地下空間における換気システム
【課題】 トンネルの施工現場における適切な換気量となるエアを供給することができる地下空間における換気システムを提供する。
【解決手段】 第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２の掘削を行うにあたり、重機の作動状況に応じて作業モードを確認し、作業モードに応じた量のエアを供給する。エアの供給を行う間、坑内環境計測手段で坑内環境を計測する。ここで、坑内環境が悪化した場合には、エアの風量を増加させる制御を行う。
【解決手段】 第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２の掘削を行うにあたり、重機の作動状況に応じて作業モードを確認し、作業モードに応じた量のエアを供給する。エアの供給を行う間、坑内環境計測手段で坑内環境を計測する。ここで、坑内環境が悪化した場合には、エアの風量を増加させる制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下空間における換気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地下空間にトンネル（坑道）を施工する際には、施工中のトンネルの換気が必要となることが多い。トンネルの換気を行う際の換気システムとして、従来、換気計画を行うエキスパートシステムと、トンネル内の粉塵濃度を予測する粉塵濃度予測システムとを備える換気計画システムがある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この換気計画システムでは、エキスパートシステムによって、トンネルのデータと風管やファンのデータを用いてトンネルに対する適切な風管やファン等を選定する。また、粉塵濃度予測システムによって、トンネルモデルに対して風管とファン等の換気設備の仕様を決定するとともに、作業条件等によって風量やガス濃度等を算出する。さらに、診断システムによって、濃度予測システムで予測された濃度を用いてファンの風量を推定し、ファンによる換気が適切であるか否かを判断する。そして、実際のトンネル施工で問題が発生した場合には、過去事例を検索し、濃度計測値と濃度計算値とを比較して対応策を提示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９９３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に開示された換気計画システムでは、トンネルの施工で問題が発生した場合に、過去事例に基づく対応を行っているが、トンネルの施工現場は、種々の条件によって必ずしも過去事例が当てはまるとは限らない。このため、トンネルで問題が発生した場合でも適正な対応策を提示することができず、適切な換気量のエアを提供することができない場合があるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、トンネルの施工現場における適切な換気量となるエアを供給することができる地下空間における換気システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係る地下空間における換気システムは、トンネルを施工する際の地下空間の換気を行う地下空間の換気システムであって、トンネルにエアを供給するエア供給手段と、トンネル内における坑内環境を計測する坑内環境計測手段と、トンネル内における重機の作動状況を確認する重機作動状況確認手段と、エア供給手段の作動制御を行う制御手段と、を備え、制御手段は、重機作動状況確認手段で確認された重機の作動状況に基づいて、トンネルにおける作業モードを確認する作業モード確認手段と、作業モード確認手段によって確認された作業モードに応じて、エア供給手段より供給するエアの風量を算出する風量算出手段と、坑内環境計測手段で計測された坑内環境に基づいて、エア風量算出手段で算出されたエアの風量を調整する風量調整手段と、風量調整手段で調整された風量に応じて、エア供給手段を制御する作動制御手段と、を備えることを特徴とする地下空間における換気システム。
【０００８】
本発明に係る地下空間における換気システムでは、作業モード確認手段によって確認された作業モードに応じて、エア供給手段より供給するエアの風量を算出している。ところが、トンネルの坑内環境は、時々刻々と変化しており、作業モードに応じた適切な換気量とならない場合もある。この点、本発明に係る地下空間における換気システムでは、坑内環境計測手段で計測された坑内環境に基づいて、エア風量算出手段で算出されたエアの風量を調整している。このため、坑内環境に変化が生じた場合でも、坑内環境を考慮したエアの風量とすることができる。したがって、トンネルの施工現場における適切な換気量となるエアを供給することができる。
【０００９】
ここで、地下空間には、複数のトンネルが形成されている態様とすることができる。
【００１０】
このように、複数のトンネルが形成されている場合でも、それぞれのトンネルに対する適切な換気量となるエアを供給することができる。
【００１１】
また、重機の作動状況に関する作動状況信号を無線送信する作動状況信号送信手段が重機に設けられ、作動状況信号を受信する作動状況信号受信手段が地下空間に設けられており、作動状況信号受信手段は、受信した作動状況信号を制御手段に送信する態様とすることができる。
【００１２】
このように、重機の作動状況を作動状況信号送信手段によって無線送信することにより、電線を用いる必要がないため、重機が作動し、移動した場合でも、電線が絡まったり切断したりすることがない。したがって、作動状況信号を適切に送信することができる。
【００１３】
さらに、坑内環境計測手段で計測された坑内環境が、所定の基準値を超える場合に、風量調整手段による風量の調整を行う態様とすることができる。
【００１４】
坑内環境が悪化する場合に、作業員による作業環境が悪化する。この点、坑内環境が所定の基準値を超える場合に、風量の調整を行うことにより、悪化した作業環境を改善することができる。したがって、トンネル内で作業を行う作業員に対して、好適な作業環境を提供することができる。
【００１５】
また、換気シミュレーションのシミュレーション結果に基づいて、作業モードに応じたエアの風量の初期値を記憶しておく態様とすることができる。
【００１６】
このように、作業モードに応じたエアの風量の初期値を換気シミュレーションによって求めることにより、好適なエアの風量の初期値を設定し、記憶することができる。
【００１７】
さらに、作業モードは、地山を削孔する際の削孔モード、発破前の爆薬を装填する際の装薬モード、発破作業を行う際の発破モード、発破後のずり出し作業を行う際のずり出しモード、吹付機による吹付作業を行う際の吹付モード、およびロックボルトを打ち込む際のロックボルト打ち込みモードのうちの少なくとも１つを含む態様とすることができる。
【００１８】
トンネルの掘削作業には、削孔作業、発破作業、ずり出し作業、吹付作業、ロックボルトの打ち込み作業などが含まれる。そこで、これらの作業に応じた作業モードを設定することにより、作業の態様に応じた好適な供給量のエアを供給することができる。
【００１９】
また、坑内環境は、トンネルにおける粉塵量、坑内温度、および酸素濃度のうちの少なくとも１つである態様とすることができる。
【００２０】
このように、坑内環境の悪化原因としては、粉塵量の増加坑内温度や酸素濃度の上昇が挙げられる。したがって、坑内環境としては、これらの要素をモニタすることにより、好適な作業環境を提供することができる。
【００２１】
そして、トンネルが、廃棄物を埋めることで廃棄する処分坑道である態様とすることができる。
【００２２】
このように、廃棄物を埋めることで廃棄する処分坑道を造成する際にも、処分坑道に対する適切な風量のエアを供給することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る地下空間における換気システムによれば、トンネルの施工現場における適切な換気量となるエアを供給することができることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る地下空間の換気システムの全体構成図である。
【図２】制御装置のブロック構成図である。
【図３】地下空間におけるトンネルの模式的平面図である。
【図４】油圧ショベルの側面図である。
【図５】重機稼働データ収集装置および作業内容表示機の正面図である。
【図６】地下空間の換気システムにおける動作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る地下空間の換気システムの全体構成図、図２は、制御装置のブロック構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る地下空間の換気システムＭは、複数、本実施形態では２つのトンネルである第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２、さらには、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２につながる小トンネルＴ３が形成されている地下空間に対して用いられる。小トンネルＴ３の外側には事務所Ｒが設けられており、事務所Ｒには、集中管理用パソコンからなる制御装置１が設けられている。
