KR20100079589A - 천공데이터분석방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 천공작업에서 수집되는 천공데이터(점보드릴머신의 피드압, 회전압, 타격압 및 천공속도)를 수집하고, 이를 저장 및 분석하여 PC 모니터 화면에 그래프로 표시하고, 필요한 경우 엑셀변환이 가능한 천공데이터분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 점보드릴머신에 장착된 타격압력센서(11), 회전압력센서(22), 피드압력센서(33) 및 천공속도센서(44)로 점보드릴머신의 드릴로드에 작용하는 타격압, 회전압, 피드압 및 점보드릴머신의 천공속도를 감지하는 천공데이터 감지단계; 상기 감지된 천공데이터를 시그널컨버터(55)를 통하여 데이터로거(100)에 전달하여 천공데이터를 수집하는 천공데이터 수집단계; 및 상기 데이터로거(100)를 통해 수집된 천공데이터를 어플리케이션 소프트웨어를 탑재한 PC(200)로 분석하는 천공데이터 분석단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
피드압력센서, 회전압력센서, 타격압력센서, 천공속도센서, 데이터로거, PC, PCMCIA 카드 메모리, 마우스

Description

천공데이터분석방법{Drilling Data Analysis Method}
본 발명은 천공작업에서 수집되는 천공데이터(점보드릴머신의 피드압, 회전압, 타격압 및 천공속도)를 수집하고, 이를 저장 및 분석하여 PC 모니터 화면에 그래프로 표시하고, 필요한 경우 엑셀변환이 가능한 천공데이터분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 점보드릴머신에 장착된 타격압력센서(11), 회전압력센서(22), 피드압력센서(33) 및 천공속도센서(44)로 점보드릴머신의 드릴로드에 작용하는 타격압, 회전압, 피드압 및 점보드릴머신의 천공속도를 감지하는 천공데이터 감지단계; 상기 감지된 천공데이터를 시그널컨버터(55)를 통하여 데이터로거(100)에 전달하여 천공데이터를 수집하는 천공데이터 수집단계; 및 상기 데이터로거(100)를 통해 수집된 천공데이터를 어플리케이션 소프트웨어를 탑재한 PC(200)로 분석하는 천공데이터 분석단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
천공시 점보드릴에 장착된 유압착암기의 거동을 관찰하고 지반 평가를 행하는 시험은 막장전방 탐사기법에서 천공탐사로 알려져 있으며 국외의 경우 비교적 많은 연구가 이루어지고 있지만 그 대부분은 직접적인 천공에 대한 지반의 반응을 측정하는 것이 아니라 천공에 요하는 유압착암기의 기계량을 측정하는 것이다.
따라서 수집된 데이터에 대하여 정확한 물리적 의미를 부여하기가 곤란하고, 측정할 유압착압기의 기계량 항목 및 필요한 검층정도조차 불명확한 문제점이 있다.
이에 유압착암기의 천공시 거동에 관한 데이터를 이용하여 이를 분석하는 새로운 시스템을 이용한 천공데이터분석방법의 도입이 요구되고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명은 천공시 유압착암기(점보드릴머신)의 드릴로드에 가해지는 피드압, 회전압, 타격압 및 천공속도를 실시간으로 측정하여 수집하고, 수집된 데이터를 분석하여 천공깊이에 따른 그래프로 표시하고 그래프의 특정 영역을 선택하여 확대하거나 엑셀변환이 가능할 뿐 아니라 수집된 데이터를 사용하여 천공 깊이에 따른 천공에너지 또는 토크저항을 산정하여 정량적인 막장 전방의 예측 및 평가가 가능하고 암석 특성들과의 관계 파악이 가능하게 함을 본 발명의 목적으로 한다. 이는 천공에너지 또는 토크저항이 지질성상의 지표로 활용되기에 가능한 것이다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 구성은 다음과 같다.
