JPH0680400B2

JPH0680400B2 - 爆発作業方法及びそのための装置

Info

Publication number: JPH0680400B2
Application number: JP2318212A
Authority: JP
Inventors: 修三藤原; 勝敏青木; 正典吉田; 洋三角舘; 州薄葉; 浩山脇; 茂藤原; 恭一郎成田
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Mitsui Mining Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Mitsui Mining Co Ltd
Priority date: 1990-11-26
Filing date: 1990-11-26
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH04190100A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、爆薬の爆発により発生する地盤振動を低減さ
せた爆発作業方法及びそのための装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

爆薬の爆発を利用した金属材料の圧着、硬化、難成形性
物質の成形、難焼結性物質の焼結、新物質を合成、種々
の化学反応等（以下本明細書では総括的に材料の処理と
いう）が各方面で行われてきているが、爆薬の爆発によ
る騒音や振動あるいは飛散物の被害が発生する恐れがあ
るため、人間の居住している区域でこれらの作業をオー
プンの状態で行うことは危害防止上好ましいことではな
い。

オープンで爆発作業を行う場合に危害を避けるもっとも
簡単な方法は、周囲の人間の居住していない山間部等に
作業場を設けることが、長区間の道路工事、電気設備工
事等が必要となり経済的でない。

また、爆発の規模が大きくなると、爆発による騒音や振
動は気象条件、地形等により場合によっては数10km離れ
た場所まで伝わることがある。さらには、作業場周囲に
生息する動植物への被害も懸念され、こうした被害を発
生させる恐れがない場所を作業場として確保するのは地
理的、経済的に極めて困難である。

このような理由で、比較的大量の爆薬を使用した作業を
行う場合には、爆発作業専用の爆発作業室（以下本明細
書では爆発室という）を設け、この中で爆発作業を行う
方法が一般的であり、種々の騒音減衰手段や振動低減手
段を用いた爆発作業方法や装置が提案されている。

しかしながら、このような爆発室内で材料の処理を行う
場合であっても、爆薬の爆発による振動を十分に低減さ
せるのは難しい問題であり、振動公害が発生する恐れが
あった。

爆発室内における爆薬の爆発による振動発生の原因は次
の２つである。その第１は、爆発によって発生する衝撃
波（爆風）が爆発室壁に入射し弾性振動となり地盤に伝
わる。特に爆薬が爆発室壁のごく近傍で爆発した場合に
は強い爆風が入射し地盤振動が発生すると同時に爆薬に
近接した壁が損傷する可能性が高い。その第２は、処理
される材料は一般的には飛散を防ぐために金属製の容器
（以下材料容器という）に収納され処理を受けるが、爆
発に伴い材料容器自体が数10〜数100m/secの速度で爆発
の進行方向へ移動する。爆発の進行方向は任意に設定で
きるが、作業性の点から上から下に向って爆発させる方
法が一般的である。従って材料容器は高速で爆発室底部
に衝突し、大きな振動を発生する。この場合にも材料容
器の衝突によって爆発室底部が損傷しやすい。

このような振動を効果的に減衰させる方法として、いく
つかの方法が試みられている。例えば、爆薬、材料容
器、被処理材料等からなる爆発処理装置を、爆発室内に
渡した梁の上に乗せたり、ロープ等で吊り下げるなどの
手段により、この爆発処理装置が爆発室の中心部に位置
するようにして爆発させる方法がある。この方法では爆
発処理装置が爆発室の中心部に位置しているので、爆発
室壁との間に十分な距離があり、爆発室壁に入射する爆
風は弱まるが、爆発の都度、梁やロープ等を更新しなけ
ればならず、いずれの場合でも材料容器が高速で下方へ
飛翔して爆発室底部に衝突して大きな振動を発生すると
同時に底部を激しく損傷する。このため爆発室の底部に
は砂、水等を入れておき材料容器を砂や水に衝突させ底
部を直撃するのを防ぐ方法がとられているが、爆薬量が
多くなるに従って効果が低くなり作業性や保守管理上に
も問題が多い。

