(57)【要約】      （修正有）【課題】新しい岩石破砕装置、および岩石破砕装置の工具の状態を監視する方法を提供する。【解決手段】岩石破砕装置８はフレーム８’、工具９、工具内に応力波を発生させるための装置５、工具内を伝播する前記応力波を計測するための計測手段、および計測した応力波に基づいて、工具の状態を監視する少なくとも１つの計算ユニットを含む。少なくとも１つの計算ユニットは、工具の状態を、少なくとも１つの反射応力波成分の伝播時間、および同一の反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性に基づいて決定するように設定される。【選択図】図１
2020076290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩石破砕装置（８）の工具（９）の状態を監視する方法であって、
前記工具（９）内を伝播する応力波を発生させること、
前記工具（９）内を伝播する前記応力波を計測すること、
を含む方法において、
前記応力波の少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）を、前記少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の伝播時間を測定することにより、前記工具（９）を形成する部品（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１、１７）に関して識別することであって、前記少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）が、前記工具（９）内の不連続性、前記工具（９）の端部、または前記工具（９）の断面積の変化点に応じて現れる、少なくとも１つの反射応力波成分を識別すること、
前記伝播時間に加えて、前記それぞれの少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の、少なくとも１つの付加的特性を測定することであって、前記少なくとも１つの付加的特性が、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）のエネルギー、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の減衰、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の振幅、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の形状、およびそれらの任意の相互関係の少なくとも１つである、少なくとも１つの付加的特性を測定すること、
前記工具（９）の前記状態を、前記少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記伝播時間、および前記同一の少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の、前記少なくとも１つの付加的特性に基づいて決定すること、
前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性における変化を、時間的に監視すること、および
前記岩石破砕装置（８）の動作を、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の、前記少なくとも１つの付加的特性に現れるいくつかの予期しない変化に応じて制御すること
を特徴とする、岩石破砕装置（８）の工具（９）の状態を監視する方法。
【請求項２】
前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性の値を、実質的に連続的に計算すること、
前記付加的特性の少なくとも１つの最新の値を、前記同一の付加的特性の少なくとも１つの以前の値と比較すること、および
前記比較に基づいて、前記工具（９）の前記状態を決定すること
を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性の値を、実質的に連続的に計算すること、
前記付加的特性の少なくとも１つの最新の値に基づいて決定した第１の値を、前記同一の付加的特性の少なくとも１つの以前の値に基づいて決定した第２の値と比較すること、および
前記比較に基づいて、前記工具の前記状態を決定すること
