(57)【要約】  本発明は、削岩装置における掘削サイクルを制御する方法およびコンピュータプログラムと、削岩装置とに関するものである。本発明によれば、削岩装置の各掘削装置(7)を掘削期間中において監視し、削岩装置の制御装置(10)の掘削順序を掘削期間中に所定の間隔で更新する。掘削の合計時間およびさまざまな作業に掛かる時間を記憶することができる。さらに、一実施例によれば、掘削期間中に掘削条件に変化が生じる場合、その掘削順序を更新中に変更する。
2005511930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削岩装置の掘削順序を制御する方法であって、該削岩装置は、ベース(1)と、該ベースへ配設した少なくとも１つの掘削装置(7)とを含み、該掘削装置は、掘削用ブーム(4)と、該掘削用ブーム(4)に連結した送りビーム(5)と、該送りビーム(5)に対して移動可能なさく岩機(6)とを含み、さらに前記削岩装置は制御装置(10)を含み、該方法は、
−計画された掘削穴(13、14、15、20、21)の数、場所、寸法に基づいて、掘削を行う前に掘削計画を立て、該掘削計画を、掘削制御に関連する掘削パラメータとともに前記制御装置(10)の記憶装置へ記憶すること；
−該制御装置(10)において掘削計画および掘削パラメータに基づいて掘削順序を作成し、そこでは、穴(13、14、15、20、21)の掘削順番が決められ、穴ごとに前記掘削装置(7)が選択され；
−前記掘削順序に従って、岩盤の前記掘削計画で決められた掘削穴(13、14、15、20、21)を掘削することを含む方法において、
−掘削期間中に前記各掘削装置(7)の作業を監視し、
−該掘削期間中の監視に基づいて前記制御装置(10)において前記掘削順序を更新することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記掘削順序を前記掘削期間中に所定の間隔で更新することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記掘削順序に従ったさまざまな作業を行うために用いる時間を前記掘削順序(7)毎に測定し、掘削の貫入率を測定し、前記制御装置(10)における前記掘削順序をこれらの測定結果に基づいて更新することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記掘削順序の推定合計所要時間を前記測定結果に基づいて算出することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の方法において、前記掘削計画に従った未掘削穴の使用可能掘削装置(7)間での配分を、前記監視に基づいて最適に算出し、使用可能な前記各掘削装置(7)において残存する作業の合計所要時間がほぼ等しくなるようにすることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、手動式削岩装置の制御装置(10)の表示装置(22)を用いて、操作者に対して前記各掘削装置(7)ごとの残存未掘削穴数を表示することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の方法において、手動式削岩装置の制御装置(10)の表示装置(22)を用いて操作者に対して。残存未掘削穴の最適な掘削順番、および各穴の掘削に用いる前記掘削装置(7)を表示することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法において、前記削岩装置の１掘削サイクルを、前記制御装置(10)において作成した掘削順序を用いて自動制御することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれかに記載の方法において、更新した掘削順序を制御装置(19)に記憶し、新規の掘削順序を作成する場合に該記憶した掘削順序を考慮することを特徴とする方法。
【請求項１０】
