JP2017082573A - 削岩のための装置、削岩リグ及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削の生産性を損なうことなく、掘削作業員を保護するための削岩のための装置、削岩リグ及び方法を提供する。
【解決手段】工具の長手方向軸の周りに掘削工具８を動かすための旋回装置を備える。旋回運動Ｔは、旋回運動Ｔの方向が第１及び第２の旋回方向に連続的に反転されるように、交互旋回システムＡＴＳによって制御される。工具の旋回角は制限されており、安全システムＳＳはその動作をモニタし、所定の旋回角を超えないことを保証するように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は削岩のための装置に関する。本装置は、削岩機械及び削岩機械に接続可能な掘削工具を備える。削岩機械は、掘削中にその長手方向軸の周りに掘削工具を動かすための手段を備える。

本発明は更に削岩リグ及び掘削方法に関する。本発明の分野は、独立請求項でより具体的に定義される。

削岩中、掘削孔は、削岩リグに配置された削岩機械によって、岩盤物質又は土壌まで掘削される。掘削孔は鉱山、採石場及び建設作業現場で掘削されることがあり、また、掘削孔は、発破孔、補強孔又は他の任意の目的を有する掘削孔であってもよい。掘削中、掘削機械は掘削工具をその長手方向軸の周りに回転させる。回転掘削工具及び削岩機械の回転機械部分が巻き込みを引き起こし、掘削作業員に重傷を負わせることがある。削岩ユニットの回転部分に対する一般的な保護は、稼働中に回転部分へのアクセスを防止すること、或いは人が危険なゾーンに入る前に回転運動を停止することによって、配慮されている。既知の方策は、アクセスを防止すること、或いは人が危険なゾーンに入る前に動きを停止することである。掘削ユニットの危険な回転部分を取り囲む保護ケージなどの、固定ガードやその他の物理的な保護デバイスは、適切な保護をもたらしうるが、デメリットも幾つかある。保護ケージなどは、掘削ユニットの重量を増し、コストを増大させ、可視性を低下させる。危険な掘削ゾーンをモニタするアクセス制御システムのデメリットは、十分な信頼性を提供できないことである。したがって、現在の解決策には幾つかの問題点があり、掘削の生産性を損なうことなく、掘削作業員を保護するための満足のいく解決策を提供していない。

本発明の目的は、新規の改善された装置、削岩リグ及び削岩方法を提供することにある。

本発明による装置は、独立な第１の装置クレームに開示されている特徴的な機能によって特徴付けられている。

本発明による削岩リグは、独立な第２の装置クレームに開示されている特徴的な機能によって特徴付けられている。

本発明による方法は、独立な方法クレームに開示されている特徴的な機能によって特徴付けられている。

開示されている解決策の考え方は、装置が、掘削工具の長手方向軸の周りに掘削工具を動かすための旋回デバイスを備えている削岩機械を備える、というものである。旋回デバイスが、掘削工具の運動方向を繰り返し反転するように構成されるよう、旋回デバイスは一又は複数の交互旋回システムによって制御される。したがって、掘削工具は、掘削中に繰り返し変化する旋回方向を有する。言い換えるならば、交互旋回システムにより、掘削工具は第１の旋回方向と対応する第２の旋回方向に交互に動くことができ、更に、交互旋回システムは、第１及び第２の旋回運動が一又は複数の所定の最大限界値を下回るように構成されている。したがって、開示されている装置は、２つの旋回方向で、掘削工具の許容される所定の旋回運動のみを生成する。しかも、本装置は、実際の掘削工具の旋回運動の大きさが、許容される所定の最大旋回運動を超えないことを保証する、一又は複数の分離された安全システムを含む。安全システムは、旋回デバイスに対して独立に動作しうる。

開示されている解決策の利点は、削岩機械と掘削工具の回転部分に対して、単純で安価な保護をもたらす点にある。保護ケージなどの物理的な保護カバーは必要ないため、視覚的な障害物は存在しない。更に、開示されている解決策は，掘削機械の重量を増やすことはない。掘削工具の交互旋回運動を使用しても、従来の回転掘削と比較して掘削の生産性は低下しないことが、実際の試験でわかっている。反対に、交互旋回運動によって、掘削工具の摩耗はより均等に分散し、このおかげで、掘削工具の耐用年数は、掘削工具が一方向に連続回転する従来の掘削と比較して長くなりうる。更に、交互旋回システム、実際の交互旋回運動、或いはその両方は常にモニタされているため、開示されている解決策は安全である。

一実施形態によれば、開示されているシステムは、掘削工具の２つの運動方向への回転を防止する。２つの旋回方向で許容される所定の旋回運動は、掘削ツールが通常の掘削中、数回の全回転を実行しないよう、旋回運動を制限する。生成される旋回運動は繰り返し入れ替わるため、第１の運動中に巻き込まれる可能性のあるアイテムは、重大な損傷を引き起こすことなく、続く第２の運動中に取り除かれる。

一実施形態によれば、２つの旋回方向で許容される所定の旋回運動は３６０度未満、又は好ましくは３００度〜３６０度の間となる。そのため、掘削工具は決して１回転することはなく、所定の角運動に従って旋回されるだけである。掘削工具が１回転することはないため、回転する機械部分への巻き込みの危険は存在しない。

一実施形態によれば、交互旋回システムは、旋回デバイスを制御して、第１の旋回方向及び対応する第２の旋回方向に完全に１回転することなく、運動方向を繰り返し反転するように構成されている。

一実施形態によれば、開示されている装置は、掘削工具に対して対称な交互旋回運動を生成するように構成されている。次いで、生成された旋回運動は、第１の旋回方向と第２の旋回方向で、同じ又は実質的に同じ大きさを有する。言い換えるならば、旋回角は２つの運動方向で等しい。対称な交互旋回運動及びその大きさは、交互旋回システムによって制御されうる。

一実施形態によれば、開示されている装置は、各旋回サイクルが、第１の旋回方向と第２の旋回方向に限られた旋回角の旋回を含む、幾つかの旋回サイクルを生成するように構成されている。旋回サイクルの旋回角は、２つの方向に同じ大きさを有する。その結果、旋回サイクルの各々の正味の旋回角はゼロである。掘削中、幾つかの旋回サイクルは連続して実行される。連続的な旋回サイクルの旋回角は異なる大きさを有することがあり、長手方向軸の周りの掘削工具の角位置は連続的に変化する。このように、掘削工具の遠位端のドリルビットは、各旋回サイクル後の新しい未破砕の岩石物質に作用しうるため、掘削効率は増大しうる。

一実施形態によれば、開示されている装置は、掘削工具の非対称な交互旋回運動を生成するように構成されている。次に、生成される旋回運動は、第１の旋回方向と第２の旋回方向とで異なる大きさを有する。言い換えるならば、様々な回転角の使用が実装される。非対称な交互旋回運動と２つの方向への旋回運動は、例えば、交互旋回システムによって制御されうる。

一実施形態によれば、少なくとも１つの安全システムは、少なくとも１つの交互旋回システムと旋回デバイスに対して、動作上独立しており、優先権を有する。

一実施形態によれば、少なくとも１つの安全システムは、少なくとも１つの交互旋回システムと旋回デバイスから物理的に分離されている。

一実施形態によれば、少なくとも１つの安全システムは、削岩機械の稼働をモニタするように構成されており、また、そのモニタリングに応答して、実際の旋回運動の大きさが許容される所定の旋回運動を常に確実に下回るように構成されている。

一実施形態によれば、旋回デバイスは、第１及び第２の方向に連続回転を生成することが構造的に可能なモータである。この実施形態では、旋回デバイスは、回転を生成することが構造的に可能な回転デバイス又は旋回モータで、
限られた旋回運動のみを生み出すことが可能で、それによって安全性を提供することが可能な内部構造を有する解決策とは異なる。更に、ギア装置などのトランスミッションはまた、構造的に連続回転を伝達することができる。次に、安全システムは独立したシステムで、モータやトランスミッションの一部にはなっていない。

一実施形態によれば、装置は、掘削工具の旋回運動が設定された最大旋回値を下回ったままであることをモニタするように構成された、一又は複数の安全システムを含む。更に、安全システムは、設定された最大旋回値の超過の検出に応答して、旋回運動を瞬時に停止するように構成されている。加えて、安全システムは、旋回デバイスと交互旋回システムの稼働条件をモニタし、モニタ対象のデバイス及びシステムの稼働に不具合を検出すると、その稼働を瞬時に終了しうる。掘削工具を瞬時に停止し、装置の稼働を終了することによって、危険で異常な状況は効果的に回避されうる。瞬時の停止は、例えば、旋回デバイスの動作電力の供給を終了することで実行されうる。

一実施形態によれば、安全システムは、交互旋回システムに対して、動作上独立しており、優先権を有する。安全システムは、一又は複数の検出デバイスとその処理手段を備え、これにより、安全システムは交互旋回システムのデバイスに依存しない。更に、安全システムによって行われる命令と動作は、通常の稼働システムの制御命令よりも優先されうる。

