JP3614772B2 - 発破掘削方法および発破用のタンピング用具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩石破砕分野での発破掘削方法および発破用のタンピング用具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、山岳トンネル等を掘削する方法として、掘削機械による機械掘削工法と、発破による発破工法とがあった。
【０００３】
機械掘削工法は比較的地質が柔らかい軟岩程度を対象とすると効率良く施工できる場合が多い反面、機械の容量を超える硬岩が出現する地山では極端に掘削性能が低下する傾向がみられた。これに対して発破工法は硬岩地山におい前記機械掘削工法より有利な掘削を行うことが可能であった。したがって、一般的に硬岩が出現する場合や地山が硬化した場合は、掘削工法に発破を採用することが多く、硬岩地山の掘削工法は、特別な条件が無い限り発破工法が用いられてきた。
【０００４】
そして、発破工法においては、先ず地山等の掘削対象に対して削岩機等で一進行長に対応する装薬孔を削孔し、削孔された装薬孔の奥側に爆薬を装填した後、有効な発破を実現するためにタンピングを行ってから遠隔操作により爆薬を***させていた。
【０００５】
すなわち、装薬孔に装填した爆薬をそのまま起爆させたのでは***の爆発力が装薬孔の口元から外部に漏洩して***の威力が半分以下となる場合が多いことから、爆発エネルギー（***ガスの膨張圧力）が装薬孔から逃げてしまうのを防ぐため、装薬孔に爆薬を装填した後に装薬孔に粘土等の詰め物を挿入するタンピングが行われていた。
【０００６】
また、タンピングの方法として、明かり発破のように削孔が垂直方向に行われる場合には砂など流動性が良く安価で取り扱いが容易な材料を上部から流し込むことが行われていた。また、山岳トンネルのように削孔が水平方向に行われる場合には図６に示されるように粘土を棒状に加工したクレイタンピングと称する製品を込め棒と称する木製の棒にて挿入して押し固めることが行われていた。
【発明が解決しようとする課題】
ここで、発破用削岩機の錐機構は主に山岳トンネル等を対象としており、例えば図５に示されるようなアーチ形状の発破掘削を行うために、前記削岩機により形成される各削孔の断面形状は、例えば図５の削孔形状の一例２４に示されるような複数の円の組み合わせにより成る複雑な形状となる。また、前記の削孔は、図６の装薬孔４に示されるように水平孔を前提としている。
【０００７】
したがって、図５に示される従来のクレイ２６によるタンピング方法（クレイタンピング）ではクレイ２６の装薬孔４への挿入作業及び設置作業が容易ではない。特に、一進行長の装薬孔をタンピングするためには、複数のクレイ２６を連続設置する必要があり、タンピングに要する時間的・労力的・金額的な負担は多大なものであった。
【０００８】
さらに、クレイタンピングを行った場合、クレイ等の込め物の挿入が不十分であると、不十分な込め物は装薬孔内に発生する爆発圧力を有効に作用させにくいために効率的な掘削ができず、最悪の場合にはいわゆる鉄砲現象（爆発のエネルギーが込め物を削孔から射出するエネルギーに置換されてしまう現象）が起きてしまう虞があった。
【０００９】
さらに、有効な発破を実現するためには、タンピング（込め物）の長さと装薬孔の孔長の関係に留意する必要がある。なお、経験値よりタンピングの長さを装薬孔の孔長の２０％乃至３０％とすると効率的な発破を実現できることが確認されている。
【００１０】
これらの理由により、人手により通常複数のクレイを順次装薬穴に挿入・設置して充填していく従来のクレイタンピングでは、充分なタンビング効果を得るためには相当な充填時間を必要とし、また、タンピングに使用するクレイの量も相当な量を必要とした。
【００１１】
一方、発破によるトンネル掘削において余掘りを低減する一方策としては、スムースブラスティング工法という制御発破手法がある。これは、装薬孔周辺に及ぼす爆薬の破壊力を制御することにより、特定の方向にのみ破壊効果を与えようという方法である。すなわち、該工法は、装薬孔内に爆薬を低密度で装填して爆発させ、低密度装填箇所の空隙中の空気により爆薬の爆発の際の衝撃力を弱め、爆発ガスの膨張力を有効に利用し、岩盤を破砕するというよりむしろ切断するという考え方に基づいている。
【００１２】
しかしながら、このようなスムースブラスティング等による制御工法は***効率を低下させることにより制御を可能としている。また、スムースブラスティング等による制御工法では、むやみに込め物を押し込むと空隙率が減少して予定の制御ができない可能性があり、タンピングにも細心の注意が必要となる。
