JPH0214640B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は岩盤、コンクリート構造物等の被破壊
物を破壊するに際し、爆薬と緩性破砕剤とを併用
することにより発破振動、発破騒音、飛石等の発
破公害を抑制し、かつ経済的に有利な無公害発破
工法に関するものである。 従来岩盤やコンクリート構造物等を破壊する場
合には、当該被破壊物をさく岩機等の穿孔機械に
より穿孔し、この孔に適量のダイナマイト等の爆
薬を装填し爆破する破壊工法や、大きな鉄球を重
機で操作し被破壊物に衝撃を与えて破壊する工
法、更にはロツクブレーカー等の重機により直接
被破壊物を破壊する工法等が実施されている。更
には最近コンクリート破砕器や制御発破用爆薬
（例えば商品名「アーバナイト」日本油脂社製）
といつた、爆薬・火薬の力を充分抑制した、威力
の弱い発破工法や、硅酸塩と膨張剤とを主成分と
するものや膨張性セメント系等を緩性破砕剤（膨
張性破砕剤とも呼ばれる。例えば商品名「カーム
マイト」日油技研工業社製）として用いてその長
時間にわたつて発生する膨張力を利用して被破壊
物を破壊する工法が実施されている。然し乍ら、
これらの工法には何れもそれぞれ下記に述べるよ
うな欠点があり、その改善が求められている。即
ち、一般の爆薬を用いる破壊工法、所謂一般の発
破工法は、爆薬のもつ爆発エネルギーが非常に大
きいため特に市街地の発破においては薬量算定の
僅かな誤りが飛石の原因となる危険が大きく、発
破作業従事者の高度な熟練度が必要とされるし、
また発破の際に発生する発破振動、騒音は相当大
きくなる欠点を有している。また、鉄球と重機と
の組合せやロツクブレーカーを用いる工法は大き
な装置を必要とし、かつ労力を多く必要とするの
で作業コストが高くなり更に作業の際、高い金属
音の騒音が発生し、しかも作業が長時間にわたる
ため、周囲に与える悪影響は非常に大である欠点
を有している。一方、火薬力を抑制した威力の弱
い爆薬を用いる発破工法においても、装薬量算定
には熟練を要し、また被破壊物の状況、例えば亀
裂が多い場合とか、最少抵抗線長が短かい場合に
は思わぬ飛石事故の原因となる欠点があつた。更
には、被破壊物を充分に破壊する工法には、ある
程度の発破振動、騒音の発生は避けられなかつ
た。 これらの工法に比べると、緩性破砕剤を用いる
工法は、発破振動、発破騒音、飛石等の発生は完
全に抑制することができるが、多量の緩性破砕剤
を必要とするため、コスト高になる欠点を有して
いる。（通常、装薬量は爆薬の場合の60〜200倍必
要である）。また、破壊エネルギーが非常に小さ
いが故に自由面の少ない岩盤等の破壊が要求され
る場合（発破でいえば盤下げ発破や隧道発破など
の一自由面発破）には、破壊効果が殆んど期待で
きない欠点を有している。 以上のことから明らかなように、従来の岩盤又
はコンクリート構造物を破壊する工法は、発破能
力の大きい火薬を用いれば容易に被破壊物を破壊
できるけれど、作業場の四囲に発破振動、発破騒
音を与え、かつ、飛石の危険が大きく、これら欠
点を排除するため緩性破砕剤を用いる工法はその
作業場の四囲に発破振動及び発破騒音を与えず、
かつ、飛石の危険は絶無といえるが、多量の緩性
破砕剤を使用するので、コスト高となるばかりで
なく、破壊力が弱いので状況いかんによつて被破
壊物を破壊できない場合も生ずる。 本発明らは四囲に発破振動や発破騒音を与え
ず、また、飛石の危険を伴なわず、かつ破壊能力
が大きく、コストが低廉な発破方法を提供するよ