一実施形態によれば、安全システムは交互旋回システムの稼働をモニタし、交互旋回システムの稼働に逸脱を検出すると、旋回デバイスの稼働を停止する。このように、安全システムは交互旋回システムの不具合があれば通知し、更に、当該システムが修理されるまで、安全システムは旋回デバイスの更なる稼働を防止しうる。

一実施形態によれば、安全システムは、所定の最大旋回の大きさを超えないようにするため、掘削工具の旋回運動を終了するように構成されている。旋回運動は、例えば、機械的に制限されうる。交互旋回システムが故障すると、安全システムは、掘削工具の旋回運動が望ましい状態に留まり、安全上の問題が生じないよう保証する。安全システムは、掘削工具が許容される以上に旋回するのを防止するための一又は複数の機械的ストッパを含みうる。機械的ストッパは、旋回デバイス、掘削工具又はシャンクに接続して配置されうる。代替的に、又は付加的に、機械的ストッパは、シャンクと掘削工具との間に配置されうる補助中間エレメントに接続されて、配置されてもよい。一又は複数の機械的又は物理的なストッパのおかげで、旋回デバイスの基本的な制御システムが故障した場合でも、掘削工具が完全に回転することは確実に防止されうる。

一実施形態によれば、旋回デバイスの構成は、第１及び第２の旋回方向の限られた旋回運動のみが許容されるように設計されている。旋回デバイスの電源デバイスは、限られた時間だけ１つの運動方向に駆動力を発生させ、これによって限られた旋回運動を生み出しうる。代替的に、又は付加的に、電源デバイスと掘削工具との間のトランスミッションシステム又はエレメントは、例えば、限られた大きさの運動だけを伝達しうる。旋回デバイスの内部構造のみが掘削工具の非連続的旋回運動を発生させうるため、旋回デバイス自体が掘削作業に安全性をもたらす。しかしながら、装置の安全な稼働は、安全性システムと本願に開示されているその機能によって保証される。更に、開示されている旋回デバイスの稼働は交互旋回システムによって制御可能であり、これによって、交互旋回システムは、第１の方向で制限された旋回運動が実行された後、旋回方向を第２の方向に反転しうる。交互旋回システムは、２つの方向に限られた最大旋回運動を発生させるように、或いは代替的に、旋回デバイスを制御して、２つの方向に所望の大きさの旋回運動を発生させるように、構成されうる。

一実施形態によれば、旋回デバイスは、旋回デバイスの電源デバイスと掘削工具との間にギア装置を含む。ギア装置は、限られた稼働領域を備えた一又は複数のギアホイール又は歯面を含み、トルクトランスミッションのための適切な歯が、ギアホイールの周囲の第１の部分又は対応するギアエレメント上に存在する。ギアホイールの周囲の残存する第２の部分又は歯面は、適切な歯を持たないため、稼働しえない領域となる。稼働しうる領域と稼働しえない領域により、開示されているギアの歯が欠けたトランスミッションシステムは、旋回デバイスから掘削工具まで限られた旋回運動のみを伝達することができる。その結果、開示されているトランスミッションシステムは、物理的な手段を利用することにより、トランスミッションシステムがいかなる状況にあっても、無制限な旋回運動や回転を掘削工具に伝達しないことを保証しうる。許容しうる旋回角は、ギアホイールの稼働領域の大きさを適切に指定することによって設定されうる。正常な状況では、旋回デバイスの稼働は交互旋回システムによって制御され、開示されているギア装置の配置のみが付加的な安全性をもたらす。この段落で開示されている内部の安全な配置に加えて、本願で開示されている他の分離された安全性システムも利用されうる。開示されている歯が欠けたギアホイールを備えるトランスミッションシステムは製造が安価で、耐久性があり、追加の構成要素を必要とせず、過大な旋回運動を防止するための信頼性の高い物理的配置をもたらす。

一実施形態によれば、装置の旋回デバイスは、油圧式又は空気圧式のモータ又はシリンダなどの、圧力媒体動作式旋回アクチュエータである。旋回デバイスの稼働は、交互旋回システムの一又は複数の制御バルブによって制御されうる。制御バルブは、旋回アクチュエータの旋回方向が制御バルブの稼働に応答して反転されるように、圧力流体動作式旋回アクチュエータの圧力媒体ポートで優勢な圧力を制御する。本装置の安全システムは制御バルブの稼働をモニタし、交互旋回システムの稼働に逸脱を検出すると、旋回デバイスの稼働を停止しうる。安全システムは、制御バルブが稼働中に正しく動いて、設計された制御位置の間にその位置を変更することを検出することによって、制御バルブの稼働をモニタしうる。安全システムは、運動センサ、近接センサ、及び制御バルブの物理的な運動を検知するための対応する検出デバイスを含みうる。次に、制御バルブが１つの制御位置で動かなくなった場合、この異常な状況は即座に検出可能で、旋回デバイスの稼働は停止されうる。代替的に、又は付加的に、安全システムはまた、旋回デバイスの圧力媒体ポートに接続された圧力チャネルに作用する圧力をモニタし、その圧力データに基づいて、制御バルブの適正な動作サイクルを決定しうる。

一実施形態によれば、装置は前述の実施形態に従っており、一又は複数の電気モニタリングエレメントを更に含む。次に、安全システムの電気モニタリングエレメントは、交互旋回システムの制御バルブの適正な稼働をモニタするため、制御バルブに接続されて配置されうる。電気モニタリングエレメントは、旋回デバイスの稼働を継続するか終了するかを判断する安全システムに基づいて、検知信号を生成しうる。センサ、検知デバイス、トランスデューサ及び測定デバイスなどの電気モニタリングエレメントは比較的安価で、取り付けが容易である。

一実施形態によれば、装置の旋回デバイスは、油圧式又は空気圧式のモータ又はシリンダなどの、圧力媒体動作式旋回アクチュエータである。旋回デバイスの稼働は、交互旋回制御システムの一又は複数の制御バルブによって制御されうる。制御バルブは、旋回アクチュエータの旋回方向が制御バルブの稼働に応答して反転されるように、圧力流体動作式旋回アクチュエータの圧力媒体ポートで優勢な圧力を制御する。制御バルブは、少なくとも２つの稼働位置が設けられている制御エレメントを有し、その制御エレメントは旋回デバイスの稼働中に２つの稼働位置の間を移動する。電気モニタリングエレメントは制御エレメントの物理的な位置をモニタするように構成された検知デバイスである。

旋回デバイスの稼働は、交互旋回制御システムの一又は複数の制御バルブによって制御されうる。制御バルブは、旋回アクチュエータの旋回方向が制御バルブの稼働に応答して反転されるように、圧力流体動作式旋回アクチュエータの圧力媒体ポートで優勢な圧力を制御する。制御バルブは圧力が制御されていて、少なくとも２つの稼働位置が設けられている制御エレメントを有し、旋回デバイスの稼働中に、制御バルブの少なくとも１つの圧力ポートに制御圧力を向けることによって、その制御エレメントは２つの稼働位置の間を移動し、また、電気モニタリングエレメントは、制御バルブの少なくとも１つの圧力ポートで優勢な圧力媒体の変化をモニタするように構成された検知デバイスである。

一実施形態によれば、装置の旋回デバイスは、油圧式又は空気圧式のモータ又はシリンダなどの、圧力媒体動作式旋回アクチュエータである。旋回デバイスの稼働は、交互旋回制御システムの一又は複数の制御バルブによって制御されうる。制御バルブは、旋回アクチュエータの旋回方向が制御バルブの稼働に応答して反転されるように、圧力流体動作式旋回アクチュエータの圧力媒体ポートで優勢な圧力を制御する。制御バルブは電気的に制御されていて、少なくとも２つの稼働位置が設けられている制御エレメントを有し、旋回デバイスの稼働中に、制御バルブの少なくとも１つの電気アクチュエータに電流を向けることによって、その制御エレメントは２つの稼働位置の間を移動する。また、電気モニタリングエレメントは、制御バルブの稼働を制御する電流の変化をモニタするように構成された検知デバイスである。

一実施形態によれば、削岩機械の旋回デバイスは圧力媒体動作式モータである。モータは、例えば、油圧式又は空気圧式で稼働されてもよい。

一実施形態によれば、削岩機械の旋回デバイスは、圧力ダクトによって油圧回路に接続される油圧モータである。交互旋回システムは、所望の連続的な反転旋回運動が生成されるように、前述の圧力ダクト内の圧力媒体のフローを制御するための少なくとも１つの制御バルブを備える。安全システムは、少なくとも１つの前述の圧力媒体ダクトに接続された、少なくとも１つの付加的な第２の油圧モータを備える。第２の油圧モータは、油圧旋回デバイスに直列接続され、これによって２つの油圧モータを同時に稼働する。更に、付加的な第２の油圧モータの実際の旋回運動の大きさは機械的に制限され、これによって付加的な第２の油圧モータは、旋回デバイスが許容される所定の旋回運動を超えるのを防止するように構成されている。機械的ストッパ又は制限エレメントに関連しているのは制限スイッチや検知デバイスであるが、これらは安全システムの制御デバイスと通信することができる。この実施形態では、電気的検知手段、並びに最終的には機械的ストッパは、掘削工具が回転すること、或いは他の所定の旋回角限界を超えることを防止する。付加的に直列接続された第２のモータのおかげで、機械的ストッパ及び電気的検知デバイスは、掘削ユニットの外側に配置されうるため、これらのための空間が増え、環境の利便性が高まる。

