JPH0633706B2 - さく岩機用さく孔装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はさく岩機用さく孔装置に関し、詳しくは、トン
ネルの実断面形状を基に次回のさく孔点の方向を修正す
る手段を備えたさく孔装置に関する。これは、トンネル
内の岩盤をブームに乗架されたさく孔機でドリルするさ
く岩機の分野で利用されるものである。

〔従来技術〕

さく岩機には、切羽に多数の発破孔を形成させるさく孔
機が取付けられ、それが油圧シリンダなどを介してその
位置と角度や方向が換えられるようになっている。さく
孔作業は、所望のトンネル断面形状を得るため、予め設
定されたさく孔位置において、さく孔機に取付けられた
ビットを設定された角度および方向に進出させることに
よって行なわれる。その場合、幾つかの孔のうちトンネ
ル断面の周縁部に位置する孔が、発破後のトンネル形状
に大きく影響する。切羽の岩盤が均質なとき設定位置を
さく孔すれば、ほぼ所望形状のトンネル断面を得ること
ができる。しかし、岩盤強度が切羽面において一様でな
いと、設定位置をさく孔しても発破後のトンネル周縁形
状に凹凸が生じる。岩盤の破壊が足らない突出個所は別
途削り取り作業が必要とされ、破壊し過ぎるとトンネル
壁を形成するためのセメントなどの資材や作業が過剰に
要求されることになる。

そのような手間と無駄をできるだけ軽減するために、従
来から、次回のさく孔位置を修正することが行なわれて
いる。すなわち、トンネル断面形状を定期的に計測し、
その計測値と岩質などを考慮してオペレータの経験と勘
から、次回のさく孔における追さく孔の要否やその位置
を決定する。したがって、次回のさく孔においては、設
定位置以外の個所がマニアル操作による指令で追さく孔
されたり、また必要に応じて設定位置の幾つかが省かれ
たりする。

しかし、そのような作業によってもトンネル断面の形状
精度がばらつき易く、また、オペレータの技量や判断が
時として相違する。さらには、熟練オペレータの減少な
どから、ますます所望の形状を迅速に得ることが難しく
なってきている。その上、追さく孔作業などのために、
ブームの作動をマニアル操作で指令することが要求さ
れ、粉塵の飛散する極めて苛酷な環境での作業が依然と
して余儀なくされる問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、その目的
は、オペレータの経験や勘に頼ることなく、理想的なト
ンネル断面形状を得るため、さく孔点の方向を逐次迅速
に修正することができるさく岩機用さく孔装置を提供す
ることである。

〔発明の構成〕

本発明のさく岩機用さく孔装置の特徴は以下の通りであ
る。さく孔機を変位させるブーム手段と、仮想切羽に設
定された多数のさく孔点の位置および方向とトンネルの
理想断面周縁位置とを記憶するメモリ手段と、このメモ
リ手段からの値に応じて前記ブーム手段を作動させる位
置決めサーボ制御手段と、ブーム手段の作動量を位置決
めサーボ制御手段に入力するフィードバック手段と、ト
ンネルの実断面周縁位置を計測するトンネル形状計測手
段と、トンネルの実断面周縁位置と理想断面周縁位置と
を比較演算し、次回のさく孔においてメモリ手段から出
力されるさく孔点の方向を修正するさく孔方向補正手段
とを備えたことである。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例に基づいて詳細に説明する。
第２図は本発明のさく岩機用さく孔装置によるさく孔制
御系統図で、設定されたさく孔パターンと理想断面周縁
位置を記憶するメモリ手段１、さく孔機２をブーム手段
３を用いて所望位置に移動させる位置決めサーボ制御手
段４、さく孔機２の位置を検出するフィードバック手段
５、前回のさく孔により得られたトンネルの実形状を計
測するトンネル形状計測手段６および次回のさく孔点方
向を修正するさく孔方向補正手段７とを、その主たる構
成としている。