う研究した結果下記の知見を得て本発明を完成す
るにいたつた。 一般的な爆薬の爆発に伴なう破壊について考え
てみると、爆薬が爆発した瞬間に被破壊物の爆薬
近傍には爆発に伴なう高い温度（3000〜4000〓）
と衝撃波による高い圧力（数＋Kbar〜300Kbar）
が作用する。この高温、高圧の作用エネルギーに
より爆薬近傍の被破壊物は瞬時に溶融圧砕されて
しまうが、この初期エネルギーは急激に減衰し、
衝撃波は圧縮波として被破壊物中を伝播していく
が、この圧縮波面に直交する方向に引張応力が作
用する。岩石やコンクリートは圧縮強度が大きい
割に引張強度は小さく、この爆発に伴なう圧縮波
によつて生ずる引張応力が被破壊物の引張強度よ
り大きい場合には圧縮波の進行方向に亀裂を生じ
（塑性変形）、引張強度より小さくなつた時点でこ
の圧縮波は弾性波として、被破壊物中を伝播して
いく。一方爆発反応に伴ない爆薬は多量のガスを
発生し、このガスの膨張に伴ない被破壊物には静
的なガス圧力が作用し、その圧力、P_SはAbel−
Nobelの状態方程式 P_S＝ｆ・Ｗ／Ｖ−α・Ｗ ｆ：爆薬の火薬力（−Kg／cm²／Kg） Ｗ：爆薬の薬量（Kg） Ｖ：装薬孔体積（） α：コポリウム（） で示される高い圧力（数百bar〜数万bar）とな
る。この圧力が同様に被破壊物に作用し、亀裂を
更に拡げて被破壊物を終には破壊する。 これに対し、緩性破砕剤を用いる工法は例えば
硅酸塩を主体とする無機化合物にもう一方の主成
分である膨張剤を混合した膨張性物質に水を加え
ることによる水和反応に伴なう体積膨張により発
生する膨張圧（圧縮力）により被破壊物を破壊し
ようとする考え方に立つている。この場合、体積
膨張は高々２倍程度であり、被破壊物に作用する
膨張圧も高々400barと小さく、爆薬の爆発に伴
なつて作用する圧力と比較すると非常に小さい、
従つて、膨張圧の作用により発生する圧縮応力及
びこれに直交する方向に発生する引張応力はとも
に小さく、その作用範囲も小さい。このため引張
強度の大きい岩石に対しては殆んど亀裂を伸長さ
せる効果は期待できず、又引張強度の弱い被破壊
物でも最少抵抗線長の大きい場合には亀裂の生長
は途中でとまつてしまう現象を生ずる。これを補
うために最少抵抗線長を短かくし（いいかえれば
自由面を多くとり）、しかも装薬孔間を密にとつ
た装薬孔の配置を採用する必要があり、被破壊物
単位体積あたり薬量は非常に大きくなる。然も前
述のように、この場合は自由面が多い場合の標準
的考え方で、一自由面（例えば盤下げ工法や隧道
掘削工法）の場合には周囲の拘束力が強過ぎて、
せいぜい装薬孔の口元周辺に若干の亀裂が生ずる
程度で期待される亀裂の生長、破砕面の移動等の
効果は得られない。 然し乍ら緩性破砕剤の膨張により発生した膨張
圧は周囲の被破壊物に対し、圧縮応力及びこれに
直交する方向の引張応力を与え、反応が充分終了
した時点でも、これらの応力は残存応力として被
破壊物中に作用している。この残存応力が被破壊
物に作用しているということはそれだけ被破壊物
は他の破壊エネルギーに対し脆くなつているとい
うことで、通常の破壊エネルギーを必要としない
でも容易に破壊することが可能となる。 本発明者らは、この点に注目し、従来行なわれ
ている種々の工法の長所、短所を解析した結果を
もとに、緩性破砕剤と爆薬とを併合して用いるこ
とにより、発破能力を大にしても四囲に発破振動
が発破振動を与えず、かつ、飛石の危険がない発
破工法を見い出し本発明を完成した。 本発明の要旨は被破壊物に複数個の装填孔を穿
