特開 2023-87197 ロックボルト打設機用のモルタル注入システム

(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】P2023087197

(43)【公開日】2023-06-23

(54)【発明の名称】ロックボルト打設機用のモルタル注入システム

(51)【国際特許分類】

   E21D 20/02 20060101AFI20230616BHJP

   E21B 44/00 20060101ALI20230616BHJP

   E04G 21/12 20060101ALN20230616BHJP

【ＦＩ】

E21D20/02

E21B44/00 Z

E04G21/12 105Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021201443

(22)【出願日】2021-12-13

(71)【出願人】

【識別番号】594149398

【氏名又は名称】古河ロックドリル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】石川 和弥

(72)【発明者】

【氏名】藤城 義信

【テーマコード（参考）】

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D129AB05

2D129AB09

2D129BA05

2D129JA01

(57)【要約】

【課題】ロックボルト１本毎に適切なモルタル量を注入することができるロックボルト打設機用のモルタル注入システムを提供する。
【解決手段】制御盤７を備えたロックボルト打設機１００と、モルタル注入機３にモルタルを吐出するモルタルポンプ装置２０１と、モルタルポンプ装置２０１を制御するモルタルポンプ制御盤２０２とを有し、制御盤７は、モルタル設定量を入力する注入量入力手段１１と、モルタル吐出量を計算する吐出量計算手段１２と、モルタル設定量とモルタル吐出量とを比較するモルタル量比較検討手段１３と、を有し、モルタル吐出量がモルタル設定量を越える場合は、モルタルポンプ装置２０１が停止するロックボルト打設機用のモルタル注入システム。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロックボルト孔を穿孔するロックボルト穿孔装置と、ロックボルトを打設するロックボルト打設装置と、前記ロックボルト穿孔装置および前記ロックボルト打設装置を制御する制御盤と、を備えたロックボルト打設機と、
前記ロックボルト孔にモルタルを注入するモルタル注入機と、
前記モルタル注入機にモルタルを吐出するモルタルポンプ装置と、
前記モルタルポンプ装置を制御するモルタルポンプ制御盤と、
を有するロックボルト打設機用のモルタル注入システムであって、
前記制御盤は、前記ロックボルト孔に注入するモルタル設定量を入力する注入量入力手段と、前記モルタルポンプ装置から吐出されるモルタル吐出量を計算する吐出量計算手段と、前記モルタル設定量に基づく量と前記モルタル吐出量に基づく量とを比較するモルタル量比較検討手段と、を有し、
前記モルタル吐出量に基づく量が前記モルタル設定量に基づく量を越える場合は、前記制御盤は前記モルタルポンプ制御盤に前記モルタルポンプ装置を停止させる信号を送り、前記モルタルポンプ装置が停止することを特徴とするロックボルト打設機用のモルタル注入システム。

【請求項2】

前記ロックボルト打設機は、前記ロックボルト穿孔装置および前記ロックボルト打設装置の運転状態を監視するモニタを備えており、
前記モニタに前記モルタルポンプ装置から吐出されるモルタル吐出量が表示されることを特徴とする請求項１に記載のロックボルト打設機用のモルタル注入システム。

【請求項3】

前記ロックボルト打設機は、前記モルタルポンプ装置の運転開始と運転停止を操作するモルタルポンプ運転スイッチを備えており、
前記モルタルポンプ運転スイッチの操作により、前記モルタル吐出量に基づく量が前記モルタル設定量に基づく量より少ない状態で、前記モルタルポンプ装置が運転停止した場合は、前記制御盤は前記モニタに、前記モルタル吐出量に基づく量が前記モルタル設定量に基づく量より少ない状態で前記モルタルポンプ装置が運転停止したことを警告表示するよう指示することを特徴とする請求項２に記載のロックボルト打設機用のモルタル注入システム。

