JPH0270900A - 掘進中のトンネル内換気設備の制御方法、及び同制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、掘進工事中のトンネル内の換気設備を、適正
風量ならしめるように自動制御する方法。

及び、上記制御方法を実施するための装置に関するもの
である。

ただし、本発明においてトンネルとは、交通の用に供せ
られる狭義のものに限らず、採鉱用の坑道や、導水路を
含む意である。

〔従来の技術〕

トンネル内においては、自然通風だけでは足りない場合
が多く、このため換気設備が設けられる。

而して、換気設備による通風の所要量は各種の条件に伴
って変化する。

このため、従来一般に、トンネル内換気設備は通風量を
加減するに適した送風機が用いられる。

上記のトンネル内換気に好適な送風機としてコントラフ
アン（２重反転式軸流送風機）が広く用いられている。

このコントラフアンは、羽根ピツチ方向が逆の２基の可
変ピッチ式軸流形ファンを、同心状に対向せしめて配列
した構造である。

２基のファンのピッチが逆であるから、２基を運転する
場合に整流が容易で高風圧、高能率が得られる。また、
２基の内の１基のみ運転（単段運転）することも出来、
羽根ピッチの調節と相俟って広範囲の風量制御が可能で
ある。

トンネル内の諸条件（例えば交通量）の変化に応じて換
気設備を制御する為の最近の技術とじては、特開昭８１
−２８６５００が公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の公知制御技術は完成したトンネル対象とし、主と
して自動車の排気ガスをトンネル外に排出して新鮮な空
気を導入するためのものである。

ところが、上記とは別の作業分野において、掘進工事中
のトンネル内換気の制御に関する問題がある。

掘進中のトンネル内は、完成したトンネル内に比して条
件変化が激しく、シかも、変化の予測が困難である。

条件変化の主なものとして、次記事項がある。

（イ）送風路の長さの変化。

トンネル入口付近にファンを設置して、その吐出空気を
切羽まで送風管（風管）で導く場合。

切羽が掘り進まれてゆくに従って風管が長くなり１通風
抵抗が増加する。

（ロ）粉塵発生量の変化 トンネルを掘進してゆくと土質が変化するので、これに
応じて掘削工法や積込工法が変えられる。こうした土質
変化や工法変化に伴って粉塵発生量が著しく変化する。

（ハ）ガスの発生 有害ガスの発生には、土中からの噴出と１作業機械から
の発生との両方が有る。これらの内、特に土中からのガ
ス噴出は、その噴出量が不規則に変化して予測が容易で
ない。

しかも、掘進中のトンネル内においては、湧水があった
り天井から水が滴下したりすることが多いので、換気設
備やその制御装置は耐水性に優れていることも要求され
る。

掘進中のトンネル内は、以上に述べた如く、完成トンネ
ルに比して条件変化が著しいので、完成トンネル内の換
気設備に比して制御範囲が広く、しかも即応性のある制
御技術の開発が望まれる。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので。

人手を要せずに２４時間連続監視が可能で、切羽付近雰
囲気の変化に応じて常に適正な風量を送給することが出
来、切羽付近雰囲気の急激な変化にも即応でき、しかも
、コントラフアンの特性に適した制御方法及び、上記制
御方法を実施する為の制御装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために創作した本発明に係る制御
方法は、動翼可変ピッチ式のコントラフアンを用いた換
気設備を適用の対象とし。

切羽とセントルとの間に粉塵センサ、煙霧透過率検出用
ＶＩ計、及び有害ガスセンサの少なくとも何れか一つを
設け、 上記センサの出力信号に基づいて、コントラフアンの動
翼ピッチ制御、及び、該コントラフアンの段数制御を行
う。

