JP7377274B2 - 発破順序を設計するための装置、方法、及びコンピュータプログラム製品 - Google Patents

発破順序を設計するための装置、方法、及びコンピュータプログラム製品 Download PDF

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Description

本発明は、ラウンドのドリル穴開けパターンでのドリル穴の発破順序を設計するための、少なくとも一つのデータ処理デバイスを備えている装置に関する。
本発明は、さらに、ラウンドのドリル穴の発破順序を設計する方法、及び開示された方法及び解決策を実行するためのコンピュータプログラム製品に関する。
本発明の分野は、独立請求項の前文でより具体的に定義されている。
地下トンネルはラウンド内で掘削される。いくつかの連続したラウンドは、トンネル切羽を有するトンネルを生成する。最初に、ドリル穴が、切羽面にドリル穴開けされ、その後、ドリル穴がチャージされ、発破される。発破の品質と効率は、使用されるドリル穴開けパターンの実現可能性、実行されたドリル穴開けの精度、及びチャージプランの成功等、多くの要因に依存し、チャージプランは、発破のチャージ量とタイミングシーケンスを定義する。ドリル穴の点火順序とタイミングは、発破の成功に大きな影響を及ぼす。発破計画は、典型的には、手動で設計される。しかし、手動の設計作業と手動で設計された発破計画には、いくつかの欠点が含まれていることが示されている。
本発明の目的は、ラウンドのドリル穴の発破順序を設計するための、新規で改良された装置、方法、及びコンピュータプログラム製品を提供することである。
本発明の装置は、第一の独立した装置請求項の特徴によって特徴付けられる。
本発明の方法は、独立した方法請求項の特徴によって特徴付けられる。
本発明のコンピュータプログラム製品は、第二の独立した装置クレームの特徴によって特徴付けられる。
また、本発明の装置、方法、及びコンピュータプログラム製品は、次の態様をとり得る。
［態様１］ラウンド（２）の切羽ドリル穴開けパターン（７）のドリル穴（３）の発破順序を設計するためのデータ処理デバイスを少なくとも一つ備えている装置（１１）であって、
前記ラウンド（９）の切羽（５）が、前記発破のための第一自由表面（２４）を定義し；
前記装置（１１）には、ドリル穴及び前記発破の利用可能な時間遅延のデータが提供されており；
前記装置（１１）は、発破のための最初の第二自由表面を作成するカットチャージの最初の発破に続く、いくつかの連続する時間遅延に、前記発破を分割することによって、前記ドリル穴開けパターン（７）のための発破シーケンス（９）を設計するように構成されており；
前記装置（１１）は、より大きな時間遅延それぞれに対して、一つ以上のドリル穴（３）を選択できるように構成されており、前記ドリル穴（３）は、先に形成された第二自由表面（２６）を取り囲んでおり、前記第二自由表面（２６）は、解析された時間遅延よりも短い時間遅延を有するドリル穴（３）によって定義されており、前記ドリル穴（３）は、前記時間遅延のためのドリル穴セット（３４）を形成しており；
前記装置（１１）は、選択されたドリル穴セット（３４）の入力データ及び拡大する第二自由表面（２６）のデータに基づいて、後続する時間遅延それぞれの爆破体積（Ｖ Ｂ ）を決定するように構成されており；
前記装置（１１）は、後続する時間遅延それぞれに対して、自由体積（Ｖ Ｆ ）を決定するように構成されており、前記自由体積（Ｖ Ｆ ）は、前記拡大する第二自由表面（２６）及び前記ラウンド（２）の長さ（Ｌ）によって定義されており；かつ、
前記装置（１１）は、決定された爆破体積（Ｖ Ｂ ）に、入力された膨張係数（ＳＦ）を乗算するように構成されており、かつ前記乗算の積を前記決定された自由体積（Ｖ Ｆ ）と比較するように構成されており、かつ前記乗算の積が、前記決定された自由体積（Ｖ Ｆ ）よりも小さいドリル穴セット（３４）の選択のみを可能にするように構成されている、
装置（１１）。
［態様２］
前記装置（１１）が、さらに、前記第二自由表面（２６）を取り囲む前記ドリル穴（３）の爆破角（ＢＡ）を決定するように構成されており；
前記装置（１１）には、爆破角（ＢＡ）に対する最小許容大きさに関するデータが提供されており；かつ、
前記装置（１１）が、前記第二自由表面（２６）に対して、前記最小爆破角（ＢＡ）よりも大きい破裂角（ＢＡ）の大きさを有するドリル穴（３）の選択のみを可能にするように構成されていることを特徴とする、態様１に記載の装置。
［態様３］前記装置（１１）が、前記第二自由表面（２６）に対して、少なくとも５５°の爆破角（ＢＡ）の大きさを有するドリル穴（３）の選択のみを可能にするように構成されていることを特徴とする、態様２に記載の装置。
［態様４］前記装置（１１）が、さらに、許容可能な代替の少なくとも二つのドリル穴セット（３４）の最外側のドリル穴（３）と第二自由表面（２６）との間の爆破距離（Ｂｄ）を定義する垂直距離を決定するように構成されており、かつ最も短い爆破距離（Ｂｄ）を有する一つのドリル穴セット（３４）を優先するように構成されていることを特徴とする、態様１～３のいずれか一つに記載の装置。
［態様５］前記装置（１１）に、前記ドリル穴（３）のチャージ（１７）に関するデータ、及び時間遅延で発破することができる爆発物の最大瞬間総量に関するデータが提供されること；及び、
前記装置（１１）が、解析された時間遅延の選択されたドリル穴（３）の爆発物の総量を計算するように構成されており、かつ前記ドリル穴（３）の選択を制限するように構成されており、それによって、前記ドリル穴（３）の爆発物の総量が、爆発物の許容される瞬間的総量を下回ること
を特徴とする、態様１～４のいずれか一つに記載の装置。
［態様６］前記装置（１１）が、次のように構成されていることを特徴とする、態様１～５のいずれか一つに記載の装置：
オペレータ（１０）と協力して動作し、かつ時間遅延毎に、選択されたドリル穴（３）の提案を、オペレータ（１０）に提供するように構成されており；かつ