【００２７】
小トンネルＴ３の端部に坑口があり、小トンネルＴ３における坑口と反対側の端部から第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２の掘削が進行する。第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２は、並行して掘削が進められ、最初に第１トンネルＴ１の掘削が開始され、続いて、第２トンネルＴ２の掘削が進められる。第１トンネルＴ１における切羽Ｋ１よりも前方の位置の破線で示す部分は未掘削であって掘削予定箇所である。同様に、第２トンネルＴ２における切羽Ｋ２よりも前方の位置は未掘削の掘削予定箇所である。
【００２８】
また、第１トンネルＴ１には、第１温度センサ２Ａ、第１粉塵量センサ３Ａ、および第１酸素濃度センサ４Ａが設けられ、第２トンネルＴ２には、第２温度センサ２Ｂ、第２粉塵量センサ３Ｂ、および第２酸素濃度センサ４Ｂが設けられている。これらの各センサは、図２に示すように、制御装置１に電気的に接続されている。温度センサ２Ａ，２Ｂ、粉塵量センサ３Ａ，３Ｂ、酸素濃度センサ４Ａ，４Ｂ（以下、これらを総称して「坑内環境センサ」という）は、本発明の坑内環境計測手段を構成する。
【００２９】
さらに、第１トンネルＴ１には、第１重機稼働データ収集装置５Ａが設けられ、第２トンネルＴ２には、第２重機稼働データ収集装置５Ｂが設けられている。第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂは、それぞれ制御装置１に接続されている。
【００３０】
制御装置１は、作業モード確認部１１、基準風量記憶部１２、および風量読出部１３を備えている。さらに、制御装置１は、坑内環境確認部１４、風量調整部１５、送風機制御部１６、および集塵機制御部１７を備えている。また、制御装置１には、前方送風機２０、第１送風機２１、第２送風機２２、第１集塵機３１、および第２集塵機３２が接続されている。これらの送風機２０〜２２が本発明のエア供給手段となる。制御装置１は、送風機２０〜２２および集塵機３１，３２の作動制御を行っている。
【００３１】
このうち、前方送風機２０は小トンネルＴ３における坑口に配置され、第１送風機２１および第１集塵機３１は、第１トンネルＴ１に配置されている。また、第２送風機２２および第２集塵機３２は、第２トンネルＴ２に配置されている。第１送風機２１には、図示しない風管が接続されており、この風管を通じて第１トンネルＴ１の切羽に清浄空気が供給される。同様に、第２送風機２２には図示しない風管が接続されており、この風管を通じて第２トンネルＴ２の切羽に清浄空気が供給される。
【００３２】
また、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２には、各トンネルにおける掘進作業に応じた重機が搬入されている。掘進作業に用いられる重機としては、図３に示すように、油圧ショベルＯＳ、ドリルジャンボＤＪ、油圧ブレーカＯＢ、ホイールローダＷＲ、ダンプトラックＤＴ、コンクリート吹付機ＣＳなどを挙げることができる。また、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内には、クラッシャＣＲ、テールピース台車ＴＤ、および延伸ベルトコンベアＢＣなどの他の機器も載置されている。
【００３３】
これらの重機に対しては、それぞれ作動状況を検知する作動センサが取り付けられている。具体的に、油圧ショベルＯＳには、油圧ショベル作動センサ４１、ドリルジャンボＤＪにはドリルジャンボ作動センサ４２、油圧ブレーカＯＢには油圧ブレーカ作動センサ４３、ホイールローダＷＲにはホイールローダ作動センサ４４がそれぞれ取り付けられている。また、ダンプトラックＤＴにはダンプトラック作動センサ４５、コンクリート吹付機ＣＳにはコンクリート吹付機作動センサ４６がそれぞれ取り付けられている。
【００３４】
第１温度センサ２Ａは、第１トンネルＴ１に配設されており、第１トンネルＴ１内の坑内温度を計測している。同様に、第２温度センサ２Ｂは、第２トンネルＴ２に配設されており、第２トンネルＴ２内の坑内温度を計測している。第１温度センサ２Ａおよび第２温度センサ２Ｂは、いずれも送電線を介して制御装置１に対して電気的に接続されており、計測した第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内の坑内温度に応じた温度信号を制御装置１にそれぞれ送信する。
【００３５】
第１粉塵量センサ３Ａは、第１トンネルＴ１に配設されており、第１トンネルＴ１内の粉塵量を計測している。同様に、第２粉塵量センサ３Ｂは、第２トンネルＴ２に配設されており、第２トンネルＴ２内の粉塵量を計測している。第１粉塵量センサ３Ａおよび第２粉塵量センサ３Ｂは、いずれも送電線を介して制御装置１に対して電気的に接続されており、計測した第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内の粉塵量に応じた粉塵量信号を制御装置１にそれぞれ送信する。
【００３６】
第１酸素濃度センサ４Ａは、第１トンネルＴ１に配設されており、第１トンネルＴ１内の酸素濃度を計測している。同様に、第２酸素濃度センサ４Ｂは、第２トンネルＴ２に配設されており、第２トンネルＴ２内の酸素濃度を計測している。第１酸素濃度センサ４Ａおよび第２酸素濃度センサ４Ｂは、いずれも送電線を介して制御装置１に対して電気的に接続されており、計測した第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を制御装置１にそれぞれ送信する。
【００３７】
第１重機稼働データ収集装置５Ａは、油圧ショベル作動センサ４１、ドリルジャンボ作動センサ４２、油圧ブレーカ作動センサ４３、ホイールローダ作動センサ４４、ダンプトラック作動センサ４５、およびコンクリート吹付機作動センサ４６（以下、これらを総称して「重機作動センサ」）から送信される作動信号を受信可能とされている。第１重機稼働データ収集装置５Ａは、受信した作動信号の種類に基づいて、第１トンネルＴ１内における重機の稼働状況を収集し、収集した稼働状況に応じた稼働状況信号を、送電線を介して制御装置１に送信する。重機作動センサは、本発明の作動状況信号送信手段を構成する。
【００３８】
第２重機稼働データ収集装置５Ｂは、重機作動センサ４１〜４６から送信される作動信号を受信可能とされている。第２重機稼働データ収集装置５Ｂは、受信した作動信号の種類に基づいて、第２トンネルＴ２内における重機の稼働状況を収集し、収集した重機の稼働状況に応じた重機稼働状況信号を、送電線を介して制御装置１に送信する。これらの重機稼働データ収集装置５Ａ，５Ｂは、本発明の作動状況信号受信手段および重機作動状況確認手段を構成する。
【００３９】
制御装置１における作業モード確認部１１は、第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂから送信される重機稼働状況信号に基づいて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２における作業モードを確認する。作業モード確認部１１は、トンネルの掘削作業を行う際のそれぞれの作業内容および作業内容に応じた重機の通常稼働状況を記憶している。
【００４０】
トンネルの掘削作業を行う際の作業内容としては、たとえば、地山を削孔する際の削孔モード、発破前の爆薬を装填する際の装薬モード、発破作業を行う際の発破モード、発破後のずり出し作業を行う際のずり出しモード、吹付機による吹付作業を行う際の吹付モード、およびロックボルトを打ち込む際のロックボルト打ち込みモード等がある。
【００４１】
このうち、たとえば削孔モードであれば、通常稼働重機としてドリルジャンボＤＪが稼働する。また、装薬モードであればこれらのすべての重機の稼働が停止している。作業モード確認部１１では、この通常稼働重機と第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂから送信される重機稼働状況信号による現在稼働中の重機とを比較して、作業モードを確認する。作業モード確認部１１は、確認した第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２における作業モードに対応する作業モード信号を風量読出部１３に出力する。作業モード確認部１１を備える制御装置１は、本発明の作業モード確認手段を構成する。
【００４２】
基準風量記憶部１２は、換気シミュレーションによって求められた各作業モード時に好適な風量となる基準風量を初期値として記憶している。ここで行われる換気シミュレーションは、第１トンネルＴ１、第２トンネルＴ２、および小トンネルＴ３を想定したシミュレータを用いて行われる。
【００４３】
風量読出部１３は、作業モード確認部１１から出力された現在の作業モードに対応する各トンネルに対する基準風量を基準風量記憶部１２から読み出す。風量読出部１３は、読み出した各トンネルに対する基準風量を風量調整部１５に出力する。風量読出部１３を有する制御装置１は、本発明の風量調整手段を構成する。
