JPH02122241A - ゆるみ岩検出装置 - Google Patents
ゆるみ岩検出装置Info
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- JPH02122241A JPH02122241A JP1252498A JP25249889A JPH02122241A JP H02122241 A JPH02122241 A JP H02122241A JP 1252498 A JP1252498 A JP 1252498A JP 25249889 A JP25249889 A JP 25249889A JP H02122241 A JPH02122241 A JP H02122241A
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- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
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- G—PHYSICS
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- G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
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- G—PHYSICS
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
イ、技術分野
本発明は、堅い岩の鉱山でのゆるんだ岩の検出、及び、
−旦検出したときのそれらの大きざとゆるさの程度の両
方の評価に関する。
−旦検出したときのそれらの大きざとゆるさの程度の両
方の評価に関する。
口、背景技術
ゆるみ岩の検出は、これまで一般に目盛りざおで岩をた
たき、その結果用る音を聞くことによってなしていた。
たき、その結果用る音を聞くことによってなしていた。
〃太鼓のような音はゆるみ岩のしるしで、鐘のような音
はしっかりした岩のしるしであった。しかし、上記の方
法は、がなり有効ではあるが、非常に主観的であること
が証明され、それでより客観的な器械を設計する試みが
種々なされている。そのような器械の−っが、１９８６
年７月８日発行の米国特許第４．．５９Ｂ。
はしっかりした岩のしるしであった。しかし、上記の方
法は、がなり有効ではあるが、非常に主観的であること
が証明され、それでより客観的な器械を設計する試みが
種々なされている。そのような器械の−っが、１９８６
年７月８日発行の米国特許第４．．５９Ｂ。
５８８号及び１９８６年３月のマイニング１ンジニアリ
ング、１５８ページの″鉱山局が不安定な天盤を検出す
る１ｌｉｉｌｆを開発する″という題の論文に開示され
ている。この器械は、ばね付のボールを使って岩に押し
つける加速度計と鉱山作業者が持ち且つ同軸ケーブルで
この加速度計と接続した分析装置から成る。この加速度
計は、近隣の岩を打棒で軽くたたくことによって生ずる
音波を検出する。これらの音波を受【プ、二つの帯域−
約５００乃至１０００Ｈｚと３０００乃至３５００Ｈｚ
−エネルギーレベルを比較できるように濾波する。しつ
かりしたものに対して、ゆるんだ岩は低周波帯域で高い
エネルギーレベルを示す。これは、デジタル読取装置で
の高い数値が示す。この器械を使ってゆるみ岩の状態を
見分けることでかなり良い結果を得た。しかし、地下の
テストで、加速度計の台面との接触の程度、打棒の種類
、地質等のような要因によっである量の読みのばらつき
を示した。更に、この加速曵計が受けたときの音波の相
対エネルギーレベルに影響するいくつかの変数がある。
ング、１５８ページの″鉱山局が不安定な天盤を検出す
る１ｌｉｉｌｆを開発する″という題の論文に開示され
ている。この器械は、ばね付のボールを使って岩に押し
つける加速度計と鉱山作業者が持ち且つ同軸ケーブルで
この加速度計と接続した分析装置から成る。この加速度
計は、近隣の岩を打棒で軽くたたくことによって生ずる
音波を検出する。これらの音波を受【プ、二つの帯域−
約５００乃至１０００Ｈｚと３０００乃至３５００Ｈｚ
−エネルギーレベルを比較できるように濾波する。しつ
かりしたものに対して、ゆるんだ岩は低周波帯域で高い
エネルギーレベルを示す。これは、デジタル読取装置で
の高い数値が示す。この器械を使ってゆるみ岩の状態を
見分けることでかなり良い結果を得た。しかし、地下の
テストで、加速度計の台面との接触の程度、打棒の種類
、地質等のような要因によっである量の読みのばらつき
を示した。更に、この加速曵計が受けたときの音波の相
対エネルギーレベルに影響するいくつかの変数がある。
例えば、ある種類の岩の減衰効果は、ある周波数のエネ
ルギーを減じ且つ音波エネルギーの関係を減らすことに
よってゆるみ岩の存在を隠すことがある。それで、″ゆ
るいかゆるくないか″という第１次の徴候は大ていの環
境で有効であるが、この器械のデジタル表示器に現れる
特定の数がゆるみ岩の大きさ又はゆるさの程度をたやす
く表示はしない。この装置は又、ゆるみ岩が４ＴｒＬ×
