(57)【要約】【課題】鉱石層の坑空間を移動しながら自己と鉱石層との間に働く圧力値を検知する複数の自走枠を用いた採掘の状況監視を迅速かつ正確に行う。【解決手段】複数の自走枠の各々から圧力値を時系列に取得し、圧力値の揺らぎ情報を抽出するとともに、抽出した揺らぎ情報の特徴解析をＤＦＡの傾き解析により行う。揺らぎ情報の特徴は、圧力値が時間の経過に伴って増加する増加型（図１（ａ））、圧力値が時間の経過に伴って減少する減少型（図１（ｃ）、圧力値の変動が収束している定常型（図１（ｂ）、増加型と定常型との組み合わせ型のいずれかであり、参照用データとの比較により特定される。減少型の場合は、自走枠か鉱石層のいずれかに異常が生じていることになるため、その旨を示す情報を出力する。【選択図】図１
2019027170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ鉱石層の坑空間を移動しながら自己と鉱石層との間に働く圧力値を検知する複数の自走枠の各々から前記圧力値を時系列に取得するとともに、各自走枠の位置情報を取得する取得手段と、
前記自走枠毎に前記圧力値の揺らぎ情報を抽出し、抽出した前記揺らぎ情報の特徴を解析する解析手段と、
前記解析手段による解析結果が特異となる少なくとも一つの前記自走枠を特定するとともに、特定した前記自走枠又は当該自走枠の位置情報により特定される部位の前記鉱石層の地質学的特徴を所定の評価基準に従って評価する評価手段と、
を備えて成る採掘状況監視装置。
【請求項２】
前記解析手段は、ＤＦＡ (Detrended Fluctuation Analysis)の傾き解析により前記揺らぎ情報の特徴を解析する、
請求項１に記載の採掘状況監視装置。
【請求項３】
移動後の圧力設定操作から次の移動のための圧力低下操作に至る負荷サイクルにおいて実際に検知された圧力値の変動の特徴を前記自走枠の種類毎の参照用データとして保持するデータ保持手段をさらに備えており、
前記解析手段は、抽出した前記揺らぎ情報の特徴を前記参照用データと比較することにより解析する、
請求項１又は２に記載の採掘状況監視装置。
【請求項４】
前記参照用データは、前記圧力値が時間の経過に伴って増加する増加型、前記圧力値が時間の経過に伴って減少する減少型、前記圧力値の変動が収束している定常型、前記増加型と前記定常型との組み合わせ型の特徴を表すデータである、
請求項３に記載の採掘状況監視装置。
【請求項５】
前記複数の自走枠は、所定間隔で配備された長壁採掘方式の自走枠であり、それぞれ他の自走枠の相対配置状況に応じて固有の識別ＩＤが割り当てられており、
前記取得手段は、前記識別ＩＤに基づいて前記位置情報を取得する、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の採掘状況監視装置。
【請求項６】
前記評価手段は、前記複数の自走枠のいずれかと前記鉱石層の地質学的特徴とに異常が生じている場合のみならず、異常が発生する可能性をも評価する、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の採掘状況監視装置。
【請求項７】
前記評価手段は、前記複数の自走枠による揺らぎ情報の特徴の変化パターンの連続性の有無により異常ないし異常の可能性のある原因が前記自走枠にあるか前記鉱石層にあるかを切り分ける、
請求項６に記載の採掘状況監視装置。
【請求項８】
前記評価手段による評価結果をその内容に応じて異なる態様で出力する出力手段をさらに備える、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の採掘状況監視装置。
【請求項９】
それぞれ鉱石層の坑空間を移動しながら自己と鉱石層との間に働く圧力値を検知する複数の自走枠の各々から前記圧力値を時系列に取得するとともに、各自走枠の位置情報を取得するステップと、
前記自走枠毎に前記圧力値の揺らぎ情報を抽出し、抽出した前記揺らぎ情報の特徴を解析するステップと、
前記解析の結果が特異となる少なくとも一つの前記自走枠を特定するとともに、特定した前記自走枠又は当該自走枠の位置情報により特定される部位の前記鉱石層の地質学的特徴を所定の評価基準に従って評価するステップと、
を有することを特徴とする採掘状況監視方法。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項１ないし８のいずれか一項に記載された採掘状況監視装置として動作させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉱石層の坑内に自走枠を配備して採掘する際に用いられる採掘状況監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱石層を採掘する手法として、鉱石層の内部に坑道などの坑空間を形成しながら採掘する坑内堀がある。坑内堀では、坑空間の壁部、すなわち坑壁を切羽として掘削しながら採掘を進める。坑内掘には様々な掘削法がある。その中の一つの手法として長壁掘削方式が知られている。長壁掘削方式では、例えば長さ２０から２００メートル程度の間隔を置いた主坑道と尾部坑道の二つの坑道の間の長い壁部を一挙に採掘する。すなわち、長壁採掘方式では、傾斜が緩やかな鉱石層で、１００から１５０メートルの長さの切羽に、１００トン程度の耐力をもつ油圧式の支柱を数本装備した「自走枠」と呼ばれる金属の枠を数十から百数十枠配置して切羽の天井を支え、切羽をドラムカッターなどで切削し、その下に設置したコンベアで切削した鉱石を搬出する。自走枠には、切羽の天井を支える屋根と、屋根を油圧で支える支柱及び切羽床面側の台座などが設けられている。台座の所定部位には、支柱の油圧（圧力値）を計測する油圧センサが設けられている。