점보드릴머신에 장착된 타격압력센서(11), 회전압력센서(22), 피드압력센서(33) 및 천공속도센서(44)로 점보드릴머신의 드릴로드에 작용하는 타격압, 회전압, 피드압 및 점보드릴머신의 천공속도를 감지하는 천공데이터 감지단계; 상기 감지된 천공데이터를 시그널컨버터(55)를 통하여 데이터로거(100)에 전달하여 천공데이터를 수집하는 천공데이터 수집단계; 및 상기 데이터로거(100)를 통해 수집된 천공데이터를 어플리케이션 소프트웨어를 탑재한 PC(200)로 분석하는 천공데이터 분석단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따른 본 발명의 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 천공시 유압착암기(점보드릴머신)의 드릴로드에 가해지는 피드압, 회전압, 타격압 및 천공속도를 실시간으로 측정하여 수집할 수 있다.
둘째, 수집된 데이터를 분석하여 천공깊이에 따른 그래프로 표시하고 그래프의 특정 영역을 선택하여 확대하거나 엑셀변환이 가능하다.
셋째, 천공된 막장전방 지반의 특징들인 암질 변화, 파쇄대/연약대, 단층대 및 불연속면대 등(천공지층의 암질 및 토질)을 예측할 수 있는 데이터 수집이 가능하다.
넷째, 수집된 데이터를 사용하여 지질성상의 지표로 활용되는 천공에너지 및 토크저항의 천공 깊이에 대한 데이터 확보가 가능하여 정량적인 막장 전방의 예측 및 평가가 가능하고 암석 특성들과의 관계 파악이 가능하다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 터널 천공에 사용되는 점보드릴머신에 센서를 장착하여 감지된 데이터로 천공데이터를 분석하는 방법에 관한 것으로,
점보드릴머신에 장착된 타격압력센서(11), 회전압력센서(22), 피드압력센서(33) 및 천공속도센서(44)로 점보드릴머신의 드릴로드에 작용하는 타격압, 회전 압, 피드압 및 점보드릴머신의 천공속도를 감지하는 천공데이터 감지단계; 상기 감지된 천공데이터를 시그널컨버터(55)를 통하여 데이터로거(100)에 전달하여 천공데이터를 수집하는 천공데이터 수집단계; 및 상기 데이터로거(100)를 통해 수집된 천공데이터를 어플리케이션 소프트웨어를 탑재한 PC(200)로 분석하는 천공데이터 분석단계; 를 포함하여 구성된다.
본 발명은 점보드릴머신에 장착한 각종 센서 등으로 구성된 천공데이터분석시스템을 사용하게 되므로 먼저 이에 대해 설명한다.
천공데이터분석시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 점보드릴머신의 드릴로드에 작용하는 타격압을 감지하는 타격압력센서(11); 점보드릴머신의 드릴로드에 작용하는 회전압을 감지하는 회전압력센서(22); 점보드릴머신의 드릴로드에 작용하는 피드압을 감지하는 피드압력센서(33); 점보드릴머신의 천공속도를 감지하는 천공속도센서(44); 상기 타격압력센서(11), 상기 회전압력센서(22), 상기 피드압력센서(11) 및 상기 천공속도센서(44)에서 감지된 천공데이터를 시그널컨버터(55)를 통하여 전달받아 천공데이터를 수집하는 데이터로거(100); 및, 상기 데이터로거(100)를 통해 수집된 천공데이터를 어플리케이션 소프트웨어를 이용하여 분석하는 PC(200); 를 포함하여 구성된다.
타격압력센서(11), 회전압력센서(22), 피드압력센서(33) 및 천공속도센서(44)는 점보드릴머신에 장착되는데(도 3 참조), 타격압력센서(11)는 드릴로드에 가해지는 타격압을 감지하고, 회전압력(토큐)센서(22)는 드릴로드에 가해지는 회전압을 감지하고, 피드압력센서(33)는 드릴로드에 가해지는 피드압을 감지하고, 천공 속도센서(44)는 드릴로드의 시간당 진행거리(천공속도)를 감지하게 된다.
이와 같은 센서들이 감지한 천공데이터들은 시그널컨버터(55)를 통하여 데이터로거(100)에 수집되는데, 시그널컨버터(55)는 데이터로거(100)와 일체형으로 구비될 수도 있고 분리형으로 구비될 수도 있다.