を特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性における、いくつかの予期しない変化に応じて、前記岩石破砕装置（８）の少なくとも１つの動作パラメータを制御することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性における、いくつかの予期しない変化に応じて、前記岩石破砕装置（８）を制御して前記動作を停止することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
フレーム（８’）、
工具（９）、
前記工具（９）内に応力波を発生させるための装置（５）、
前記工具（９）内を伝播する前記応力波を計測するための計測手段（１５）、
前記計測した応力波に基づいて、前記岩石破砕装置（８）の前記工具（９）の状態を監視する少なくとも１つの計算ユニット（１６）、
を含む、岩石破砕装置（８）において、
前記少なくとも１つの計算ユニット（１６）が、
前記応力波の少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）を、前記少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の伝播時間を測定することにより、前記工具（９）を形成する部品（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１、１７）に関して識別し、前記少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）が、前記工具（９）内の不連続性、前記工具（９）の端部、または前記工具（９）の断面積の変化点に応じて現れ、
前記伝播時間に加えて、前記それぞれの少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の少なくとも１つの付加的特性を測定し、前記少なくとも１つの付加的特性が、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）のエネルギー、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の減衰、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の振幅、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の形状、およびそれらの任意の相互関係の少なくとも１つであり、
前記工具（９）の状態を、前記少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記伝播時間、および前記同一の少なくとも１つの反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性に基づいて決定し、
前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性の変化を時間的に監視し、かつ
前記岩石破砕装置（８）の動作を、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性に現れるいくつかの予期しない変化に応じて制御する
ように設定されることを特徴とする、岩石破砕装置（８）。
【請求項７】
前記計算ユニット（１６）が、
前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性の値を実質的に連続的に計算し、
前記付加的特性の少なくとも１つの最新の値を、前記同一の付加的特性の少なくとも１つの以前の値と比較し、かつ
前記比較に基づいて、前記工具（９）の前記状態を決定する
ように設定されることを特徴とする、請求項６に記載の岩石破砕装置。
【請求項８】
前記計算ユニット（１６）が、
前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性の値を実質的に連続的に計算し、
前記付加的特性の少なくとも１つの最新の値に基づいて決定した第１の値を、前記同一の付加的特性の少なくとも１つの以前の値に基づいて決定した第２の値と比較し、かつ
前記比較に基づいて、前記工具（９）の前記状態を決定する
ように設定されることを特徴とする、請求項６または７に記載の岩石破砕装置。
【請求項９】
前記計算ユニット（１６）が、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性における、いくつかの予期しない変化に応じて、前記岩石破砕装置（８）の少なくとも１つの動作パラメータを制御するように設定されることを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載の岩石破砕装置。
【請求項１０】