【０００３】
ドラムカッターの切羽に対しての横方向移動と、自走枠とコンベアの切羽に向けての前進移動とは相互に連携する。すなわち、自走枠の前進時、自走枠の支柱の油圧をいったん下げ、切羽天井と自走枠の屋根の間で力がかからないようにした後、自走枠を前進させる。その後、油圧を上げ、切羽天井と自走枠の間で力を掛け天井を支える。この油圧を上げ下げすることは、自走枠が前進するたびに行われる。このように、自走枠が前進する度に行われる、支柱の圧力値の変化サイクルは「負荷サイクル」と呼ばれる。
【０００４】
油圧センサから出力される圧力値は、自走枠の屋根側と鉱石層の表面との間に働く力と反力あるいはそのいずれか一方を反映したものとなる。そのため、油圧センサで検知した圧力値を用いて採掘状況の監視を行う技術が種々提案されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、自走枠における油圧の変化に基づいて採掘状況の監視を行う技術が開示されている。すなわち、特許文献１に開示された技術では、特定の自走枠の支柱の油圧が第１時間内に第１設定圧力に到達しかったことを示す第１タイプの圧力不良と、上記油圧が第２時間内に第２設定圧力に到達しなかったことを示す第２タイプの圧力不良の２つのタイプの圧力不良を検出する。そして、一つの自走枠から連続して２つのタイプの少なくとも一方の圧力不良の発生が継続した場合、警告を発するようにしている。また、メイングート（主坑道）とテールゲート（尾部坑道）の自走枠の横方向の位置で同時にこの２つのタイプの圧力不良がいくつ生じたかで、警告を発するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ２０１６００６１０３６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された技術によれば、長壁採掘方式の自走枠の制御の問題を大幅に軽減または排除する可能性があり、採掘の生産性向上と安全性確保の両方に大きなメリットがあるとされる。しかし、特許文献１に開示された技術は、負荷サイクルの初期段階、すなわち自走枠に圧力が加えられていく過程に着目した手法であり、負荷サイクルの一部の情報でしかない。また、地質学的要因については全く考慮されていない。しかも、負荷サイクルの初期の時間は必ずしも一定ではないにも関わらず、当該初期の状態を正しく特定しなければならないという問題もある。さらに、圧力値が加えられていく過程も、自走枠の圧力設定タイミングや鉱石層からの力によって大きく異なってくる。そのため、制御の手順が煩雑となり、構築しなければならない機能も複雑なものとなる。
坑内堀において地質学的要因に基づく落盤などでは、回復が遅れると致命的な問題を引き起こす。そのため、自走枠における負荷サイクルの初期段階における圧力不良の検出だけでは十分でなく、地質学的特徴も考慮した圧力不良の予測までも迅速かつ正確に監視される技術が要請される。
【０００８】
本発明は、鉱石層の地質学的特徴の評価を含む採掘監視を迅速かつ正確に行うことができる簡易な採掘状況監視の技術を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、採掘状況監視装置、採掘状況監視方法及びコンピュータプログラムを提供する。
本発明の採掘状況監視装置は、それぞれ鉱石層の坑空間を移動しながら自己と鉱石層との間に働く圧力値を検知する複数の自走枠の各々から前記圧力値を時系列に取得するとともに、各自走枠の位置情報を取得する取得手段と、前記自走枠毎に前記圧力値の揺らぎ情報を抽出し、抽出した前記揺らぎ情報の特徴を解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果が特異となる少なくとも一つの前記自走枠を特定するとともに、特定した前記自走枠又は当該自走枠の位置情報により特定される部位の前記鉱石層の地質学的特徴を所定の評価基準に従って評価する評価手段と、を備えて成る。
「地質学的特徴」とは、地層・岩石などの物質の種類、構造、強度などの特徴をいう。端的には落盤の可能性があるかどうかを判別するための特徴である。
【００１０】
本発明の採掘状況監視方法は、それぞれ鉱石層の坑空間を移動しながら自己と鉱石層との間に働く圧力値を検知する複数の自走枠の各々から前記圧力値を時系列に取得するとともに、各自走枠の位置情報を取得するステップと、前記自走枠毎に前記圧力値の揺らぎ情報を抽出し、抽出した前記揺らぎ情報の特徴を解析するステップと、前記解析の結果が特異となる少なくとも一つの前記自走枠を特定するとともに、特定した前記自走枠又は当該自走枠の位置情報により特定される部位の前記鉱石層の地質学的特徴を所定の評価基準に従って評価するステップと、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のコンピュータプログラムは、コンピュータを上記の採掘状況監視装置として動作させるためのコンピュータプログラムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、鉱石層の地質学的特徴の評価を含む迅速かつ正確な採掘監視が簡易な構成により可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は自走枠に加わる圧力値の負荷サイクルの説明図。