孔し、その１個以上の装填孔にはその底部に少量
の爆薬を装填し、ついで装填した爆薬の上に填塞
物及び緩性破砕剤を順次積層し、かつ、残部の装
填孔には緩性破砕剤を装填し、しかるに後水和反
応を前記緩性破砕剤に生じさせて、その膨張圧が
前記緩性破砕剤に作用した時点で前記爆薬の爆発
させることを特徴とする発破工法である。 即ち本発明は被破壊物に残存応力ないしは緩性
破砕剤による膨張圧力が被破壊物に作用していく
過程で少量の爆薬を爆発させて、これにより被破
壊物に作用している引張応力を助長させてやり、
被破壊物の引張強度以上の力を与えて被破壊物を
破壊する技術思想に基づく工法である。 本発明者らは、同様な考え方に基づき、前記の
発破工法において、爆薬を装填した装填孔には緩
性破砕剤を装填しない発破工法も同日出願してい
る（特開昭59−35799号）。 本発明の工法において穿孔する装填孔の孔径、
深さ、隣接する装填孔間の距離等は被破壊物の物
理的性質、火薬の性能及び緩性破砕剤の性能など
によつて総合的にその最適値が定められる。 本発明に用いる緩性破砕剤としては、水を加え
ることによつて水和膨張しその膨張圧によつて破
砕作用を行なうものであつて、例えば日油技研工
業社製商品名「カームマイト」、小野田セメント
社製商品名「プライスター」等の従来既知の緩性
破砕剤はすべて使用することができる。かかる緩
性破砕剤の成分は、例えば硅酸三カルシウムのよ
うな硅酸塩と酸化カルシウムのような膨張剤とを
主成分とするものや、一般に膨張性セメントと呼
ばれる、例えば石灰系、カルシウムスルフオアル
ミネート系、仮焼ドロマイト系、マグネシア系、
普通ポルトランドセメント−高炉スラグ−ボーキ
サイト−石こう系、アルミナセメント−石灰−石
こう系、カルシウムアルミネート−石灰−石こう
系等である。 本発明に用いる爆薬としては、その爆発力の強
弱に関係なく通常の発破に用いられる工業用爆薬
のすべてを用いることができる。 爆薬の量は、緩性破砕剤により被破壊物内に作
用している引張応力を若干助長させるだけのエネ
ルギーを与えるに充分なものでよく、例えば通常
の発破の際に用いられるハウザーの薬量算定式 Ｌ＝CW³ Ｌ：薬量（Kg） Ｗ：最少抵抗線長（ｍ） Ｃ：薬量原単位（Kg／m³） におけるＣの値が被破壊物が中硬岩の場合、被破
壊物に簡単な亀裂を発生させる場合でも最低0.1
（Kg／m³）程度は必要であるのに対し、0.02〜
0.05（Kg／m³）程度で充分である。 次に本発明の実施態様を図について説明する。
第１図は本発明の工法によつて盤下げ破砕を行な
つた場合の穿孔、装薬パターンの一実施態様を示
す縦断面図であり、第２図はその平面図である。 岩盤１の一自由面に対し垂直方向に穿孔した複
数個の装填孔２₁，２₁′，２₁″……及び２₂，２₂′，
２₂″……を碁盤目状に穿孔し、その装填孔の一部
２₂，２₂″……の底部に爆薬３の少量を装填し、
さらに爆薬３の上に填塞材４及び緩性破砕剤５を
積層する。装填孔のうち火薬を装填しない残部の
装填孔２₁，２₁′，２₁″……及び２₂′……及び２a′
，
２a″……に緩性破砕剤を装填する。 本発明の方法によつて発破するには、緩性破砕
剤を装填してから６〜24時間後緩性破砕剤の水和
反応による水和膨張圧が十分に岩盤に作用した時
点で、雷管付爆薬３を爆発させれば、その爆薬に
よる破壊エネルギーにより、既に被破壊物１４内
に作用している緩性破砕剤３の水和反応に伴なう
膨張圧により発生している引張応力を助長せしめ