前記計算ユニット（１６）が、前記反射応力波成分（ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４）の前記少なくとも１つの付加的特性における、いくつかの予期しない変化に応じて、前記岩石破砕装置（８）を制御して前記動作を停止するように設定されることを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載の岩石破砕装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩石破砕装置、および岩石破砕装置の工具の状態を監視する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩石の破砕は、打撃岩石穿孔機によって岩石の中に穴を穿孔することにより行うことができる。あるいは、岩石を破砕ハンマによって破砕してもよい。ここで、用語の「岩石」は、巨岩、岩材、地殻、および他の相対的に堅い物質をも包含すると広く理解されたい。岩石穿孔機および破砕ハンマは打撃装置を備え、この打撃装置は、直接、またはシャンクを介してのいずれかで工具に衝撃パルスを与え、それによって工具内を伝わる応力波を発生させる。工具またはシャンクに対する打撃装置の衝撃は、工具内に圧縮応力波を与え、波は工具の最も遠い端部へ伝播する。圧縮応力波が工具の最も遠い端部に到達すると、工具は波の作用によって岩石の中へ貫入する。打撃装置により発生させた圧縮応力波のエネルギーの一部が反射波として反射され、その反射波は工具内を反対方向に、すなわち打撃装置に向かって伝播する。状況によって、反射波は圧縮応力波または引張り応力波のみを含むことがある。しかし、反射波は典型的に、引張り応力波成分および圧縮応力波成分の両方を含む。工具内を伝わる応力波は計測することができ、計測結果は、たとえば米国特許第４，６７１，３６６号に記述されているように、岩石破砕装置の制御に利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４，６７１，３６６号
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、新しい岩石破砕装置、および岩石破砕装置の工具の状態を監視する方法を提供することである。
【０００５】
本発明は、独立請求項の主要点を特徴とする。
【０００６】
本発明は、工具内を伝播する応力波を計測することによって、岩石破砕装置の工具の状態を監視するとの概念に基づく。本発明では、工具内へ応力波を発生させ、応力波は工具内を伝播する。工具内を伝播する応力波を計測し、反射応力波成分の伝播時間を測定することによって、応力波の、工具を形成する部品に関する少なくとも１つの反射応力波成分が識別され、この少なくとも１つの反射応力波成分は、工具の不連続点、工具の端部、または工具の断面積の変化点に応じて現れる。この少なくとも１つの反射応力波成分それぞれについて、伝播時間に加えて少なくとも１つの付加的特性を測定し、この少なくとも１つの反射応力波成分の伝播時間、および同一のこの少なくとも１つの反射応力波成分の、少なくとも１つの付加的特性に基づいて、工具の状態が決まる。
【０００７】
本発明の利点は、岩石破砕装置の工具の状態を、工具を形成する部品に関して監視することが可能である点である。
【０００８】
本発明のいくつかの実施形態を従属請求項に開示する。
【０００９】
以下、添付図面を参照して、好ましい実施形態により、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】岩石穿孔リグおよびその中の岩石穿孔機を概略的に示す側面図である。
【図２】岩石穿孔において現れる応力波を概略的に示す図である。
【図３】図１に示した岩石穿孔機の工具を概略的に示す側面図である。
【図４】岩石穿孔機の動作中の反射応力波成分のエネルギー振幅を概略的に示すグラフである。
【図５】損傷していない工具を有する岩石穿孔機、およびやがて起こる損傷を工具に有する岩石穿孔機の両方の動作中の、図４の反射応力波成分の振幅を概略的に示すグラフである。
【図６】図５のグラフを別々に、概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図は、開示した解決法のいくつかの実施形態を、見やすいように単純化した形態で示している。図では、同じ参照数字は同様の要素を識別している。
【００１２】