【００４４】
坑内環境確認部１４は、第１温度センサ２Ａおよび第２温度センサ２Ｂから送信される坑内温度信号、第１粉塵計測センサ３Ａおよび第２粉塵計測センサ３Ｂから送信される粉塵量信号、および第１酸素濃度センサ４Ａおよび第２酸素濃度センサ４Ｂから送信される酸素濃度信号に基づいて、坑内環境を確認する。坑内環境確認部１４は、坑内温度、粉塵量、および酸素濃度に対して、作業員がトンネル内で作業を行うにあたっての坑内環境が悪化したと判断するための坑内環境基準値を記憶している。坑内環境確認部１４では、第１トンネルＴ１または第２トンネルＴ２における坑内温度、粉塵量、または酸素濃度が所定の坑内環境基準値を超えて坑内環境が悪化したと判断した場合には、環境が悪化したトンネルについての坑内環境悪化信号を風量調整部１５に出力する。
【００４５】
風量調整部１５は、風量読出部１３から出力される基準風量および坑内環境確認部１４から出力される坑内環境悪化信号に基づいて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給するエアの風量を調整する。風量調整部１５は、調整した風量に応じた風量信号を送風機制御部１６および集塵機制御部１７に出力する。
【００４６】
送風機制御部１６は、風量調整部１５から出力される風量信号に基づいて、前方送風機２０、第１送風機２１、および第２送風機２２の風量制御を行う。送風機制御部１６は、風量制御を行うにあたり、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給する風量に応じた第１送風機２１および第２送風機２２のそれぞれの回転数を算出する。送風機制御部１６は、算出した回転数に応じた回転数信号を第１送風機２１および第２送風機２２にそれぞれ送信する。
【００４７】
また、送風機制御部１６は、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給する風量を加算した風量を前方送風機２０から供給する。送風機制御部１６は、供給する風量に応じた前方送風機２０の回転数を算出し、算出した回転数に応じた回転数信号を前方送風機２０に送信する。
【００４８】
集塵機制御部１７は、風量調整部１５から出力される風量信号に基づいて、第１集塵機３１および第２集塵機３２の運転制御を行う。集塵機制御部１７は、運転制御を行うにあたり、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給する風量に応じた第１集塵機３１および第２集塵機３２のそれぞれの運転モードを判断する。集塵機制御部１７は、判断した運転モードに応じた運転モード信号を第１集塵機３１および第２集塵機３２にそれぞれ送信する。
【００４９】
さらに、制御装置１には、図示しないモニタやプリンタが接続されている。制御装置１では、第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂから送信される稼働状況に応じた各重機の稼働状況のモニタへの表示やプリンタによる印刷を可能としている。同様に、作業モード確認部１１で確認された作業モードや坑内環境確認部１４で確認された第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２の坑内環境についてもモニタへの表示やプリンタによる印刷を可能としている。
【００５０】
また、図４に示すように、油圧ショベル作動センサ４１は、油圧ショベルＯＳに取り付けられており、油圧ショベルＯＳの作動状況を検出している。油圧ショベルの作動状況としては、ショベルアームや車輪が作動しているか否か等を検出している。他の重機作動センサ４２〜４６についても、図示はしないが、油圧ショベルＯＳに油圧ショベル作動センサ４１が取り付けられているように、各重機に対して取り付けられている。油圧ショベル作動センサ４１は、検出した油圧ショベルＯＳの作動状況に応じた作動信号を図５に示す第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。図５は、図２における領域Ｘを拡大して示している。
【００５１】
ドリルジャンボ作動センサ４２は、ドリルジャンボＤＪに取り付けられており、ドリルジャンボＤＪの作動状況を検出している。ドリルジャンボＤＪの作動状況としては、具体的に、エンジン、削岩機、削孔ロッド等の作動状況を検出している。ドリルジャンボ作動センサ４２は、検出したドリルジャンボＤＪの作動状況に応じた作動信号を第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。
【００５２】
油圧ブレーカ作動センサ４３は、油圧ブレーカＯＢに取り付けられており、油圧ブレーカＯＢの作動状況を検出している。油圧ブレーカＯＢの作動状況としては、油圧ブレーカＯＢが作動しているか否かを検出している。油圧ブレーカ作動センサ４３は、検出した油圧ブレーカＯＢの作動状況に作動信号を第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。
【００５３】
ホイールローダ作動センサ４４は、ホイールローダＷＲに取り付けられており、ホイールローダＷＲの作動状況を検出している。ホイールローダＷＲの作動状況としては、ホイールローダＷＲのエンジンが作動しているか否かを検出している。ホイールローダ作動センサ４４は、検出したホイールローダＷＲの作動状況に作動信号を第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。
【００５４】
ダンプトラック作動センサ４５は、ダンプトラックＤＴに取り付けられており、ダンプトラックＤＴの作動状況を検出している。ダンプトラックＤＴの作動状況としては、ダンプトラックＤＴのエンジンが作動しているか否かを検出している。ダンプトラック作動センサ４５は、検出したダンプトラックＤＴの作動状況に作動信号を第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。
【００５５】
コンクリート吹付機作動センサ４６は、コンクリート吹付機ＣＳに取り付けられており、コンクリート吹付機ＣＳの作動状況を検出している。コンクリート吹付機ＣＳの作動状況としては、コンクリート吹付機ＣＳのモータが作動しているか否かを検出している。コンクリート吹付機作動センサ４６は、検出したコンクリート吹付機ＣＳの作動状況に作動信号を第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。これらの重機作動センサ４１〜４６では、各重機の照明、電磁弁、ポンプ等の運転、停止等を検出している。
【００５６】
第１トンネルＴ１内において、各重機作動センサ４１〜４６から送信される作動信号は、図５に示す第１重機稼働データ収集装置５Ａに送信される。第１重機稼働データ収集装置５Ａの側方には、作業内容表示機６Ａが設けられている。制御装置１における作業モード確認部１１は、作業モードを確認した際、作業モードに応じた作業モード信号を風量読出部１３に出力するとともに作業内容表示機６Ａに送信する。作業内容表示機６Ａは、制御装置１における作業モード確認部１１から送信された作業モード信号に応じた作業内容が表示される。また、第２トンネルＴ２内における第２重機稼働データ収集装置５Ｂの側方にも、同様の作業内容表示機が設けられている。
【００５７】
次に、本実施形態に係る地下空間における換気システムの動作について説明する。図６は、地下空間の換気システムにおける動作手順を示すフローチャートである。
【００５８】
図６に示すように、本実施形態に係る換気システムでは、最初に、第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂにおいて、重機作動センサ４１〜４６から送信される作動信号を受信し、各作動信号に基づいて重機の稼働状況を判断する（Ｓ１）。第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂは、重機の稼働状況を判断したら、重機稼働状況信号を制御装置１における作業モード確認部１１に送信する。
【００５９】
作業モード確認部１１では、受信した重機稼働状況信号に基づいて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内でそれぞれ稼働している状況を確認する。続いて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２のそれぞれについて、稼働している重機に応じた現在の作業モードを確認する（Ｓ２）。
【００６０】
たとえば、ドリルジャンボＤＪのエンジン、削岩機、削岩ロッドが作動している場合には、削孔作業が行われていると判断する。また、油圧ブレーカＯＢ、ホイールローダＷＲ、およびダンプトラックＤＴが作動している場合には、ずり出し作業が行われていると判断する。
【００６１】
作業モード確認部１１は、作業モードを確認したら、確認した作業モードを風量読出部１３に出力する。風量読出部１３では、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内のそれぞれにおける現在の作業モードに応じた基準風量を基準風量記憶部１２から読み出す（Ｓ３）。その後、風量読出部１３は、読み出した基準風量を風量調整部１５に出力する。
