少なくとも1つの機械式固定部材及び油圧式アクチュエータと流体連通する少なくとも1つの油圧継手を含む取付けインターフェイスとを有する機械式掘削工具(1’)であり、第1及び第2の掘削工具の他方が、電気パルスによる掘削用工具であり、他方の掘削工具は、回転シャフトを有し、この回転シャフトの回転により電気を発生させる発電機(3)と、回転シャフトに結合され、この回転シャフトの回転を駆動させる油圧モータと、発電機(3)に電気的に接続され、発電機(3)によって電力供給され、それによって発電機(3)の瞬時電力よりも高い瞬時電力の電気パルスを発生させる電子パワーモジュール(4)と、この電子パワーモジュール(4)に接続された少なくとも1つの電極(5a)を含む複数の電極(5a,5p)であって、前面に配置される複数の電極(5a,5p)と、少なくとも1つの機械式固定部材(22)及び油圧モータ(2)と流体連通する少なくとも1つの油圧継手(20)を含む取付けインターフェイス(14)とを有する。第1及び第2の掘削工具の各取付けインターフェイスが、掘削アッセンブリの油圧回路と流体連津する対応する油圧継手を用いて、掘削システムの支持フレーム(34)の下で対応する掘削工具を取り外し可能に且つ交換可能に取り付けるのに適している。

概要

背景

既存の掘削工具の中には、特にカッタータイプの掘削工具が知られており、この掘削工具では、回転式カッターヘッド、すなわち「カッター」によって地盤を崩し、その後そのようにして生じた残土を除去することができる。カッター式掘削工具は、地面に200メートル(m)までの比較的大きな深さのトレンチを形成するのに通常使用され、その掘削工具の厚さは、トレンチの深さに比べて比較的小さく、500ミリメートル(mm)〜1800mmの範囲内である。掘削工具の一般的な幅は2800mmである。このような機械の利点の1つは、特に隣接するパネル同士の間の良好な連続性を確保するために、厳しい垂直基準に適合しながら、このような大きな深さのトレンチを形成できることである。トレンチ全体は、隣接し且つ並置された連続するパネルを掘ることによって得られる。

それにもかかわらず、このような掘削工具の欠点は、特に硬い地層、具体的には岩石層掘削する際にはあまり効果的ではないということである。この問題を解決するために、例えば特許文献1及び特許文献2に公開されているように、電気パルスによる掘削用工具が提案されている。このような掘削工具は、典型的には、掘削工具の前面に配置された電極を含む。電極同士の間の高出力放電によって、カッターを使用するよりも少ないエネルギーで、前面の真下に位置する岩石破砕することができる。

それにもかかわらず、電極に通電することは他の問題を引き起こす。電気パルスによる掘削用工具が、高出力であるが短時間の放電を、より控えめな定格電力を連続的に供給する電力供給源から生成する電子パワーモジュールを含む場合であっても、供給される電力は、それにもかかわらず十分高く、電源ケーブル地表近くで破損した場合に機器人員の安全性に問題を引き起こす。

この問題を解決するために、電気パルスによって削孔する特定の分野において、地表から油圧駆動される発電機を含む削孔工具が知られており、この工具は、公開された特許文献3及び特許文献4)、及び特許文献5に開示されている。それにもかかわらず、電気パルスによって削孔するこのような工具は硬い岩石層によく適しているが、柔らかい地層を掘削することに十分適していない。

概要

本発明は、掘削システムの分野に関し、より具体的には、電気パルスによる掘削用工具を含む掘削システムに関する。本発明の掘削システムは、支持フレーム(34)と、ポンプ付き油圧回路と、第1及び第2の掘削工具とを有する。第1及び第2の掘削工具の一方が、油圧式アクチュエータと、少なくとも1つの機械式固定部材及び油圧式アクチュエータと流体連通する少なくとも1つの油圧継手を含む取付けインターフェイスとを有する機械式掘削工具(1’)であり、第1及び第2の掘削工具の他方が、電気パルスによる掘削用工具であり、他方の掘削工具は、回転シャフトを有し、この回転シャフトの回転により電気を発生させる発電機(3)と、回転シャフトに結合され、この回転シャフトの回転を駆動させる油圧モータと、発電機(3)に電気的に接続され、発電機(3)によって電力供給され、それによって発電機(3)の瞬時電力よりも高い瞬時電力の電気パルスを発生させる電子パワーモジュール(4)と、この電子パワーモジュール(4)に接続された少なくとも1つの電極(5a)を含む複数の電極(5a,5p)であって、前面に配置される複数の電極(5a,5p)と、少なくとも1つの機械式固定部材(22)及び油圧モータ(2)と流体連通する少なくとも1つの油圧継手(20)を含む取付けインターフェイス(14)とを有する。第1及び第2の掘削工具の各取付けインターフェイスが、掘削アッセンブリの油圧回路と流体連津する対応する油圧継手を用いて、掘削システムの支持フレーム(34)の下で対応する掘削工具を取り外し可能に且つ交換可能に取り付けるのに適している。