岩石の破砕は、岩石穿孔機によって岩石の中に穴を穿孔することにより行うことができる。あるいは、岩石を破砕ハンマによって破砕してもよい。ここで、用語の「岩石」は巨岩、岩材、地殻、および他の相対的に堅い物質をも包含すると広く理解されたい。岩石穿孔機および破砕ハンマは衝撃機構を備え、この衝撃機構は、直接、またはドリルシャンクなどのアダプタを介してのいずれかで、工具に衝撃パルスを与える。衝撃パルスは応力波を発生させ、応力波は工具内を伝播する。応力波が、穿孔する岩石に向かい合う工具の端部に到達すると、工具は波の作用によって岩石の中へ貫入する。応力波のエネルギーの一部が反射波として反射され、この反射波は、工具内を反対方向に、すなわち衝撃機構に向かって伝播する。状況によって、反射応力波は、圧縮応力波または引張り応力波のみを含むことがある。しかし、反射応力波は典型的に、引張りおよび圧縮の両方の応力波成分を含む。
【００１３】
図１は、著しく単純化した岩石穿孔リグ１の側面図を概略的に示す。岩石穿孔リグ１は、可動式キャリア２およびブーム３を備え、ブーム３の端部には、フレーム８’、衝撃機構５、および回転機構６を有する岩石穿孔機８を備えた送りビーム４がある。さらに図１の岩石穿孔リグ１は工具９を備え、工具９の近位の端部９’が岩石穿孔機８に連結され、その遠位の端部９”が穿孔する岩石１２に向かって配置されている。工具９の近位の端部９’は、図１では破線によって概略的に示されている。
【００１４】
図１の岩石穿孔リグ１の工具９は、ドリル棒１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、ドリル軸１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、またはドリル管１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、工具９の近位の端部９’にあるドリルシャンク１７と、工具９の遠位の端部９”にあるドリルビット１１とを備える。ドリルビット１１は、ボタン１１ａを備えてよいが、他のドリルビット構造とすることも可能である。相互に接続されたドリル棒、ドリル軸、またはドリル管は、ドリル列（ｓｔｒｉｎｇ）を形成する。図１の実施形態、ならびに図３では、ドリル列、ドリルシャンク１７、およびドリルビット１１は、岩石穿孔機８の工具９を形成し、ドリル棒、ドリル軸、またはドリル管と、ドリルシャンク１７と、ドリルビット１１とは、工具９の部品を成している。長尺穴穿孔としても知られる、組み合わせ式ドリル棒を用いての穿孔では、穿孔する穴の深さによって、ドリルビット１１と岩石穿孔機８の間にいくつかのドリル棒が取り付けられる。話を簡単にするために、この説明では以後、工具９はドリル棒１０ａ〜１０ｄ、ドリルシャンク１７、およびドリルビット１１を備えると仮定するが、工具９の実際の施工によっては、工具９はドリル棒の代わりにドリル軸またはドリル管を備えて良い。
【００１５】
図１の実施形態では、送りビーム４にとりつけられた、工具９を支持するための案内サポート１３も開示している。さらに、図１の岩石穿孔リグ１は、送り機構７も備えており、送り機構７は送りビーム４に配置され、送りビーム４に対して岩石穿孔機８が移動可能に配置されている。穿孔中、送り機構７は、送りビーム４上で岩石穿孔機８を前方へ押し、したがってドリルビット１１を岩石１２に対して押すように配置されている。
【００１６】
図１では、岩石穿孔リグ１を、岩石穿孔機８の構造に対して、実際よりも相当に小さく示している。図１の岩石穿孔リグ１は、見やすいように、ただ１つのブーム３、送りビーム４、岩石穿孔機８、および送り機構７を有するが、岩石穿孔リグは、送りビーム４、岩石穿孔機８、および送り機構７を有した複数のブーム３を備えても良いことは明らかである。通常岩石穿孔機８は、ドリルビット１１がブロックされてしまうことを防止するための洗浄手段を含むことも明らかである。見やすいように、図１には洗浄手段は示していない。穿孔機８は油圧式で動作させることができるが、空圧式で、または電気的に動作させてもよい。
【００１７】
穿孔機は上に説明した以外の構造を有してもよい。たとえば、ダウンザホール穿孔では、衝撃機構は穿孔穴の底にある穿孔機の中に、ドリルビットに隣接して設置され、ドリルビットはドリル棒を介して穿孔穴の上に設置された回転機構に接続される。
【００１８】
衝撃機構５には、衝撃ピストンが備えられてよく、衝撃ピストンは、圧力媒体の作用下で往復運動をして、工具に対して直接、または、工具９と衝撃ピストンの間の、ドリルシャンクもしくは別の種類のアダプタなどの中間部品を介してのいずれかで、打撃を与える。当然、別の構造の衝撃機構も可能である。したがって、衝撃機構５の動作は、電磁気の使用、または機械的に往復運動する衝撃ピストンを何も用いない油圧の使用に基づいてもよく、ここで、衝撃機構の用語は、そのような特徴に基づく衝撃機構も指す。
【００１９】
