JP2002001153A - 蒸気爆破による破砕方法 - Google Patents

蒸気爆破による破砕方法

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JP2002001153A JP2000223066A JP2000223066A JP2002001153A JP 2002001153 A JP2002001153 A JP 2002001153A JP 2000223066 A JP2000223066 A JP 2000223066A JP 2000223066 A JP2000223066 A JP 2000223066A JP 2002001153 A JP2002001153 A JP 2002001153A
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Kazunari Ikuta
一成 生田
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ROKKUSU JAPAN KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧の水蒸気の発生による、安全で、環境に
優しい、そして頗る簡素な作業で実施することができる
剛性構造体の蒸気爆破による破砕方法の提供。 【解決手段】破砕対象となる剛性構造体の一部に穿孔を
設け、前記穿孔内に水層を配置すると共に、前記水のす
べてを水蒸気に転化し、前記の剛性構造体を破砕する水
蒸気爆破圧を発現するに充分量のテルミット反応組成物
を水密的に配置して、蒸気爆破することを特徴とする蒸
気爆破による破砕方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、穿孔内に閉じ込めた水
を穿孔内で発生させる高温の金属酸化物により、爆発的
に水蒸気に転化することにより岩石など剛性構造体を破
砕する蒸気爆破による破砕方法。
【従来の技術】従来、岩石やコンクリート構造物(以
下、剛性構造体という)の破砕は、有毒あるいは水素な
どの危険な気体を発生する火薬や薬物による爆破方法に
依存してきた。この爆破方法は、市街地での使用にほぼ
致命的な欠陥をもっているといえる。この不都合を解決
するために、火薬類ほどには爆発力の高くない石灰など
の膨張性材料を用いて剛性構造体の破砕する技術など、
代替技術の研究開発が活発になってきている。例えば、
特開平9−173885号公報には、アルミニウム、水
および金属酸化物を主成分とする組成物に大電流を誘起
することで高圧の気体を発生させて、岩石を破砕する方
法が開示されている。この公知方法は、700℃となっ
たアルミニウムが水と少なからず反応して水素を発生し
て、穿孔外に漏れた高温の水素が空気と接触して爆発す
る危険があるので、期待されている不都合を解決する技
術とはいえない。水蒸気爆発の原理については、高島武
雄等の共著「蒸気爆発の科学」(裳華房、1998)が
知られている。
【発明が解決しようとする課題】上述したように、原理
的には危険の発生因となる気体の発生を伴わない破砕方
法の開発が望まれている。本発明の目的は、高圧の水蒸
気の発生による、安全で、環境に優しい、そして頗る簡
素な作業で実施することができる剛性構造体の破砕する
蒸気爆破による破砕方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】本発明は、テルミット反
応により得られる高温の金属流動体の作用を用いて、爆
破に必要なエネルギーをもつ水蒸気を、簡単な方法で、
確実に発生せしめ得ることに着目してなされたものであ
る。本発明第一の発明は、破砕対象となる剛性構造体の
一部に穿孔を設け、前記穿孔内に水の層を配置すると共
に、前記水のすべてを水蒸気に転化し、前記の剛性構造
体を破砕に至らしめる孔内爆破圧を発現するに充分量の
テルミット反応組成物を水密的に配置して、蒸気爆破す
ることを特徴とする蒸気爆破による破砕方法である。本
発明の第二の発明は、破砕対象となる剛性構造体の一部
に穿孔を設け、前記穿孔内で溶融金属を発生させ、該溶
融金属を酸化剤と接触させて前記金属の再酸化物を爆発
的に形成させ、穿孔内の閉じ込められた水と接触させ、
前記水を水蒸気に爆発的に転化せしめることを特徴とす
る蒸気爆破による破砕方法である。本発明において、穿