目的

この構成では、フレーム34の端部と、電気パルスによる掘削用工具1と、作動流体供給回路と、除去手段との相対的な構成が、分離できない工具と同じ機能を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

支持フレーム(34)と、ポンプ付き油圧回路と、第1及び第2の掘削工具とを有する掘削システムであって、第1及び第2の掘削工具の一方が、油圧式アクチュエータと、少なくとも1つの機械式固定部材(22)及び前記油圧式アクチュエータと流体連通する少なくとも1つの油圧継手(20)を含む取付けインターフェイスとを有する機械式掘削工具(1’)であり、第1及び第2の掘削工具の他方が、電気パルスによる掘削用工具(1)であり、前記他方の掘削工具は、回転シャフトを有し、該回転シャフトの回転により電気を発生させる発電機(3)と、前記回転シャフトに結合され、前記回転シャフトの回転を駆動させる油圧モータと、前記発電機(3)に電気的に接続され、前記発電機(3)によって電力供給され、それによって前記発電機(3)の瞬時電力よりも高い電気パルスを生成させる電子パワーモジュール(4)と、該電子パワーモジュール(4)に接続された少なくとも1つの電極(5a)を含む複数の電極(5a,5p)であって、前面に配置される複数の電極(5a,5p)と、少なくとも1つの機械式固定部材(22)及び前記油圧モータ(2)と流体連通する少なくとも1つの油圧継手(20)を含む取付けインターフェース(14)とを有しており、第1及び第2の掘削工具の各取付けインターフェイスが、掘削アッセンブリの前記油圧回路と流体連通する対応する油圧継手を用いて、前記掘削システムの前記支持フレーム(34)の下で対応する掘削工具を取り外し可能に且つ交換可能に取り付けるのに適している、掘削システム。

請求項2

前記支持フレームは、前記掘削工具を少なくとも1つの軸線周りに傾斜させる装置を含む、請求項1に記載の掘削システム。

請求項3

残土吸引ポンプをさらに含む、請求項1又は2に記載の掘削システム。

請求項4

前記支持フレーム(34)が少なくとも1本のケーブルによって吊り下げられるジブ(10)を含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の掘削システム。

請求項5

前記機械式掘削工具は、作動させるために前記機械式掘削工具の前記油圧式アクチュエータに結合されたカッター部材を含むカッター式掘削工具である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の掘削システム。

請求項6

前記複数の電極(5a,5p)は、前記前面の周囲に配置された複数の電極(5a,5p)から構成される少なくとも1つの列を含む、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の掘削システム。

請求項7

前記複数の電極(5a,5p)は、前記前面の中央領域に配置された少なくとも1つの電極(5a,5p)を含む、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の掘削システム。

請求項8

前記複数の電極(5a,5p)は、前記電子パワーモジュール(4)に接続された少なくとも2つの電極(5a)を含み、前記電子パワーモジュール(4)は、前記電子パワーモジュール(4)が接続される前記少なくとも2つの電極(5a)のそれぞれに電気パルスを別々に送るように構成される、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の掘削システム。

請求項9

前記複数の電極(5a,5p)のうちの少なくとも1つの電極(5a,5p)の動きを、特に少なくとも垂直成分及び/又は水平成分を示す運動で駆動させるためのアクチュエータ装置をさらに有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の掘削システム。

請求項10

アクチュエータ装置が、少なくとも1つのリニアアクチュエータを含む、請求項5に記載の掘削システム。

請求項11

前記電気パルスによる掘削用工具(1)は、少なくとも1つの残土除去取入口(8)をさらに含む、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の掘削システム。