また、従来から鍛造機やプレス等の衝撃的な振動を発生
する機械に対して「重量とバネからなる系」による防振
対策が行われてきている。すなわち、機械を重量のある
コンクリート、金属等の架台に固定し、この架台を地盤
に対してバネ、防振ゴム、空気バネ、木材等により弾性
支持する方法が用いられてきており、その効果はよく知
られている。この方法では、機械（振動源）から発生し
た振動は架台に伝達されるが、架台の重量が十分に大き
いため、架台の移動速度は小さくなる。さらに、架台を
弾性支持している弾性支持体が衝撃絶縁の役割を果たし
地盤に伝わる振動は大幅に低減される。この方法を爆薬
の爆発による振動の低減に応用した例として、特公昭58
−18493号公報には、爆発室全体を地盤に対して弾性支
持する方法が開示されている。この方法においては、爆
発室全体が「重量」の役割を果たしている。しかしなが
ら、この方法は、少薬量の爆発に対しては有効である
が、爆薬量の増加に伴って爆発室を大型化すると爆発室
の重量が非常に大きなものとなり、それを支える弾性支
持装置も大型化あるいは数を増やすことが必要となり、
経済的に不利となる上に、保守管理等の作業性も悪くな
る。

前記のように大量の爆薬の爆発による振動を低減する性
能、爆発室の耐破損性能、経済性、作業性を兼ねた爆発
作業方法は確立されていないのが実状であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、従来の爆発作業方法にみられる前記問題点を
解決し、大量の爆薬の爆発により発生する地盤振動を効
果的に低減する爆発作業方法及びその方法を実施するた
めの爆発作業装置を提供することをその目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた
結果、質量とバネからなる振動低減装置を爆発室内に設
け、さらに衝撃減衰材を併用することにより振動を効果
的に低減できる上、振動低減装置、爆発室いずれをも傷
めることなく材料の処理を行うことができることを見出
し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、爆薬の爆発による高圧を利用して
材料の処理を行うに当り、爆発室内に弾性支持体により
支持された重量の大きい架台を設け、その架台上に衝撃
減衰材を設置し、この衝撃減衰材の上に、爆薬を装着し
た、被処理材料を充填した材料容器（以下爆薬等とい
う）を載置して、爆薬を爆発させることを特徴とする爆
発作業方法、及び、弾性支持体により支持された重量の
大きい架台を設け、その架台上に衝撃減衰材を設置した
ことを特徴とする爆発作業装置である。この方法或は装
置を使用することにより経済性及び良好な作業性を維持
しつつ効果的に爆発作業に伴う振動を低減することがで
きる。

本発明においては、まず爆発室の底部に弾性支持体によ
って支持された重量の大きい架台を設置する。この架台
上で爆薬等を爆発させると爆風及び材料容器の衝突によ
り、架台中に振動が発生し、架台から支持体を通って、
爆発室底部、地盤へと伝わるので、弾性支持体は、金属
バネ、防振ゴム、空気バネ、プラスチックス、木材等弾
性材料を適宜組合せて、全体として振動を大きく減衰で
き、架台の重量及び爆発力に堪え得る構造としなければ
ならない。支持体の材料としては、木材が振動を比較的
大きく減衰できる上、軽量で加工しやすくコストも安い
ので、支持体の材料として特に優れている。支持体の形
成、構造は、使用条件に応じて任意に設定することがで
きるが、少なくとも爆薬重量の1000倍の荷重を支持し得
る堅固なものでなければならない。その高さは爆薬等が
爆発室のほぼ中心部に位置するような高さとする。支持
体の材料として木材を使用する場合には、角材等を何層
かに積重ねた構成とすることができる。なお、木材は繊
維に対して縦方向より、横方向の方が振動を大きく減衰
できるので、繊維の横方向から振動を受けるように構成
するのがよい。

次に、前記支持体の上に重量のある材料で構成される架
台を乗せる。爆薬等の爆発の衝撃による架台の移動速度
を遅くし、振動を低減させるためには、架台の重量はで
きるだけ重い方が良いが、実用的には爆薬の重量の10〜
50倍とすればよい。架台の形状、断面の大きさ、厚さ等
は爆薬等の形状や爆発条件に合わせて任意に設定すれば
よい。架台の材質は金属や鉄筋コンクリート等密度の大
きい材料を選べばよいが、架台は爆風や材料容器の衝突
による衝撃を最も受けやすいので、望ましくは鉄等の比
較的靱性と硬度の大きい材質を使用するのがよい。ま
た、鉄筋コンクリート等の比較的廉価な材料で主要部を
構成し、上面に鉄板等を取付けたような構成を取ること
もできる。