孔は火薬による発破、爆破で用いられて発破の穿孔に準
じて、個々の破砕設計の応じてそのサイズ、深さが設定
される。また、穿孔内に配置される水は、破砕作用が起
動されるまでは容器として機能する破壊可能な容器に入
れて最深部に配置される。水蒸気爆発を起こすために
は、高温の流体を発生させる必要があるが、本発明で
は、この流体として金属を用いる。高温の金属流体を得
る方法に、テルミット反応がある。本発明では、この高
温の金属流体を得る手段にテルミット反応を用いる。例
えば、アルミニウムを酸化鉄の粉体組成物による下記の
式(1)で表されるテルミット反応が用いられる。 2Al+Fe=Al+2Fe+Q (1) ここで、Qは反応熱を表し、その大きさは約850k
jである。還元された鉄は、この熱により概ね1873
°Kである。本発明は、この高温の溶融鉄の熱エネルギ
ーを用いて水を蒸気に転化して、破砕に要する高圧気体
を誘起する。穿孔内の水が破砕に必要される高圧の水蒸
気に爆発的に転化し得るテルミット反応の条件は、穿孔
のサイズ、破砕エネルギー、使用水の量などの破砕設計
条件に対応して、基本的に化学量論的には式(1)式に
基づいて求められる。そして、組成物は、化学平衡論的
に求められよりもより過剰量で使用する程、より爆発的
な水の水蒸気への転化が行われる。反応組成物と水との
接触によって反応が妨げられたり、反応によって生成さ
れる溶融金属の細粒化が妨げられないように、組成物と
水との接触の態様が選ばれる。反応の初期においてテル
ミット反応組成物が液体の水と直接接触しない手段を講
じたり、溶融金属の流動が水と接触する以前に妨げられ
ない手段が工夫することが必要である。水蒸気による発
破エネルギーを安定して発生させるためには、溶融状態
の鉄を細粒化して、一つの反応系で得られる溶融状態の
鉄のもつエネルギーを速やかにかつ効率的に水に移すこ
とが好ましい。本発明では、溶融状態の鉄を酸化剤、特
に酸化反応にガスを伴う酸化剤と接触させ、迅速に再酸
化することによって、酸化のプロセスを経て酸化物の形
態で細粒化することによって、溶融状態の鉄のもつエネ
ルギーを速やかにかつ効率的に水に移すことによって、
爆発的に高圧水蒸気を発生させる。再酸化剤の種類は制
限されないが無害なガスの発生を伴う反応で溶融した鉄
を酸化させる酸化剤を用いることが好ましい。再酸化剤
の好適な例に、硝安、プリル硝安を挙げることができ
る。溶融状態の鉄と硝安との接触は、下記の(2)式で
表されるように、大量の窒素ガスと水の発生並びに約1
440kjの発熱(Q)を伴って、2273°Kにも
なる高温の酸化鉄を生成する反応を起こす。そして、生
成される酸化鉄は、溶融状態の鉄が硝安に注入されたと
きに爆発的に酸化されて、大量の生成ガスの攪乱作用で
細粒の乱流状態で形成される。 2Fe+2NHNO=Fe+3N+6HO+Q (2) そして、このような高温度の酸化鉄の流れが穿孔の最深
部に予め配置されている水に打ち込まれて、水が再現性
よく確実に爆発的に蒸発し、穿孔内圧が爆発的に高めら
れ、剛性構造体の破砕圧が生成される。このように、溶
融状態の鉄を細粒化を促進して、一つの反応系で得られ
る溶融状態の鉄のもつエネルギーを速やかにかつ効率的
に水に移すことができ、安定した破砕エネルギー発生さ
せることができる。以下に、本発明の実施態様を添付の
図を参照して説明する。図1は、岩石などの剛性構造体
(4)に開けられる穿孔(5)の孔内の破砕作業におけ
る装薬の配置の一例を示す本発明の実施態様である。穿
孔(5)は、爆薬による発破の発破孔に準じた被破砕剛
性構造体に開けられた穿孔である。穿孔(5)内には、
その最深部から水(1−a)が充填された低耐熱性密閉
容器(1)、硝安層(3)、アルミニウム・酸化鉄によ
るテルミット反応組成物層(2)、そして前記した破砕
材料を圧力保持用の密閉下に閉じ込めるセメントなどの
詰物(込め物)が最上層に配置されている。硝安層
(3)とテルミット反応組成物層(2)との間には、必
要に応じて、仕切り板(7)が配置されてもよい。な
お、テルミット反応組成物層には、図示されてはいない
が、電気的もしくは雷管などの火工的点火手段が挿入さ
れており、外部からテルミット組成物に点火することが
できる。図2〜図4を参照して、破砕システムを説明す
る。まず、点火装置の作用で、テルミット反応組成物が
着火してテルミット反応が進行すると、図2で示される
ように、この間に生成する溶融した鉄(2−a)が仕切