衝撃機構５により発生した応力波は、ドリルシャンク１７、およびドリル棒１０ａから１０ｄに沿って、工具９の遠位の端部９”にあるドリルビット１１へ届く。応力波がドリルビット１１に当たると、ドリルビット１１およびそのボタン１１ａが穿孔する岩石をたたき、それによって岩石１２に強い応力を生じさせ、それによって岩石１２の中にクラックを形成させる。典型的に、岩石１２に加えられ、または、作用した応力波の一部が、工具９へ、そして工具９にそって衝撃機構５に向かって反射される。穿孔中、回転機構６は連続した回転力を工具９へ伝え、したがってドリルビット１１のボタン１１ａは、衝撃の後にその位置が変わり、次の衝撃では岩石１２の新しい箇所を打撃するようになる。
【００２０】
岩石破砕装置の別の例となる破砕ハンマでは、典型的には衝撃ピストンのなどの衝撃装置と、たがねなどの非回転工具のみがあり、衝撃装置により与えられた衝撃が工具に直接作用する。
【００２１】
図２は応力波を概略的に示しており、穿孔する岩石１２へと伝播する応力波を参照記号Ｓｉで示し、岩石１２から工具９へ反射された応力波を参照記号Ｓｒで示している。
【００２２】
図３は、図１に示した岩石穿孔機８の工具９の側面図を概略的に示す。工具９は、ドリルシャンク１７、ドリル棒１０ａ〜１０ｄ、およびドリルビット１１を備え、これらは接合点１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄにおいて互いに接続される。ドリルシャンク１７、ドリル棒１０ａ〜１０ｄ、およびドリルビット１１は、典型的には互いにねじ接手を用いて接続されるが、他の接合方法も使用できるであろう。
【００２３】
上述の通り、工具内へ発生させ、破砕する岩石へと伝わる応力波のエネルギーの一部は、反射応力波として反射される。反射応力波は、成分、すなわち反射応力波成分から成り、それぞれの反射応力波成分は、工具内の特有の点に現れ、または発生する。反射応力波成分が発生する工具内の典型的な点は、工具内の不連続点であり、図３の工具９内の接合点１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、およびボタン１１ａを備えたドリルビット１１の端部表面などの工具の端部、ならびに工具の断面積の変化を含む任意の点などである。工具内、特に工具の部品の接合点において、出現する可能性のあるいかなる破損も、それぞれの反射応力波成分を生じる。計測した反射応力波を、反射応力波成分に分離することによって、次に開示するように、岩石破砕装置の工具の状態を監視でき、その監視に基づいて、岩石破砕装置の動作を制御する、実施可能な制御行為を実行できる可能性がある。
【００２４】
工具９を形成する部品に関する応力波の反射応力波成分が、反射応力波成分の伝播時間を測定することによって識別され、それぞれの反射応力波成分が、上述のように、工具の非連続点、工具の端部、または工具の断面積の変化点に応じて現れる。測定した特定の反射応力波成分の伝播時間によって、その特定の反射応力波成分が、工具内の特定の点に結び付け、または関係づけられ、その特定の点に、工具のその点の特性に応じて、特定の反射応力波成分が現れる。
【００２５】
反射応力波成分の伝播時間に加えて、それぞれの反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性を測定する。この反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性は、反射応力波成分のエネルギー、反射応力波成分の減衰、反射応力波成分の振幅、反射応力波成分の形状、およびそれらの任意の相関の少なくとも１つであってよい。応力波成分の形状は、たとえば反射応力波成分の周波数要素を計測することによって決めることができる。その後、反射応力波成分の伝播時間、およびそれぞれの反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性に基づいて、反射応力波成分が現れる点における工具の状態、または反射応力波成分が現れる点に起こり得る工具の状態変化を、決定または検出することができる。
【００２６】
図４の例は、図３に示したような工具９、すなわちドリルシャンク１７、４つの連続するドリル棒１０ａ〜１０ｄ、および工具９の遠位の端部のドリルビット１１から成る工具において、工具９内に発生させた応力波に応じて現れた、４つの反射応力波成分ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４のエネルギーを示すグラフを概略的に開示している。図４のｙ軸は反射応力波成分ＲＣ１〜ＲＣ４のエネルギー振幅を、ｘ軸は時間を秒で示している。
【００２７】
