JP3824715B2

JP3824715B2 - 発破地面の掘削負荷計測装置

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Publication number: JP3824715B2
Application number: JP22381396A
Authority: JP
Inventors: 康雄田中; 豊渡辺; 義紀古野; 隆柳生; 幸彦杉山
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2016-08-26
Also published as: DE19780904T1; JPH1060954A; AU705565B2; AU3869697A; WO1998009026A1; US6122598A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大規模鉱山等において発破をかけた後の掘削機による地面の掘削負荷を測定、表示する発破地面の掘削負荷計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
露天掘り（直掘り）の大規模鉱山等においては、発破により一旦地面を爆破しておき、その後、爆破された地面を掘削機、例えば油圧ショベルで掘削する手段が採用されている。これを図１９、２０、２１を参照して説明する。図１９は大規模鉱山全体の平面図である。この図で、Ａは大規模鉱山の全体領域を示し、通常、縦、横それぞれ数ｋｍ以上に及ぶ。Ａ₁ 〜Ａ_n は全体領域Ａを小さく区分した区域を示し、各区域は、例えば、縦、横それぞれ50〜 200ｍ程度に選定される。Ｂはこの鉱山現場の管理を行う鉱山管理事務所を示す。鉱山管理事務所Ｂは全体領域Ａの内外の管理に都合の良い位置に設置される。
【０００３】
図２０は図１９に示す１つの区域の平面図である。この場合、図１９に示す区域Ａ₁ が方形で示されている。Ｐ_B1、Ｐ_B2、…………、Ｐ_Bi、…………は、区域Ａ₁ における発破の設置位置を示す。又、ｄ₁ 、ｄ₂ は発破相互の間隔を示す。通常、この間隔はほぼ等間隔とされることが多い。発破の設置位置（間隔）や爆薬の量は、全体領域Ａにおけるある場所の地質調査の柱状サンプルや地形図を参考にして決定される。
【０００４】
図２１は油圧ショベルの側面図である。１つの区域に発破が仕掛けられ、これらによる爆破が終了すると、当該区域に１台又は複数台の油圧ショベルが入って爆破された地面を掘削し、掘削土石をダンプトラック等に積み込んで所定の個所へ運搬して処理を行う。図２１はこの掘削作業を行う油圧ショベルを示し、図中、１は走行体、２は上部旋回体、３は運転室、４は上部旋回体２に可回動に支持されたブーム、４Ｓはブーム４を駆動するブームシリンダ、５はブーム４に可回動に支持されたアーム、５Ｓはアーム５を駆動するアームシリンダ、６はアーム５に可回動に支持されたバケット、６Ｓはバケット６を駆動するバケットシリンダ、６ｐはバケットの回動中心となるピンである。Ｃはバケット操作におけるクラウド方向、Ｄはダンプ方向を示す。バケット６がクラウド方向Ｃに操作されると掘削が行われ、ダンプ方向Ｄに操作されると放土が行われる。
【０００５】
１つの区域における上記掘削作業が終了すると、再び次の区域に発破が仕掛けられ、これら発破が爆破され、爆破後の地面が油圧ショベルにより掘削され、掘削された土石がダンプトラック等により運搬される。このようにして、順次、各区域の掘削処理が行われてゆく。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記大規模鉱山における作業の80％は表土の除去作業であるといわれている。したがって、発破の適否は全体作業に重大な影響を及ぼす。即ち、爆薬の量が少な過ぎると、又は発破位置の間隔が広過ぎると土石を充分にほぐすことができず、この場合には油圧ショベルの掘削負荷が大きくなり、掘削に余分な時間が消費されて予定時間通りの掘削を行うことができず、又、ダンプトラックを長時間待機させるという不都合を生じる。逆に、爆薬の量が多過ぎ、又は間隔が狭過ぎると土石が充分過ぎるほどほぐされ、油圧ショベルの有する掘削能力を充分に利用できないばかりでなく、爆薬に大きなコストがかかるという問題を生じる。発破の計画者は、発破後の状態を見て、又は油圧ショベルのオペレータから掘削の状況を聞いて次の区域の発破の計画を立案するが、これらはいずれも計画者やオペレータの感覚によるものであり、多くの場合、最適の発破を行うことはできなかった。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、正確な発破に資することができる発破地面の掘削負荷計測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、発破後の地面を掘削する掘削機のバケットがクラウド方向に操作されたときに出力する信号が一定時間継続したことをもってバケットのクラウド操作を検出するクラウド操作検出手段と、このクラウド操作検出手段でクラウド操作が検出された状態での前記掘削機のバケットシリンダのボトム圧力を掘削負荷として検出する圧力検出手段とで発破地面の掘削負荷計測装置を構成することを特徴とする。
【０００９】
又、請求項２の発明は、請求項１記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削時間を検出する掘削時間検出手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