一実施形態によれば、装置の安全システムは、旋回デバイスによって生成されて、掘削工具へ伝達される又は向けられる旋回運動の旋回角を検出するための少なくとも１つの検知デバイスを備える。安全システムには更に、許容しうる最大の旋回運動が第１の旋回方向と第２の旋回方向であるように定義する、少なくとも１つの最大旋回角限界が設けられている。一又は複数の検知デバイス又は検出器は、旋回デバイス及びその構成要素、シャンク又は掘削工具の旋回運動をモニタするように配置されうる。検出は直接的又は間接的に実行されうる。生成された検出信号は、実際の掘削の旋回角を計算して決定するための処理手段を備える安全デバイスに伝達され、その安全デバイスは、削岩機械の旋回システムのトランスミッション比を考慮し、その結果、システムの旋回運動に関連して受け取った検出信号に基づいて、掘削工具の旋回角を計算しうる。したがって、安全デバイスは実際の旋回角を決定し、決定された実際の旋回角を設定された最大旋回角と比較し、最大旋回角限界を超えたことを検出すると、旋回を停止する。この実施形態は、安全な旋回運動を生み出す本装置の信頼性を更に改善するための、安価で単純な解決策をもたらす。

一実施形態によれば、実際に生成される本装置の旋回運動は、掘削工具の実際の旋回運動の検知によって直接決定される。したがって、安全システムには、掘削工具の実際の旋回運動を検出するための、一又は複数の検知デバイス又は検出器が備えられている。検知デバイスは掘削工具の近傍に配置されてもよく、検知デバイスは、更に処理を行うため安全システムに伝達される検出信号を生成しうる。安全システムは、受け取った検出データに基づいて、掘削工具の実際の旋回角の大きさを決定又は計算し、検出された旋回角の値を設定された最大旋回角限界と比較しうる。実際の旋回運動が最大旋回角限界を超えるのを安全システムが検出した場合には、システムは旋回を停止する。このように、掘削工具の実際の旋回運動の大きさは、許容される所定の旋回運動を常に下回る。

一実施形態によれば、本装置で実際に生成される旋回運動は、掘削工具の実際の旋回運動を検知することによって直接決定され、このデータは掘削工具が許容される以上に旋回されないことを更に保証するために利用される。安全システムには、掘削工具の実際の旋回運動を検出するための、一又は複数の検知デバイス又は検出器が備えられている。検知デバイスは掘削工具の近傍に配置されてもよく、また、掘削工具には、掘削工具の周囲に配置される少なくとも１つのモニタリングバンドが備えられている。モニタリングバンドは、モニタリングバンドに近接して配置される検知デバイスによって検出されうる、幾つかのマーカー、タグ又は検出器を含みうる。モニタリングバンドの幾つかのマーカーは、工具を取り囲むモニタリングバンドの全周の一部のみをカバーする検知領域を提供するように位置決めされうる。したがって、マーカーなしで放置される円周の残りの部分は、モニタリングバンドの非検知領域となる。検知デバイスは検知領域に配置され、これにより検知デバイスは、マーカーが掘削工具と共に動くときに、所定の交互角旋回運動を検出する。モニタリングバンドの検知領域は、許容される旋回角に従って大きさが決定される。掘削工具の旋回が許容される旋回角を超える場合、マーカーなしの非検知領域が検知デバイスの位置にくると、検出信号は生成されない。言い換えるならば、許容される旋回角を超えると、検出信号の生成を終了し、これは本装置の誤動作を意味すると解釈される。欠落した検出信号の情報は安全システムに伝達され、安全システムは直ちに旋回を停止する。更に、モニタリングバンドが取り外された場合や、マーカー又は検知デバイスが故障した場合には、適正な信号が生成されておらず、安全システムは適正な信号を受け取っていないため、安全システムは旋回デバイスの稼働を回避する。このように、オペレータによる誤用は防止され、安全システムを取り外すこと及びモニタリングを無効にすることはできない。マーカーは誘導検知デバイスによって遠隔的に検出されてもよく、或いは代替的に、検知は例えば磁気に基づくものであってもよい。もう１つの可能性はマーカーをタグにするもので、読取器に無線自動識別に基づく操作を利用することで、タグは読み取られ、検出される。モニタリングバンド又はストリップは可塑性材料から作られてもよく、マーカーは可塑性材料に埋め込まれてもよく、或いはバンドの表面に取り付けられてもよい。更に、検知デバイスは専用の支持エレメントに装着されてもよく、或いは、掘削工具の周囲に位置する構造物に接続されてもよい。更なる付加的な実施形態では、モニタリングバンドは、掘削工具と共に動くシャンクの周囲に配置されてもよい。次いで、掘削工具のモニタリング時と同じ稼働の原則が適用されうる。

一実施形態によれば、本装置で実際に生成される旋回運動は、掘削工具の実際の旋回運動を検知することによって直接決定され、このデータは掘削工具が許容される以上に旋回されないことを更に保証するために利用される。この実施形態は、前の実施形態で開示されているものと実質的に同様であるが、開示されているモニタリングバンドではなく掘削工具自体に、検知デバイスによって検出可能なマーカーが設けられている点で異なる。したがって、第１の付加的な実施形態では、幾つかのマーカー又は検出器は掘削工具の外表面に直接取り付けられてもよく、その結果、これらは掘削工具に近接して配置される検知デバイスによって検知されうる。マーカーは、例えば、粘着性の締結剤によって掘削工具に装着されうる。第２の付加的な実施形態では、掘削工具の外表面には、幾つかのマーキング用の溝、突起、或いは検知デバイスによって検出可能な他の任意の表面特性又は構造学的特徴がもたらされる。更に述べるならば、開示されている特徴は、掘削工具が旋回デバイスに接続されるシャンクによって、シャンクの実際の旋回をモニタリングするときにも利用されうる。

一実施形態によれば、掘削工具の断面の外表面には角がある。例えば、掘削工具の断面は六角形であってもよい。次いで、掘削工具の外表面は、掘削工具が旋回すると、安全システムの検知デバイスによって検出されうるエッジを含む。検知デバイスは検出信号を生成し、これに基づいて安全システムは掘削工具の旋回角を計算しうる。モニタリングによって、実際の旋回角が許容される所定の旋回角を超えていることが検出されると、安全システムは旋回運動を停止する。

一実施形態によれば、削岩機械は掘削工具を接続するためのシャンクを備え、旋回デバイスはシャンクによって掘削工具を旋回するように構成されている。安全システムは、一又は複数の検知デバイスによって、シャンクの実際の旋回運動をモニタするように構成されている。シャンクと掘削工具は、言うまでもなく、実際に同じ旋回運動を行う。安全システムは、シャンクの検出データに基づいて、掘削工具の実際の旋回角の大きさを決定する。安全システムには、少なくとも１つの最大旋回角限界が設けられ、安全システムが最大角限界の超過を検出すると、旋回デバイスの稼働は停止される。代替的に、シャンクには、シャンクの外周の周りに制限された検知領域を定義する幾つかのマーカー又はタグが設けられてもよい。前の一実施形態で上述したように、マーカーやタグは検知デバイス又は読取器によって決定され、旋回運動が制限された旋回角に一致しているときには、適正な信号が生成される。旋回角が許容される旋回角を上回るときには、マーカーやタグが検知デバイスに存在しないかのようにシャンクが旋回し、モニタリング信号が生成されないため、安全システムは旋回運動を停止する。同様に、マーカーやタグが失われたか故障した場合には、適正なモニタリング信号が生成されず、本装置は停止される。

一実施形態によれば、安全システムは、掘削工具又はシャンクの近傍に装着される、一又は複数の非接触検知デバイス、センサ、読取器又は測定デバイスを含み、旋回デバイスおよび旋回デバイスを制御する交互旋回システムによって生成される実際の旋回運動を決定するように構成される。掘削工具又はシャンクに接続される検知デバイスは、例えば、誘導センサであってもよい。代替的に、又は付加的に、検知デバイスの稼働は磁気識別又は無線自動識別に基づくものであってもよい。