【００６２】
続いて、坑内環境確認部１４は、坑内環境センサの検出結果に基づいて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２における坑内環境値を取得する（Ｓ４）。具体的に、第１温度センサ２Ａから送信される第１トンネルＴ１内の坑内温度、第１粉塵量センサ３Ａから送信される第１トンネルＴ１内の粉塵量、第１酸素濃度センサ４Ａから送信される第１トンネルＴ１内の酸素濃度を取得する。また、第２温度センサ２Ｂから送信される第２トンネルＴ２内の坑内温度、第２粉塵量センサ３Ｂから送信される第２トンネルＴ２内の粉塵量、第２酸素濃度センサ４Ｂから送信される第２トンネルＴ２内の酸素濃度を取得する。
【００６３】
坑内環境確認部１４は、坑内環境値を取得したら、第１トンネルＴ１内における各坑内環境値が、記憶している坑内環境基準値よりも大きいか否かを判断する（Ｓ５）。その結果、坑内温度、粉塵量、および酸素濃度の一つ以上が坑内環境基準値を超えていると判断した場合には、第１トンネルＴ１に供給するエアの風量を増加させる風量信号を送風機制御部１６および集塵機制御部１７に出力する。
【００６４】
送風機制御部１６では、出力された風量信号に応じて、第１送風機２１から供給されるエアの風量を増加させる（Ｓ６）。そのため、送風機制御部１６は、増加させるエアの風量に応じて、回転数を増加させる回転数信号を第１送風機２１に送信する。また、集塵機制御部１７は、増加後の風量に応じて第１集塵機３１の運転モードを調整する（Ｓ７）。集塵機制御部１７では、調整した運転モードに応じた運転モード信号を第１集塵機３１に送信する。
【００６５】
その後、送風機制御部１６では、第１送風機２１から供給されるエアの風量の増加に伴い、前方送風機２０のエアの風量を増加させる（Ｓ８）。そのため、送風機制御部１６では、増加させるエアの風量に応じて、回転数を増加させる回転数信号を前方送風機２０に送信する。それから、ステップＳ４に戻り、第１トンネルＴ１の坑内環境値を取得する。
【００６６】
一方、ステップＳ５において、第１トンネルＴ１の坑内環境値がいずれも所定の坑内環境基準値以下であると判断した場合には、第１送風機２１のエアの風量を維持して（Ｓ９）、処理を終了する。このように、地下空間の換気システムＭでは、第１トンネルＴ１坑内の環境に応じて第１送風機２１の風量を調整するフィードバック制御を行っている。また、同様の処理を第２トンネルＴ２に対して行うことにより、第２トンネルＴ２の坑内環境に応じて第２送風機２２の風量を調整するフィードバック制御を行っている。こうして、地下空間の換気システムＭでは、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に対して、各々独立したフィードバック制御を並行して行っている。
【００６７】
このように、本実施形態に係る地下空間の換気システムＭにおいては、坑内環境センサで計測された坑内環境に基づいて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給するエアの風量を調整している。このため、坑内環境に変化が生じた場合でも、坑内環境を考慮した風量のエアを第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給することができる。したがって、トンネルの施工現場における適切な換気量となるエアを第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２供給することができる。
【００６８】
また、作業モードを確認する際に、重機作動センサ４１〜４６から送信される作動状況信号を用いている。ここで、重機作動センサ４１〜４６は、いずれも第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線通信可能とされている。このため、電線を用いる必要がないため、重機が作動し、移動した場合でも、電線が絡まったり切断したりすることがない。したがって、作動状況信号を適切に送信することができる。
【００６９】
さらに、坑内環境センサで計測された坑内環境値が所定の基準値を超える場合に、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給するエアの風量を増加させるようにしている。このため、坑内環境が所定の基準値を超えて坑内環境が悪化した場合に、風量の調整を行って、悪化した作業環境を改善することができる。したがって、トンネル内で作業を行う作業員に対して、好適な作業環境を提供することができる。
【００７０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、地下空間として複数のトンネルを備える空間を示しているが、たとえば地下空間としては、廃棄物を廃棄する複数の処分坑道が造成された処理施設である態様とすることができる。また、上記実施形態では、トンネルが第１トンネルＴ１と第２トンネルＴ２の２本とされているが、トンネルは１本でもよく、逆に３本以上であってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１…制御装置
２Ａ…第１温度センサ
２Ｂ…第２温度センサ
３Ａ…第１粉塵量センサ
３Ｂ…第２粉塵量センサ
４Ａ…第１酸素濃度センサ
４Ｂ…第２酸素濃度センサ
５Ａ…第１重機稼働データ収集装置
５Ｂ…第２重機稼働データ収集装置
６Ａ…作業内容表示機
１１…作業モード確認部
１２…基準風量記憶部
１３…風量読出部
１４…坑内環境確認部
１５…風量調整部
１６…送風機制御部
１７…集塵機制御部
２０…前方送風機
２１…第１送風機
２２…第２送風機
３１…第１集塵機
３２…第２集塵機
４１…油圧ショベル作動センサ
４２…ドリルジャンボ作動センサ
４３…油圧ブレーカ作動センサ
４４…ホイールローダ作動センサ
４５…ダンプトラック作動センサ
４６…コンクリート吹付機作動センサ
ＢＣ…延伸ベルトコンベア
ＣＲ…クラッシャ
ＣＳ…コンクリート吹付機
ＤＪ…ドリルジャンボ
ＤＴ…ダンプトラック
Ｍ…換気システム
ＯＢ…油圧ブレーカ
ＯＳ…油圧ショベル
Ｒ…事務所
ＴＤ…テールピース台車
ＷＲ…ホイールローダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下空間における換気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地下空間にトンネル（坑道）を施工する際には、施工中のトンネルの換気が必要となることが多い。トンネルの換気を行う際の換気システムとして、従来、換気計画を行うエキスパートシステムと、トンネル内の粉塵濃度を予測する粉塵濃度予測システムとを備える換気計画システムがある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この換気計画システムでは、エキスパートシステムによって、トンネルのデータと風管やファンのデータを用いてトンネルに対する適切な風管やファン等を選定する。また、粉塵濃度予測システムによって、トンネルモデルに対して風管とファン等の換気設備の仕様を決定するとともに、作業条件等によって風量やガス濃度等を算出する。さらに、診断システムによって、濃度予測システムで予測された濃度を用いてファンの風量を推定し、ファンによる換気が適切であるか否かを判断する。そして、実際のトンネル施工で問題が発生した場合には、過去事例を検索し、濃度計測値と濃度計算値とを比較して対応策を提示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９９３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に開示された換気計画システムでは、トンネルの施工で問題が発生した場合に、過去事例に基づく対応を行っているが、トンネルの施工現場は、種々の条件によって必ずしも過去事例が当てはまるとは限らない。このため、トンネルで問題が発生した場合でも適正な対応策を提示することができず、適切な換気量のエアを提供することができない場合があるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、トンネルの施工現場における適切な換気量となるエアを供給することができる地下空間における換気システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係る地下空間における換気システムは、トンネルを施工する際の地下空間の換気を行う地下空間の換気システムであって、トンネルにエアを供給するエア供給手段と、トンネル内における坑内環境を計測する坑内環境計測手段と、トンネル内における重機の作動状況を確認する重機作動状況確認手段と、エア供給手段の作動制御を行う制御手段と、を備え、制御手段は、重機作動状況確認手段で確認された重機の作動状況に基づいて、トンネルにおける作業モードを確認する作業モード確認手段と、作業モード確認手段によって確認された作業モードに応じて、エア供給手段より供給するエアの風量を算出する風量算出手段と、坑内環境計測手段で計測された坑内環境に基づいて、エア風量算出手段で算出されたエアの風量を調整する風量調整手段と、風量調整手段で調整された風量に応じて、エア供給手段を制御する作動制御手段と、を備えることを特徴とする地下空間における換気システム。
