(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体に可撓性材料からシート状に形成された支保材を巻き取ったロール体を積載しておき、そのロール体を坑道の天盤部の水平面部分或いは側部の垂直面部分に押し付けた状態で上記掘削機本体を前進させ、その掘削機本体の前進に伴って上記掘削機本体に積載された上記ロール体から上記シート状の支保材を後方に繰り出し、繰り出した上記シート状の支保材をロックボルトで順次坑道の天盤部の水平面部分或いは側部の垂直面部分に固定するようにしたことを特徴とする坑道の支保方法。
【請求項２】
支保材を可撓性材料からシート状に形成し、そのシート状の支保材を巻き取ってロール体とし、そのロール体を掘削機本体に回転可能に取り付けると共に、上記ロール体と上記掘削機本体との間に、上記掘削機本体を前進させる際に上記ロール体を坑道の天盤部の水平面部分或いは側部の垂直面部分に押し付ける押圧手段を介設し、上記ロール体の後方に当該ロール体から繰り出された上記シート状の支保材を坑道の天盤部の水平面部分或いは側部の垂直面部分にロックボルトで固定するボルト打設装置を配置したことを特徴とする坑道の支保装置。
【請求項３】
上記ロール体と上記ボルト打設装置との間に、それらが坑道前後方向に相対移動することを許容するスライド機構を介設した請求項２に記載の坑道の支保装置。
【請求項４】
上記掘削機本体に、坑道の内面に沿って形成された支保板を上記ロール体の前方に位置させて設けた請求項２又は３に記載の坑道の支保装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、坑道の支保作業の高速化を図った支保方法および支保装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掘削後の地山を支保すべく坑道の内面にロックボルトを打設する場合、ボルトによる支保の範囲を広くするために、ストラップと呼ばれる帯鋼板状の支保材を坑道内面に当てがい、そのストラップを貫通するようにロックボルトを打設し、ロックボルトに装着されたナットを締め込むことでストラップを坑道内面に圧着固定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる方式では、ロックボルトを打設する度に帯鋼板状のストラップを坑道内面に当てがう工程が必要であるため、ボルト打設作業（坑道の支保作業）の高速化の障害となっていた。
【０００４】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、支保作業の高速化を図った坑道の支保方法および支保装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る「坑道の支保方法」は、掘削機本体に可撓性材料からシート状に形成された支保材を巻き取ったロール体を積載しておき、そのロール体を坑道の天盤部の水平面部分或いは側部の垂直面部分に押し付けた状態で上記掘削機本体を前進させ、その掘削機本体の前進に伴って上記掘削機本体に積載された上記ロール体から上記シート状の支保材を後方に繰り出し、繰り出した上記シート状の支保材をロックボルトで順次坑道の天盤部の水平面部分或いは側部の垂直面部分に固定するようにしたものである。
【０００６】
この「坑道の支保方法」によれば、掘削機本体に積載されたロール体から後方に繰り出されたシート状の支保材は、その先端側部分が先に打設されたロックボルトにより坑道内面に固定されているため、掘削機本体の前進に伴って自動的に順次ロール体から繰り出され、坑道内面のロックボルト打設部分に当てがうように設置されることになる。
【０００７】
また、本発明に係る「坑道の支保装置」は、支保材を可撓性材料からシート状に形成し、そのシート状の支保材を巻き取ってロール体とし、そのロール体を掘削機本体に回転可能に取り付けると共に、上記ロール体と上記掘削機本体との間に、上記掘削機本体を前進させる際に上記ロール体を坑道の天盤部の水平面部分或いは側部の垂直面部分に押し付ける押圧手段を介設し、上記ロール体の後方に当該ロール体から繰り出された上記シート状の支保材を坑道の天盤部の水平面部分或いは側部の垂直面部分にロックボルトで固定するボルト打設装置を配置したものである。
