JPS59150896A - さく岩装置および衝撃さく岩を最良に行なう方法 - 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】 この発明は、ハンマピストンがドリルストリングに、２
接続されたアンビル゛要素に繰返し衝撃力を加えるよう
に駆動される衝撃型さく岩槻、およびハンマピストンの
衝撃速度と衝撃１ｉ５１数とを制御する装置を有するさ
く岩装置に関するものである。この発明は参者崎−４−
間トト春ｉ半衝撃さく岩を最良に行なう方法にも関する
ものである。

このようなさく岩槻はヨーロッパ特許公開公報第ｊｊ０
０夕号に記載さｎている。オペレータは衝撃速度を自由
に選択できるとしても、熟練したオペレータでも正しい
衝撃速度を選択することは多くの理由によシ困難である
か、または不可能である。その理由の１つは、よシ大き
なエネルギ出力はたとえさく岩作業が一層有効に行なえ
なくなるとしても、ｔｌとんどいつでもより大きな貫木
速度となるからである。さく岩作業が有効に行なわれて
いないと、ドリル軸およびドリルビットの寿命は岩の破
壊のために用いられずに岩に反射する衝撃波のエネルギ
によって減少する。さく岩作業を効率的に行なうために
は、ハンマピストンの衝撃速度は岩の性質によシ変化さ
せる必要があシ、またＦ％　リルビットの鋭利度によっ
ても変化させる必要がある。ドリルビットが鋭利である
場合には楕撃速度を減少させる必要があり、それで岩の
性質が変化しない場合には衝撃速度はしだいに増大させ
ることが必要である。

この発明の目的は、最大さく岩効率でまたは少なくとも
そｎに近い効率でさく岩作業を行なうことを可能にする
ことである。

次にこの発明を添付図面について説明する。

第１図には流体衝撃型さく岩槻１０が示されておシ、こ
のさく岩槻１０は供給部材を上に取付けられ、両方向変
位型の流体供給モータ〔概略的に符号７で示さｎている
）によって供給部材乙にそって摺動できるようにされ、
前記モータ７は図示されていないチェーンまたは同様な
供給装置に接続されている。さく岩槻１０はドリルスト
リングすガわちドリル軸りを回転させる流体式回転モー
タざと、ハンマピストン／Ｊ（第一図に示されている）
とを有し、このハンマピストン／３はドリル軸りに連結
されたアンビル要素／４Ｌ（第２図）に衝撃力を加える
ようにされている。

さく岩槻１０を第２図について一層詳細に説明する。さ
く岩槻ｉｏはシリンダ１２を形成するハウジング／ｌを
有し、前記シリンダ／２内ではハンマピストン／３が往
復動してアンビル要素ｌｌに衝撃力を加えるようにされ
、前記アンビル要素／グはドリル軸りを連結するように
したアダプタの形式のものである。アンビル要素／グに
設けられた肩部／！はスリーブ／乙の支持部となシ、こ
のスリーブ／ｌは反射した圧縮衝撃波を減衰させる減衰
ピストン１７に衝合するようにされている。

この減衰ピストン１７はシリンダ室ｌｒ内の流体圧力に
よって、図示されたその最前方位置に向って前方に押圧
されるが、前記シリンダ室／ｒは通路ｌワによって常に
加圧されている。回転モータｌｒ（第１図にのみ示され
ている）は歯車ｔｌを備え実軸ぶ／を介してアダプタ１
４ｔを回転させ、前記歯車Ｊ、２け回転できるようにジ
ャーナル支持されたチャックｔグとかみ合っている。こ
のチャックｔμはアダプタ／グの大径部ｔ３と係合する
テャツクプッシュ６ｊを有している。アダプタｌμはチ
ャックｚグに対°して制限されて摺動できるが、第５図
に示さ牡ているようにアダプタフグとチャックｘｐとの
相互保合面が円形でないため、アダプタ／≠はチャック
１４ｔと共に回転させらｎる。