０．５ｍＸ０．５ｍよりも大きければ、ゆるいかしつか
りしているかを区別することに制限される。
ルギーを減じ且つ音波エネルギーの関係を減らすことに
よってゆるみ岩の存在を隠すことがある。それで、″ゆ
るいかゆるくないか″という第１次の徴候は大ていの環
境で有効であるが、この器械のデジタル表示器に現れる
特定の数がゆるみ岩の大きさ又はゆるさの程度をたやす
く表示はしない。この装置は又、ゆるみ岩が４ＴｒＬ×
０．５ｍＸ０．５ｍよりも大きければ、ゆるいかしつか
りしているかを区別することに制限される。
ハ０発明の目的
従って本発明の目的は、より信頼性のあるゆるみ岩検出
装置を提供すること、更に又その岩の大きざ及びゆるみ
の程度を評価できる検出装置を提供することである。
装置を提供すること、更に又その岩の大きざ及びゆるみ
の程度を評価できる検出装置を提供することである。
二０発明の開示
本発明によるゆるみ岩検出装置は、台面をただくための
衝撃工具、この衝撃工具を岩面に向けて動かずことによ
って発生した音響、岩運動及び／又は衝撃力信号を検出
するためのセンサ、ゆるみ岩を検出するため並びにこの
岩の大きざ及びゆるみの程度を評価するために、時間又
は周波数領域のそのような信号を所定の関係に対して相
関づ【プるために上記のセン１ノに反応するデータ処理
装置、及びそのような相関づりの結果を表示するための
表示］ニラ１〜を含む。
衝撃工具、この衝撃工具を岩面に向けて動かずことによ
って発生した音響、岩運動及び／又は衝撃力信号を検出
するためのセンサ、ゆるみ岩を検出するため並びにこの
岩の大きざ及びゆるみの程度を評価するために、時間又
は周波数領域のそのような信号を所定の関係に対して相
関づ【プるために上記のセン１ノに反応するデータ処理
装置、及びそのような相関づりの結果を表示するための
表示］ニラ１〜を含む。
このデータ処理装置は、これらの音響、運動及び衝撃力
信号をアナＩコグ形からデジタル形に変えるためにこれ
らのセン勺に反応するアナログ・デジタル変換器、並び
に時間領域のそのような信号を記憶づるためのメモリユ
ニットを含む。
信号をアナＩコグ形からデジタル形に変えるためにこれ
らのセン勺に反応するアナログ・デジタル変換器、並び
に時間領域のそのような信号を記憶づるためのメモリユ
ニットを含む。
このデータ処理装置は又、時間領域の４１号を周波数領
域に変換するためのスペクトル分析器、並びにそのよう
な時間領域及び周波数領域の信号を扱い且つそれらを上
記の所定の関係に対して相関づけるための計算及び積分
処理コニットを含む。
域に変換するためのスペクトル分析器、並びにそのよう
な時間領域及び周波数領域の信号を扱い且つそれらを上
記の所定の関係に対して相関づけるための計算及び積分
処理コニットを含む。
さて、本発明を、例として、添付の図面を参照して説明
する。
する。
小、実施例
第１図を参照するに、ゆるみ岩を検出し且つ評価するた
めのこのシステム全体は、三つの主要部から成る。即ち
、全体を参照数字１０で示ず、センサを備えた衝撃工具
、全体を参照数字１２で示し、信号を解析し月゛つ相関
をとるための電子的コンピュータ装置を含むデータ処理
装置、並びに表示ユニツ１へ１４である。この衝撃工具
は、機械的目盛さおのブーム１６に取付けられ且つ岩面
を打つようにされたｉｓ棒１５であるのが好ましい。
めのこのシステム全体は、三つの主要部から成る。即ち
、全体を参照数字１０で示ず、センサを備えた衝撃工具
、全体を参照数字１２で示し、信号を解析し月゛つ相関
をとるための電子的コンピュータ装置を含むデータ処理
装置、並びに表示ユニツ１へ１４である。この衝撃工具
は、機械的目盛さおのブーム１６に取付けられ且つ岩面
を打つようにされたｉｓ棒１５であるのが好ましい。
手動の衝撃工具を使ってもよい。この衝撃工具に関連づ
゛るセン４ノ類は、岩面から安全距離（典型的にば１０
０ｍと１ＴｒＬの間）に取付けられたマイクロホン１８
のような音響センサ、岩面と接触している加速度語２０
のＪ：うな運動センサ、及びこの衝撃捧に取イリ（プら
れた衝撃カセンザ２２から成る。
゛るセン４ノ類は、岩面から安全距離（典型的にば１０
０ｍと１ＴｒＬの間）に取付けられたマイクロホン１８
のような音響センサ、岩面と接触している加速度語２０
のＪ：うな運動センサ、及びこの衝撃捧に取イリ（プら
れた衝撃カセンザ２２から成る。
他の音響測定技術を使ってもにい。同様に、他の岩運動
検知装置を使ってもよい。
検知装置を使ってもよい。
上記のセンサ類で検出したアナログ信号は、デジタル形
に変換器るために、プリアンプ及びフィルタ２４を通し
てアナ［１グ／デジタル変換器２６へ送られ、次に後の
解析のためにザンプルホールドメモリユニット２８に記
憶される。このメモリユニット２８に記憶された信号は
、コンピュータをベースにした計算／積分処理ユニット
３０によって、直接、１４間領域で解析してもよく、又
はこの処理ユニットによる解析する前にＦＦＴスペクト
ル分析器３１によって周波数領域に変換してもよい。こ
の処理ユニットの出力は、検出／評価ユツー・３２で、
ゆるみ岩を検出し且つその大きさ及びゆるみの程度を評
価するために、このコンピュータに記憶された所定の相