請求項12

前記電気パルスによる掘削用工具(1)は、前記掘削工具(1)の前面に配置された少なくとも1つの流体噴射ノズル(7)に通じる流体供給ダクト(6)をさらに含む、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の掘削システム。

請求項13

前記流体供給ダクト(6)は、前記掘削工具(1)の前記前面に分布する複数の流体噴射ノズル(7)に通じる、請求項12に記載の掘削システム。

請求項14

前記前面は、細長い、例えば掘削方向に対して垂直な長方形である、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の掘削システム。

請求項15

トレンチを掘削するために、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の掘削システムを使用する方法であって、当該方法は、第1の掘削工具を前記支持フレームの下に取り付けるステップと、第1の掘削工具で第1の地層を掘削するステップと、前記支持フレーム(34)の下の第1の掘削工具を第2の掘削工具に置き換えるステップと、第2の掘削工具で第2の地層を掘削するステップと、を含む、方法。

技術分野

0001

本発明は、掘削システムの分野に関し、特に、電気パルスによる掘削用工具を含む掘削システムの分野に関する。

背景技術

0002

既存の掘削工具の中には、特にカッタータイプの掘削工具が知られており、この掘削工具では、回転式カッターヘッド、すなわち「カッター」によって地盤を崩し、その後そのようにして生じた残土を除去することができる。カッター式掘削工具は、地面に200メートル(m)までの比較的大きな深さのトレンチを形成するのに通常使用され、その掘削工具の厚さは、トレンチの深さに比べて比較的小さく、500ミリメートル(mm)〜1800mmの範囲内である。掘削工具の一般的な幅は2800mmである。このような機械の利点の1つは、特に隣接するパネル同士の間の良好な連続性を確保するために、厳しい垂直基準に適合しながら、このような大きな深さのトレンチを形成できることである。トレンチ全体は、隣接し且つ並置された連続するパネルを掘ることによって得られる。

0003

それにもかかわらず、このような掘削工具の欠点は、特に硬い地層、具体的には岩石層掘削する際にはあまり効果的ではないということである。この問題を解決するために、例えば特許文献1及び特許文献2に公開されているように、電気パルスによる掘削用工具が提案されている。このような掘削工具は、典型的には、掘削工具の前面に配置された電極を含む。電極同士の間の高出力放電によって、カッターを使用するよりも少ないエネルギーで、前面の真下に位置する岩石破砕することができる。

0004

それにもかかわらず、電極に通電することは他の問題を引き起こす。電気パルスによる掘削用工具が、高出力であるが短時間の放電を、より控えめな定格電力を連続的に供給する電力供給源から生成する電子パワーモジュールを含む場合であっても、供給される電力は、それにもかかわらず十分高く、電源ケーブル地表近くで破損した場合に機器人員の安全性に問題を引き起こす。

0005

この問題を解決するために、電気パルスによって削孔する特定の分野において、地表から油圧駆動される発電機を含む削孔工具が知られており、この工具は、公開された特許文献3及び特許文献4)、及び特許文献5に開示されている。それにもかかわらず、電気パルスによって削孔するこのような工具は硬い岩石層によく適しているが、柔らかい地層を掘削することに十分適していない。

先行技術

0006

米国特許出願公開第2003/0137182号
欧州特許第1 474 587号
英国特許出願公開2 420 358号
米国特許出願公開第2010/0000790号
独国実用新案第20 2006 018 980号

0007

本開示は、万能且つ有効であり、非常に異なる組成及び密度の地層を最も効果的な方法で掘削するために容易に適合させることができる掘削システムを提案することによって、これらの欠点を是正することを目指している。このシステムは、支持フレームと、ポンプ付き油圧回路と、第1及び第2の掘削工具であって、第1及び第2の掘削工具の一方が油圧式アクチュエータを有する機械式切削工具である、第1及び第2の掘削工具と、少なくとも1つの機械式固定部材及び油圧式アクチュエータと流体連通する少なくとも1つの油圧継手を含む取付けインターフェイスとを有する。