【０００８】
この「坑道の支保装置」によれば、掘削機本体に取り付けられたロール体から後方に繰り出されたシート状の支保材は、その先端側部分が先に打設されたロックボルトにより坑道内面に固定されているため、掘削機本体の前進に伴って自動的に順次ロール体から繰り出され、坑道内面のロックボルト打設部分に当てがわれる。よって、ロックボルト打設時に、支保材を坑道内面に当てがう作業を省略でき、支保作業の高速化が達成できる。また、上記ロール体と上記掘削機本体との間に、上記ロール体を坑道の内面に押し付ける押圧手段を介設したため、押圧手段で押し付けられたロール体によってロックボルト打設前の坑道内面が支保される、また、掘削機本体の前進に伴ってロール体が坑道内面を転動するため、これによってもシート状の支保材がロール体から繰り出される。
【０００９】
また、上記ロール体と上記ボルト打設装置との間に、それらが坑道前後方向に相対移動することを許容するスライド機構を介設してもよい。こうすれば、ボルト打設装置を停止させた状態で、ロール体が取り付けられた掘削機本体のみを相対的に前進させることができるため、前進状態の掘削機本体により切羽を掘進しながら停止状態のボルト打設装置により坑道内面にロックボルトを打設でき、高速施工が可能となる。
【００１０】
また、上記掘削機本体に、坑道の内面に沿って形成された支保板を上記ロール体の前方に位置させて設けてもよい。こうすれば、支保板によってロール体の前方の坑道内面が支保される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１２】
図１(a) は本実施形態に係る坑道の支保装置を備えたトンネル掘削機の側断面図、図１(b) は上記トンネル掘削機の平面図、図２は図１(b) の II-II線断面図、図３は図１(b) の III-III線断面図である。
【００１３】
図示するように、このトンネル掘削機１は、炭鉱において石炭が混ざった地山を掘進するものであり、坑道２内を前進または後進するための左右一対のクローラ３、３が設けられた掘削機本体４を有する。掘削機本体４には、上部支保板５および側部支保板６がそれぞれ図示しないリンク機構を介して径方向に移動自在に設けられている。上部支保板５は上部トリミングカッタ７の掘削域に合わせて平板状に形成されており、側部支保板６は回転カッタ８の回転域に併せて円弧板状に形成されている。
【００１４】
回転カッタ８は、掘削機本体４の前部に水平方向に所定間隔を隔てて２個設けられている。なお、回転カッタ４の個数は３個以上でもよい。各回転カッタ４は、掘削機本体４に設けられた支持ブロック９に軸支された回転軸１０と、回転軸の先端部に周方向に等間隔（ 120度間隔）を隔てて取り付けられた３本のカッタスポーク１１とを有している。各カッタスポーク１１は、互いに干渉することなく噛み合うように配置されている。なお、カッタスポーク１１の本数は２本でも４本以上でもよい。
【００１５】
各回転カッタ８は、図示しないモータおよび同期装置によって、カッタスポーク１１が干渉しないように相互に同速度で矢印で示すように逆回転される。かかる２個の回転カッタ８によれば、切羽の大部分を掘削できるが、双方の回転カッタ８、８の中間の上下に略三角形状の未掘削域が生じる。この未掘削域は、掘進機本体４の前部に回転カッタ８の後方に位置して設けられた上部トリミングカッタ７および下部トリミングカッタ１２により掘削される。
【００１６】
各トリミングカッタ７、１２は、モータによって回転駆動される円柱体７ａ、１２ａと、円柱体７ａ、１２ａの表面にその両端部から中央部にかけて相互に逆螺旋状に形成されたフライト７ｂ、１２ｂとを有するスクリューカッタからなり、上記未掘削域を掘削するトリミング機能を発揮すると共に、掘削土砂を両端部から中央部へ掻き寄せる集土機能をも発揮する。上記回転カッタ８、上部および下部トリミングカッタ７、１２によれば、断面が略陸上トラック型の坑道２を掘削できる。かかる坑道２は、天盤部が水平面となるため崩落しやすいが、以下に説明する支保装置１３によって支保される。
【００１７】