減衰ピストン／７はドリル軸りから反射した衝撃波がそ
のピストン／７に達すると一時的に変形し、次の衝撃の
前にアダプタｌ弘を再び図示位置に向って前方に押圧す
る。減衰ビｉトン１７がない場合には、大きな応力がノ
・ウジング／ｌに作用することになる。

ハンマピストン１３は１つのランド２０．２／を有し、
このためノ・ンマピストン／３とシリンダ７．２との間
には前方シリンダ室ココ、後方シリンダ室２３および中
間シリンダ室２μが形成されている。ハンマピストン１
３はその環状面コ！に作用する圧力によシ前方に駆動さ
れると共に、環状面２乙に作用する圧力によって後方に
駆動される。

弁２７は高圧流体源に接続さｎる入口λｇと、タンクに
接続される出ロコタとに連通している。アキュムレータ
３ｏ、３ｉは人口コ♂と出ロコタとにそｎぞｎ接続さｎ
ている。中間シリンダ室２弘は通路２Ｐａによって出ロ
コタに常時接続さｎている。弁２７は供給通路３．２に
よって後方シリンダ室２３に接続され、ま木供給通路３
３によって前方シリンダ室２．２に接続されている。こ
の弁２７はスプール弁Ｊ＜ｔを有し、こｎはその図示位
置では後方シリンダ室コ３を高圧流体源にうまた前方シ
リンダ室λコをタンクに連通させている。スプール弁３
グは円筒端部３１．３６を有し、と扛らの端面は制御通
路３７，４１２内の圧力を受ける制御ピストン面を形成
し、そして前記制御通路３７゜４ｔコの各々は７０個の
分岐通路に分岐さｎるため、そｎらはシリンダ７．２に
開口する７０個のポートをそｎぞれ有している。第２図
には、制御通路！７，４ｔ２のそれぞれグつの分岐路Ｊ
　ｒ−、、＝ｇ　／および≠３〜≠乙だけが示さｎてい
る。しかしながら第Ｚ図には、制御通路り一の７０個の
通路全てが図示さｎている。２つの円筒状凹部ゲタ−，
３０を備えた円筒状ビン＜ｔｒは孔グア内にしつかシと
嵌合して摺動することができる。凹部ゲタ、！−０はそ
れぞｎ制御通路３７．４ｔｊの一部を形成している。ビ
ンａｔと一体に制御ピストン！夕が設けらｎｌ　このピ
ストンオ！に対し円筒室！を内の圧力がばねｊ７０力と
釣合うように作用している。

制御通路ｊ♂はシリンダ室！ｔに通じている。第ψ図か
られかるように、シリンダ室１２に開口する制御通路３
７のｉｏ個の分岐路のポートは、制御通路４ｔ、２の１
０個の分岐通路のポートと同様に、互いに軸方向に重合
しているが別々に設けられている。

シリンダ１０を備えたハウジング／Ｉ、ハンマピストン
／Ｊ、弁２７、ピン弘ｒ１アキュムレータ３０　、’　
ｊ　／および種々の通路はさく岩槻の＠撃モータを形成
する。

第２図の衝撃モータの作動を次に説明する。ハンマピス
トン／３は第一図ではその作動行程において前方（第１
図の左側）に移動して示さｎ、そしてスプール弁３４ｔ
はその図示位置にある。制御通路ｖ、２の分岐路４ｔ！
が後方シリンダ室コ３に開口すると、制御通路４ｔ、２
によって圧力が制御ピストン面３ｔに伝えらｎｌそれで
スプール弁３グは第２図の右側へ移動する。スプール弁
３４ｔは／ＮＮママピストン３がアン♂ル要素／グに衝
撃力を加えるその瞬間に、その運動を完了するのが好ま
しい。従って、衝撃力のモーメントにより前方シリンダ
室ＪＪに存在する圧力に′よってハンマピストン／３ば
、制御通路３７の分岐路グθが前方シリンダ室、２コに
開口するまで後方に移動する。このため、制御通路３７
によシ圧力が制御ピストン面３夕に伝えられ、このピス
トン面３！はスプール弁３μをその図示位置に向って後
方に動かし、この結果後方シリンダ室、２３は再び加圧
されることになる。後方シリンダ室コ３内の圧力はハン
マピストン／３の動きを遅らし、そしてその圧力によシ
ハンマピストン１３は再び前方に加速されて別の作動行
程を行なう。

