特開 2023-182348 環境制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023182348

(43)【公開日】2023-12-26

(54)【発明の名称】環境制御システム

(51)【国際特許分類】

   E21F 1/00 20060101AFI20231219BHJP

   E21D 9/00 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

E21F1/00 A

E21D9/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022095889

(22)【出願日】2022-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000148346

【氏名又は名称】株式会社錢高組

(74)【代理人】

【識別番号】100095452

【弁理士】

【氏名又は名称】石井 博樹

(74)【代理人】

【識別番号】100130535

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 明

(74)【代理人】

【識別番号】100183025

【弁理士】

【氏名又は名称】大角 孝一

(72)【発明者】

【氏名】角田 晋相

(72)【発明者】

【氏名】森川 淳司

(72)【発明者】

【氏名】原田 尚幸

(57)【要約】

【課題】トンネルの坑内の二酸化炭素濃度の上昇を抑制するための換気用のファンの出力を効率化することで環境負荷を低減する。
【解決手段】トンネル１０の坑内の環境を制御する制御部１４と、トンネル１０の坑内に配置される送風管４６と、送風管４６に対して送風するファン４４と、トンネル１０の坑内に配置され二酸化炭素濃度を検出可能な二酸化炭素濃度計２２と、を備え、制御部１４は、二酸化炭素濃度計２２により検出された二酸化炭素濃度に基づいてファン４４の出力を調整する環境制御システム１２。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの坑内の環境を制御する制御部と、
前記トンネルの坑内に配置される送風管と、
前記送風管に対して送風するファンと、
前記トンネルの坑内に配置され二酸化炭素濃度を検出可能な二酸化炭素濃度計と、
を備え、
前記制御部は、前記二酸化炭素濃度計により検出された二酸化炭素濃度に基づいて前記ファンの出力を調整することを特徴とする環境制御システム。

【請求項2】

請求項１に記載の環境制御システムにおいて、
前記トンネルの延びる方向における前記トンネルの坑内の複数の位置に前記二酸化炭素濃度計を備えることを特徴とする環境制御システム。

【請求項3】

請求項２に記載の環境制御システムにおいて、
前記制御部は、複数の前記二酸化炭素濃度計のうちの最も高い二酸化炭素濃度の検出結果に基づいて前記ファンの出力を調整することを特徴とする環境制御システム。

【請求項4】

請求項１または２に記載の環境制御システムにおいて、
前記制御部は、前記ファンが前記送風管内に発生させる風速をＶ（ｍ／ｓ）、前記送風管の内径をＡ（ｍ^２）、前記二酸化炭素濃度計の検出した二酸化炭素濃度をｃ（ｐｐｍ）、空気密度をρ（Ｋｇ／ｍ^３）とした場合に、二酸化炭素の１秒当たりの排出量をＶ・Ａ・ρ・ｃ（ｍｇ／ｓ）として計算し、前記ファンの出力を調整することを特徴とする環境制御システム。

【請求項5】

請求項１または２に記載の環境制御システムにおいて、
一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つを検出可能な検出部を備え、
前記制御部は、前記検出部での一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つの検出結果が予め定められた閾値を超える場合は、前記二酸化炭素濃度計の検出結果に拘らず前記ファンの出力を最大にすることを特徴とする環境制御システム。

【請求項6】

請求項１または２に記載の環境制御システムにおいて、
前記トンネルの坑内に前記二酸化炭素濃度計の検出結果を表す表示部を備えることを特徴とする環境制御システム。

【請求項7】

請求項６に記載の環境制御システムにおいて、
前記表示部は、前記二酸化炭素濃度計による二酸化炭素濃度に応じて異なる色の光を発する警告灯であることを特徴とする環境制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、環境制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、様々な場所でトンネル工事が行われている。トンネル工事においては、トンネルの坑内での作業に使用する車両や機器などから多量のガスや粉塵などが排出される。トンネルの坑内でガスや粉塵などの濃度が高くなりすぎると、工事に従事する作業者の健康に多大な影響を与える虞がある。そこで、例えば、特許文献１には、トンネルの坑内での作業に使用する作業重機の稼働状況に基づいて作業モードを確認し、確認された作業モードに基づいて換気装置を駆動する換気システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１０２４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、トンネル工事においては、トンネルの坑内での作業に使用する車両や機器などから二酸化炭素が排出される。二酸化炭素は一酸化炭素やメタンなどと比べ毒性は低いものの二酸化炭素濃度が高くなると工事に従事する作業者の健康に影響を与える虞がある。しかしながら、特許文献１の換気システムのような従来の環境制御システムにおいては、トンネルの坑内での作業に使用する車両や機器などの稼働状況に基づいて換気装置を駆動することが一般的であった。なお、特許文献１の換気システムは、トンネル坑内に粉塵の濃度や酸素の濃度を検出するセンサーを設け、当該センサーが検出した情報に基づいて換気装置を制御する旨の記載があるものの二酸化炭素濃度に基づく換気装置の駆動に関しては考慮されていない。