それぞれを説明すると、メモリ手段１は、多数のさく孔
点の位置とさく孔角および方向などの情報と、理想的な
トンネル周縁位置を記憶するもので、所定の値がダイヤ
ルやキーボードなどを介して自由に入力されるようにな
っている。さく孔情報は、岩盤が均質であれば理想的な
トンネル断面が得られるであろうさく孔パターンＰ（Ｘ
oi，Ｙoi，Ｚoi，θoi，φoi）で表され、トンネル周縁
位置のデータは、所望する理想的なトンネル形状におけ
る周縁値Ｐ（Ｘaj，Ｙaj，Ｚａで表される。これらは、
切羽における直角座標系において設定された値で、Ｘ，
Ｙは仮想切羽での左右および上下方向を、Ｚはトンネル
の軸方向を、θはさく孔機２のビットの進入が切羽に垂
直な軸に対して傾斜するさく孔角を、φはさく孔角方向
を示している。なお、添字のｉは１からｎまでの数字
で、切羽にｎ個のさく孔点があることを意味する。後者
の添字のｊは１からｋまでの数字で、第３図に示すよう
に、トンネルの理想的な周縁で円弧状に並ぶｋ個の代表
的な周縁点があることを意味する。

位置決めサーボ制御手段４は、メモリ手段１からのさく
孔パターンＰに基づいて、さく孔機２を移動させるべく
ブーム手段３に作動指令を発するものである。その指令
は、ブーム手段３を構成する幾つかのブームに所望の変
位角を与えるために、駆動用油圧シリンダのピストンの
作動量を決定したり、さく孔機２を前後進させるガイド
セル用のシリンダの作動量を決定するものである。な
お、この制御手段４は、さく孔パターンＰでブーム手段
３を直接作動させることができないので、メモリ手段１
との間に座標変換手段８が設けられている。この座標変
換手段は、メモリ手段１からさく孔方向補正手段７を介
してまたは介さずして提供されるさく孔情報Ｐ（Ｘoi，
Ｙoi，Ｚoi，θoi，φoi）を、ブームの作動に適したブ
ーム系Ｐθ（θai，θbi，θci，θdi，θsi）に変換す
るものである。なお、θai，θbi，θci，θdiはブーム
手段３のアームの変位角度、θsiはガイドセルの移動量
である。

フィードバック手段５は、ブーム手段３の作動量を位置
決めサーボ制御手段４に逐次入力し、さく孔機２が指令
された位置に移動するように、油圧シリンダなどの作動
を所望値とするための情報を提供するものである。すな
わち、各ブームの油圧シリンダおよびガイドセル用のシ
リンダの変位信号を受けてブームの変位角などがエンコ
ーダで検出され、それらをフィードバックしてさく孔機
を切羽の所定位置に到達させることを補助する。

トンネル形状計測手段６は、前回のさく孔と発破により
得られたトンネルの実形状を計測し、その計測値を用い
て次回のさく孔方向を修正するためのデータを提供する
ものである。これは、トンネルの実断面周縁位置を基準
位置から計測すればよいので、公知の種々の方法や装置
が採用される。本例ではブーム手段３を操作レバー９で
作動指令して計測し、前述したフィードバック手段５
に、そのデータの伝達機能を持たせている。したがっ
て、その計測値は前述したブーム系で与えられ、ｊ位置
においてはPrθ（θarj,θbrj,θcrj ，θdrj,θsrj ）
となる。この計測値は上述した座標変換手段８により、
直角座標系Pr（Ｘrj，Ｙrj，Ｚrj，θrj，φrj）に変換
され、さく孔方向補正手段７に入力される。なお、計測
は切羽の全周にわたって行なってもよいが、理想断面周
縁位置から外れている個所を発見できれば、その位置に
おいてのみ行なえば十分である。