スツール弁３４！は環状面、ｔ、？　、Ｊ−３および内
側通路！／、！ＩＩを有し、これらは制御ビス−トン面
ｊ　Ｊ−、ｊ　ｉＧがスプール弁３グを積極的に保持し
ていない時、スプール弁３≠を適尚な位置に保持するよ
うにされ、ている。環状面ｔ、２　、ｊ３は制御ピスト
ン面３！ｒ、３ｔよりも小さい。

ピンμｔがその図示位置にある場合、制御通路３７の分
岐路≠Ｏのポートおよび制御通路≠２の分岐路グ！のポ
ートはスツール弁３４！の変移位置を決めるホードとな
る。外側のポートは使用さｎていない。ピンμｇの他の
位置では３つの対になったポートのうちのそれぞ扛一対
のポート３♂、グ３：３ターｊ＃；Ｆ／、≠６　が協働
して弁を制御するように選択される。

ハンマピストン１３の戻り行程時に前方シリンダ室２２
に開口゛する分岐路３ｔ〜弘ｌのうちその最初の分岐路
はスツール弁３４Ａを変移位置へ移動させ始める。この
ためピンａｔの軸方向位置によってハンマピストン１３
の行程長さが決定される。

シリンダ７．２に開口する分岐路ｑ３〜ダ乙のポート間
の軸方向距離はシリンダ１２に開口する分岐路３１１’
、’／−１のポート間の対応する距離よりも小石い。便
宜上、分岐路とシリンダ１．２に開口するそれらのポー
トとは同じ符号で引用されている。

シリンダ／、２におけるポート≠３〜≠６の軸方向位置
は、各行程長さにおいてポート弘３〜４Ａ乙のうちの選
択されｆｃｌつのポートがハンマピストンの衝撃位置よ
り前である距離にわたって開放するように設定され、ま
たそのような距離は、ハンマピストン１３がアンビル要
素／ｐに衝撃力を加える際に、スツール弁１３がちょう
ど前方圧力Ｎを加圧する位置に動かされるように決めら
れている。

ポート４！３〜４！６−の距離は、これらのポートのう
ち選択されたｌりのポートとは無関係に一撃力が生ずる
前の同じ時期に、その選択されたポートが開放するよう
に設定されている。

第２図に示されたさく岩槻ｉｏを作動するシステムを次
に第１図について説明する。

第一図に示されたぢく岩槻１０の衝撃モータの供給管線
コタは調曳可能な流体ポンプ７０ＶＣ′ｗＦ、続され、
この管線−タには圧力計７１および流量計７２が設けら
れている。衝撃モータからの戻り管線、２ｇは第１図に
は示されておらず、また他の戻り管線も図面を明瞭にす
るため図示されていない。

流体モータｊは圧力計７ｊおよび流量計７ｔを有する管
線７ダを介して、調整可能な流体ボン７°７３に接続さ
れている。供給モータ７は圧力計７２および流量計ざｏ
ＩＨ有する管線゛りｇを介して調榮可能な流体ボンシフ
７に接続されている。

ピン≠ｌｒ′（ｅ−制御する、すなわち）・ンマピスト
ン１３の行程長さを制御する制御管線！ざは、図示され
てハない管線を経て流体油が供給される電気−流体変換
器ざｌに接続されている。供給管線コタ。

７弘、７ｇに設けられた制御弁および方向制御弁は図示
されていない。

必要な入力／出力インター７エイスｉｖするマイクロコ
ンピュータは符号ｔ３で示されている。

符号ｒｊ〜り０はマイクロコンピュータの電気出力線路
全示し、また符号りｌ〜り≠はマイクロコンピュータの
電気出力線路を示している。電気配線は総体的に点線で
示されている。

