JPH0588344B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、衝撃式穿孔、特にさく岩作用を最適
化するプログラム方法に関し、この方法において
穿孔装置は得られる所望の穿孔結果を得るように
調節される。

正常作業状態において、穿孔目的は穿孔機の進
入速度をできる限り高させることにある。このよ
うな制約的因子は、例えばエネルギ消費量、装置
の耐久性などとして存在する。衝撃力、回転速度
または回転効率、給送力のような変動因子または
種々の変動因子の組合せが制御用変動因子として
用いられる。

多くの制御用変動因子のために、穿孔機械の正
しい作用点を選択することは困難である。最も一
般的な方法は、穿孔者の経験と、穿孔機械製造者
から得られる助言である。鮎る作業状態におい
て、穿孔機械の作用は聴覚と視覚の認識作用のみ
によつて観察され、従つて経験の積んだ作業者は
比較的精密に作用点を選択することが可能であ
る。しかし、この作業に対して重要であるこのよ
うな聴覚による認識にたよることは、しばしば周
囲の騒音によつて制約を受ける。ここの種の状態
は、巨大設備、すなわち数基のブームを具備する
穿孔装置を使用するときに起こる。

穿孔機械の作用は、その給送力によつて最も著
しく影響を受け、従つて給送力は一般に最も穿孔
者によつて調節される偏動因子である。衝撃と回
転の制御は通常、一定であり、それにより例えば
装置の製造者または取扱者によつて推奨された値
が使用される。

他の既知の方法は、進入速度の測定を基にして
調節する方法である。進入速度は、衝撃、回転及
び送りの値を交互に調節することによつて最大値
が与えられる。前記の方法において、送りのみの
調節で逐行することもできる。この種の調節方法
は一般に非衝撃式穿孔作業においてのみ用いら
れ。

米国特許明細書第4165789号に開示されたシス
テムは、当業界において知られている個々の方法
の中に名を挙げることができる。この既知のシス
テムにおいて、調節作用は進入速度の測定のみを
基にして行われる。

米国特許明細書第3550697号に開示されたシス
テムは他の既知の方法として知ることができる。
このシステムにおいて、調節作用は穿孔機械から
測定されたトルクを基礎においているので、回転
速度、給送力及びトルクは、測定されたトルクに
従つて調節される。

前記両システムの不利点は、なかんずく、それ
らの複雑さにあつて、従つてそれらの利用性はあ
まり可能性がない。

本発明の目的は、従来の既知の方法の弱点を避
けたさく岩用の最適化方法を提供するにある。上
記目的は、さく岩機の進入の結果としてドリルロ
ツド内に発生する応力波が測定され、かつこの穿
孔装置がこの測定された応力波に従つて調節され
ることを特徴とする本発明による方法によつて達
成される。

本出願の説明の項及び特許請求の範囲におい
て、応力波ととは或る穿孔行程の結果としてドリ
ルロツド内に生じた応力状態の変動を意味する。
本発明によれば、この調節は一行程または複数行
程によつて生じた応力波を基にして実施される。

本発明の利点は、特にその簡単さと多用性にあ
る。この方法において、この方法は穿孔者の作業
を付属手段として用いることもできる。

附図に示す本発明の方法の原理の若干の好適例
について以下に本発明を詳細に説明する。

本発明は、衝撃式穿孔作用の一特定態様を基に
したもので、すなわちドリルロツドで衝撃すると
き、応力衝撃が常にドリルロツド内に発生し、こ
の衝撃はドリルロツドに沿つてロツド先端まで進
行して岩の中に一行程が穿孔される。前記応力衝
撃の部分は、それが有するエネルギ量は完全には
利用し尽されないのでもとの方向に反射される。
前記応力と反射衝撃は応力波を形成する。