【0005】

そこで、本発明は、トンネルの坑内の二酸化炭素濃度の上昇を抑制するための換気用のファンの出力を効率化することで環境負荷を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための本発明の第１の態様に係る環境制御システムは、トンネルの坑内の環境を制御する制御部と、前記トンネルの坑内に配置される送風管と、前記送風管に対して送風するファンと、前記トンネルの坑内に配置され二酸化炭素濃度を検出可能な二酸化炭素濃度計と、を備え、前記制御部は、前記二酸化炭素濃度計により検出された二酸化炭素濃度に基づいて前記ファンの出力を調整することを特徴とする。

【0007】

本態様によれば、トンネルの坑内に二酸化炭素濃度計を備え、二酸化炭素濃度計により検出された二酸化炭素濃度に基づいてファンの出力を調整する。このため、換気用のファンを駆動することでトンネルの坑内の二酸化炭素濃度の上昇を抑制することができるとともに、トンネルの坑内の二酸化炭素濃度に基づいてファンの出力を好適に調整して効率化することで環境負荷を低減することができる。

【0008】

本発明の第２の態様に係る環境制御システムは、前記第１の態様において、前記トンネルの延びる方向における前記トンネルの坑内の複数の位置に前記二酸化炭素濃度計を備えることを特徴とする。

【0009】

本態様によれば、トンネルの延びる方向におけるトンネルの坑内の複数の位置に二酸化炭素濃度計を備える。このため、トンネルの坑内において二酸化炭素の濃度が高い場所が一部に発生してもそのことを好適に検出でき、その場所における二酸化炭素濃度の上昇を抑制することができる。

【0010】

本発明の第３の態様に係る環境制御システムは、前記第２の態様において、前記制御部は、複数の前記二酸化炭素濃度計のうちの最も高い二酸化炭素濃度の検出結果に基づいて前記ファンの出力を調整することを特徴とする。

【0011】

本態様によれば、複数の二酸化炭素濃度計のうちの最も高い二酸化炭素濃度の検出結果に基づいてファンの出力を調整する。このため、トンネルの坑内の全体において二酸化炭素濃度が所定の濃度よりも上昇することを効果的に抑制することができる。

【0012】

本発明の第４の態様に係る環境制御システムは、前記第１または第２の態様において、前記制御部は、前記ファンが前記送風管内に発生させる風速をＶ（ｍ／ｓ）、前記送風管の内径をＡ（ｍ^２）、前記二酸化炭素濃度計の検出した二酸化炭素濃度をｃ（ｐｐｍ）、空気密度をρ（Ｋｇ／ｍ^３）とした場合に、二酸化炭素の１秒当たりの排出量をＶ・Ａ・ρ・ｃ（ｍｇ／ｓ）として計算し、前記ファンの出力を調整することを特徴とする。

【0013】

本態様によれば、二酸化炭素の１秒当たりの排出量をＶ・Ａ・ρ・ｃ（ｍｇ／ｓ）として計算し、ファンの出力を調整する。このようにファンの出力を調整することで、高い精度でトンネルの坑内の二酸化炭素濃度の上昇を抑制することができる。

【0014】

本発明の第５の態様に係る環境制御システムは、前記第１または第２の態様において、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つを検出可能な検出部を備え、前記制御部は、前記検出部での一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つの検出結果が予め定められた閾値を超える場合は、前記二酸化炭素濃度計の検出結果に拘らず前記ファンの出力を最大にすることを特徴とする。

【0015】

本態様によれば、検出部での一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つの検出結果が予め定められた閾値を超える場合は、二酸化炭素濃度計の検出結果に拘らずファンの出力を最大にする。このため、人体に対する毒性の高い一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つの検出結果が予め定められた閾値を超える場合に、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つの濃度の上昇を抑制することができる。

【0016】

本発明の第６の態様に係る環境制御システムは、前記第１または第２の態様において、前記トンネルの坑内に前記二酸化炭素濃度計の検出結果を表す表示部を備えることを特徴とする。

【0017】

本態様によれば、トンネルの坑内に二酸化炭素濃度計の検出結果を表す表示部を備える。このため、トンネルの坑内において作業者は、二酸化炭素濃度の上昇を把握することができ、二酸化炭素濃度の上昇を抑制するための作業を迅速に実行することができる。

【0018】

本発明の第７の態様に係る環境制御システムは、前記第６の態様において、前記表示部は、前記二酸化炭素濃度計による二酸化炭素濃度に応じて異なる色の光を発する警告灯であることを特徴とする。

【0019】

本態様によれば、表示部は、二酸化炭素濃度計による二酸化炭素濃度に応じて異なる色の光を発する警告灯である。このため、トンネルの坑内において作業者は、二酸化炭素濃度の上昇を表示部から離れた位置からでも容易に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】穿孔及び装薬作業におけるトンネル坑内の作業状態を示す概要図。