【請求項4】

前記モルタルポンプ装置は、前記モルタルポンプ装置を駆動させるためのモルタルポンプモータを有し、
前記モルタル吐出量は、前記モルタルポンプモータの運転時間に所定の係数をかけて計算することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のロックボルト打設機用のモルタル注入システム。

【請求項5】

前記モルタルポンプ装置は、前記モルタルポンプ装置を駆動させるためのモルタルポンプモータと、前記モルタルポンプモータの回転数を検知する回転数センサを有し、
前記モルタル吐出量は、前記回転数センサからの回転数と回転数当たりの吐出量とにより計算することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のロックボルト打設機用のモルタル注入システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル施工、鉱山坑道掘削および補強土作業において、ロックボルト打設作業を行うロックボルト打設機におけるモルタル注入システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、トンネル施工等で複数個所にロックボルトを打設するための削孔を行う装置として、穿孔機とブームとにより構成される穿孔装置およびモルタル等を混練し圧送する混練圧送装置を具備した掘削機と、ロックボルト装着工程が開示されている。特許文献１におけるロックボルト装着工程は、最初に穿孔機により穿孔を行い、次に圧送機からモルタルを圧送して穿孔された孔にモルタルを注入し、モルタル注入後、孔にロックボルトを装着し、順次この工程を繰り返すものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平５－８９５９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

穿孔された孔にモルタルを注入するモルタル量は、通常、複数個所にロックボルトを打設する場合、ロックボルト総数として管理することはあるが、ロックボルト１本毎に管理ができていない場合が多い。そのため、穿孔された孔にモルタルを注入するモルタル量が多すぎる場合は過剰のモルタルが流出して無駄が発生する。また、モルタル量が少なすぎる場合は、ロックボルトの固定が不完全なものとなる場合がある。

【0005】

そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、ロックボルト１本毎に適切なモルタル量を注入することができるロックボルト打設機用のモルタル注入システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、ロックボルト孔を穿孔するロックボルト穿孔装置と、ロックボルトを打設するロックボルト打設装置と、ロックボルト穿孔装置およびロックボルト打設装置を制御する制御盤と、を備えたロックボルト打設機と、ロックボルト孔にモルタルを注入するモルタル注入機と、モルタル注入機にモルタルを吐出するモルタルポンプ装置と、モルタルポンプ装置を制御するモルタルポンプ制御盤と、を有するロックボルト打設機用のモルタル注入システムであって、制御盤は、ロックボルト孔に注入するモルタル設定量を入力する注入量入力手段と、モルタルポンプ装置から吐出されるモルタル吐出量を計算する吐出量計算手段と、モルタル設定量に基づく量とモルタル吐出量に基づく量とを比較するモルタル量比較検討手段と、を有し、モルタル吐出量に基づく量がモルタル設定量に基づく量を越える場合は、制御盤はモルタルポンプ制御盤にモルタルポンプ装置を停止させる信号を送り、モルタルポンプ装置が停止するロックボルト打設機用のモルタル注入システムである。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、ロックボルト１本毎の適切なモルタル量を注入することができるロックボルト打設機用のモルタル注入システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係るロックボルト打設機用のモルタル注入システムの構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係るロックボルト打設機用のモルタル注入システムの制御ブロック構成図である。

【図3】本発明の実施形態に係るロックボルト打設機用のモルタル注入システムのモニタを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下の詳細な説明では、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる場合が含まれる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