又、請求項３の発明は、発破後の地面を掘削する掘削機のバケットがクラウド方向に操作されたときに出力する信号が一定時間継続したことをもってバケットのクラウド操作を検出するクラウド操作検出手段と、前記掘削機による積込工程を判定する積込工程判定手段と、前記クラウド操作検出手段でクラウド操作が検出された状態での前記掘削機のバケットシリンダのボトム圧力を掘削負荷として検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段により検出された掘削負荷を前記積込工程判定手段で判定された積込工程における掘削負荷とそれ以外の工程における掘削負荷とに分ける分類手段とで発破地面の掘削負荷計測装置を構成することを特徴とする。
【００１１】
又、請求項４の発明は、発破後の地面を掘削する掘削機のバケットがクラウド方向に操作されたときに出力する信号が一定時間継続したことをもってバケットのクラウド操作を検出するクラウド操作検出手段と、このクラウド操作検出手段でクラウド操作が検出された状態での前記掘削機のバケットシリンダのボトム圧力が予め設定された設定圧力以上になったときこれを掘削負荷として検出する設定圧力検出手段とで発破地面の掘削負荷計測装置を構成することを特徴とする。
【００１２】
又、請求項５の発明は、請求項４記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記設定圧力検出手段により設定圧力以上の圧力が検出された時間又は回数を求める負荷量検出手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
又、請求項６の発明は、請求項１又は請求項２記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削位置を検出する掘削位置検出手段と、前記圧力検出手段により検出された掘削負荷又はこれに対応する値或いはこれに対応する色彩、および前記掘削位置検出手段で検出された掘削位置を表示する表示手段とを設けて発破地面の掘削負荷計測装置を構成したことを特徴とする。
【００１４】
又、請求項７の発明は、請求項３記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削位置を検出する掘削位置検出手段と、前記圧力検出手段により検出された掘削負荷又はこれに対応する値或いはこれに対応する色彩を前記積込工程判定手段で判定された積込工程とそれ以外の工程とに分けて表示するとともに、前記掘削位置検出手段で検出された掘削位置を表示する表示手段とを設けて発破地面の掘削負荷計測装置を構成したことを特徴とする。
【００１５】
さらに、請求項８の発明は、請求項５記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削位置を検出する掘削位置検出手段と、前記負荷量検出手段により検出された時間又は回数或いはこれに対応する色彩、および前記掘削位置検出手段で検出された掘削位置を表示する表示手段とを設けて発破地面の掘削負荷計測装置を構成したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る発破地面の掘削負荷計測装置のブロック図である。この図で、６Ｓは図２１に示すバケットシリンダ、６Ｓ_R はバケットシリンダ６Ｓのロッド室、６Ｓ_B はボトム室である。１０は油圧ショベルの油圧ポンプ、１１は油タンク、１２は油圧ポンプ１０とバケットシリンダ６Ｓの間に介在するコントロール弁、１３はバケット６の操作レバーである。１４はパイロット弁であり、操作レバー１３の操作に応じてコントロール弁１２へパイロット圧を供給し、コントロール弁１２を駆動する。１５は操作レバー１３によるバケット６のクラウド方向操作を検出する圧力スイッチであり、操作レバー１３がクラウド方向に操作されとき信号Ｌ_C を出力する。１６は操作レバー１３によるバケット６のダンプ方向操作を検出する圧力スイッチであり、操作レバー１３がダンプ方向に操作されとき信号Ｌ_D を出力する。１７はバケットシリンダ６Ｓのボトム室６Ｓ_B の圧力Ｐ_B を検出する圧力センサである。１８は油圧ショベルのブーム角αを検出する角度センサ、１９は油圧ショベルのアーム角βを検出する角度センサである。
【００１７】
２０は油圧ショベルに搭載されたＧＰＳ（ Grobal Positioning System）であり、人工衛星からの信号をアンテナ２０Ａで受信して油圧ショベルの地球上の絶対座標Ｐ_G を出力する。２１は油圧ショベルの上部旋回体２の旋回中心に設置された磁気方位センサである。この磁気方位センサの検出方位を図２により説明する。図２で、２Ｃは上部旋回体２の旋回中心、実線で示す４、５はブーム４およびアーム５の軸線を示す。６ｐはバケット６の回動ピンである。磁気方位センサ２１は、上部旋回体２の正面方向の向き、即ち、ブーム４、アーム５、バケット６の向きが地磁気の北方向から何度傾いているかを検出するものであり、その検出角度が図２にθで示され、これが方位データとして出力される。２２は油圧ショベルに備えられたスタート／ストップスイッチであり、操作されたとき信号Ｓ_S を出力する。信号Ｓ_S はスタートスイッチＯＮとストップスイッチＯＮの両方の信号を含む。２３は油圧ショベルに備えられ、コンピュータで構成される処理装置（この処理装置の構成については後述する）、２４はアンテナ２４Ａを有する無線送受信機である。