図４の例において、図３の工具９に照らすと、第１の反射応力波成分ＲＣ１は、第１のドリル棒１０ａと第２のドリル棒１０ｂの間の接合点１４ａに応じて現れた、反射応力波成分を示している。第２の反射応力波成分ＲＣ２は、第２のドリル棒１０ｂと第３のドリル棒１０ｃの間の接合点１４ｂに応じて現れた、反射応力波成分を示している。第３の反射応力波成分ＲＣ３は、第３のドリル棒１０ｃと第４のドリル棒１０ｄの間の接合点１４ｃに応じて現れた、反射応力波成分を示している。第４の反射応力波成分ＲＣ４は、ドリルビット１１の岩石１２に対する接触に応じて現れた、反射応力波成分を示している。図４において、そして後の図５および６においても、ドリルシャンク１７に応じて、またはドリルシャンク１７と第１のドリルロッド１０ａの間の接合点１４に応じて現れる反射応力波成分は、いずれも無視している。
【００２８】
上に開示した反射応力波成分に加えて、たとえば工具断面積の変化を含む、考え得る工具の点から生じる反射応力波成分などの、他の計測可能な反射応力波成分も存在する可能性がある。これらについても、見やすいようにこの例においては無視している。なぜなら、典型的に、これらの反射応力波成分のエネルギーレベルは、上に具体的に言及した反射応力波成分と比較して大幅に小さいからである。さらに、第４のドリル棒１０ｄとドリルビット１１の間の接合点１４ｄも、それぞれ反射応力波成分を発生させる可能性がある。しかしこの例では、第４の接合点１４ｄに応じて現れる反射応力波成分は、第４の反射応力波成分ＲＣ４に含まれると推測され、このことは、岩石１２に面したドリルビット１１の端部と第４の接合点１４ｄの間の距離が非常に小さいために、応力波計測の点から見て、それぞれの伝播時間に基づいて、これら２つの反射応力波成分をも互いに見分けることができるような、非常に高いサンプリング周波数が計測に適用できない限りは、発生し得る。言い換えれば、そして図４の例を参照して、この場合、第４の反射応力波成分ＲＣ４のエネルギーは、ドリルビット１１の岩石１２に対する接触に応じて現れた反射応力波成分のエネルギーと、第４のドリル棒１０ｄとドリルビット１１間の第４の接合点１４ｄに応じて現れた反射応力波成分のエネルギーとの混合エネルギーを示している。
【００２９】
反射応力波成分は、工具９に接続して、または工具９の中間付近に配置された計測手段１５によって計測してよい。計測手段１５の動作は、たとえば工具９内を伝わる応力波に応じた、工具９の磁化の変化を計測することに基づいてよい。様々な異なる適切な計測手段が岩石破砕の当業者には知られており、これらの計測手段のより詳細な設定、または動作については、本明細書では考慮しない。
【００３０】
計測した反射応力波成分ＲＣ１〜ＲＣ４、すなわち計測した反射応力波成分ＲＣ１〜ＲＣ４を表す計測情報を含む計測信号は、計測手段１５から、岩石破砕装置の工具の状態を監視するために、計測した反射応力波成分を分析するように設定された、少なくとも１つの計算ユニット１６へ転送される。計算ユニット１６は、この目的のために、反射応力波成分の伝播時間を算出することによって、応力波の反射応力波成分を、工具を形成する部品に関して識別するように設定され、前述のように、それぞれの反射応力波成分は、工具内の不連続点、工具の端部、または工具の断面積の変化点に応じて現れる。さらに、計算ユニット１６は、伝播時間に加えて、それぞれの反射応力波成分の、少なくとも１つの付加的特性を算出し、そして少なくとも１つの反射応力波成分の伝播時間、および同一の少なくとも１つの反射応力波成分の、少なくとも１つの付加的特性に基づいて、工具の状態を決定するように設定される。少なくとも１つの計算ユニット１６が、岩石穿孔機８のような岩石穿孔装置の動作、および／または岩石穿孔リグ１の全体の動作を制御するように設定された、制御ユニットの一部を形成してよい。少なくとも１つの計算ユニット１６が、前記制御ユニットとは別のユニットであってもよい。
【００３１】
図４の概略の例において、約６０秒までの時間は岩石穿孔機８の通常動作に関係し、この場合の岩石穿孔機８の通常動作とは、岩石穿孔機８の工具９が損傷していない岩石穿孔機８の動作状態を指す。岩石穿孔機８のこの通常動作の間、典型的に第４の反射応力波成分ＲＣ４のエネルギー振幅は最高となる。なぜなら、第４の反射応力波成分ＲＣ４が、穿孔する岩石１２から工具９へ反射された応力波成分のエネルギーを含んでいるからである。
【００３２】
図５は、「棒列ＯＫ」と題して、損傷していない工具を有する岩石穿孔機８の通常動作状態の間の、すなわち図４における約６０秒までの時間に相当する動作状態に関係する、工具９への単一の衝撃に応じた反射応力波成分ＲＣ１〜ＲＣ４の振幅を表すグラフを概略的に示している。同じグラフは図６の上部にも示している。図５および図６では、反射応力波成分ＲＣ１〜ＲＣ４の、棒単位、すなわち１０ａ〜１０ｄのそれぞれの棒に対する計算領域を示している。図５、６のｙ軸は計測値の振幅を示し、ｘ軸はサンプルの番号を示している。図４と同様に、図５および図６は、第４の反射応力波成分ＲＣ４の振幅が、穿孔する岩石１２から工具９へ反射された応力波成分のエネルギーを含んでいるため、最高であることを示している。