【図2】発破作業におけるトンネル坑内の作業状態を示す概要図。

【図3】ずり出し作業におけるトンネル坑内の作業状態を示す概要図。

【図4】こそく作業におけるトンネル坑内の作業状態を示す概要図。

【図5】吹付作業におけるトンネル坑内の作業状態を示す概要図。

【図6】ロックボルト作業におけるトンネル坑内の作業状態を示す概要図。

【図7】本発明の環境制御システムが実行する環境制御方法の一例を表すフローチャート。

【図8】本発明の環境制御システムが実行する環境制御方法の図７とは別の一例を表すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施例において同一の構成については、同一の符号を付し、最初の実施例においてのみ説明し、以後の実施例においてはその構成の説明を省略する。

【0022】

＜環境制御システムの概要＞
最初に、図１から図６を参照して、トンネル１０内における環境制御システム１２について説明する。図１などで表されるように、本実施例における環境制御システム１２は、制御部１４と、記憶部１６と、警告灯１８と、複数の電源装置２０と、複数の二酸化炭素濃度計２２と、換気装置２４と、集塵装置２６と、複数の照明５８（図１以外は符号を省略）と、を備えている。

【0023】

本実施例において、制御部１４は、一例としてトンネル抗外近傍に設けられた建設作業事務所等に設置されている。本実施例において、制御部１４は、複数の電子部品や回路から構成されるコンピューターとして構成されている。また、記憶部１６は、制御部１４と電気的に接続されており、制御部１４における制御データーやトンネル１０の坑内における環境のデーターを記憶する。具体的には、記憶部１６は、各作業工程における換気装置２４及び集塵装置２６の換気レベルの設定、トンネル１０における作業工程の履歴等を記憶している。そして、記憶部１６は、制御部１４からの命令に応じて必要なデーターを制御部１４に送信する。

【0024】

本実施例においてトンネル１０は、その先端の掘削部分（以下、「切羽」という）、すなわち切羽からトンネル１０の坑口Ｙ１まで複数の区間に分けられている。本実施例では、切羽の区間に符号１０ａを付し、切羽以外の区間（その他の区間）には符号１０ｂを付している。

【0025】

本実施例において、一例として切羽区間１０ａに警告灯１８が設けられている。警告灯１８は、トンネル１０の坑内における二酸化炭素濃度計２２の検出結果を表す表示部としての役割をしており、詳細には、二酸化炭素濃度計による二酸化炭素濃度に応じて異なる色の光を発する警告灯である。なお、本実施例の警告灯１８は、青色、緑色、黄色、赤色に点灯可能である。本実施例の環境制御システムは、このように二酸化炭素濃度計２２の検出結果を表す表示部としての警告灯１８を備えるため、トンネルの坑内において作業者は、二酸化炭素濃度の上昇を把握することができ、二酸化炭素濃度の上昇を抑制するための作業を迅速に実行することができる。また、二酸化炭素濃度計２２の検出結果を表す表示部として警告灯１８を用いることで、トンネル１０の坑内において作業者は、二酸化炭素濃度の上昇を表示部から離れた位置からでも容易に把握することができる。そして、作業者は、例えばトンネル１０の坑内における工事車両３８や作業機械４８を一旦停止させるなど二酸化炭素濃度の上昇を抑制するための対策することができる。

【0026】

なお、図１から図６では省略されているが、警告灯１８は、切羽区間１０ａに加え、切羽以外の区間１０ｂにも設置することが望ましい。ただし、トンネル１０の坑内における二酸化炭素濃度計２２の検出結果を表す表示部として、警告灯１８以外のものを使用してもよい。例えば、表示部としてモニターなどを設置し、モニターに二酸化炭素濃度を表示させてもよい。

【0027】

ここで、二酸化炭素濃度計２２は、トンネル１０の坑内における切羽区間１０ａ及びその他の区間１０ｂに適宜間隔をおいて配置され、その各々は、二酸化炭素濃度を検出することが可能なほか、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度も併せて検出可能である。別の表現をすると、複数の二酸化炭素濃度計２２の各々は、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の検出部としての役割を兼ねている。このように、二酸化炭素濃度計２２は、切羽区間１０ａにおける掘削作業やコンクリート吹付作業に伴って発生する粉塵の濃度や、切羽区間１０ａにおける発破の際に発生する二酸化炭素などのガスの濃度、トンネル１０の坑内における工事車両３８や作業機械４８が発生させる二酸化炭素などの排出ガスの濃度を検出可能である。そして、検出された粉塵及びガスの濃度を制御部１４に送信する。

【0028】

なお、上記のように、本実施例の環境制御システム１２においては、二酸化炭素濃度計２２が一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度も併せて検出可能な検出部を兼ねているが、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度などを検出する検出部を二酸化炭素濃度計２２とは別に設けていてもよい。また、検出部は、酸素濃度など、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度以外のガスの濃度なども検出可能な構成としてもよい。

【0029】

電源装置２０は、トンネル１０の坑内において切羽区間１０ａに設けられている。また、電源装置２０はトンネル１０の坑外、またはトンネル１０の坑口Ｙ１から切羽区間１０ａに向けて適宜間隔をおいて設けてもよい。なお、図１から図６において電源装置２０は切羽区間１０ａに設置されたもののみを図示し、その他の区間１０ｂ及びトンネル１０の坑外に設けられた電源装置２０の図示は省略している。

