JPH06504337A - 岩石穿孔堀削方法 - 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】 岩石穿孔掘削方法 技　術　分　野 本発明は岩石掘削工程の制御方法で、掘削機の衝撃力と送り力を調節して掘削工 程を最適し、ドリルの回転力が所定の限界値を上廻らないようにしたものに関す る。

背　景　技　術 岩石掘削は掘削者がその実際経験に基づいて装置の動作を制御するような制御装 置に基ずいているのが普通である。そのような場合、掘削者は想定条件に基ずい て一定の基本値を設定し、可能な偏差を観察しそれに応じて運転を制御する時間 を有しないのが普通である。特に、幾つかのブームを備える掘削装置の場合、掘 削者はそれらの全てを十分に効率的かつ連続的に観察してそれを最適に制御する ことができない。この結果、装置が傷むと共に掘削も一部不十分となる。

掘削の自動制御に基ずく装置では、フィードバックと制御は衝撃、回転、送りの ような一つの作業パラメーターがもう一つのパラメータに基すいて制御され回転 に要する力が大きくなるとき、例えば送りが遅らされたり衝撃が大きくなったり するように油圧作動手段を使用することによって実行される。これらの解決手段 の場合、条件に応じて調節パラメータをより正確に設定することができずに調節 は互いに一定の作業パラメータを単に比例することに基づいて行われる。

米国特許４．７９３．４２１号は掘削を最適化することを狙ったプログラム自動 制御装置に開示している。本装置は２群のパラメータを活用している。そのうち の一つは検出手段により最大回転速度を制御するために使用され、他方は送りモ ータに対する最大パワーの供給を制御するために使用される。米国特許では回転 と送りの双方の最大値は何れかの方法で実現され、掘削条件は限界値がリセット されることを要求する。米国特許の装置は、回転掘削のみを調節するものである から岩石の掘削は直接適用できるものではない。更に、同装置は単に回転パワー や送りパワーを最大化することを狙ったものであり、それと異なる掘削段階は別 個に調節されない。

米国特許４．３５４．２３３号はコンピュータが予め設定された貫通値を実際の 貫通値と比較するようにした解決を開示している。本方法の場合、トルクと振動 速度と共に回転速度と軸荷重が調節される。異なる掘削段階における調節値の変 化は何ら考慮されることはない。

米国特許４．１６５．７８９号は、最適化が掘削機の回転の調節と回転抵抗の調 節にもとすいて行われる方法について開示している。上記方法は一方のパラメー タを他方のパラメータを調節することによって一定に保つことを狙っている。上 記解決手段はすこぶる簡単であり、掘削工程全体を最適化することは不可能であ る。更に、同手段は異なる掘削段階で必要とされる異なる調節とパラメータの変 化を全く考慮に入れていない。

米国特許５．５８１．８３０号は掘削ロッドのトルク、調節パラメータとして使 用される送り力を測定する方法について教示している。送り力、即ち、送り速度 は、調節が予め設定された値を土建る時に低下する。この米国特許は単に掘削ロ ッドのトルク歪みを一定の限界値以下に維持することを狙ったもので、異なる掘 削段階により必要とされるような設定値を変更することによって掘削する工程に ついて教示するどころか、そのことを目的としてもいない。上記特許文献の装置 の共通の欠陥は、それらが掘削工程の一部のみしか調節せず、それらのパラメー タの変更がたとい不可能でなくとも困難な点にある。

従来装置のもう一つの欠陥は、掘削パラメータが幾つかの点で不適当であるため 、それらが不経済的な掘削をもたらすことになることが多いという点である。油 圧制御に基ずく装置は掘削中に発生する突然の変化にやや緩慢に反応する結果、 装置が傷むと共に不効率で非経済的な掘削が非常に頻繁に発生することになる。

更に、もっばら油圧にもとずいた装置の微調整と変形は困難で、実際には、それ らに対して掘削条件を正確にモニターさせ、従って経済的かつ技術的に効率的に モニターさせることは不可能である。

発明の開示 本発明の目的は、上記周知の解決手段の欠陥が回避され、掘削工程が効率的で常 に掘削条件を考慮に入れるような形で掘削を実行する方法を提供することである 。本発明による方法の特徴は、順次１度に１回掘削段階を実行することにより掘 削を数段階において自動的に制御する点、また、衝撃力と送り力に影響を及ぼす 調節パラメータがそれぞれの掘削段階で設定されることによって衝撃力と送り力 が問題の掘削段階について最適となるようにされている点にある。