一実施形態によれば、掘削工具の実際の旋回角の大きさは、旋回デバイス又は掘削機械の一又は複数の旋回機械エレメントの運動を検知することによって決定される。次いで、安全システムは、旋回デバイスの実際の旋回運動を検出するため、削岩機械に装着された一又は複数の検知デバイスを含みうる。安全システムには、回転デバイス又はギアシステムの一又は複数の機械エレメントの旋回運動に基づいて、掘削工具の旋回角を決定するために必要な計算手段が備わっている。更に、安全システムには、少なくとも１つの最大旋回角限界が設定されており、安全システムは、掘削工具の計算された旋回角を旋回角限界と比較し、最大旋回角限界の超過に応答して、旋回デバイスの稼働を停止しうる。このように、掘削工具の実際の旋回運動の大きさは、許容される所定の旋回運動を常に下回るように留まる。削岩機械に接続して配置される検知デバイスは、非接触センサ又は削岩機械の機械エレメントの近傍に装着される測定デバイスであってもよい。検知デバイスは、例えば、誘導センサであってもよい。代替的に、又は付加的に、検知デバイスの稼働は磁気に基づいてもよい。この実施形態は、掘削工具又はシャンクにいかなるインジケータやマーカーも装着が難しい状況で利用されうる。

一実施形態によれば、削岩機械の旋回デバイスは、圧力ダクトによって圧力流体回路に接続された圧力流体動作式モータである。加圧された流体は塊りとしてモータへ送り込まれ、注入された圧力流体バッチ（ｄｏｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｌｕｉｄ ｂａｔｃｈｅｓ）の作用により、モータは２つ旋回方向に制限された旋回運動だけを生成する。モータは油圧モータであってもよい。旋回デバイスの稼働を制御する交互旋回システムは、一又は複数の制御バルブを含みうる。更に、安全システムは、モータの圧力ダクトに接続された一又は複数の注入シリンダ機構を含みうる。交互旋回システムの制御バルブは、注入シリンダ機構の往復運動を制御しうる。次に、注入シリンダ機構の各ストロークは、限られた容積の圧力流体をモータに注入し、これにより、注入された圧力流体バッチはモータに対して制限された旋回運動を生成する。生成された最大旋回運動は、注入された流体バッチの容積に作用することによって、調整されうる。代替的な解決策では、往復式注入シリンダは、別の注入機構によって、例えば、旋回式又は回転式の注入エレメントや空間などによって代替されうる。

一実施形態によれば、削岩機械の旋回デバイスは、圧力媒体管路によって圧力媒体システムに接続された圧力媒体動作式旋回アクチュエータである。旋回アクチュエータは、旋回アクチュエータの一又は複数の圧力チャンバ内の様々な特性の加圧流体によって稼働される。加圧流体の特性は、交互旋回システムによって制御されうる。加圧流体は、例えば、気体又は油圧オイルであってもよい。本装置の安全システムは、圧力媒体動作式旋回アクチュエータに接続された少なくとも１つの圧力媒体管路に作用する圧力媒体の特性を検知するように構成された、一又は複数の検知デバイスを含みうる。代替的に、一又は複数の検知デバイスは、圧力媒体の特性を決定するため、旋回デバイスの圧力ポート又はチャンバに接続して配置されうる。検知データは、受け取った検知データによって交互旋回システムの稼働をモニタするように構成される、安全システムによって収集される。検知データは一般的に、圧力データ又は流量データであってもよい。

一実施形態によれば、削岩機械の旋回デバイスは、圧力媒体システムに接続された圧力媒体動作式旋回アクチュエータで、また、本装置の安全システムは、旋回デバイスの稼働に作用する圧力媒体の特性に関連する検知データを受け取るように構成されている。安全システムは、旋回アクチュエータに伝達される圧力媒体フローを検出するように配置された、一又は複数のフロー検知デバイスを含みうる。安全システムは、検知したフローデータによって交互旋回システムの稼働をモニタするように構成されている。実際の旋回運動の大きさは、圧力チャンバの容積など、旋回デバイスの特性及び寸法が既知のときには、検知されたフローデータに基づいて計算されうる。代替的に、安全システムには流量の限界値が設定されることがあり、旋回デバイスの稼働条件をモニタしているときには、安全システムは検知された流量を設定された限界値と比較してもよい。

一実施形態によれば、削岩機械の旋回デバイスは、圧力媒体システムに接続された圧力媒体動作式旋回アクチュエータで、また、安全システムは、旋回アクチュエータに伝達される圧力媒体フローを検出するように配置された一又は複数のフロー検知デバイスを含む。安全システムは、フローデータに基づいて、掘削工具の旋回角の大きさを計算するように構成されている。

一実施形態によれば、削岩機械の旋回デバイスは、圧力媒体システムに接続された圧力媒体動作式旋回アクチュエータで、また、安全システムは、旋回アクチュエータに伝達される圧力媒体フローを検出するように配置された一又は複数のフロー検知デバイスを含む。安全システムはフローの変化をモニタし、フローの変化に基づいて、交互旋回システムの稼働条件を決定するように構成されている。圧力媒体動作式旋回デバイスは連続反転旋回運動を実行するため、圧力フローは旋回デバイスに接続された圧力管路又はポート内で変化し、また、フローデータのこうした変化はモニタされ、適正な反転旋回運動が実行されていること及び設定された最大値を超える旋回角が存在しないことが判断される。モニタされるフローの変化はフローの方向であってもよい。圧力媒体動作式旋回アクチュエータは、一又は複数の圧力チャンバを含み、圧力チャンバの各々には少なくとも１つの圧力媒体ポート及び管路が備えられている。圧力管路及びポート内の圧力フローの方向は検知されてもよく、検知されたデータに基づいて、旋回アクチュエータの適正な反転旋回運動が検出されうる。代替的に、又は付加的に、モニタされるフローの変化はフローの持続時間であってもよい。

一実施形態によれば、削岩機械の旋回デバイスは、圧力媒体システムに接続された圧力媒体動作式旋回アクチュエータで、また、本装置の安全システムは、旋回デバイスの稼働に作用する圧力媒体の特性に関連する検知データを受け取るように構成されている。安全システムは、旋回アクチュエータの少なくとも１つの圧力媒体管路内の圧力を検出するように配置された、一又は複数の圧力検知デバイスを含みうる。代替的に、圧力検知デバイスは、旋回デバイスの一又は複数の圧力ポート又はチャンバに接続して配置されうる。安全システムは、検知された圧力データによって、交互旋回システムの稼働をモニタするように構成されている。旋回デバイスは反転旋回運動を実行し、圧力は旋回デバイスの圧力管路、ポート及び作業用圧力チャンバ内で変動するため、この特徴は交互旋回システム及び旋回デバイスの適正な稼働条件をモニタするために利用されうる。

一実施形態によれば、削岩機械の旋回デバイスは、圧力媒体システムに接続された圧力媒体動作式旋回アクチュエータで、また、本装置の安全システムは、一又は複数の圧力センサ又は圧力測定デバイスから検知された圧力データを受け取るように構成されている。旋回デバイスの稼働は、反転旋回運動を実行するために、圧力媒体を旋回デバイスの圧力ポートに向ける交互旋回システムによって制御される。旋回デバイスに作用する優勢な圧力を測定することによって、交互旋回システムの稼働条件は検出されうる。代替的に、圧力検知デバイスは圧力スイッチで、このスイッチは、圧力媒体管路内の圧力が限界値を超えるとき、安全システムに対する指示を生成すように構成されている。圧力スイッチは電気的に稼働されてもよく、電気検出信号を生成しうる。受け取った検出信号に基づいて、安全システムは、反転旋回運動を生み出すため、旋回デバイスの作業用圧力チャンバに圧力媒体が送り込まれる持続時間を決定しうる。安全システムは、検出されたデータに基づいて実際の旋回運動を計算してもよく、或いは、安全システムは、検出データを基準データと比較して、圧力媒体を送り込むための最大持続時間を決定する。

一実施形態によれば、掘削工具の旋回運動は、旋回する掘削工具又はシャンクの近傍に配置され、屈曲可能なワイヤ又は細片によって掘削工具又はシャンクに接続される特殊なスイッチによってモニタされる。接続ワイヤは所定の長さを有し、その寸法は、スイッチが始動されることなく、所望の制限された旋回運動が許容されるように決められている。掘削工具とシャンクが旋回されるにつれて、屈曲可能なワイヤは堅く締まり、スイッチに作用する力を引き起こす。制限された旋回運動の超過は、スイッチの始動を引き起こし、旋回デバイスの稼働が停止されるように調整されている。スイッチは緊急停止であってよい。スイッチに関連するのは、屈曲可能なワイヤ又は細片のための回転可能なリールを含むヨーヨータイプのエレメントであってもよい。リールの回転は緊急スイッチに作用する力を引き起こし、これによって、所定の限界を超える旋回運動が検出されるときには、旋回デバイスの停止を引き起こしうる。

