JPH11506540A - 土および／または岩石塊を監視するためのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 土および／または岩石塊(12)を監視するシステム(10)は、塊(12)に対する表面(16)の変位を示す対応する第１信号を送信する、塊(12)の表面(16)から離間する複数のセンサ(14)を備えている。複数のインターフェース(18)は、センサ(14)にそれぞれ接続され、第１信号を受信し、かつ第１信号から得た第２信号を生成する。制御手段(20)は、インターフェース(18)から離れて設けられ、インターフェース(18)を順次作動して、第２信号を受信する。

Description

【発明の詳細な説明】 土および／または岩石塊を 監視するためのシステム 本発明は土（earth）および／または岩石塊を監視するためのシステムに関す る。 本発明は、地下坑道の天盤（roof）の変位を監視するためになされたものであ り、以下、本発明の適用について説明する。しかしながら、本発明は、この適用 範囲にとくに限定されるものではなく、坑道壁面およびその他の掘削表面の変位 を監視するのにも適している。 地下坑道の天盤および壁面は、周辺の土や岩盤の応力によって変形することが ある。天盤または壁面の崩壊を防ぐために、強化やグラウトを施すロックボルト などの天盤サポート（roof support）を取り付けることが知られている。 経済的な理由から、天盤を安全に支持するのに最小限必要な数だけ天盤サポー トを取り付けることが望ましい。 必要な天盤サポートの数を決定する掘削作業員を援助するのに、坑道に沿って 間隔をおいて掘削した穴に天盤モニタ装置を取り付ける方法が知られている。し かし、天盤変位を監視するために、該装置を個々に手動点検し、データを記録お よび処理しなければならない。一般に坑道には数百個にもおよぶ天盤監視装置を 設置するため、これは、かなりの時間と人件費がかかる。また、データを記録し て処理する間の時間のずれが、望ましくない時 間の間、危険な岩盤状態を検出しきれないという結果をもたらすことがある。 地表の処理装置に電気器具を接続することにより、天盤変位を監視することが 試みられている。しかし、これにかかる該電気器具と、配線の費用とが、このア プローチを掘削条件のためには不適切にしている。 本発明の目的は、上記従来技術の欠点のうち少なくとも１つを克服あるいは改 善することにある。 本発明の第１の態様によれば、土および／または岩石塊の表面に間隔をおいて 設置され、該土／岩石塊に対する表面の変位を示す各第１信号を与える複数のセ ンサと、 第１信号を受信し、第１信号から得た第二信号を発生する、該センサにそれぞれ 接続された複数のインターフェースと、 該インターフェースを遠隔から順次駆動して第二信号を受信する制御手段とを備 えた土／岩石塊を監視するためのシステムを提供する。 各インターフェースは、好ましくは、制御手段により認識可能な特有のアドレ スを有する。このような各アドレスは決定されているか、あるいはプログラム可 能であってもよい。 望ましくは、該土／岩石塊は固定部分と可動部分を含み、その表面は可動部分 に位置する。 好ましくは、表面は該土／岩石塊内を通る坑道の天盤あるいは壁面である。 第１信号は、所定の第１速度でセンサにより与えられることが好ましい。 実施例においては、制御手段は、第１速度以下である第二速度でインターフェ ースを作動し、また、第二信号は最後に与えられた第１信号である。 あるいは、第二信号は最後の作動以降に与えられるすべての第１信号でもよい 。 好ましくは、制御手段は、単一の４心データ送信手段により複数のインターフ ェースへと接続されたデータ記憶手段を備える。さらに好ましくは、インターフ ェースはそれぞれデータ送信手段へ並列に接続される。 第二信号が所定の範囲におさまった場合、制御手段がアラームを作動させるの が好ましい。 好ましい形態にあっては、センサ、インターフェースおよびデータ記憶手段は 、地表面より下に設置し、制御手段は、第二信号の、データ記憶手段と地表面よ り上に設置された処理手段との通信を行う。必要に応じて、第二データ記憶処理 手段も地表面より下に設置してもよい。 実施例において、天盤は両固定および可動部分を通って上方に延びる穴を設け ていてもよい。該穴は可動部分の天盤表面へと通じる開口端を有していることが 好ましい。固定装置を固定部分の穴の上端方向に設置することが好ましい。この 方法においては、固定装置が受けるいかなる変位も、天盤表面の変位と比較した 場合、無視してもよいと考えられる。 好ましい実施例において、ケーブルは固定装置から引張重りに至るまで延設さ れている。ケーブルは、重りの長さに充分たりる長さを有し、少なくとも最初は 地下坑道に設置する。重りは変位視覚指示計を備えているのが よい。 センサは、穴の開口端と隣接する天盤表面に据え付けた信号発生器を有してい るとよい。該発生器は、ケーブルへとつながっていることが好ましい。