さらに、衝撃の減衰効果を高めるため、架台上に衝撃減
衰材を載せ、その上で爆薬等を爆発させる。架台は爆薬
等に最も近いため、爆風や、下方に向って移動する材料
容器の衝撃によって強い衝撃を受ける。このような衝撃
を繰り返し受けていると衝撃による硬化と疲労により短
時間の内に架台に亀裂が発生する。衝撃減衰材は、自ら
が変形、破壊、周囲への飛散などにより、材料容器の運
動エネルギーと爆風のエネルギーを低減するので、爆風
を弱めるとともに材料容器の衝撃速度を下げ、架台の寿
命を大幅に延ばすことができる。衝撃減衰材の材料とし
ては、金属等の硬質材料、塩ビやポリエチレン等のプラ
スチックス類、木材、ゴム等の軟質材料、及び、粘板岩
や凝灰岩等の岩石、コンクリート、ガラス、無機材料を
焼固めて作った陶磁器やアルミナ等のセラミックス、煉
瓦等に代表される脆性材料などを使用することができ、
望ましくは圧縮強度が50〜1500kg/cm²、特に好ましくは
100〜500kg/cm²、脆性度（圧縮強度／引っ張り強度）が
５〜30であるものを使用するのがよい。すなわち、破壊
された衝撃減衰材の破片が、細かく、多数できる程、ま
た、飛散の度合が大きい程、前記エネルギーの低減効果
が大きい。具体的には、金属は、一般的に、強度が高く
脆性度が低いために、脆性物質のようには、破壊、飛散
は、し難いが、変形により衝撃を減衰させる効果があ
る。プラスチックス類、木材、ゴムも脆性度は低いの
で、飛散する破片は比較的大きいが、金属に比べて強度
が低いので、爆発時に速やかに、破壊、飛散を起しやす
く、金属に比べると架台の寿命は延びる。これらに対
し、岩石、コンクリート、セラミックス、煉瓦等に代表
される脆性材料は、爆発時に速やかに、破壊、飛散を起
しやすい上に、飛散する破片が非常に細かいため、衝撃
を減衰させる効果が高い上、爆発室の壁、底部及び架台
等を損傷させないから、それらの寿命を大幅に延ばすの
で、より好ましい材料である。また衝撃減衰材の密度が
過度に高いと周囲に飛散したときに爆発室壁を傷めやす
いので、嵩密度が0.5〜3g/ccのものが望ましい。コンク
リートは孔度の調節が比較的容易で任意の嵩密度にする
ことができる上コストが低いので衝撃減衰材として特に
優れている。衝撃減衰材の形状には特に制限はなく、架
台上面を全面覆うことができ爆風が直接架台に当らない
ようにできるものであればよい。減衰材の厚さは、厚い
方が架台の傷みを少なくすることができるが、好ましく
は減衰材全部の重量が爆薬重量の20％以上となるような
厚さにするのがよい。

なお、本発明でいう爆薬等は、被処理材料の形状や爆薬
の種類等により適宜調製すればよいが、粉末材料を処理
する場合には、被処理材料を適当な材料容器に入れ、こ
れをプラスチックス等の円筒形のケースに収め、材料容
器と外側ケースとの間に爆薬を装填するなどの方法を取
ることができる。

〔実施例〕

次に、実施例、比較例により本発明をさらに具体的に説
明する。

（実施例１）第１図は、本発明の爆発作業装置の一実施例を示す縦断
面図である。爆発室１は巾1,200mm、高さ2,000mmの出入
口３が設けられている厚さ25mmの鋼板（SS41製）からな
る容器であり、中央部は直接6m、長さ2mの円筒状であ
り、上下端はそれぞれ半径3mの半球状で、その周囲は最
小厚さ500mmの鉄筋コンクリート２で取囲んである。

爆発室底部に断面が200mm□で長さが1,200mmのとど松の
角材を、横６列、縦10段に積み上げて高さ2,000mm、断
面1,200mm□の角柱状の支持体４を構成した。

次に支持体４の上面に1,200mm□、厚さ25mmの鉄板を敷
き、その上面中央部に直径600mm、高さ1,000mmの円柱形
で、重量約2,200kgの鉄製の架台６を置いた。次に、こ
の架台６の上に衝撃減衰材７として600mm□、厚さ100mm
の四角形の軽量コンクリート板（嵩密度約1.6g/cm³、圧
縮強度約200kg/cm²、引っ張り強度約15kg/cm²）を乗せ
架台全面を覆った。軽量コンクリートの全重量は約60kg
であった。この衝撃減衰材の上に、硝安を主成分とする
爆薬と重量約20kgの材料容器からなる爆薬等８を設置し
て爆発させ、所定位置（爆発室より100m及び300m離れた
場所）における地盤の振動速度を測定した。結果を表１
に示す。