【0010】

本実施形態によるロックボルト打設機用のモルタル注入システム３００は、ロックボルト孔の穿孔、ロックボルトの打設、および、ロックボルト孔へのモルタル注入を行うシステムである。ロックボルト打設機用のモルタル注入システム３００は、ロックボルト孔を穿孔するロックボルト穿孔装置１と、ロックボルトを打設するロックボルト打設装置２と、ロックボルト穿孔装置１およびロックボルト打設装置２を制御する制御盤７と、を備えたロックボルト打設機１００と、ロックボルト孔にモルタルを注入するモルタル注入機３と、モルタル注入機３にモルタルを吐出するモルタルポンプ装置２０１と、モルタルポンプ装置２０１を制御するモルタルポンプ制御盤２０２と、を有するロックボルト打設機用のモルタル注入システムであって、制御盤７は、ロックボルト孔に注入するモルタル設定量を入力する注入量入力手段１１と、モルタルポンプ装置２０１から吐出されるモルタル吐出量を計算する吐出量計算手段１２と、モルタル設定量とモルタル吐出量とを比較するモルタル量比較検討手段１３と、を有し、モルタル吐出量がモルタル設定量を越える場合は、制御盤７はモルタルポンプ制御盤２０２にモルタルポンプ装置２０１を停止させる信号を送り、モルタルポンプ装置２０１が停止するロックボルト打設機用のモルタル注入システムである。以下において、本実施形態に係るロックボルト打設機用のモルタル注入システムの詳細を図１、図２に基づき説明する。

【0011】

図１は、本実施形態に係るロックボルト打設機用のモルタル注入システムの構成図であり、図２は、本実施形態に係るロックボルト打設機用のモルタル注入システムの制御ブロック構成図である。ロックボルト打設機用のモルタル注入システム３００は、ロックボルト打設機１００とモルタル搭載機２００を備えている。ロックボルト打設機１００は、トンネル等の壁面に補強用のロックボルトを打設するために、ロックボルト用孔を穿孔し、穿孔したロックボルト用孔にロックボルトを打設する装置である。モルタル搭載機２００は、ロックボルトを打設する前のロックボルト用孔に注入するモルタルを圧送する装置である。

【0012】

図１、２に示すように、ロックボルト打設機１００は、ロックボルト孔を穿孔するロックボルト穿孔装置１と、ロックボルトを打設するロックボルト打設装置２、ロックボルト穿孔装置１およびロックボルト打設装置２を制御する制御盤７を備えている。また、ロックボルト打設装置２は、モルタル注入機３を備えている。モルタル注入機３はモルタル搭載機２００から圧送されるモルタルをロックボルト用孔に注入する。ロックボルト打設機１００には運転席４が配置されており、運転席４には、ロックボルト穿孔装置１およびロックボルト打設装置２の運転状態を監視するためのモニタ５、モルタルポンプ装置２０１の始動と停止を行うモルタルポンプ運転スイッチ２０６、モニタ５に表示された表示をリセットするリセットスイッチ６が設置されている。また、ロックボルト打設機１００は無線送受信機９を備えており、無線送受信機９はモルタル搭載機２００に搭載された後述する無線送受信機２０４との信号の送受信を行う。また、ロックボルト打設装置２は圧力スイッチ８を備えている。圧力スイッチ８は、ロックボルトがロックボルト用孔に装着される毎に動作するセンサであり、ロックボルト用孔へのロックボルトの装着が完了すると動作する。本実施形態のロックボルト穿孔装置において、モルタルポンプ装置２０１の始動と停止の基本操作は、操作者がモルタルポンプ運転スイッチ２０６を操作することで行う。