後続する時間遅延の計画を開始する前に、提案された先の時間遅延に関して、オペレーター（１０）に受け入れを要求する。
［態様７］前記装置（１１）が、少なくとも一つの表示装置（２１）を備えており、かつそれぞれの時間遅延で、爆破体積（Ｖ Ｂ ）を表示することによって、生成された発破シーケンス（９）を、段階的に表示装置（２１）上で視覚化するように構成されていることを特徴とする、態様１～６のいずれか一つに記載の装置。
［態様８］前記装置（１１）が、少なくとも一つの表示装置（２１）を備えており、次のように構成されていることを特徴とする、態様１～７のいずれか一つに記載の装置：
選択可能なドリル穴（３）とともに、前記ドリル穴開けパターン（７）を、前記表示装置（２１）に表示する；
解析された時間遅延よりも短い時間遅延を有するドリル穴（３）によって定義された、先の第二自由表面（２６）を、解析された時間遅延で、表示装置（２１）に表示する；
前記先の第二自由表面（２６）に対して、解析された時間遅延の選択されたドリル穴（３）を表示する；かつ、
解析された時間遅延の選択されたドリル穴（３）によって生じた前記第二自由表面（２６）の拡張を表示する。
［態様９］前記装置（１１）が、さらに、次のように構成されていることを特徴とする、態様１～８のいずれか一つに記載の装置：
前記第二自由表面（２６）の反対側に位置するドリル穴（３）の二つの別個のセット（３４）に対して、同じ時間遅延を決定し、それにより、定義されたセット（３４）が同時に発破され、かつ除去する岩石材料が発破中に衝突し、それによって、衝突時に粉砕される。
［態様１０］
前記装置（１１）が、所定量の初回時間遅延に対して、単一のドリル穴のみを選択するように構成されていることによって、発破の開始時に、発破される岩石材料のための適切な自由体積を確保することを特徴とする、態様１～９のいずれか一つに記載の装置。
［態様１１］ラウンド（２）のドリル穴開けパターン（７）のドリル穴（３）の発破順序を設計する方法であって、前記ラウンド（２）の切羽（５）が、発破のための第一自由表面（２４）を定義し、
前記方法が下記を含む：
前記設計のプロセスにおいて、少なくとも一つのデータ処理デバイス（１４）を使用すること；
ドリル穴データを含む前記ドリル穴開けパターン（７）を受け取ること；
前記ラウンド（２）のチャージ（１７）に関するデータを受け取り、チャージデータ（１７）が、発破の利用可能な時間遅延及びドリル穴それぞれの爆発物の量を含むこと；
発破の最初の第二自由表面を作成するカットチャージの最初の発破に続いて、発破をいくつかの連続する時間遅延に分割することにより、ドリル穴開けパターン（７）の発破シーケンス（９）を設計すること；
一つ以上のドリル穴（３）を備える少なくとも一つのドリル穴セット（３４）を、解析された時間遅延それぞれに対して選択し、前記一つ以上のドリル穴（３）が、先に形成された第二自由表面（２６）を取り囲んでおり、前記第二自由表面（２６）が、解析された時間遅延よりも短い時間遅延を有するドリル穴（３）によって定義されていること；
解析された時間遅延において、選択したドリル穴セット（３４）に対して、破壊されていない岩石材料の爆破体積（Ｖ Ｂ ）を計算すること；
計算された破砕されていない岩石材料の破裂体積（Ｖ Ｂ ）に、装置（１１）に入力された膨張係数（ＳＦ）を乗算することによって、以後に発破する破砕岩石材料の体積を決定すること；
前記第二自由表面（２６）及び前記ラウンド（２）の長さ（Ｌ）によって定義される体積である、利用可能な自由体積（Ｖ Ｆ ）を決定すること；及び
前記解析された時間遅延において、前記決定された自由体積（Ｖ Ｆ ）よりも少ない体積の、破砕された岩石材料を生成するドリル穴（３）の選択のみを許可し、これにより、前記岩石材料が、発破時に拡散するのに十分なスペースを確保すること。
［態様１２］前記データ処理デバイス（１４）によって、時間遅延それぞれに対して、前記選択されたドリル穴の提案を提供すること；及び
前記後続する時間遅延の設計を開始する前に、それぞれの前記提案に対して、オペレーター（１０）の承認を要求すること；
を特徴とする、態様１１に記載の方法。
［態様１３］オペレーター（１０）によって手動で行われたドリル穴（３）の入力選択を考慮し、そして前記後続する時間遅延に対して、コンピュータ支援設計を継続することを特徴とする、態様１１又は１２に記載の方法。
［態様１４］前記解析された時間遅延の前記選択されたドリル穴（３）の爆発物の総量を計算し、そしてその結果を表示装置（２１）に表示することを特徴とする、態様１１～１３のいずれか一つに記載の方法。
［態様１５］コンピュータプログラム製品（１５）が、プログラムコード手段を備えており、前記プログラムコード手段が、コンピュータ又はデータ処理デバイス（１４）で実行されるときに、態様１又は態様１１に開示されたステップ及び手順を実行するように構成されていることを特徴とする、発破シーケンス（９）を設計するためのコンピュータプログラム製品（１５）。
開示された解決策のアイデアは、装置が、ラウンドの切羽ドリル穴開けパターンのドリル穴の発破順序を設計するように構成されることである。装置は、設計手段を実行するための一つ以上のデータ処理デバイスを備えている。ラウンドの切羽は、発破のための第一自由表面を定義し、装置には、ドリル穴及び発破の利用可能な時間遅延に関するデータが提供される。装置は、発破のための最初の第二自由表面を作成するカットチャージの最初の発破に続く、いくつかの連続する時間遅延に、発破を分割することによって、ドリル穴開けパターンのための発破シーケンスを設計する。したがって、発破は、二つ自由表面、すなわち、第一及び第二自由表面を有する。装置は、より大きな時間遅延それぞれに対して、一つ以上のドリル穴を選択することができ、ドリル穴は、以前に形成された第二自由表面を取り囲んでおり、第二自由表面は、解析された時間遅延よりも短い時間遅延を有するドリル穴によって定義されている。選択されたドリル穴は、時間遅延のためのドリル穴セットを形成する。装置は、選択されたドリル穴セットの入力データ及び拡大する第二自由表面のデータに基づいて、後続する時間遅延それぞれに対して、爆破体積を決定する。装置は、また、後続する時間遅延それぞれに対して、自由体積を決定し、自由体積は、拡大する第二自由表面及びラウンドの長さによって定義される。また、装置は、決定された爆破体積に入力された膨張係数を乗算することによって、膨張爆破体積を決定し、膨張爆破体積を決定された自由体積と比較する。この装置は、膨張爆破体積が、計算された自由体積よりも小さいドリル穴セットの選択のみを可能にする。