また、上記の発明方法を実施するために創作した本発明
に係る制御装置は。

切羽とセントルとの間に配設される粉塵センサ、煙霧透
過率検出用ＶＩ計、及び有害ガスセンサの少なくとも何
れか一つと。

上記センサの出力信号に基づいて、コントラフアンの最
適運転状態（段数及び動翼ピッチ）を算出する演算器と
。

上記演算手段の出力信号に基づいて、コントラフアンの
動翼軸（回転羽根軸）を駆動する２組のモータのそれぞ
れをオン・オフ制御する手段と、同じくコントラフアン
の動翼ピッチ調節モータを正、逆転制御する手段と、を
設ける。

本発明装置を実施する際、コントラフアンの風量を増加
せしめるように作用する割込スイッチをセン１−ルに設
けておくことが望ましい。

〔作用〕

上述の手段によってコントラフアンの風量を制御すると
、粉塵濃度、煙霧透過率、又は有害ガス濃度に応じて、
自動的にコントラフアンの段数制御、及び動翼ピッチ制
御が行われる。

コントラフアンは、第５図に示す如く、管状ケーシング
１内に前段ファン２と後段ファン３とを同心状に配列し
た構造になっており、それぞれ前。

後段モータ２ａ、３ａが前、後段ステー２ｂ、３ｂによ
って支承されている。上記の前、後段モータ２ａ、３ａ
はそれぞれ、翼車を回転させる主モータと、動翼ピッチ
を調節する翼角モータとよりなり、互いに独立に制御さ
れる構造である。

上記前、後段翼車２ｃ、３ｃは互いに反対方向のピッチ
を与えられているので、互いに反対方向に回転すること
により、回転方向分速を相殺させつつ、図の右方から大
気を吸入して左方に吐出する。

第６図は上記コントラフアンの特性曲線図表で、曲線４
−１は前記前、後段モータ２ａ、２ｂの内の何れか一方
に通電し、他方をフリーにした単段運転時の特性を示す
。

曲線４−２は、前、後段モータ２ａ、２ｂの両方に通電
した両段運転時の特性を示す。

５−ｔ、５−２は抵抗曲線の例である。５−１は、風管
が短かくて通風抵抗が少ないとき、５−２は風管が長く
て通風抵抗が多いときを例示している。

通風抵抗を更に増して抵抗曲線５−３＊　５−４の如く
になるとサージング域に入るので、このような使い方は
為されない。

前記の段数制御は、前、後段モータ２ａ、３ａの通電を
オン・オフ制御して、特性曲線４−ｔ、　４−ｚの切換
を行うものであって、風量を比較的広範囲に段階的制御
することが可能で・ある。

前記の動翼ピッチ制御は、更に微細な風量制御を行うこ
とが出来る。

第７図は、動翼ピッチをＯＬ（ピッチ角小）。

θＭ、θＨ（ピッチ向火）に変化させたときの風量変化
を、風量−圧力座標の上に描いた図表である。

本図はｅＬ、　　θＮ、θＨの３本の曲線を示したが、
ＯＬとθＨとの間で無段階に調節することが出来る。

このようにして１段数制御と動翼ピッチ制御とを併用す
ると、広範囲の風量制御を無段階に行い得るので、他の
制御手段（例えばインバータ制御）を用いる必要が無く
、耐水性の大きい部材だけで制御装置を構成することが
出来、トンネル工事場内での使用に適している。

更に、前述の手段によれば、これらの段数制御。

動翼ピッチ制御が、粉塵センサ、ＶＩ計、又はガスセン
サの信号出力によって自動的に行われるので１人手を要
せずに２４時間監視が容易であり、しかも雰囲気条件の
変化に即応することが出来る。

〔実施例〕

第１図は、掘進中のトンネルに設置したコントラフアン
を制御する為に構成した本発明の制御装置の一実施例を
示す模式図である。

図において右端がトンネル入口であり、左端が切羽であ
る。本図は、入口と切羽との間の図示りの区間を切り縮
めて描いである。この距離りは、工事の進捗に伴って次
第に増加してゆく。