一実施形態によれば、掘削工具の旋回運動は、旋回デバイスによって旋回される掘削工具又はシャンクの外表面から突出する、一又は複数の物理的な停止エレメントによってモニタされる。掘削工具又はシャンクに近接して平行に、一又は複数の安全ワイヤ或いは対応する長手方向エレメントが配置され、突出する停止エレメントに届く範囲に設定される。一又は複数の停止エレメントと一又は複数の安全ワイヤとの相互の位置は、装置の許容される最大旋回角に従って配置される。安全ワイヤは、旋回デバイスが設定された最大値を超える旋回角を実行する場合に、即座に停止させるための緊急スイッチに接続されうる。

一実施形態によれば、交互旋回システムは電気制御デバイスを備える。電気制御デバイスは、ソフトウェアプログラムコードを実行するための一又は複数のプロセッサを備えるコンピュータであってもよい。ソフトウェアプログラムの実行は、旋回デバイスが旋回運動の方向を繰り返し反転させ、旋回運動の大きさが常に許容される最大旋回角を確実に下回るように、交互旋回システムに制御を行わせるように構成されている。電子制御デバイスはまた、旋回デバイスによって生成される実際の旋回運動に関連する測定信号及びデータを受け取ってもよい。次に、電子制御デバイスは本装置の稼働をモニタし、望ましくない稼働が検出された場合には、ソフトウェアプログラムに定義されている安全対策を実行してもよい。これにより、旋回デバイスの安全な稼働はソフトウェアの手法によって制御されモニタされうる。

一実施形態によれば、旋回デバイスの安全な稼働は、上記で開示した２つ以上の実施形態を利用することによって確保される。これにより、掘削工具の限られた旋回運動は、幾つかの安全な配置、物理的な手段、電気デバイスおよび制御原理を利用することによって保証される。

一実施形態によれば、本装置は、安全システムが本システムに異常を発見した場合には、旋回デバイスの稼働を回避しうる。このように、オペレータによる悪用は防止され、安全システムを取り外すこと及びモニタリングを停止することは不可能である。本装置は、システムの稼働状態及び安全性を判断するための自己チェック機能を含みうる。

一実施形態によれば、旋回デバイスは電気旋回アクチュエータである。次に、交互旋回システムは、電気旋回アクチュエータに向けられた電流を制御するための少なくとも１つの電気制御エレメントを備え、これにより、旋回アクチュエータの旋回方向は制御エレメントの稼働に応答して反転される。本装置の安全システムは、交互旋回システム及びその制御エレメントの稼働条件をモニタするように構成されうる。代替的に、又は付加的に、安全システムは掘削工具の実際の旋回角をモニタし、検出された旋回角が所定の最大旋回角限界を超える場合には、旋回を終了しうる。更に、削岩機械、シャンク又は掘削工具は、掘削工具の完全な回転を防止するため、機械的ストッパを備えうる。

一実施形態によれば、本装置及びシステムは、正常な掘削モードとは異なる、制限付き稼働モードを含みうる。制限付き稼働モードは、例えば、掘削がいわゆる延長ロッド掘削である場合に、ドリルロッドを結合する時間内に選択されうる。制限付き稼働モードは、掘削工具を一又は複数回完全に回転させることができるが、回転速度は非常に低く制限され、そのため、低速回転部分が危険を引き起こすことはない。制限付き稼働モードに接続されているときには、警告信号及び表示を使用することによって、オペレータに通知されうる。

一実施形態によれば、安全システムは、交互旋回システムの稼働で検出された誤動作及び／又は検出された安全システムの誤動作、並びにその結果引き起こされる回転の即時停止に応答して、本装置のオペレータに検出信号を生成するように構成されており、これにより、オペレータは本装置の稼働条件が通知される。したがって、本装置は一又は複数のインジケータを備える。

一実施形態によれば、開示されている解決策は、トップハンマー掘削又はＤＴＨ掘削などの衝撃掘削（ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ）に実装されている。

一実施形態によれば、開示されている解決策は、ロータリー掘削に実装されている。

上述の開示された実施形態は、開示されている装置並びに開示されている削岩リグ及び方法で実装されうる。これにより、上記の実施形態、及び従属装置クレームは、適切な付加的特徴を含み、これらは、本願の独立方法クレームも修正するための付加的なステップ及び手続きとして、使用されうる。

上述の開示された実施形態は、必要な特徴を備えた適切な解決策を形成するため、組み合わせ可能である。

幾つかの実施形態は、添付の図面により詳細に説明されている。

地表の作業現場で、開示されている装置と方法を実装するように配置された削岩リグを示す概略側面図である。 反復反転旋回運動を生み出すための旋回デバイスと交互旋回システムを備えた削岩ユニットを示す概略側面図である。 開示されている装置のエレメントと特徴、並びに安全システム用の検出データ収集の例を示す概略図である。 開示されている解決策に従って、掘削工具を旋回させる際の使用に適した交互旋回デバイスを示す概略図である。 交互旋回システム及びその制御手段の代替的な実施形態を示す概略図である。 交互旋回システムの動作をモニタする安全システムに対する代替的な方法の概略図である。 旋回デバイスによって生成される実際の交互旋回運動をモニタする安全システムに対する実行可能な方法を示す概略図である。 異なる種類の旋回デバイスの構造的な差異、及び回転を生み出すその構造的な能力に関する幾つかの特徴を示す概略図である。 旋回デバイスとして機能する主要な油圧モータを含む削岩機を備える油圧回路を概略的に示しており、安全システムは主要な油圧モータに直列接続された付加的な第２の油圧モータを含む。 生成される旋回運動の大きさが常に制限されていることを保証するため、幾つかの代替的な安全システムを概略的に示す。 生成される旋回運動の大きさが常に制限されていることを保証するため、幾つかの代替的な安全システムを概略的に示す。 生成される旋回運動の大きさが常に制限されていることを保証するため、幾つかの代替的な安全システムを概略的に示す。 生成される旋回運動の大きさが常に制限されていることを保証するため、幾つかの代替的な安全システムを概略的に示す。 注入された圧力流体バッチを旋回デバイスに提供し、２つの旋回方向への交互旋回運動を引き起こす、注入シリンダ機構を備えた油圧回路を概略的に示す。 掘削工具に遠隔読取可能なマーカーを含むモニタリングバンドが備えられている安全な配置を概略的に示しており、これらのマーカーは検知領域に配置され、掘削工具が所望の旋回範囲内で適正に稼働しているときには、検出信号を生成するように構成されている。 掘削工具に遠隔読取可能なマーカーを含むモニタリングバンドが備えられている安全な配置を概略的に示しており、これらのマーカーは検知領域に配置され、掘削工具が所望の旋回範囲内で適正に稼働しているときには、検出信号を生成するように構成されている。 掘削工具に遠隔読取可能なマーカーを含むモニタリングバンドが備えられている安全な配置を概略的に示しており、これらのマーカーは検知領域に配置され、掘削工具が所望の旋回範囲内で適正に稼働しているときには、検出信号を生成するように構成されている。 掘削工具に遠隔読取可能なマーカーを含むモニタリングバンドが備えられている安全な配置を概略的に示しており、これらのマーカーは検知領域に配置され、掘削工具が所望の旋回範囲内で適正に稼働しているときには、検出信号を生成するように構成されている。 ギアトランスミッションには、不完全なギア歯システムが提供され、これにより、トランスミッションは掘削工具に回転を伝達することはできない、機械的に安全な配置を概略的に示している。

明確にするため、これらの図は、開示されている解決策の実施形態の幾つかを単純化した方法で示している。これらの図では、同様の参照番号は同様の要素を示す。

図１は、可動キャリア２、一又は複数の掘削ブーム３及び掘削ブーム３に配置された掘削ユニット４を備える削岩リグ１を示す。掘削ユニット４はフィードビーム５を備え、削岩機械６はフィードデバイス７によってフィードビームの上へ移動させることができる。更に、掘削ユニット４は掘削工具８を備え、これにより、削岩機械６の衝撃デバイスによって生成される衝撃パルスは掘削される岩に伝えられる。削岩機械６にはまた、掘削中に掘削工具の長手方向軸の周りに掘削工具８を動かすための旋回デバイスが備わっている。旋回デバイスは、矢印と参照記号Ｔで示されているように、掘削工具の運動の方向を繰り返し反転するように制御されている。更に述べるならば、一部の掘削技術では、掘削は掘削工具に衝撃パルスを与えずに実行されてもよく、したがって、掘削機械６には衝撃デバイスはない。

削岩リグ１は一又は複数の制御ユニットＣＵ１を含み、制御ユニットは、掘削工具８に反転旋回運動Ｔを繰り返し提供するため、交互旋回システムを制御するように構成されうる。代替的に、交互旋回システムは、圧力流体動作式旋回デバイスを制御するように配置された圧力媒体又は電気的に制御された制御バルブであってもよい。このように、交互旋回運動は、ソフトウェアプログラム及び他の電気的制御手段の制御下で、或いは油圧又は空気圧制御手段によって制御されうる。