関関数３４と比較される。ユニット２６，２８，３０，
３１，３２及び３４にＪ：って行われる機能は、適当に
プログラムしたジエンラッド２５１５型コンピユータ支
援テス１〜システム（ゼネラルラジオ製）で行ってもよ
いが、他のこれに相当するコンピュータ支援装置を使っ
てもよい。この検出／評価ユニット３２の出力は、表示
ユニット１４へ送られる。
に変換器るために、プリアンプ及びフィルタ２４を通し
てアナ［１グ／デジタル変換器２６へ送られ、次に後の
解析のためにザンプルホールドメモリユニット２８に記
憶される。このメモリユニット２８に記憶された信号は
、コンピュータをベースにした計算／積分処理ユニット
３０によって、直接、１４間領域で解析してもよく、又
はこの処理ユニットによる解析する前にＦＦＴスペクト
ル分析器３１によって周波数領域に変換してもよい。こ
の処理ユニットの出力は、検出／評価ユツー・３２で、
ゆるみ岩を検出し且つその大きさ及びゆるみの程度を評
価するために、このコンピュータに記憶された所定の相
関関数３４と比較される。ユニット２６，２８，３０，
３１，３２及び３４にＪ：って行われる機能は、適当に
プログラムしたジエンラッド２５１５型コンピユータ支
援テス１〜システム（ゼネラルラジオ製）で行ってもよ
いが、他のこれに相当するコンピュータ支援装置を使っ
てもよい。この検出／評価ユニット３２の出力は、表示
ユニット１４へ送られる。
第２図に概略を示すように、衝撃工員１５で右面を打つ
ことによって発生ずる信号の源は、岩の運動、衝撃工具
の振動及び岩の中の入射又は反射応力波である。これら
の信号は、岩面に接触する一つ以上のセンサ２０を使う
接触手法用の加速度信号の形でも、一つ以上のマイク［
」ボン１８を使う非接触手法用の音響信号の形でもよい
。コニ具衝撃ツノもセン”ｊ−２２で検出するが、第２
図には示して４５い。本発明の目的は、ゆるみ亡の大き
さとゆるみの程麻の最も信頼性ある検出と定量的評価を
得るために上記の信号の全ての使用を最適化することで
ある。これらの信号は、最も信頼性のある結果を得るた
めに、ある場合には別々に使用し、伯の場合には組合せ
て使用する。
ことによって発生ずる信号の源は、岩の運動、衝撃工具
の振動及び岩の中の入射又は反射応力波である。これら
の信号は、岩面に接触する一つ以上のセンサ２０を使う
接触手法用の加速度信号の形でも、一つ以上のマイク［
」ボン１８を使う非接触手法用の音響信号の形でもよい
。コニ具衝撃ツノもセン”ｊ−２２で検出するが、第２
図には示して４５い。本発明の目的は、ゆるみ亡の大き
さとゆるみの程麻の最も信頼性ある検出と定量的評価を
得るために上記の信号の全ての使用を最適化することで
ある。これらの信号は、最も信頼性のある結果を得るた
めに、ある場合には別々に使用し、伯の場合には組合せ
て使用する。
非接触手法で、マイクロホン１８が検出した、しつかり
した岩からの音響信号は、一般に、衝撃工員の振動に典
型的な低振幅レベル、低減衰及び高周波数の特徴をもつ
。逆に、ゆるみ岩からの信号は、″太鼓のような岩の特
徴である、高振幅、大減衰及び低周波数を示す。
した岩からの音響信号は、一般に、衝撃工員の振動に典
型的な低振幅レベル、低減衰及び高周波数の特徴をもつ
。逆に、ゆるみ岩からの信号は、″太鼓のような岩の特
徴である、高振幅、大減衰及び低周波数を示す。
周波数領域に変換すると、上に議論した二つの音響信号
【、１、非常に異りつ）Ｊ力デゴリーに属する。
【、１、非常に異りつ）Ｊ力デゴリーに属する。
しつかりした岩に対しては、第３ａ図に示すように、は
っきりと決まった固有振動数での衝撃工具の振動又は鐘
を鳴らすような音″が支配的である。ゆるみ岩に対して
は、第３ｂ図に示すように、ゆるみ岩の低周波数スペク
トル特性が明白である。
っきりと決まった固有振動数での衝撃工具の振動又は鐘
を鳴らすような音″が支配的である。ゆるみ岩に対して
は、第３ｂ図に示すように、ゆるみ岩の低周波数スペク
トル特性が明白である。
それで、音響信号の周波数領域での分析がゆるみ岩を検
出するために適当である。
出するために適当である。
接触手法で、固定台及びゆるみ岩について衝撃工具に対
する岩の加速度反応を、衝撃点の近くでこの岩と接触し
て保持した加速度計２０’で測定する。時間領域の記録
で、第４ａ図と第４ｂ図を比べればはっきりするように
、ゆるみ岩に対して初期加速度ピークが高く且つ長く続
く傾向がある。
する岩の加速度反応を、衝撃点の近くでこの岩と接触し
て保持した加速度計２０’で測定する。時間領域の記録
で、第４ａ図と第４ｂ図を比べればはっきりするように
、ゆるみ岩に対して初期加速度ピークが高く且つ長く続
く傾向がある。
又、最初の加速度ピークは通常角である。それで、考慮
する時間間隔での加速度積分は、ゆるみ岩に対ｊ゛る方
が大きい。
する時間間隔での加速度積分は、ゆるみ岩に対ｊ゛る方
が大きい。
周波数領域で、第５ａ図及び第５ｂ図に示すように、低
周波部分く即ち、Ｏ−５００Ｆ２）はゆるみ岩に対して
はるかに大きく、一方高周波部分（即ち、２０００−４
０００Ｈｚ）は固定台に対して高い傾向がある。一般に
、加速度信号レベルは、固定台に対してはるかに低い。
周波部分く即ち、Ｏ−５００Ｆ２）はゆるみ岩に対して