この方法 においては、固定装置と天盤表面との間の変位が、固定装置と天盤表面との間の 変位を示す、ケーブルと、固定装置と天盤表面間の変位を示す第１信号を発生す る信号発生器との間の変位を生じさせる。 信号発生器は、ケーブルにループ状に接続されてプーリを有するロータリ・エ ンコーダであることが好ましい。信号発生器は、穴の開口端に隣接する天盤表面 に保護ケーシングと信号発生器とを設置するように適合されたグリップ手段を有 する保護ケーシング内に設置することが望ましい。 各インターフェースは聴覚または視覚表示手段を備えていてもよく、制御手段 があるインターフェースを作動した場合、該聴覚または視覚表示手段には電圧が 投入される。この表示の目的は、機能しているインターフェース付近にいる作業 員に知らせるためにある。 本発明の第２の態様によれば、複数の間隔をおいた場所における土／岩石塊に 対する該土／岩石塊の表面の変位を示す第１信号を発生するステップと、 各場所にそれぞれ接続されているインターフェースにて第１信号を受信するステ ップと、 各インターフェースにて、第１信号から得た第２信号を発生するステップと、 インターフェースから第２信号を順次アクセスするステップとを含む土および／ または岩石塊を監視する方法を 提供する。 好ましくは、データは順次、複数のインターフェースからすべてアクセスされ る。 本発明の好ましい実施例を、添付された図面についてのみ例を挙げながら下記 に説明する。 図１は、本発明による表面変位モニタ・システムの概略図である。 図２は、図１に示されたシステムの一部拡大図である。 図１において、土および／または岩石塊12を監視するシステム10が示されてい る。該システムは、表面16に間隔をおいて設置され、該土／岩石塊12に対する表 面16の変位を示す各第１信号を与える複数のセンサ14（明確にするため、１個の み示す）を有している。複数のインターフェース18はそれぞれ、第１信号を受信 して第１信号から得る第２信号を送信するセンサ14に接続されている。 地下データ・ロガー20として形成されている制御手段は、インターフェース18 から遠隔された場所に設置され、ロガー20に第２信号を与えるように該各インタ ーフェースを順次作動する。各インターフェース18はデータ・ロガー20により認 識可能な特有のアドレスを有している。 好ましくは、データ・ロガー20は４心ケーブル21により各インターフェース18 に並列に接続されている。ケーブル21は、データ・ロガー20より第１インターフ ェースまで延設され、それ以後のインターフェースまで連続している。 ここに示す実施例においては、データ・ロガー20は、 既存の掘削プログラマブル論理制御装置（PLC）22およびインターフェース26を 介して地上のコンピューター・システム24に接続されている。コンピューター・ システム24は、プリンター28およびプロッター30を備えている。他の実施例にお いては、ロガー20は地上のコンピューター・システム24に直接接続されている。 データ・ロガー20は、モデム36を介してリモート・コンピューター・システム 34およびインターフェース40により地下コンピューター・システム38にも接続さ れているのが好ましい。 図２を参照すると、センサ14は固定土44および可動土46の中に延設された穴42 の中に設置されている。例によれば、固定土と可動土の境界は波線48で示されて いる。 センサは、固定土44に設置された固定装置50を備え、該固定装置から目盛りマ ーカー54としての引張重りに至るまでケーブル52が延設されている。ケーブルは ロータリ・エンコーダ58のプーリー56に巻き付けられている。 ロータリ・エンコーダ58は、保護ケーシング60に装着されているハウジング59 内に装備されている。ケーシング60は通常、鋼またはプラスチックで形成されて いる。軸62はケーシング60から延設され、突起部64を有し、穴の壁部を把持して ケーシングを穴の開口端と接するように設置させる。ハウジング59は、ロータリ ・エンコーダ信号をインターフェース18に送信する電子アドレス・システム61を 備えている。他の実施例において、アドレス・システム61は、インターフェース 18と同じハウジング内に設けてもよい。必要に応じて、インターフェース18をケ ーシング60に装着してもよいし、あるいは、エンコ ーダ58と同じハウジング59に装着してもよい。 センサ14の軸62を穴42に設置し、プーリー56をケーブル52に接続した後に、エ ンコーダ58がインターフェース18に通電されて、較正および作動が行われる。電 位差計が反応し始めたことを測定器によって示されるまで、ロータリ・エンコー ダの電位差計を抵抗測定器と回転しているプーリー56に接続することにより較正 が行われる。土／岩石塊12に対する表面16の変位中は、ロータリ・エンコーダ58 も同様に固定装置50から変位し、ケーブル52に沿ってプーリー56の回転移動が起 こる。これにより順次、エンコーダによって発生し、所定の速度でサンプルされ てインターフェース18に送られる第１信号の変動が起こる。 