開示された解決策の利点は、適切に設計された発破シーケンスが、時間遅延それぞれにおいて、発破される岩石材料が拡散するのに十分なスペースを有することを確実にすることである。岩石を発破する場合、発破前よりも多くのスペースが必要になる。言い換えれば、発破は岩石材料を膨張させ、膨張した体積を受け入れるためには、常により大きなスペースが必要である。開示された解決策は、この現象を考慮に入れており、それにより、ドリル穴の好ましくない発破順序によって引き起こされる発破の失敗を防ぐことができる。開示された適切に設計されたドリル穴開けシーケンスによって、発破の品質が改善される。発破され断片化された岩石材料が、隣接する自由空間に向かって移動してもよいとき、発破は遮断されず、さらに、発破されて、ばらばらになった岩石材料の少なくとも一部は、また、爆破により、自由空間から順調に流出することができる。これはすべて、発破された材料に、拡散するのに十分なスペースがある場合に達成できる。言い換えれば、遮断傾向が低減され、面倒で時間を要する再ドリル穴開け、再チャージ、及び再発破を回避することができる。ラウンドは一度に発破することができ、高価な矯正手段を必要としない。しかし、発破シーケンスは、必要とされる、他の品質と有効性の要件を満たすように設計することができる。
一実施形態によれば、装置は、決定された爆破体積に、１．０よりも大きい入力された膨張係数ＳＦを乗算することによって、膨張爆破体積を決定するように構成されている。膨張係数の値は、発破中にどのくらい大きな岩石材料ブロックが形成されるかによって異なる。ブロックが大きいほど、必要な体積も大きくなり、その逆も同様である。ブロックのサイズは、岩石材料の品質及び種類、並びに実行される発破技術及び原理に依存してよい。さらに、二つの岩石塊が、自由体積の反対側で、同時に発破されると、発破された岩石材料が衝突し、ブロックがいくつかの小さな断片に分割される。このように、ブロックサイズは、使用される発破技術にも依存してよい。
一実施形態によれば、装置に入力される膨張係数の大きさは、１．６、あるいは、場合によっては、さらに大きい。これは、自由体積が爆破体積よりも、少なくとも６０％大きい必要があることを意味する。１．６の値は、実験的に決定される。
一実施形態によれば、膨張係数は、オペレータによって適応可能である。そのとき、装置は、１．０より大きい膨張係数の値を自由に選択する可能性を、オペレータに提供することができる。
一実施形態によれば、装置は、発破されていない穴の爆破角を解析し、ドリル穴を選択するときに、それらを考慮するように構成されている。したがって、装置は、第二自由表面を取り囲むドリル穴の爆破角を決定する。装置は、検出された爆破角を、入力された最小許容爆破角と比較し、第二自由表面に対して最小爆破角よりも大きい爆破角の大きさを有するドリル穴の選択のみを可能にする。爆破角が十分に大きく開いていると、発破された材料は、自由体積に向かって適切に移動する。しかし、爆破角が過剰に狭いと、発破が遮断され、面倒で時間を要する余分な作業が発生し、ラウンド全体を破壊する可能性すらある。
本明細書では、爆破角という用語が使用されていることに注意を要する。ただし、爆破角は、噴火角又は発破角と呼ばれることもある。同様に、爆破体積という用語にも当てはまり、爆破体積は、噴火体積又は発破体積とも呼ばれる。
一実施形態によれば、装置は、第二自由表面に対して、少なくとも５５°の爆破角の大きさを有するドリル穴の選択のみを可能にするように構成されている。実際には、５５°が、ほとんどの状況に適した爆破角の値であるとされている。
一実施形態によれば、装置のオペレータは、第二自由表面に向かって発破角の大きさを調整することができる。装置は、選択のための所定の範囲を提供することができる。
一実施形態によれば、装置は、各起爆装置の時間遅延に対して、最大量のドリル穴を選択することを目的としており、これは、時間遅延の数が制限されているためである。典型的には、時間制限の数は約３０であり、ドリル穴の数は２００を超えてもよい。それにより、カットの周りのいくつかの初期時間遅延後の時間遅延それぞれは、いくつかのドリル穴を含む必要があり、そうでない場合には、時間遅延はなくなる。
一実施形態によれば、装置は、さらに、許容可能な代替の少なくとも二つのドリル穴セットの最外側のドリル穴と第二自由表面との間の爆破距離Ｂｄを定義する垂直距離を決定するように構成されている。装置は、最短距離を有する一つのドリル穴セットを優先する。あるいは、爆破距離は、最短距離と呼んでもよい。
一実施形態によれば、装置は、さらに、用いられた時間遅延に対して、爆発物の瞬間的な総量を最大化するように構成されている。そのとき、ドリル穴のチャージに関するデータと、時間遅延において爆破可能な爆発物の最大瞬間総量に関するデータを、装置に入力する。装置は、解析された時間遅延の選択されたドリル穴の爆発物の総量を計算し、ドリル穴の選択を制限してもよく、それによって、ドリル穴の爆発物の総量は、爆発物の許容される瞬間的総量を下回る。このように、時間遅延それぞれに、可能な限り多量の爆発物が発破されるため、発破を効果的に実行することができ、それでも、設定された最大値を超えない場合、特大の有害な振動の発生が回避される。
さらに、発破の生成された振動は、ある特定の時間に発破される爆発物の質量に依存するとされる。この量は、瞬間質量と呼ばれる。この量は装置によって計算され、同時に爆発する穴の数は、設定された最大瞬間質量未満に制限される。