ベース(1)と、該ベースへ配設した少なくとも１つの掘削装置(7)とを含む削岩装置であって、該掘削装置は、掘削用ブーム(4)と、該掘削用ブーム(4)に連結した送りビーム(5)と、該送りビーム(5)に対して移動可能なさく岩機(6)とを含み、さらに該削岩装置は制御装置(10)を含み、該制御装置は、岩盤の掘削計画に従って穴(13、14、15、20、21)を掘削するために、掘削計画と掘削パラメータとに基づいて掘削順序を作成する削岩装置において、前記制御装置(10)は、掘削期間中に前記各掘削装置(7)の作業を監視し、該監視に基づいて該制御装置(10)において前記掘削順序を更新することを特徴とする削岩装置。
【請求項１１】
請求項10に記載の削岩装置において、前記制御装置(10)は、前記掘削順序に基づいたさまざまな作業に用いる時間と、掘削の貫入率とを測定することを特徴とする削岩装置。
【請求項１２】
請求項10に記載の削岩装置において、前記制御装置(10)は、前記掘削計画に従った残存未掘削穴を使用可能な掘削装置間で分配し、前記使用可能な掘削装置(7)に残っている作業の合計所要時間がほぼ等しくなるようにすることを特徴とする削岩装置。
【請求項１３】
プログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、該プログラムコードは、削岩装置の制御装置(10)のプロセッサにおいて実行され、該制御装置(10)へ供給される掘削計画および掘削パラメータに基づいて該制御装置(10)に掘削順序を作成させ、該掘削順序において、掘削すべき穴(13、14、15、20、21)の掘削順番および掘削に用いるべき掘削装置が決められるコンピュータプログラムにおいて、該コンピュータプログラムは、前記制御装置(10)に掘削中の前記削岩装置の掘削装置(7)の作業を監視させ、該コンピュータプログラムが前記制御装置(10)に掘削中の前記監視に基づいて前記掘削順序を更新させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１４】
請求項13に記載のコンピュータプログラムにおいて、該コンピュータプログラムは、前記制御装置(10)に掘削中に所定の間隔で前記掘削順序を更新させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項13または14に記載のコンピュータプログラムにおいて、該コンピュータプログラムは、前記制御装置(10)に、前記各掘削装置(7)の前記掘削順序に従った様々な作業に用いられる時間を測定させ、かつ掘削の貫入率を測定させ、さらにそれらの測定結果に基づいて前記掘削順序を更新させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１６】
請求項13から15までのいずれかに記載のコンピュータプログラムにおいて、該コンピュータプログラムは、前記制御装置(10)に前記測定結果に基づいて前記掘削順序の推定合計所要時間を算出させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１７】
請求項16に記載のコンピュータプログラムにおいて、該コンピュータプログラムは、前記制御装置(10)に前記監視に基づいて前記掘削計画に従った未掘削穴の使用可能な前記掘削装置(7)への分配を計算させ、使用可能な前記各掘削装置(7)において残存する作業の合計所要時間をほぼ等しくなるようにすることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１８】
請求項17に記載のコンピュータプログラムにおいて、該コンピュータプログラムは、前記制御装置(10)に前記削岩装置の掘削サイクルを、前記掘削順序を用いて自動制御させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、削岩装置の掘削順序を制御する方法に関するものであり、この削岩装置は、ベースと、ベースへ配設した少なくとも１つの掘削装置とを含み、この掘削装置は、掘削用ブームと、この掘削用ブームに連結した送りビームと、この送りビームに対して移動可能なさく岩機とを含み、さらに削岩装置は制御装置を含み、この方法は、：計画された掘削穴の数、場所、寸法に基づいて、掘削を行う前に掘削計画を立て、この掘削計画を掘削制御に関連する掘削パラメータとともに制御装置の記憶装置へ記憶すること；制御装置において掘削計画および掘削パラメータに基づいて掘削順序を作成し、そこでは、穴の掘削順番が決められ、穴ごとに掘削装置が選択されること；掘削順序に従って岩盤の掘削計画で決められた掘削穴を掘削することを含む。