【００１８】
３０は図１９に示す鉱山の管理事務所Ｂに備えられたコンピュータである。３１はアンテナ３１Ａを有する無線送受信機であり、処理装置２３から出力される各種データを無線送受信機２４を介して受信する。３２はコンピュータ３０からのデータに基づいて所要の表示を行う表示装置である。
【００１９】
図３は図１に示す処理装置２３のシステム構成図である。この図で、２３は処理装置を示す。２３１は図１に示す各信号を入力する入力インタフェースであり、Ａ／Ｄ変換器を有する。２３２は種々の演算、制御を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）、２３３はＣＰＵ２３２の処理プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、２３４は演算、制御の結果等を格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、２３５は時刻信号を出力するタイマ、２３６は処理装置２３で得られたデータを出力する出力インタフェースである。ＲＯＭ２３３には、スタート／ストッププログラム２３３ａ、負荷圧サンプリングプログラム２３３ｂ、掘削位置サンプリングプログラム２３３ｃ、および終了プログラム２３３ｄが格納されている。
【００２０】
図４は図１に示すコンピュータ３０のシステム構成図である。この図で、３０はコンピュータを示す。３０１は図１に示す無線送受信機３１からの信号を入力する入力インタフェース、３０２は種々の演算、制御を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）、３０３はＣＰＵ３０２の処理プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、３０４は演算、制御の結果等を格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、３０５はコンピュータ３０で得られたデータを出力する出力インタフェースである。ＲＯＭ３０３には、発破データ３０３ａ、負荷圧データ３０３ｂ、および表示プログラム３０３ｃが格納されている。発破データ３０３ａは、掘削工事現場の地図、発破を設けた位置、および火薬の使用量で構成されている。
【００２１】
次に、本実施の形態の動作を、図５〜図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。油圧ショベルのオペレータは、発破終了後の地面を掘削するとき、スタート／ストップスイッチ２２のスタートスイッチをＯＮとし、信号Ｓ_S を出力する。処理装置２３のＣＰＵ２３２は、図５に示すスタートプログラム２３３ａにより信号Ｓ_S の入力を監視しており（手順Ｓ₁₀）、信号Ｓ_S が入力されると、掘削カウンタｎ、操作レバー１３のレバー操作時間カウンタＣ_TL、および圧力センサ１７の検出圧力Ｐ_B の積算値Ｐ_D をそれぞれ０にセットし、かつ、クラウドフラグＦ_C とダンプフラグＦ_D をそれぞれＯＦＦにして（手順Ｓ₁₁）、スタートプログラムを終了する。
【００２２】
次いで、ＣＰＵ２３２はタイマ２３５の出力に基づき、一定時間、例えば10ｍｓｅｃ毎に、図６および図７に示す負荷圧サンプリングプログラム２３３ｂを起動させる。この負荷圧サンプリングプログラムでは、操作レバー１３がバケット６をクラウド方向に操作されたとき（即ち、掘削が行われたとき）、この操作信号Ｌ_C がノイズではなくオペレータの意志であることを確認するため、当該信号が一定時間、例えば 0.3ｓｅｃ継続して入力されたか否かを判断し、当該一定時間継続したとき掘削が行われたと判断する。又、その掘削が終了して放土するときの操作信号Ｌ_D についても同様の確認を行う。そして、これらが確認されたとき、初めてそれぞれ所要の数値を設定し又は取り込む動作を行う。
【００２３】
図５に示すスタートプログラムが実施された後、負荷圧サンプリングプログラム２３３ｂが起動すると、ＣＰＵ２３２は操作レバー１３のクラウド方向の操作信号Ｌ_C が入力されたか否か判断し（図６に示す手順Ｓ₂₀）、入力されていない場合、クラウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C を０に、かつ、クラウドフラグをＯＦＦにし（手順Ｓ₂₁）、次いで操作レバー１３のダンプ方向操作信号Ｌ_D が入力されたか否か判断し（手順Ｓ₂₂）、入力されていない場合、ダンプ操作判定用カウンタ値Ｃ_D を０に、かつ、ダンプフラグをＯＦＦにする（手順Ｓ₂₁）。そして、処理を図７に示す手順Ｓ₂₄に移行させ、ここでクラウドフラグＦ_C がＯＮか否かを判断し、ＯＮでない場合には、同様にダンプフラグがＯＮか否か判断し（手順Ｓ₂₅）、ＯＮでなければ処理を終了する。
【００２４】
このような処理が10ｍｓｅｃ毎に行われているうちに、オペレータが掘削をすべく操作レバー１３をクラウド方向に操作すると、これが手順Ｓ₂₀の処理で判断され、次にＣＰＵ２３２はクラウドフラグＦ_C がＯＮか否かを判断し（手順Ｓ₂₆）、この場合、ＯＮになっていないので、クラウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C が予め定められた値Ｃ_C0になっているか否か判断する（手順Ｓ₂₇）。値Ｃ_C0を例えば30回とすると、負荷圧サンプリングプログラム２３３ｂは上記の例では10ｍｓｅｃ毎に実行されるので、クラウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C が0 から30になるまでには0.3 ｓｅｃを要し、この時間でオペレータの操作の意志確認を行う。