ドリル軸りの買入速度は供給モータ７に対する油の流れ
として流量計１０によって感知され、マイクロコンピュ
ータざ３は制御ピンｔｌｒの位置全変換器♂ｌにより制
御することでノ・ンマピストンの行程長さを調節するよ
うにプログラムされている。

ボン７°７０の出力すなわち衝撃モータの入力の情報は
、管線コタ内の圧力および流体油の流れとして圧力計７
１および流量計７２によって感知され、コンピュータｌ
ｒ３はボンシフ０の変移を管線タコにより直接制御する
か、またはボンｆ７０が圧力補償型である場合には圧力
を形成することによってそれを制御する。衝撃モータの
流体効率因子は制御ピングざの位置並びに衝撃モータに
対する入力管線２９内の圧力および流れと共に変化する
。この流体効率因子はこの実施例の衝撃モータについて
測定され、その変量はコンピュータのプログラムに組込
まれている。従って、圧力、流れおよび流体効率因子の
積はハンマピストン１３によジトリル軸りに加えられる
衝撃力をボしている。

コンピュータは制イ叩ビン４ｔ♂の予定位置および衝撃
モータに対する供給管線５ｇ内の所定圧力によりさく岩
を始めるようにプログラムされている。

そしてコンピュータは貫入速度を読取り、それからピン
グざの位置を所定方向にわずかに修正し、コレ［より制
御コ瓜路３７．弘λの別の対になった分岐通路３ｇ、弘
３；３り、４ｔ≠；≠ｌ、弘ｔが有効に用いられる。コ
ンピュータは、ハンマピストン１３の衝撃エネルギ出力
が一定に維持されるようにポンプ７０ｆ制御する。これ
は、行程長さが減少するにつれてポンプ圧力および衝撃
速度が増加するか、またはその逆を意味する。コンピュ
ータは再び簀入速就を読取る。貫入速度が増した場合、
コンピュータはそれが増えるまで修正を繰返す。貫入速
度が低下する場合には、ピング♂の位置を他の方向に所
定量修正し、貫入速度が増加するまで修正を繰返す。従
って、貫入速度が、再び低下すると、コンピュータは最
初の方向における修正金再び行なう。たとえば貫入速度
は数秒のうちに制御することができ、また全行程はｉｏ
秒以下で行なうことができる。

前述しｆＣ順序ｐは買入速度は最大にされている。

最大貫入速度は選択された一定の衝撃力に対する最大さ
く老幼率を表わしている。

一定の衝撃力に対する最大さく老幼率を求める代りに、
いくぶん変化する衝撃力に対する最大さく岩効率金求め
ることができる。たとえば、一定出力のポンプの最大出
力を利用するか、またはそのポンプを駆動する電気モー
タの最大出力を用いることが望ましい。それでポンプは
一定出力発生型ではない可変変移型ポンプであり得る、
これらの場合、貫入速度と衝撃力との商が最大にされる
べきである。さく老幼率は芽孔多が一定である場合には
前記商として求められる。従って衝撃力が一定に維持さ
れない場合には、最大貫入速度は最大さく岩率を表わし
ていない。

衝撃力か一定に維持される場合、すなわちポンプ出力が
衝撃モータの流体効率因子の変化を補償するように変化
する吻合、最大さく岩率を求める方法は手動操作で行な
うことができるが、この理由はポンプ出力がコンピュー
タを用いずに制御することができる、すなわちその変移
はポンプモータが一定速度で回転しているならはポンプ
０圧力に応じたカム曲線によって様様的に変化させるこ
とができるからである。こうし′ｆｃ＋動操作副操作制
御システム第２図における制御管線１ｇ内の圧力は圧力
調藍器により手ｗＪ操作で制御することができ、このた
めピング♂の位置はオペレータの制御盤から遠隔制御す
ることが可能となる。貫入速度表系装置は第１図の流量
計ざＯに対応する流量計に接続して用いることができる
。最大貫入速［’に求める行程は数秒では行なうことが
できないが、それはたとえはトンネル面に１孔される最
初のブラストホールをさく岩している間に行なうことか
できる。こうしＣいくっかのプラストホールは、最大貫
入速度を表わすのに求めた過当な位置に制御ピング♂を
固定して１孔することができ、その後で最大貫入速度ヲ
求める別の行程が再び行なわれる。