搭載された制御ユニットＣＵ１はまた、安全システムの一部として稼働するように構成されてもよく、安全システムは、実際の旋回運動Ｔの大きさが許容される所定の値を常に下回ることを保証するように構成されている。次に、制御ユニットＣＵ１には安全ソフトウェアプログラムが提供されうる。掘削ユニット４には、例えば、工具８、シャンク９又は削岩機械６の内部エレメントの実際の旋回運動をモニタするための一又は複数の検知デバイスＳＤ１〜ＳＤ３が備わっている。検知デバイスＳＤの生成された検知データは制御ユニットＣＵ１に伝達され、その中で処理されうる。旋回運動が設定された最大限界値を超えたことを安全システムが検出した場合には、掘削機械６の稼働は停止される。

代替的に、安全システムは、制御ユニットＣＵ２又はそれ自体の適切な電気デバイスを含みうる。専用制御ユニットＣＵ２はキャリア上に配置されてもよく、或いは削岩リグ１の外部のデバイスであってもよい。専用制御ユニットＣＵ２は、検知データを受け取り、緊急停止を実行する制御データを伝達するため、削岩リグの制御ユニットＣＵ１と通信しうる。したがって、交互旋回システム及び安全システムは、削岩リグの中心的な制御ユニットＣＵ１によって制御されてもよく、或いは代替的に、これらのシステムは、１つの共通の制御ユニット或いはそれらの一又は複数の専用制御ユニットを有してもよい。更に、本願では「制御ユニット」という用語は、検知データの処理及び定義された作業の実行に適した制御ユニット及び対応する電気制御デバイスのうちのいずれか１つを意味しうる。

図１で指摘できるように、開示されている交互旋回システムは、連続回転ではなく、掘削工具８に対して反転旋回運動を反復的に生成するため、また、安全システムは本装置の適正な稼働を保証するため、掘削工具８と削岩機械６の周囲に保護ケージを使用する必要がない。このおかげで、掘削位置の視認性は良好で、掘削ユニットの外側の寸法は小さく、軽量になっている。

図２は、油圧動作式の旋回デバイスＴＤ及びこの旋回デバイスＴＤを制御するための交互旋回システムＡＴＳを備える削岩機械６を含む削岩ユニット４を開示している。削岩ユニット４は、削岩機械６の稼働を保証するための安全システムＳＳを更に含む。旋回デバイスＴＤは、圧力媒体ダクト１１又は流体ダクト、圧力源１２及びタンク１３を備える油圧システム１０に接続された油圧モータ１５であってもよい。交互旋回システムＡＴＳは、油圧システム１０に接続され、油圧モータ１５の圧力ポート内の圧力媒体の方向を変えるように配置された制御バルブ１４を備えてもよい。制御バルブ１４は、例えば、削岩リグの制御ユニットＣＵによって制御されうる。図２の矢印によって示されているように、制御バルブ１４は少なくとも２つの制御位置の間を直線的に移動してもよく、或いは代替的な構造の中で、バルブは制御位置の間で向きを変えてもよい。制御バルブ１４がその制御位置を繰り返し変えると、旋回デバイスＴＤは反転旋回運動を生み出す。言い換えるならば、制御バルブ１４は、旋回デバイスＴＤと掘削工具８の旋回方向を連続的に変える。

安全システムＳＳは、制御バルブ１４の適正な運動又は位置を検出するため、検知デバイスＳＤ４の一又は複数の運動又は位置を含みうる。したがって、検知デバイスＳＤ４は、制御バルブ１４の作業サイクルをモニタしうる。代替的に、又は付加的に、圧力又はフローの検知デバイスＳＤ５及びＳＤ６は、油圧モータの圧力ポート、又は制御バルブ１４によって制御される圧力ダクトに配置されうる。検知デバイスＳＤ５及びＳＤ６によって、制御された圧力管路内の油圧流体の特性及び変動が検出され、検知されたデータに基づいて適正な稼働が決定されうる。更に、一又は複数の検知デバイスＳＤ７は、油圧モータ１５の実際の旋回運動、又は油圧モータ１５内の加圧流体の特性をモニタするように配置されうる。図１と同様な方法で、検知デバイスＳＤ１〜ＳＤ３によって、実際の旋回運動をモニタすることも可能である。検知デバイスＳＤ３は、例えば、削岩機械６のトランスミッションエレメントの運動を検出するように配置されうる。したがって、安全システムＳＳは一又は複数の検知デバイスＳＤを含むことができ、削岩機械及び交互旋回システムＡＴＳの適正な稼働をモニタするための幾つかの代替的な方法がある。

一又は複数の検知デバイスＳＤ１〜ＳＤ７によって生成される検知データは、安全システムＳＳの制御ユニットＣＵへ伝達されうる。制御ユニットＣＵは、旋回デバイスＴＤと交互旋回システムＡＴＳが適正に稼働するかどうかを決定し、不具合が指摘される場合には、システムは旋回デバイスＴＤの稼働を停止するため、一又は複数の緊急停止ＥＳを制御する。図２では、緊急停止ＥＳは、起動されると圧力媒体ダクト１１に圧力媒体が流れ込むのを防止するように構成された、一又は複数のバルブを含みうる。

図３は、図１及び図２の開示済みの特徴を、より一般的な概念で提示する概略図を示す。安全システムＳＳは、制御ユニットＣＵ又はそれ自体の電気制御デバイスを含んでもよく、これによって、安全システムは削岩リグの制御ユニットに対して独立なデバイスであってもよい。安全システムＳＳは、例えば、検知データ、ソフトウェアプログラム、制御原理、旋回角限界値を提供するための入力手段１６を含みうる。安全システムはまた、入力ソフトウェアプログラムを実行するため、必要な計算を行うため、また、制御コマンドを生成するための一又は複数のプロセッサ１７を含みうる。削岩リグのオペレータには、表示デバイス、インジケータランプ又は対応する指示デバイス１８によって必要な情報が提供されてもよく、これによって、オペレータは開示されている装置の稼働ステータスを知ることができる。安全システムＳＳは、旋回デバイスＴＤに稼働電力を送ることを阻止するための緊急停止ＥＳを作動させうる。例えば、旋回デバイスが流体動作式である場合には、緊急停止ＥＳはバルブであってもよく、旋回デバイスが電動式である場合には、緊急停止は電気スイッチであってもよい。

図４は、開示されている解決策に従って掘削工具を旋回させる際の使用に適した、幾つかの代替的な旋回デバイスＴＤを提示する概略図を示している。旋回デバイスＴＤは、電動式のモータ又はアクチュエータであってもよく、或いは代替的に、油圧式又は空気圧式のモータ又はシリンダなど、圧力流体動作式アクチュエータであってもよい。

図５は、交互旋回システムの幾つかの代替的な実施形態を提示する概略図を示している。交互旋回システムＡＴＳは、電気旋回デバイスの稼働を制御しうる電気制御エレメントを含みうる。電気制御エレメントは、例えばスイッチであってもよく、制御ユニットで実行されるソフトウェアプログラムによって制御されうる。代替的に、交互旋回システムＡＴＳは、圧力媒体フローを制御するように構成される、油圧式又は空気圧式の制御バルブ１４を含みうる。制御バルブ１４は、制御位置の間でバルブを移動するため、圧力制御又は電気制御されうる。

図６は、交互旋回システムの稼働をモニタするため、安全システムに対して幾つかの代替的な方法を提示する概略図を示している。上記で既に開示されているように、安全システムは制御バルブの物理的な位置を検出するための検知デバイス、及び／又は、交互旋回システムの流体動作式制御バルブに向けられた優勢な圧力及び制御流体のフローをモニタするための検知デバイスを含みうる。更に、交互旋回システムが交互旋回システムの制御ユニット内で実行されるソフトウェアプログラムによって制御されているときには、モニタリングは検知デバイスなしで実行されてもよい。その後、安全システムは、ソフトウェアプログラムの実行と制御ユニットの稼働をモニタしてもよい。

図７は、安全システムが旋回デバイスによって生成される実際の交互旋回運動をモニタするための、幾つかの実行可能な方法を提示する概略図を示している。これまでの図に関連して開示されているように、安全システムは、掘削工具、シャンク及び／又は旋回デバイス機械又はトランスミッション構成要素の実際の旋回運動を検知するための、一又は複数の検知デバイスを含みうる。更なる代替手段は、旋回デバイスによって旋回される掘削工具又は他の任意の構成要素が、許容される所定の旋回領域内で旋回されているときには、検出信号を生成し受け取ることである。この解決策は、図１２ａ〜図１２ｄに関連して、より詳細に開示されている。

