JP2941717B2 - さく岩機のさく孔制御装置 - Google Patents

さく岩機のさく孔制御装置

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    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions

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  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、クローラドリル等
のさく孔装置に搭載されたさく岩機を自動的に制御する
ことのできるさく孔制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】鉱山、採石、土木工事等の現場でさく孔
作業に使用されるクローラドリル等のさく孔装置では、
ガイドシェルに搭載されたさく岩機からロッド先端に取
付けたビットに打撃と回転を伝達し、さく岩機に送りを
与えてさく孔する。
【0003】一般的なさく孔の手順は、先ずビット先端
の位置決めを行うための口切りさく孔操作を行い、次い
でさく孔の位置決めと孔曲がり防止のための座繰りさく
孔操作を行った後、本さく孔操作を行う。長孔さく孔を
行う場合には、ロッド1本分のさく孔が終わるとロッド
を継ぎ足し、所定のさく孔長に達するまでさく孔とロッ
ドの継ぎ足しを繰り返す。
【0004】このようなさく孔作業において、オペレー
タは、さく岩機の各作動機構の作動状況を視覚や聴覚で
把握して座繰りさく孔中にさく孔対象の岩質を判断し、
岩質に合わせてさく岩機の各作動機構の作動条件を調整
して本さく孔を開始する。さく孔対象の岩質は一定では
なく変化するものであるため、オペレータは、その後も
常にさく岩機の各作動機構の作動状況を把握して岩質の
変化を判断し、さく孔状況の変化の都度、さく岩機やロ
ッドやビットに最も負荷がかからず、且つさく孔が迅速
に行えるように、油圧バルブや電気スイッチ等の操作機
器を操作して、調整を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなさ
く孔作業は、常時さく岩機の作動状況を監視して調整を
行う必要があるので、オペレータの疲労が大きくなる。
また、さく孔中にさく岩機の各作動機構の作動状況を視
覚や聴覚で把握してさく孔対象の岩質を判断する作業
は、オペレータの熟練度による個人差が大きく、さく孔
能率や、さく孔の直進性や孔壁の仕上がり等の特に長孔
さく孔に必要とされるさく孔精度にばらつきを生じやす
い。さく孔精度が低下すると、計画されたさく孔パター
ンと実さく孔パターンの差が大きくなり、破砕が均一に
行われなくなる。
【0006】この発明は、さく岩機のさく孔制御におけ
るかかる問題を解決するものであって、さく孔制御を自
動化してオペレータの疲労を軽減し、且つオペレータの
熟練の程度に左右されず安定したさく孔精度とさく孔能
率を得ることのできるさく岩機のさく孔制御装置を提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のさく岩機のさく
孔制御装置は、ガイドシェルに前後移動可能に搭載され
たさく岩機の打撃機構、回転機構、送り機構、及びフラ
ッシング機構の作動状況を検出する検出手段と、所要の
さく孔データを記憶し前記検出手段からの検出データに
基づいてさく孔状況を判断しさく岩機のさく孔作動を制
御する制御部とを備えており、制御部がさく孔開始指令
により自動的に着岩位置から所定長の口切りさく孔制御
と所定長の座繰りさく孔制御とを行い、座繰りさく孔時
の検出データに基づいて本さく孔の開始時のさく孔作動
の条件を設定し本さく孔制御を行うよう構成されてい
る。
【0008】さく孔作業時には、オペレータがさく孔長
を指定してさく孔開始を指令すると、制御部に記憶され
ているさく孔手順のプログラムデータに基づいて、さく
岩機が前進を開始する。ビットの先端が破砕対象に着岩
するとこの着岩位置は検出手段で検出されてさく孔長の
零点として制御部に入力され、以後この零点を基準とし
てさく孔長が求められる。
【0009】着岩の検出後ビット先端の位置決めを行う
ための口切りさく孔作動が開始され、所定長の口切りさ
く孔が行われると口切りさく孔の終了が検出され、座繰
りさく孔が開始される。所定長の座繰りさく孔が行われ