一般に人体に感知できる振動は、0.03cm/s以上で、0.1c
m/s程度以上になると苦情が出ると言われているが、本
発明による爆発作業装置を使用した場合、薬量が80kgに
なっても爆発室から100m離れた場所で0.07cm/sになって
おり、爆発振動の低減は十分達せられていることがわか
る。また、80kgの爆薬の爆発を100回以上繰り返し行っ
たあとでも、架台、支持体とも全く傷んでいなかった。
なお、表１中の実施例NO.1の300m地点における振動速度
は小さく、振動計で測定できなかった。

（実施例２）衝撃減衰材７として600mm□、厚さ11mmのネオプレンゴ
ムの板（嵩密度約1.50g/cm³、圧縮強度約100kg/cm²、引
っ張り強度約100kg/cm²）を９枚重ねたものを用いた以
外は実施例１と同じ方法で、80kgの爆薬を装備した爆薬
等を爆発させ、実施例１と同じ位置で地盤の振動速度を
測定した。振動速度は実施例１と同じであったが、架台
上面に材料容器が衝突したとみられる窪みがついてい
た。

（比較例１）衝撃減衰材を使用せず、架台上に直接爆薬等を置いた以
外は実施例と同じ方法で薬量45kgの爆薬等を爆発させ、
実施例と同じ位置で地盤の振動速度を測定した結果、振
動速度は実施例に比べて両地点とも１〜２割増加した。
さらに、爆発作業を11回行った時点で架台上面に大きな
亀裂が発生し、爆発作業を継続できなくなった。

岩盤中に敷き幅約5m、高さ3.5mのアーチ状のトンネルを
掘り、天井、側壁及び床面を鉄板で覆い爆発作業場を構
成した。この爆発作業場の断面の中心部に位置するよう
に、硝安を主成分とする爆薬6.4kgと、重量約2kgの材料
容器からなる爆薬等を天井部からロープで吊り下げ設置
した。また、床部には深さ20cmの水を溜めておいた。こ
の状態で爆発作業を行ったところ、爆風により水が吹飛
ばされ材料容器が高速で床面の鉄板に衝突して貫通し、
岩盤を破砕し、孔が生じた。さらに、爆発作業を重ねる
と岩盤の孔が拡大しトンネルを支持している鉄枠が沈下
する恐れが生じ、作業を中止した。地盤の振動速度は10
0m離れた地点で0.03cm/sであった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、大量の爆薬を爆発室内で爆発させた場
合でも、爆発室の爆発振動低減装置を破損することな
く、周囲へ伝わる地盤振動を効果的に低減することがで
きる。

衝撃減衰材は爆発作業毎に取り換えなければならない
が、軽量であるとともにコンクリートのような比較的廉
価な材料が使えるので、作業性も良い上、経済的であ
る。さらに構造が簡単なので保守管理も容易である。

また、本発明による爆発振動低減装置は爆発室内に設置
する場合のみでなく、オープンの状態での爆発において
も、騒音や飛散物の問題を別にすれば、振動に対しては
爆発室内と同じ振動低減効果が得られることはいうまで
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の爆発作業装置の一実施例を示す縦断側
面図である。１……爆発室、２……鉄筋コンクリート、３……出入
口、４……支持体、５……鉄板、６……架台、７……衝
撃減衰材、８……爆薬等（被処理材料、材料容器等を含
む）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田正典茨城県つくば市東１丁目１番地工業技術院化学技術研究所内 (72)発明者角舘洋三茨城県つくば市東１丁目１番地工業技術院化学技術研究所内 (72)発明者薄葉州茨城県つくば市東１丁目１番地工業技術院化学技術研究所内 (72)発明者山脇浩茨城県つくば市東１丁目１番地工業技術院化学技術研究所内 (72)発明者藤原茂栃木県栃木市国府町１番地三井鉱山株式会社中央研究所内 (72)発明者成田恭一郎栃木県栃木市国府町１番地三井鉱山株式会社中央研究所内審査官神崎潔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】爆薬の爆発による高圧を利用して材料の処
理を行うに当り、爆発室内に弾性支持体により支持され
た重量の大きい架台を設け、その架台上に衝撃減衰材を
設置し、この衝撃減衰材の上に、爆薬を装着した、被処
理材料を充填した材料容器を載置して、爆薬を爆発させ
ることを特徴とする爆発作業方法。
【請求項２】弾性支持体により支持された重量の大きい
架台を設け、その架台上に衝撃減衰材を設置したことを
特徴とする爆発作業装置。