一実施形態によれば、装置が、検査された時間遅延に対して爆発物の最大量が近くないことを通知する場合、装置は、爆発物の許容される瞬間的総量を超過することなく、時間遅延に対して、最大量のドリル穴を選択することを提案、又は自動的に選択することができる。このようにして、設定された地面の振動限界を超えることなく、効率的な発破が達成される。
一実施形態によれば、爆発性材料の許容される瞬間的な総量を超える原因となる場合に、装置は、追加の手動で選択されたドリル穴に対して、後続するより長い時間遅延を、自動的に定義するように構成されている。
一実施形態によれば、オペレータは、所望の時間遅延のために、一つ以上のドリル穴を手動で選択することができる。装置は、手動選択が終了した後に、計画措置を引き継ぐことができ、ドリル穴の選択を実行することによって、計画を継続することができる。この実施形態は、熟練のオペレータが、所望の選択を行うことを可能にし、それが行われた後、装置は、発破シーケンスの設計作業が終了するまで、あるいは、手動モードが再び実施されるまで、自動計画モードを継続してもよい。
一実施形態によれば、発破シーケンスの計画作業は、コンピュータ支援方式で実行される。そのとき、装置は、オペレータと協力して動作し、時間遅延ごとに、選択されたドリル穴の提案を、オペレータに提供することができる。装置は提案を自動的に生成してもよいが、後続する時間遅延の計画を開始する前に、提案された以前の時間遅延に対して、オペレータに受け入れを要求する。オペレータは、計画作業を監視し、提案された設計手順を確認するだけでよい。これにより、オペレータは、常に状況を認識し、これは、オペレータが最終結果に責任を負うために重要である。しかし、この装置は、オペレータに貴重な支援を提供し、それにより、設計作業を迅速かつ容易にする。
一実施形態によれば、装置は、オペレータと協力して、コンピュータ支援方式で動作するように構成されている。装置は、時間遅延に適したドリル穴を選択するために、オペレータを支援することができる。しかし、この実施形態では、オペレータが最終結果を作成する。
一実施形態によれば、装置は、オペレータによって入力された一つ以上のドリル穴の手動選択を考慮に入れるように構成されており、解析された時間遅延に対する基本選択として、入力された選択を使用するように構成されている。このとき、オペレータは、解析された時間遅延に対して、手動でドリル穴を選択することができ、装置のコンピュータ支援操作は、続行するための制御コマンドの受信に応答して、続行することができる。このようにして、装置は、手動選択を優先し、行われた選択に適応する。
一実施形態によれば、装置は、操作者の入力手動選択に基づいて、既に形成されている第二自由表面に対して、後続する時間遅延のドリル穴の選択を方向付けるように構成されている。
一実施形態によれば、装置は、第一自由表面、すなわちラウンドの切羽での発破シーケンスを解析するように構成されている。
一実施形態によれば、装置は、ラウンドの底部、すなわち、ドリル穴の底部によって定義される平面での発破シーケンスを解析するように構成されている。
一実施形態によれば、装置は、発破シーケンスを３次元的に（３Ｄ）解析するように構成されている。
一実施形態によれば、発破シーケンスは、限られた数の時間遅延を含む。時間制限の数は、異なる遅延を有している非電子起爆装置の利用可能な数によって制限される。典型的には、利用可能な異なる時間遅延の数は、３０～４０である。時間遅延の数は制限されているため、装置は、時間遅延それぞれに対して、可能な限り多くのドリル穴を選択するように構成されていてよく、それによって、多数のドリル穴を有しているドリル穴開けパターンを管理することができる。しかし、同時に発破するドリル穴の数を選択する場合には、発生する振動と発破される爆発物の量を考慮する必要がある。それにより、ドリル穴の選択は一種の最適化問題であり、装置は、通常、オペレータと協力して、その問題を解決することを目的としている。それにより、ドリル穴の選択は一種の最適化問題であり、装置は、典型的には、オペレータと協力して、その問題の解決を図る。
一実施形態によれば、発破シーケンスは、電子起爆装置のために設計されている。その場合、利用可能な異なる時間遅延の数は、非電子起爆装置を使用する場合よりも多くてもよい。装置は、電子起爆装置が使用される時間遅延の数を調整するように構成されていてよく、また、後続して点火される起爆装置間の時間間隔を調整するように構成されていてよい。
一実施形態によれば、装置は、少なくとも一つの表示装置を備えており、それぞれの時間遅延で、爆破体積を提示することによって、生成された発破シーケンスを段階的に視覚化するように構成されている。別の方法として、表示装置は、爆破体積の領域を、ラウンドの切羽又はラウンドの底部に、二次元的に表示することができる。視覚化によって、オペレータは、計画作業を監視し易くなる。状況の全体的な理解が向上し、オペレータが、計画されたシーケンスを検証することも容易になる。さらに、視覚化はトレーニング目的にも使用することができる。
一実施形態によれば、作成された発破シーケンスは、表示装置に提示又はアニメーション化され、それによって、計画作業の結果を、例示的かつ直感的な方法で示すことができる。
一実施形態によれば、装置は、少なくとも一つの表示装置を備えており、表示装置に、選択可能なドリル穴を有するドリル穴開けパターンを表示するように構成されている。表示装置は、解析された時間遅延で、以前の第二自由表面を表示することができ、以前の第二自由表面は、解析された時間遅延よりも短い時間遅延を有するドリル穴によって定義される。システムは、また、以前の第二自由表面に対する解析された時間遅延の選択されたドリル穴を示してもよく、解析された時間遅延の選択されたドリル穴によって生じた第二自由空間の拡大を示してもよい。
一実施形態によれば、装置は、第二自由表面の反対側に位置するドリル穴の二つの別個のセットについて、同じ時間遅延又は発火数を決定する。そのとき、二つの対向するドリル穴セットが同時に発破され、除去する岩石材料が発破中に衝突し、それによって衝突時に粉砕される。この実施形態の利点は、大きなサイズの岩石ブロックが作成されない場合に、発破の遮断を回避できることである。粉砕された岩石は、ラウンドの、作成された自由スペースから順調に離別することができる。