はるかに大きく、一方高周波部分（即ち、２０００−４
０００Ｈｚ）は固定台に対して高い傾向がある。一般に
、加速度信号レベルは、固定台に対してはるかに低い。
固定台の唯一の信号源が入射応力波であるのに対して、
ゆるみ岩では信号には岩本体の運動、岩の振動及び反射
応力波も含むので、これは驚くには当たらない。それで
、加速度反応信号の周波数領域分析もゆるみ岩の検出に
適当である。
ゆるみ岩では信号には岩本体の運動、岩の振動及び反射
応力波も含むので、これは驚くには当たらない。それで
、加速度反応信号の周波数領域分析もゆるみ岩の検出に
適当である。
上に示すように、ゆるみ岩及び固定台から来る信号は有
意な差を示す。それＣ１これらの差を利用した分析技術
及び比較規準は、ゆるみ岩の検出に対する適切な情報を
提供する。
意な差を示す。それＣ１これらの差を利用した分析技術
及び比較規準は、ゆるみ岩の検出に対する適切な情報を
提供する。
ゆるみ岩の検出
ゆるみ岩を検出するための分析的技術及び規準の開発に
於ける一般的方法は、音響及び加速度信号に含まれる利
用可能な情報の使用を最適化することである。即ち、大
振幅、低周波数の信号はゆるみ岩を意味し、低振幅、高
周波数の信号は固定台を意味し、はっきりと決った周波
数での振動ピクは衝撃工具の反応に関係しｎつ固定台を
示Ｊ０従って、以下に示すようにいくつかの相関又は関
係が上記の傾向及び特性を公式化するために開発されて
いる。
於ける一般的方法は、音響及び加速度信号に含まれる利
用可能な情報の使用を最適化することである。即ち、大
振幅、低周波数の信号はゆるみ岩を意味し、低振幅、高
周波数の信号は固定台を意味し、はっきりと決った周波
数での振動ピクは衝撃工具の反応に関係しｎつ固定台を
示Ｊ０従って、以下に示すようにいくつかの相関又は関
係が上記の傾向及び特性を公式化するために開発されて
いる。
１）音響的手法
音響的手法を使えば、次の関係Ｆ１がゆるみ岩の検出の
ために良い規準であることが分かつている。
ために良い規準であることが分かつている。
Ｆ、２ （全一工具）音響信号（０−２０００１
（ｚ）Ｆ １−− ＝ Ｆ３ Ｉ具音響信号（０〜５０００Ｈｚ）但
し、Ｆ２は０−２０００Ｈｚの周波数範囲に於ける全音
響信号引く衝撃工具の振動に起因する信号である。この
工具振動周波数は、工具の固り振動数に相当する。これ
らの固有振動数は既知で、第３ａ図に高振幅信号で示す
ようにはっきりと決まっている。この工具の固有振動数
に相当する狭い帯域内の音響信号を既知の方法で全音響
スペクトルから引く。０−５０００Ｈ２の周波数範囲に
於ける工具の固有振動数に相当する狭い帯域内の音響信
号の和であるＦ３による正規化はこの相関を改善したこ
とが分かつている。Ｆ３は一般に衝撃の大きさに比例す
るので、上記の正規化は本質的に衝撃力の振動を補償す
る。正規化は、衝撃力の測定から直接行ってもよい。Ｆ
ｌによって与えられるゆるみ岩と固定台の区別は良い。
（ｚ）Ｆ １−− ＝ Ｆ３ Ｉ具音響信号（０〜５０００Ｈｚ）但
し、Ｆ２は０−２０００Ｈｚの周波数範囲に於ける全音
響信号引く衝撃工具の振動に起因する信号である。この
工具振動周波数は、工具の固り振動数に相当する。これ
らの固有振動数は既知で、第３ａ図に高振幅信号で示す
ようにはっきりと決まっている。この工具の固有振動数
に相当する狭い帯域内の音響信号を既知の方法で全音響
スペクトルから引く。０−５０００Ｈ２の周波数範囲に
於ける工具の固有振動数に相当する狭い帯域内の音響信
号の和であるＦ３による正規化はこの相関を改善したこ
とが分かつている。Ｆ３は一般に衝撃の大きさに比例す
るので、上記の正規化は本質的に衝撃力の振動を補償す
る。正規化は、衝撃力の測定から直接行ってもよい。Ｆ
ｌによって与えられるゆるみ岩と固定台の区別は良い。
例えば、鉱山の環境で行ったテストでは、Ｆｌ＜０．３
４が固定台の特性で、Ｆｌ＞０．５５がゆるみ岩の特性
であった。これらの値は、実際の測定との比較のために
相関関係ユニット３４で規準として使用する。
４が固定台の特性で、Ｆｌ＞０．５５がゆるみ岩の特性
であった。これらの値は、実際の測定との比較のために
相関関係ユニット３４で規準として使用する。
検出の信頼性を上げるために他の関係や規準を使っても
よい、例えば、Ｆ、 ２ ＜衝撃力又は音響センサ特性
のようなパラメータに依る現在のレベル、を第２の規準
として使っている。これら二つの規準で、鉱山で採った
９５のサンプル岩から９４の正しい評価を達成している
。更に信頼性をよくするためにその他の関係も使ってよ
い。
よい、例えば、Ｆ、 ２ ＜衝撃力又は音響センサ特性
のようなパラメータに依る現在のレベル、を第２の規準
として使っている。これら二つの規準で、鉱山で採った
９５のサンプル岩から９４の正しい評価を達成している
。更に信頼性をよくするためにその他の関係も使ってよ
い。
ｉ）接触手法
同様に、この接触手法のためのゆるみ岩検出規準を開発
した。周波数範囲１２５−．３７５Ｈｚに於ける加速度
信号（第５ｂ図に示す）のエネルギスペクトル密度の積
分である、関係Ｆ／Ｉはゆるさの良い指標である。岩の
運動がゆるさに関係することは意味をなす。この関係は
、ゆるみ岩検出のための第１規準として使うことかて゛