【００３３】
図４に戻って参照すると、約６０秒の時刻に第３のドリル棒１０ｃと第４のドリル棒１０ｄの間の第３の接合点１４ｃにおいて、雄ねじの損傷が発生している。これは図４において目に見える影響を有し、すなわち前記ねじ損傷の前の時間と比べると、第４の反射応力波成分ＲＣ４のエネルギー振幅が減少し、第３の反射応力波成分ＲＣ３のエネルギー振幅が増加している。これは、前記ねじ損傷により、工具９内に発生させた応力波が、第３の接合点１４ｃを、ねじ損傷前と同程度に通過することが妨げられるために起こり、工具がむしろ３本のドリル棒のみを備えているように見える。
【００３４】
前記のねじ損傷の反射応力波成分ＲＣ１〜ＲＣ４への影響は、図５においても目に見え、図５は「やがて起こる棒の損傷」と題して、損傷した工具を有する岩石穿孔機８の動作状態に関係する、すなわち図４で約６０秒の時刻の後に示されているのと同じ動作状態に関係する、工具９への単一の衝撃に呼応した反射応力波成分ＲＣ１〜ＲＣ４の振幅を示すグラフを概略的に示している。同じグラフを図６の下部にも示している。図４と同様に、図５および６は、ねじ損傷によって、工具９内に発生させた応力波が、第３の接合点１４ｃを、ねじ損傷前と同程度に通過することが妨げられるため、前記ねじ損傷の前の時間と比べると、第４の反射応力波成分ＲＣ４の振幅が減少し、第３の反射応力波成分ＲＣ３の振幅が増加していることを示している。
【００３５】
図４から６の例によって例示したように、岩石破砕装置の連続した２つの工具部品の間にある雄ねじの損傷を、開示した解決法により、工具内に現れる反射応力波成分を監視することによって、検知することができる。同様の方法で、たとえば穿孔する穴の中に工具９の少なくとも一部分を失うことにつながる恐れのある、工具の全損傷のかなり前に、岩石穿孔機８内のドリル棒１０ａ〜１０ｄのいずれかの損傷、または破砕ハンマのたがねの損傷などの、工具の単一部品の損傷、あるいは連続する工具部品間の接手のゆるみなどの工具のその他の状態も、検知することができる。したがって、開示した解決法によって、工具を形成する部品に関して、いくつかの反射応力波成分、および起こり得る反射応力波成分の特性の変化を監視することにより、工具のいくつかの異なる状態を監視することが可能となる。
【００３６】
再び図４に戻って参照すると、反射応力波成分の計測は約１００秒の時刻で中断している。この時刻に、第３のドリル棒１０ｃと第４のドリル棒１０ｄの間の第３の接合点１４ｃにおいて、雄ねじの全損傷があった。このことは、本明細書で開示した解決法が、工具の全損傷のかなり前に、工具内の損傷を検知できることを示しており、それによって、工具の全損傷のかなり前に、岩石破砕装置の動作を停止するなど、岩石破砕装置の動作を制御することができる。
【００３７】
一実施形態によれば、計測した応力波の中の、少なくとも１つの新たな反射応力波成分、すなわち応力波計測開始時点では現れなかった伝播時間を有し、応力波計測開始時点で示された、少なくとも１つの反射応力波成分の、少なくとも１つの付加的特性に著しく関係する、少なくとも１つの付加的特性を有する、少なくとも１つの新たな反射応力波成分の出現に応じて、やがて起こる工具の損傷を検知できる。
【００３８】
一実施形態によれば、少なくとも１つの反射応力波成分の、少なくとも１つの付加的特性のレベルを、その少なくとも１つの付加的特性の、応力波計測開始時点のレベルと比較した場合の変化に応じて、やがて起こる工具の損傷を検知できる。したがって、少なくとも１つの付加的特性の、応力波計測開始時点のレベルが、やがて起こる可能性のある工具損傷を検知するための応力波の計測中に、その少なくとも１つの付加的特性のレベルを比較するための基準レベルとなる。図４はこの種の実施形態の例を提供している。
【００３９】
一実施形態によれば、少なくとも２つの反射応力波成分の、少なくとも１つの付加的特性の比率のレベルを、その少なくとも２つの反射応力波成分の、少なくとも１つの付加的特性の、応力波計測開始時点の比率のレベルと比較した場合の変化に応じて、やがて起こる工具の損傷を検知できる。したがって、少なくとも２つの反射応力波成分の、少なくとも１つの付加的特性の応力波計測開始時点の比率のレベルが、やがて起こる可能性のある工具損傷を検知するための応力波の計測中に、その少なくとも２つの反射応力波成分の、少なくとも１つの付加的特性の比率のレベルを比較する基準レベルとなる。
【００４０】