【０００２】
さらに、本発明は削岩装置に関するものであり、この削岩装置は、ベースと、ベースへ配設した少なくとも１つの掘削装置とを含み、この掘削装置は、掘削用ブームと、この掘削用ブームに連結した送りビームと、この送りビームに対して移動可能なさく岩機とを含み、さらに削岩装置は制御装置を含み、制御装置は、岩盤の掘削計画に従って穴を掘削するために、掘削計画と掘削パラメータとに基づいて掘削順序を作成する。
【０００３】
また、本発明はコンピュータプログラムに関するものであり、このコンピュータプログラムはプログラムコードを有し、プログラムコードは、削岩装置の制御装置のプロセッサにおいて実行され、制御装置へ供給される掘削計画および掘削パラメータに基づいて制御装置に掘削順序を作成させ、掘削順序において、掘削すべき穴の掘削順番および掘削に用いるべき掘削装置が決められる。
【発明の背景】
【０００４】
トンネルの掘削中には岩盤に必要な数の穴が掘削され、その後これらの穴には爆薬が挿入され、岩盤の計画部分を岩盤から爆破する。トンネルは「円形体」で進む。発破中に岩盤を円形の全部分について適切に砕くようにするため、さらにトンネルを計画通りの輪郭と方向にするため、爆発用の穴を注意深く掘削する必要がある。事前に円形体用の掘削計画が立てられ、そこではトンネル内の岩盤の寸法および種類が考慮される。掘削計画によってトンネルの背壁の爆発用の穴の数、直径、長さおよび位置が決まる。削岩装置が穴の掘削に用いられ、削岩装置は１つの可動ベースおよび複数の掘削用ブームを含み、掘削用ブームは典型的には１つないし６つであり、それらはベースへ配設される。それぞれの掘削用ブームはさく岩機を有している。削岩装置の操作者は削岩作業を手動で制御することができるか、あるいはその代わりとして、削岩装置には、掘削用ブームの移動および掘削作業を自動的に処理する制御装置が設けられている。手動式掘削において、掘削が一巡する間に関連する処置、すなわち掘削順序を効率的に制御する必要がある場合は、削岩装置の操作者の能力と経験が重要な役割を果すことになる。操作者が、効率と質に関する要素を考慮して可能な範囲で最も効果的に削岩装置を制御できるようになるまでには、豊富な経験が一般的に必要とされる。しかし、一巡の掘削の合計所要時間には経験者間で大きな差が生じることがある。自動制御式削岩装置の掘削順序の実行においても欠陥が見つかっている。現行の制御装置は掘削を可能な範囲で最も効果的に制御することができず、典型的には、掘削装置のうちのあるものは与えられた仕事を既に終っているが、他の装置は未だ掘削中であるということである。このような状況において、それぞれの仕事を終了している掘削装置は、他の装置がその掘削穴を完成させるまで待つことになる。一巡の掘削を行なう時、掘削装置のうちのあるものが長期間未使用状態になっていた場合、できる限り効率的に掘削が行われているわけではないことは明らかである。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、掘削を制御する新規な改善された装置を提供し、掘削工具を可能な範囲で最も効果的に使用するようにし、掘削時間をできる限り短縮するようにすることを目的とする。
【０００６】
本発明の方法は、掘削期間中にそれぞれの掘削装置の作業を監視して、掘削期間中の監視に基づいて制御装置において掘削順序を更新することを特徴とする。
【０００７】
本発明の削岩装置は、制御装置が掘削期間中にそれぞれの掘削装置の作業を監視して、掘削期間中の監視に基づいて制御装置において掘削順序を更新することを特徴とする。
【０００８】
本発明のコンピュータプログラムは、コンピュータプログラムが、制御装置に掘削中の削岩装置の掘削装置の作業を監視させ、コンピュータプログラムが、制御装置に掘削中の監視に基づいて掘削順序を更新させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の本質的な考えは、掘削中に削岩装置のそれぞれの掘削装置の作業を監視することである。監視中に得た情報に基づいて、削岩装置の制御装置において掘削計画および掘削パラメータに基づいて作成した掘削順序が更新される。本発明によれば、制御システムが、掘削中に生じる掘削状態、制御パラメータ、もしくは掘削工具の変化を考慮することができ、さらに、必要な場合、変化した状況に対応して掘削順序を更新することもできるという利点がある。