本発明の本質的な態様は、ドリルロツに発生し
た前記応力波が測定され、かつ制御される変動因
子が測定された応力波の形状及び／またはその
種々の部分の強さと、実験的及び／または統計的
に得られた応力波の正常形状または正常値との間
に差異を基にして調節されることである。前記応
力波はは、種々の方法、例えば、電気的、機械
的、光学的または他の既知の方法によつて測定で
きる。測定された応力波は、例えば、実験的及
び／または統計的に決められた正常形状と比較さ
れ、前記正常形状からの測定された応力波の偏差
を基にして調節される。

本発明の方法によれば、応力波はドリルロツド
のいくつかの点、例えば二点から測定される。二
点以上から行われた測定は、応力波がその運動方
向に従つて成分に分けられ、それによつて一つの
成分は穿孔される岩に向つて進み、及び他の成分
は岩から反射されるという利点をもつ。このよう
にして、一点から行われた測定の場合よりも可成
り多くの情報が穿孔段階において得られる。数個
所からの測定は、ドリルロツドが短いとき、また
は測定点がロツド端に近い場合には特に有効であ
る。

制御される変動因子の調節は、進行または反射
波成分の強さ、波の表面積によつて決められるエ
ネルギ値、衝撃の上昇または下降速度、波の減速
速度などによつて実施される。種々の制御される
変動因子に及ぼす測定波から決定された値の影響
が見出れて、装置は例えばマイクロプロセツサま
たは何か他の類似の装置によつて調節され、それ
により、マイクロプロセツサは、例えば決定され
た値を基にして、測定波ができる限り精密に所望
の波に対応するように穿孔装置の作動装置を調節
する。穿孔状態が変化すると、本発明による方法
は、原理上、偏差値をもつ一行程の後には次の行
程は既に修正できているので、穿孔装置の作用を
ほとんど常に適切状態に厳密に維持することがで
きる。

本発明を説明するために、本発明による三種の
実施例について、それにより調節が実施される方
法を以下に述べる。

第１実施例は、応力波の減衰速度の利用を基礎
としている。既述のように、ドリルロツドへ向う
各行程は前記ロツドに応力衝撃を生ぜしめ、この
衝撃は交互にロツドの両端から反射され、漸次に
減衰する応力波を形成する。この減衰速度はドリ
ルロツドの応力波の包絡線を研究すれば十分に理
解できる。この応力波は、穿孔機械を推進する力
及びドリルロツドが岩中に進入する力が増大され
れば、高い速度で減衰される。第１図及び第２図
は給送力の変化の結果としていかに包絡線が変化
するかの本質を示す一例である。第１図は、給送
力が高い状態を、また第２図は給送力が低い場合
の状態を示す。

減衰速度は、例えば反射衝撃の振幅が或る基準
値以下に低下したとき、またはこれとは別に振幅
が前記基準レベル以下に低下する前の反射衝撃の
数として所定時間中に決められる。この基準レベ
ルは一定、もしくは第１衝撃の振幅の或る百分比
の大きさである。

他の実施例は応力波のスペクトルに基づくもの
で、おのずから明らかなように穿孔装置の作用値
が応力波の形状に影響するならば、それらは自然
に応力波のスペクトルにも影響する。

第３図から第６図までは、応力波のスペクトル
の四つの異なる原則的図形をを示す。第３図の状
態において、90barの給送力が用いられ、第４図
の状態では給送圧力は80barであり、第５図の状
態では給送圧力は60bar、第６図の状態では
40barの給送圧力が用いられている。図から明ら
かなように、給送圧力が高すぎると機械の衝撃周
波数におけるスペクトルに顕著なピークが形成さ
れ、このピーク点は第３図においてITで示され
る。給送力が低すぎる場合は、従つてドリルロツ
ドの共振周波数においてピークがあらわれ、この
点は第５図においてRTで示される。給送力が適
正な場合は、スペクトルは第４図のスペクトルに
見るように比較的均等である。

穿孔装置の調節に関し、スペクトルはその全部
について測定する必要はない。スペクトルの最も
重要な部分は穿孔機械の衝撃周波数とドリルロツ
ドの一つまたは複数の共振振動数である。給送力
の調節は前記周波数成分を基礎におく。しかし、
ドリルロツドの共振振動数または衝撃振動数の調
和振動数も、付加的に用いられることが自明であ
る。