ると座繰りさく孔終了が検出され、本さく孔が開始され
る。
【0010】本さく孔中、制御部常時検出データに基
づいて岩石の硬軟,亀裂の有無等の状況を判断し変化が
あればさく孔条件の設定を変更する。
【0011】本さく孔の開始時のさく孔作動の条件は、
制御部が座繰りさく孔時の検出データに基づいて岩質を
判断し設定することにより、直ちに適切な本さく孔を行
うことができる。
【0012】制御部は、さく孔中回転圧力上昇やフラッ
シング圧力上昇等の検出データに基づいて回転抵抗増加
やビット孔詰まり等のさく孔作動の異常の有無を判断
し、異常時にはさく岩機に後退等の異常回避のための作
動を行わせるよう構成することにより、さく孔トラブル
の拡大を防ぎ、さく岩機を早期に正常なさく孔状態に復
帰させることができる。
【0013】長孔さく孔を行う場合には、ロッド1本分
のさく孔が終わると一時的にさく孔作動を停止してロッ
ドを継ぎ足し、指定したさく孔長に達するまでさく孔と
ロッドの継ぎ足しを繰り返す。制御部は、一時的なさく
孔作動の停止中、停止前のさく孔状態を記憶し、さく孔
作動再開時のさく孔作動の条件を停止前と同様に設定す
るよう構成することにより、ロッドの継ぎ足し作業等で
一時的にさく孔作動を停止しても、適切な状態でさく孔
作業を再開することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の一形態であ
るさく岩機のさく孔制御装置を備えた油圧クローラドリ
ルの斜視図、図2はさく岩機の構成の説明図、図3はさ
く岩機のさく孔制御装置の構成図、図4は入力部の正面
図、図5は口切りさく孔行程の一例を示す流れ図、図6
は座繰りさく孔行程の一例を示す流れ図、図7は本さく
孔行程の一例を示す流れ図である。
【0015】ここで、油圧クローラドリル1は、トラッ
クフレーム2を備えた走行台車5上に旋回起伏可能にブ
ーム8が設けられており、このブーム8の先端部にはさ
く岩機10を搭載したガイドシェル11がチルト及びス
イング可能に支持されている。さく岩機10にはシャン
クロッド3が挿着されており、シャンクロッド3に所定
長のロッド4がスリーブ7を介して接続され、このロッ
ド4の先端にはビット6が取付けられている。
【0016】さく岩機10は、打撃機構13と回転機構
9とフラッシング機構14とを備えており、ガイドシェ
ル11に設けられた送り機構12で送りが与えられ前後
に移動可能になっていて、シャンクロッド3、ロッド4
を介してビット6に打撃と回転とを伝達して岩石にさく
孔する。またフラッシング機構14はロッド6先端に圧
縮空気を供給して、繰粉を排出させる。ガイドシェル1
1の先端部には、さく孔口元を覆うダストポット36が
設けられており、このダストポット36はダストコレク
タ(図示略)に接続されていて、排出された繰粉を捕集
する。
【0017】さく孔長がロッド4の長さより長い場合に
は、ロッド4の継ぎ足しと回収が必要となるので、ガイ
ドシェル11にはロッド4の継ぎ足しと回収を行うロッ
ド交換装置17が装備されている。
【0018】走行台車5上には、打撃機構13、回転機
構9、送り機構12、及びロッド交換装置17を駆動す
るための油圧駆動部15と、フラッシング機構14に圧
縮空気を供給するための空気駆動部16とが設置されて
おり、さく岩機10の打撃圧力、回転圧力、送り長(速
度)、送り圧力、及びフラッシング圧力を検出するため
の検出手段18として、油圧駆動部15に打撃圧力検出
器19、回転圧力検出器20、送り長検出器21、送り
圧力検出器22が、空気駆動部16にフラッシング圧力
検出器23がそれぞれ設けられている。
【0019】また、台車5上のオペレータキャビン24
には制御部25が設けられている。この制御部25には
記憶、演算、制御の機能を有するコンピュータが用いら
れており、ここには、さく孔手順、さく孔状況の判断、
さく孔パターンの選択等さく孔制御において所要のさく
孔データが予め記憶されている。
【0020】オペレータキャビン24内の運転席付近に
は、手動さく孔操作用の操作レバー26に隣接して、さ
く孔長指定スイッチ27、さく孔長入力ボタン28、自
動スタートボタン29、緊急停止ボタン30を備えた入
力部31が設けられている。この入力部31には、送り
速度スイッチ32、ロッド本数表示器33、実さく孔長
表示器34、リセットボタン35が設けられている。緊
急停止ボタン30は緊急時の作動停止を行うものであ
り、送り速度スイッチ32は手動で送り速度を設定する