데이터로거(100)는 타격압력센서(11), 회전압력센서(22), 피드압력센서(33) 및 천공속도센서(44)로부터 전달받은 천공데이터들을 종류별로 수집하는 역할을 한다.
또한 PCMCIA 카드 메모리(210)가 별도로 구비되어 데이터로거(100)에서 수집한 데이터를 저장하는 기능을 수행할 수 있다.
PC(200)에는 데이터로거(100)에 수집된 천공데이터를 분석하는 어플리케이션 소프트웨어가 탑재되어 있다.
PC(200)에 탑재된 어플리케이션 소프트웨어는 데이터의 수집 및 분석 작업의 시작, 일시정지, 계속, 및 작업종료의 선택이 가능하고, 수집되는 데이터의 천공깊이에 따른 변화를 실시간 그래프로 작성하여 PC(200)의 모니터 화면에 표시한다(도 4 참조).
또한 PC(200)의 모니터 화면의 특정 영역을 선택하는 마우스(220)가 더 구비되어 PC(200)의 모니터 화면에 표시된 그래프의 특정 영역을 설정하고, 상기 마우스(220)의 우측 버튼 클릭을 통한 컨텍스트 메뉴를 이용하여 설정된 특정 영역의 확대, 엑셀변환 또는 인쇄 작업이 가능하다. 이는 비단 점보드릴머신에서 직접 얻은 피드압, 회전압, 타격압 및 천공속도에 대한 그래프뿐 아니라 이하 설명할 천공 에너지 및 토크저항에 관한 그래프에 대해서도 적용된다.
아울러 PC(200)에 탑재된 어플리케이션 소프트웨어는 수집되는 데이터의 천공깊이에(시간 경과에) 따라 평균값을 산출하여 출력할 수 있다.
PC(200)에 탑재된 어플리케이션 소프트웨어를 이용하여 엑셀로 변환된 자료나 산출된 평균값은 PCMCIA 카드 메모리(210)에 저장할 수도 있다.
또한, PC(200)에 탑재된 어플리케이션 소프트웨서는 천공 깊이에 따라 수집되는 타격압, 회전압, 피드압 및 천공속도 자료를 바탕으로 천공 깊이에 따른 천공에너지 및 토크저항을 산정하는 것이 가능하다. 산정된 값은 실시간 그래프로 작성하여 상기 PC(200)의 모니터 화면에 표시하거나(도 5참조), 상기 PCMCIA 카드 메모리(210)에 저장하는 것이 가능하다. 천공에너지 및 토크저항은 지질성상의 지표로 활용되어 정량적인 막장 전방의 예측 및 평가를 가능하게 할 뿐 아니라 암석특성들과의 관계파악도 가능하게 한다. 이하, 수집된 데이터를 이용하여 천공에너지 및 토크저항을 산정하는 로직에 대해서 설명한다.
천공파라미터들은 타격압, 회전압, 피드압, 천공속도를 선정하였으며, 이는 천공데이터 수집 장치를 이용하여 계측된다. 또한 보다 정밀한 지반평가를 위해 균열의 발달 정도를 나타내는 회전저항과 암반의 연경 지표로 이용되는 천공에너지를 추가하였다. 회전저항과 천공에너지는 측정된 천공파라미터들(타격압, 회전압, 피드압, 천공속도)과 천공장비, 천공조건 등에 의해 계산된다. 회전저항은 비트와 암반의 마찰저항력을 의미하며, 회전압과 피드압의 비로서 식 (1)과 같다. 이때 회전저항은 무차원으로 표시된다.
Figure 112008090975406-PAT00001
(1)
여기서, Tr : 회전저항, TP: 회전압[bar], FP: 피드압[bar]
암반의 강도를 추정하는 파라미터로써 이용되는 천공에너지는 식 (2)과 같다. 천공에너지는 암석이 단단할수록 더 많은 천공에너지를 필요로 한다.