本発明の基本的思想は、それぞれの掘削段階が出来るだけ良好かつ効率的に実行 される具合にそれぞれの特殊掘削段階により必要とされるパラメータによりその 異なる段階で制御される点である。本発明の利点は、掘削ができるだけ経済的で ある一方、掘削装置に対する不要な歪みが何れも回避され、装置損傷が従来技術 と比較して相当減少されることである。

以下、本発明を添附図面について詳説する。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法の調節原理を略本したものである。

図２は本発明の方法を適用した時の掘削力と送り方間の比を略本したものである 。

図３は、掘削ビットと岩石間の接触の調節原理を略本したものである。

図４は、図３の調節装置の動作範囲を略本したものである。

発明を実施するための最良の形態 図１は、本発明の方法の調節ダイヤグラムを略本したものである。調節ｌは、支 配的な条件と状態に基ずいた動作上の代替手段より成る。その−次部分は順次的 な掘削調節２、掘削パラメータのレベル調節、および例外的状態の処理４である 。通常の順次掘削は、始動掘削２ａ、始動掘削から正常掘削への移行が行われる ランプ段階２ｂ、および掘削の終了２ｄの４段階より成る。更に、原則上、第４ の段階、即ち、装置が掘削の準備態勢にある停止段階が存在する。例外的状態の 処理は喰込み４ａ、ドリルビットの破砕４ｂ、突進４ｃ、および不十分な貫通４ ｄ、およびそれらの処理の如き種々の可能な例外的状態から成る。

始動掘削２ａにおいて、始動パラメータが適用される間の時間や掘削深度と共に 衝撃力と送り速度レベルが予め設定される。その後、始動掘削から正規掘削への 移行は、ランプを介して行われることによって、衝撃と送りの制御は上昇が実質 上線形になるように上昇ランプを介して設定されたパワーレベル方向に大きくな る。この移行又はランプ段階２ｂにおいて予め設定されるパラメータは、衝撃と 送り間の比、即ち、衝撃力と送り方間の比である。ランプ２ｂ後、正規掘削２ｃ が進行し、ビットと岩石間の接触の調節が運転に対して加えられ、送りレベルは 掘削ロードの回転モータの回転圧が予め設定された値にとどまるように調節され る。上記正規掘削は、更に、リミッタを備える調節器を備える。上記調節器によ り、たとい回転圧があれこれの理由から例外的に高くても、例えば、何らかの理 由で斜め方向に掘削したり圧油が掘削工程の開始時に依然冷たくとも掘削力の設 定レベルに対して十分となる。回転圧が十分に増加した時、調節器は受動的とな り、いわゆる亀裂自動調節が導入されて掘削工程が正規に調節される。亀裂自動 調節はそれ自体公知で、種々の形で実現することができるから、本文では詳説し ない。孔の完成後、復帰段階２ｄが続き、その間にドリルは高速の運動により後 退し、ドリルビットがその完全に後退した位置から所定距離のところにあると、 ドリルの運動は遅らせられ、最終的にそれはドリルがその完全に後退した位置に 達した時に停止する。

掘削工程の制御において、上記亀裂状況、フラッシングおよび貫通が何でもモニ ターされる。

亀裂自動作用は回転圧に応じて作用する。回転圧はモニターされる。回転圧が所 定の上限に達すると、ドリルは高速運動により即時に後退する。その後、掘削は 、回転圧が所定の下限以下に低下した後所定距離だけ低下したパワーで継続され る。ランプ段階２ｂを介して掘削力の所定レベルへ逆戻りすることはこの低下刃 による所定掘削後まで行われない。

フラッシングはフラッジ水の流れを流量でモニターすることによって監視する。

もしフラッシングが何らかの理由で中断され所定時間の開動作しないと、ドリル は、例えば、同時衝撃によりフラッシングが再び行われるか、ドリルがその後退 位置に達するまで後退する。もしフラッシングがドリルがその後退位置にくる前 に開始される場合には、掘削は再び所定距離だけ低下したパワーで継続され、そ の後、低下したパワーからランプ段階２ｂを介する設定パワーレベルへの移行が 行われる。

貫通は、貫通速度の下限値を設定することにより監視される。上記下限値により 、もしドリルが掘削中に十分高速に岩石を貫通しない場合に掘削作業を防止する ことができる。このことは例えばドリルビットが破砕したり装置の他の部分が傷 んだ時に発生する可能性がある。この場合、設定されるパラメータは時間である 。もしこの所定時間中における貫通速度が本貫通限界値よりも小さい場合には、 監視作業が開始され、掘削作業が停止される。それに応じて、貫通速度の上限が モニターされ、貫通速度が高すぎる時、即ち、掘削装置が上部方向に突進する時 、掘削を防止することができる。そのような突進をモニターすることによってビ ットが岩石からの接触を断たれた時、衝撃動作が防止され、装置に対する損傷が 防止される。この場合の設定さるべきパラメータは貫通速度が所定限界値を上廻 り監視動作を活性化する時の時間である。