ためのものである。ロッド本数表示器33はロッド本
数、実さく孔長表示器34はさく孔長を作業中常時表示
できる。
【0021】このさく孔制御装置を用いてさく孔作業を
行う場合には、オペレータはさく孔長指定スイッチ27
でさく孔長を指定し、さく孔長入力ボタン28を押すこ
とにより、制御部25にさく孔長を設定する。このさく
孔長の設定は、上書き構造となっており、リセットボタ
ン35で再設定しない限り半永久的にデータが保存され
る。
【0022】それから、自動スタートボタン29を押し
てさく孔開始を指令すると、制御部25に記憶されてい
るさく孔手順のプログラムデータに基づいて、さく岩機
10が前進を開始する。一例では、このときの送り圧力
は40kg/cm2 、送り速度は900mm/minと
している。
【0023】ビット6の先端が破砕対象に着岩するとこ
の着岩位置は送り長検出器21で検出されさく孔長の零
点として制御部25に入力され、以後この零点を基準と
して送り長検出器21の検出データからさく孔長が求め
られる。着岩の判定は、例えば、送り圧力>30kg/
cm2 で送り速度が0となることにより行われる。
【0024】着岩の検出後、ビット6先端の位置決めを
行うための口切りさく孔行程が開始され、所定長の口切
りさく孔が行われると口切りさく孔の終了が検出され、
座繰りさく孔行程が開始される。所定長の座繰りさく孔
が行われると座繰りさく孔終了が検出され、本さく孔行
程が開始される。
【0025】長孔さく孔を行う場合には、ロッド1本分
のさく孔が終わるとロッド4を継ぎ足し、継ぎ足し後の
座繰りさく孔を行った後、再度本さく孔を行う。以後さ
く孔とロッド4の継ぎ足しとを繰り返す。指定したさく
孔長に達するとさく孔が終了する。
【0026】口切りさく孔行程は図5に示すような手順
で行われる。このときのさく孔条件は、着岩角度や岩石
の種類により制御部25に記憶されている種々のパター
ンから最適のものが選択される。一例としては、零点検
出後、打撃圧力120kg/cm2 、送り圧力20kg
/cm2 、送り速度900mm/min、ダストコレク
タONで3秒間打撃前進を与えて口切りさく孔後、ロッ
ド回転数100rpmで0.8秒間のねじ締め込みを行
い、これを2回繰り返す。
【0027】次に、ロッド回転数100rpm、弱フラ
ッシング、ダストコレクタONで3秒間孔掃除を行い、
孔詰まりを確認する。もし、フラッシング圧力が7kg
/cm2 以上であれば、孔詰まりと判断し、打撃圧力1
20kg/cm2 、送り圧力20kg/cm2 、送り速
度900mm/min、強フラッシング、ダストコレク
タONで1秒間のインチングを繰り返す。フラッシング
圧力が6kg/cm2以下に低下すると、孔詰まり解消
と判断し零点まで送りを後退させてた後、送り圧力30
kg/cm2 、送り速度900mm/min、ロッド回
転数100rpm、ダストコレクタONで前進を与え、
さく孔長を確認して所定の口切り長例えば200mmに
達すれば口切りさく孔が終了する。
【0028】口切りさく孔の終了が検出されると、座繰
りさく孔行程が開始される。座繰りさく孔行程は図6に
示すような手順で行われる。このときのさく孔条件も制
御部25に記憶されている種々のパターンから最適のも
のが選択される。
【0029】一例としては、打撃圧力120kg/cm
2 、送り圧力30kg/cm2 、送り速度900mm/
min、ロッド回転数100rpm、弱フラッシング、
ダストコレクタONで座繰りさく孔動作を行い、さく孔
長を確認して座繰り中間位置例えばさく孔長400mm
に達すると、一旦ロッド回転数100rpm、弱フラッ
シング、ダストコレクタONで座繰り開始位置まで早送
り後退させる。それから、再度打撃圧力120kg/c
2 、送り圧力30kg/cm2 、送り速度900mm
/min、ロッド回転数100rpm、弱フラッシン
グ、ダストコレクタONで座繰りさく孔動作を行い、さ
く孔長を確認して所定の座繰りさく孔長例えば700m
mに達すると座繰りさく孔が終了する。
【0030】座繰りさく孔行程中、制御部25は検出手
段18からの回転圧力上昇やフラッシング圧力上昇等の
検出データにより、回転抵抗増加やビット孔詰まり等さ
く孔作動に異常が生じたと判断される場合には、異常回
避行程に移行させる。
【0031】異常回避行程では、例えば、ロッド回転数
100rpm、ダストコレクタONでさく岩機10を早
送り後退させ、異常が解消されると、もとのさく孔状態