0008

この目的は、第1及び第2の掘削工具の他方が、電気パルスによる掘削用工具であり、他方の掘削工具は、回転シャフトを有し、この回転シャフトの回転により電気を発生させる発電機と、回転シャフトに結合され、回転シャフトの回転を駆動させる油圧モータと、発電機に電気的に接続され、発電機によって電力供給され、それによって発電機の瞬時電力よりも高い瞬時電力の電気パルスを発生させる電子パワーモジュールと、電子パワーモジュールに接続された少なくとも1つの電極を含む複数の電極であって、前面に配置される複数の電極と、少なくとも1つの機械式固定部材及び油圧モータと流体連通する少なくとも1つの油圧継手を含む取付けインターフェイスとを有しており、第1及び第2の掘削工具の各取付けインターフェイスが、掘削アッセンブリの油圧回路と流体連通する対応する油圧継手を用いて、掘削システムの支持フレームの下で対応する掘削工具を取り外し可能に且つ交換可能に取り付けるのに適している。

0009

これらの手段によって、掘削システムを異なるタイプの地盤を掘削することに容易に適合させることができ、この掘削システムは、電気を送るよりも安全な方法で、地表から油圧駆動により伝達される適切な掘削工具を常に動作させるために必要なエネルギーも伝達することができる。

0010

電気パルスによる掘削用工具では、複数の電極は、特に、削孔工具の前面の周囲に配置された複数の電極の列を含み、この前面の周囲で活性掘削フロント面を形成し、それによって、前面の下の地盤材料を崩し易くする。

0011

さらに、複数の電極は、前面の中央領域に配置された少なくとも1つの電極を含み、これをリッジブレーカ(ridge-breaker)として機能させることができる。

0012

電子パワーモジュールは、少なくとも50キロボルト(kV)の電圧、少なくとも1キロアンペア(kA)の電流、及び/又は少なくとも30ナノ秒(ns)の持続時間を有する電気パルスを生成するのに適しており、及び/又は少なくとも1ヘルツ(Hz)の繰返し周波数を有する。複数の電極は、特に、電子パワーモジュールに接続された少なくとも2つの電極を有することができ、電子パワーモジュールは、電子パワーモジュールが接続される少なくとも2つの電極のそれぞれに電気パルスを別々に送るように構成することができ、こうして、掘削の有効性を高めるように及び/又は工具を傾けることなく掘削フロント面を傾けるように、各電極に伝達されるパルス同士の間の位相シフトを得ることができる。

0013

それにもかかわらず、掘削フロント面の形状を適合させるために、掘削工具は、複数の電極のうちの少なくとも1つの電極の運動を駆動させるためのアクチュエータ装置も有することができる。特に、この運動は、少なくとも垂直成分及び/又は水平成分を含むことができる。アクチュエータ装置は、少なくとも1つのリニアアクチュエータを含むことができる。

0014

破砕された材料をその掘削工具の前面の下から除去できるようにするために、電気パルスによる掘削用工具は、少なくとも1つの残土除去取入口をさらに含むことができる。

0015

さらに、この残土除去を容易にするために、電気パルスによる掘削用工具は、掘削工具の前面に配置された少なくとも1つの流体噴射ノズルに通じる流体供給ダクトをさらに含むことができる。このように、残土除去取入口に吸引されると、電気パルスによる掘削用工具の前面の下に噴射された流体は、特に効果的な方法で残土をその流体と共に取り込むことができる。この流体を掘削工具の前面の下により良く分配させるために、流体供給ダクトは、電気パルスによる掘削用工具の前面に分布した複数の流体噴射ノズルに通じることができる。さらに、流体供給ダクトは、特に、少なくとも1つの供給ノズル液体、特に掘削泥を供給するのに適しており、液体と共に残土を取り込むことができるが、代わりに、少なくとも1つの噴射ノズルガス、特に圧縮空気を供給するのに適しており、ガスで残土を取り込むことができる。

0016

トレンチの掘削を容易にするために、前面は、細長であってもよく、例えば掘削方向に対して垂直な長方形であってもよい。

0017

油圧継手及び複数の掘削工具の一方及び/又は他方は、特に、作動油を到達させるための少なくとも1つの通路と、作動油を戻すための少なくとも1つの通路とを含むことができるが、例えば作動油として使用される流体が、残土除去を容易にするために、掘削工具の前面の下に後でその後噴射される液体である場合には、戻り通路を省略することも考えられる。