【0030】

本実施例において電源装置２０には、トンネル抗外に設けられた不図示の外部電源に電気的に接続されている。そして、電源装置２０は、ドリルジャンボ２８、コンクリート吹付機３０等の作業機械４８と電源ケーブルにより有線で接続可能に構成されている。そして、電源装置２０に電源ケーブルで接続された作業機械４８に電力を供給する。また、電源装置２０内には、電流計３２が設けられている。電流計３２は制御部１４に電気的に接続されている。本実施例において、電流計３２は、電源装置２０に接続された作業機械４８の電流値を計測している。電流計３２は、計測した電流値を制御部１４に送信する。

【0031】

また、トンネル１０の坑内に入坑する入坑者３４は通信端末３６を有している。本実施例における入坑者３４とは、トンネル１０の坑内においてトンネル１０の掘削作業に従事する作業員だけでなく、一時的に入坑する者も含まれている。なお、トンネル１０の坑内に入坑する工事車両３８も通信端末３６を備えている。本実施例において、工事車両３８とは、例えば、ダンプトラック４０、トラックミキサ４２、火薬運搬車、モルタル運搬車等を含んでいる。

【0032】

通信端末３６は、トンネル１０内において、入坑者３４あるいは工事車両３８が切羽区間１０ａ及びその他の区間１０ｂのどの区間に位置するかの位置情報を不図示の受信ユニットに送信する。そして、該受信ユニットは、受信した位置情報を制御部１４に送信する。本実施例では、一例として通信端末３６を備える入坑者３４と工事車両３８のうち、受信ユニットは、入坑者３４のうちトンネル１０の掘削作業に従事する作業員と、工事車両３８のうちダンプトラック４０及びトラックミキサ４２の通信端末３６の位置情報のみを収集し、受信した位置情報を制御部１４に送信する。例えば、入坑者３４と工事車両３８の備える通信端末３６の個別の識別ＩＤにより、入坑者３４と工事車両３８の種類を判断して収集する。

【0033】

換気装置２４は、トンネル１０内の換気を行う様に設定されている。換気装置２４は、一例としてトンネル１０の坑外に設けられたファン４４と、ファン４４から吸い込まれた大気を切羽区間１０ａに導き、切羽区間１０ａに該大気を吹き出させる送風管４６とを備えている。なお、本実施例において換気装置２４は切羽区間１０ａにトンネル１０の坑外の大気を送気するように構成したが、切羽区間１０ａの気体を送風管４６に吸引し、トンネル１０の坑外に排気するように構成してもよい。すなわち、本実施例において換気装置２４を使用する換気方法には、希釈方式のみならず、強制換気方式における換気方法が含まれる。

【0034】

本実施例において、換気装置２４は制御部１４に制御されている。より具体的には、制御部１４はファン４４の出力、すなわち、ファン４４の回転数を調整することにより、トンネル１０の坑内に送られる大気の量、すなわち換気装置２４の風量を調整している。本実施例において制御部１４は、一例としてファン４４の回転数を４段階に設定可能である。具体的には、制御部１４は、換気装置２４の換気レベルを低速レベル、中速レベル、高速レベル、最大レベルで設定可能である。尚、本実施例において、換気装置２４の換気量（ｍ^３／ｍｉｎ）は、一例として低速レベルにおいて１０００（ｍ^３／ｍｉｎ）、中速レベルにおいて１６００（ｍ^３／ｍｉｎ）、高速レベルにおいて２０００（ｍ^３／ｍｉｎ）、最大レベルにおいて２４００（ｍ^３／ｍｉｎ）に設定されている。

【0035】

また、集塵装置２６は、トンネル１０の坑内、特に切羽区間１０ａに配置されている。そして、本実施例では、集塵装置２６は切羽区間１０ａにおける粉塵が含まれた気体を吸入し、集塵装置２６の内部で除塵し、粉塵が取り除かれた気体を集塵装置２６から排出する。なお、本実施例における集塵装置２６には、粉塵だけでなく、発破により生じたガスや排出ガス等のガスも処理可能な装置も含むものとする。

【0036】

本実施例において、集塵装置２６も制御部１４に電気的に接続されている。そして、制御部１４は、集塵装置２６における粉塵等を含んだ気体の吸入量を調整可能である。本実施例において、集塵装置２６は、換気装置２４と同様に４段階に気体の吸入量を調整可能に設定されている。すなわち、制御部１４は、集塵装置２６において、その吸入量、すなわち集塵装置２６の換気レベルを低速レベル、中速レベル、高速レベル、最大レベルで設定可能である。本実施例において、集塵装置２６を使用する換気方法である希釈封じ込め方式のみならず、吸引伸縮風管を用いる吸引捕集方式における換気方式も含まれる。