図８は、考えられる異なる種類の旋回デバイスの構造的な差異に関連する幾つかの特徴を一般的な方法で提示する概略図を示している。削岩機械には、回転することなく限られた旋回角だけを生成することを可能にする内部構造として、旋回デバイスが提供されうる。また、旋回デバイスには、限られた旋回運動による運動のみを伝達することができる、トランスミッション手段が提供されうる。したがって、旋回デバイス自体は、回転に関しては安全となりうる。しかしながら、旋回デバイスが構造的に回転を生み出すことができる場合には、限られた旋回運動は、交互旋回システムにより、旋回デバイスが限られた運動だけを実行するように制御することによって実行されうる。代替的に、又は付加的に、機械的ストッパは、旋回運動を制限するために利用されうる。機械的ストッパは、機械的な安全システムとして単独で、或いは、電気的検知手段、処理手段及び駆動手段を備えた電気的安全システムと共に、稼働するように考慮されうる。

図９は、流体ダクト１１ａと１１ｂ、圧力媒体源１２及びタンク１３を備える油圧回路１０に接続された油圧式削岩機械６を開示している。削岩機械６の旋回デバイスＴＤは、流体ダクト１１ａと１１ｂに接続された第１の油圧モータ１５である。交互旋回システムＡＴＳは、流体ダクト１１ａと１１ｂ内の圧力媒体フローの方向を制御するための制御バルブ１４を備える。安全システムＳＳは、流体ダクト１１ｂに接続された付加的な第２の油圧モータ１９を備える。第２の油圧モータ１９は、第１の油圧モータ１５に直列接続されており、これにより、２つの油圧モータ１５、１９は同時に稼働する。第２の油圧モータ１９の油圧容積は、第１の油圧モータ１５の油圧容積及び削岩機械のトランスミッション手段に応じて設定され、これによって、第２の油圧モータ１９と掘削工具８の旋回運動は同じ大きさを有しうる。

第２の油圧モータ１９の実際の旋回運動の大きさは、軸などの旋回エレメント２１上に配置される、機械的ストッパ２０によって制限されうる。ストッパ２０の旋回運動を制限するため、旋回エレメント２１の周囲には、停止面２２、又は対応する嵌め合いエレメントがあってもよい。このようにして、開示されている機械的停止システムは、その後、油圧流体が第２の油圧モータ１９に流れ込まなくなる、停止面２２によって設定された運動範囲の限界位置に、第２の油圧モータ１９を停止させる。これにより、流体ダクト１１ｂはブロックされ、第１の油圧モータ１５も停止される。第２の油圧モータ１９は油圧流体バッチを注入し、これによって、２つの旋回方向で第１の油圧モータ１５に作用を及ぼす、とみなすことができる。制御バルブ１４によって、油圧回路１０の流体フローの方向及び油圧モータ１５、１９の稼働方向は反転されうる。流体ダクト１１ａと流体ダクト１１ｂとの間には、特別な状況で流体フローがキャビテーションエレメント２３を通るのを許容することによって、油圧ポンプ１５、１９のキャビテーションを防止するため、反キャビテーションエレメント２３があってもよい。

更に、停止面２２に接続されるのは、ストッパが停止面２２に接触する前から既に近づきつつあるストッパ２０を検知するための限界スイッチ又は検知デバイスＳＤ８、ＳＤ９であってもよい。生成された検知データは安全システムＳＳの制御ユニットＣＵに伝えられ、制御ユニットは、交互旋回システムＡＴＳの制御バルブ１４を制御するための制御データを生成しうる。したがって、第２の油圧モータ１９に接続される開示システムは、制御バルブ１４に対して制御データを生成するように利用されうるため、正常な稼働中には機械的な停止は起こらない。その代り、第２の油圧モータ１９は油圧によって停止される。第２の油圧モータ１９は、流体バッチを油圧システム１０に流すことができる旋回注入機構として機能しうる。制御バルブ１４は、油圧回路１０内のフローの方向を繰り返し変える。言い換えるならば、ストッパ２０は実際の旋回運動をモニタするために使用され、モニタリングデータは交互旋回システムＡＴＳの制御に利用される。交互旋回システムＡＴＳ又は安全システムＳＳの電気的な構成要素が故障した場合には、安全システムＳＳの機械的な停止手段２０、２２が過大な旋回運動を防止する。更に、安全システムＳＳはまた、安全システムＳＳの不具合を検出した場合には、流体ダクト１１ａ、１１ｂを遮断するための緊急バルブなどの緊急スイッチＥＳを含みうる。

図１０ａ〜図１０ｄは、旋回デバイスによって生成される旋回運動が制限されることを保証するための幾つかの代替的な安全システムを開示している。図１０ａでは、旋回エレメント２４には、旋回エレメント２４上のストッパ２０と旋回エレメントの周りの停止面２２を含む、機械的な停止システムが備わっている。旋回エレメント２４は、掘削工具、シャンク、或いは削岩機械又はトランスミッションシステムの機械構成要素であってもよい。更なる可能性は、削岩機械と掘削工具との間の機械的な停止システムを備えた補助構成要素を配置することである。図１０ｂの配置は、停止面２２が安全ワイヤ２５によって置き換えられているという点で、図１０ａの配置とは異なる。ストッパ２０が安全ワイヤ２５に接触すると、ストッパはスイッチ又は検知デバイスによって検知されることが可能で、安全システムは旋回デバイスを停止しうる。更に、図１０ｃでは、図１０ｂの安全ワイヤは限界スイッチ２６によって置き換えられており、設定された最大旋回角の値を超えた場合、限界スイッチはストッパ２０によって作動される。図１０ｄでは、屈曲可能なワイヤ２８又は回転可能なリール２９の細片によって旋回エレメント２４に接続される、特別なスイッチ２７を備えたいわゆるヨーヨータイプの安全デバイスが開示されている。旋回エレメント２４が旋回デバイスによって旋回されるにつれて、屈曲可能なワイヤ２８は堅く締まり、スイッチ２７に作用する力を引き起こす。制限された旋回運動の超過は、スイッチ２７の始動を引き起こし、旋回デバイスの稼働が停止されるように調整されている。ワイヤ２８の長さは、スイッチ２７が始動されることなく、所望の制限された旋回運動が許容されるように、寸法が決められている。

図１１は、２つの旋回方向に交互旋回運動を引き起こす、注入された圧力流体バッチを旋回デバイスＴＤに提供するための、注入シリンダ機構３０を備える油圧回路１０を開示している。注入シリンダ機構３０は、作業用シリンダ３１及びこれと共に動くように接続された注入シリンダ３２を備える。作業用シリンダ３１は、往復作業サイクルを実行するため、交互旋回システムＡＴＳの制御バルブ１４によって制御される。作業用シリンダ３１の各ストロークにより、注入シリンダ３２は限られた容積の圧力流体を、旋回デバイスＴＤとして機能する油圧モータ１５に注入する。注入された圧力流体バッチにより、制限された旋回運動だけが旋回デバイスによって生成される。したがって、注入シリンダ機構３０は油圧式安全システムＳＳとして機能する。

図１１では、一方向バルブなどのバルブ手段３３により、システム内の圧力が維持されるように、注入シリンダ２９の２つのシリンダ空間に圧力流体を送り込むことができる。油圧モータ１５の漏れフローはタンク１３ｂへ向けられる。油圧回路１０はまた、油圧システムの圧力が設定された大きさを超えるときに、迂回フローを許可するための圧力開放バルブ３４を含みうる。

図１２ａ〜図１２ｄは、掘削工具８に遠隔的に読取可能なマーカー３６を含むモニタリングバンド３５が備えられている安全な配置を開示しており、これらのマーカーは、検知領域３７内に配置され、掘削工具８が所望の旋回範囲で適正に稼働するときには、検出信号を生成するように構成されている安全システムＳＳは、モニタリングバンド３５のマーカー３６を検出するための検知デバイスＳＤ１０を含む。図１２ｂと図１２ｄでは、検知領域３７のマーカー３６は掘削工具８と共に動き、所定の角度の交互旋回運動及び検出信号が生成される。掘削工具８の旋回が許容される旋回角を超える場合、マーカー３６なしの非検知領域３８が検知デバイスＳＤ１０の位置にくると、検出信号は生成されない。これは図１２ｄに開示されている。言い換えるならば、許容される旋回角の超過は、検出信号の生成を終了する。欠落した検出信号の情報は、安全システムＳＳの制御ユニットＣＵに送られ、安全システムは旋回を停止するため、緊急停止ＥＳを作動させうる。

モニタリングバンド３５を使用するための代替的な解決策は、検知デバイスＳＤ１０がエッジ３９又は他の表面特性又は掘削工具８の形状を検出し、制御ユニットＣＵが当該データに基づいて旋回運動を決定することである。

図１３は、ギアトランスミッション４０に不完全なギア歯システムが提供されている付加的な安全システムを概略的に示すもので、これにより、トランスミッション４０はいかなる状況であっても掘削工具に回転を伝えることはできない。旋回デバイスＴＤは、制限された反復旋回運動を生成するため、交互旋回システムＡＴＳによって制御されており、旋回運動はギアトランスミッション４０によって前方へ伝えられる。交互旋回システムＡＴＳが故障すると、トランスミッション４０は過大な旋回運動を機械的に防止する。トランスミッションは、歯付きのギア面４３と４４を有する、第１のギアホイール４１と第２のギアホイール４２を備えてもよい。第２のギアホイール４２は、適正な歯がない非稼働領域又はセクション４５を備える。非稼働領域４５は、切断や空洞、不完全に製造されたギア歯或いは歯のない中実な外表面などの、オープンスペース４６を含みうる。