Figure 112008090975406-PAT00002
(2)
여기서, Ed: 천공에너지[J/m3], IAS: 천공속도[m/min], AR: 천공단면적[m2], EP: 피스톤 타격에너지[J], NS: 피스톤 타격회수
식 (2)의 분자는 천공에 투입된 에너지를 나타내고, 분모는 이에 의해 굴착된 암괴의 체적을 나타낸다. 그러므로 천공에너지는 단위체적의 암괴를 천공하기 위해 소비되는 에너지를 나타낸다. 이때 피스톤 타격에너지 는 식 (3)에 의해 구할 수 있다. 피스톤 스트로크는 피스톤 1회 왕복운동시 피스톤의 왕복 거리를 의미한다.
Figure 112008090975406-PAT00003
(3)
여기서, aP: 피스톤 단면적[m2], PP: 타격압[bar], LP: 피스톤 스트로크[m]
피스톤 타격회수 NS는 유압식 착암기들마다 설정된 타격수의 값을 가지고 있 기 때문에 식 (4)에 의해 구할 수 있다.
Figure 112008090975406-PAT00004
(4)
여기서, NS: 피스톤 타격회수, N: 타격수[Hz], l: 천공단위 깊이[m], IAS: 천공속도[m/min]
기존의 천공에너지 식은 타격력에 관한 내용만 고려하였지만, 새롭게 만든 천공에너지 식은 기존 천공에너지 식에 회전에너지를 추가하여 만들었다. 즉 상기 식 (2)에 회전에너지를 추가하여 더욱 정확한 식 (5)를 완성했다.
Figure 112008090975406-PAT00005
(5)
여기서, Ed: 천공에너지[J/m3], IAS: 천공속도[m/min], AR: 천공단면적[m2], EP: 피스톤 타격에너지[J], NS: 피스톤 타격회수, TP: 회전압, Nr: 회전속도
본 발명의 어플리케이션 소프트웨어는 천공에너지의 산정식으로 상기의 식 (2)와 식 (5) 중 식 (5)를 사용한다.
천공데이터분석시스템은 상기 설명한 바와 같이 구성되고, 이하 천공데이터분석시스템을 이용하여 천공데이터를 분석하는 방법에 관한 본 발명을 단계별로 설명한다.
천공데이터 감지단계는 상기 설명한 천공데이터분석시스템을 이용하여 점보 드릴머신의 드릴로드에 작용하는 타격압, 회전압, 피드압 및 점보드릴머신의 천공속도를 감지하는 단계이며, 그 방법은 상기 설명한 바와 같다.
천공데이터 수집단계는 상기 천공데이터 감지단계에서 감지된 천공데이터를 시그널컨버터(55)를 통하여 데이터로거(100)에 전달하여 천공데이터를 수집하는 단계이며, 상기 데이터로거(100)에서 수집된 천공데이터는 PCMCIA 카드 메모리(210)에 저장하는 것도 가능하다.
천공데이터 분석단계는 상기 천공데이터 수집단계에서 데이터로거(100)를 통해 수집된 천공데이터를 어플리케이션 소프트웨어를 탑재한 PC(200)로 분석하는 단계이다. 상기 PC(200)에 탑재된 어플리케이션 소프트웨어는 데이터의 수집 및 분석 작업의 시작, 일시정지, 계속, 및 작업종료의 선택이 가능하고, 수집되는 데이터의 천공깊이에 따른 변화를 실시간 그래프로 작성하여 상기 PC(200)의 모니터 화면에 표시하는 것도 가능하며, 마우스(220)를 사용하여 PC(200)의 모니터 화면에 표시된 그래프의 특정 영역을 설정하고, 마우스(220)의 우측 버튼 클릭을 통한 컨텍스트 메뉴를 이용하여 설정된 특정 영역의 확대, 엑셀변환 또는 인쇄 작업이 가능하다. 또한, PC(200)에 탑재된 어플리케이션 소프트웨어는 수집되는 데이터의 천공깊이에 따른 평균값을 산출하여 출력하거나 상기 PCMCIA 카드 메모리(210)에 저장하는 것이 가능하며, 수집되는 데이터를 이용하여 천공 깊이에 따른 천공에너지 또는 토크저항을 산정하여 실시간 그래프로 작성하여 상기 PC(200)의 모니터 화면에 표시하거나 상기 PCMCIA 카드 메모리(210)에 저장하는 것도 가능하다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 첨부된 도면과 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
도 1은 본 발명이 실시되는 순서를 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 실시에 사용되는 천공데이터분석시스템의 전체 구성도.