【0013】

図１、図２に示すように、モルタル搭載機２００はモルタル注入機３にモルタルを吐出するモルタルポンプ装置２０１を備えている。ロックボルト打設装置２に備えられたモルタル注入機３とモルタルポンプ装置２０１とは図示しない圧送ホースが連結している。モルタルポンプ装置２０１は、駆動用のモルタルポンプモータ２０３、モルタルポンプ装置２０１を制御するモルタルポンプ制御盤２０２、コンバータ２０５、無線送受信機２０４を備えている。モルタルポンプモータ２０３の軸にはモルタルポンプモータ２０３の軸の回転数を検知する回転センサ２０７が取り付けられている。また、モルタルポンプモータ２０３はモルタルポンプモータ２０３の運転時間を計測するタイマ２０８を備えている。コンバータ２０５はモルタルポンプ制御盤２０２、回転センサ２０７、タイマ２０８から送られてくる信号を変換し無線送受信機２０４へ送信し、また、無線送受信機２０４から送信される信号を変換しモルタルポンプ制御盤２０２へ送信する。モルタルポンプ制御盤２０２は、ロックボルト打設機１００に設置されたモルタルポンプ運転スイッチ２０６のＯＮによってロックボルト打設機１００のから送られてくる運転開始信号に基づき、モルタルポンプモータ２０３を始動させ、また、ロックボルト打設機１００のから送られてくる停止信号によりモルタルポンプモータ２０３を停止させる。無線送受信機２０４は、ロックボルト打設機１００の無線送受信機９と信号の送受信を行う。

【0014】

ロックボルトを打設する作業時には、モルタルポンプ装置２０１を搭載したモルタル搭載機２００はロックボルト打設機１００の近くに設置される。ロックボルト穿孔装置１によってロックボルト孔を穿孔した後、ロックボルト打設装置２に備えられたモルタル注入機３を用いて穿孔したロックボルト用孔にモルタルを注入する。モルタル注入後、ロックボルト打設装置２を用いてモルタルが注入されたロックボルト用孔にロックボルトを装着する。

【0015】

次に図２を用いて、ロックボルト打設機用のモルタル注入システムの制御ブロックについて説明する。

【0016】

ロックボルト打設機１００の運転席４には、モニタ５、モルタルポンプ運転スイッチ２０６、リセットスイッチ６が設置されている。モニタ５は、ひとつのロックボルト用孔に注入されるモルタルの注入量を入力する注入量入力手段１１を備えている。注入量入力手段１１はモニタ５の画面上から直接入力できるソフトスイッチであるが、注入量入力手段１１はモニタ５とは別に設けたハードスイッチでも構わない。また、モニタ５は、モルタル注入機３によって注入されるモルタルのモルタル吐出量を表示するモルタル注入量表示部２１０を備えている。モルタル注入量表示部２１０に表示されたモルタル注入量はリセットスイッチ６によりリセットされる。

【0017】

ロックボルト打設機１００に備えられた制御盤７は、ロックボルト打設機１００を制御する。制御盤７は吐出量計算手段１２、モルタル量比較検討手段１３、記憶手段１４を備えている。吐出量計算手段１２は、モルタル搭載機２００から送られてくるモルタルポンプモータ２０３の軸の回転数に基づき、モルタル注入機３によって注入されるモルタル吐出量を計算する。モルタル注入機３によって注入されるモルタル吐出量を計算するための計算式は、記憶手段１４に記憶されている。計算は、モルタルポンプモータ２０３の軸の回転数と単位吐出量とにより求めることができる。尚、モルタル吐出量は、モルタル搭載機２００から送られてくるモルタルポンプモータ２０３の運転時間に基づき計算することでも構わない。モルタルポンプモータ２０３の運転時間に基づく場合は、モルタルポンプモータ２０３の運転時間に所定の係数をかけることにより求めることができる。モルタル量比較検討手段１３は、モニタ５に備えられた注入量入力手段１１から入力されたモルタル設定量と吐出量計算手段１２によって計算されたモルタル吐出量とを比較する。モルタル設定量は、ロックボルト孔の穿孔径、穿孔長、ロックボルト形状等により設定する。また、単位吐出量はモルタルポンプ装置２０１の１分当たりのモルタル吐出量である。また、モルタルポンプモータ２０３の運転時間にかける所定の係数は、予め、モルタルポンプモータの運転時間およびモルタルポンプ装置２０１のモルタル吐出量から求めたものである。