さく孔方向補正手段７は、トンネルの実断面周縁位置と
予め記憶されている理想断面周縁位置とを比較演算し、
次回のさく孔においてメモリ手段１から出力されるさく
孔情報Ｐ（Ｘoi，Ｙoi，Ｚoi，θoi，φoi）を修正する
ものである。そのために、この補正手段７には、さく孔
誤差演算部７ａとさく孔方向補正部７ｂとが設けられ、
本例では、補正の必要がないときもメモリ手段１からの
さく孔情報Ｐを座標変換手段８に伝達することができる
ようになっている。もう少し詳しく述べれば、さく孔誤
差演算部７ａは、座標変換手段８から入力されたPr（Ｘ
rj，Ｙrj，Ｚrj，θrj，φrj）と、メモリ手段１に記憶
された理想的な周縁値Ｐ（Ｘaj，Ｙaj，Ｚａ）とから、
トンネルの周縁位置ｊにおける誤差ΔＸｊ＝Ｘrj−Ｘa
j，ΔＹｊ＝Ｙrj−Ｙafを演算し、それらのさく孔方向
補正部７ｂに出力するものである。さく孔方向補正部７
ｂは、その誤差を用いてｊとｉとが一致るる場合に新し
いさく孔角θｉとさく孔角方向φｉとを以下に記す式で
演算し、修正されたＰ（Ｘi,Ｙi,Ｚi,θi,φｉ）を出力
するようになっている。

φｉ＝ arc tan（ΔＹｊ／ΔＸｊ） なお、Ｘi,Ｙi,Ｚｉは修正の対象でないので、Ｘｉ＝Ｘ
oi，Ｙｉ＝Ｙoi，Ｚｉ＝Ｚoiとされる。また、ΔＸｊ＝
０，ΔＹｊ＝０であれば、新しいθｉとφｉを演算する
ことなく、さく孔情報Ｐ（Ｘoi，Ｙoi，Ｚoi，θoi，φ
oi）がＰ（Ｘi,Ｙi,Ｚi,θi,φｉ）とされる。

上記したＺａは前回と次回の仮想切羽間の距離で、第４
図に示すようにＺａを隔て実さく孔方向線Ａが次回では
さく孔方向線Ｂのように修正されることになる。ちなみ
に、誤差ΔＸj,ΔＹｊおよび仮想切羽間距離Ｚａとθｉ
およびφｉは、第５図に示す幾何学的な配置関係とな
る。

上述の各構成に加えて、さく孔制御手段１０が設けられ
ている。これは、位置決めサーボ制御手段４からの信号
を受けて、さく孔機を作動させるものである。すなわ
ち、位置決めサーボ制御手段４によりさく孔機２が切羽
の所定位置に到達すると、ガイドセル上に乗架されたさ
く孔機２の作動に必要な制御量が与えられる。それによ
りフィードモータが駆動され、さく孔機２が前進すると
共に先端のビットが回転し、所定のさく孔が行なわれる
ようになっている。そして、１つのさく孔が完了する
と、装置全体の制御指令を発する中央処理装置１１に、
終了信号が出力されるようになっている。

このような実施例によれば、次のようにしてさく孔点の
方向を修正することができる。まず、前回のさく孔とそ
れによる発破で形成されたトンネル周縁から、岩壁の硬
軟などにより理想通りの断面となっていない位置、例え
ばｊ＝６を見出す。オペレータがトンネル形状計測手段
６の操作レバー９を用いてブーム手段３を、第３図に示
すｊ＝６の位置に移動する〔第６図のフローチャートに
おけるステップ１、以下、Ｓ１と記す〕。予め設定され
ているブーム手段３の基準位置からの各シリンダの作動
量をエンコーダで検出し、その値Ｐθ（θar6,θbr6,θ
cr6,θdr6,θsr6 ）が計測される。〔Ｓ２〕。これが座
標変換手段８に入力され、さく孔方向補正手段７におい
て誤差の演算を可能にするために、直角座標系Pr（Ｘr
6，Ｙr6，Ｚr6，θr6，φr6）に変換され、Ｘr6，Ｙr6
が求められる〔Ｓ３〕。一方、メモリ手段１からは、理
想断面周縁位置Ｐ（Ｘaj，Ｙaj，Ｚａ）が呼び出され
〔Ｓ４〕、そのｊ＝６の位置におけるＸa6,Ｙa6から、
誤差ΔＸ6,ΔＹ６がさく孔誤差演算部７ａで演算される
〔Ｓ５〕。これがさく孔方向補正部７ｂに入力され、上
述した式により新しいさく孔角θ６とさく孔角方向φ６
が演算されると〔Ｓ６〕、位置ｊ＝６における修正され
たＰ（Ｘ6,Ｙ6,Ｚ6,θ6,φ６）が得られる〔Ｓ７〕。