0018

掘削フロント面を傾けることができるように、支持フレームは、掘削工具を少なくとも1つの軸線周りに傾斜させる装置を含むことができる。掘削工具の前面の下にある残土除去を容易にするために、掘削アッセンブリは、例えば、掘削工具又は支持フレームに位置する残土吸引ポンプを含むこともできる。掘削工具が残土除去取入口を含む場合に、残土吸引ポンプは、残土除去取入口を介して残土を吸引するように、掘削工具の下流側に残土除去取入口と流体連通するように配置することができる。また、残土吸引ポンプは、例えば油圧作動であってもよい。こうして、発電機を作動させ且つ残土吸引ポンプを作動させるために、単一の油圧回路を使用することができる。

0019

掘削される坑井又はトレンチ内に排気工具を容易に降下させるために、掘削アッセンブリは、支持フレームが少なくとも1つのケーブルによって吊り下げられるジブを含むことができる。

0020

機械式掘削工具は、特に、作動させるために機械式掘削工具の油圧式アクチュエータに結合されたカッター部材を含むカッター式掘削工具であってもよい。

0021

本開示は、トレンチを掘削するためのこのような掘削システムを使用する方法も提供し、この方法は、
第1の掘削工具を支持フレームの下に取り付けるステップと、
第1の掘削工具で第1の地層を掘削するステップと、
支持フレームの下の第1の掘削工具を第2の掘削工具に置き換えるステップと、
第2の掘削工具で第2の地層を掘削するステップと、を含む。

図面の簡単な説明

0022

トレンチを掘削する際に、2つの掘削工具を交互に使用する掘削システムの概略図である。
トレンチを掘削する際に、2つの掘削工具を交互に使用する掘削システムの概略図である。
図1Aの電気パルスによる掘削用工具の概略図である。
図2の電気パルスによる掘削用工具の潜在的な変形構成を示す図である。
図2の電気パルスによる掘削用工具の潜在的な変形構成を示す図である。
図2の電気パルスによる掘削用工具の潜在的な変形構成を示す図である。
図2の電気パルスによる掘削用工具の潜在的な変形構成を示す図である。
電極の別の潜在的な変形構成を示す図である。
電気パルスによる掘削用工具の電極の垂直運動を示す図である。
電気パルスによる掘削用工具の電極の垂直運動を示す図である。
図1A及び図1Bの掘削システムの詳細な斜視図であり、電気パルスによる掘削用工具、カッター式掘削工具、及び一方又は他方を受け入れるように構成された支持フレームを示す。

実施例

0023

本発明は、非限定的な例として示される実施形態の以下の詳細な説明を読むことによって、十分に理解され、その利点がより良く現れる。説明は、添付図面を参照する。

0024

図1A図1Bは、深さPのトレンチ200を掘削する際の実施形態の掘削システムを示す。このシステムは、掘削される地面の上を移動可能な可動ベース101に設置するのに適したジブ10と、少なくとも1本のケーブルによってジブ10から吊り下げられ、トレンチ内に下降され且つこのケーブルを作動させることによりトレンチ内から吊り上げることができる支持フレーム34と、支持フレーム34の下で交換して吊り下げるのに適した掘削工具1,1’とを有する。掘削工具1は、電気パルスによる掘削用工具であり、掘削工具1’は、カッタータイプの機械式掘削工具である。システムはまた、ジブ10を支持する同一の可動ベース101上に設置することができる油圧ポンプ(図示せず)と、残土除去回路150とを含み、油圧ポンプは、支持フレーム34に接続され、且つ残土除去流体を供給する回路(図示せず)と共に油圧回路(図示せず)によって電気パルスによる掘削用工具1に接続される。残土除去流体を供給する回路は、工具1又は1’の下で岩石材料を破砕することにより生じる固体残土を取り込むのに役立つ流体を供給するように構成され、それによって残土除去回路によって残土を容易に取り除くことができる。流体は、掘削泥等の液体、あるいは気体、特に圧縮空気であってもよい。

0025

さらに、支持フレーム34は、トレンチ200の側壁に導かれるように構成されており、この支持フレーム34は、支持フレーム34の幅L及び厚さEと比較して、相対的に大きな高さHを垂直方向又は掘削方向に示し、高さ方向に垂直な方向が工具1の幅L及び厚さEとなる。こうして、支持フレーム34は、工具を機械的に前進させるように案内する働きをし、深さPが大きい場合であっても、正確に垂直なトレンチ200を形成する。一例として、この深さPは200m程度であってもよい。