図面及び関連する記述は、本発明のアイデアを示すことのみを目的とする。本発明の詳細は、特許請求の範囲内で変化しうる。

Claims (15)

1. 削岩のための装置であって、
   前記装置は削岩機械（６）と前記削岩機械（６）に接続可能な長手方向掘削工具（８）を備え、
   前記削岩機械（６）は、前記掘削工具（８）の長手方向軸の周りに前記掘削工具（８）を動かすための旋回デバイス（ＴＤ）を備え、
   前記装置は、前記旋回デバイス（ＴＤ）を制御して、前記掘削工具（８）の運動方向を繰り返し反転し、これによって第１の旋回方向と対応する第２の旋回方向における許容される所定の旋回運動（Ｔ）を生成するための少なくとも１つの交互旋回システム（ＡＴＳ）を備え、
   前記装置は、実際の旋回運動（Ｔ）の大きさが前記許容される所定の旋回運動を常に下回ることを、前記旋回デバイス（ＴＤ）に対して独立して保証するように構成される、少なくとも１つの分離された安全システム（ＳＳ）を更に備えることを特徴とする装置。
2. 前記安全システム（ＳＳ）は、前記交互旋回システム（ＡＴＳ）の稼働をモニタするように構成されており、
   前記安全システム（ＳＳ）は、前記交互旋回システム（ＡＴＳ）の稼働中に検出された逸脱に応答して、前記旋回デバイス（ＴＤ）の稼働を停止するように構成されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記旋回デバイス（ＴＤ）は圧力媒体動作式旋回アクチュエータであり、
   前記交互旋回システム（ＡＴＳ）は、前記旋回アクチュエータの圧力媒体ポートで優勢な圧力を制御するための少なくとも１つの制御バルブ（１４）を備え、前記旋回アクチュエータの前記旋回方向は、前記制御バルブ（１４）の稼働に応答して反転され、
   前記装置の前記安全システム（ＳＳ）は、前記制御バルブ（１４）の稼働をモニタするように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記安全システム（ＳＳ）は、前記制御バルブ（１４）の稼働をモニタするため、前記制御バルブ（１４）に接続して配置された少なくとも１つの電気モニタリングエレメントを備えることを特徴とする、請求項２又は３に記載の装置。
5. 前記削岩機械（６）の前記旋回デバイス（ＴＤ）は、圧力媒体動作式モータであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記削岩機械（６）の前記旋回デバイス（ＴＤ）は油圧モータ（１５）であり、
   前記旋回デバイス（ＴＤ）は圧力ダクト（１１）によって油圧回路（１０）に接続されており、
   前記交互旋回システム（ＡＴＳ）は、前記圧力ダクト（１１）内の圧力媒体フローを制御するための少なくとも１つの制御バルブ（１４）を備え、
   前記安全システム（ＳＳ）は、前記少なくとも１つの圧力媒体ダクト（１１）に接続された、少なくとも１つの付加的な第２の油圧モータ（１９）を備え、これにより、前記第２の油圧モータ（１９）は前記油圧旋回デバイス（ＴＤ）に直列接続され、
   前記付加的な第２の油圧モータ（１９）の実際の旋回運動の大きさは、機械的に制限されており、これにより、前記付加的な第２の油圧モータ（１９）は、前記旋回デバイス（ＴＤ）が前記許容される所定の旋回運動を超えることを防止するように構成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記安全システム（ＳＳ）は、前記掘削工具（８）に向けられる生成された旋回運動（Ｔ）の旋回角を検出するための少なくとも１つの検知デバイス（ＳＤ）を備え、
   前記安全システム（ＳＳ）には、少なくとも１つの最大旋回角限界が設けられており、
   前記安全システム（ＳＳ）は、検出された前記最大旋回角限界の超過に応答して、前記旋回を停止するように構成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記安全システム（ＳＳ）は、前記掘削工具（８）又はシャンク（９）の実際の旋回運動を検出するための少なくとも１つの検知デバイス（ＳＤ）を備え、
   前記安全システム（ＳＳ）は、検出データに基づいて前記掘削工具（８）の実際の旋回角の大きさを計算するように構成されており、
   前記安全システム（ＳＳ）には、少なくとも１つの最大旋回角限界が設定されており、
   前記安全システム（ＳＳ）は、検出された前記最大旋回角限界の超過に応答して、前記旋回デバイス（ＴＤ）の稼働を停止するように構成されており、これにより、前記掘削工具（８）の実際の旋回運動の前記大きさは常に、前記許容される所定の旋回運動を下回ることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記安全システム（ＳＳ）は、前記旋回デバイス（ＴＤ）の実際の旋回運動を検出するため、前記削岩機械（６）に装着された少なくとも１つの検知デバイス（ＳＤ）を備え、
   前記安全システム（ＳＳ）は、前記削岩機械（６）の前記検出データに基づいて、前記掘削工具（８）の実際の旋回角の大きさを計算するように構成され、
   前記安全システム（ＳＳ）には、少なくとも１つの最大旋回角限界が設定され、
   前記安全システム（ＳＳ）は、検出された前記最大旋回角限界の超過に応答して、前記旋回デバイス（ＴＤ）の稼働を停止するように構成されており、これにより、前記掘削工具（８）の実際の旋回運動の前記大きさは常に前記許容される所定の旋回運動を下回ることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記削岩機械（６）の前記旋回デバイス（ＴＤ）は油圧モータ（１５）で、
    前記旋回デバイス（ＴＤ）は圧力ダクト（１１）によって油圧回路（１０）に接続され、
    前記交互旋回システム（ＡＴＳ）は少なくとも１つの制御バルブ（１４）を備え、
    前記安全システム（ＳＳ）は、前記油圧モータ（１５）の前記圧力ダクトに接続された少なくとも１つの注入シリンダ機構（３０）を備え、
    前記制御バルブ（１４）は前記注入シリンダ機構（３０）の往復運動を制御するように構成されており、
    前記注入シリンダ機構（３０）の各ストロークは、前記油圧モータ（１５）に限られた容積の油圧流体を注入するように構成され、これにより、注入された油圧流体バッチは前記油圧モータ（１５）に対して制限された旋回運動を生成するように構成されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記削岩機械（６）の前記旋回デバイス（ＴＤ）は、圧力媒体管路によって圧力媒体システムに接続された圧力媒体動作式旋回アクチュエータであり、
    前記安全システム（ＳＳ）は、前記圧力媒体動作式旋回アクチュエータに接続された少なくとも１つの圧力媒体管路内で作用する圧力媒体の特性を検知するように構成された、少なくとも１つの検知デバイス（ＳＤ５、ＳＤ６）を備え、
    前記安全システム（ＳＳ）は、検知データによって前記交互旋回システム（ＡＴＳ）の前記稼働をモニタするように構成されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記安全システム（ＳＳ）は、前記旋回アクチュエータに運ばれる圧力媒体フローを検出するように配置された少なくとも１つのフロー検知デバイスを備え、
    前記安全システム（ＳＳ）は、前記検知されたフローデータによって前記交互旋回システム（ＡＴＳ）の前記稼働をモニタするように構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 前記安全システム（ＳＳ）は、前記旋回アクチュエータの少なくとも１つの圧力媒体管路の圧力を検出するように配置された少なくとも１つの圧力検知デバイスを備え、
    前記安全システム（ＳＳ）は、前記検知された圧力データによって、前記交互旋回システム（ＡＴＳ）の前記稼働をモニタするように構成されていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 可動キャリア（２）と、
    削岩機械（６）と前記削岩機械（６）を動かすためのフィードデバイス（７）を備える少なくとも１つの掘削ユニット（４）が装備された少なくとも１つの掘削ブーム（３）とを備え、
    前記削岩機械（６）は請求項１から１３のいずれか一項に従っていることを特徴とする削岩リグ。
15. 削岩のための方法であって、掘削孔は削岩機械（６）と前記削岩機械（６）に接続された掘削工具（８）によって掘削され、
    前記削岩機械（６）は、前記掘削中に前記掘削工具（８）の長手方向軸の周りに前記掘削工具（８）を旋回するように構成され、
    前記掘削工具（８）の旋回運動（Ｔ）の方向を繰り返し反転し、これによって、前記掘削工具（８）は第１の旋回方向と対応する第２の旋回方向において交互に旋回され、
    前記第１の旋回方向と前記第２の旋回方向における実際の旋回運動の大きさが許容される所定の旋回運動を常に下回ることを、少なくとも１つの分離された安全システム（ＳＳ）によって、前記旋回デバイス（ＴＤ）に対して動作上独立しているように保証することを特徴とする方法。

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