きる。
した。周波数範囲１２５−．３７５Ｈｚに於ける加速度
信号（第５ｂ図に示す）のエネルギスペクトル密度の積
分である、関係Ｆ／Ｉはゆるさの良い指標である。岩の
運動がゆるさに関係することは意味をなす。この関係は
、ゆるみ岩検出のための第１規準として使うことかて゛
きる。
ある場合に、最初の加速度ピークが第４ｂ図に示づ−よ
うに負ではなく正であることが分かつている。これは、
ゆるみ岩に対してだ（）起こり、月つこのリーンプル岩
のある揺動型の運動に起因するのかもしれない。正のピ
ークは、岩を衝撃工具で壁の中に１］ら込／υだどき、
それが少し離れた加速度目の位置で壁から離れる方向に
動き、この岩が衝撃点と加速度訓の間の支持点の周に回
転したことを示すことを意味する。他のありうる説明は
、岩の割れ目又はきずにより反射される応力波があるこ
とである。この挙動はゆるみ岩にだ（プ起こりつる。従
って、正の最初の加速度ピークもゆるみ岩の検出に有用
な規準である。これは時間領域の規準であること注意を
要する。
うに負ではなく正であることが分かつている。これは、
ゆるみ岩に対してだ（）起こり、月つこのリーンプル岩
のある揺動型の運動に起因するのかもしれない。正のピ
ークは、岩を衝撃工具で壁の中に１］ら込／υだどき、
それが少し離れた加速度目の位置で壁から離れる方向に
動き、この岩が衝撃点と加速度訓の間の支持点の周に回
転したことを示すことを意味する。他のありうる説明は
、岩の割れ目又はきずにより反射される応力波があるこ
とである。この挙動はゆるみ岩にだ（プ起こりつる。従
って、正の最初の加速度ピークもゆるみ岩の検出に有用
な規準である。これは時間領域の規準であること注意を
要する。
ト記の複合規準も接触１法に対し９５％以上の成功率に
導く（事実、鉱山ＩＷ′境で行ったアス１へで６５のリ
ーンプル中６４に正しい評価をした）。
導く（事実、鉱山ＩＷ′境で行ったアス１へで６５のリ
ーンプル中６４に正しい評価をした）。
右の大きさの評価
）音費的ミし払
低周波数音響信号レベル（即ち、Ｏ−５００１１１）と
岩の大きさの間にある相関があることが分かつている。
岩の大きさの間にある相関があることが分かつている。
平均岩反応周波数は、岩の片持ちはりの長さと共に減づ
゛るようＣある。これは次の解析に」、つてけ１明覆る
ことがで゛きる。
゛るようＣある。これは次の解析に」、つてけ１明覆る
ことがで゛きる。
第６ａ及び第６ｂ図の理想化した片持Ｊうはりのゆるみ
岩の振動数ｔは次の式で表ねり−ことができる。
岩の振動数ｔは次の式で表ねり−ことができる。
ｒｎ １ ’
但し、曲げ剛わき［■はｂｄ３に関係し、単位長さ当た
りの質ｆｉｍはｂｄに関係し、且つｌはこの岩の片持ち
はりの良さである。それで、ｆ −ｄ／ｊ２２ ゆるみ岩の縦横比ｄ／Ａは、平均して大まかに一定であ
るのＣ゛、すると ｆｏＣ１／ｊ２ これは振動数が大きざと共に減するべぎであることを意
味づる。このようにして岩の太ささと振動数の相関が出
現する。この相関を表ねＪ便利な方法は、岩からの５０
０Ｈｚ以下の低周波音の振幅℃゛ある、低周波数音響信
号関係［５である。これは、本質的に０−５００Ｈｚの
周波数範囲にわたる合費信号（第３ｂ図に示す）のエネ
ルギースペクトル密度の積分である。
りの質ｆｉｍはｂｄに関係し、且つｌはこの岩の片持ち
はりの良さである。それで、ｆ −ｄ／ｊ２２ ゆるみ岩の縦横比ｄ／Ａは、平均して大まかに一定であ
るのＣ゛、すると ｆｏＣ１／ｊ２ これは振動数が大きざと共に減するべぎであることを意
味づる。このようにして岩の太ささと振動数の相関が出
現する。この相関を表ねＪ便利な方法は、岩からの５０
０Ｈｚ以下の低周波音の振幅℃゛ある、低周波数音響信
号関係［５である。これは、本質的に０−５００Ｈｚの
周波数範囲にわたる合費信号（第３ｂ図に示す）のエネ
ルギースペクトル密度の積分である。
衝撃工具が看と接触している時間中の衝撃力の積分Ｃあ
る、衝撃信号「６でＦ５を割ることによってそれを正規
化することが望ましいことが分かった。その結果の相関
は、第７図に示ずようにＦ ７ ＝ Ｆ ５ ／ ｔ−
６である。この関係は、既知の大きさのいくつかのザン
プル岩について行ったテスト中に開発した。大ていのデ
ータは、これらの実験データを通る最良適合線の±３の
係数内にある。
る、衝撃信号「６でＦ５を割ることによってそれを正規
化することが望ましいことが分かった。その結果の相関
は、第７図に示ずようにＦ ７ ＝ Ｆ ５ ／ ｔ−
６である。この関係は、既知の大きさのいくつかのザン
プル岩について行ったテスト中に開発した。大ていのデ
ータは、これらの実験データを通る最良適合線の±３の
係数内にある。
この最良適合線は、相関関係ユニット３４で岩の大きさ
を評価するための規準として使う。実際上、この評価は
第１図の表示ユニ、ット１４でバーライフ ］へで表示する。
を評価するための規準として使う。実際上、この評価は
第１図の表示ユニ、ット１４でバーライフ ］へで表示する。
）接触手法
根本原理から、岩の大きさＭは、与えられた衝撃力Ｆ
（ｔ： ）に対する岩加速度ａ（１：）に逆比例するこ
とが期待される。それで、もし衝撃運動量が大まかに一