切羽の近くにセントル６が設けられ、このセントルは切
羽の掘進に伴って移動される。

トンネルの入口に設置されたコントラフアンと切羽との
間に風管７が設けられ、その先端部はセントルを貫通し
て切羽近傍に開口している。

トンネルの掘進に伴って距離りが増加すると、風管７は
継ぎ足して延長されてゆく。このため、コントラフアン
による通風抵抗が次第に増加してゆく。

本例においては、切羽に真近の個所に粉塵センサ８ａを
設けると共に、セントル６の直前の個所に粉塵センサ８
ｂを設けである。この２個所が一般に、最も粉塵の多い
所だからである。

本発明を実施する場合、上記の粉塵センサ８ａ。

８ｂの代りに、若しくは該粉塵センサ８ａ、８ｂと併せ
て、煙霧透過率を検出するＶＩ計（図示せず）を設けて
もよい。

セントル６と切羽との間の適宜の個所に、有害ガスの濃
度を検出するガスセンサ９を設ける。

更に、風管７内の適宜の個所に風量センサｌＯを設、け
る。

コントラフアンの前段モータ２ａを構成している主モー
タ２ａ−１のオン・オフ制御、及び翼角モータ２ａ−２
の正、逆転制御は、制御手段１１によって行われる。

同様に、後段モータ３ａｔｔ構成している主モータ３ａ
−１′のオン・オフ制御と、翼角モータ３ａ−２の正、
逆転制御も前記の制御手段１１によって行われる。

前記の粉塵センサ８ａ、　８ｂ、ガスセンサ９、及び風
量センサ１０の出力信号は演算器１２に入力される。

上記粉塵センサに代えて、又は該粉塵センサと併せて煙
霧透過率検出用ＶＩ計（図示せず）を設けた場合、該Ｖ
Ｉ計の出力信号は演算器１２に入力される。

上記の演算器１２は予め制御プログラムを与えられてお
り、前記各センサの信号値と上記プログラムとに基づい
て、適正な運転状態（適正運転段数、及び適正動翼ピッ
チ）を算出して制御手段１１に指令信号を与える。

次掲の第１表に、単段運転と両段運転との切換運転を行
うための運転モードの１例を示す。

本実施例の制御装置においては９本表のようにモードを
設定して使用するため、演算器１２にモード切替スイッ
チ（図示せず）を設け、掘進に従って手動操作で指定モ
ードを切り替えるように構成する。

演算器１２は、粉塵濃度（又は煙霧透過率）が重（Ｈ）
、中（Ｍ）、軽（Ｌ）の何れであるかを粉塵センサ８ａ
、　８ｂ（又はＶＩ計）から入力され、指定されたモー
ドと対照して適正な運転段数（単段または両段）を決定
し、制御手段１１に制御指令を与える。

本例の制御装置（第１図）は、セントルの近傍に割込ス
イッチ１３を設けてあり、この割込スイッチを操作する
と、第１表による最適段数の判定に優先して両段運転を
行い得るように構成しである（詳細は第３図について後
述する）。

このように割込スイッチを設けておくと１例えば作業の
関係上、特に良好な視界を確保したいときとか、湿度が
高くて苦痛を感じるときなどに、コントラフアンの送風
量を強制的に増加せしめることが出来るので好都合であ
る。

次に、本発明の装置の一実施例（第１図）を用いて本発
明方法を実施した一例について説明する。

第２図は、前記の割込スイッチ１３を使用せずに全自動
運転で制御した場合のブロック図である。

ステップ１で、坑道の長さに応じた運転モード（Ａ−Ｄ
の何れか一つ）を選択し、 ステップ２でコントラフアンを起動し、ステップ３で自
動運転に入らせる０図示の１６はコントラフアンＯＮボ
タン、１７はコントラフアンＯＦＦボタンである。

粉塵センサ８ａ、８ｂからの信号（粉塵センサに代えて
ＶＩ計（図示せず）を設けた場合は該ＶＩ計からの信号
）は、比較器１４に入力され、最大値を選んで第１表と
対照され、モード固定で最適運転段数を選んで自動運転
される（ステップ１５）。