【図２】本実施形態における採掘状況監視装置のハードウエア構成図。
【図３】本実施形態における採掘状況監視装置の機能構成図。
【図４】採掘状況監視方法の処理手順説明図。
【図５】時系列データの説明図。
【図６】解析部による解析処理の詳細手順説明図。
【図７】（ａ）〜（ｈ）は時系列データの例示図。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は時系列データの例示図。
【図９】定常型の特徴を有する時系列データの特徴解析の結果図。
【図１０】増加型の特徴を有する時系列データの特徴解析の結果図。
【図１１】減少型の特徴を有する時系列データの特徴解析の結果図。
【図１２】定常型優位の組み合わせ型の特徴を有する時系列データの特徴解析の結果図。
【図１３】増加型優位の組み合わせ型の特徴を有する時系列データの特徴解析の結果図。
【図１４】揺らぎ情報の特徴を自走枠の識別ＩＤ順に並べた図。
【図１５】ＤＦＡの傾きαの分類表。
【図１６】表示レイアウトデータの例示図。
【図１７】出力態様テーブルの例示図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［自走枠における負荷サイクル］
本発明の実施形態を説明する前に、例えば長壁採掘方式で使用される自走枠における圧力値の負荷サイクルについて説明する。圧力は、支柱で支えられた自走枠の屋根と鉱石層との接触部位に作用する。油圧センサから出力される圧力値は、自走枠の屋根側と鉱石層の表面との間に働く力と反力あるいはそのいずれか一方を反映したものとなる。負荷サイクルは、自走枠の移動後の圧力設定操作から次の移動のための圧力低下操作に至るまでのサイクルであり、圧力値の変動に一定の特徴がみられる。この特徴は、大別して増加型、定常型、減少型に分類される。増加型の特徴を図１（ａ）、定常型の特徴を図１（ｂ）、減少型の特徴を図１（ｃ）に示す。横軸は動作開始時からの経過時間（Ｔｉｍｅ（分））、縦軸は圧力値（油圧（バール））を表す。図中、「Ｓｅｔｔｉｎｇ」は圧力設定操作、「Ｆｉｎａｌ」は圧力低下操作のタイミングである。
【００１５】
図１（ａ）の増加型は、圧力値の変化率に応じて三段階に分けられる。第一段階では負荷サイクルの開始直後から圧力設定操作（ｓｅｔｔｉｎｇ）まで圧力値が急激に増加する。第二段階は、圧力値の増加が落ち着いて増加率が徐々に収束する。負荷サイクルの大部分の時間が第二段階に属する。第三段階は圧力値が急速に増加する。第三段階は、ドラムカッターが近づき、切羽面から採掘物が除去されるために生じる。これは、自走枠が移動のために前進を開始する数分前、すなわち圧力低下操作（Ｆｉｎａｌ）の数分前に生じる。図示の変化曲線は、切羽天井から自走枠の屋根側へ比較的強い荷重が掛かっていることを示す。
【００１６】
図１（ｂ）の定常型は、切羽天井から自走枠の屋根側が受ける荷重が、増加する圧力値に対して十分小さい状態を示す。変化曲線は図１（ａ）の増加型と同じく三段階に分けられるが、最初の二段階は増加型の変化曲線とはかなり異なる。
圧力設定操作（Ｓｅｔｔｉｎｇ）までの第一段階の圧力値は、一定であったり、減少したり、増加したりするが、圧力設定後の第二段階では圧力値の変動が収束して増加率がほぼ安定した曲線となる。第三段階は図１（ａ）の増加型と同じである。
【００１７】
図１（ｃ）の減少型は、圧力設定操作（Ｓｅｔｔｉｎｇ）前に圧力値が急激に減少したり、圧力設定後も圧力値が減少したりする。通常は減少し続けるが、負荷サイクルの終わりにかけて急に増加することもある。圧力低下操作（Ｆｉｎａｌ）時の圧力値も圧力設定時より小さくなる。つまり、何らかの要因に応じて圧力値が不規則に変動し続ける。これは、切羽天井から自走枠の屋根へ非常に強い荷重が掛かり、自走枠の屋根側が降伏変形していることを示す。あるいは、切羽天井と自走枠の屋根の間に多い破片があること、または支柱から液圧流体の漏出があること、自走枠の屋根側に何らかの問題が生じ、強度が保たれていないなどの不具合が現に生じている状態を示す。
【００１８】
ドラムカッターがメイングート（主坑道）とテールゲート（尾部坑道）を往復する場合、あるいは、自走粋がどちらかの端に近い場合、負荷サイクルには長いサイクル時間と短いサイクル時間とが生じ得る。保守作業における負荷サイクルは、比較的長時間になる。このように、自走枠の負荷サイクルの時間は、複数の自走枠の全てにおいて同じではない。また、複数の自走枠への設定圧力値がそれぞれ同じであっても、鉱石層からの力によって、上記三つの型のいずれかになる。さらに、メイングート（主坑道）とテールゲート（尾部坑道）の自走粋の横方向の位置で鉱石層からの力が変わる。これは、複数の自走枠における負荷サイクルの差異として表れる。また、自走枠の進行方向によっても鉱石層からの力は変わるが、一つの自走枠の負荷サイクルの中で上記三つの型のいずれかが現れる。
【００１９】
このように、負荷サイクルの全体において表れる圧力値の変動状態は、複数の自走枠において様々であるが、本発明者らは、各自走枠と鉱石層との当接部位に作用する圧力値（自走枠からの応力と反力の少なくとも一方の力）の揺らぎ情報の特徴と上記の増加型、定常型、減少型の負荷サイクルには一定の相関があり、揺らぎ情報の特徴の解析結果を通じて鉱石層の地質学的特徴を評価できることを見いだした。
