JPS61191793A - さく岩機用さく孔装置 - Google Patents

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。

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
さく岩槻の分野で利用されるものである。

〔従来技術〕

さく岩槻には、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変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、は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、
その針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。さく化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ｌ、さく化機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、さく化機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
点の位置とさく孔周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　（
Ｘｏｉ。

Ｙ　ｏｉ、　Ｚ　ｏｉ、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、２はトンネルの軸方向を、θはさく化機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
孔周を、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に個の
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ｌからのさく
孔パターンＰに基づいて、さく化機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、さく化機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ｌからさく孔方向補正手ｙｊｔ７を
介してまたは介さずして提供されるさく孔情報Ｐ　（Ｘ
　ｏＬ　Ｙ　ｏｉ＋　Ｚ　ｏＬθｏｉ。

φｏｉ）を、ブームの作動に通したブーム系Ｐθ　（θ
ａｔ、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、さく化機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化機
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Ｐｒｏ（
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　（Ｘ　ｏｉ、　Ｙ　ｏＬＺｏｉ、θｏｉ、φ
ｏｉ）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７
ｂ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　（Ｘｒｊ、　Ｙｒｊ、　Ｚｒｊ、θｒ
ｊ＋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−Ｙａｊを演算し、それらをさく孔方
向補正部７ｂに出力するものである。さく孔方向補正部
７ｂは、その誤差を用いてｊとｉとが一致るる場合に新
しいさく孔周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
。

θｔ　＝　ａｒｃ　ｃｏｓ　（Ｚａ　／　Ｌｉ〒＋　Ａ
　’／　ｊ−巧ａ”）φｉ　＝　ａｒｃ　ｔａｎ　（Δ
Ｙｊ／ΔＸｊ）なお、Ｘ　ｉ、Ｙ　ＬＺ　ｉは修正の対
象でないので、Ｘｉ　＝ＸｏＬ　Ｙｉ　＝Ｙｏｉ＋　Ｚ
ｉ　＝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、　Ｙ
ｏｉ、　Ｚｏｉ、θｏｉ、φｏｉ）がＰ　（Ｘ　ｉ、Ｙ
　ｉ。

ＺＬθｉ、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θ
ｉ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、さく化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［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
化機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、さく化機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、岩盤の硬
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、Ｓｌ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＋θｃｒ６＋θ
ｄｒ６＋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　（
Ｘ　ｒ６．　Ｙ　ｒ６゜Ｚｒ６＋　θｒ６．φｒ６）に
変換され、Ｘｒ６．Ｙｒ６が求められる〔Ｓ３〕。一方
、メモリ手段ｌ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Ｘ　Ｓ６゜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周θ６とさく孔周方向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゜Ｙ　ｏ５．　Ｚ　ｏ５
．θｏ５＋φｏ５）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）として座標変換手段８に入力
される。ブーム系によるＰθ　（θａ５＋　θｂ５．θ
ｃ５．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、さく化機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．θ
ｂ６．θｃ６゜θｄ６．θｓ６）に変換され、その指令
値に従ってさく化機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によりさく化機が制御され、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、さく孔周やさく孔周方向を逐次迅
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−・さく化機、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。 特許出願人　　　マ　ツ　ダ　株式会社代理人　弁理士
　吉相　勝俊（ほか１名）第３図 第４図 １−ｚａ空 第５図 第６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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。