ドリルビットは衝撃作用と衝撃作用との間で所足角度ヲ
割出す必要があり、この角度はある型のドリルビットに
特有のものがある。従って、回転は衝撃速度と共に直線
的に変化するように簡単に予め次めることかできる。コ
ンピュータは様々なトリルビットに対してプログラムさ
れることができ、この結果オペレータはドリルビットの
型すら決める必要はない。

供給力は変化させる必要はないが、変化させることはで
きる。必要な供給力は衝撃エネルギ出力が一定に保たれ
る場合には、ハンマピストン／３の衝撃速度の変化とは
逆に変化する。このような供給力を制御するプログラミ
ングもまた極めて簡単である。

前述した流体効率因子は特定のさく岩槻について測定す
ることができるが、一連のさく塙機のいくつかのさく岩
槻でも測定することが可能である。

効率因子は種々のさく岩伝でいくぶん異なっているが、
因子の変化は同様である。従って、効率因子の平均値は
全てのさく岩槻に対して使用でき、しかも術、撃エネル
ギ出力はさく岩槻間でいくぶん変化するとしても谷さく
岩槻に関し実質的に一定である。

ハンマピストン１３の衝撃速腋および衝撃回数を前記流
体作動型制御ビン４ｔざによって制御することは当然な
がら不必要である。ビンの遠隔制御はたとえば完全に電
気的に行なうことができる。

ビンが制御通路≠λを制御する必滅はない。代りには制
御悪路ダコはシリンダ／、２に開口する単に１つだけの
ポートを有することができる。特許請求の範囲第１項に
短観された発明は、第２図に示された衝撃モータ几とえ
はドイツ連邦共和国特許公告公報第“コｉ、！ｒ４ｔｉ
ｔ号に記載された流体衝撃子−夕たけでなく、像とんど
いかなる独類の流体衝撃モータにも適用することができ
る。