【０００８】
本発明に係る地下空間における換気システムでは、作業モード確認手段によって確認された作業モードに応じて、エア供給手段より供給するエアの風量を算出している。ところが、トンネルの坑内環境は、時々刻々と変化しており、作業モードに応じた適切な換気量とならない場合もある。この点、本発明に係る地下空間における換気システムでは、坑内環境計測手段で計測された坑内環境に基づいて、エア風量算出手段で算出されたエアの風量を調整している。このため、坑内環境に変化が生じた場合でも、坑内環境を考慮したエアの風量とすることができる。したがって、トンネルの施工現場における適切な換気量となるエアを供給することができる。
【０００９】
ここで、地下空間には、複数のトンネルが形成されている態様とすることができる。
【００１０】
このように、複数のトンネルが形成されている場合でも、それぞれのトンネルに対する適切な換気量となるエアを供給することができる。
【００１１】
また、重機の作動状況に関する作動状況信号を無線送信する作動状況信号送信手段が重機に設けられ、作動状況信号を受信する作動状況信号受信手段が地下空間に設けられており、作動状況信号受信手段は、受信した作動状況信号を制御手段に送信する態様とすることができる。
【００１２】
このように、重機の作動状況を作動状況信号送信手段によって無線送信することにより、電線を用いる必要がないため、重機が作動し、移動した場合でも、電線が絡まったり切断したりすることがない。したがって、作動状況信号を適切に送信することができる。
【００１３】
さらに、坑内環境計測手段で計測された坑内環境が、所定の基準値を超える場合に、風量調整手段による風量の調整を行う態様とすることができる。
【００１４】
坑内環境が悪化する場合に、作業員による作業環境が悪化する。この点、坑内環境が所定の基準値を超える場合に、風量の調整を行うことにより、悪化した作業環境を改善することができる。したがって、トンネル内で作業を行う作業員に対して、好適な作業環境を提供することができる。
【００１５】
また、換気シミュレーションのシミュレーション結果に基づいて、作業モードに応じたエアの風量の初期値を記憶しておく態様とすることができる。
【００１６】
このように、作業モードに応じたエアの風量の初期値を換気シミュレーションによって求めることにより、好適なエアの風量の初期値を設定し、記憶することができる。
【００１７】
さらに、作業モードは、地山を削孔する際の削孔モード、発破前の爆薬を装填する際の装薬モード、発破作業を行う際の発破モード、発破後のずり出し作業を行う際のずり出しモード、吹付機による吹付作業を行う際の吹付モード、およびロックボルトを打ち込む際のロックボルト打ち込みモードのうちの少なくとも１つを含む態様とすることができる。
【００１８】
トンネルの掘削作業には、削孔作業、発破作業、ずり出し作業、吹付作業、ロックボルトの打ち込み作業などが含まれる。そこで、これらの作業に応じた作業モードを設定することにより、作業の態様に応じた好適な供給量のエアを供給することができる。
【００１９】
また、坑内環境は、トンネルにおける粉塵量、坑内温度、および酸素濃度のうちの少なくとも１つである態様とすることができる。
【００２０】
このように、坑内環境の悪化原因としては、粉塵量の増加坑内温度や酸素濃度の上昇が挙げられる。したがって、坑内環境としては、これらの要素をモニタすることにより、好適な作業環境を提供することができる。
【００２１】
そして、トンネルが、廃棄物を埋めることで廃棄する処分坑道である態様とすることができる。
【００２２】
このように、廃棄物を埋めることで廃棄する処分坑道を造成する際にも、処分坑道に対する適切な風量のエアを供給することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る地下空間における換気システムによれば、トンネルの施工現場における適切な換気量となるエアを供給することができることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る地下空間の換気システムの全体構成図である。
【図２】制御装置のブロック構成図である。
【図３】地下空間におけるトンネルの模式的平面図である。
【図４】油圧ショベルの側面図である。
【図５】重機稼働データ収集装置および作業内容表示機の正面図である。
【図６】地下空間の換気システムにおける動作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る地下空間の換気システムの全体構成図、図２は、制御装置のブロック構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る地下空間の換気システムＭは、複数、本実施形態では２つのトンネルである第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２、さらには、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２につながる小トンネルＴ３が形成されている地下空間に対して用いられる。小トンネルＴ３の外側には事務所Ｒが設けられており、事務所Ｒには、集中管理用パソコンからなる制御装置１が設けられている。
【００２７】
小トンネルＴ３の端部に坑口があり、小トンネルＴ３における坑口と反対側の端部から第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２の掘削が進行する。第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２は、並行して掘削が進められ、最初に第１トンネルＴ１の掘削が開始され、続いて、第２トンネルＴ２の掘削が進められる。第１トンネルＴ１における切羽Ｋ１よりも前方の位置の破線で示す部分は未掘削であって掘削予定箇所である。同様に、第２トンネルＴ２における切羽Ｋ２よりも前方の位置は未掘削の掘削予定箇所である。
【００２８】
また、第１トンネルＴ１には、第１温度センサ２Ａ、第１粉塵量センサ３Ａ、および第１酸素濃度センサ４Ａが設けられ、第２トンネルＴ２には、第２温度センサ２Ｂ、第２粉塵量センサ３Ｂ、および第２酸素濃度センサ４Ｂが設けられている。これらの各センサは、図２に示すように、制御装置１に電気的に接続されている。温度センサ２Ａ，２Ｂ、粉塵量センサ３Ａ，３Ｂ、酸素濃度センサ４Ａ，４Ｂ（以下、これらを総称して「坑内環境センサ」という）は、本発明の坑内環境計測手段を構成する。
【００２９】
さらに、第１トンネルＴ１には、第１重機稼働データ収集装置５Ａが設けられ、第２トンネルＴ２には、第２重機稼働データ収集装置５Ｂが設けられている。第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂは、それぞれ制御装置１に接続されている。
【００３０】
制御装置１は、作業モード確認部１１、基準風量記憶部１２、および風量読出部１３を備えている。さらに、制御装置１は、坑内環境確認部１４、風量調整部１５、送風機制御部１６、および集塵機制御部１７を備えている。また、制御装置１には、前方送風機２０、第１送風機２１、第２送風機２２、第１集塵機３１、および第２集塵機３２が接続されている。これらの送風機２０〜２２が本発明のエア供給手段となる。制御装置１は、送風機２０〜２２および集塵機３１，３２の作動制御を行っている。
【００３１】
このうち、前方送風機２０は小トンネルＴ３における坑口に配置され、第１送風機２１および第１集塵機３１は、第１トンネルＴ１に配置されている。また、第２送風機２２および第２集塵機３２は、第２トンネルＴ２に配置されている。第１送風機２１には、図示しない風管が接続されており、この風管を通じて第１トンネルＴ１の切羽に清浄空気が供給される。同様に、第２送風機２２には図示しない風管が接続されており、この風管を通じて第２トンネルＴ２の切羽に清浄空気が供給される。
【００３２】
また、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２には、各トンネルにおける掘進作業に応じた重機が搬入されている。掘進作業に用いられる重機としては、図３に示すように、油圧ショベルＯＳ、ドリルジャンボＤＪ、油圧ブレーカＯＢ、ホイールローダＷＲ、ダンプトラックＤＴ、コンクリート吹付機ＣＳなどを挙げることができる。また、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内には、クラッシャＣＲ、テールピース台車ＴＤ、および延伸ベルトコンベアＢＣなどの他の機器も載置されている。
【００３３】
これらの重機に対しては、それぞれ作動状況を検知する作動センサが取り付けられている。具体的に、油圧ショベルＯＳには、油圧ショベル作動センサ４１、ドリルジャンボＤＪにはドリルジャンボ作動センサ４２、油圧ブレーカＯＢには油圧ブレーカ作動センサ４３、ホイールローダＷＲにはホイールローダ作動センサ４４がそれぞれ取り付けられている。また、ダンプトラックＤＴにはダンプトラック作動センサ４５、コンクリート吹付機ＣＳにはコンクリート吹付機作動センサ４６がそれぞれ取り付けられている。