支保装置１３は、可撓性材料からシート状に形成された支保材１４を有する。詳しくは、シート状の支保材１４は、プラスチックの如き樹脂材から図４に示すように網目状に形成され、その幅が坑道２の天盤部の水平面部分２ａの幅Ｌ（ 2.5ｍ程度）に合わせて形成されると共に、長さが坑道２の長手方向に所定の長さ（40ｍ程度）に形成されており、心棒１５に巻き取られてロール体１６となっている。ロール体１６は、上部支保板５の後部に形成された切欠部１７に配置されており、心棒１５の両端部が軸支部材１８に軸支されている。軸支部材１８と掘削機本体４との間には、ロール体１６を坑道の内面（天盤部の水平面部分２ａ）に押し付ける押圧手段として、シリンダ１９が介設されている。
【００１８】
ロール体１６の後方には、当該ロール体１６から繰り出されたシート状の支保材１４を、坑道２の天盤部の水平面部分２ａにロックボルト２０で固定するボルト打設装置２１が配置されている。ボルト打設装置２１は、図４に示すように、ロックボルト２０をシート状の支保材１４を貫通して天盤部の水平面部分２ａに打ち込み、ワッシャ２２（当て板）を介してナット２３をネジ込み、シート状の支保材１４を天盤部の水平面部分２ａに密着固定するものである。ボルト打設装置２１は、掘削機本体４の後部にシリンダ２４を介して接続された追従台車２５に、坑道２の幅方向および軸方向に所定間隔を隔てて計４個取り付けられている。なお、ボルト打設装置２１は、１個以上であればよく、また坑道２の幅方向に一直線状に配置してもよい。
【００１９】
追従台車２５には、掘削機本体４と同様に左右一対のクローラ２６が設けられている。この構成によれば、追従台車２５を停止させた状態で、シリンダ２４を伸長させつつ掘削機本体４のみを前進させることができる。よって、本実施形態では上記シリンダ２４が、ロール体１６とボルト打設装置２１とが坑道２の前後方向に相対移動することを許容するスライド機構に相当する。
【００２０】
以上の構成からなる本実施形態の作用（坑道の支保方法）を述べる。
【００２１】
先ず、図１に示すように追従台車２５を停止させた状態でシリンダ２４を伸長させつつ掘削機本体４のみを前進させ、図５に示すように追従台車２５に設けられたボルト打設装置２１を停止させた状態で、掘削機本体４に設けられたロール体１６のみを相対的に前進させる。すると、ロール体１６から後方に繰り出されたシート状の支保材１４は、その先端側部分が先に打設されたロックボルト２０により坑道２の天盤部の水平面部分２ａに固定されているため、掘削機本体４の前進に伴って自動的に順次ロール体１６から引き出され、天盤部の水平面部分２ａの次回ロックボルト打設部分２７に当てがうように配置される。
【００２２】
その後、シリンダ２４を収縮させつつ追従台車２５を所定距離前進させ、ボルト打設装置２１が新たに当てがわれたシート状の支保材１４の次回ロックボルト打設部分２７に対向する位置で停止させる（なお、このとき掘削機本体４は前進させてもよい）。そして、ボルト打設装置２１からロックボルト２０を打ち出し、新たに当てがわれたシート状の支保材１４を図４に示すように天盤部の水平面部分２ａに固定する。このように掘削機本体４の前進に伴ってロール体１６からシート状の支保材１４が自動的に引き出されて天盤部の水平面部分２ａの次回ロックボルト打設部分２７に当てがわれるので、ロックボルト打設時に支保材１４を坑道２の内面に当てがう作業を省略でき、支保作業の高速化が達成できる。
【００２３】
また、上記ロール体１６が積載された掘削機本体４とボルト打設装置２１が設けられた追従台車２５との間に、それらが坑道２の前後方向に相対移動することを許容するスライド機構としてのシリンダ２４が介設されているので、ボルト打設装置２１が設けられた追従台車２５を停止させた状態で、ロール体１６が取り付けられた掘削機本体４のみを前進させることができる。よって、前進状態の掘削機本体４により切羽を掘進しながら、停止状態のボルト打設装置２１により坑道内面にロックボルト２０を打設でき、高速施工が可能となる。例えば、図５の状態から追従台車２５を前進させて図１の状態にする間、掘削機本体４をも前進させて切羽の掘削を継続させてもよい。
【００２４】
