(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削される空洞の周囲に複数のＡＥセンサ（４）を埋設し、ＡＥセンサが感知した波形データを制御装置（６）に送信し、制御装置で波形データを解析するようにした岩盤挙動データ処理システムにおいて、前記制御装置（６）には、波形データをしきい値に基づいてフィルタリング処理し、フィルタリング処理された波形データを増幅して成型する増幅手段（６ａ）と、増幅手段から受けたアナログの波形データをデジタルの波形データに変換するＡＤ変換手段（６ｃ）と、ＡＤ変換手段から受けたデジタルの波形データを立ち上がり時間（Ｔ１）、持続時間時間（Ｔ２）、終了時間（Ｔ３）、立ち上がりから最大振幅までの時間（Ｔ４）のパラメータに基づいて判断し、ＡＥの波形データ以外を破棄する波形判断手段（６ｄ）と、波形判断手段から受けたＡＥの波形データの各特性を解析する波形解析手段（６ｅ）が具備されていることを特徴とした岩盤挙動データ処理システム。
【請求項２】
前記制御装置（６）には、前記波形解析手段（６ｅ）で解析された解析結果を作表する作表手段（６ｆ）と、作表手段が作表した表を印字する印字手段（６ｇ）が具備されている請求項１に記載の岩盤挙動データ処理システム。
【請求項３】
前記制御装置（６）には、前記波形解析手段（６ｅ）で解析された解析結果を記憶する記憶手段（６ｈ）と、解析結果を遠隔地のコントローラーへ送信する通信手段（６ｉ）が具備されている請求項１又は２に記載の岩盤挙動データ処理システム。
【請求項４】
前記制御装置（６）には、前記増幅手段（６ａ）へしきい値を設定し、前記波形判断手段（６ｄ）へ時間のパラメータを設定する設定手段（６ｂ）が具備されている請求項１乃至３に記載の岩盤挙動データ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤が塑性変形あるいは破壊するときに、それまで貯えられていた歪エネルギが解放され弾性波が生じる現象であるＡｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓ ｉｏｎ（以下ＡＥと略す）を自動的に計測してデータ処理し、掘削に伴う地下空洞周辺の岩盤の”ゆるみ域”の範囲や岩盤挙動を推定することにより、地下発電所などの地下空洞を安全に掘削できるようにする岩盤挙動データ処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来空洞の掘削に際して、空洞周辺の岩盤内にボアホールを穿孔し、その中にＡＥセンサを設置し、セメントミルクで埋設する。このようにすると掘削に伴って岩盤内において発生するＡＥ波を埋設したＡＥセンサで受信して信号ケーブルを介して計測器に伝送している。このＡＥ波は通常１００ＫＨｚ程度である。このような方法で計測されたＡＥ波から空洞を掘削する際の岩盤の挙動を推定して予測するために、従来技術によれば、まず伝送された信号をすべて記憶媒体に収録し、次に計測作業の終了後に、測定員自身が目視によって全波形データによついてＡＥ波であるか否かを判別してＡＥ波と判別されたものについてＦＦＴ解析と波形のパラメータ解析等の波形解析を行い、その結果をまとめて岩盤挙動の予測をしていた。
【０００３】
したがって、このような従来の方法では測定員による人力を多く必要とし、計測結果を算出するのに比較的多くの時間を必要とするために、掘削の進捗に対応した計測結果を現場に反映させることが困難であった。また測定員を多く必要とすることは非能率である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した様な従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ＡＥの波形データを短時間に誤判断することなく解析でき、解析結果を即時に現場へ反映して地下空洞の安全掘削に供することができるようにした岩盤挙動データ処理システムを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、掘削される空洞の周囲に複数のＡＥセンサ（４）を埋設し、ＡＥセンサが感知した波形データを制御装置（６）に送信し、制御装置で波形データを解析するようにした岩盤挙動データ処理システムにおいて、前記制御装置（６）には、波形データをしきい値に基づいてフィルタリング処理し、フィルタリング処理された波形データを増幅して成型する増幅手段（６ａ）と、増幅手段から受けたアナログの波形データをデジタルの波形データに変換するＡＤ変換手段（６ｃ）と、ＡＤ変換手段から受けたデジタルの波形データを立ち上がり時間（Ｔ１）、持続時間時間（Ｔ２）、終了時間（Ｔ３）、立ち上がりから最大振幅までの時間（Ｔ４）のパラメータに基づいて判断し、ＡＥの波形データ以外を破棄する波形判断手段（６ｄ）と、波形判断手段から受けたＡＥの波形データの各特性を解析する波形解析手段（６ｅ）が具備されているので、ＡＥの波形データを短時間に正確に解析でき、解析結果を即時に現場へ反映して地下空洞の安全掘削に供することができるようになる。