以下、鉱石層として石炭鉱石の層から長壁採掘方式の自走枠を用いて石炭を採掘する際に用いられる採掘状況監視装置の実施の形態例について説明する。
【００２０】
［採掘状況監視装置の構成］
図１は、本実施形態に係る採掘状況監視装置のハードウエア構成図である。採掘状況監視装置１はコンピュータの一種であり、所定間隔で配備された複数の自走枠２が通信ケーブル２２を介して接続される。
本実施形態の自走枠２は、長壁採掘方式の自走枠であり、それぞれ鉱石層の坑空間を移動しながら自己と鉱石層との間に働く圧力値を油圧センサ２１を用いて検知可能な公知の装置である。
各自走枠２には、それぞれ他の自走枠２との相対配置状況に応じて固有の識別ＩＤが割り当てられており、それぞれ自己の識別ＩＤと共に圧力値を時系列に出力する。本実施形態では、坑空間の一方端から他方端に向かって１番目、２番目・・・１０番目、２０番目・・・、１４０番目の順序を表す識別ＩＤが順次割り当てられている。いずれかの自走枠２の位置情報がわかれば識別ＩＤに基づいて全ての自走枠２の位置情報が判明する。各自走枠２は同じサイズのものであり、支柱で支えられる屋根の幅は約１．７ｍであり、約２５０メートル幅の切羽になる。
【００２１】
採掘状況監視装置１は、また、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０４を搭載したメインボード１０をバスＢ１に接続して構成される。ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１は、本発明のコンピュータプログラムを読み込んで実行することにより、種々の機能を構築する。ＲＡＭ（Random Access Memory）１０２はＣＰＵ１０１のワークメモリであり、ＤＲＡＭ（DynamicＲＡＭ），ＳＤＲＡＭ(Synchronous DynamicＲＡＭ)などで構成される。ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３は、変更を必要としない制御プログラムや各種パラメータを格納する。
【００２２】
バスＢ１には、記憶装置１１、通信Ｉ／Ｆ（Ｉ／Ｆはインタフェースの略。以下同じ）１２、入力Ｉ／Ｆ１３、デバイスＩ／Ｆ１４、出力Ｉ／Ｆ１５も接続される。記憶装置１１は、大容量の半導体メモリあるいはハードディスクであり、上記コンピュータプログラムのほか、後述する各種データを保持するためのデータ保持手段として機能する。
【００２３】
通信Ｉ／Ｆ１２は、各自走枠２との間で通信を行うためのインタフェース部品である。入力Ｉ／Ｆ１３は、マウス等のポインティングデバイスを内蔵したキーボード３などからの入力データを受け付けるインタフェース部品である。デバイスＩ／Ｆ１４は、ＵＳＢメモリや小型ハードディスクなどの携帯メモリ４との間でデータの書き込みおよび読み出しを行うためのインタフェース部品である。出力Ｉ／Ｆ１５は、プリンタ５やディスプレイ６へのデータ出力を行うインタフェース部品である。
【００２４】
［採掘状況評価装置の機能構成］
図３は、本実施形態に係る採掘状況評価装置１の機能構成図である。本実施形態では、ＣＰＵ１０１が、記憶装置１１にインストールされている本発明のコンピュータプログラムを読み込み、ＲＯＭ１０３に格納されている制御プログラムなどと共に実行することにより、記憶装置１１にデータ保持部３０１を構築するとともに、ＣＰＵ１０１をデータ取得部３０２、解析部３０３、評価部３０４、出力部３０５として動作させる。
【００２５】
データ保持部３０１は、メイングート（主坑道）とテールゲート（尾部坑道）を含む坑空間のマップデータ、各自走枠２の相対配置状況を表すデータ、各自走枠２の移動速度、自走枠２毎の時系列の圧力値（時系列データ）とその解析結果、解析時又は評価時に比較される参照用データ、解析又は評価に用いる各種パラメータ、評価基準、評価結果、評価結果の内容に応じて異なるメッセージデータ、出力帳票データ、表示画面レイアウトデータなどを保持する。
【００２６】
マップデータは、後述する解析結果や評価結果をマッピングして出力するための坑空間を示すデータであり、鉱石層の地質学的特徴などを視覚的に把握するために用いられる。相対配置状況を表すデータは、複数の自走枠２の各々の三次元座標データ（位置情報）であり、適宜更新される。参照用データは、移動後の圧力設定操作から次の移動のための圧力低下操作に至る上記の負荷サイクルにおいて実際に検知された圧力値の変動の特徴を自走枠２の種類毎に用意したデータであり、後述する揺らぎ情報の特徴を解析する際に参照される。
【００２７】
［採掘状況監視方法］
次に、採掘状況監視装置１を用いた採掘状況監視方法について説明する。図４は採掘状況監視装置１が実行する全体処理の手順説明図である。Ｓ１１〜Ｓ１５はそれぞれ処理のステップを示す。
＜データ取得ステップ＞
図４を参照すると、まず、データ取得部３０２が、各自走枠２から時系列に変化する圧力値を時系列データとして取得する。また、各自走枠２の識別ＩＤないし位置情報を取得する（Ｓ１１）。
圧力値の取得は、全ての自走枠２について同期したタイミングで周期的に行う。取得したこれらのデータはデータ保持部３０１に識別ＩＤ及び取得時間と共に保持される。このとき、既存の相対配置状況における位置情報を更新する。
データ取得部３０２は、また、各自走枠２における負荷サイクルの周期の始期と終期とを解析部３０３に伝達する。各自走枠２の移動速度が既知の場合、各自走枠２の位置情報は、相対配置状況と識別ＩＤで代用することができる。