【００２５】
即ち、クラウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C が予め定められた値Ｃ_C0になっていない場合には、クラウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C に「1 」を加算し（手順Ｓ₂₈）、手順Ｓ₂₂、Ｓ₂₃、Ｓ₂₄、Ｓ₂₅を経て処理を終了する。この処理を10ｍｓｅｃ毎に繰り返して行くと、やがてクラウド操作判定用カウンタ値Ｃ_C が値Ｃ_C0に達する。ＣＰＵ２３２は手順Ｓ₂₇の処理でこれを判断することにより、オペレータが操作レバー１３をクラウド方向に操作したことを確認し、クラウドフラグをＯＮとし、掘削カウンタｎに「1 」を加算し、そのときの掘削位置Ｐ_6P（ピン６ｐの位置）、およびそのときの時刻を格納し、かつ、ダンプフラグをＯＦＦにし（手順Ｓ₂₉）、手順Ｓ₂₂、Ｓ₂₃、Ｓ₂₄、Ｓ₂₅を経て処理を終了する。
【００２６】
ここで、上記掘削位置Ｐ_6Pは、図８に示す掘削位置サンプリングプログラム２３３ｃを実行することにより得られる。即ち、ＣＰＵ２３２は、ＧＰＳ２０からの信号Ｐ_G 、磁気方位センサ２１からの信号θ、ブーム角センサ１８およびアーム角センサ１９からの信号α、βを読み込み（図８に示す手順Ｓ₄₀）、油圧ショベルの旋回中心２Ｃとブーム４の上部旋回体２との連結点との間の水平距離（既知）、および角度α、β用いて上記連結点とバケットピン６ｐとの間の水平距離Ｌを演算し、さきに読みだされた信号Ｐ_G 、演算された距離Ｌ、および方位θに基づいて掘削位置（バケットピン６ｐの位置）Ｐ_6Pを演算する（手順Ｓ₄₁）。
【００２７】
上記手順Ｓ₂₉の処理が終了して10ｍｓｅｃ経過後に再度負荷圧サンプリングプログラムが実行されるが、このときは前回の処理の手順Ｓ₂₉においてクラウドフラグＦ_C をＯＮとしているので、手順Ｓ₂₆でこれが判断され、処理は手順Ｓ₂₂、Ｓ₂₃を経て手順Ｓ₂₄へ移行する。クラウドフラグＦ_C はＯＮの状態にあるので、手順Ｓ₂₄ではこれを判断し、処理を手順Ｓ₃₀へ移行する。手順Ｓ₃₀において、ＣＰＵ２３２はクラウド操作時間のカウント値Ｃ_TLに「 1」を加算し、かつ、そのときの圧力センサ１７の検出値（負荷圧）をそれまでの負荷圧の積算値（この場合は最初の掘削であるので「 0」）に加算する。次いで、手順Ｓ₂₅を経て処理を終了する。この処理が掘削動作中、10ｍｓｅｃ毎に実行され、その都度、クラウド操作時間のカウント値Ｃ_TLに「 1」が加算され、負荷圧が積算されてゆく。
【００２８】
掘削動作が終了すると、オペレータは操作レバー１３をダンプ方向へ操作する。この動作は、手順Ｓ₂₀、Ｓ₂₁を経て手順Ｓ₂₂の処理で判断される。次いで、ＣＰＵ２３２はダンプフラグＦ_D がＯＮであるか否か判断し（手順Ｓ₃₁）、この場合はダンプ方向へ切り換えられたばかりであるので、ダンプフラグＦ_D はＯＦＦの状態にあり、ダンプ操作判定用カウンタ値Ｃ_D がさきに述べた値Ｃ_C0になっているか否か判断し（手順Ｓ₃₂）、値Ｃ_C0にはなっていないので、ダンプ操作判定用カウンタ値Ｃ_D に「 1」を加算し（手順Ｓ₃₃）、手順Ｓ₂₄、Ｓ₂₅を経て処理を終了する。クラウド方向操作の場合と同様、この処理がＣ_D ＝Ｃ_C0になる（ダンプ方向操作が確認される）まで繰り返され、手順Ｓ₃₂でこれが判断されると、ＣＰＵ２３２は、ダンプフラグＦ_D をＯＮ、クラウドフラグＦ_C をＯＦＦにし（手順Ｓ₃₃）、手順Ｓ₂₄を経て手順Ｓ₂₅でダンプフラグＦ_D がＯＮであることを判断し、掘削回数ｎが更新されてるか否かをみる（手順Ｓ₃₄）。この場合、掘削回数ｎは手順Ｓ₂₉で「 1」が加算され、更新されているので、ＣＰＵ２３２は手順Ｓ₃₅の処理を実行する。
【００２９】
この手順Ｓ₃₅の処理では、
〔１〕今回得られたクラウド操作時間カウント値Ｃ_TLの積算値Ｃ_TL（ｎ）から前回までのクラウド操作時間カウント値Ｃ_TL（ｎ−１）を減算して今回のクラウド操作時間カウント値ΔＣ_TL（ｎ）を得る演算
〔２〕今回のクラウド操作時間カウント値ΔＣ_TL（ｎ）に負荷圧サンプリングプログラム２３３ｃの繰り返し時間間隔（10ｍｓｅｃ）を乗算して今回の掘削時間ΔＴ_L を得る演算
〔３〕今回得られた負荷圧の積算値Ｐ_D （ｎ）から、前回までの負荷圧の積算値Ｐ_D （ｎ−１）を減算して今回の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）を得る演算
〔４〕今回の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）を今回のクラウド操作時間カウント値ΔＣ_TL（ｎ）で除して今回の平均負荷圧Ｐ_A を得る演算
が実行され、演算の結果をデータとして無線送受信機２４へ出力する。無線送受信機２４は入力されたデータを無線で鉱山管理事務所Ｂのコンピュータ３０へ送信する。
【００３０】