【０００６】
そして、前記制御装置には、前記波形解析手段で解析された解析結果を作表する作表手段と、作表手段が作表した表を印字する印字手段が具備されているので、解析結果は印字されて目視でき、即時に現場へ反映して地下空洞の安全掘削に供することができるようになる。
【０００７】
さらに、前記制御装置には、前記波形解析手段で解析された解析結果を記憶する記憶手段と、解析結果を遠隔地のコントローラーへ送信する通信手段が具備されているので、解析結果を遠隔地でも知ることができ、地下空洞の安全掘削に供することができるようになる。
【０００８】
また、前記制御装置には、前記増幅手段へしきい値を設定し、前記波形判断手段へ時間のパラメータを設定する設定手段が具備されているので、岩盤の条件により数値を変更でき、掘削する現場の状況に即応できるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照にして、本発明の実施の形態を説明する。図１において、地下発電所用に掘削される空洞１は、断面が３０Ｍ×５０Ｍ程の巨大なものであり、掘削される空洞１の周囲には機械坑、ドレーン抗、作業抗などの坑道２、２・・・が掘られている。そして、坑道２から空洞１側の岩盤にボアホール３が複数掘られ、ボアホール３内にＡＥセンサ４が設置され、セメントミルクで埋設されている。ボアホール３内に設置されたＡＥセンサ４は、信号線５を介して制御装置６に接続されている。図中空洞１内の数字は掘削の順序を示し丸印の数字は先に行うものである。
【００１０】
図２は、本発明を実施した岩盤挙動データ処理システムのブロック図である。ＡＥセンサ４は、１ユニット４Ａ１２チャンネルを有し、１０ユニットで１セットを構成している。そして、ＡＥセンサ４の１ユニット４Ａが、各坑道２のボアホール３内に設置される。なお、図示の例では５ユニットが設置されているが１ユニット４Ａ（１２チャンネル）のみで使用してもよい。
【００１１】
ＡＥセンサ４で感知された波形データは、プリアンプ４ａで増幅され、信号線５を介して制御装置６へ入力される。制御装置６の増幅手段６ａは、設定手段６ｂで設定されたしきい値に基づいて送られてきた波形データをフィルタリング処理し、波形データを増幅して成型する。ＡＤ変換手段６ｃは、増幅手段６ａから受けたアナログの波形データをデジタルの波形データに変換する。波形判断手段６ｄは、設定手段６ｂで設定された時間のパラメータに基づいてＡＤ変換手段６ｃから受けた波形データを判断し、ＡＥの波形データ以外を破棄する。波形解析手段６ｅは、波形判断手段６ｄから受けたＡＥの波形データの各特性を解析する。作表手段６ｆは、波形解析手段６ｅから受けたＡＥの波形データの解析結果を作表し、印字手段６ｇで印字する。また、波形解析手段６ｅの解析結果は、記憶手段６ｈに記憶され、通信手段６ｉを介して遠隔地のコントローラ７へ送信できるようになっている。
【００１２】
次に、図３のフロー図、及び図４乃至７を参照にして動作を説明する。ＡＥセンサ４で波形が感知されると（ＳＴ１）、この波形はプリアンプ４ａで増幅され（ＳＴ２）、信号線５を介して制御装置６へ伝送される（ＳＴ３）。
【００１３】
制御装置６の増幅手段６ａには設定手段６ｂでしきい値が設定されていて、このしきい値に基づいて送られてきた波形データをフィルタリング処理し、波形データを増幅して成型する（ＳＴ４）。なお、本発明の岩盤挙動データ処理システムではノイズレベルより振幅の大きな波形を対象としているために、図４に示すように、設定手段６ｂで設定されるしきい値はノイズレベルより若干高めに設定されている。
【００１４】
このようにして増幅手段６ａでフィルタリング処理され増幅された波形データは、ＡＤ変換手段６ｃでアナログからデジタルの波形データに変換され、波形判断手段６ｄへ伝わる（ＳＴ５）。
波形判断手段６ｄには、波形の立ち上がり時間Ｔ１、波形の持続時間Ｔ２、波形の終了時間Ｔ３、及び立ち上がりから最大振幅までの時間Ｔ４の４つの時間のパラメータが設定手段６ｂで設定されている。図５の列に示すようにこの場合の時間のパラメータは、波形を記録する時間Ｔが2048μ秒であると、波形の立ち上がり時間Ｔ１は１００＜Ｔ１＜５００μ秒で、波形の持続時間Ｔ２は１００＜Ｔ２＜１２００μ秒で、波形の終了時間Ｔ３は３００＜Ｔ３＜１８００μ秒で、立ち上がりから最大振幅までの時間Ｔ４は０＜Ｔ４＜２００μ秒である。