【００２８】
時系列データは、全ての自走枠２からリアルタイムに取得するのが望ましいが、本実施形態では６秒毎に取得するものとする。図５は、データ取得部３０２により取得され、データ保持部３０１に保持された時系列データの例示図である。図５に示されるとおり、全ての自走枠２の時系列データは、各圧力値が、識別ＩＤ毎に時刻ａ，時刻ｂ・・・時刻ｚのように同期して保持される。各時刻における圧力値にばらつきがあるのは、自走枠２（支柱で支えられる屋根側）と当接する鉱石層の地質学的特徴が各自走枠２において必ずしも一致しないためである。
【００２９】
＜揺らぎ情報の抽出、特徴解析ステップ＞
時系列データがデータ保持部３０１に保持されると、解析部３０３が、自走枠２毎に圧力値の揺らぎ情報を抽出し、抽出した揺らぎ情報の特徴を解析する（Ｓ１２）。
揺らぎ情報は、ＤＦＡ（Detrended Fluctuation Analysis）あるいはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）解析により抽出することができる。ＤＦＡは、時系列データの揺らぎ特性を解析するための手法の一つであり、後述する通り、ＦＦＴ解析よりも詳細な揺らぎ情報を得ることができる利点がある。解析部３０３は、ＤＦＡにより抽出した揺らぎ情報の特徴を参照用データと比較することにより解析する。この解析の処理の詳細については後述する。
【００３０】
＜改易結果の評価ステップ＞
解析部３０３による揺らぎ情報の特徴の解析が終了すると、評価部３０４は、解析結果が特異となる少なくとも一つの自走枠２を特定するとともに、特定した自走枠２の位置情報により特定される部位の鉱石層の地質学的特徴を評価する（Ｓ１３）。評価はデータ保持部３０１に保持されている所定の評価基準に従って行う。この処理の詳細については後述する。評価結果は出力部３０５へ伝達される。
【００３１】
＜評価結果の出力ステップ＞
出力部３０５は、評価部３０４による評価結果をディスプレイ６に表示させる。必要に応じてプリンタ５から評価結果をプリントアウトする。電子データで外部に出力しても良い（Ｓ１４）。監視を継続する場合はＳ１１以降の処理を繰り返す（Ｓ１５：Ｙ）。監視を終了する場合は一連の処理を終了させる（Ｓ１５：Ｎ）。
【００３２】
［解析部による処理の詳細］
図６は、解析部３０３による上記Ｓ１２の詳細処理の手順説明図である。Ｓ１２１〜Ｓ１２６は各処理のステップを示す。
解析部３０３は、それぞれデータ総数がＮ個の時系列データとなる全ての自走枠２からの時系列データをデータ保持部３０１から読み出す（Ｓ１２１）。
時系列データの例を図７（ａ）〜（ｈ）及び図８（ａ）〜（ｆ）に示す。なお、ここでは、１４台の自走枠２からの時系列データの例を示すが、実際には１４０台の自走枠２からの時系列データを取得している。また、ここではグラフ化されている例を示すが、時系列の電子データのままであっても良い。
【００３３】
図７（ａ）は、識別ＩＤが１番の自走枠２からみて１０番目（＃１０）となる自走枠２の時系列データである。同様に、図７（ｂ）は識別ＩＤが２０番目（＃３０）、図７（ｃ）は３０番目（＃３０）、図７（ｄ）は４０番目（＃４０）、図７（ｅ）は５０番目（＃５０）、図７（ｆ）は６０番目（＃６０）、図７（ｇ）は７０番目（＃７０）、図７（ｈ）は８０番目（＃８０）の自走枠２の時系列データである。同様に、図８（ａ）は９０番目（＃９０）、図８（ｂ）は１００番目（＃１００）、図８（ｃ）は１１０番目（＃１１０）、図８（ｄ）は１２０番目（＃１２０）、図８（ｅ）は１３０番目（＃１３０）、図８（ｆ）は１４０番目（＃１４０）の自走枠２の時系列データである。
各時系列データには、図１（ａ）に示す増加型、図１（ｂ）に示す定常型、図１（ｃ）に示す減少型の特徴が混在しており、時系列データのみをもって圧力値の変動パターンの特徴を直ちに把握することは困難である。
【００３４】
そこで本実施形態では、ＤＦＡを用いて揺らぎ情報の抽出と傾き解析とを行う。
すなわち、解析部３０３は、まず、自走枠２毎に、当該自走枠２からの圧力値の時系列データＸ（ｉ）（ただしｉ＝１、２、・・・Ｎ）からその平均値Ｘavgを引いたものを積算し、平均ゼロの周期の時系列データの積算値を表す新たな時系列データｇ（ｋ）を生成する（Ｓ１２２）。ｋは、２、３、・・・Ｎである。時系列デー夕ｇ（ｋ）及び平均値Ｘavrは、以下に示す式[１］、式[２］で表される。
【００３５】
【数１】
2019027170.tif 000003
【数２】
2019027170.tif 000004
【００３６】
次に、解析部３０３は、時系列データｇ（ｋ）を時間軸(k)上でスケール（ウィンドウサイズ）ｎの領域に分ける。すなわち、時系列データｇ（ｋ）において、時系列データＸ（ｉ）の時間軸方向にサイズ可変なｎ個のウィンドウを設定する（Ｓ１２３）。
次に、解析部３０３は、各ウィンドウ内でのトレンドを求める（Ｓ１２４）。具体的にはｎ個のウィンドウにおける時系列データｇ（ｋ）に、ｍ次の多項式（ｍは０、１、２、‥といった整数であり、典型的にはｍ＝１が用いられる）を例えば最小二乗法によりあてはめることにより、各ウィンドウ内でのトレンドｇｎ（ｋ）を求める。トレンドｇｎ（ｋ）は、時系列データｇ（ｋ）の時間軸方向のウィンドウサイズをｎとしたときのトレンドである。
【００３７】