【００１０】
本発明の一実施例の本質的な考えは、掘削順序を所定の間隔で更新することである。更新時間は、例えばある処置後に、もしくは特定の時間後に生じるように選択することができる。
【００１１】
本発明の一実施例の本質的な考えは、削岩装置のそれぞれの掘削装置がさまざまな作業を行なうのに掛かる時間を測定することである。したがって、例えば掘削装置を移動させ、ドリルロッドもしくはドリルビットを付け替え、拡孔を行なうのに掛かる合計時間と、掘削計画に従った穴の掘削に要する合計時間と、それぞれの個々の作業の所要時間とを制御装置は絶えず記録する。さらに、制御装置がそれぞれの掘削装置の貫入率を測定し、それに基づいて穴の掘削に掛かる時間を推定する。さまざまな作業に費やされた時間および貫入率に基づいて、制御装置が掘削順序を更新する。さらにまた、貫入率によって、掘削する岩盤に関する貴重な情報を得ることができる。制御装置は、したがって、掘削目標のさまざまな場所で、掘削すべき岩盤の特性を観察し、それに応じて掘削順序を更新することができる。本システムはまた、例えば掘削パラメータと、ドリルビットの状態と、さまざまな掘削装置のそれぞれの貫入率の差とによって生じる差異を観察する。
【００１２】
本発明の一実施例の本質的な考えは、掘削順序の推定完了時間を制御装置において所定の間隔で算出するばかりでなく、合計掘削時間を経たときに算出することである。計算は順序が更新されるたびに、より正確になる。この計算が実測結果に基づいているので、完了時間を掘削が完了する充分前に正確に予測することができ、そのため仕事のそれ以降の段階を以前よりもうまく制御および準備することができる。したがって、掘削工程全体がどの点においても円滑になる。さらに、円形体の掘削順序、およびそれによって決まるさまざまな測定に関連した情報、たとえばさまざまな作業に掛かる時間および貫入率を、掘削工程の更なる開発に利用することができる。
【００１３】
本発明の一実施例の本質的な考えは、例えばトンネルを掘削するときに、１回の掘削作業に用いる合計時間を、掘削順序に従った掘削作業を削岩装置に用いられる掘削装置間でできる限り均等に配分することによって最少にすることである。制御装置が仕事を配分して、更新作業毎に各掘削装置に残存している作業時間を少なくともほぼ均等になるようにする。さらに、制御装置は、例えばブームの移送時間および待ち時間を最少限にすることによって掘削以外のことに掛かる時間を最少限にする。最適な状況においては、すべての掘削装置はそれぞれの仕事を同時に終えるので、不必要な停止や待機は生じない。本発明の利点は、全ての掘削装置が可能な範囲で最も効果的に用いられるため、掘削に掛かる時間が短縮されることである。このことは、仕事をより迅速に行なうことができ、費用効果が改善することを意味している。さらに、削岩における変化が仕事の全サイクルに及ぼす影響を最少限にできる。
【００１４】
本発明の利点は、掘削装置の起こりうる破損およびその他の停止も考慮されていることである。掘削順序が更新された場合、損傷した掘削装置の仕事は使用可能な掘削装置間でできる限り均等に再配分される。さらに、掘削装置を掘削サイクル中に再使用できる場合、この掘削装置には、掘削順序の次の更新中に行なうべき作業が割り当てられる。
【００１５】
またさらに、本発明の利点は、制御装置により作られ更新された制御順序を新規の操作者を訓練する場合の補助手段として用いることができるということである。手動式の装置の制御は現在ではかなり改善されているので、操作者は多くの経験を必要としない。さまざまな操作者間の掘削効率の差も減少する。
【００１６】
次に、添付図面により本発明をさらに詳細に説明する。本発明は図中において簡略化されている。明確化のため、同様の部分には同一の参照番号を用いる。
【発明の詳細な説明】
【００１７】