0026

第1の構成では、図1Aに示されるように、電気パルスによる掘削用工具1は、硬質岩層を掘削できるように支持フレーム34の下に取り外し可能に取り付けられ、こうして、可動ベース101、ジブ10、及び支持フレーム34と一緒にアッセンブリ100を形成するが、第2の構成では、図1Bに示されるように、電気パルスによる掘削用工具1は、支持フレーム34の下でカッター式の機械式掘削工具1’に置き換えられ、これにより、それほど硬くない層を掘削するための代替アッセンブリ100’を形成する。

0027

電気パルスによる掘削用工具1が、図2に概略的に示されている。図示の実施形態では、掘削用工具1は、2つの油圧モータ2と、2つの発電機3と、電子パワーモジュール4と、複数の電極5a,5pとを含む。さらに、掘削用工具1は、スタッドの形態の2つの機械式固定部材22と、2つの油圧継手20とを含むアッセンブリ・インターフェイス14も有しており、各油圧継手は、油圧モータ2に作動油を供給する少なくとも1つの通路と、油圧モータ2から作動油を戻す少なくとも1つの通路とを含み、それにより掘削アッセンブリ100の油圧回路と油圧モータ2との間に流体流接続を確立する。各油圧モータ2は、例えば115(kW)までの連続出力Phを有することができ、且つ電力Pe=k・Phを発生させるために、各発電機3の回転シャフトに機械的に結合される。ここで、kは、発電機の効率係数であり、1未満である。こうして、一例として、各油圧モータ2について115kWまでの機械的出力Phで、各発電機3から100キロボルト・アンペア(kVA)までの電力Peを得ることができる。両方の発電機電力は、電子パワーモジュール4に電気的に接続されており、電子パワーモジュール4に連続電力Pc=n・Peを供給する。ここで、nは発電機3の数である(したがって、図示の実施形態ではnは2である)。

0028

発電機3によって供給される連続電力Pcを利用して、電子パワーモジュール4は、実質的により高いが短い持続時間の瞬時電力Piの電気パルスを生成するように構成される。こうして、電子パワーモジュール4によって生成された電気パルスは、例えば50kV〜500kVの範囲の電圧V、例えば1kA〜100kAの範囲の電流、例えば30ns〜100マイクロ秒(μs)の範囲の持続時間を有しており、例えば、1Hz〜100Hzの範囲の繰返し周波数fを繰り返す。

0029

図示の実施形態では、電子パワーモジュール4は、示される3つの電極のうちの2つの活性電極5aに電気的に接続され、電気パルスをそれら接続された電極5aに伝達する。中央に示される第3の電極5pは接地されており、電気パルスが他の2つの電極5aに伝達されると、これらの活性電極5aと、これら活性電極5aの間に位置する受動電極5pとの間で放電が発生する。これらの電極5a,5pは、電気パルスによる掘削用工具1の前面に位置しており、それにより岩面に接触し、電極5同士間の放電が岩石を通過してこの岩石を破砕する。当然のことながら、「前面」という用語は、掘削方向の岩面に面する、すなわち通常は下向きに面する面を指定するために使用される。

0030

図2は、2つの活性電極5aと、2つの活性電極5aの間の1つの受動電極5pのみを示しているが、電気パルスによる掘削用工具の前面における電極の数及び配置は、状況に応じて変化し、例えば隣接する電極同士の間の間隔は2センチメートル(cm)〜10cmの範囲にある。こうして、図3Aに示される変形例では、交互に配置された活性電極5a及び受動電極5pから構成される2つの列が、電気パルスによる掘削用工具1の前面の周縁部の反対側に配置されているが、図3Bに示される変形例では、交互に配置された活性電極5a及び受動電極5pから構成される第3の列が、他の2つの列と平行に延び、且つ電気パルスによる掘削用工具1の前面の中央領域に位置しており、第3の列はリッジブレーカ(ridge-breaker)として機能する。この文脈では、用語「リッジ」は、例えば欧州特許第1 486 620号に開示されている種類のカッター工具の2つの回転ドラム同士の間に形成される岩石のを意味するために使用される。図3Cに示される第3の変形例では、活性電極及び受動電極は、電気パルスによる掘削用工具1の前面全体に亘って互い違いに配置されているのに対し、図3Dに示される第4の変形例では、電気パルスによる掘削用工具1は、電極5a,5pを水平移動させる装置を有しており、1本の直線状の電極列5a,5pを移動させることにより、電気パルスによる掘削用工具1の前面の全体をカバーする。