【００１３】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、施工性や掘削効率や工事安全性において優れ、しかもコストを著しく削減することが可能となる発破掘削方法および発破用のタンピング用具の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
本発明による発破掘削方法は、掘削対象に装薬孔を削孔し、前記装薬孔の奥側に爆薬を装填し、前記爆薬の装填後、前記装薬孔に柔軟性を有する袋状の容器と、注入管と、逆止弁と、を備えた発破用のタンピング用具を配置してなり、該タンピング用具の配置は、前記装薬孔の手前側に前記柔軟性を有する袋状の容器を、萎んだ状態から、容器の挿入先端側である袋の底部を折り返して形成される折り返し部に込め棒の先端を引っ掛けて前記装薬孔に挿入し、あるいは硬質な材料で構成された注入管を容器の注入口から前記容器の挿入側先端付近まで延長して形成し、該注入管によって装薬孔に挿入して行い、前記袋状の容器に接続された注入管を介して該容器内に液体を注入して膨張させ、最大膨張時の断面形状（外径）を装薬孔より大きくさせて、容器の外側面と装薬孔の内壁面とを密着させ、注入管端部の管内では前記液体の流動停止を明示するフローマーカーが流動停止を明示し、その後に爆薬を爆発させる、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による発破用のタンピング用具は、柔軟性を有する袋状の容器と、注入管と、逆止弁と、を備え、掘削対象に削孔された装薬孔に配置される発破用のタンピング用具であり、前記容器の後端側には液体注入用の注入口が設けられ、前記注入口には逆止弁を介して注入管が接続され、前記容器は、該容器の挿入先端側に、前記装薬孔挿入用込め棒の先端を引っ掛ける折り返し部を有するか、あるいは硬質な材料で構成した注入管を前記容器の挿入先端側まで延長して形成し、該注入管を挿入用として構成してなり、密閉構造とされた容器の内部には液体が充填されて膨張し、最大膨張時の断面形状（外径）が装薬孔の孔径より大きくなって、容器の外側面が装薬孔の内壁面に密着可能とされ、注入管の端部の管内には、注入される液体の流動停止を明示するフローマーカーが取り付けられた、ことを特徴とする。
【００１５】
【作用】
本発明では、従来の発破掘削工法においては粘土等を棒状にしたクレイを込め棒で装薬孔に挿入して行っていたタンピングにつき、クレイの代わりに「柔軟性を有する袋状の容器を萎んだ状態で（装薬孔に）挿入」し、これに「液体を注入して膨張」させ、タンピング用具として用いて発破掘削を行う。すなわち、柔軟性を有する袋状の容器を萎んだ状態で装薬孔に挿入するので、挿入作業が容易であり、特に複雑な断面形状を有する装薬孔においてタンピング作業の容易化を図ることが可能となる。
【００１６】
また、「柔軟性を有する袋状の容器」を使用するタンピング、すなわち風船型の注入式タンピングであるので、装薬孔の任意の位置に設置でき、爆薬類に余分な負担をかけにくいため、正確な制御発破が実現できる。
【００１７】
さらに、タンピングの主剤は容器内の「液体」（水等）であるため、その流動性等により簡便容易に定量を容器に注入でき、タンピングの作業性が著しく向上する。そして、タンピング用具の構成部材も安価な材料で製作でき、タンピングの作業コストも低く押さえることができるので、タンピング全体のコストおよび発破掘削全体のコストを低減することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の有効な実施の態様につき、図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１乃至図２には本実施例による発破用タンピング作業のプロセスが、図３乃至図４には本実施例で使用されるタンピング用具が各々示されている。
【００２０】
尚、以下の説明においては、図５に示されるような山岳トンネルの掘削作業等、すなわちアーチ形状の発破掘削を行う場合等を対象としている。
【００２１】
先ず、図１に示されるように、発破用削岩機の錐機構により複数の円の組み合わせにより成る複雑な断面形状（図５の削孔形状２４等参照）の装薬孔４を地山等の掘削対象２に対して削孔する。尚、本発明が対象とする装薬孔の形状は、実施例に示される複雑な断面形状のものに限られるものではなく、円断面（丸孔）や長孔断面等、単純断面形状の装薬孔から複雑な断面形状のものも含まれる。また、装薬孔４の削孔は掘削対象２に対して発破掘削の一進行長に対応する長さで水平方向に行われる。
【００２２】