図１は削岩装置を示し、この削岩装置は、ベース１と、動力装置２と、制御室３と、この場合、ベースに対して移動可能な少なくとも３つの掘削用ブーム４とを含む。各掘削用ブーム４の自由端部は送りビーム５を有し、これに対してさく岩機６が移動可能に配設される。この掘削用ブームと、送りビームと、送り装置と、さく岩機とから成る物は本願においては掘削装置７と称する。明確化のために図１は、ドリルロッド８およびドリルビット９の交換に関連する機器などの、掘削に必要な付属機器は示していない。削岩装置はさらに制御装置10を含み、制御装置10はベース１へ配設され、望ましくは削岩装置の制御に関する作業面に配置される。位置の情報は、例えば制御装置10へ、掘削装置に配設したセンサ11を用いて送られる。さらに、制御命令が制御装置から制御線12に沿って送られて掘削装置を制御する。削岩装置を自動式にすることができる。その場合、制御装置が掘削装置7a〜7cを制御する。選択的に、掘削装置は、制御装置から得られた情報によって、削岩装置の制御手段を用いて手動制御される。制御装置10は、これに入力されたデータを処理することができる装置である。典型的には、制御装置はコンピュータであり、そのプロセッサにおいて実行されるコンピュータプログラムが掘削順序を作成し、また掘削順序を更新する。プログラムコードを制御装置の内部記憶装置からロードすることができ、またはそれをCD-ROMディスクなどの独立した外部記憶装置から転送することができる。プログラムコードを、データ通信網を介して、例えば削岩装置をインターネットに接続して転送することもできる。さらに、ハードウエア実行、もしくはハードウエアおよびソフトウエア方式の組合わせを用いることもできる。
【００１８】
図２は掘削計画を示し、この掘削計画では、円形体に従った削孔の位置をトンネルの背壁に示す。掘削計画は三次元モデルになっていることが多く、掘削開始前に事前に立案される。このような掘削計画を作成する場合、トンネルの寸法と岩盤の岩石の種類および質と、発破の技術的事項を少なくとも考慮に入れる必要がある。例えばトンネルの輪郭を形作る輪郭穴13の数と、さらには拡大孔14および生産孔15の数および位置とが掘削計画において決められる。これに加えて、それぞれの孔の寸法、すなわち直径および長さが掘削計画において決められるばかりでなく、トンネルの中線に対する孔の方向も決められる。例えば、輪郭孔13は一般にトンネルの中線から斜めに離れて（いわゆるルックアウトアングル）向けられる。その場合、側面から見たその円形体は円錐体にやや似る。
【００１９】
図３は、図２による掘削計画に従って作成した掘削順序を示す。この掘削順序は、３つの掘削装置を有する削岩装置用に作成されたものである。図３において、連続線は第１の掘削装置7aの経路を示し、破線は第２の掘削装置7bの経路を示し、細い実線は第３の掘削装置7cの経路を示す。さらに、参照番号16aは第１の掘削装置7aの開始穴を示し、参照番号17aは最終穴を示す。他の２つの掘削装置の開始穴16bおよび16cと、最終穴17aおよび17bを同様に示す。最初の掘削順序において52個の掘削穴が第１の掘削装置7a用および第３の掘削装置7c用に定められている。直径の大きい、したがって掘削時間の長いリーミングビット14は第２の掘削装置7b用に定められているので、第２の掘削装置7bの穴数は他の２つの掘削装置のものよりも少なくなっている。円形体の掘削が開始されると、制御装置において図３による掘削順序の実行が始まる。本発明の概念によれば、掘削順序は、たとえば岩盤の種類が第３の掘削装置7cの割当部分が他の２つの掘削装置の割当部分よりも意外に固い場合、変更される。図３の太線18は岩盤の種類の境界線を示す。ドリルの貫入率は、固い岩盤に関しては低くなるので、掘削順序を更新の間に修正して、第３の掘削装置7c用に定められている未掘削穴を状況に応じて第２または第３の掘削装置のいずれかに対して配分するようにしている。
【００２０】