第１図に示された供給部材６は、可ｍ？孔すにのブーム
たとえばトンネル掘削中にプラストホール’ｔ？孔する
″５Ｊ動芽孔リグに取付られることかできる。また、コ
ンピュータＩｒ３、ボンｆ７θ、７３゜７７、流量計７
．２．７Ａ、ざＱおよび圧力グーレフ１歩７りは穿孔リ
グのシャシに取付けることができる。圧力計７７はシャ
シに取付赫ることかできるが、好ましくは通路夕ｌ内の
圧力低下の下流でさく岩槻に近接して設けられる。ヨー
ロッパ特許公開公報第４ｔざ３を号には、トンネル掘削
中にプラストホールに？孔°する穿孔リグの代表的なブ
ームが示され、胱明芒れている。供給部材ｔはそのよう
なブームに取付可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は衝撃型さく岩槻を駆動および制御するシステム
の線図であり、第２図は第１図のシステムと共に用いら
れ得るさく岩槻の概略部分縦断面図であり、第３図は第
２．ダ図の３−３線にそう松断面図であり、第参図は第
一図のグー≠細にそう横断面図であり、第３図は第２図
の３−！線にそう横断面図である。 りニトリルストリング、１０：さく岩槻、１３：ハンマ
ピストン、ｌ≠：アンビル要素、Ｊ’　ｏ：１ｋｆｔ、
ｌｒ　３　二マイクロコンピュータ。 手続補正書（自発） 昭和５９年３月２７日 特許庁長官殿 ■、小事件表示 昭和５８年　特許願　第２’４４９８２号２、発明の名
称 さく岩装置および衝撃６く岩を最良に行なう方法３、補
正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　　　スウェーデン国、ストックホルム、ナツカ（
番地その他表示なし） 名　称　　　アトラス中コプコ・アクチボラグ４、代理
人 〒１０５住所　東京都港区西新橋１丁目１番１５号物産
ビル別館　電話（５９１）　０２６１６、補正の内容 図曲第２図及び第５図を別紙の通り補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／　ハンマピストン（／Ｊ）カ）’　Ｉ）ルストリング
   （り）に接続されたアンビル要素（ハ・に繰返し衝撃力
   を加えるように駆動される衝撃型さく岩槻（１０）　、
   およびハンマピストン（／３）の衝撃速度と衝撃回数と
   を制御する装置（ｇ３）を有するさく岩装置において、
   ドリルストリング（Ｐ）の貫入速度を読取る装置（ざＯ
   ）が設けら扛、ハンマピストン（／３）の＠撃速度と衝
   撃回数とを制御する前記装置（♂３）が衝撃速度と衝撃
   回数とを繰返し変化させ、衝撃力を実質的に一定に保ち
   ながら最大貫入速度を求めるようにさｎたことを特徴と
   するさく岩装置。 ２　さく岩槻（／（７）が供給部材（６）に取付けらｎ
   てその供給部材（、＜）上を摺動でき、また流体供給モ
   ータ（７）がさく岩槻（１０）を供給部材（１）にそっ
   て移動させるように接続さｎｌ　ドリルストリング（り
   ）の貫入速度を読取る前記装置が供、給モータの駆動装
   置に設けられた流量計（♂Ｏ）を有する特許請求の範囲
   第１項に記載のさく岩装置。 ３　衝撃速度と衝撃回数とを制御する前記装置がマイク
   ロコンピュータ（♂３）を有する特許請求の範囲第１項
   または第２項に記載のさく岩槻。 グ　ハンマピストン（／Ｊ）がドリルストリング（り）
   Ｋ接続さｎたアンビル要素（／り）に繰返し衝撃力を加
   えるように駆動される衝撃型さく岩槻（１０）、および
   ハンマピストン（１３）の衝撃速度と衝撃回数とを制御
   する装置（♂３）を有するさく岩装置において、ドリル
   ストリング（り）の貫入速度を読取る装置（ｔｒｏ）が
   設けらｎ１ノ・ンマピストン（／３）の衝撃速度と衝撃
   回数とを制御する前記装置（ｒ３）が衝撃速度と衝撃回
   数とを・繰返し変化させ、貫入速度と衝撃力との商の最
   大値を求めるようにさｎたことを特徴とするさく岩装置
   。 よ　ドリルストリング（５’）に衝撃力を加爽る衝撃型
   さく岩ｉｆｆ　（１０＞のハンマピストン（／３）の衝
   撃速度および衝撃回数を変化させることによ、って衝撃
   さく岩を最良に行なう方法において、ノ飄ンマピストン
   の衝撃速度および衝撃回数を変化させ、衝撃力を実質的
   に一定に維持しながら最大貫入速度を求めるようにし泥
   衝撃さく岩を最良に行なう方法。 ｔ　衝撃回数が変化する場合、ドリルストリング（り）
   の回転速度をそれが衝撃作用と衝撃作用との間で実質的
   に一定な角度で割出されるように変化させる特許請求の
   範囲第３項に記載の方法。 Ｚ　ドリルストリング（り）に衝撃力を加える衝撃型さ
   く岩槻（１０）のハンマピストン（／３）の衝撃速度お
   よび衝撃回数を変化させることによって衝撃さく岩を最
   良に行なう方法において、ハンマピストンの衝撃速度お
   よび衝撃回数を変化させ、貫入速度と衝撃力との商の最
   大値を求めるようにしたことを特徴とする衝撃さく岩を
   最良に行なう方法。