【0037】

＜トンネルの坑内における作業の概要＞
次に、図１から図６を参照して、トンネル１０の坑内における作業の概要について説明する。本実施例における制御部１４は、入坑者３４及び工事車両３８の少なくとも一方の位置情報と、作業機械４８の電流値とに基づいて換気装置２４及び集塵装置２６の換気レベルを制御することが可能である。

【0038】

なお、本実施例では、一例として通信端末３６を備える入坑者３４と工事車両３８のうち、不図示の受信ユニットは、入坑者３４はトンネル１０の掘削作業に従事する作業員と、工事車両３８はダンプトラック４０及びトラックミキサ４２の通信端末３６の位置情報のみを収集し、受信した位置情報を制御部１４に送信して、換気装置２４及び集塵装置２６の制御に利用している。例えば、入坑者３４と工事車両３８の備える通信端末３６の個別の識別ＩＤにより、入坑者３４と工事車両３８の種類を判断して収集し、受信した位置情報を制御部１４に送信して、換気装置２４及び集塵装置２６の制御に利用している。

【0039】

また、本実施例において、作業機械４８の電流値とは、より具体的には、電気を動力として用いて稼働する作業機械、排出ガスを発生させるドリルジャンボ２８と、粉塵が多く発生する作業に使用するコンクリート吹付機３０の電流値を意味している。ここで、ドリルジャンボ２８及びコンクリート吹付機３０の電流値には、それぞれ閾値が設定されている。

【0040】

なお、本実施例において、環境制御システム１２は、入坑者３４、ダンプトラック４０、トラックミキサ４２のトンネル１０の坑内における位置情報、ドリルジャンボ２８及びコンクリート吹付機３０の電流値を制御パラメーターとしている。そして、これらの制御パラメーターのいくつかが満たされると、制御部１４は、現在トンネル１０の坑内で作業されている工程が制御パラメーターの組み合わせに応じた作業工程であると判断する。

【0041】

ここで、図１は、トンネル１０の坑内において定常作業の一つである穿孔及び装薬作業の状態を示している。以下、トンネル１０の坑内における定常作業の順に沿って説明する。図１において入坑者３４が切羽区間１０ａ及びその他の区間１０ｂに位置するとともにドリルジャンボ２８が電源装置２０に接続され、稼働状態となると、制御部１４は制御パラメーターの組み合わせの中から対応する作業工程を選び出し、この場合では穿孔及び装薬作業が行われていると判断する。そして、制御部１４は、換気装置２４及び集塵装置２６を運転する。

【0042】

切羽区間１０ａの先端においてドリルジャンボ２８が発破用の爆薬を装薬するための穴の穿孔（穿孔作業）が完了すると、工事車両３８の一つである不図示の火薬運搬車がトンネル１０坑内に入坑し、切羽区間１０ａまで移動する。そして、入坑者３４が火薬運搬車によって運ばれた爆薬を、ドリルジャンボ２８により穿孔された穴の中にセットする（装薬作業）。そして、ドリルジャンボ２８を切羽区間１０ａから退避させて、トンネル１０の坑内における駐車位置にドリルジャンボ２８を停止させる。その結果、切羽区間１０ａ及びその他の区間１０ｂに入坑者３４が位置する状態となる。すなわち、発破工程における制御パラメーターが満たされた状態となる。これにより、制御部１４は、作業工程が穿孔・装薬作業から発破作業に移行したと判断する。そして、入坑者３４は安全確認後、図２で表されるように、切羽区間１０ａの先端に仕掛けられた爆薬を爆発させる（発破作業）。この際、爆薬の爆発によりガスが発生する。

【0043】

次いで、図３で表されるように、トンネル１０の抗内にダンプトラック４０が入坑し、切羽区間１０ａまで移動する。すると、制御部１４は切羽区間１０ａにおけるダンプトラック４０の位置情報を受信する。その結果、切羽区間１０ａにダンプトラック４０が位置するとともに、切羽区間１０ａ及びその他の区間１０ｂに入坑者３４が位置する状態となる。つまり、ずり出し作業における制御パラメーターを満たした状態となる。そして、制御部１４は、発破作業からずり出し作業に移行したと判断する。また、図３で表されるように、切羽区間１０ａにダンプトラック４０が位置するとバックホウ５０により、発破により崩された岩や土砂の積み込みが始まる。この作業により、切羽区間１０ａには、ダンプトラック４０及びバックホウ５０のエンジンから排出される排出ガスや、岩や土砂等による粉塵が発生する。

【0044】

次いで、切羽区間１０ａから岩や土砂を積み込んだダンプトラック４０がトンネル１０の坑外に向けて移動すると、制御部１４は切羽区間１０ａ及びその他の区間１０ｂに入坑者３４が位置する状態を認識する。すなわち、こそく作業における制御パラメーターが満たされた状態となる。なお、ここで、こそく作業と発破作業のパラメーターは同じであるが、一例として制御部１４は記憶部１６に記憶されている定常作業の順番、及び直前の工程でダンプトラック４０の位置情報を得ていることから現在の作業がこそく作業であると判断する。図４で表されるこそく作業では、大型ブレーカー５２により切羽区間１０ａの先端や側面の地肌の整形が成される。この際、掘削岩の破砕微紛が発生する。