定であるなら、岩の大きさは次のように相関すべきであ
る。
（ｔ： ）に対する岩加速度ａ（１：）に逆比例するこ
とが期待される。それで、もし衝撃運動量が大まかに一
定であるなら、岩の大きさは次のように相関すべきであ
る。
Ｍ ｏｃ １／ａ（ｔ）
最大岩加速度関係は、Ｆ８と呼ばれ、第８図に示すよう
に岩の大きさに対してよい相関を示すことが分かった。
に岩の大きさに対してよい相関を示すことが分かった。
予測した岩の大きさと測定した大ぎさの間の一致は、大
まかに±２．５の係数内である。実験データを通る最良
適合線は、岩の大きさを評価するための規準で、相関関
数ユニツ１〜３４で使用する。
まかに±２．５の係数内である。実験データを通る最良
適合線は、岩の大きさを評価するための規準で、相関関
数ユニツ１〜３４で使用する。
ゆるみの程度の評価
ゆるみの物理的特性は、割れ目と隙間で、それがこのゆ
るみ岩とその下のしつかりした岩の間の和文・ｊ運動を
可能にする。ゆるみ岩が動くと、多分これらの割れ「［
と隙間で・か４ｆりの摩擦と衝突があリ、それがエネル
ギーを吸収し、この眉の運動を衝撃後急速に減衰させる
だろう。あまりゆるくない岩はより良くくっついていて
、それでエネルギー吸収能力は小さいだろう。従って、
ゆるみの程度が減衰と比例するということは意味をなす
。
るみ岩とその下のしつかりした岩の間の和文・ｊ運動を
可能にする。ゆるみ岩が動くと、多分これらの割れ「［
と隙間で・か４ｆりの摩擦と衝突があリ、それがエネル
ギーを吸収し、この眉の運動を衝撃後急速に減衰させる
だろう。あまりゆるくない岩はより良くくっついていて
、それでエネルギー吸収能力は小さいだろう。従って、
ゆるみの程度が減衰と比例するということは意味をなす
。
ゆるみ岩からの典型的な時間領域信号の特徴のいくつか
を第９図に示す。工具が岩を打つとき、それは内外に振
動し、振幅が減少する。これらの信号の衰退率は、ゆる
みの程度の良い指標であることが分かつている。減衰と
げばれるこの衰退率の計算は、多くの異なる手法を使用
する。基本的目的は、第９図に示すようにこの信号に指
数的に減衰する関数を当てはめることである。
を第９図に示す。工具が岩を打つとき、それは内外に振
動し、振幅が減少する。これらの信号の衰退率は、ゆる
みの程度の良い指標であることが分かつている。減衰と
げばれるこの衰退率の計算は、多くの異なる手法を使用
する。基本的目的は、第９図に示すようにこの信号に指
数的に減衰する関数を当てはめることである。
我々は、工具振動から生ずる音ではなく、岩の運動によ
って、生ずる音の減衰にだけ関心があるので、工具の既
知の固有振動数に相当する周波数線を周波数領域で除去
する。岩の運動によって生ずる音だけを含む時間領域信
号を作るため、スペクトルは時間領域に変換し戻される
。
って、生ずる音の減衰にだけ関心があるので、工具の既
知の固有振動数に相当する周波数線を周波数領域で除去
する。岩の運動によって生ずる音だけを含む時間領域信
号を作るため、スペクトルは時間領域に変換し戻される
。
単純な構造は、しばしば離散した振動数で振動し、それ
が衝撃に続くきれいに減衰する正弦波信号となる。減衰
は、引き続くピークの相対振幅を比較することによって
計算できる。ゆるみ岩の場合、この信号は、複雑な形状
と支持状態のために、非常に″騒々しい”様子をしてい
る。騒々しい信号から減衰を決定するために、次の手続
を使用した。即ち、 １、岩音圧の絶対値を第１０図に示すように計算する。
が衝撃に続くきれいに減衰する正弦波信号となる。減衰
は、引き続くピークの相対振幅を比較することによって
計算できる。ゆるみ岩の場合、この信号は、複雑な形状
と支持状態のために、非常に″騒々しい”様子をしてい
る。騒々しい信号から減衰を決定するために、次の手続
を使用した。即ち、 １、岩音圧の絶対値を第１０図に示すように計算する。
２、非常に小さい値を対数「１盛での低い値を除くため
に加える。
に加える。
３、データを通る最良適合線の勾配を計算する。
これは、データを通る次の形の曲線を当てはめることに
相当する。
相当する。
振幅一定数Ｘ。Ｘ、−（衰退率）Ｘ時間この線の勾配は
、衰退率又は減衰に等しい。
、衰退率又は減衰に等しい。
音響信号を使って開発した、最も好結果のゆるみ相関は
、Ｆ９−岩音の衰退率である。ゆるみの程度は、Ｆ９の
値に比例することが分かった。多くの岩の勺ンブルをテ
ストし、これらの実験デ４゜ りを通る最良適合線をＦ７及びＦ８に対すると同様に誘
導した。この最良適合線は、ゆるみの程度を評価するた
めの規準として相関関数ユニット３４で使用する。実際
上、このゆるみの程度は、第１図の表示ユニット１４で
パーライトによって表示する。与えられたＦ９の値に対
して点灯するライトの数はゆるみに関係する。対応する
関係［１０を加速度信号を使って開発した。
、Ｆ９−岩音の衰退率である。ゆるみの程度は、Ｆ９の
値に比例することが分かった。多くの岩の勺ンブルをテ
ストし、これらの実験デ４゜ りを通る最良適合線をＦ７及びＦ８に対すると同様に誘
導した。この最良適合線は、ゆるみの程度を評価するた
めの規準として相関関数ユニット３４で使用する。実際
上、このゆるみの程度は、第１図の表示ユニット１４で