り板(7)を破って孔(7−a)が形成して、溶融した
鉄が下方の硝安層(3)に向けて滴り落ちて(2)式に
したがって溶融状態の鉄が再酸化されて、酸化鉄が生成
される。この時、前記した(2)式の反応によって生成
する窒素ガスと水蒸気の攪乱作用によって、形成された
酸化鉄の細粒(8)となって、穿孔最深部に配置された
低圧密閉容器を溶融などにより破壊して水(1−a)の
内部に進行する。かくして、水と接触した水が爆発的に
気化して、高圧の水蒸気となって剛性構造体の破砕が達
成される。この実施態様は、再酸化剤(3)と水(1−
a)とを別層で装填したが、これらは単一の容器にスラ
リーなど混合物の状態で穿孔内に配置することができ、
穿孔への装薬を著しく単純化することができる。そし
て、この配置が上述の実施態様と同様の作動が得られる
ことが確認された。テルミット反応組成物の酸化物の還
元成分は、酸化鉄に変えて酸化銅など他の金属の酸化物
であってもよいし、酸化鉄と他の金属酸化物の混合酸化
物であってもよい。
【発明の効果】本発明の蒸気爆破による破砕方法は、有
毒ガスの発生を伴うこのない安全で、環境に優しく、そ
して頗る簡素な剛性構造体の破砕方法である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施態様を示し、破砕のた
めの穿孔における破砕材料の配置を示す図である。
【図2】図2は、図1の実施態様の破砕方法における蒸
気爆破作用を説明する図であり、テルミット組成物層の
着火時の状態を示す。
【図3】図3は、図1の実施態様の破砕方法における蒸
気爆破作用を説明する図であり、溶融状態の金属の再酸
化された状態を示す。
【図4】図4は、図1の実施態様の破砕方法における蒸
気爆破作用を説明する図であり、高熱の再酸化物により
水が高圧の水蒸気に転化して、破砕圧に到達した状態を
示す。
【符号の説明】
1 低耐熱性密閉容器、1−a 水、2 テルミット反
応組成物、3 硝安層、4 剛性構造体、5 穿孔、6
詰め物、7 仕切り板、8 細粒、9 水蒸気

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 破砕対象剛性構造体の一部に穿孔を設
    け、前記穿孔内に水の層を配置すると共に、前記水のす
    べてを水蒸気に転化し、前記の剛性構造体を破砕に至ら
    しめる孔内爆破圧を発現するに充分量のテルミット反応
    組成物を水密的に配置して、蒸気爆破することを特徴と
    する蒸気爆破による破砕方法。
  2. 【請求項2】 水層が穿孔の最深部に配置されことを特
    徴とする請求項1記載の蒸気爆破による破砕方法。
  3. 【請求項3】 テルミット反応組成物がアルミニウム及
    び酸化鉄と酸化銅から選ばれた一つまたは複数の酸化物
    を反応の主成分とする粉体組成物であることを特徴とす
    る請求項1記載の蒸気爆破による破砕方法。
  4. 【請求項4】 破砕対象剛性構造体の一部に穿孔を設
    け、前記穿孔内で溶融金属を発生させ、該溶融金属を酸
    化剤と接触させて前記の金属の再酸化物を爆発的に形成
    させ、穿孔内の閉じ込められた水と接触させ、前記水を
    水蒸気に爆発的に転化せしめることを特徴とする蒸気爆
    破による破砕方法。
  5. 【請求項5】 溶融金属がテルミット反応組成物の燃焼
    反応により形成されることを特徴とする請求項4記載の
    蒸気爆破による破砕方法。
  6. 【請求項6】 再酸化物が穿孔内の最深部に配置された
    水と接触することを特徴とする請求項4記載の蒸気爆破
    による破砕方法。
  7. 【請求項7】 テルミット反応組成物がアルミニウム及
    び酸化鉄と酸化銅から選ばれた一つまたは複数の酸化物
    を反応の主成分とする粉体組成物であることを特徴とす
    る請求項4記載の蒸気爆破による破砕方法。
  8. 【請求項8】 溶融金属の再酸化に用いられる酸化剤が
    硝安またはプリル硝安であることを特徴とする請求項4
    記載の蒸気爆破による破砕方法。
  9. 【請求項9】 溶融金属が酸化剤の水溶液中で再酸化さ
    れることを特徴とする請求項4記載の蒸気爆破による破
    砕方法。
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