図２は、掘削調節用のブロック線図の略本である。同線図において、参照番号２ ０は、掘削力の調節を示し、その場合、掘削力の設定値２１は０−１００％の間 に設定された後、傾斜２２が設定され、その傾斜２２により掘削力の上昇角ｋＯ が調節される。即ち、掘削力の値がランプ段階で増大する時の速度が調節される 。掘削力のこの実際値は、更に、衝撃力の初期値３１、即ち、衝撃力の最小値ａ １、従ってその上昇角に１を調節するための衝撃力の傾＃Ｊ３２が設定されるよ うに衝撃方間ｗＩ３゜に付与される。この調節ブロックにより制御される調節手 段は衝撃力の調節値Ｐｐにより影響を受ける。それに応じて、この掘削力の実際 値は調節ブロック４ｏに影響を及ぼし、同ブロック４０は送り調節用の最小送り 力を設定する。調節ブロック３０におけると同様に最小値４１が設定され、同値 によって送り力の最小値ａ２が調節され、それに応じて、送り力の上昇角度に２ が調節される。

これらの値から一定の設定値Ｆｍが得られる。同値Ｆｍは送り力の最小値を示す 。これは送り力の調節器５ｏに付与される。それに応じて、回転圧の設定値６１ と回転圧の実際値６２が調節差指示器６ｏへ付与され送りモータを調節する。上 記送りはこれらの値の間の差６３に基すいて調節ブロック７０で調節される。調 節ブロック７゜は圧力の上下限動作値を設定し、回転圧を動作に適当な範囲内に 維持する。そのことによって動作上いわゆる送り制御の飽和が回避される。上記 規定範囲内では送りは取得された設定送り値ｆｓをコンパレータ５０へ付与する ことにより調節される。コンパレータ５０は値ｆ　ｍｉｎとｆｓから大きい方を 選択した後、それにより送りレベルｆｃを調節する。図２の場合、掘削力の値は 同時に送り値に対して前進的な影響を及ぼす。即ち、接続はフィードフォワード 形で、送り値は掘削力の値を同一方向に変化する。即ち、フィードフォワードは パワー調節ブロック２１からブロック２０を介してブロック４０へと行われ、更 に調節された送り値ｆｃに至るブロック５０へと行われる。それに応じて、回転 圧の測定とそれにより実行される制御とはフィードバックループを確立し、同フ ィードバックは回転圧の設定値６１と実際の測定値６２間の差により生成される 差信号６３から構成される。この信号は調節器７０を介してそれ自身とは逆方向 に送り値ｆｃを調節する。

図３１はビットと岩石間の接触の調節原理を概説する。

コンパレータ６０は回転圧の設定値６１と実際測定値６２間の差６３を付与し、 調節器７０を調節して送りを制御する。調節された送り値は電気油圧系統８０へ 付与され、そこから回転圧は測定装置８１により測定され、信号θ２として差表 示器６０へ付与される。電気油圧系統８０自体は作動手段９０を活用して岩石１ ００中に穿孔する。

本図において最小送り力の調節と共に衝撃力と掘削力の調節は動作原理の理解を 容易にするために省略しである。

図３に示す構成において、動作は回転圧に一定の設定値を与えることにもとずい ており、圧力は実際の回転圧を測定し圧力差により送りを調節することによりこ の値に維持するように試みられている。そのため、ドリルビット（図示せず）は 、実質上一定の力で穿孔される面に対して加圧され、掘削技術からはできるだけ 効率的に動作する。このようにすることにより、送り機構の摩擦とそれに影響を 及ぼし掘削結果を損う他の要因は補償することができる。もし送りか弱すぎれば 、ドリルは岩石との接触を緩和する傾向を有し、その結果、回転圧が降下し、圧 力差６３が増加する。従って、送りは圧力差が実質上０となるまで大きくなる。

それに応じて、もし送りの値が高すぎれば、回転圧が増大し、コンパレータ６０ により指示される圧力差は負となり、圧力が実質上その設定値となるまで送りを 遅らせる。

図４は、図３に示す調節器の動作範囲を略本する。同図において、水平軸Ｐｄは 設定掘削力を示し、掘削力に応じて上昇する最小送り力ａ２と傾斜に２もまたそ の中に提示される。これらにより形成された線ｆ　ｍｉｎの下部には送り制御の 禁止領域が交叉罫線領域Ｒにより指示される。即ち、送り力は常に線ｆ　ｍｉｎ 上部、もしくは少なくともそれに等しくなければならない。曲線ｆｃは、送り力 の調節を掘削力とその他の条件の関数として示す特殊調節曲線を示す。