パーライトによって表示する。与えられたＦ９の値に対
して点灯するライトの数はゆるみに関係する。対応する
関係［１０を加速度信号を使って開発した。
第１１図は、電源４０によって電力を与えられる表示装
置１４のブロック線図である。この表示装置はＩ１０ユ
ニット４２を含み、それは、ＣＰＵユニット４４の制御
の下でデータ処理装置から信号を受け、且つパーチャー
トの種々のランプ４８及びこの表示ユニットのブザー５
ｏを付勢するため、普通のドライバー４６を作動する。
置１４のブロック線図である。この表示装置はＩ１０ユ
ニット４２を含み、それは、ＣＰＵユニット４４の制御
の下でデータ処理装置から信号を受け、且つパーチャー
トの種々のランプ４８及びこの表示ユニットのブザー５
ｏを付勢するため、普通のドライバー４６を作動する。
第１図は、本発明によるゆるみ岩検出装置の模式的、線
図である。 第２図は、信号源を示す線図である。 第３ａ図及び第３ｂ図は、周波数領域に変換し２ま た、しつかりした岩及びゆるんだ岩のための音響信号の
典型的エネルギースペクＩ−ル密度線図を示す。 第４ａ図及び第４ｂ図は、しつかりした岩及びゆるんだ
岩のための典型的な時間領域の加速度信号を示す。 第５ａ図及び第５ｂ図は、周波数領域に変換した、同じ
加速度信号を示す。 第６ａ図及び第６ｂ図は、理想化したゆるみ岩を示す線
図である。 第７図は、音響信号及び衝撃力信号を使って、岩の大き
さを評価するために開発した相関を示す。 第８図は、加速度信号を使って、岩の大きさを評価する
ために開発した相関を示す。 第９図は、ゆるみ岩からの典型的時間領域加速度信号を
示す。 第１０図は、典型的時間領域加速度信号を岩の減衰を計
算するために使う方法を示す。 第１１図は、適切な表示装置のブロック線図である。 １２・・・データ処理装置 １４・・・表示ユニット １８．２０．２２・・・センサ ２６・・・アナログ・デジタル変換器 ２８・・・メモリユニット ３０・・・計算及び積分処理ユニツ１〜３１・・・スペ
クトル分析器。
図である。 第２図は、信号源を示す線図である。 第３ａ図及び第３ｂ図は、周波数領域に変換し２ま た、しつかりした岩及びゆるんだ岩のための音響信号の
典型的エネルギースペクＩ−ル密度線図を示す。 第４ａ図及び第４ｂ図は、しつかりした岩及びゆるんだ
岩のための典型的な時間領域の加速度信号を示す。 第５ａ図及び第５ｂ図は、周波数領域に変換した、同じ
加速度信号を示す。 第６ａ図及び第６ｂ図は、理想化したゆるみ岩を示す線
図である。 第７図は、音響信号及び衝撃力信号を使って、岩の大き
さを評価するために開発した相関を示す。 第８図は、加速度信号を使って、岩の大きさを評価する
ために開発した相関を示す。 第９図は、ゆるみ岩からの典型的時間領域加速度信号を
示す。 第１０図は、典型的時間領域加速度信号を岩の減衰を計
算するために使う方法を示す。 第１１図は、適切な表示装置のブロック線図である。 １２・・・データ処理装置 １４・・・表示ユニット １８．２０．２２・・・センサ ２６・・・アナログ・デジタル変換器 ２８・・・メモリユニット ３０・・・計算及び積分処理ユニツ１〜３１・・・スペ
クトル分析器。
Claims (11)
- （１）ゆるみ岩検出装置であつて、 ａ）岩面をたたくための衝撃工具（１５）、ｂ）該衝撃
工具を岩の面に向けて動かすことによつて発生した、音
響、岩運動及び／又は衝撃力信号を検出するためのセン
サ（１８、２０、２２）、 ｃ）ゆるみ岩を検出するため並びにこの岩の大きさ及び
ゆるさの程度を評価するために、時間及び／又は周波数
領域の該信号を所定の関係に対して相関づけるために該
センサに反応するデータ処理装置（１２）、及び ｄ）この相関づけの結果を表示するための表示ユニット
（１４）、 れ検出装置。 - （２）請求項１記載のゆるみ岩検出装置に於いて該デー
タ処理装置（１２）が、音響、運動及び衝撃力信号をア
ナログ形からデジタル形に変えるためにそのようなセン
サに反応するアナログ・デジタル変換器（２６）、並び
に時間領域の該デジタル信号を記憶するためのメモリユ
ニット（２８）を含む検出装置。 - （３）請求項２記載のゆるみ岩検出装置に於いて、該デ
ータ処理装置（１２）が、該時間領域信号を周波数領域
に変換するためのスペクトル分析器（３１）を含む検出
装置。 - （４）請求項３記載のゆるみ岩検出装置に於いて、該デ
ータ処理装置が、該時間領域及び／又は周波数領域の信
号を扱い且つそれらを該所定の関係に対して相関づける
ための計算及び積分処理ユニット（３０）を含む検出装
置。 - （５）請求項１記載のゆるみ岩検出装置に於いて、Ｆ１
＝Ｆ２／Ｆ３の関係がゆるみ岩検出のために適当な規準
であり、但しＦ２は０−２０００Ｈｚの周波数範囲の全
音響信号引く衝撃工具の振動に起因する信号であり、且
つＦ３は０−５０００Ｈｚの周波数範囲に於ける衝撃工
具によつて生じた音の振幅の和である検出装置。 - （６）請求項１記載のゆるみ岩検出装置に於いて、１２
５−３７５Ｈｚの周波数範囲の加速度信号のエネルギー
スペクトル密度の積分であるＦ４がゆるみ岩検出のため
に適当な規準である検出装置。 - （７）請求項５又は６記載のゆるみ岩検出装置に於いて
、検出の信頼性を改善するために複合規準を使う検出装