解析部３０３は、その後、時系列データｇ（ｋ）からトレンドｇｎ（ｋ）を差し引いた揺らぎの大きさＳ（ｎ）を、以下の式［３］により求める（Ｓ１２５）。この揺らぎの大きさＳ（ｎ）は、自走枠２に加わる圧力値の時系列のウィンドウサイズｎに関する、そのウィンドウ内における揺らぎの大きさである。このようにして、各自走枠２におけるそれぞれの圧力値の時系列データから揺らぎの大きさＳ（ｎ）を揺らぎ情報として抽出する。
【００３８】
【数３】
2019027170.tif 000005
【００３９】
解析部３０３は、次に、揺らぎ情報の特徴を解析する（Ｓ１２６）。本実施形態では、まず、ＤＦＡの傾き解析により揺らぎ情報（＝揺らぎの大きさＳ（ｎ））の特徴を特定するとともに、特定した特徴と予め用意してある参照用データとを比較することにより、特定した特徴がどのような状態を表しているのかを把握可能にする。
【００４０】
具体的には、解析部３０３は、横軸にウィンドウサイズｎの対数をとり、縦軸に揺らぎの大きさＳ（ｎ）の対数をとることで、ｌｏｇ（ｎ）とｌｏｇＳ（ｎ）との関係をグラフ上にプロットする（Ｌｏｇ−Ｌｏｇプロット：便宜上「ＤＦＡプロット」と呼ぶ）。このＤＦＡプロットの変動の状況をスケール（ウィンドウサイズｎ）毎に直線近似したときの傾きが、時系列データＸ（ｉ）の揺らぎ情報の特徴を表すものとなる。直線近似できる場合はその傾きを採用し得るが、自走枠２の動作状況や鉱石層の地質学的特徴によっては、直線近似できない場合もあるため、本実施形態では、ＤＦＡプロットを微分し、局所的な傾きを導出するようにした。この導出処理を「ＤＦＡ微分」と呼び、ＤＦＡ微分により得られる揺らぎ情報の局所的な傾きを「ＤＦＡの傾き」αと呼ぶ。
【００４１】
ＤＦＡの傾きαの大きさが意味する内容を図１５に示す。自走枠２から取得した圧力値が全変動周波数ｆで均一の振幅となる状態では、ＤＦＡの傾きαは０．５となる。この状態はホワイトノイズと呼ばれる。この状態では、自走枠２から取得した圧力値の自己−相関性（Auto-correlation）はない。
【００４２】
圧力値が自己−相関性を持つ場合、ＤＦＡの傾きαは０．５〜１．０のいずれかとなる。傾きαが０．５に近いほど上記の相関性は希薄となり、傾きαが１．０に近いほど上記相関性が高くなる。傾きαが１．０の状態は変動周波数ｆに反比例するピンクノイズ（１／ｆノイズ）と呼ばれ、低い変動周波数ほど大きい圧力値となる。
【００４３】
傾きαが１〜１．５の場合、自走枠２から取得した圧力値は、その次に現れる値との差が確率的（ランダム）になる。この状態では圧力値は、非定常で制限のない変化をする。傾きαが１．５に近いほど上記の変化は明確になる。傾きαが１．５となる場合、圧力値が変動周波数ｆの２乗に反比例する。この状態はブラウンノイズと呼ばれ、ピンクノイズ以上に、低い変動周波数ほど大きい圧力値となる。
【００４４】
ＤＦＡの傾きαが上記の意味合いを持つことから、本実施形態では、実際に動作させた多種多様の複数の参照用の自走枠からそれぞれ時系列に取得した圧力値の揺らぎ情報の特徴を集積し、これらにＤＦＡの傾き解析を行うことにより、状態に応じた傾きαのパターンを作成し、これを参照用データとして保持するようにした。
本実施形態で用いる参照用データは、各参照用の自走枠の負荷サイクルにおける増加型（図１（ａ））、定常型（図１（ｂ））、減少型（図１（ｃ））及びこれらを組み合わせた組み合わせ型の特徴を上記のＤＦＡの傾き解析によりパターン化したものである。
【００４５】
参照用データは、自走枠の種類によって異なるものとなる。
例えば石炭鉱石の層から石炭を採掘する際に用いられる、屋根の幅が約１．７ｍの長壁採掘方式の自走枠（本実施形態で用いる自走枠２）の場合、図１（ａ）に示す増加型の参照用データは、ｌｏｇ（ｎ）が約１．８でＤＦＡの傾きαが極小値、１ｏｇ（ｎ）が約３．３でＤＦＡの傾きαが極大値となるパターンとなる傾向がある。増加型の場合は、自走枠は現在は安定して動作しているが、圧力設定値が低いとされるために圧力値が増加している状態であることを意味する。典型的な増加型では、ＤＦＡの傾きαの極小値は約１．０、極大値は約１．４となり、極大値を超えた後は傾きαが滑らかに低下するパターンとなる。
【００４６】
また、図１（ｂ）に示す定常型の参照用データは、ｌｏｇ（ｎ）が約１．８でＤＦＡの傾きαの極小値、１ｏｇ（ｎ）が約３．５でＤＦＡの傾きαの極大値となるパターンとなる傾向がある。定常型の場合、自走枠は安定して動作しており、鉱石層の地質学的特徴にも問題が生じない状態である。典型的な増加型ではＤＦＡの傾きαの極小値は約１．０、極大値は約１．５となり、極小値から極大値へはほぼ一定の勾配で増加し、極大値を超えた後は急激に低下するパターンとなる。
【００４７】
また、図１（ｃ）に示す減少型の参照用データは、ｌｏｇ（ｎ）が約１．８〜約３．５の範囲でＤＦＡの傾きαの最小値と最大値との差が所定値未満、例えば０．１５未満のパターンとなる傾向がある。このようなパターンは、自走枠の不具合（特に圧力系統）や鉱石層の地質学的特徴の不具合による圧力値の揺らぎなど、多くの情報が変動周波数成分として絶えず混在しており、非常に好ましくない状態であることを意味する。
【００４８】