油圧ショベルでは、バケット６がクラウド方向に操作される毎に、処理装置２３により上記の処理が繰り返され、１回のクラウド方向操作が終了する毎に上記データが鉱山管理事務所Ｂのコンピュータ３０へ送信されることになる。１つの区域の掘削作業が終了すると、オペレータはスタート／ストップスイッチ２２のストップスイッチをＯＮにすることにより、図９に示す終了プログラム２３３ｄを実行する。即ち、ＣＰＵ２３２はストップスイッチ２２がＯＮにされたか否かを見ており（手順Ｓ₅₀）、ＯＮにされたと判断すると、無線送受信機２４に、作業終了のステータスを出力するとともに、現在の時刻ｔ₀ 、クラウド操作時間の積算値Ｔ_L 、負荷圧力の積算値Ｐ_D を出力して（手順Ｓ₅₁）処理を終了する。
【００３１】
以上は、掘削機側の処理であるが、鉱山管理事務所Ｂ側では掘削機側から掘削操作ごとに送信されてくるデータに対して次の処理が行われる。
コンピュータ３０は、油圧ショベルによる掘削区域の掘削開始前に、発破データ３０３ａに基づいて表示装置３２の画面に掘削区域の地図および発破を設けた位置を表示する。この状態で、図１０に示す表示プログラム３０３ｃが常時実行され、ＣＰＵ３０２は掘削機側から新しいデータが送信されてきたか否か判断する（手順Ｓ₆₀）。掘削機側からのデータが無線送受信機３１で受信され入力されたことを判断すると、ＣＰＵ３０３ｃは入力された掘削位置データＰ_6Pと今回掘削の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）とを負荷圧データ領域３０３ｂに書き込むとともに、掘削位置データＰ_6Pに相当する表示画面上の位置に×印を表示し、かつ、その近辺に今回掘削の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）を表示する（手順Ｓ₆₁）。次いで、ストップスイッチがＯＮになったか否かを判断し（手順Ｓ₆₂）、ＯＮになっていなければ、手順Ｓ₆₀へ処理を戻し、新たにデータが入力される毎に×印と負荷圧を格納し、かつ、表示してゆく。
【００３２】
図１１は表示装置の画面の一部拡大正面図である。この図で、３２Ｄは表示装置３２の表示画面を示す。Ｐ_Biは発破を設けた位置の１つを示し、この発破位置Ｐ_Biの周辺の掘削位置が×印で、負荷圧が数字で表示されている。なお、この場合、負荷圧は実際の負荷圧ではなく、実際の負荷圧を 0〜100 のレベルに区分したときのレベルが表示される。他の位置の表示も同様になされる。
【００３３】
掘削作業が終了し、オペレータによりストップスイッチがＯＮとされると、ＣＰＵ３０２は手順Ｓ₆₂でこれを判断し、図９に示す手順Ｓ₅₁により送信されてきたクラウド操作時間の積算値Ｔ_L 、および負荷圧力の積算値Ｐ_D を表示するとともに、現在時刻ｔ₀ から掘削作業開始時の時刻ｔ₀ （１）を減算して掘削に要した全作業時間を表示する。
【００３４】
図１２は表示装置の他の表示例を示す表示画面の正面図である。この図で、３２Ｄは図１１に示すものと同じ表示画面である。又、Ｐ_B1は１つの発破位置を示す。この表示例の場合、区域をさらに小区域（例えば 5ｍ四方）に細分しこれら小区域毎に、掘削時間および負荷圧（レベル）の平均値を表示するようになっている。勿論、この場合には、表示プログラム３０３ｃに掘削時間および負荷圧レベルの平均値演算の手順が付加されることになる。
【００３５】
なお、図１１、図１２に示す表示例では、負荷圧を数値で表示する例を示したが、負荷圧又は負荷圧レベルをそれらの値に対応して複数範囲に区分し、各区分毎に異なる色彩、例えば、負荷圧が高い範囲を赤、低い範囲を青、中間の範囲を緑というように割当て、負荷圧又は負荷圧レベルを対応する色彩で表示することもできる。
【００３６】
このように、本実施の形態では、発破後の地面の掘削において、掘削機側でバケットの掘削位置とその位置でのクラウド方向の負荷圧とを採取し、これらを鉱山事務所へ送信し、鉱山事務所ではそれら送信されたデータに基づいて発破区域および発破位置の地図上に掘削位置と負荷圧又は負荷圧レベルを表示するようにしたので、発破の計画者はこれを参照して次の区域の発破をより一層適切に行うことができる。即ち、発破の計画者は、地図上の発破設置位置、掘削位置、および負荷圧又は負荷圧レベルをみることにより、負荷圧が高過ぎる個所は発破の火薬の量が少なかったか、又は火薬の量が少ないとは考えられない場合は再度の地質調査が必要か、さらに、負荷圧が低い場合にはさらに火薬の量を減少させるか等の判断を行うことにより、次の区域の発破を適切なものとすることができる。
【００３７】
さらに、ダンプトラックの使用台数を考慮し、使用台数が多い場合には、負荷圧を小さくして掘削時間を短くする方がダンプトラックの待ち時間を最小にすることができるので、この観点から、本実施の形態の計測で得られた負荷圧を考慮し、火薬の量をさらに大きくするか（負荷圧を小さくするか）否かの判断ができ、逆に、ダンプトラックの使用台数が少ない場合には、掘削時間が多少長くても全体の運搬作業に差し支えはないので、この観点から、得られた負荷圧を考慮して火薬の量を判断することができる。又、掘削機についても、負荷圧が時々刻々と表示されるので、負荷圧の大きな個所が多い場合には、新たに掘削機を投入して作業を円滑に遂行させることもできる。
【００３８】