【0045】

次いで、大型ブレーカー５２が切羽区間１０ａから退避し、その後、図５で表されるように、切羽区間１０ａにトラックミキサ４２が位置し、コンクリート吹付機３０が稼働状態となると、制御部１４は、こそく作業から吹付作業に移行したと判断する。

【0046】

次いで、コンクリート吹付機３０が切羽区間１０ａから退避して停止状態となった後、図６で表されるように入坑者３４が切羽区間１０ａ及びその他の区間１０ｂに位置するとともにドリルジャンボ２８が電源装置２０に接続されて稼働状態となると、制御部１４は、吹付作業からロックボルト作業に移行したと判断する。その後、切羽区間１０ａの先端においてドリルジャンボ２８によりトンネル１０の壁面から外周方向に向かって土中にロックボルト５６を打設する。そして、ロックボルト作業が終了すると、そのまま、穿孔及び装薬作業（図１参照）に移行する。

【0047】

なお、ロックボルト作業とともに、または、ロックボルト作業の実行前に、吹付作業を適宜行いながら支保工５４を組み立てる支保工組立作業を行ってもよい。ここで、支保工組立作業を行う場合、支保工組立作業とロックボルト作業の制御パラメーターの条件を同じとしてもよいが、その場合、一例として制御部１４は、コンクリート吹付機３０の稼働回数に基づいて、現在の作業がどちらの作業であるかを判断することができる。また、本実施例において、火薬運搬車（不図示）に通信端末３６を備えてもよい。これにより、火薬運搬車がトンネル１０坑内に入坑し、切羽区間１０ａに位置することで作業工程が少なくともロックボルト作業から穿孔及び装薬作業に切り換わったことを制御部１４が判断可能となる。

【0048】

上記のように、本実施例の環境制御システム１２は、トンネル１０の坑内の環境を制御する制御部１４と、トンネル１０の坑内に配置される送風管４６と、送風管４６に対して送風するファン４４と、トンネル１０の坑内に配置され二酸化炭素濃度を検出可能な二酸化炭素濃度計２２と、を備えている。そして、制御部１４は、二酸化炭素濃度計２２により検出された二酸化炭素濃度に基づいて、図１の穿孔及び装薬作業、図２の発破作業、図３のずり出し作業、図４のこそく作業、図５の吹付作業及び図６のロックボルト作業の各作業において、ファン４４の出力を調整することが可能に構成されている。このため、本実施例の環境制御システム１２は、換気用のファン４４を駆動することでトンネル１０の坑内の二酸化炭素濃度の上昇を抑制することができるとともに、トンネル１０の坑内の二酸化炭素濃度に基づいてファン４４の出力を好適に調整して効率化することで環境負荷を低減することができる。そこで、以下に、本実施例の環境制御システム１２を使用して実行可能な、制御部１４によるトンネル１０の坑内の二酸化炭素濃度の上昇を抑制することなどを目的とした環境制御方法の具体的な一実施例について、図７及び図８のフローチャートを参照して説明する。

【0049】

＜制御部による環境制御方法の実施例＞
本実施例の環境制御方法は、図１の穿孔及び装薬作業、図２の発破作業、図３のずり出し作業、図４のこそく作業、図５の吹付作業及び図６のロックボルト作業の各作業において、各作業の開始前、各作業中、各作業の終了後、のいずれにおいても実行され得る。別の表現をすると、図７のフローチャートで表される本実施例の環境制御方法は、各作業の開始前、各作業中、各作業の終了後、の所望の期間中において、連続して繰り返し実行され得る。ただし、各作業のうちの例えば二酸化炭素の排出量の多い傾向にあるずり出し作業においてのみ本実施例の環境制御方法を実行することもできる。また、逆に、各作業のうちの例えば二酸化炭素の排出量の少ない傾向にある穿孔及び装薬作業やロックボルト作業以外において本実施例の環境制御方法を実行することもできる。

【0050】

本実施例の環境制御方法を開始すると、最初に、ステップＳ１１０で、制御部１４は、各二酸化炭素濃度計２２における二酸化炭素などのガス及び粉塵濃度の検出結果を入力する。上記のように、本実施例の環境制御システム１２は、複数の二酸化炭素濃度計２２を備えており、各々の二酸化炭素濃度計２２は、二酸化炭素濃度に加え、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度を検出することが可能である。このため、ステップＳ１１０では、制御部１４は、二酸化炭素濃度に加え、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の検出結果も入力する。