これらの図及び上記の説明から明らかなよう
に、わずかに幾つかの重要な周波数成分、例えば
上記の二つの成分があるに過ぎない。なお、重要
な周波数成分の周波数は前もつて知られているの
で、スペクトル分析は帯域フイルタの数により簡
単に実施できる。第７図はそのような調節装置の
基本態様のブロツク線図の概略図である。この線
図において、１は応力検出器、２及び３は前記増
幅器及び増幅器、４〜７は帯域フイルタで、従つ
てフイルタ４は衝撃周波数を通過させ、フイルタ
５はドリルロツドの共振周波数を通過させる。さ
らに一つ以上のこのようなフイイルタ５、例えば
各所望の共振周波数ごとに一つずつ、が設けられ
る。フイルタ６及び７は前記調和周波数用であつ
てこの場合も若干個のこのようなフイルタが設け
られる。この装置の調節論理部は８で示す。当然
のことであるが、他の測定値または使用周波数、
進入速度などのような制御される変動因子の組合
せ情報をこの装置に送ることができる。この入力
は図においてＮで示す。調節データ用の出力はＭ
で示す。

一進入動作によつて生じた応力波の形状はこの
方法の第３適用例として示される。第８図は原理
的に衝撃ピストンの一行程の結果としてドリルロ
ツド内に生じた応力波の初度部分の一典型形状を
示す。従つてこの図に示す部分Ａは岩に向つて進
行する衝撃または成分波を、また部分Ｂはこれと
対応して、岩から遠ざかる方向へ進む衝撃または
成分波をあらわす。第８図による波の形状は幾つ
かの点の振幅によるか、或はこれとは別に波とゼ
ロレベル間に残る面積によつて説明できる。例え
ば、最大値及び最小値P₁，P₂，P₃，P₄は衝撃の
特質点として用いられ、それらの点の振幅を利用
できる。調節に際し、そのような、またはその比
率のような値などが与えられる。工程を調節する
のに用いられるこれらの表面積は例えばA₁，A₂，
A₃などのような応力波の表面積またはその種々
の部分から成る。前記表面積の比率を用いること
もできる。上記のデータから当該応力波のエネル
ギ、岩の中に伝達されたエネルギ、岩から反射さ
れたエネルギなどは計算され、かつ例えば計算さ
れたエネルギ値を基にして行われる。

第９図は、自動調節装置の基本態様のブロツク
線図を示す。図において、応力検出器１１、前置
増幅器及び増幅器１２及び１３、またいわゆるフ
イルタ１４及びＡ／Ｄ変換器１５が示されてい
る。前記応力検出器１１から得られる。いずれか
から得られた測定用入力は第７図に相当する方法
で矢印Ｎによつて示される。同様に、調節データ
用の出力は矢印Ｍで示される。

応力波用のいくつかの測定チヤンネルが存在す
るが図の明瞭化のために第９図には一つのみ示さ
れている。

応力波の解析及び解釈はもし望むならば穿孔者
に委せることもできる。その場合には、一般に適
切な表示装置を具備する必要がある。第１０図
は、この種類の装置の基本態様のブロツク線図で
ある。この図において、２１は応力検出器２２，
２３は増幅器であり、表示装置２５の作用に必要
な遅延回路２４が示されている。もちろん、適切
な同期衝撃を前記表示装置２５に接続する手段が
必要である。前記装置の主要部分は補助用の画像
形状のマガジンで、そこから穿孔者は任意特定の
状態の要求に従つて基準画像形状を選択し、表示
装置から得られた衝撃の形状を前記基準画像と比
較する。これら二つの画像を比較し、かつ制御さ
れる変因子を調節することによつて、穿孔者は表
示装置上に表示された画像を調節して基準画像に
できる限り精密に対応させる。適切な基準画像
は、例えば穿孔機械、岩などに従つて選択され
る。また、この実施例は、測定が数点から行われ
る場合にも用いられ、その場合、表示スクリーン
上に適切な波形を得るためにそれらの信号を予備
処理することが必要である。明瞭化のため第１０
図には一測定点のみを示すが、必要ならばそれ以
上の測定点を含むことができる。