被破壊物１４内に多数の亀裂を発生せしめる。こ
のことにより被破壊物１４はパワーシヨベルやリ
ツパー等（又はロツクブレーカーでもよい）の重
機操作で簡単に破砕除去することができる。 本発明工法によれば爆薬時の振動、騒音の発生
も少なくてすみ多数の装薬孔群の孔間隔５も50cm
〜100cm程度の等間隔にとることが可能で、緩性
破砕剤単独使用に比較して穿孔技術も簡単化さ
れ、なおかつ穿孔本数も少なくてすむため作業コ
ストは非常に小さくなる。 即ち、本発明による工法は、緩性破砕剤の水和
反応の膨張圧による作用応力と爆薬の爆発力とを
有効に結合させた工法で、単なる爆薬の単一利用
に伴なつて発生する騒音や、振動を極端に抑制し
飛石の可能性も皆無であるばかりでなく緩性破砕
剤の単独使用によつて派生する異常なコスト高を
抑制することが可能である。 さらに、本発明の発破工法において、爆薬を装
填した装填孔には緩性破砕剤を装填しない工法と
較べても、爆薬の量を減少させることができるの
で、騒音や振動がさらに減少して有利である。 次に本発明を実施例によつて具体的に説明す
る。 実施例 １ （盤下げ発破） 第１図及び第２図に示す穿孔・装薬パターン
で、第３図に示す装薬で以下記載の方法により発
破を行なつた。 被破壊物である亀裂が少ない花崗岩からなる岩
盤に、穿孔径38mm、穿孔深さ80cmの垂直孔を25本
穿孔し、その配列は穿孔間隔60cmの碁盤の目状と
した縦横５孔と配列とした。そのうち前記碁盤形
の中心孔、その各頂点及び各外周辺の中心孔の計
９孔には、夫々20グラムの雷管付３号桐ダイナマ
イトを孔の底に装填し、次いで砂を填塞物として
略10cm填塞し、さらに緩性破砕剤（商品名「カー
ムマイト」日油技研工業社製）30mmφ×300グラ
ムの薬包２本に充分に水を浸漬せしめて装填し
た。一方、他の16孔には同じ緩性破砕剤を各１キ
ログラムづつ充分に水に浸漬した後装填した。 装填終了後16時間経過した時点で発破器を用い
て９孔の雷管に通電し３号桐ダイナマイトを爆発
させ、下記の測定方法で発破騒音及び発破振動を
測定した。 発破後の岩盤は完全に破壊され、破壊された岩
盤はパワーシヨベルで容易に除去できた。 工法の条件及び結果を表１に示す。 （発破騒音の測定方法） 発破地点から20ｍ及び100ｍの距離に、騒音計
（普通騒音計、RION社製、型式NA−09、測定範
囲30〜130dB）を設置し、騒音計で測定された音
圧レベル（dB）をレベルレコーダ（RION社製、
型式LR−04）により記録して計測する。 （発破振動の測定方法） 前記と同じ距離に受振計（Geo−Space社製、
速度計GSC−11D）を設置し、検知された振動を
電気量に変換し、増幅器（共和電業社製、直流増
幅器CG−6C）で増幅して、記録計（共和電業社
製、電磁オシログラフ、RMS−11L、PC）で記
録し、計測する。 比較例 １ （盤下げ発破） 第４図に示す穿孔・装薬パターンで、緩性破砕
剤だけを用い、表１に示す条件で破砕を行なつ
た。結果を表１に示す。 比較例 ２ （盤下げ発破） 第１図及び第２図に示すような穿孔・装薬パタ
ーンに準じて制御発破用爆発（商品名「アーバー
ナイト」日本油脂社製）だけを用い、表１に示す
条件で発破を行なつた。結果を表１に示す。 表１において、緩性破砕剤単独使用の場合（比
較例１）は、特に芯抜き部の負荷が多いため薬量
原単位が多くなつており、本発明の工法の場合
（実施例１）の約９倍の薬量を必要としていた。
制御発破用爆薬単独使用の場合（比較例２）は、