図４は、円形体19に関する穴を示す側面図である。輪郭穴13および生産穴15に加えて通常、１つ以上の試掘穴20を時々掘削する。それに基づいてトンネルの進む方向の岩盤の質が判定される。試掘穴により例えば岩盤の種類と、円形体を掘削する前に岩盤をコンクリートでシールするために注入穴を掘削しなければならないかどうかについての情報を得ることができる。このような試掘穴は明らかに輪郭穴および生産穴よりも遠くに延びるので、試掘穴の掘削には当然、より長い時間が必要となり、掘削順序を作成する場合に、削岩装置の制御システムはこのことを考慮する。さらに、試掘穴により得られた岩盤の種類に関する情報は、掘削順序が更新される場合にも考慮される。さらにまた、掘削する岩盤が破砕性岩盤である場合、トンネルをルーフボルトもしくは同様のもので補強する必要がある。したがって、横断方向の穴21がトンネルの天井および両壁に掘削される。このようなボルト用の穴の掘削も掘削順序に考慮される。
【００２１】
図４において、点線は円形体19、すなわち、発破が行なわれた場合に岩盤から崩れる部分を示す。図示のように、岩石材は穴13、15の底部に沿って崩れるのではないので、掘削穴の深さを円形体の設計長さよりも幾分長くなるように寸法決めする必要がある。次の円形体を掘削し始める場合、新規の掘削穴を、安全上および掘削技術上の理由で、その前の円形体の掘削穴と比べて幾分異なるように位置決めする必要がある。操作者が、例えば岩盤の低剥離特性、もしくは岩盤の構造の損壊のため、一回の掘削サイクル中にもっと多くの穴を掘削することを決めた場合、制御システムは、次の更新制御順序において行なわれる変更を観察する。
【００２２】
図５は、制御装置へ接続した表示装置22を示し、表示装置22の表示器23は削岩装置の操作者に対して掘削した穴および未掘削の掘削用の穴を表示する。表示装置22はさらに、データを送るキーボード24と、カーソルを表示器上で動かすコントローラ25と、データを削岩装置と制御室などの外部装置27間で転送するデータ転送装置26とを有する。データ転送を有線式、もしくは無線式にすることができる。さらに、データ転送装置26をフロッピーディスクなどの別の記憶装置へ記憶したデータを読み取る読取装置にすることができる。このように、掘削計画および掘削パラメータを制御装置へ送ることができ、さらに、更新された掘削順序や貫入率などの掘削装置を監視している時に収集されたデータは、どこかほかの所で利用される制御装置から転送することもできる。
【００２３】
図５が示すように、表示器23は操作者に対して制御装置において計算した最適掘削順序を示すことができる。実際に、このことは、それぞれの掘削装置によって掘削されるべき次の穴を表示器23が示すということを意味している。表示器上に提供される情報は、掘削順序が更新されると同時に更新される。操作者が何らかの理由で掘削装置７を、制御システムにより提示されている順序から逸脱するように指示した場合、制御システムは、操作者により行なわれた処置をその次の更新掘削順序において考慮する。
【００２４】
図６において、手動式削岩装置の制御装置10の表示装置22は操作者に対して掘削装置7a〜7cの個々の未掘削穴の数を示す。したがって、操作者は、得た情報に基づいて各掘削装置の掘削順序を決めることができる。
【００２５】
図およびこれに関連する明細書は、単に本発明の概念を示すことを意図している。本発明の詳細は、特許請求の範囲内で変化することができる。したがって、本発明を、トンネル掘削を一例として用いて説明したが、本発明を他の掘削状況にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明による削岩装置の側面図を概略的に示す。
【図２】図２は、トンネルの掘削計画を概略的に示す。
【図３】図３は、図２の掘削計画を実施するために制御装置により作成された掘削順序を概略的に示す。
【図４】図４は、トンネルおよび円形体に行なわれるさまざまな掘削の側面図を概略的に示す。
【図５】図５は、制御装置に含まれる表示装置を概略的に示す。
【図６】図６は、第２の表示装置を概略的に示す。
【図１】
2005511930.tif 000003
【図２】
2005511930.tif 000004
【図３】
2005511930.tif 000005
【図４】
2005511930.tif 000006
【図５】
2005511930.tif 000007
【図６】
2005511930.tif 000008
【国際調査報告】
2005511930.tif 000009
2005511930.tif 000010