一実施形態によれば、発破シーケンスは、発破の開始時に特別な初期ステップを有していてよい。装置は、所定量の初回遅延のために、単一のドリル穴のみを選択することができる。このようにして、発破の開始時に、発破された岩石材料に対して、適切な自由体積が確実に作成される。このような単一穴時間遅延の数は、オペレータによって、選択することができる。
一実施形態によれば、装置は、同時に点火される爆発物の設定された最大量を考慮に入れるように構成されている。これにより、発破作業に不必要な制限を利用する必要なしに、公官庁によって設定された地盤振動についての厳しい環境制限も、敏感なセクションで満たされる可能性がある。また、非常に厳しい地盤振動制限のために、以前は、他の方法によって掘削された作業現場で、開示された解決策は、ドリル穴開け及び発破方法の使用を可能にし得る。全体として、発破の品質と効率が改善され、トンネルの前進を確実にすることができる。
一実施形態によれば、装置には、少なくとも一つの設計アルゴリズム又はコンピュータプログラムが提供されており、それらは、装置によって、開示された設計ステップ及びプロセスが実行されることを可能にする。このようにして、半自動化された、あるいは、場合によっては、完全自動化された、発破シーケンス設計プロセスが提供される。
上記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に、組み合わせることができる。
いくつかの実施形態は、添付の図面にさらに詳細に記載されている。
図１は、ドリル穴開け及び発破法を利用したトンネル掘削に関連するいくつかの基本的な問題を示す模式図である。 図２は、発破シーケンスを設計するための装置の概略的で簡略化された制御ブロック図である。 図３は、発破シーケンスの設計作業に必要ないくつかの入力データを示す模式図である。 図４は、発破シーケンスの設計作業の設計ルールを示す模式図である。 図５は、最初に発破された自由空間を有するラウンドの模式図である。 図６は、発破されたときの岩石材料の膨張を示す概略模式図である。 図７は、ドリル穴セットのいくつかの許容されない選択の模式図である。 図８は、同じ点火数を有する対向配置された二つのドリル穴セットの模式図である。 図９は、図７に示した状況に従う選択されたドリル穴セットの模式図である。 図１０は、図７に示した状況に従う選択されたドリル穴セットの模式図である。 図１１は、表示装置に表示される数値データの詳細模式図である。
明確性のため、図は、簡略化された方法で、開示された解決策のいくつかの実施形態を示している。
図１は、いくつかの連続したラウンド２ａ～２ｄで、地下トンネル１の掘削の開示されたシステムに関する特徴を示す。ドリル穴３は、トンネル１の切羽５に削岩リグ４を用いてドリル穴開けされる。ドリル穴開け後、ドリル穴３は、爆破物又は爆薬６で充填される。ドリル穴開け作業のため、ドリル穴開けパターンは、典型的には、発破シーケンス等と同様に、オフィス８で設計される。設計作業は、コンピュータ支援の方法で実行することができる。すなわち、オペレータ１０は、一つ以上のコンピュータ又は設計装置１１と協力することができる。自動又はコンピュータ支援のドリル穴開けは、典型的には、事前に設計されたドリル穴開けパターン７を使用する必要があり、このパターンは、例えば、各ラウンドに対して、ドリル穴の数、ドリル穴の寸法、ドリル穴の方向、あるいは、ドリル穴の開始座標と終了座標を定義する。同一の基本的ドリル穴開けパターン７が、いくつかの連続するラウンドで繰り返される場合がある。しかし、計画されたドリル穴開けパターンに対して、手動で行われた逸脱が比較的頻繁に存在し、これらの手動で行われた選択では、発破シーケンスを再設計する必要がある。発破シーケンスを手動で設計する作業は、時間と手間を要する。
手動で、あるいは、チャージマニピュレータを使用して、ドリル穴３の内側に挿入されたチャージを点火することによって、ラウンド２が発破される。点火は、特別な場所で開始され、点火は、利用可能な総発破時間中に、さらに拡大する。ドリル穴３、あるいは、実際には、それらのチャージは、事前に設計された発破シーケンス９に従って点火され、発破シーケンス９は、チャージの発射順序を定義する。したがって、発破全体が、いくつかの連続した小さな発破に分割される。最初の点火後、最初の点火に続いて、いくつかの時間遅延がある。
発破シーケンスは、また、発破の位置と、時間遅延毎に点火されるチャージの量を決定する。発破は、ラウンドの外側の輪郭に向かって急速に拡大する。発破力は、固い岩石材料を破壊し、それを、利用可能な、既に形成された自由空間１２に向かって、移動させる。分離され、破壊された材料は、爆破の生成ガスによって、少なくとも部分的に、切羽から軸方向１３に、飛散してよい。
図２は、開示された装置１１のいくつかの特徴及び構成を示しており、装置１１は、言及された発破シーケンスを設計するように構成されている。装置１１は、プロセッサ又は対応するデバイスを有する一つ以上データ処理デバイス１４を備えている。処理デバイス１４は、プロセッサ内で実行されるコンピュータプログラム製品１５を備えている。コンピュータプログラム１５は、非一時的なコンピュータ可読媒体に記録されていてよく、デバイス１４によって実行される様々な動作を実施するためのプログラム命令を含む。必要なデータは、個々のデータ要素として、処理デバイスに入力されてもよいし、一つ以上のメモリデバイスから取得されてもよい。装置１１は、データを受け取るための入力デバイス１６を備えていてもよい。入力データは、ドリル穴開けパターン７に関するデータ、チャージ１７及び利用可能な時間遅延に関するデータ、並びに他の入力パラメータ１８を含んでいてよく、それらの例は、図３に示されている。さらに、オペレータは、一つ以上の入力デバイスを介してデータを入力し、選択１９を行うことができる。入力デバイスは、また、タッチスクリーン、キーパッド、マウス、又は他の任意の適切な制御デバイスを含んでいてもよい。データは、個々のデータ要素として、処理デバイスに入力されてもよいし、一つ以上のメモリデバイスから取得されてもよい。