도 3은 본 발명의 실시에 사용되는 천공데이터분석시스템이 점보드릴머신에 장착된 모습.
도 4는 점보드릴머신에 장착된 센서에 의해 수집된 천공 깊이별 타격압, 회전압, 피드압 및 천공속도를 그래프로 도시한 것.
도 5는 점보드릴머신에 장착된 센서에 의해 수집된 데이터를 사용하여 천공 깊이별 천공에너지 및 토크저항을 산정하여 그래프로 도시한 것.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11: 타격압력센서
22: 회전압력센서
33: 피드압력센서
44: 천공속도센서
55: 시그널컨버터
100: 데이터로거
200: PC
210: PCMCIA 카드 메모리
220: 마우스

Claims (6)

  1. 터널 천공에 사용되는 점보드릴머신에 센서를 장착하여 감지된 데이터로 천공데이터를 분석하는 방법에 관한 것으로,
    점보드릴머신에 장착된 타격압력센서(11), 회전압력센서(22), 피드압력센서(33) 및 천공속도센서(44)로 점보드릴머신의 드릴로드에 작용하는 타격압, 회전압, 피드압 및 점보드릴머신의 천공속도를 감지하는 천공데이터 감지단계;
    상기 감지된 천공데이터를 시그널컨버터(55)를 통하여 데이터로거(100)에 전달하여 천공데이터를 수집하는 천공데이터 수집단계; 및
    상기 데이터로거(100)를 통해 수집된 천공데이터를 어플리케이션 소프트웨어를 탑재한 PC(200)로 분석하는 천공데이터 분석단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천공데이터분석방법.
  2. 제1항에서,
    상기 데이터로거(100)에서 수집된 천공데이터는 PCMCIA 카드 메모리(210)에 저장되는 것을 특징으로 하는 천공데이터분석방법.
  3. 제2항에서,
    상기 PC(200)에 탑재된 어플리케이션 소프트웨어는,
    데이터의 수집 및 분석 작업의 시작, 일시정지, 계속, 및 작업종료의 선택이 가능한 것을 특징으로 하는 천공데이터분석방법.
  4. 제3항에서,
    상기 PC(200)에 탑재된 어플리케이션 소프트웨어는,
    수집되는 데이터의 천공깊이에 따른 변화를 실시간 그래프로 작성하여 상기 PC(200)의 모니터 화면에 표시하고,
    상기 PC(200)의 모니터 화면의 특정 영역을 선택하는 마우스(220)가 더 구비되어 상기 PC(200)의 모니터 화면에 표시된 그래프의 특정 영역을 설정하고, 상기 마우스(220)의 우측 버튼 클릭을 통한 컨텍스트 메뉴를 이용하여 설정된 특정 영역의 확대, 엑셀변환 또는 인쇄 작업이 가능한 것을 특징으로 하는 천공데이터분석방법.
  5. 제4항에서,
    상기 PC(200)에 탑재된 어플리케이션 소프트웨어는 수집되는 데이터의 천공깊이에 따른 평균값을 산출하여 출력하거나 상기 PCMCIA 카드 메모리(210)에 저장하는 것을 특징으로 하는 천공데이터분석방법.
  6. 제4항에서,
    상기 PC(200)에 탑재된 어플리케이션 소프트웨어는 수집되는 데이터를 이용하여 천공 깊이에 따른 천공에너지 또는 토크저항을 산정하여 실시간 그래프로 작성하여 상기 PC(200)의 모니터 화면에 표시하거나 상기 PCMCIA 카드 메모리(210)에 저장하는 것을 특징으로 하는 천공데이터분석방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180126309A (ko) * 2017-05-17 2018-11-27 주식회사수산중공업 시추굴착기의 에너지 절감방법

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