データ・ロガー20は、それぞれのインターフェース18をその特有アドレスによ って識別し、また、これらインターフェースを選択的に作動して表面16と土／岩 石塊12との相対的な変位を示す各第２信号を与える。実施例において、第２信号 には、インターフェースの最終作動から記録された第１信号をすべて示すデータ が含まれている。他の実施例において、第２信号には、インターフェースの作動 前に記録された最新の第１信号を示すデータが含まれている。 その後、第２信号は地表のコンピューター・システム24へと送信され、掘削中 に多数の箇所で起こる天盤変位をほとんど瞬時および継続的に更新して表示する 。 地下にいる掘削作業員は、地下のコンピューター・システム34を利用してデー タを点検してそれに対応することもできる。 好ましくは、該データは、ある坑道あるいは坑道群に沿って配置された各セン サにて発生した天盤変位をグラフ形式で示す。該グラフを点検することにより、 掘削作業員は、各坑道のそれぞれの区域における必要な天盤サポート数と、天盤 崩壊が起こりうるか否かを決定することができる。 さらに、坑道を掘削しながら、その天盤の変位を漸次監視することにより、掘 削作業員は、掘削が安定した区域へと進んでいるのか、あるいは不安定な区域へ と進んでいるのかを決定することができる。坑道の延びる方向に延設された単一 のデータ・ケーブルにセンサとインターフェースを追加することができるため、 この手順は、本発明による監視システムによって容易に進行する事ができる。す なわち、既存のデータ・ケーブルが延設され、また、新たに設置したインターフ ェースが該ケーブルに接続されて、制御手段に作動されると第２信号をそれぞれ 与えるようになってる。 他の実施例において（図示しない）、マーカー54は水平に設置して岩石の変位 により引っ張られるように形成され、垂直に設けられた天盤マーカーの示数に連 動して生じる視差を防ぐようになっている。 本発明によるシステムは、天盤変位を監視する既存の方法に対していくつかの 利点をもたらす。 第１の利点は、データ・ロガーに通じる単一のデータ・ケーブルに並列接続さ れた全インターフェースにより提供される。これにより、以前に試みられた専用 の地下から地上にかけての導線システムにかかる多大な資金および設置費用で、 システムを提供する結果となる。 本発明によるシステムには、データ・ケーブルによりアナログまたはデジタル 信号を送信することが可能であるため、さらに柔軟性が付加される。 本発明にて用いられた装置を90％改善できるため、資本費用をさらに節約でき る。既存のシステムの構成部品は、一般に消耗品と見なされている。 他の利点は、定期的に測定器の読みとりおよび／またはデータ処理を実行する 特別な訓練を受けた作業員を必要とせずに掘削することにより、労力の節約が実 現できる。また、地上および地下作業員が利用できる形式にてほとんど瞬時に得 ることが可能である継続的に更新されるデータにより、掘削作業はさらに効率的 かつ安全となる。 また、本発明によるシステムの構成部品は、既存のシステムのものよりも安価 である。従って、費用削減が達成されるか、あるいは多数のセンサを設置して天 盤変位のさらに正確な表示できる。 また、監視システムは、掘削作業員が熟知している目盛り付きの目視マーカー も備えることができる。さらに、可聴警報やＬＥＤの閃光（flashing）などの聴 覚または視覚ディスプレイを使用することができ、システムが正常に作動してい ることを示すようになっている。また、実施例によっては、システムは、危険性 のある天盤状態を示すセンサから離れ、および／または近くにいる作業員に即座 に警告を発するアラームを備えている。このようなアラームは、予め予定された 天盤変位、あるいは、予め決定された速度で発生中の天盤変位により作動する。 データ・ロガーが直接上述の地上コンピューター・システムに接続された実施 例においては、中間ＰＬＣを必要としない。このような監視システムは地下の危 険区域において使用するのに適しており、このため作業員へふりかかる危険を低 減する。 本発明による監視システムにより得られる資金および人件費の節約、データ記 録および得られた結果の処理の利便性および速度、そして改善された掘削の安全 性は、商業的に従来技術よりも著しい進歩をもたらしている。 本発明は、特定の実施例について記述されているが、本発明はその他多くの態 様で実現されることが当業者により確認される。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．土および／または岩石塊を監視するシステムであって、 当該塊に対する表面の変位を示す対応する第１信号を送信する、塊の表面から 離間する複数のセンサ、第１信号を受信し、かつ第１信号から得た第２信号を生 成する、センサにそれぞれに接続された複数のインターフェース、および インターフェースから離れて設けられ、かつインターフェースを順次作動して 第２信号を受信する制御手段とから構成されるシステム。 ２．前記インターフェースが、それぞれ制御手段により認識可能な固有のアドレ スを有する請求の範囲第１項記載のシステム。 ３．前記アドレスが、それぞれ固定される請求の範囲第２項記載のシステム。 ４．前記アドレスが、それぞれプログラム可能である請求の範囲第２項記載のシ ステム。 ５．前記塊が固定部分および可動部分を含み、かつ、表面が可動部分上に位置す る請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項記載のシステム。 ６．前記表面が塊を通る坑道の天盤面または壁面である請求の範囲第５項記載の システム。 ７．前記第１信号が、所定の第１速度でセンサにより送信される請求の範囲第１ 項、第２項、第３項、第４項、第５項または第６項記載のシステム。 ８．前記制御手段が、第１速度未満またはそれと同等の 第２速度でインターフェースを作動し、また第２信号は最新の第１信号である請 求の範囲第７項記載のシステム。 ９．前記第２信号が、最後の作動以降の第１信号のすべてである請求の範囲第７ 項記載のシステム。 10．前記制御手段は、信号データ伝達手段により複数のンターフェースに接続さ れるデータ記憶手段を備える請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５ 項、第６項、第７項、第８項または第９項記載のシステム。 11．前記データ伝達手段が４心ケーブルである請求の範囲第10項記載のシステム 。 12．前記インターフェースが、信号データ伝達手段にそれぞれ並列に接続される 請求の範囲第10項および第11項記載のシステム。 13．前記制御手段が、第２信号が所定の範囲内に入るとアラームを作動する請求 の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第 ９項、第10項、第11項または第12項記載のシステム。 14．前記センサ、インターフェースおよびデータ記憶手段は地表面の下に設けら れ、また制御手段が地表面の上に設けられるデータ記憶および処理手段に第２信 号を伝達する請求の範囲第10項、第11項、第12項または第13項記載のシステム。 15．第２のデータ記憶および処理手段が地表面の下に設けられる請求の範囲第14 項記載のシステム。 16．前記天盤面が、固定部分と可動部分の両方を通して上方へ延びる穴を含む請 求の範囲第１項、第２項、第 ３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第10項、第11項、第 12項、第13項、第14項または第15項記載のシステム。 17．前記穴が、可動部分中への端部開口部を有する請求の範囲第16項記載のシス テム。 18．固定装置が、前記固定部分内の穴の上端部へ向けて設けられる請求の範囲第 17項記載のシステム。 19．ケーブルが、固定装置から引張重りまで延びてなる請求の範囲第18項記載の システム。 20．ケーブルが、少なくとも初期に地下坑道内に位置決めされる重りの長さに充 分たりる長さである請求の範囲第19項記載のシステム。 21．前記重りが、視覚変位指示計を備える請求の範囲第19項または第20項記載の システム。 22．前記単一のセンサまたは複数のセンサが、穴の開口端部に隣接する天盤面へ 取り付けられる信号発生器を備えることができる請求の範囲第21項記載のシステ ム。 23．前記ケーブルと固定装置と天盤面との間の変位を示す第１信号を生成する信 号発生器との間に変位が生じさせるように、信号発生器は、固定装置と天盤面と の間の変位が、ケーブルに接続される請求の範囲第22項記載のシステム。 24．前記信号発生器が、ケーブルとループ状に接続するプーリを有するロータリ エンコーダである請求の範囲第23項記載のシステム。 25．前記信号発生器が保護ケーシング内に取り付けられ、該ケーシングが、穴の 開口端部に隣接する天盤面にお いて保護ケーシングおよび信号発生器を位置決めするように適合されたグリップ 手段を備える請求の範囲第24項記載のシステム。 26．前記インターフェースが、機能しているインタフェースの１つの付近にいる 作業員へ知らせるように、制御手段が特定のインターフェースを作動するときに 起動される聴覚または視覚表示手段を備える請求の範囲第１項、第２項、第３項 、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第10項、第11項、第12項 、第13項、第14項、第15項、第16項、第17項、第18項、第19項、第20項、第21項 、第22項、第23項、第24項または第25項記載のシステム。 27．複数の離間した場所における塊に関する塊表面の変位を示す第１信号を発生 するステップと、 それぞれの場所にそれぞれ接続されるインターフェースにおいて第１信号を受 信する工程と、 インターフェースにおける第１信号から得られる第２信号を生成する工程と、 インターフェースから第２信号を順次アクセスするステップと からなる土および／または岩石塊を監視する方法。 28．データは、複数のインターフェースのすべてのそれぞれから順次アクセスさ れる請求の範囲第27項記載のシステム。