なお、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は計測地点における初期のノイズ計測によって設定されるものである。
【００１５】
そして、４つの時間のパラメータＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４に基づいて、全ての波形データからＡＥの波形データを識別する。すなわち、全ての波形データを時間のパラメータＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４と比較し、その内の一つでも範囲外であればＡＥの波形データと認めないものである。観測された代表的な波形の例として、Ａ、Ｂ、ＣはＡＥの波形、Ｄは電気的なノイズ、Ｅは発破孔を掘削している時の波形である。このような波形データを受けた波形判断手段６ｄは、Ａ、Ｂ、Ｃは時間のパラメータＴ１乃至Ｔ４の条件をクリアしているのでＡＥの波形データと認め、ＤはＴ２、Ｔ４が短く、Ｔ３が長いのでＡＥの波形データと認めず破棄され、ＥはＴ２、Ｔ４が長いのでＡＥの波形データと認めず破棄される。このようにして、ＡＥの波形データだけが自動的に識別され、ＡＥの波形データと認められなかった波形は破棄される（ＳＴ６）。
【００１６】
波形判断手段６ｄで判断されたＡＥの波形データは波形解析手段６ｅへ伝わり、各特性が解析される。この解析内容は、図６に示すように波形の最大振幅Ｖ、リングダウン数、周波数Ｈｚ、パワー、及びＦＦＴ解析などであるＳＴ７）。
【００１７】
そして、波形解析手段６ｅで解析された解析結果は作表手段６ｆで作表され、印字手段６ｇで印字される（ＳＴ８）。図７は作表手段６ｆで作表され、印字手段６ｇで印字されたものあり、波形データが時経列順に、ＡＥセンサ別に印字されている。図７により、ＡＥの発生時刻、発生位置、最大振幅Ｖ、波形の立ち上がり時間Ｔ１、波形の持続時間Ｔ２、波形の終了時間Ｔ３、立ち上がりから最大振幅までの時間Ｔ４、リングダウン数、周波数Ｈｚ、パワー、及びＦＦＴ解析数（Ｗｏｒｄｓ数）などが容易に知ることができる。このようにして、ＡＥの波形データは短時間に誤判断することなく解析され、解析結果を即時に現場へ反映することができ、地下空洞の安全掘削に供することができるようになる。
【００１８】
また、波形解析手段６ｅで解析された解析結果は、記憶手段６ｈに記憶され、通信手段６ｉを介して遠隔地のコントローラ７へ送信できるようになっている（ＳＴ９）。このようにして、解析結果は遠隔地でも知ることができ、地下空洞の安全掘削に供することができるようになる。
なお、このシステムは岩盤空洞のみならず岩盤斜面など他の岩盤構造物でも適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、掘削される空洞の周囲に複数のＡＥセンサを埋設し、ＡＥセンサが感知した波形データを制御装置に送信し、制御装置で波形データを解析するようにした岩盤挙動データ処理システムにおいて、前記制御装置には、波形データをしきい値に基づいてフィルタリング処理し、フィルタリング処理された波形データを増幅して成型する増幅手段と、増幅手段から受けたアナログの波形データをデジタルの波形データに変換するＡＤ変換手段と、ＡＤ変換手段から受けた波形データを時間のパラメータに基づいて判断し、ＡＥの波形データ以外を破棄する波形判断手段と、波形判断手段から受けたＡＥの波形データの各特性を解析する波形解析手段が具備されているので、ＡＥの波形データを短時間に正確に解析でき、解析結果を即時に現場へ反映して地下空洞の安全掘削に供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の岩盤挙動データ処理システムを実施して空洞を掘削する全体図。
【図２】本発明の岩盤挙動データ処理システムの全体を示すブロック図。
【図３】本発明の岩盤挙動データ処理システムの動作を示すフロー図。
【図４】ＡＥ波形としきい値の概念図。
【図５】ＡＥ波形とノイズ波形との識別を示す図。
【図６】ＡＥ波形の解析を示す図。
【図７】ＡＥ波形の解析結果を示す図。
【符号の説明】
１・・・空洞
２・・・坑道
３・・・ボアホール
４・・・ＡＥセンサ
４ａ・・・プリアンプ
５・・・信号線
６・・・制御装置
６ａ・・・増幅手段
６ｂ・・・設定手段
６ｃ・・・ＡＤ変換手段
６ｄ・・・波形判断手段
６ｅ・・・波形解析手段
６ｆ・・・作表手段
６ｇ・・・印字手段
６ｈ・・・記憶手段
６ｉ・・・通信手段
７・・・コントローラ
【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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