第３図は上記と異なる実施例のブロック図である。本例
は、モード固定で、粉塵濃度（又は煙霧透過率）に応じ
て運転段数の切替を行い、かつ、割込スイッチ１３によ
る強制的段数制御と、ガスセンサ９の出力信号による動
翼ピッチ制御（翼角モータ２ａ−２，３ａ−２の制御）
を併せ行った例である。

鎖線で囲んで示した部分■は、第２図に示した構成部分
と同様乃至は類似である。

ガスセンサ９の出力信号により、翼角モータが駆動され
て最適動翼ピッチに自動調整される（ステップ１８）６
図示の１９は、コントラフアンの主モータを臨時にオン
オフする割込ボタンスイッチである。

前述の比較器の指令ブロック図の１例を第４図に示す。

ＨＬ比較器２０で、粉塵濃度（又は煙霧透過率）に関す
る重（Ｈ）、軽（Ｌ）の２つのレベルを設定すると、Ｈ
（重）９Ｍ（中）、Ｌ（軽）の区分が出来る。

粉塵センサ８ａ、８ｂの出力信号（又は図示しないＶＩ
計の出力信号）は、比較器１４の最大値優先回路で最大
値を選定され、Ｈ，Ｍ、Ｌいずれであるかを判定される
。

一方、翼角モータ２ａ４，３ａ−２の回転によって調節
される動翼ピッチは、ポテンショメータ形の翼角検知器
２２によって検出され、翼角に比例して変化する抵抗値
を電流値変化としてＦＲ比較器２３に入力される。

また、比較器１４で選択された最適動翼ピッチを表わす
信号は、翼角設定器２１を介してＦＲ比較器２３に入力
される。

上記ＦＲ比較器は、上記２つの入力信号を比較して、翼
角モータを正、逆いずれに回転させるかを決定し、動翼
ピッチが最適値となるように翼角モータ２ａ−２，３ａ
−２を作動させる。

図示を省略するが、本発明装置を実施する際セントルに
走行距離計を設けておいて、上記走行距離計の指度に基
づいて坑道長さを推定して、前記Ａ−Ｄのモード中の何
れか一つを選定するように構成することも出来る。

また、第１図の実施例ではコントラフアンをトンネル入
口に設置したが、本発明を実施する際、該コントラフア
ンをトンネルの途中、若しくはセントルの付近に設ける
ことも可能である。

〔発明の効果〕 以上説明したように１本発明の制御方法は、粉塵の濃度
センサ、ＶＩ計、及び有害ガスの濃度センサの少なくと
も何れか一つを設け、上記センサの出力信号に基づいて
コントラフアンの段数制御を行うので、広い範囲の制御
が可能である。