この値は次回のさく孔作業におけるｊ＝６の位置で採用
されるので、図示しないレジスタなどに貯えられる。他
の位置についても必要があれば、同様にしてＰが修正さ
れる。誤差による修正値は第３図に示すように、Ｚａを
隔て実さく孔方向線Ａからさく孔方向線Ｂに変えられる
ことになる。

さく孔作業においてｉ＝１から作業が進み、中央処理装
置１１から例えばｉ＝５の位置のさく孔が指令される
と、メモリ手段１からＰ（Ｘo5，Ｙo5，Ｚo5，θo5，φ
o5）が引き出され、修正の必要がなければさく孔方向補
正手段７を単に素通りし、Ｐ（Ｘ5,Ｙ5,Ｚ5,θ5,φ５）
とし座標変換手段８に入力される。ブーム系によるＰθ
（θa5，θb5，θc5，θd5，θs5）に変換されると、そ
れがレジスタに貯えられ、位置決めサーボ制御手段４が
各駆動シリンダを作動させ、さく孔機２が所望位置に移
動される。次のｉ＝６においては、上述の説明で修正さ
れたＰ（Ｘ6,Ｙ6,Ｚ6,θ6,φ６）が、Ｐθ（θa6，θb
6，θc6，θd6，θs6）に変換され、その指令値に従っ
てさく孔機２が所望位置に移動される。いずれのさく孔
においても、各シリンダのピストンの変位よりブームの
角度などが検出され、位置決めサーボ制御手段４にフィ
ードバックされる。この位置決めが終わると、さく孔制
御手段１０によりさく孔機が制御され、さく孔作業が開
始される。１つのさく孔作業が終了すると、終了信号が
中央処理手段１１に与えられる。順次ｉ＝１からn まで
繰り返され、さく孔パターンに従った１切羽におけるさ
く孔作業が完了される。

〔発明の効果〕

本発明は以上の実施例の説明から判るように、トンネル
の実断面形状を計測するトンネル形状計測手段や、理想
断面周縁位置と比較して次回のさく孔点の方向を修正す
るさく孔方向補正手段を備えたので、オペレータの経験
や勘に頼ることなく、さく孔角やさく孔角方向を逐次迅
速に修正することができる。その結果、理想的なトンネ
ル断面形状が得られ、無駄の少ないトンネル断面を形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のさく岩機用さく孔装置における構成
図、第２図はさく孔制御系統図、第３図はトンネル形状
計測手段で計測されるトンネル断面図、第４図は前回と
次回の仮想切羽におけるさく孔点方向の説明図、第５図
は理想的な周縁値と実周縁値との誤差とθｉおよびφｉ
の幾何学的関係説明図、第６図はさく孔点の方向補正手
順を示すフローチャートである。 １……メモリ手段、２……さく孔機、３……ブーム手
段、４……位置決めサーボ制御手段、５……フィードバ
ック手段、６……トンネル形状計測手段、７……さく孔
方向補正手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】さく孔機を変位させるブーム手段と、 仮想切羽に設定された多数のさく孔点の位置および方向
   と、トンネルの理想断面周縁位置とを記憶するメモリ手
   段と、 このメモリ手段からの値に応じて前記ブーム手段を作動
   させる位置決めサーボ制御手段と、 ブーム手段の作動量を前記位置決めサーボ制御手段に入
   力するフィードバック手段と、 トンネルの実断面周縁位置を計測するトンネル形状計測
   手段と、 トンネルの実断面周縁位置と前記理想断面周縁位置とを
   比較演算し、次回のさく孔においてメモリ手段から出力
   されるさく孔点の方向を修正するさく孔方向補正手段
   と、 を備えたことを特徴とするさく岩機用さく孔装置。