0031

電極5a,5pは、同じ水平面内に配置する必要はないが、特に、図4に示されるように、工具1の掘削プロファイル先行する工具の掘削プロファイルに一致させるために、複数の異なる高さに亘ってステージングさせることができる。さらに、電極5a,5pは、水平方向に移動するだけでなく、水平方向に移動することに加えて又はその代わりに、垂直方向にも移動することもできる。こうして、図5A図5Bは、垂直運動を駆動させるための装置が取り付けられた複数の電極列5a,5pを有し、不規則岩石表面に電力列の配列を一致させるように機能する別の変形例を示す。垂直運動及び/又は水平運動を駆動させるこれらの装置は、特にリニアアクチュエータ、具体的にはジャッキ、より具体的には油圧ジャッキを含むことができる。

0032

さらに、電子パワーモジュール4は、電気パルスを全ての活性電極5aに同時に、又は順次に伝達するように構成することができる。

0033

図2に示されるように、電気パルスによる掘削用工具1は、残土を除去するための取入口8であって、残土除去通路32に接続された取入口8と、掘削工具の前面に分布している複数の流体噴射ノズル7に通じる流体供給ダクト6とを含む。流体は、例えば掘削泥やガス、特に圧縮空気のような液体であってもよく、流体は、特に、取入口8及び通路32を介して除去される残土を取り込むように機能する。

0034

こうして、動作中に、各発電機3の回転シャフトは、対応する油圧モータ2によって駆動され、発電を行う。このように、電子パワーモジュール4は、発電機3によって通電され、電極5a,5p間の放電を低減する電気パルスを生成して、電気パルスによる掘削用工具1の前面の下に位置する岩石材料を破砕する。ダクト6及びノズル7を介して噴射された流体は、破砕された岩石材料を取り込み、破砕された岩石材料は、取入口8及び通路32を通って地表に除去される。

0035

図6は、支持フレーム34の底部の側方の電気パルスによる掘削用工具1と、同じ支持フレーム34の下に取り付けられ、電気パルスによる掘削用工具1と交換可能に構成されたカッタータイプの掘削工具1’とを示す。この図から分かるように、電気パルスによる掘削用工具は、掘削方向に垂直な、実質的に細長い、より具体的には長方形である水平断面を示し、この水平断面は、例えば1m〜4mの範囲の幅L、より具体的には約2.8mの幅Lと、例えば0.5m〜1.8mの範囲の厚さE、より具体的には0.5m〜1.5mの範囲の厚さEとを含む。

0036

図6にも示されるように、この実施形態の機械式固定部材22は、インターフェイス14の中心の周りで対称的であり且つインターフェイス14に対して直交する方向にこのインターフェイス14に強固に固定された円筒状金属スタッドの形態の2つのピンによって構成される。各機械式固定部材22は、水平方向に貫通する内部孔24を含む。機械式固定部材22は、後述するように、取り付けを容易にするために円錐形の頂部26を有する。

0037

フレーム34の底端部には、フレームに対して傾斜可能なプレート36が固定されており、このプレート36は、電気パルスによる掘削用工具1に関連するインターフェイス14と実質的に同じ寸法である。プレート36の傾斜は、このプレート36に固定される油圧式アクチュエータ38によって制御され、こうして、この掘削工具1がプレート36の下に取り付けられたとき、電気パルスによる掘削用工具1を2つの水平軸線の周りに傾斜させる装置を形成する。