処理デバイス１４は、コンピュータプログラム１５及び入力パラメータによって指示されるように、必要な計算及び操作を実行することができる。装置１１は、出力装置２０を用いて、結果を、表示装置２１、メモリデバイス２２、及びデータ通信装置２３に送信することができる。このようにして、設計された発破シーケンス９を表示し、保存し、所望の場所に送信することができる。
装置がコンピュータ支援モードで動作する場合、装置は、ディスプレイ２１上でオペレータに提案を行うことができ、オペレータは、入力デバイス１６を使用することによってそれらを受け入れることができる。
図３は、発破シーケンスの設計のため、装置に入力される可能性のあるデータを示している。これらの問題については、本明細書で既に説明している。
図４は、開示された解決策で使用される設計ルールを開示している。ルール１～４については、本明細書で既に説明しており、設計作業において、番号順に、実行及び重み付けすることができる。しかし、全てが考慮されない場合もあり、すなわち、ルール２～４は任意であり、異なる組み合わせも可能である。
図５は、切羽５を有するラウンド２を開示しており、切羽５は、第一自由表面２４として機能する。いくつかのドリル穴３は、切羽５からラウンド２の底部２５まで延在している。ラウンド２は、長さＬを有している。図５では、いくつかのドリル穴３が既に発破されており、このことから、第二自由表面２６が、ラウンド２の内部に作成されており、そして、これらのことが、簡略化された方法で示されている。第一自由表面２４、第二自由表面２６、及び底部は、自由空間２７を定義する。ドリル穴３の新たなチャージが点火されると、それぞれの時間遅延の後、自由空間２７の体積が、拡大する。自由空間２７は、自由体積ＶＦを有し、これは、自由表面の面積ＡＦに、ラウンド２の長さＬを乗算することによって定義することができる。自由空間２７は、後続する時間遅延で点火された爆発物によって分離された岩石材料を受け入れるのに十分な大きさである必要がある。図５では、明確性ため、自由空間２７の形状が単純化されている。
図６は、発破シーケンスを設計する際には、次に分離する予定の岩石材料２８が、隣接する自由空間２７に向かって、自由に移動できるように注意する必要があることを示している。そうでない場合、岩石材料が遮断され、発破全体が失敗する危険性があります。この例では、発破される岩石材料２８は、二つの新しいドリル穴３ａ、３ｂ、及び自由空間２７を備える選択されたドリル穴セット２９によって定義される。ドリル穴セット２９のドリル穴３ａ、３ｂは同時に点火され、すなわち、それらは、発破シーケンスにおいて、同じ点火数を有する。開示された装置は、ドリル穴３及びラウンド２の長さＬに関するデータに基づいて、岩石材料の破裂体積ＶＢを計算することができる。選択された岩石材料２８は、発破面積ＡＢを有し、これは、ラウンドの切羽と底部で実質的に等しいか、あるいは、逸脱している可能性がある。ドリル穴セット２９が爆破されると、岩石材料２８が壊れて分離される。岩石材料２８の初期体積が膨張するため、壊れた材料が、ブロック３０及びボイドを含み、それにより、固体構成と比較して、常に密でない構成を有する。これを岩石材料の膨張と呼ぶ。膨張した岩石材料３１は、自由空間２７内に適合する必要がある。膨張した岩石材料３１の体積は、固体状態よりも６０％大きくなり得る。このとき、計算された爆破体積ＶＢは、膨張係数ＳＦが乗じられており、この場合は、膨張係数ＳＦは１．６である。膨潤係数ＳＦは、装置に入力されるパラメータの一つである。膨潤係数ＳＦは、オペレータによって構成されてもよい。膨張の大きさは、例えば、形成されたブロック３１のサイズに依存する。さらに、図６は、矢印３２によって、岩石材料２８、が自由空間２７に向かってどのように移動するか、そして、その少なくとも一部が、以前に掘削されたラウンドに向かって飛散することができることを示している。
明確性ため、図７～１０は、２次元表現でのドリル穴選択の例を示している。これらの図には、ドリル穴３を備えたドリル穴開けパターン７の詳細が示されている。
図７は、以前の時間遅延のいくつかの発破によって作成された、第一自由表面２６及び自由空間２７を開示している。以前の発破は、通常の発破穴３より大きな直径を有するカット穴３３によって作成された拡大された初期空間を有する。開示された装置は、自由空間２７を取り囲むドリル穴開けパターンのドリル穴３を検出し、次の時間遅延のために、一つ以上のドリル穴の選択を提案するとき、上述の設計ルールを考慮する。二つの任意の選択又はドリル穴セット３４ａ及び３４ｂを、図７に示す。それらのどちらも、前述の設計ルールを満足していない。第一の任意のセット３４ａは、ドリル穴３ｃ及び３ｄを含んでおり、第二の任意のセット３４ｂは、一つの単一のドリル穴３ｅを含んでいる。第一の任意のセット３４ａは爆破体積ＶＢを有しておリ、これは自由体積ＶＦには大き過ぎる。第二の任意のセット３４ｂは、自由空間に向かって爆破角ＢＡが小さ過ぎる。これらにより、任意のセット３４ａ、３４ｂのいずれも、選択することができない。
図８は、その破裂体積ＶＢが自由空間２７によく適合し、その破裂角ＢＡが十分に大きいため、ドリル穴セット又は選択３４ｃが許容可能であることを開示している。これにより、ドリル穴３ｆを選択することができる。しかしながら、装置は、自由空間２７に追加の岩石材料のための余地がまだあり、さらに、同時に点火される爆発物の許容総量が、選択されたドリル穴の数を、まだ制限しないことに留意する。これにより、装置は、同じ時間遅延のため、ドリル穴３ｇも選択する。その後、装置は、ドリル穴３ｈが含まれてもよく、それにより、二つのドリル穴３ｇ及び３ｈを有するドリル穴セット３４ｄが作成されることに留意する。装置は、また、ドリル穴セット３４ｃ及び３４ｄの発破角ＢＡが、設定された基準を満たしていることを調査する。二つのドリル穴セットが、互いに対向して配置されている場合、分離した岩石材料が衝突し、小さなブロックに粉砕される。その場合、上述の膨張係数は小さくてよい。矢印３２は、発破された岩石材料の動きを示している。図８は、さらに、選択されたドリル穴から自由表面２６までの垂直距離を計算することができ、他の設計ルールを満足する代替のドリル穴セットがある場合には、このバースト距離Ｂｄに基づいて、より短い距離を有するドリル穴セットが優先してもよいことを開示する。