【0051】

次に、ステップＳ１２０で、制御部１４は、各々の二酸化炭素濃度計２２においてステップＳ１１０で検出した、二酸化炭素濃度、一酸化炭素濃度、メタン濃度などの各ガス濃度、並びに、粉塵濃度のうち、二酸化炭素濃度以外のガス濃度及び粉塵濃度に関して、その値が閾値未満か否かを判断する。なお、各々のガス濃度及び粉塵濃度は、記憶部１６に記憶されている。ステップＳ１２０で二酸化炭素濃度以外のガス濃度及び粉塵濃度のすべてが閾値未満と制御部１４が判断した場合は、ステップＳ１３０に進む。一方、ステップＳ１２０で二酸化炭素濃度以外のガス濃度及び粉塵濃度のうちのいずれか１つでも閾値未満ではないと制御部１４が判断した場合は、ステップＳ２２０に進む。なお、図１から図６で表されるように、本実施例の環境制御システム１２は、トンネル１０の延びる方向におけるトンネル１０の坑内の複数の位置に二酸化炭素濃度計２２を備えている。そして、制御部１４は、複数の二酸化炭素濃度計２２のうちの最も高いガス濃度、並びに、粉塵濃度の検出結果に基づいてステップＳ１２０の判断をする。

【0052】

ステップＳ１３０では、制御部１４は、ステップＳ１１０で検出した各々の二酸化炭素濃度計２２における二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍ未満か否かを判断する。ステップＳ１３０で各々の二酸化炭素濃度計２２のいずれも二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍ未満と制御部１４が判断した場合は、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、制御部１４は、警告灯１８を青色に点灯させるよう制御する。そして、その後、ステップＳ１５０に進み、制御部１４は、換気用のファン４４を低速レベルで駆動させ、本実施例の環境制御方法のフローを終了する。一方、ステップＳ１３０で各々の二酸化炭素濃度計２２のうち二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍ以上のものがあると制御部１４が判断した場合は、ステップＳ１６０に進む。

【0053】

ステップＳ１６０では、制御部１４は、ステップＳ１１０で検出した各々の二酸化炭素濃度計２２における二酸化炭素濃度が２０００ｐｐｍ未満か否かを判断する。ステップＳ１６０で各々の二酸化炭素濃度計２２のいずれも二酸化炭素濃度が２０００ｐｐｍ未満と制御部１４が判断した場合は、ステップＳ１７０に進む。ステップＳ１７０では、制御部１４は、警告灯１８を緑色に点灯させるよう制御する。そして、その後、ステップＳ１８０に進み、制御部１４は、換気用のファン４４を中速レベルで駆動させ、本実施例の環境制御方法のフローを終了する。一方、ステップＳ１６０で各々の二酸化炭素濃度計２２のうち二酸化炭素濃度が２０００ｐｐｍ以上のものがあると制御部１４が判断した場合は、ステップＳ１９０に進む。

【0054】

ステップＳ１９０では、制御部１４は、ステップＳ１１０で検出した各々の二酸化炭素濃度計２２における二酸化炭素濃度が５０００ｐｐｍ未満か否かを判断する。ステップＳ１９０で各々の二酸化炭素濃度計２２のいずれも二酸化炭素濃度が５０００ｐｐｍ未満と制御部１４が判断した場合は、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、制御部１４は、警告灯１８を黄色に点灯させるよう制御する。そして、その後、ステップＳ２１０に進み、制御部１４は、換気用のファン４４を高速レベルで駆動させ、本実施例の環境制御方法のフローを終了する。一方、ステップＳ１９０で各々の二酸化炭素濃度計２２のうち二酸化炭素濃度が５０００ｐｐｍ以上のものがあると制御部１４が判断した場合は、ステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、制御部１４は、警告灯１８を赤色に点灯させるよう制御する。そして、その後、ステップＳ２３０に進み、制御部１４は、換気用のファン４４を最大レベルで駆動させ、本実施例の環境制御方法のフローを終了する。

【0055】

次に、図８のフローチャートで表される環境制御方法の実施例について説明する。図８のフローチャートで表される環境制御方法の各ステップは、図７のフローチャートで表される環境制御方法の各ステップと同様のステップを含んであり、各ステップの順番が一部異なるだけである。このため、各ステップの詳細の説明は省略する。図８のフローチャートで表される環境制御方法においては、ステップＳ１５０の終了に伴い本実施例の環境制御方法のフローを終了するとともに、ステップＳ１８０、ステップＳ２１０、ステップＳ２３０の終了に伴いステップＳ１２０に戻る。すなわち、図８のフローチャートで表される環境制御方法は、二酸化炭素濃度に応じてファン４４を駆動しつつ最終的にファン４４を低速で駆動するように制御する。

【0056】

図１から図６で表されるように、本実施例の環境制御システム１２は、トンネル１０の延びる方向におけるトンネル１０の坑内の複数の位置に二酸化炭素濃度計２２を備えている。このため、本実施例の環境制御システム１２は、トンネル１０の坑内において二酸化炭素の濃度が高い場所が一部に発生してもそのことを好適に検出でき、その場所における二酸化炭素濃度の上昇を抑制することができる。

【0057】

また、本実施例の環境制御システム１２においては、ステップＳ１３０、ステップＳ１６０及びステップＳ１９０において、制御部１４は、複数の二酸化炭素濃度計２２のうちの最も高い二酸化炭素濃度の検出結果に基づいてファン４４の出力を調整する。このため、本実施例の環境制御システム１２は、トンネル１０の坑内の全体において二酸化炭素濃度が所定の濃度よりも上昇することを効果的に抑制することができる。