【００３４】
第１温度センサ２Ａは、第１トンネルＴ１に配設されており、第１トンネルＴ１内の坑内温度を計測している。同様に、第２温度センサ２Ｂは、第２トンネルＴ２に配設されており、第２トンネルＴ２内の坑内温度を計測している。第１温度センサ２Ａおよび第２温度センサ２Ｂは、いずれも送電線を介して制御装置１に対して電気的に接続されており、計測した第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内の坑内温度に応じた温度信号を制御装置１にそれぞれ送信する。
【００３５】
第１粉塵量センサ３Ａは、第１トンネルＴ１に配設されており、第１トンネルＴ１内の粉塵量を計測している。同様に、第２粉塵量センサ３Ｂは、第２トンネルＴ２に配設されており、第２トンネルＴ２内の粉塵量を計測している。第１粉塵量センサ３Ａおよび第２粉塵量センサ３Ｂは、いずれも送電線を介して制御装置１に対して電気的に接続されており、計測した第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内の粉塵量に応じた粉塵量信号を制御装置１にそれぞれ送信する。
【００３６】
第１酸素濃度センサ４Ａは、第１トンネルＴ１に配設されており、第１トンネルＴ１内の酸素濃度を計測している。同様に、第２酸素濃度センサ４Ｂは、第２トンネルＴ２に配設されており、第２トンネルＴ２内の酸素濃度を計測している。第１酸素濃度センサ４Ａおよび第２酸素濃度センサ４Ｂは、いずれも送電線を介して制御装置１に対して電気的に接続されており、計測した第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内の酸素濃度に応じた酸素濃度信号を制御装置１にそれぞれ送信する。
【００３７】
第１重機稼働データ収集装置５Ａは、油圧ショベル作動センサ４１、ドリルジャンボ作動センサ４２、油圧ブレーカ作動センサ４３、ホイールローダ作動センサ４４、ダンプトラック作動センサ４５、およびコンクリート吹付機作動センサ４６（以下、これらを総称して「重機作動センサ」）から送信される作動信号を受信可能とされている。第１重機稼働データ収集装置５Ａは、受信した作動信号の種類に基づいて、第１トンネルＴ１内における重機の稼働状況を収集し、収集した稼働状況に応じた稼働状況信号を、送電線を介して制御装置１に送信する。重機作動センサは、本発明の作動状況信号送信手段を構成する。
【００３８】
第２重機稼働データ収集装置５Ｂは、重機作動センサ４１〜４６から送信される作動信号を受信可能とされている。第２重機稼働データ収集装置５Ｂは、受信した作動信号の種類に基づいて、第２トンネルＴ２内における重機の稼働状況を収集し、収集した重機の稼働状況に応じた重機稼働状況信号を、送電線を介して制御装置１に送信する。これらの重機稼働データ収集装置５Ａ，５Ｂは、本発明の作動状況信号受信手段および重機作動状況確認手段を構成する。
【００３９】
制御装置１における作業モード確認部１１は、第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂから送信される重機稼働状況信号に基づいて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２における作業モードを確認する。作業モード確認部１１は、トンネルの掘削作業を行う際のそれぞれの作業内容および作業内容に応じた重機の通常稼働状況を記憶している。
【００４０】
トンネルの掘削作業を行う際の作業内容としては、たとえば、地山を削孔する際の削孔モード、発破前の爆薬を装填する際の装薬モード、発破作業を行う際の発破モード、発破後のずり出し作業を行う際のずり出しモード、吹付機による吹付作業を行う際の吹付モード、およびロックボルトを打ち込む際のロックボルト打ち込みモード等がある。
【００４１】
このうち、たとえば削孔モードであれば、通常稼働重機としてドリルジャンボＤＪが稼働する。また、装薬モードであればこれらのすべての重機の稼働が停止している。作業モード確認部１１では、この通常稼働重機と第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂから送信される重機稼働状況信号による現在稼働中の重機とを比較して、作業モードを確認する。作業モード確認部１１は、確認した第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２における作業モードに対応する作業モード信号を風量読出部１３に出力する。作業モード確認部１１を備える制御装置１は、本発明の作業モード確認手段を構成する。
【００４２】
基準風量記憶部１２は、換気シミュレーションによって求められた各作業モード時に好適な風量となる基準風量を初期値として記憶している。ここで行われる換気シミュレーションは、第１トンネルＴ１、第２トンネルＴ２、および小トンネルＴ３を想定したシミュレータを用いて行われる。
【００４３】
風量読出部１３は、作業モード確認部１１から出力された現在の作業モードに対応する各トンネルに対する基準風量を基準風量記憶部１２から読み出す。風量読出部１３は、読み出した各トンネルに対する基準風量を風量調整部１５に出力する。風量読出部１３を有する制御装置１は、本発明の風量調整手段を構成する。
【００４４】
坑内環境確認部１４は、第１温度センサ２Ａおよび第２温度センサ２Ｂから送信される坑内温度信号、第１粉塵計測センサ３Ａおよび第２粉塵計測センサ３Ｂから送信される粉塵量信号、および第１酸素濃度センサ４Ａおよび第２酸素濃度センサ４Ｂから送信される酸素濃度信号に基づいて、坑内環境を確認する。坑内環境確認部１４は、坑内温度、粉塵量、および酸素濃度に対して、作業員がトンネル内で作業を行うにあたっての坑内環境が悪化したと判断するための坑内環境基準値を記憶している。坑内環境確認部１４では、第１トンネルＴ１または第２トンネルＴ２における坑内温度、粉塵量、または酸素濃度が所定の坑内環境基準値を超えて坑内環境が悪化したと判断した場合には、環境が悪化したトンネルについての坑内環境悪化信号を風量調整部１５に出力する。
【００４５】
風量調整部１５は、風量読出部１３から出力される基準風量および坑内環境確認部１４から出力される坑内環境悪化信号に基づいて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給するエアの風量を調整する。風量調整部１５は、調整した風量に応じた風量信号を送風機制御部１６および集塵機制御部１７に出力する。
【００４６】
送風機制御部１６は、風量調整部１５から出力される風量信号に基づいて、前方送風機２０、第１送風機２１、および第２送風機２２の風量制御を行う。送風機制御部１６は、風量制御を行うにあたり、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給する風量に応じた第１送風機２１および第２送風機２２のそれぞれの回転数を算出する。送風機制御部１６は、算出した回転数に応じた回転数信号を第１送風機２１および第２送風機２２にそれぞれ送信する。
【００４７】
また、送風機制御部１６は、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給する風量を加算した風量を前方送風機２０から供給する。送風機制御部１６は、供給する風量に応じた前方送風機２０の回転数を算出し、算出した回転数に応じた回転数信号を前方送風機２０に送信する。
【００４８】
集塵機制御部１７は、風量調整部１５から出力される風量信号に基づいて、第１集塵機３１および第２集塵機３２の運転制御を行う。集塵機制御部１７は、運転制御を行うにあたり、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給する風量に応じた第１集塵機３１および第２集塵機３２のそれぞれの運転モードを判断する。集塵機制御部１７は、判断した運転モードに応じた運転モード信号を第１集塵機３１および第２集塵機３２にそれぞれ送信する。
【００４９】
さらに、制御装置１には、図示しないモニタやプリンタが接続されている。制御装置１では、第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂから送信される稼働状況に応じた各重機の稼働状況のモニタへの表示やプリンタによる印刷を可能としている。同様に、作業モード確認部１１で確認された作業モードや坑内環境確認部１４で確認された第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２の坑内環境についてもモニタへの表示やプリンタによる印刷を可能としている。
【００５０】
また、図４に示すように、油圧ショベル作動センサ４１は、油圧ショベルＯＳに取り付けられており、油圧ショベルＯＳの作動状況を検出している。油圧ショベルの作動状況としては、ショベルアームや車輪が作動しているか否か等を検出している。他の重機作動センサ４２〜４６についても、図示はしないが、油圧ショベルＯＳに油圧ショベル作動センサ４１が取り付けられているように、各重機に対して取り付けられている。油圧ショベル作動センサ４１は、検出した油圧ショベルＯＳの作動状況に応じた作動信号を図５に示す第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。図５は、図２における領域Ｘを拡大して示している。