又、掘削時間を参照する場合、負荷圧が低いのに掘削時間が大きいときには、オペレータの未熟練又は機械的トラブルの発生が予想できる。さらに、負荷圧を色彩で表示した場合には、全体の発破の適、不適を一目で判断することができる。又、クラウド操作時間の積算値Ｔ_L 、負荷圧力の積算値Ｐ_D 掘削に要した全作業時間の表示からも全体の発破の適、不適を判断することができる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図１３は本発明の第２の実施の形態に係る発破地面の掘削負荷計測装置のブロック図である。この図で、図１に示す部分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。さきの第１の実施の形態では、バケットがクラウド方向に操作された場合を一律に「掘削」としたのに対して、本実施の形態では、「掘削」を、実態に即してさらに区分する。即ち、掘削作業においては、ダンプトラックの数が少ない場合には、発破地面を掘削して土石を一個所に集めておき、ダンプトラックが到着したとき、集めた土石をダンプトラックに積み込む作業態様を採用するのが通常である。本実施の形態では、「掘削」を、発破地面の掘削（実際の負荷に直結する掘削）とダンプトラックへの積込時の掘削とに区分するものであり、その区分を工程入力スイッチ２５で行う。工程入力スイッチ２５はＤＩＧスイッチとＬＯＡＤスイッチで構成され、ＤＩＧスイッチは発破地面掘削時にＯＮとされ、ＬＯＡＤスイッチはダンプトラックへの積込掘削時にＯＮとされる。工程入力スイッチ２５以外の構成は、処理装置２３およびコンピュータ３０の処理手順に多少の相違があるものの、図１に示す構成と同じである。
【００４０】
次に、本実施の形態の動作を図１４、図１５に示すフローチャートを参照して説明する。油圧ショベルのオペレータは、発破地面掘削時にはＤＩＧスイッチを、ダンプトラックへの積込掘削時にはＬＯＡＤスイッチをＯＮとしておく。この状態で、さきの実施の形態と同じく負荷圧サンプリングプログラムが実施される。即ち、操作レバー１３のクラウド方向操作が確認され、クラウド操作時間のカウント値Ｃ_TLおよびバケット負荷圧Ｐ_B が積算されてゆき、次いで操作レバー１３がダンプ方向に操作されたとき、その操作を確認する。ここまでの動作を、さきの実施の形態では手順Ｓ₂₀〜手順Ｓ₃₄で行い、次いで手順Ｓ₃₅で直ちに各データの演算出力の処理を行った。本実施の形態では、手順Ｓ₃₄までの動作はさきの実施の形態と同じであるが、この後の動作が相違する。
【００４１】
即ち、手順Ｓ₃₄で掘削回数ｎが更新されたと判断されると、次に、工程スイッチ２５はＤＩＧスイッチがＯＮになっているか、ＬＯＡＤスイッチがＯＮになっているかを判断する（図１４に示す手順Ｓ₃₆）。ＤＩＧスイッチがＯＮになっている場合には工程入力スイッチ２５のフラグＦ₂₅を「 1」とし（手順Ｓ₃₇）、ＬＯＡＤスイッチがＯＮになっている場合には工程入力スイッチ２５のフラグＦ₂₅を「 0」とし（手順Ｓ₃₈）、処理を手順Ｓ₃₅₀ へ移行する。手順Ｓ₃₅₀ では、図７に示す手順Ｓ₃₅と同一の演算により同一の各データを得るとともに、フラグＦ₂₅のデータも採取して当該各データとともに無線送受信機２４へ出力する。
【００４２】
一方、コンピュータ３０では、さきの実施の形態と同じく表示プログラムが実行され、新しいデータが入力されたと判断（手順Ｓ₆₀）されたとき、入力された掘削位置データＰ_6Pと今回掘削の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）とを、フラグＦ₂₅のデータとともに負荷圧データ領域３０３ｂに書き込むとともに、掘削位置データＰ_6Pに相当する表示画面上の位置に×印を表示し、かつ、その近辺に今回掘削の負荷圧ΔＰ_D （ｎ）を表示する（手順Ｓ₆₁）。この×印と負荷圧データの表示はさきの実施の形態と同じであるが、本実施の形態の場合、×印と負荷圧データはフラグＦ₂₅のデータに応じて異なる色彩で表示される。この処理に続く手順Ｓ₆₂、Ｓ₆₃の処理はさきの実施の形態の処理と同じである。
【００４３】
図１６は表示装置の画面の一部拡大正面図である。この図で、３２Ｄは表示装置３２の表示画面を示す。Ｐ_Biは発破を設けた位置の１つを示し、この発破位置Ｐ_Biの周辺の掘削位置が×印で、負荷圧が数字で表示されている。なお、この場合、負荷圧は実際の負荷圧ではなく、実際の負荷圧を 0〜100 のレベルに区分したときのレベルが表示される。他の位置の表示も同様になされる。本実施の形態では、掘削位置と負荷圧レベルが、発破地面掘削と積込掘削とで異なる色彩により表示されるので、位置Ｐ_Biの周辺ではフラグＦ₂₅のデータが「 1」のときの（発破地面掘削時の）掘削位置および負荷圧レベルと、フラグＦ₂₅のデータが「 0」のときの（積込掘削時の）掘削位置および負荷圧レベルとが、色分けされた２つのグループとして観察される。図で、３２Ｄ_D は発破地面掘削時のグループ、３２Ｄ_L は積込掘削時のグループである。
なお、表示は図１６に示す表示に限らず、図１２に示す態様の表示も可能である。この場合には、異なる色彩の時間と負荷圧が表示される小区分が表われることになる。
【００４４】
本実施の形態の効果は、さきの実施の形態の効果に加えて、負荷圧を発破地面掘削時の負荷圧と、積込掘削時の負荷圧とに区分して表示するので、発破の適、不適の判断をより一層容易、正確に行うことができる。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態の全体構成は、圧力スイッチ１５が除かれている点、および処理装置２３およびコンピュータ３０の処理手順が異なる点を除き、図１に示す構成とほぼ同じである。図１７および図１８は当該実施の形態に係る発破地面の掘削負荷計測を説明する図であり、図１７は発破地面の断面図、図１８は本実施の形態の動作を示すタイミングチャートである。
【００４６】