一実施形態によれば、計算ユニットは、反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性の変化を時間的に監視し、反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性に現れる、いくつかの予期しない変化に応じて、岩石破砕装置の動作を制御するように設定される。反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性に現れる変化を監視し、監視した特性に予期しないどんな変化、典型的には突然の変化であるが、長期にわたる変化でも、あった場合には、計算ユニットは、岩石破砕装置の動作に直接、または岩石破砕装置に割り当てられた前述の制御ユニットを介してのいずれかで、岩石破砕装置の動作を停止するなど、岩石破砕装置の動作の制御に影響を与えることができる。予期しない変化とは、岩石破砕装置の通常の動作中に、たとえば工具の通常の摩耗によって発生するとは予期されない変化を指す。たとえば反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性を表す値を、その付加的特性に対して設定された限界値と比較することによっても、図４に開示したような突然の変化、もしかすると長期の変化も検知できる可能性がある。限界値は、たとえば岩石破砕装置の通常動作状態の開始段階における、その付加的特性の値に基づいて決定してよい。
【００４１】
一実施形態によれば、計算ユニットは反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性の値を、実質的に連続的に計算し、その付加的特性の少なくとも１つの最新の値を、同一の付加的特性の少なくとも１つの以前の値と比較し、前記比較に基づいて工具の状態を決定するように設定される。この実施形態では、付加的特性の少なくとも１つの最新の計測値を、同一の付加的特性の少なくとも１つの以前の値と比較し、その少なくとも１つの最新の値とその少なくとも１つの以前の値との間に著しい相違、たとえば百分率で５、１０または２０パーセントを超える相違がある場合には、工具に損傷があると推定することができる。
【００４２】
一実施形態によれば、計算ユニットは、反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性の値を、実質的に連続的に計算し、付加的特性の少なくとも１つの最新の値に基づいて決定した第１の値を、同一の付加的特性の少なくとも１つの以前の値に基づいて決定した第２の値と比較し、前記比較に基づいて工具の状態を決定するように設定される。この実施形態は、前の段落の実施形態と実質的に類似だが、この実施形態では、付加的特性を表す値そのものではなく、付加的特性を表す値に基づいて決定された補助的な値を調べる。
【００４３】
一実施形態によれば、計算ユニットは、反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性における、いくつかの予期しない変化に応じて、岩石破砕装置の少なくとも１つの動作パラメータを制御するように設定される。このことは、たとえば、場合によっては、少なくとも１つの付加的特性の値の、１つのみの単独の著しい変化により、計算ユニットが岩石破砕装置の動作を制御することになるかもしれないが、場合によっては、少なくとも１つの付加的特性の値の、多少のまたはいくつかの小さな変化の後に、計算ユニットによる何らかの制御行為がなされるかもしれないということを意味する。
【００４４】
一実施形態によれば、計算ユニットは、反射応力波成分の少なくとも１つの付加的特性のいくつかの予期しない変化に応じて、岩石破砕装置を制御して、動作を停止するように設定される。
【００４５】
岩石穿孔機に加えて、本明細書に開示した工具の状態の監視は、破砕ハンマのなどの衝撃パルスを利用した他の岩石破砕装置、または岩材もしくは別の堅い材料を破砕することを意図した他の破砕装置に適用することができる。
【００４６】
技術の進歩につれて、この創意に富んだ概念が様々な方法で実施可能であることが、当業者には明らかとなろう。本発明およびその実施形態は、上述の例に限定されず、特許請求の範囲の中で変更可能である。
【図１】
2020076290.tif 000003
【図２】
2020076290.tif 000004
【図３】
2020076290.tif 000005
【図４】
2020076290.tif 000006
【図５】
2020076290.tif 000007
【図６】
2020076290.tif 000008
【外国語明細書】
2020076290000001.pdf
2020076290000002.pdf
2020076290000003.pdf
2020076290000004.pdf