その上、コントラフアンの動翼ピッチ制御を併せて行う
ので、無段階の微調整も可能である。

本発明方法は、前記の如くセンサによってトンネル内の
条件変化を検出するので、人手を要せずに２４時間監視
が出来、しかも変化に対して即応することが出来る。

また、本発明の制御装置は、粉塵濃度センサ、ＶＩ計、
及び有害ガスセンサの少なくとも何れか一つの出力信号
に基づいてコントラフアンの段数制御及び動翼ピッチ制
御を行う構造であるから、コントラフアンの特長である
広範囲調節機能と微調整機能とを生かした自動制御が可
能であり、例えばインバータ制御などを併用せずに充分
の制御効果を奏するので、高価な構成部材や耐水性に問
題のある構成機器を使用する必要が無い。このため、人
手を要しないで２４時間監視を行いつつ、環境条件（粉
塵、煙霧、有害ガスなど）の変化に即応でき、その上、
製造コストが安価で耐水性に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る換気設備の制御装置の一実施例の
模式的な説明図である。 第２図及び第３図は本発明に係る換気設備の制御方法の
一実施例における自動運転ブロック図を示し、第２図は
ガスセンサ及び割込スイッチを用いない場合、第３図は
ガスセンサ及び割込スイッチを用いた場合の例である。 第４図は前記実施例における比較器指令ブロック図であ
る。 第５図は本発明が制御の対象とするコントラフアンの縦
断面図である。 第６図は上記コントラフアンの特性を示す図表。 第７図は上記コントラフアンにおける動翼ピッチ変化に
伴う特性曲線の変化を示す図表である。 ２・・・前段ファン、　２ａ・・・前段モータ、２ａ−
１・・・主モータ、２ト２・・・翼角モータ、２ｂ・・
・前段モータのステー、２ｃ・・・前段翼車、３・・・
後段ファン、３ａ・・・後段モータ、３ａ−１・・・主
モータ、３ａ−２・・・翼角モータ、３ｂ・・・後段モ
ータのステー　３０・・・後段翼車、６・・・セントル
、７・・・風管、８ａ、　８ｂ・・・粉塵センサ（又は
ＶＩ計）、９・・・有害ガスセンサ、ＩＯ・・・風量セ
ンサ、１３・・・割込スイッチ、１４・・・比較器、１
６・・・ファン起動ボタン、１７・・・ファン停止ボタ
ン、２０・・・Ｈし比較器、２２・・・翼角検知器、２
３・・・ＦＲ比較器。 特許出願人　　株式会社三井三池製作所代理人弁理士　
　秋　　　本　　　正　　　実（外１名） 策 図 第 図 （杉す受々ン） （Ａ寸ＰＬファン） 第 図 ｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、掘進中のトンネルの入口近傍と、該トンネルの切羽
   付近に位置するセントルとの間に風管を設け、上記風管
   の端部及び中間部の少なくとも何れか一方にコントラフ
   ァンを接続したトンネル内換気設備を制御する方法にお
   いて、 セントルと切羽との間に、粉塵の濃度を検出する粉塵セ
   ンサ、煙霧透過率を検出するＶＩ計、及び、有害ガスの
   濃度を検出するガスセンサの少なくとも何れか一つを設
   け、 上記センサ類の出力信号を自動演算器に入力せしめ、 上記自動演算器に予め与えておいたプログラムに従って
   、前記コントラファンの動翼ピッチ制御、及び、該コン
   トラファンの段数制御を行うことを特徴とする、掘進中
   のトンネル内換気設備の制御方法。 ２、掘進中のトンネルの入口近傍と、切羽付近に位置す
   るセントルとの間に風管を設け、上記風管の一端及び該
   風管の途中の少なくとも何れか一方にコントラファンを
   接続したトンネル内換気設備を制御する装置おいて、 （ａ）セントルと切羽との間に配置されて粉塵の濃度を
   検出する粉塵センサ、セントルと切羽との間に配置され
   て煙霧透過率を検出するＶＩ計、及び、セントルと切羽
   との間に配置されて有害ガスの濃度を検出するガスセン
   サの少なくとも何れか一つを設け、 （ｂ）上記少なくとも何れか一つのセンサの出力信号を
   入力されて、前記コントラファンの適正運転段数、及び
   適正動翼ピッチを算出する自動演算器を設け、 （ｃ）前記自動演算器の出力信号に基づいて、前記コン
   トラファンの動翼軸を駆動する２組のモータそれぞれの
   作動をオン・オフ制御する手段を設けると共に、 （ｄ）前記自動演算器の出力信号に基づいて、前記コン
   トラファンの動翼ピッチ調節用モータを正、逆転制御す
   る手段を設けたことを特徴とする、掘進中のトンネル内
   換気設備の制御装置。 ３、前記セントルの近傍に割込スイッチを設け、センサ
   類の出力信号に優先せしめて、コントラファンの運転段
   数および動翼ピッチを風量増加方向に手動操作できる構
   造としたことを特徴とする、請求項２に記載した掘進中
   のトンネル内換気設備の制御装置。