図１７で、Ｇ₁ は発破地面における掘削終了地面、Ｇ₂ は発破地面における未掘削地面を示す。未掘削地面Ｇ₂ 中、Ｇ₂₁は発破によりほぐされた部分、Ｇ₂₂は発破によっても充分にほぐされていない部分を示す。油圧ショベルは地面Ｇ₁ の掘削が終了するとこの地面Ｇ₁ を足場にして隣接する地面Ｇ₂ の掘削を行う。ところで、発破は地面にドリルで孔をあけて火薬をセットすることにより行われるので、相当程度の深さまで土石を破砕するが、それでも表面に近い部分に比較して深い部分の土石の破砕は不十分となる。そして、発破が適切であったか否かは、土石の破砕の不十分な個所がどの程度存在するかにより判断される。そこで、本実施の形態では、土石の破砕が不十分な部分の掘削負荷のみを取り出して、鉱山管理事務所Ｂへ送信するデータを作成しようとするものである。
【００４７】
以下、本実施の形態の動作を図１８に示すタイミングチャートを参照して説明する。図１８の（ａ）は操作レバーの動作を示す図であり、横軸に時間、縦軸に操作レバーの操作状態がとってある。又、図１８の（ｂ）はバケットシリンダ６Ｓのボトム室６Ｓ_B の圧力を示す図であり、横軸に時間、縦軸に圧力がとってある。掘削開始時にスタート／ストップスイッチ２２のスタートスイッチはＯＮとされ、又、掘削中の掘削位置は、第１の実施の形態と同一方法で算出される。処理装置２３は、信号Ｌ _C により操作レバー１３がクラウド方向に操作されたと判断すると（この判断方法は第１の実施の形態の判断方法と同じ）、圧力センサ１７の検出圧力Ｐ_B を取り込み、予め定められた設定圧力Ｐ_S と比較し、検出圧力Ｐ_B が設定圧力Ｐ_S 以上であるとき、その時間を計測し（図ではこれらの時間がｔ₁ 、ｔ₂ 、ｔ₃ で示されている）、かつ、回数（図の場合３回）をカウントする。なお、図で、Ｐ_R はリリーフ圧を示す。これらの時間は合計され、回数とともに無線送受信機２４へ出力され、コンピュータ３０へ送信される。
【００４８】
コンピュータ３０は送信されてきたデータを負荷圧データ領域３０３ｂに格納するとともに、表示プログラムにより、表示装置３２の表示画面に掘削位置を×印で表示し、かつ、この×印の近辺に上記合計時間又は回数或いは両者を表示する。又、ストップスイッチがＯＮとなった場合には、全操作時間、全経過時間、上記合計時間の積算値又は上記回数の積算値を表示画面に表示する。
本実施の形態の効果も、さきの各実施の形態の効果と同じである。
【００４９】
なお、上記各実施の形態の説明では、掘削機として図２１に示すローダ型の油圧ショベルを例示したが、バックホウ型の油圧ショベルであってもよいのは当然である。又、表示装置によらず掘削負荷のデータだけでも発破の適否等を相当程度推測することができる。又、スタート／ストップスイッチは掘削機側に設置せずに鉱山管理事務所側に設置し、ここから無線送受信機によりスタート／ストップスイッチのデータを掘削機側に送信してもよい。又、第２の実施の形態における工程入力スイッチはダンプトラック側に設け、ここから掘削機へ送信してもよい。さらに、操作レバーの操作の検出に圧力スイッチの代わりに圧力センサを用い、これを処理装置に取り込み、圧力が所定値以上となったとき操作レバーが操作されたと判断するようにしてもよい。そして、当該所定値を適宜の値に設定しておけば、処理装置における操作レバーの操作の確認処理は不要となる。
【００５０】
さらに、掘削位置については、ＧＰＳを用いる例について説明したが、ＧＰＳに代えてレーザ投光器と反射ミラーを用い、鉱山管理事務所から掘削機に設置した反射ミラーを追尾して、鉱山管理事務所からの相対位置を計測して掘削位置としてもよい。又、掘削位置としてバッケットピン位置をブーム角とアーム角を用いて算出する例について説明したが、掘削や積込の姿勢は大きく変化しないので、ブーム角とアーム角は用いず、ブームの回動中心から所定の距離を定めておき、これを掘削位置の算出に用いることもできる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では、発破後の地面を掘削する掘削機のバケットがクラウド方向に操作されたときに出力する信号が一定時間継続したことをもってバケットのクラウド操作を検出するクラウド操作検出手段と、このクラウド操作検出手段でクラウド操作が検出された状態での前記掘削機のバケットシリンダのボトム圧力を掘削負荷として検出する圧力検出手段とを備えた構成にしてあることから、発破を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発破地面の掘削負荷計測装置のブロック図である。
【図２】磁気方位センサの方位を説明する図である。
【図３】図１に示す処理装置のシステム構成図である。
【図４】図１に示すコンピュータのシステム構成図である。
【図５】図１に示す装置の動作を説明するフローチャートである。
【図６】図１に示す装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】図１に示す装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】図１に示す装置の動作を説明するフローチャートである。
【図９】図１に示す装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】図１に示す装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】表示装置の画面の一部拡大正面図である。