以上、本発明を一例として図面によって説明したが、本例に限定する趣旨ではな い。

図３ ｐ 補正書の翻訳文提出書 図４ 請求の範囲 １．　掘削機の衝撃力（Ｐ　ｐ）と送り力（ｆｃ）が、ドリルの回転力が予め設 定された限界値以上のものとはならないように掘削工程を最適化するために調節 され、掘削が掘削段階を１度に一回順次実行することによって自動的に数段階に 分けて制御される岩石掘削制御方法において、衝撃力（Ｐｐ）と送り力（ｆｃ） に影響を及ぼす調節パラメータがそれぞれの掘削段階において設定されることに よって、衝撃力（Ｐ　ｐ）と送り力（ｆｃ）が問題の掘削段階について最適とな るようにした前記方法。

２、　掘削工程が制御上、少なくとも三つの継起的な掘削段階（２ａ〜２ｃ）に 分割され、第１の掘削段階（２ａ）が始動掘削（２ａ）で、第２の掘削段階（２ ｂ）が始動掘削（２ａ）から正規穿孔（２Ｃ）へ至る移行段階（２ｂ）で、第３ の段階（２Ｃ）が正規穿孔（２Ｃ）であって、それぞれの掘削段階（２ａ〜２ｃ ）で掘削に適当な値が設定され、掘削を実行する請求項１の方法。

３、　衝撃力（Ｐｐ）、送り力（ｆｃ）および掘削時間又は掘削深度が始動掘削 段階（２ａ）でパラメータとして使用され、衝撃力（Ｐ　ｐ）と送り力（ｆｃ） が掘削を始動する上で適当な値に設定され、穿孔が所定時間又は所定掘削深度に わたって穿孔することによって開始される請求項２の方法。

４、　掘削開始（２ａ）から正規掘削（２Ｃ）へ至る移行が、衝撃力と送り力を 正規掘削の設定値が達成されるまで実質上均一に上昇する形で増大させることに よって実行され、移行段階（２ｂ）中の調節パラメータが衝撃力（Ｐｐ）と送り 力（ｆｃ）間の比である請求項３の方法。

５、　送り力（ｆｃ）が掘削段階で調節されることにより回転力（Ｇ２）が所定 値（ＧＯ）に実質上等しい状態にとどまるようにした請求項４の方法。

国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／ＦＩ　９２１００００２ フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ 、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ ）、ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ５，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＮ、 ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＵＳ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．堀削機の衝撃力（Ｐｐ）と送り力（ｆｃ）がドリルの回転力が予め設定され た限界値以上のものとはならないように堀削工程を最適化するように調節される 岩石堀削工程を制御する方法において、 堀削が堀削段階を順次一回に一度実行することにより自動的に複数の段階におい て制御され、働撃力（Ｐｐ）と送り力（ｆｃ）に影響を及ぼす調節パラメータが それぞれの堀削段階で設定されることによって働撃力（Ｐｐ）と送り力（ｆｃ） が問題の堀削段階について最適となるようにされた前記方法。
2. ２．堀削工程が制御のために少なくとも３つの継起的な堀削段階（２ａ〜２ｃ） に分割され、第１の堀削段階（２ａ）が始動堀削であり、第２の段階（２ｂ）が 始動堀削（２ａ）から正規穿孔（２０）への移行段階であり、第３の段階（２ｃ ）が正規穿孔（２ｃ）段階であり、各堀削段階（２ａ〜２ｃ）において堀削に適 当な値が設定され、堀削を実行するようになった請求項１の方法。
3. ３．働撃力（Ｐｐ）、送り力（ｆｃ）および堀削時間又は堀削深度が始動堀削段 階（２ａ）におけるパラメータとして使用され、衝撃力（Ｐｐ）と送り力（ｆｃ ）が堀削を開始するために適当な値に設定され、穿孔が所定時間もしくは所定堀 削深度以上に穿孔することによって開始される請求項２の方法。
4. ４．始動堀削（２ａ）から正規堀削（２ｃ）へ至る移行が、正規堀削の設定値が 達せられるまで実質上均一に上昇する形で衝撃力と送り力を増大させることによ って実行され、移行段階（２ｂ）中の調節パラメータが働撃力（Ｐｐ）と送り力 （ｆｃ）間の比である請求項３の方法。
5. ５．送り力（ｆｃ）が堀削段階（２ｃ）で調節され、回転力（Ｇ２）が所定値（ Ｇ０）に実質上等しい状態にとどまるようになった請求項４の方法。