【0018】

吐出量計算手段１２は、計算によって求めたモルタル吐出量を出力しモニタ５に送信する。モニタ５のモルタル注入量表示部２１０は、吐出量計算手段１２から送信されたモルタル吐出量を表示する。これにより、操作者は、ひとつのロックボルト用孔に注入されているモルタルの注入量を把握することができる。モルタル量比較検討手段１３は、吐出量計算手段１２によって計算されたモルタル吐出量が注入量入力手段１１から入力されたモルタル設定量を越えた場合、モルタルポンプ装置２０１を停止させる停止信号を出力する。本実施形態では、モルタルポンプ装置２０１の停止は操作者がモルタルポンプ運転スイッチ２０６を操作することにより行う。そのため、モルタル吐出量がモルタル設定量より少ない状態で、モルタルポンプ運転スイッチ２０６が操作されモルタルポンプ装置２０１が停止した場合は、制御盤７はモニタ５にモルタル吐出量がモルタル設定量より少ない状態で停止したことを警告表示する。

【0019】

次に、本実施形態に係るモルタル注入システム３００のロックボルト孔へのモルタル注入について説明する。

【0020】

最初に、操作者は穿孔したロックボルト用孔にモルタル注入機３をセットする。次に、操作者はモニタ５の注入量入力手段１１からモルタル設定量を入力し、モルタルポンプ運転スイッチ２０６をＯＮにする。操作者によってモルタルポンプ運転スイッチ２０６がＯＮにされると運転開始信号が制御盤７へ送信される。運転開始信号を受信した制御盤７はその信号を無線送受信機９へ送信し、無線送受信機９はモルタル搭載機２００の無線送受信機２０４へ運転開始信号を送信する。ロックボルト打設機１００から送信された運転開始信号は、無線送受信機２０４、コンバータ２０５を介してモルタルポンプ制御盤２０２へ送信される。運転開始信号を受信したモルタルポンプ制御盤２０はモルタルポンプモータ２０３に運転開始信号を送信し、モルタルポンプモータ２０３は始動する。モルタルポンプモータ２０３が始動すると、モルタル注入機３からロックボルト用孔にモルタルが注入される。モルタルのロックボルト用孔への注入の停止は、操作者がロックボルト用孔に注入されているモルタルの状態を目視で確認し、モルタルが十分にロックボルト用孔へ注入されたと判断した場合に、モルタルポンプ運転スイッチ２０６を操作してモルタルの注入を停止させる。

【0021】

注入量入力手段１１から入力されたモルタル設定量は制御盤７へ送信される。また、モルタル搭載機２００から送信されるモルタルポンプモータ２０３の軸の回転数が制御盤７へ送信される。制御盤７の吐出量計算手段１２は、記憶手段１４に記憶されている計算式を用いて、モルタルポンプモータ２０３の軸の回転数に基づきモルタルポンプ装置２０１から吐出されるモルタル吐出量を算出する。吐出量計算手段１２は、算出されたモルタル吐出量をモニタ５に出力する。算出されたモルタル吐出量はモニタ５のモルタル注入量表示部２１０に表示される。これにより、操作者は、ロックボルト用孔に注入されるモルタルの吐出量を把握することができる。モルタルのロックボルト用孔への注入の停止は、操作者がロックボルト用孔に注入されているモルタルの状態を目視で確認して行うが、モルタル注入量がモルタル注入量表示部２１０に表示されることにより、操作者は停止させる場合の目安の参考とすることができる。