置。 - （８）請求項１記載のゆるみ岩検出装置に於いて、Ｆ７
＝Ｆ５／Ｆ６の関係がゆるみ岩の大きさを評価するため
に適当な関係であり、但しＦ５は５００Ｈｚ以下の岩か
らの低周波音の振幅であり、且つＦ６は衝撃工具が岩と
接触している時間中の衝撃力の積分である検出装置。 - （９）請求項１記載のゆるみ岩検出装置に於いて、Ｆ８
＝衝撃工具が岩をたたいたときの最大岩加速度、の関係
がゆるみ岩の大きさの評価のために適当な規準である検
出装置。 - （１０）請求項１記載のゆるみ岩検出装置に於いて、Ｆ
９＝岩の音響信号減衰の関係がゆるみ岩のゆるさの程度
の評価のために適当な規準である検出装置。 - （１１）請求項１記載のゆるみ岩検出装置に於いて、Ｆ
１０＝岩の加速度減衰の関係がゆるみ岩のゆるさの程度
の評価のために適当な規準である検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000579030A CA1323683C (en) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | Loose rock detector |
| CA579030 | 1988-09-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02122241A true JPH02122241A (ja) | 1990-05-09 |
Family
ID=4138833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1252498A Pending JPH02122241A (ja) | 1988-09-30 | 1989-09-29 | ゆるみ岩検出装置 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5024090A (ja) |
| EP (1) | EP0361216B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02122241A (ja) |
| KR (1) | KR970011112B1 (ja) |
| AT (1) | ATE104063T1 (ja) |
| CA (1) | CA1323683C (ja) |
| DE (1) | DE68914373T2 (ja) |
| FI (1) | FI894614L (ja) |
| ZA (1) | ZA897062B (ja) |
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| US7290643B2 (en) | 2003-12-17 | 2007-11-06 | Nobuaki Fujita | Front fork in two-wheeled motor vehicle or the like |
| JP2019002828A (ja) * | 2017-06-16 | 2019-01-10 | 株式会社島津製作所 | 衝撃試験の評価方法および衝撃試験機 |
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1988
- 1988-09-30 CA CA000579030A patent/CA1323683C/en not_active Expired - Fee Related
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1989
- 1989-09-13 EP EP89116990A patent/EP0361216B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-09-13 AT AT89116990T patent/ATE104063T1/de not_active IP Right Cessation
- 1989-09-13 DE DE68914373T patent/DE68914373T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-09-15 US US07/407,866 patent/US5024090A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-09-15 ZA ZA897062A patent/ZA897062B/xx unknown
- 1989-09-29 FI FI894614A patent/FI894614L/fi not_active Application Discontinuation
- 1989-09-29 JP JP1252498A patent/JPH02122241A/ja active Pending
- 1989-09-30 KR KR1019890014147A patent/KR970011112B1/ko not_active Expired - Fee Related
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