【図１２】表示装置の他の表示例を示す表示画面の正面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る発破地面の掘削負荷計測装置のブロック図である。
【図１４】図１３に示す装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１５】図１３に示す装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１６】表示装置の画面の一部拡大正面図である。
【図１７】発破地面の断面図である。
【図１８】第３の実施の形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図１９】大規模鉱山全体の平面図である。
【図２０】図１９に示す１つの区域の平面図である。
【図２１】油圧ショベルの側面図である。
【符号の説明】
６Ｓバケットシリンダ
１２コントロール弁
１３操作レバー
１４パイロット弁
１５、１６圧力スイッチ
１７圧力センサ
２０ＧＰＳ
２１磁気方位センサ
２２スタート／ストップスイッチ
２３処理装置
２４、３１無線送受信機
３０コンピュータ
３２表示装置

Claims

発破後の地面を掘削する掘削機のバケットがクラウド方向に操作されたときに出力する信号が一定時間継続したことをもってバケットのクラウド操作を検出するクラウド操作検出手段と、このクラウド操作検出手段でクラウド操作が検出された状態での前記掘削機のバケットシリンダのボトム圧力を掘削負荷として検出する圧力検出手段とを備えていることを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
請求項１記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削時間を検出する掘削時間検出手段を設けたことを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
発破後の地面を掘削する掘削機のバケットがクラウド方向に操作されたときに出力する信号が一定時間継続したことをもってバケットのクラウド操作を検出するクラウド操作検出手段と、前記掘削機による積込工程を判定する積込工程判定手段と、前記クラウド操作検出手段でクラウド操作が検出された状態での前記掘削機のバケットシリンダのボトム圧力を掘削負荷として検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段により検出された掘削負荷を前記積込工程判定手段で判定された積込工程における掘削負荷とそれ以外の工程における掘削負荷とに分ける分類手段とを備えていることを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
発破後の地面を掘削する掘削機のバケットがクラウド方向に操作されたときに出力する信号が一定時間継続したことをもってバケットのクラウド操作を検出するクラウド操作検出手段と、このクラウド操作検出手段でクラウド操作が検出された状態での前記掘削機のバケットシリンダのボトム圧力が予め設定された設定圧力以上になったときこれを掘削負荷として検出する設定圧力検出手段とを備えていることを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
請求項４記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記設定圧力検出手段により設定圧力以上の圧力が検出された時間又は回数を求める負荷量検出手段を設けたことを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
請求項１又は請求項２記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削位置を検出する掘削位置検出手段と、前記圧力検出手段により検出された掘削負荷又はこれに対応する値或いはこれに対応する色彩、および前記掘削位置検出手段で検出された掘削位置を表示する表示手段とを設けたことを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
請求項３記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削位置を検出する掘削位置検出手段と、前記圧力検出手段により検出された掘削負荷又はこれに対応する値或いはこれに対応する色彩を前記積込工程判定手段で判定された積込工程とそれ以外の工程とに分けて表示するとともに、前記掘削位置検出手段で検出された掘削位置を表示する表示手段とを設けたことを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
請求項５記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記掘削機の掘削位置を検出する掘削位置検出手段と、前記負荷量検出手段により検出された時間又は回数或いはこれに対応する色彩、および前記掘削位置検出手段で検出された掘削位置を表示する表示手段とを備えていることを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。
請求項６乃至請求項８のいずれか１項記載の発破地面の掘削負荷計測装置において、前記表示手段は、発破位置を記憶し、かつ、これを任意に表示することを特徴とする発破地面の掘削負荷計測装置。