に戻る。
【0032】座繰りさく孔終了が検出されると、本さく
孔行程が開始される。座繰りさく孔中、さく岩機10の
打撃圧力、回転圧力、送り長(速度)、送り圧力、及び
フラッシング圧力等のさく孔データが検出手段18の各
検出器19、20、21、22、23により検出され、
制御部25に記憶される。制御部25には、岩質に従っ
た最適なさく孔作業が行われるよう、硬岩さく孔、中硬
岩さく孔、軟岩さく孔、粘土層さく孔、破砕帯さく孔等
のさく孔パターンのデータが記憶されており、制御部2
5は、座繰りさく孔時の検出データに基づいて岩質を判
断し、本さく孔の開始時のさく孔作動の条件を設定す
る。
【0033】本さく孔行程は図7に示すような手順で行
われる。硬岩さく孔の一例では、打撃圧力120kg/
cm2 、送り圧力90kg/cm2 、送り速度900m
m/min、ロッド回転数100rpm、強フラッシン
グ、ダストコレクタONで本さく孔動作を開始する。
【0034】本さく孔中は、さく岩機10の打撃圧力、
回転圧力、送り長(速度)、送り圧力、及びフラッシン
グ圧力等のさく孔データが検出手段18の各検出器1
9、20、21、22、23により検出され、制御部2
5に記憶される。制御部25では常時検出データに基づ
いて岩石の硬軟,亀裂の有無等の状況を判断し変化があ
ればさく孔条件の設定を変更する。例えば、回転圧力、
フラッシング圧力、さく孔速度等の検出データにより岩
質の変化を判断し、回転圧力、フラッシング圧力、さく
孔速度等が高くなると中硬岩さく孔、軟岩さく孔、粘土
層さく孔、破砕帯さく孔等、他の適切なさく孔パターン
へ移行することもできる。
【0035】回転圧力、フラッシング圧力、さく孔速度
等が低くなると、送り圧力、打撃圧力を上昇させる。本
さく孔行程において、制御部25は回転圧力上昇やフラ
ッシング圧力上昇等の検出データにより、回転抵抗増加
やビット孔詰まり等さく孔作動に異常が生じたと判断さ
れる場合には、異常回避行程に移行させる。
【0036】異常回避行程では、例えば、ロッド回転数
100rpm、強フラッシング、ダストコレクタONで
さく岩機10を早送り後退させ、異常が解消されると、
もとのさく孔状態に戻る。
【0037】指定したさく孔長がロッド1本分より長い
場合には、ロッド1本分のさく孔が終わるとロッド交換
装置17でロッド4の継ぎ足しを行う。ロッド4の継ぎ
足しが終わると、座繰りさく孔を行う。継ぎ足し後の座
繰りさく孔では、例えばロッド回転数100rpm、強
フラッシング、ダストコレクタONでさく岩機10をガ
イドシェル1の後端まで早送り後退させ、それから、打
撃圧力120kg/cm2 、送り圧力30kg/c
2 、送り速度900mm/min、ロッド回転数10
0rpm、強フラッシング、ダストコレクタONで孔尻
の200mm手前まで前進させて孔掃除を行い、ジャミ
ング等の異常がないことを確認した後、再度打撃圧力1
20kg/cm2 、送り圧力30kg/cm2、送り速
度900mm/min、ロッド回転数100rpm、強
フラッシング、ダストコレクタONで孔尻位置まで前進
させる。
【0038】その後、打撃圧力120kg/cm2 、送
り圧力20kg/cm2 、送り速度900mm/mi
n、ロッド回転数100rpm、強フラッシング、ダス
トコレクタONで前進させ座繰りさく孔動作を行い、さ
く孔長を確認して所定の座繰りさく孔長例えば孔尻位置
から50mm前進すると座繰りさく孔が終了する。
【0039】継ぎ足し後の座繰りさく孔が終わると、再
度本さく孔行程が開始される。制御部25は、ロッド継
ぎ足し等の一時的なさく孔作動の停止中、停止前のさく
孔状態を記憶しており、本さく孔作動再開時には、さく
孔作動の条件を停止前と同様に設定して本さく孔作業を
再開することができる。
【0040】以後、さく孔とロッドの継ぎ足しが繰り返
され、指定したさく孔長に達するとさく孔が終了する。
このように、オペレータが運転席の操作レバー26やス
イッチ等で面倒な操作を行わなくても、さく孔の開始か
ら終了まで、制御部25で自動的に制御することができ
るので、オペレータの疲労度が大幅に軽減される。ま
た、熟練度による個人差がなくなり、さく孔能率や、さ
く孔の直進性や孔壁の仕上がり等さく孔精度が向上す
る。
【0041】本さく孔の開始時のさく孔作動の条件は、
制御部25が座繰りさく孔時の検出データに基づいて岩
質を判断し設定するので、直ちに適切な本さく孔を行う
ことができる。