また、組み合わせ型の参照用データは、増加型のパターンと定常型のパターンとを組み合わせたものとなる。この場合、増加型が優位であるか定常型が優位であるかによっても異なるパターンとなる。定常型優位（増加＜定常型）の場合も増加型優位（増加＞定常型）の場合もｌｏｇ（ｎ）が約１．８で第一の極小値、ｌｏｇ（ｎ）が約３．５で第二の極小値となり、増加型が優位になるほど第二の極小値が小さくなるパターンになる傾向がある。つまり、ｌｏｇ（ｎ）が約３．５で、定常型が優位な場合は高い値になり、増加型が優位な場合は低い値になる。そのため、増加型と定常型の混合度合いの違いを判別することができる。いずれにしても、自走枠２は、現在（計測時点）は安定して動作しているが、近い将来何らかの問題が生じる可能性がある点は変わりがない。
【００４９】
なお、減少型はその特徴が顕著であり、かつ、非常に望ましくないパターンであるため、組み合わせのパターンを考慮する必要がない。
【００５０】
次に、上記の参照用データを用いた解析部３０３による特徴解析の処理について具体的に説明する。本実施形態では、特徴解析を対象となる時系列データによるＤＦＡの傾き解析の結果と参照用データとのパターン認識により行うが、数値解析であっても良い。
図９〜図１４は、図７（ａ）〜（ｈ），図８（ａ）〜（ｆ）に示した時系列データにおける特徴解析の結果例を示す。図９〜図１４において、縦軸はＤＦＡの傾きα、横軸はウィンドウサイズｎの対数（＝ｌｏｇ（ｎ）：図ではｌｏｇ  ｎと表記）である。
【００５１】
図９は、識別ＩＤが１０番目（＃１０：短破線）と２０番目（＃２０：長破線）の自走枠２の特徴解析の結果例を示すグラフである。いずれもｌｏｇ（ｎ）が１．８〜１．９でＤＦＡの傾きαの極小値が１．１、１ｏｇ１０（ｎ）が３．２〜３．３でＤＦＡの傾きαの極大値１．４〜１．４５である。極小値と極大値との差も０．３以上である。これらのパターンは「定常型」の参照用データに類似したものとなる。
【００５２】
図１０は、識別ＩＤが１４０番目（＃１４０）の自走枠２の特徴解析の結果例を示すグラフである。ｌｏｇ（ｎ）が１．８で極小値１．１、ｌｏｇ（ｎ）が３．１及び３．６付近で極大値１．３である。このパターンは「増加型」の参照用データに類似したものとなる。
【００５３】
図１１は、識別ＩＤが９０番目（＃９０）の自走枠２の特徴解析の結果例を示すグラフである。ｌｏｇ（ｎ）が１．８〜約３．８の範囲で概ね１．２〜１．３でほぼ一定となっている。このパターンは「減少型」の参照用データに類似したものとなる。
【００５４】
図１２は、識別ＩＤが３０番目（＃３０）、４０番目（＃４０）、１２０番目（＃１２０）、１３０番目（＃１３０）の自走枠２の特徴解析の結果例を示すグラフである。ｌｏｇ（ｎ）が１．８で第一の極小値１．２、ｌｏｇ（ｎ）が３．５で第二の極小値１．１５である。これらのパターンは、いずれも定常型優位の組み合わせ型（定常＞増加型）の参照用データに類似したものとなる。
【００５５】
図１３は、識別ＩＤが５０番目（＃５０）〜８０番目（＃８０）、１００番目（＃１００）、１１０番目（＃１１０）の自走枠２の特徴解析の結果例を示すグラフである。ｌｏｇ（ｎ）が１．８で第一の極小値１．２、ｌｏｇ（ｎ）が３．５で第二の極小値１．０５である。これらのパターンは、増加型優位の組み合わせ型（増加＞定常型）の参照用データに類似したものとなる。
【００５６】
［評価部による処理の詳細］
解析部３０３による特徴解析の結果は、自走枠２の識別ＩＤ毎にデータ保持部３０１に保持される。データ保持部３０１に保持される特徴解析の結果例を図１４に示す。評価部３０４は、図１４に示される特徴解析の結果を、データ保持部３０１に保持されている所定の評価基準に従って評価し、その評価結果を出力する。
【００５７】
＜評価基準＞
評価部３０３による評価基準は、例えば以下のようなものである。
・時系列データの揺らぎ情報の特徴が特異、例えば「減少型」の場合は、当該自走枠又は当該自走枠が当接している鉱石層のいずれかに異常が生じている。そのため、危険信号を出力させる。
・揺らぎ情報の特徴が「増加型」又は「組み合わせ型」の場合は、当該自走枠又は当該自走枠が当接している鉱石層のいずれかに近い将来異常が生じる可能性がある。そのため、要注意信号を出力させる。
・揺らぎ情報の特徴が「定常型」の場合は、当該自走枠又は当該自走枠が当接している鉱石層のいずれかにも異常は生じていない。そのため、安全信号を出力させる。
・複数の自走枠による揺らぎ情報の特徴の変化パターンに連続性がある場合の異常の原因は鉱石層にある。そのため、第１種緊急信号を出力させる。
・隣り合う自走枠による揺らぎ情報の特徴の変化パターンが不連続となる場合の異常の原因は自走枠にある。そのため、第２緊急信号を出力させる。
【００５８】
上記評価基準によれば、切羽の端部から切羽中央に向かって、圧力値の設定が低いとされる増加型が優位になっている。切羽中央にある識別ＩＤが９０番（＃９０）の自走枠２が減少型となっている。揺らぎ情報の特徴だけに着目すれば、この９０番（＃９０）の自走枠２に異常があるように見えるが、全ての自走枠２全体での変化を見た場合、状態の変化パターンに連続性があるため、鉱石層からの負荷が中央だけ大きくなっており、９０番（＃９０）の自走枠２から検知される異常の原因は、鉱石層側にあると評価され、第１種緊急信号を出力させる。評価結果は、評価部３０４から評価時点の時刻情報と関連付けてデータ保持部３０１に保持される。
【００５９】
［出力部による処理の詳細］
出力部３０５は、評価部３０４の評価結果をプリンタ５に印刷させる。あるいは、ディスプレイ６に表示させる。ディスプレイ６に評価結果を表示する場合、出力部３０５は、採掘現場である坑空間の構造を示す坑空間マップに全ての自走枠２に対応するランプ画像をマッピングした表示レイアウトデータを作成し、出力態様テーブルに示された態様で、ランプ画像の色を表示させる。マップデータや表示レイアウトデータは、予め作成してデータ保持部３０１に保持されたものを用いても良い。