【0058】

ただし、このような方法に限定されない。例えば、複数の二酸化炭素濃度計２２の二酸化炭素濃度の検出結果の平均値を求め、該平均値を基準にファン４４の出力を調整してもよい。さらに、二酸化炭素濃度計２２の二酸化炭素濃度の検出結果に加えて、環境制御システム１２全体の消費電力量や作業機械４８全体の駆動状況などから二酸化炭素濃度を算出し、その算出結果に基づく補正などを行いながら、ファン４４の出力を調整してもよい。

【0059】

また、上記のように、本実施例の二酸化炭素濃度計２２は、二酸化炭素濃度に加え、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の検出も可能なものとなっている。すなわち、本実施例の環境制御システム１２は、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つを検出可能な検出部を備えていると言える。そして、上記ステップＳ１２０及びステップＳ２３０で表されるように、制御部１４は、検出部としての二酸化炭素濃度計２２での一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つの検出結果が予め定められた閾値を超える場合は、二酸化炭素濃度計２２の二酸化炭素濃度の検出結果に拘らずファン４４の出力を最大にする。このため、本実施例の環境制御システム１２は、人体に対する毒性の高い一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つの検出結果が予め定められた閾値を超える場合に、一酸化炭素濃度、メタン濃度及び粉塵濃度の少なくともいずれか１つの濃度の上昇を抑制することができる。

【0060】

ここで、制御部１４は、二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍ未満の場合に低速レベルである１０００（ｍ^３／ｍｉｎ）、二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満の場合に中速レベルである１６００（ｍ^３／ｍｉｎ）、二酸化炭素濃度が２０００ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の場合に高速レベルである２０００（ｍ^３／ｍｉｎ）、二酸化炭素濃度が５０００ｐｐｍ以上の場合に最大レベルである２４００（ｍ^３／ｍｉｎ）、と換気量がなるようにファン４４の出力を調整する。これは、ファン４４が送風管４６内に発生させる風速をＶ（ｍ／ｓ）、送風管４６の内径をＡ（ｍ^２）、二酸化炭素濃度計２２の検出した二酸化炭素濃度をｃ（ｐｐｍ）、空気密度をρ（Ｋｇ／ｍ^３）とした場合に、二酸化炭素の１秒当たりの排出量をＶ・Ａ・ρ・ｃ（ｍｇ／ｓ）として計算し、該計算結果に基づくファン４４の出力の調整方法に対応している。このようにファン４４の出力を調整することで、高い精度でトンネル１０の坑内の二酸化炭素濃度の上昇を抑制することができる。

【0061】

詳細には、ファン４４の送風量Ｑはトンネル１０からの気体の排出量と同じであるとすると、Ｑ＝Ｖ・Ａ（ｍ^３／ｓ）となる。ただし、ファン４４にインバータが内蔵されている場合は、インバータから送風量Ｑの値を導くこともできる。そして、トンネル工事に伴う二酸化炭素の濃度上昇分Δｃ（ｐｐｍ）は、一般的な大気中の二酸化炭素濃度をｃ０（ｐｐｍ）とした場合に、Δｃ（ｐｐｍ）＝ｃ（ｐｐｍ）－ｃ０（ｐｐｍ）となる。なお、ｃ０（ｐｐｍ）は、例えば一般的な大気中の二酸化炭素濃度の値である４００ｐｐｍなどとして計算してもよいが、実際に二酸化炭素濃度を測定してその測定結果を用いてもよい。また、ｃ（ｐｐｍ）を質量濃度に変換すると、大気の密度をρ（ｍｇ／ｍ^３）とした場合、ρ・ｃ（ｍｇ／ｍ^３）となる。すると、単位時間（１ｓ）当たりの二酸化炭素の排出量はＱ・ρ・ｃ（ｍｇ／ｓ）、すなわち、Ｖ・Ａ・ρ・ｃ（ｍｇ／ｓ）となる。そして、サンプリングタイム（インターバル）をΔｔとすると二酸化炭素の積算排出量はΣＱ・ρ・ｃ・Δｔ（ｍｇ）なる。

【0062】

なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0063】

１０…トンネル、１０ａ…切羽区間、１０ｂ…切羽以外の区間、１２…環境制御システム、１４…制御部、１６…記憶部、１８…警告灯、２０…電源装置、２２…二酸化炭素濃度計（検出部）、２４…換気装置、２６…集塵装置、２６ａ…吸引伸縮風管、２８…ドリルジャンボ、３０…コンクリート吹付機、３２…電流計、３４…入坑者、３６…通信端末、３８…工事車両、４０…ダンプトラック、４２…トラックミキサ、４４…ファン、４６…送風管、４８…作業機械、５０…バックホウ、５２…大型ブレーカー、５４…支保工、５６…ロックボルト、５８…照明、Ｙ１…坑口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】