図９は、後続時間遅延のため、ドリル穴３ｉを選択することを、装置が提案することを開示している。このことから、ドリル穴セット３４ｅは、ドリル穴３ｉのみを備えている。装置は、ドリル穴セット３４ｅの破裂体積ＶＢを計算し、それが規則と破裂角ＢＡに準拠していることに留意する。
図１０において、装置は、体積及び角度を考慮した後、ドリル穴３ｊを選択することを提案している。ドリル穴セット３４ｆがオペレータに受け入れられた後、設計作業は同じ原則に従って続行される。
しかし、体積の考慮及び破裂角の解析に加えて、振動の問題と制限により、時間遅延毎に選択されるドリル穴の数が制限される場合がある。爆発物がドリル穴で爆発すると、高強度の波が生成され、岩石全体に伝播する。これらの波は、一般に、伝播するにつれて減衰するが、爆発物の種類、時間遅延毎に消費される爆発物の量、地質学的特性、及びラウンドの位置等、いくつかの要因に依存する。発破と敏感なターゲットの間の距離は、重要な要素である。環境要件によって、特に建物や構造物の近くで爆破作業を実行する場合、地面の振動レベルと爆発物のチャージ重量に制限が設定される場合がある。したがって、装置には、爆発性物質の瞬間的な総量に関するデータを考慮に入れるための特別な設計ルールが提供されており、それによって振動問題を制御する。典型的には、時間遅延の数は制限されているため、効率の観点から、同時点火するように、できるだけ多くのドリル穴が選択される。
図１１は、上記に開示された図に加えて、操作者を支援するために、装置が、数値データを表示装置に表示してもよいことを示している。
図面及び関連する説明は、本発明のアイデアを説明することのみを目的としている。その詳細において、本発明は、特許請求の範囲内で変動し得る。

Claims (15)

  1. ラウンド（２）の切羽ドリル穴開けパターン（７）のドリル穴（３）の発破順序を設計するためのデータ処理デバイスを少なくとも一つ備えている装置（１１）であって、
    前記ラウンド（９）の切羽（５）が、前記発破のための第一自由表面（２４）を定義し；
    前記装置（１１）には、ドリル穴及び前記発破の利用可能な時間遅延のデータが提供されており；
    前記装置（１１）は、発破のための最初の第二自由表面を作成するカットチャージの最初の発破に続く、いくつかの連続する時間遅延に、前記発破を分割することによって、前記ドリル穴開けパターン（７）のための発破シーケンス（９）を設計するように構成されており；
    前記装置（１１）は、より大きな時間遅延それぞれに対して、一つ以上のドリル穴（３）を選択できるように構成されており、前記ドリル穴（３）は、先に形成された第二自由表面（２６）を取り囲んでおり、前記第二自由表面（２６）は、解析された時間遅延よりも短い時間遅延を有するドリル穴（３）によって定義されており、前記ドリル穴（３）は、前記時間遅延のためのドリル穴セット（３４）を形成しており；
    前記装置（１１）は、選択されたドリル穴セット（３４）の入力データ及び拡大する第二自由表面（２６）のデータに基づいて、後続する時間遅延それぞれの爆破体積（ＶＢ）を決定するように構成されており；
    前記装置（１１）は、後続する時間遅延それぞれに対して、自由体積（ＶＦ）を決定するように構成されており、前記自由体積（ＶＦ）は、前記拡大する第二自由表面（２６）及び前記ラウンド（２）の長さ（Ｌ）によって定義されており；かつ、
    前記装置（１１）は、決定された爆破体積（ＶＢ）に、入力された膨張係数（ＳＦ）を乗算するように構成されており、かつ前記乗算の積を前記決定された自由体積（ＶＦ）と比較するように構成されており、かつ前記乗算の積が、前記決定された自由体積（ＶＦ）よりも小さいドリル穴セット（３４）の選択のみを可能にするように構成されている、
    装置（１１）。
  2. 前記装置（１１）が、さらに、前記第二自由表面（２６）を取り囲む前記ドリル穴（３）の爆破角（ＢＡ）を決定するように構成されており；
    前記装置（１１）には、爆破角（ＢＡ）に対する最小許容大きさに関するデータが提供されており；かつ、
    前記装置（１１）が、前記第二自由表面（２６）に対して、前記最小爆破角（ＢＡ）よりも大きい破裂角（ＢＡ）の大きさを有するドリル穴（３）の選択のみを可能に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. 前記装置（１１）が、前記第二自由表面（２６）に対して、少なくとも５５°の爆破角（ＢＡ）の大きさを有するドリル穴（３）の選択のみを可能に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. 前記装置（１１）が、さらに、許容可能な代替の少なくとも二つのドリル穴セット（３４）の最外側のドリル穴（３）と第二自由表面（２６）との間の爆破距離（Ｂｄ）を定義する垂直距離を決定するように構成されており、かつ最も短い爆破距離（Ｂｄ）を有する一つのドリル穴セット（３４）を優先するように構成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記装置（１１）に、前記ドリル穴（３）のチャージ（１７）に関するデータ、及び時間遅延で発破することができる爆発物の最大瞬間総量に関するデータが提供されること；及び、
    前記装置（１１）が、解析された時間遅延の選択されたドリル穴（３）の爆発物の総量を計算するように構成されており、かつ前記ドリル穴（３）の選択を制限するように構成されており、それによって、前記ドリル穴（３）の爆発物の総量が、爆発物の許容される瞬間的総量を下回ること