0038

残土除去回路150のダクト30も、フレーム34に沿って固定され、取入口8及び通路32を通って吸引された破砕された岩石材料を地表に除去し、残土除去流体供給回路のダクト50も、フレーム34に固定され、ダクト6及びノズル7に残土除去流体を供給する。これらのダクト30,50の底端部は、プレート36を貫通する。さらに、フレーム34は、掘削工具1がプレート36の下に取り付けられたときに、通路32及びダクト30を介して残土除去取取入口8と流体連通するように配置された残土吸引ポンプ151と、残土吸引ポンプ151を駆動させるために、掘削アッセンブリ100の油圧回路に接続された油圧モータ(図示せず)とを含む。それにもかかわらず、他の駆動手段(例えば、電気駆動手段)を含む残土吸引装置も同様に十分に想定することができる。

0039

フレーム34に関連するプレート36は、カッターヘッド10に関連するインターフェイス14に固定された固定部材22の直径に実質的に等しい直径の2つの円筒形オリフィス40を含む。これらの孔40は、プレート36の中心の周り対称に配置され、電気パルスによる掘削用工具1を取り付けるためのインターフェイス14がプレート36の下に配置されたときに、スタッド22を受け入れるようになっている。

0040

油圧ジャッキ42が、これらの孔40の近くで、フレーム34に関連するプレート36の頂部に固定される。これらのジャッキのロッドの端部は、この端部に固定されるそれぞれの金属ウェッジ44を有し、この金属ウェッジ44は、上述したスタッド22の孔24の幅より実質的に小さい幅と、軸線XX’に沿った長さとを有する。アクチュエータ42は、ウェッジ44が軸線XX’に沿って移動できるように配置され、作動位置でウェッジ44は、プレート36の孔24の真上に位置する。こうして、電気パルスによる掘削用工具1の固定は、油圧式アクチュエータ42を用いることにより、取り外すことができる。この構成では、フレーム34の端部と、電気パルスによる掘削用工具1と、作動流体供給回路と、除去手段との相対的な構成が、分離できない工具と同じ機能を提供するのに適した装置を提供する。それにもかかわらず、電気パルスによる掘削用工具1を全体として取り外すことにより、工具を非常に迅速に交換することができる。さらに、説明される実施形態では、これはジャッキを作動させることによって行われ、これによりこの操作が非常に容易になる。

0041

図6にも示されているカッタータイプの掘削工具1’は、支持フレーム34に適合しており、こうして電気パルスによる掘削用工具1と交換可能である。この目的のために、掘削工具1’は、同様に、2つの機械式固定部材22と、電気パルスによる掘削用工具1のものと同等の形状及び寸法の油圧継手20とを含む取付けインターフェイス14を有する。さらに、この掘削工具50は、取付けインターフェイス14の底部に堅く固定された2つの油圧モータ(図示せず)を含むモータアッセンブリ12を有する。カッタホイールによって構成される4つの円筒形ドラム16は、図示されていない機械的接続手段を介してモータによって回転駆動される。カッター歯としても知られているカッター部材18は、ドラムの周囲に堅く固定される。油圧モータは、油圧ホースによって油圧継手20に接続されており、油圧継手20は、取付けインターフェイス14の中心の周りに対称的な態様で、取付けインターフェイス14の頂部に固定される。これらの油圧ホース及び継手20は、掘削工具1’のモータアッセンブリ12にエネルギーを供給するようにも機能する。図示された実施形態では、機械式掘削工具は、カッタータイプであるが、油圧式アクチュエータを含む他のタイプの掘削工具でも同様に可能であり、例えば少なくとも1つの油圧ジャッキによって作動される少なくとも1つのバケットを含む機械式掘削工具でもよい。こうして、電気パルスによる掘削用工具1及びカッター式掘削工具1’は、掘削される地層に応じて、支持フレーム34から2つの掘削工具1,1’の一方の取付けインターフェイス14を取り外し、掘削工具1,1’の他方の取付けインターフェイス14を支持フレーム34に接続することにより、迅速に交換することができる。

0042

このように、図1Aに示されるように硬質岩層を掘削するために、電気パルスによる掘削用工具1を支持フレーム34の下に取り付け、図1Bに示されるように、軟質層を掘削するために、電気パルスによる掘削用工具1を機械式掘削工具1’に交換することができ、逆もまた同様である。

0043

本発明について、特定の実施形態を参照して説明しているが、特許請求の範囲によって規定される本発明の一般的な範囲を逸脱することなく、それらの実施形態に対して様々な修正及び変更を行うことができることは明らかである。従って、詳細な説明及び図面は、限定的ではなく、例示的な意味で考慮すべきである。

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