【0042】制御部25は、さく孔中回転圧力上昇やフ
ラッシング圧力上昇等の検出データに基づいて回転抵抗
増加やビット孔詰まり等のさく孔作動の異常の有無を判
断し、異常時にはさく岩機10に後退等の異常回避のた
めの作動を行わせるので、さく孔トラブルの拡大を防
ぎ、さく岩機10を早期に正常なさく孔状態に復帰させ
ることができる。
【0043】制御部25は、一時的なさく孔作動の停止
中、停止前のさく孔状態を記憶し、さく孔作動再開時の
さく孔作動の条件を停止前と同様に設定するので、ロッ
ドの継ぎ足し作業等で一時的にさく孔作動を停止して
も、適切な状態でさく孔作業を再開することができる。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のさく岩機
の制御装置では、さく孔制御を自動化してオペレータの
疲労を軽減し、且つオペレータの熟練の程度に左右され
ず安定したさく孔精度とさく孔能率を得ることができ
る。
【0045】本さく孔の開始時のさく孔作動の条件は、
制御部が座繰りさく孔時の検出データに基づいて岩質を
判断し設定することにより、直ちに適切な本さく孔を行
うことができる。
【0046】制御部は、さく孔中回転圧力上昇やフラッ
シング圧力上昇等の検出データに基づいて回転抵抗増加
やビット孔詰まり等のさく孔作動の異常の有無を判断
し、異常時にはさく岩機に後退等の異常回避のための作
動を行わせるよう構成することにより、さく孔トラブル
の拡大を防ぎ、さく岩機を早期に正常なさく孔状態に復
帰させることができる。
【0047】制御部は、一時的なさく孔作動の停止中、
停止前のさく孔状態を記憶し、さく孔作動再開時のさく
孔作動の条件を停止前と同様に設定するよう構成するこ
とにより、ロッドの継ぎ足し作業等で一時的にさく孔作
動を停止しても、適切な状態でさく孔作業を再開するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態であるさく岩機のさく孔
制御装置を備えた油圧クローラドリルの斜視図である。
【図2】さく岩機の構成の説明図である。
【図3】さく岩機のさく孔制御装置の構成図である。
【図4】入力部の正面図である。
【図5】口切りさく孔行程の一例を示す流れ図である。
【図6】座繰りさく孔行程の一例を示す流れ図である。
【図7】本さく孔行程の一例を示す流れ図である。
【符号の説明】
1 油圧クローラドリル 2 トラックフレーム 3 シャンクロッド 4 ロッド 5 走行台車 6 ビット 8 ブーム 9 回転機構 10 さく岩機 11 ガイドシェル 12 送り機構 13 打撃機構 14 フラッシング機構 15 油圧駆動部 16 空気駆動部 17 ロッド交換装置 18 検出手段 19 打撃圧力検出器 20 回転圧力検出器 21 送り長検出器 22 送り圧力検出器 23 フラッシング圧力検出器 25 制御部 26 操作レバー 27 さく孔長指定スイッチ 28 さく孔長入力ボタン 29 自動スタートボタン 31 入力部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E21C 5/00 E21B 44/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガイドシェルに前後移動可能に搭載され
    たさく岩機の打撃機構、回転機構、送り機構、及びフラ
    ッシング機構の作動状況を検出する検出手段と、所要の
    さく孔データを記憶し前記検出手段からの検出データに
    基づいてさく孔状況を判断しさく岩機のさく孔作動を制
    御する制御部とを備えたさく岩機のさく孔制御装置であ
    って、制御部がさく孔開始指令により自動的に着岩位置
    から所定長の口切りさく孔制御と所定長の座繰りさく孔
    制御とを行い、座繰りさく孔時の検出データに基づいて
    本さく孔の開始時のさく孔作動の条件を設定し本さく孔
    制御を行うよう構成されていることを特徴とするさく岩
    機のさく孔制御装置
  2. 【請求項2】 制御部が、一時的なさく孔作動の停止
    中、停止前のさく孔状態を記憶し、さく孔作動再開時の
    さく孔作動の条件を停止前と同様に設定するよう構成さ
    れていることを特徴とするさく請求項1記載のさく岩機
    のさく孔制御装置。
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