    を特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記装置（１１）が、次のように構成されていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の装置：
    オペレータ（１０）と協力して動作し、かつ時間遅延毎に、選択されたドリル穴（３）の提案を、オペレータ（１０）に提供するように構成されており；かつ
    後続する時間遅延の計画を開始する前に、提案された先の時間遅延に関して、オペレーター（１０）に受け入れを要求する。
  7. 前記装置（１１）が、少なくとも一つの表示装置（２１）を備えており、かつそれぞれの時間遅延で、爆破体積（ＶＢ）を表示することによって、生成された発破シーケンス（９）を、段階的に表示装置（２１）上で視覚化するように構成されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の装置。
  8. 前記装置（１１）が、少なくとも一つの表示装置（２１）を備えており、次のように構成されていることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の装置：
    選択可能なドリル穴（３）とともに、前記ドリル穴開けパターン（７）を、前記表示装置（２１）に表示する；
    解析された時間遅延よりも短い時間遅延を有するドリル穴（３）によって定義された、先の第二自由表面（２６）を、解析された時間遅延で、表示装置（２１）に表示する；
    前記先の第二自由表面（２６）に対して、解析された時間遅延の選択されたドリル穴（３）を表示する；かつ、
    解析された時間遅延の選択されたドリル穴（３）によって生じた前記第二自由表面（２６）の拡張を表示する。
  9. 前記装置（１１）が、さらに、次のように構成されていることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の装置：
    前記第二自由表面（２６）の反対側に位置するドリル穴（３）の二つの別個のセット（３４）に対して、同じ時間遅延を決定し、それにより、定義されたセット（３４）が同時に発破され、かつ除去する岩石材料が発破中に衝突し、それによって、衝突時に粉砕される。
  10. 前記装置（１１）が、所定量の初回時間遅延に対して、単一のドリル穴のみを選択するように構成されていることによって、発破の開始時に、発破される岩石材料のための適切な自由体積を確保することを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の装置。
  11. ラウンド（２）のドリル穴開けパターン（７）のドリル穴（３）の発破順序を設計する方法であって、前記ラウンド（２）の切羽（５）が、発破のための第一自由表面（２４）を定義し、
    前記方法が下記を含む：
    前記設計のプロセスにおいて、少なくとも一つのデータ処理デバイス（１４）を使用すること；
    ドリル穴データを含む前記ドリル穴開けパターン（７）を受け取ること；
    前記ラウンド（２）のチャージ（１７）に関するデータを受け取り、チャージデータ（１７）が、発破の利用可能な時間遅延及びドリル穴それぞれの爆発物の量を含むこと；
    発破の最初の第二自由表面を作成するカットチャージの最初の発破に続いて、発破をいくつかの連続する時間遅延に分割することにより、ドリル穴開けパターン（７）の発破シーケンス（９）を設計すること；
    一つ以上のドリル穴（３）を備える少なくとも一つのドリル穴セット（３４）を、解析された時間遅延それぞれに対して選択し、前記一つ以上のドリル穴（３）が、先に形成された第二自由表面（２６）を取り囲んでおり、前記第二自由表面（２６）が、解析された時間遅延よりも短い時間遅延を有するドリル穴（３）によって定義されていること；
    解析された時間遅延において、選択したドリル穴セット（３４）に対して、破壊されていない岩石材料の爆破体積（ＶＢ）を計算すること；
    計算された破砕されていない岩石材料の破裂体積（ＶＢ）に、装置（１１）に入力された膨張係数（ＳＦ）を乗算することによって、以後に発破する破砕岩石材料の体積を決定すること；
    前記第二自由表面（２６）及び前記ラウンド（２）の長さ（Ｌ）によって定義される体積である、利用可能な自由体積（ＶＦ）を決定すること；及び
    前記解析された時間遅延において、前記決定された自由体積（ＶＦ）よりも少ない体積の、破砕された岩石材料を生成するドリル穴（３）の選択のみを許可し、これにより、前記岩石材料が、発破時に拡散するのに十分なスペースを確保すること。
  12. 前記データ処理デバイス（１４）によって、時間遅延それぞれに対して、前記選択されたドリル穴の提案を提供すること；及び
    前記後続する時間遅延の設計を開始する前に、それぞれの前記提案に対して、オペレーター（１０）の承認を要求すること；
    を特徴とする、請求項１１に記載の方法。
  13. オペレーター（１０）によって手動で行われたドリル穴（３）の入力選択を考慮し、そして前記後続する時間遅延に対して、コンピュータ支援設計を継続することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
  14. 前記解析された時間遅延の前記選択されたドリル穴（３）の爆発物の総量を計算し、そしてその結果を表示装置（２１）に表示することを特徴とする、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. コンピュータプログラム製品（１５）が、プログラムコード手段を備えており、前記プログラムコード手段が、コンピュータ又はデータ処理デバイス（１４）で実行されるときに、請求項１又は１１に記載のステップ及び手順を実行するように構成されていることを特徴とする、発破シーケンス（９）を設計するためのコンピュータプログラム製品（１５）。
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