【００５１】
ドリルジャンボ作動センサ４２は、ドリルジャンボＤＪに取り付けられており、ドリルジャンボＤＪの作動状況を検出している。ドリルジャンボＤＪの作動状況としては、具体的に、エンジン、削岩機、削孔ロッド等の作動状況を検出している。ドリルジャンボ作動センサ４２は、検出したドリルジャンボＤＪの作動状況に応じた作動信号を第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。
【００５２】
油圧ブレーカ作動センサ４３は、油圧ブレーカＯＢに取り付けられており、油圧ブレーカＯＢの作動状況を検出している。油圧ブレーカＯＢの作動状況としては、油圧ブレーカＯＢが作動しているか否かを検出している。油圧ブレーカ作動センサ４３は、検出した油圧ブレーカＯＢの作動状況に作動信号を第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。
【００５３】
ホイールローダ作動センサ４４は、ホイールローダＷＲに取り付けられており、ホイールローダＷＲの作動状況を検出している。ホイールローダＷＲの作動状況としては、ホイールローダＷＲのエンジンが作動しているか否かを検出している。ホイールローダ作動センサ４４は、検出したホイールローダＷＲの作動状況に作動信号を第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。
【００５４】
ダンプトラック作動センサ４５は、ダンプトラックＤＴに取り付けられており、ダンプトラックＤＴの作動状況を検出している。ダンプトラックＤＴの作動状況としては、ダンプトラックＤＴのエンジンが作動しているか否かを検出している。ダンプトラック作動センサ４５は、検出したダンプトラックＤＴの作動状況に作動信号を第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。
【００５５】
コンクリート吹付機作動センサ４６は、コンクリート吹付機ＣＳに取り付けられており、コンクリート吹付機ＣＳの作動状況を検出している。コンクリート吹付機ＣＳの作動状況としては、コンクリート吹付機ＣＳのモータが作動しているか否かを検出している。コンクリート吹付機作動センサ４６は、検出したコンクリート吹付機ＣＳの作動状況に作動信号を第１重機稼働データ収集装置５Ａまたは第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線送信する。これらの重機作動センサ４１〜４６では、各重機の照明、電磁弁、ポンプ等の運転、停止等を検出している。
【００５６】
第１トンネルＴ１内において、各重機作動センサ４１〜４６から送信される作動信号は、図５に示す第１重機稼働データ収集装置５Ａに送信される。第１重機稼働データ収集装置５Ａの側方には、作業内容表示機６Ａが設けられている。制御装置１における作業モード確認部１１は、作業モードを確認した際、作業モードに応じた作業モード信号を風量読出部１３に出力するとともに作業内容表示機６Ａに送信する。作業内容表示機６Ａは、制御装置１における作業モード確認部１１から送信された作業モード信号に応じた作業内容が表示される。また、第２トンネルＴ２内における第２重機稼働データ収集装置５Ｂの側方にも、同様の作業内容表示機が設けられている。
【００５７】
次に、本実施形態に係る地下空間における換気システムの動作について説明する。図６は、地下空間の換気システムにおける動作手順を示すフローチャートである。
【００５８】
図６に示すように、本実施形態に係る換気システムでは、最初に、第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂにおいて、重機作動センサ４１〜４６から送信される作動信号を受信し、各作動信号に基づいて重機の稼働状況を判断する（Ｓ１）。第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂは、重機の稼働状況を判断したら、重機稼働状況信号を制御装置１における作業モード確認部１１に送信する。
【００５９】
作業モード確認部１１では、受信した重機稼働状況信号に基づいて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内でそれぞれ稼働している状況を確認する。続いて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２のそれぞれについて、稼働している重機に応じた現在の作業モードを確認する（Ｓ２）。
【００６０】
たとえば、ドリルジャンボＤＪのエンジン、削岩機、削岩ロッドが作動している場合には、削孔作業が行われていると判断する。また、油圧ブレーカＯＢ、ホイールローダＷＲ、およびダンプトラックＤＴが作動している場合には、ずり出し作業が行われていると判断する。
【００６１】
作業モード確認部１１は、作業モードを確認したら、確認した作業モードを風量読出部１３に出力する。風量読出部１３では、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２内のそれぞれにおける現在の作業モードに応じた基準風量を基準風量記憶部１２から読み出す（Ｓ３）。その後、風量読出部１３は、読み出した基準風量を風量調整部１５に出力する。
【００６２】
続いて、坑内環境確認部１４は、坑内環境センサの検出結果に基づいて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２における坑内環境値を取得する（Ｓ４）。具体的に、第１温度センサ２Ａから送信される第１トンネルＴ１内の坑内温度、第１粉塵量センサ３Ａから送信される第１トンネルＴ１内の粉塵量、第１酸素濃度センサ４Ａから送信される第１トンネルＴ１内の酸素濃度を取得する。また、第２温度センサ２Ｂから送信される第２トンネルＴ２内の坑内温度、第２粉塵量センサ３Ｂから送信される第２トンネルＴ２内の粉塵量、第２酸素濃度センサ４Ｂから送信される第２トンネルＴ２内の酸素濃度を取得する。
【００６３】
坑内環境確認部１４は、坑内環境値を取得したら、第１トンネルＴ１内における各坑内環境値が、記憶している坑内環境基準値よりも大きいか否かを判断する（Ｓ５）。その結果、坑内温度、粉塵量、および酸素濃度の一つ以上が坑内環境基準値を超えていると判断した場合には、第１トンネルＴ１に供給するエアの風量を増加させる風量信号を送風機制御部１６および集塵機制御部１７に出力する。
【００６４】
送風機制御部１６では、出力された風量信号に応じて、第１送風機２１から供給されるエアの風量を増加させる（Ｓ６）。そのため、送風機制御部１６は、増加させるエアの風量に応じて、回転数を増加させる回転数信号を第１送風機２１に送信する。また、集塵機制御部１７は、増加後の風量に応じて第１集塵機３１の運転モードを調整する（Ｓ７）。集塵機制御部１７では、調整した運転モードに応じた運転モード信号を第１集塵機３１に送信する。
【００６５】
その後、送風機制御部１６では、第１送風機２１から供給されるエアの風量の増加に伴い、前方送風機２０のエアの風量を増加させる（Ｓ８）。そのため、送風機制御部１６では、増加させるエアの風量に応じて、回転数を増加させる回転数信号を前方送風機２０に送信する。それから、ステップＳ４に戻り、第１トンネルＴ１の坑内環境値を取得する。
【００６６】
一方、ステップＳ５において、第１トンネルＴ１の坑内環境値がいずれも所定の坑内環境基準値以下であると判断した場合には、第１送風機２１のエアの風量を維持して（Ｓ９）、処理を終了する。このように、地下空間の換気システムＭでは、第１トンネルＴ１坑内の環境に応じて第１送風機２１の風量を調整するフィードバック制御を行っている。また、同様の処理を第２トンネルＴ２に対して行うことにより、第２トンネルＴ２の坑内環境に応じて第２送風機２２の風量を調整するフィードバック制御を行っている。こうして、地下空間の換気システムＭでは、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に対して、各々独立したフィードバック制御を並行して行っている。
【００６７】
このように、本実施形態に係る地下空間の換気システムＭにおいては、坑内環境センサで計測された坑内環境に基づいて、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給するエアの風量を調整している。このため、坑内環境に変化が生じた場合でも、坑内環境を考慮した風量のエアを第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給することができる。したがって、トンネルの施工現場における適切な換気量となるエアを第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２供給することができる。
【００６８】
また、作業モードを確認する際に、重機作動センサ４１〜４６から送信される作動状況信号を用いている。ここで、重機作動センサ４１〜４６は、いずれも第１重機稼働データ収集装置５Ａおよび第２重機稼働データ収集装置５Ｂに対して無線通信可能とされている。このため、電線を用いる必要がないため、重機が作動し、移動した場合でも、電線が絡まったり切断したりすることがない。したがって、作動状況信号を適切に送信することができる。