【００６０】
図１６は表示レイアウトデータの例示図、図１７は出力態様テーブルの例示図である。図１６のランプ画像の上に表記されている番号は識別ＩＤである。
図１７の出力態様テーブルの内容は、上記評価基準の例でいえば、安全信号はＭ１１で識別されるレコードであり、この場合は、表示レイアウトデータにおいて該当する自走枠２の画像を緑色で表示するとともに、安全である旨のメッセージをメッセージ欄に表示させる。また、要注意信号はＭ２１で識別されるレコードであり、この場合は、該当する自走枠２の画像を黄色で表示するとともに、要注意である旨のメッセージをメッセージ欄に表示させる。また、危険信号はＭ３１で識別されるレコードであり、この場合は、該当する自走枠２の画像を赤色で表示するとともに、危険である旨のメッセージをメッセージ欄に表示させる。また、第１種緊急信号はＭ３２で識別されるレコードであり、この場合は、該当する自走枠２の画像を赤色（短点滅）で表示するとともに、当該自走枠に問題がある旨のメッセージをメッセージ欄に表示させる。また、第２種緊急信号はＭ３３で識別されるレコードであり、この場合は、該当する自走枠２の画像を赤色（長点滅）で表示するとともに、鉱石層に問題がある旨のメッセージをメッセージ欄に表示させる。
【００６１】
評価結果をプリンタ５から印刷する場合は、図１６に示した表示レイアウトデータの内容を紙媒体等に印刷させる。
なお、上述した表示レイアウトデータの内容やランプ画像の色、メッセージの内容は例示であり、他の内容にすることもできる。
【００６２】
［本実施形態による効果・効用］
このように、本実施形態では、自走枠２毎に圧力値の揺らぎ情報を抽出し、抽出した揺らぎ情報の特徴を例えばＤＦＡ（傾き解析）で解析し、解析結果が特異となる少なくとも一つの自走枠を特定するとともに、特定した自走枠の位置情報により特定される部位の鉱石層の地質学的特徴を所定の評価基準に従って評価するようにしたので、簡易な手順でありながら、鉱石層の地質学的特徴の評価を含む採掘監視を迅速かつ正確に行うことができるようになった。
【００６３】
また、図７（ａ）〜（ｈ），図８（ａ）〜（ｆ）の時系列データから判るとおり、自走枠２における負荷サイクルの特徴の切り分けは複雑である。特に、増加型と定常型とが混合している場合の変化パターンは熟練者でも切り分けが困難である。
ゆらぎ情報の解析には、ＤＦＡの他にも、フーリエ変換やウエーブレットなどの周期性信号解析手法を用いることもできるが、上記のように変化パターンがあまりに複雑すぎる場合、周期性信号解析手法では、参照用データとの差異ないし類似性の解析が困難となる場合がある。
ＤＦＡは確率過程信号解析手法の一つであり、上記の変化パターンの大きさはＳ（ｎ）で表され、その特徴は、ＤＦＡの傾きαにより、迅速に求めることができる。また、上記の切り分けが容易になる。そのため、その自動化も可能となる。
このように、ＤＦＡによる傾き解析は、落盤事故などの予測を迅速に行う上で、きわめて有効な手法となり得る。
【００６４】
また、本実施形態では、評価部３０４において、複数の自走枠２のいずれかと鉱石層の地質学的特徴とに異常が生じている場合のみならず、異常が発生する可能性をも評価するので、自走枠２の制御の問題の潜在的な原因を特定して適切なソリューションを提供することにより、長壁採掘方式の自動化を支援することができるようになる。
【００６５】
本実施形態では、また、評価部３０４において、複数の自走枠による揺らぎ情報の特徴の変化パターンの連続性の有無により異常ないし異常の可能性のある原因が自走枠２にあるか鉱石層にあるかを切り分けるので、自走枠２の制御態様を大幅に軽減または排除する可能性があり、生産性と安全性の両方に大きなメリットがある。特に、地質学的要因からの長壁採掘方式の自走枠制御の問題を特定でき、落盤など生産が数週間遅れて収益に影響を及ぼす問題を軽減または排除することができる。
【００６６】
［変形例］
上記式［１］〜式［３］は一例であって、ｌｏｇ（ｎ）プロットの傾きが所定値にあるときの横軸の範囲について、例えばべき乗または係数を乗じて演算する等の数値処理を行なって実施することもできる。これらの他にも、ＤＦＡの算出ウィンドウ幅で区切ったデータをウィンドウ毎でなく、ウィンドウ幅で１データ毎に、ウィンドウをずらしていくことにより、揺らぎ情報の特徴を解析することができる。
【００６７】
［他の実施形態］
本発明は、プログラム若しくは記録媒体（記憶媒体）等としての実施態様をとることも可能である。また、本発明の目的は、以下のようにすることによっても達成される。すなわち、前述した各実施形態の機能ブロックを実現するコンピュータプログラムのプログラムコード（コンピュータプログラム）を記録した記録媒体（または記憶媒体）を、端末に供給する。かかる記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。そして、その端末のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した記録媒体は本発明を構成する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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