また、ロール体１６は、押圧手段としてのシリンダ１９によって坑道２の天盤部の水平面部分２ａに押し付けられているので、ロックボルト打設前の天盤部の水平面部分２ａを支保する。すなわち、上部トリミングカッタ７で掘削された天盤部の水平面部分２ａは、その後直ちに上部支保板５に支保されて掘削機本体４の前進に伴う上部支保板５の長さ分の時間だけ押えられ、充分安定した後にロール体１６によって押えられ、最後にシート状の支保材１４によって覆われるので、崩落が回避される。
【００２５】
また、シリンダ１９で天盤部の水平面部分２ａに押し付けられたロール体１６は、掘進機本体４の前進に伴って天盤部の水平面部分２ａを転動するため、これによってもシート状の支保材１４がロール体１６から後方に繰り出される。また、シリンダ１９は、ロール体１６を天盤部の水平面部分２ａに押し付けることで、ロール体１６に巻き取られたシート状の支保材１４の巻きの緩みを防止する機能も発揮する。
【００２６】
なお、上記シリンダ１９を省略し、ロール体１６を天盤部の水平面部分２ａから離間させた状態としてもよい。この場合、ロール体１６に巻き取られたシート状の支保材１４の巻きの緩みを防止するために、心棒１５や軸支部材１８等にロール体１６の回転に所定の抵抗を与えるブレーキ等を設けることが望ましい。また、坑道２の側部２ｂは、回転カッタ８により円弧状に形成されており、崩落の可能性が天盤部の水平面部分２ａよりも小さいため、本実施形態の如き支保装置１３は不要である。
【００２７】
図６に別の実施形態を示す。
【００２８】
図６は本実施形態に係る支保装置１３ａを備えたトンネル掘削機１ａの平断面図である。このトンネル掘削機１ａは、前実施形態のように略陸上トラック状断面の坑道２を掘削するのではなく、矩形状断面の坑道２を掘削する。矩形状断面の坑道の側部２ｂは、直線状に形成されているため崩落の可能性が大きい。
【００２９】
よって、このトンネル掘削機１ａに備えられた支保装置１３ａは、前実施形態のように坑道２の天盤部２ａを支保するのではなく、坑道２の側部２ｂを支保する。この実施形態のロール体１６は、シリンダ１９によって矩形状断面の坑道２の側部２ｂに押し付けられており、ボルト打設装置２１も坑道２の側部２ｂにロックボルト２０を打設する。本実施形態の基本的な作用効果は前実施形態と同様である。
【００３０】
なお、本実施形態と前実施形態とを組み合わせて、断面矩形状の坑道２の天盤部２ａは前実施形態の支保装置１３で支保し、坑道２の側部２ｂは本実施形態の支保装置１３ａで支保してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る坑道の支保方法および支保装置によれば、支保作業の高速化を図ることができる。
【００３２】
(1)請求項１乃至２のいずれかに記載の発明によれば、掘削機本体の前進に伴ってシート状の支保材が自動的に引き出されて坑道内面に当てがわれるので、支保作業の高速化を図ることができる。また、押し付けられたロール体により坑道の内面を支保できるので、崩落を抑制できる。
【００３３】
(2)請求項３記載の発明によれば、切羽の掘削とロックボルトの打設とを同時に行えるので、高速施工が可能となる。
【００３４】
(3)請求項４記載の発明によれば、支保板によってロール体の前方の坑道の内面を支保できるので、崩落を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての坑道の支保装置を備えたトンネル掘削機の説明図であり、図１(a) は上記トンネル掘削機の側断面図、図１(b) は上記トンネル掘削機の平面図である。
【図２】図１(b) の II-II線断面図である。
【図３】図１(b) の III-III線断面図である。
【図４】ロックボルトの打設状態を示す斜視図である。
【図５】上記トンネル掘削機の作動を示す側断面図である。
【図６】別の実施形態としての坑道の支保装置を備えたトンネル掘削機の平断面図である。
【符号の説明】
１  トンネル掘削機
２  坑道
２ａ  坑道の内面としての天盤部の水平面部分
４  掘削機本体
１４  シート状の支保材
１６  ロール体
１９  押圧手段としてのシリンダ
２０  ロックボルト
２１  ボルト打設装置
２４  スライド機構としてのシリンダ
【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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