【００６９】
さらに、坑内環境センサで計測された坑内環境値が所定の基準値を超える場合に、第１トンネルＴ１および第２トンネルＴ２に供給するエアの風量を増加させるようにしている。このため、坑内環境が所定の基準値を超えて坑内環境が悪化した場合に、風量の調整を行って、悪化した作業環境を改善することができる。したがって、トンネル内で作業を行う作業員に対して、好適な作業環境を提供することができる。
【００７０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、地下空間として複数のトンネルを備える空間を示しているが、たとえば地下空間としては、廃棄物を廃棄する複数の処分坑道が造成された処理施設である態様とすることができる。また、上記実施形態では、トンネルが第１トンネルＴ１と第２トンネルＴ２の２本とされているが、トンネルは１本でもよく、逆に３本以上であってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１…制御装置
２Ａ…第１温度センサ
２Ｂ…第２温度センサ
３Ａ…第１粉塵量センサ
３Ｂ…第２粉塵量センサ
４Ａ…第１酸素濃度センサ
４Ｂ…第２酸素濃度センサ
５Ａ…第１重機稼働データ収集装置
５Ｂ…第２重機稼働データ収集装置
６Ａ…作業内容表示機
１１…作業モード確認部
１２…基準風量記憶部
１３…風量読出部
１４…坑内環境確認部
１５…風量調整部
１６…送風機制御部
１７…集塵機制御部
２０…前方送風機
２１…第１送風機
２２…第２送風機
３１…第１集塵機
３２…第２集塵機
４１…油圧ショベル作動センサ
４２…ドリルジャンボ作動センサ
４３…油圧ブレーカ作動センサ
４４…ホイールローダ作動センサ
４５…ダンプトラック作動センサ
４６…コンクリート吹付機作動センサ
ＢＣ…延伸ベルトコンベア
ＣＲ…クラッシャ
ＣＳ…コンクリート吹付機
ＤＪ…ドリルジャンボ
ＤＴ…ダンプトラック
Ｍ…換気システム
ＯＢ…油圧ブレーカ
ＯＳ…油圧ショベル
Ｒ…事務所
ＴＤ…テールピース台車
ＷＲ…ホイールローダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを施工する際の地下空間の換気を行う地下空間の換気システムであって、
前記トンネルにエアを供給するエア供給手段と、
前記トンネル内における坑内環境を計測する坑内環境計測手段と、
前記トンネル内における重機の作動状況を確認する重機作動状況確認手段と、
前記エア供給手段の作動制御を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、重機作動状況確認手段で確認された重機の作動状況に基づいて、前記トンネルにおける作業モードを確認する作業モード確認手段と、
前記作業モード確認手段によって確認された作業モードに応じて、前記エア供給手段より供給するエアの風量を算出する風量算出手段と、
前記坑内環境計測手段で計測された坑内環境に基づいて、前記エア風量算出手段で算出されたエアの風量を調整する風量調整手段と、
前記風量調整手段で調整された風量に応じて、前記エア供給手段を制御する作動制御手段と、
を備えることを特徴とする地下空間における換気システム。
【請求項２】
前記地下空間には、複数の前記トンネルが形成されている請求項１に記載の地下空間における換気システム。
【請求項３】
前記重機の作動状況に関する作動状況信号を無線送信する作動状況信号送信手段が前記重機に設けられ、
前記作動状況信号を受信する作動状況信号受信手段が前記地下空間に設けられており、
前記作動状況信号受信手段は、受信した作動状況信号を前記制御手段に送信する請求項１または請求項２に記載の地下空間における換気システム。
【請求項４】
前記坑内環境計測手段で計測された坑内環境が、所定の基準値を超える場合に、前記風量調整手段による風量の調整を行う請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の地下空間における換気システム。
【請求項５】
換気シミュレーションのシミュレーション結果に基づいて、前記作業モードに応じた前記エアの風量の初期値を記憶しておく請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の地下空間における換気システム。
【請求項６】
前記作業モードは、地山を削孔する際の削孔モード、発破前の爆薬を装填する際の装薬モード、発破作業を行う際の発破モード、発破後のずり出し作業を行う際のずり出しモード、吹付機による吹付作業を行う際の吹付モード、およびロックボルトを打ち込む際のロックボルト打ち込みモードのうちの少なくとも１つを含む請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の地下空間における換気システム。
【請求項７】
前記坑内環境は、前記トンネルにおける粉塵量、坑内温度、および酸素濃度のうちの少なくとも１つである請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の地下空間における換気システム。
【請求項８】
前記トンネルが、廃棄物を埋めることで廃棄する処分坑道である請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載の地下空間における換気システム。
【請求項１】
トンネルを施工する際の地下空間の換気を行う地下空間の換気システムであって、
前記トンネルにエアを供給するエア供給手段と、
前記トンネル内における坑内環境を計測する坑内環境計測手段と、
前記トンネル内における重機の作動状況を確認する重機作動状況確認手段と、
前記エア供給手段の作動制御を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、重機作動状況確認手段で確認された重機の作動状況に基づいて、前記トンネルにおける作業モードを確認する作業モード確認手段と、
前記作業モード確認手段によって確認された作業モードに応じて、前記エア供給手段より供給するエアの風量を算出する風量算出手段と、
前記坑内環境計測手段で計測された坑内環境に基づいて、前記エア風量算出手段で算出されたエアの風量を調整する風量調整手段と、
前記風量調整手段で調整された風量に応じて、前記エア供給手段を制御する作動制御手段と、
を備えることを特徴とする地下空間における換気システム。
【請求項２】
前記地下空間には、複数の前記トンネルが形成されている請求項１に記載の地下空間における換気システム。
【請求項３】
前記重機の作動状況に関する作動状況信号を無線送信する作動状況信号送信手段が前記重機に設けられ、
前記作動状況信号を受信する作動状況信号受信手段が前記地下空間に設けられており、
前記作動状況信号受信手段は、受信した作動状況信号を前記制御手段に送信する請求項１または請求項２に記載の地下空間における換気システム。
【請求項４】
前記坑内環境計測手段で計測された坑内環境が、所定の基準値を超える場合に、前記風量調整手段による風量の調整を行う請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の地下空間における換気システム。
【請求項５】
換気シミュレーションのシミュレーション結果に基づいて、前記作業モードに応じた前記エアの風量の初期値を記憶しておく請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の地下空間における換気システム。
【請求項６】
前記作業モードは、地山を削孔する際の削孔モード、発破前の爆薬を装填する際の装薬モード、発破作業を行う際の発破モード、発破後のずり出し作業を行う際のずり出しモード、吹付機による吹付作業を行う際の吹付モード、およびロックボルトを打ち込む際のロックボルト打ち込みモードのうちの少なくとも１つを含む請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の地下空間における換気システム。
【請求項７】
前記坑内環境は、前記トンネルにおける粉塵量、坑内温度、および酸素濃度のうちの少なくとも１つである請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の地下空間における換気システム。
【請求項８】
前記トンネルが、廃棄物を埋めることで廃棄する処分坑道である請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載の地下空間における換気システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１０２４８４（Ｐ２０１２−１０２４８４Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５０１０６（Ｐ２０１０−２５０１０６）
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
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