上述の説明は、本発明をその実施例に限定する
ものではなく、種々の方法により、本発明の特許
請求の範囲内で、変更態様を実施できる。従つ
て、この方法を適用する装置は、もちろん、図示
の実施例と厳密に合致する必要はなく、他の解決
手段も同様に用いることができる。本装置の構成
要素は任意既知の構成要素などを用いることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、給送力の変化の結果とし
て応力波がいかに変化するかの原理の一例、第３
図から第６図までは、給送力の変化の結果として
応力波のスペクトルがいかに変化するかの原理の
例、第７図は、本発明による方法のスペクトル解
析及び適用を基にした調節装置のブロツク線図、
第８図は応力波の初度部分の典型的な形状の一
例、第９図は、応力波の形状の解析を基にした自
自動調節装置のブロツク線図、第１０図は、応力
波の形状の解析を基にした穿孔者の附属品のブロ
ツク線図を示す。 図中の符号、１…応力検出器、２…前置増幅
器、３…増幅器、４〜７…帯域フイルタ、８…調
節論理部、１１…応力検出器、１２…前置増幅
器、１３…増幅器、１４…フイルタ、１５…Ａ／
Ｄ変換器、１６…プロセツサ、２１…応力検出
器、２２，２３…増幅器、２４…遅延回路、２５
…表示装置、２６…表示画像 を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 衝撃式穿孔、特にさく岩作業を行う際穿孔装
   置の穿孔効率を最大にし、且つ負荷を最小にする
   衝撃式穿孔作用の最適化方法において、 ａ）衝撃ピストンの一工程の結果としてドリルロ
   ツド内部からドリル刃先に向かつて発生する応
   力波並びにドリル刃先からドリルロツド内部に
   向かう反射応力波を測定し、 ｂ）測定の結果得られた応力波並びに反射応力波
   のパラメータと、統計的あるいは実験的に求め
   られた最適穿孔により発生する応力波並びに反
   射応力波の基準パラメータとを比較し、 ｃ）比較結果を基に、穿孔装置の衝撃強度、回転
   速度又は給送力を単独に、あるいはそれらの２
   つ以上組合せて調整するとを特徴とする衝撃式
   穿孔作用の最適化方法。 ２ 穿孔装置が測定された応力波の減衰速度によ
   り調整されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の衝撃式穿孔作用の最適化方法。 ３ 穿孔装置が測定された応力波のスペクトルに
   より調整されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の衝撃式穿孔作用の最適化方法。 ４ 前記調整が穿孔装置の衝撃周波数点（IT）
   及び応力波のスペクトル中のドリルロツドの共振
   周波数点（RT）を観測することにより行われる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の
   衝撃式穿孔作用の最適化方法。 ５ 穿孔装置が測定された応力波上の任意の点
   P₁，P₂.P₃，P₄における振幅及び／または前記振
   幅の比率を基に調整されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の衝撃式穿孔作用の最適
   化方法。 ６ 穿孔装置が測定された応力波上の種々の部分
   の表面積A₁，A₂，A₃及び／または前記表面積の
   比率を基に調整されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の衝撃式穿孔作用の最適化方
   法。 ７ 穿孔装置が測定された応力波上の種々の点に
   含まれるエネルギ及び／または前記エネルギの比
   率を基調整されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の衝撃式穿孔作用の最適化方法。 ８ 前記調整が測定された応力波の波形と、予め
   求めれた基準波形との比較を行うことにより行わ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の衝撃式穿孔作用の最適化方法。 ９ 前記調整が測定された応力波の一つ以上の変
   動因子の値と、各変動因子毎に設定された基準値
   との間の差分を基に行なわれることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の衝撃式穿孔作用の
   最適化方法。 １０ 前記応力波並びに反射応力波の測定は少な
   くともドリルロツドの２点で行われることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の衝撃式穿孔
   作用の最適化方法。