【0022】

モルタル量比較手段は、注入量入力手段１１から入力されたモルタル設定量と吐出量計算手段１２が算出したモルタル吐出量を比較する。吐出量計算手段１２が算出したモルタル吐出量が注入量入力手段１１から入力されたモルタル設定量を越えた場合、制御盤７は、モルタルポンプ装置２０１を停止させる停止信号を無線送受信機９へ送信する。無線送受信機９はモルタル搭載機２００の無線送受信機２０４へ停止信号を送信する。ロックボルト打設機１００から送信された停止信号を受信した無線送受信機２０４は、コンバータ２０５へ停止信号を送信する。停止信号は、コンバータ２０５を介してモルタルポンプ制御盤２０２へ送信される。停止信号を受信したモルタルポンプ制御盤２０２は、モルタルポンプモータ２０３に停止信号を送信し、モルタルポンプモータ２０３は停止する。モルタルのロックボルト用孔への注入の停止は、操作者がモルタルポンプ運転スイッチ２０６を操作して行うが、例えば、トンネル工事等が行われる地山に形成された空洞にロックボルト用孔が連通した場合は、モルタルが空洞にも注入されてしまう。そのため、ロックボルト用孔へ注入すべき本来の注入量よりも多いモルタルが注入されてしまう。その場合、モルタルが十分にロックボルト用孔へ注入されたかどうかを作業者は目視で判断できない。しかし、本実施形態では、モルタル注入量がモルタル注入量表示部２１０に表示されるので、操作者は停止させる場合の目安の参考とすることができる。これにより、ひとつのロックボルト用孔に対して適切なモルタル量を注入することができる。また、本実施形態では、吐出量計算手段１２が算出したモルタル吐出量が注入量入力手段１１から入力されたモルタル設定量を越えた場合、制御盤７は、モルタルポンプ装置２０１を停止させる。そのため、必要以上に、モルタルがロックボルト用孔に注入されてしまうことを抑制することができる。

【0023】

本実施形態のモルタル注入システム３００は、ロックボルト打設機１００がモルタル注入機３を備えているが、ロックボルト打設機１００ではなく、モルタル搭載機２００がモルタル注入機３を備えていても構わない。また、本実施形態のモルタル注入システム３００は、モルタルポンプモータ２０３の軸の回転数に基づきモルタルポンプ装置２０１から吐出されるモルタル吐出量を算出したが、モルタルポンプモータ２０３の運転時間に基づきモルタルポンプ装置２０１から吐出されるモルタル吐出量を算出しても構わない。また、本実施形態のモルタル注入システム３００は、ロックボルト孔に注入するモルタル設定量を入力する注入量入力手段１１と、モルタルポンプ装置２０１から吐出されるモルタル吐出量を計算する吐出量計算手段１２と、モルタル設定量とモルタル吐出量とを比較するモルタル量比較検討手段１３と、を有し、モルタル吐出量がモルタル設定量を越える場合は、制御盤７はモルタルポンプ制御盤２０２にモルタルポンプ装置２０１を停止させる信号を送り、モルタルポンプ装置２０１が停止するが、必ずしもこれに限定されない。モルタル設定量とモルタル吐出量とを比較する場合のモルタル設定量とモルタル吐出量は、注入量入力手段１１から入力されたモルタル設定量に基づく量であり、また、吐出量計算手段１２から計算されたモルタル吐出量に基づく量であっても構わない。こうすることにより、注入量入力手段１１から入力されたモルタル設定量に達する前にモルタルポンプ装置２０１を停止させ、あるいは、注入量入力手段１１から入力されたモルタル設定量よりも多い量が吐出された後にモルタルポンプ装置２０１を停止させることができる。

【0024】

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

【符号の説明】

【0025】

１…ロックボルト穿孔装置、２…ロックボルト打設装置、３…モルタル注入機、４…運転席、５…モニタ、６…リセットスイッチ、７…制御盤、８…圧力スイッチ、９…無線送受信機、１１…注入量入力手段、１２…吐出量計算手段、１３…モルタル量比較検討手段、１００…ロックボルト打設機、２００…モルタル搭載機、２０１…モルタルポンプ装置、２０２…モルタルポンプ制御盤、２０３…モルタルポンプモータ、２０４…無線送受信機、２０５…コンバータ、２０６…モルタルポンプ運転スイッチ、２０７…回転センサ、２０８…タイマ、２１０…モルタル注入量表示部、３００…モルタル注入システム

【図1】

【図2】

【図3】