そして、発破掘削の一進行長に対応する装薬孔４が掘削されると、発破に使用する爆薬６が装薬孔４の穴口部より挿入されて装薬孔４の奥側に装填される。なお、発破時に遠隔操作により爆薬６を起爆させるため、前記の爆薬６には脚線１６が接続された***が設置されている。すなわち発破時には装薬孔４の外に続く脚線１６を介して外部からの遠隔操作により起爆操作が行われる。
【００２３】
装薬孔４の奥側に爆薬６が装填されると、次に柔軟性を有する袋状の容器８が萎んだ状態で装薬孔４の穴口部より挿入され、装薬孔４の手前側の所定位置に設置される。ここで、容器８は挿入設置時には萎んだ状態でありその断面は装薬孔４の断面に比べて充分に小さく、また、容器８柔軟性を有するので、装薬孔４への挿入が極めて容易であり、また、装薬孔４の任意の位置に容易に設置することが可能である。
【００２４】
そして、袋状の容器８が装薬孔４の所定の位置に設置されると該袋状の容器８に接続されている注入管１２を介して装薬孔４の外部にある送水装置より容器８に液体１４が注入される。なお、本実施例においては、一定量の液体を任意の間隔で継続的に供給し得る送水装置が用いられる。
【００２５】
これにより、図２に示されるように、注入管１２との接続部である注入口１０を除いて密閉構造とされている容器４は萎んだ状態から膨らんだ状態へと液体１４の注入に伴って膨張する。ここで、前記容器８としては、その最大膨張時の断面形状（外径）が装薬孔４の孔型（内径）より大きいものが用いられる。したがって、容器８は液体１２の注入に伴って膨張していくと、容器８の柔軟性より、容器８の外側面が装薬孔４の内側面と密着することとなる。以上のプロセスにより、本実施例の特徴である風船型の注入式タンピングが行われる。ここで、容器８の柔軟性と膨張性・拡張性より、装薬孔４の断面形状に関わらず、たとえ装薬孔４の断面形状が複雑な異形円孔等であっても、容器８外側面と装薬孔４内側面の密着を確保することができる。すなわち、液体によって膨張した容器８は、装薬孔４の空隙形状に対応して密着性が良いため、有効なタンピングを行うことが可能となる。
【００２６】
そして、以上一連の作業、すなわち削孔、装薬、タンピングの作業が行われると遠隔操作により装薬孔４外部から前記脚線１６を介して***への通電が行われて爆薬６が起爆され、発破が行われる。
【００２７】
なお、図３乃至図４には本実施例で使用されるタンピング用具、すなわち、柔軟性を有する袋状の容器８と、注入管１２と、逆止弁１８とを備えるタンピング用具が示されている。
【００２８】
本実施例においては、容器８として、塩化ビニル等の樹脂製の薄肉の袋が使用されている。これは、塩化ビニル等の樹脂が膨張性および柔軟性において勝るためである。また、容器８が発破爆発で生じる高熱で瞬間的に燃焼しても、発生するガスは無公害であり刺激臭を伴いにくいからである。また、容器８の全長は、従来のクレイタンピングにおける経験値より、装薬孔４の孔長の２０％乃至３０％付近とされている。また袋状の容器８の肉厚及び強度については、容器８に一定量の液体１２が充填されて膨張により装薬孔４内壁面に密着する際に、かかる密着圧力にも充分に耐えうる強度を確保しえる肉厚及び強度とされている。
【００２９】
なお、容器８は、従来よりクレイタンピングで使用されている木製の棒、すなわち込め棒２２により装薬孔４の定位置に挿入される。すなわち、図３に示されるように、容器８の挿入先端側は樹脂製の袋の底部が折り返されて形成されて構成されており、かかる折り返し部に込め棒２２の先端が引っかけられた状態で、容器８が込め棒２２により装薬孔４に挿入される。
【００３０】
また、容器８の装薬孔４への挿入については、図４に示されるように、後述の注入管１２を、比較的硬質な材料で構成し、該注水管１２を容器８の注入口１０から容器８の挿入側先端付近まで延長して込め棒２２の代用部材として使用することも可能である。
【００３１】
そして、前記の容器８の後端側には液体１４注入用の注入口１０が設けられており、この注入口１０には逆止弁１８を介して注入管１２が接続されている。なお、前述のように容器８は密閉構造とされているので、注水口１０より注水管１２から液体１２が供給されると、これに伴って容器全体が膨張する。また、前記の逆止弁１８の作用により、一定量の液体１４が容器８内に供給されて液体１４の供給が停止し、装薬孔４の外で送水装置が注水管１２から外された後であっても、液体１２は容器８から注水管１２には逆流せず、容器８の膨張および容器８外側面の装薬孔４内壁面への密着は維持される。
【００３２】
なお、本実施例では注入管１２として透明の樹脂管等が使用されている。