亀裂を入れるだけの発破で本発明の工法の場合の
約1/28の総薬量であつた。しかしながら制御発破
用爆薬単独使用の場合には、本発明の工法の場合
より発破時の騒音・振動の程度が大であつた。

【表】

【表】 以上の結果からみると、本発明の工法は、緩性
破砕剤単独使用に比較して、破砕量も大きく非常
に有効であることが明確であり、また使用する爆
薬量は先に述べたハウザーの薬量算定式、Ｌ＝
CW³のＣの値を0.02〜0.05と小さくとることがで
きることにより、通常の発破に比較して爆発エネ
ルギーも小さく、飛石の可能性は全くなく、更に
は振動、騒音等の発破公害の発生も少なくてすむ
ことが認められた。 実施例 ２ （ベンチ発破） 被破壊物である亀裂の少ない花崗岩の採石場に
おいて、角の部分を選び自由面から30cmの位置に
孔間隔60cmで穿孔径38mm、穿孔長60cmの装薬孔４
孔、自由面から60cmの位置に孔間隔60cmで穿孔径
38mm、穿孔長60cmの装薬孔３孔の孔計７孔を千鳥
状の配置に穿孔し、自由面に近い側の４孔には水
を充分に浸漬した緩性破砕剤の薬包（30mmφ×
300グラム）3.5本（1.05キログラム）づつを夫々
装填し、他の３孔に雷管付３号桐ダイナマイトを
各20グラム装填し次いで砂を約10cm充填し更に緩
性破砕剤の薬包（30mmφ×300グラム）を２本充
分に水に浸漬してから装填した。各孔の装填が終
了したのち、発破器で雷管に通電し、３号桐ダイ
ナマイトを爆発させた。発破後の破砕状況は破壊
物がすべてパワーシヨベルで処理できる程度に破
砕された。 表２に発破の条件と結果を示す。 比較例 ３ （ベンチ破砕） 緩性破砕剤だけを用いた以外は表２の条件で実
施例２に準じてベンチ破砕を行つた。結果を表２
に示す。

【表】 ベンチ発破（破砕）について緩性破砕剤単独使
用の場合（比較例３）と本発明の工法の場合（実
施例２）とを表２で比較すると、本発明の工法で
は、単位破砕量あたりの薬量が緩性破砕剤単独使
用の1/10ですみ、一方同一起砕量に対する穿孔本
数も大幅に少なくなることがわかる。 以上、詳細に説明したように本発明による工法
は、破砕効果が、緩性破砕剤単独使用による場合
よりも穿孔本数、使用薬量ともに極端に少なく、
従つて非常にコスト安につく一方、通常の発破と
比較すると爆薬使用量が小なくてすむために、発
破公害として問題となる発破振動・騒音等の抑制
効果も激減でき、飛石の発生も全くない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工法の一実施態様を示す穿
孔・装薬パターンの縦断面図、第２図はその平面
図、第３図は装薬した装填孔の縦断面図であり、
第４図は比較例１に用いた穿孔・装薬パターンの
説明図である。 １：岩盤、２₁，２₁′，２₁″：装填孔、２₂，２
₂′，２₂″：装填孔、２₃，２₃′，２₃″：装填孔、
３：爆薬、４：填塞材、５：緩性破砕剤、１１：
一自由面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被破壊物に複数個の装填孔を穿孔し、その１
   個以上の装填孔にはその底部に少量の爆薬を装填
   し、ついで装填した爆薬の上に填塞物及び緩性破
   砕剤を順次積層し、かつ、残部の装填孔には緩性
   破砕剤を装填し、しかる後水和反応を前記緩性破
   砕剤に生じさせて、その緩性破砕剤の水和反応に
   よる膨張圧が前記被破壊物に働いてから前記爆薬
   を爆発させることを特徴とする無公害発破工法。