これは、注水状況が確認できるからであり、また、容器８の場合と同様に、膨張性および柔軟性において勝り、発破爆発で生じる高熱で瞬間的に燃焼しても、発生するガスは無公害であり刺激臭を伴いにくいからである。
【００３３】
さらに、本実施例において使用される送水装置は、一定量の水を容器８に送水した後、自動的に送水が停止するものであるが、送水を操作する者の認識が稀薄になりやすいので、注水管１２の端部（送水装置と接続する側の端部）の管内には流動が停止したことを明示するフローマーカー２０が取り付けられており、これにより注水作業の確実化がはかられている。なお、フローマーカーとしては、例えば注水管１２の内壁面に柔軟性に富む樹脂製のカラーテープの一端部を片持ち状態で接着して形成した吹き流しや、管内の水流により回転する水車のような器具が用いられる。
【００３４】
また、本実施例では液体１２として水が用いられている。これは、水が入手容易で安価であること、***圧力の制御部材（***エネルギーの吸収・反射部材）として好適であること、取り扱いが容易であること、および、他の部材同様、発破爆発で生じる高熱で瞬間的に燃焼しても、無公害であること等によるためである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、発破掘削のタンピング作業において、タンピング部材の挿入作業が容易となり、複雑な断面形状の装薬孔でもタンピングの容易化を図ることが可能となる。
【００３６】
また、いわゆる風船型の注入式タンピングであるので、装薬孔の任意の位置に設置でき、爆薬類に余分な負担をかけにくく、正確な制御発破を実現できる。
【００３７】
さらに、タンピングの主剤は後から注入する液体であるため、タンピングの作業性や効率性が著しく向上する。
【００３８】
そして、タンピングの用具や作業コストも低く押さえることができるので、全体コストを低減することが可能となる。
【００３９】
したがって、本発明によれは、発破掘削において施工性や掘削効率や工事安全性の向上及びコストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の説明図（その１）
【図２】実施例の説明図（その２）
【図３】実施例のタンピング用具の説明図（その１）
【図４】実施例のタンピング用具の説明図（その２）
【図５】従来技術の説明図（その１）
【図６】従来技術の説明図（その２）
【符号の説明】
２ 掘削対象
４ 装薬孔
６ 爆薬
８ 容器
１０ 注入口
１２ 注入管
１４ 液体
１６ 脚線
１８ 逆止弁
２０ フローマーカー
２２ 込め棒
２４ 削孔の形状
２６ クレイ

Claims (2)

1. 掘削対象に装薬孔を削孔し、
   前記装薬孔の奥側に爆薬を装填し、
   前記爆薬の装填後、前記装薬孔に柔軟性を有する袋状の容器と、注入管と、逆止弁と、を備えた発破用のタンピング用具を配置してなり、
   該タンピング用具の配置は、前記装薬孔の手前側において、前記柔軟性を有する袋状の容器を、萎んだ状態から、容器の挿入先端側である袋の底部を折り返して形成される折り返し部に込め棒の先端を引っ掛けて前記装薬孔に挿入し、あるいは硬質な材料で構成された注入管を容器の注入口から前記容器の挿入側先端付近まで延長して形成し、該注入管によって装薬孔に挿入して行い、
   前記袋状の容器に接続された注入管を介して該容器内に液体を注入して膨張させ、最大膨張時の断面形状（外径）を装薬孔の孔径より大きくさせて、容器の外側面と装薬孔の内壁面とを密着させ、
   注入管端部の管内では前記液体の流動停止を明示するフローマーカーが流動停止を明示し、
   その後に爆薬を爆発させる、
   ことを特徴とした発破掘削方法。
2. 柔軟性を有する袋状の容器と、注入管と、逆止弁と、を備え、掘削対象に削孔された装薬孔に配置される発破用のタンピング用具であり、
   前記容器の後端側には液体注入用の注入口が設けられ、
   前記注入口には逆止弁を介して注入管が接続され、
   前記容器は、該容器の挿入先端側に、前記装薬孔挿入用込め棒の先端を引っ掛ける折り返し部を有するか、あるいは硬質な材料で構成した注入管を前記容器の挿入先端側まで延長して形成し、該注入管を挿入用として構成してなり、
   密閉構造とされた容器の内部には液体が充填されて膨張し、最大膨張時の断面形状（外径）が装薬孔の孔径より大きくなって、容器の外側面が装薬孔の内壁面に密着可能とされ、
   注入管の端部の管内には、注入される液体の流動停止を明示するフローマーカーが取り付けられた、
   ことを特徴とする発破用のタンピング用具。

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