JP2020003145A - 爆薬の装填装置及び装填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネルの切羽面に穿孔した装薬孔に爆薬を装填する際に、従来に比べてより一層安全に装填作業を行うことのできる技術を提供する。
【解決手段】トンネルの切羽面に削孔された発破用の装薬孔に爆薬を装填する装填装置であって、先端に爆薬を着脱自在に保持する保持部を有するロッド部材と、ロッド部材を支持するロボットアームと、ロボットアームに対してロッド部材を軸方向にスライドさせるスライド機構と、を備え、ロボットアームの操作によって保持部に保持された爆薬を装薬孔に対向配置させた状態で、スライド機構によってロッド部材を軸方向前方にスライドさせることで保持部を装薬孔に挿入した後、保持部による爆薬の保持を解除することで装薬孔に爆薬を装填する。
【選択図】図３

Description

本発明は、トンネルの切羽面に削孔された発破用の装薬孔に爆薬を装填する装填装置及び装填方法に関する。

トンネルの掘削工法として、発破工法が知られている。発破工法でトンネルを掘削するに際しては、切羽面に穿孔した複数の装薬孔（発破孔）に雷管を取り付けた爆薬を挿入し、雷管を起爆することで爆薬を爆破して切羽面を掘削する。

従来の発破工法において、切羽面の装薬孔に装填される爆薬としては、例えば硝安油剤爆薬（以下、ＡＮＦＯと略記する）等に代表される粒状爆薬や、含水爆薬等に代表される包装された爆薬（以下、包装爆薬と略記する）が一般に使用されている。これらの爆薬を切羽面に穿孔された装薬孔に装填する方法として、ＡＮＦＯのような粒状の爆薬はＡＮＦＯローダーのような装填機を用いる方法が実用化されている。

一方、包装爆薬の装填方法として、装填機に連結された装填ホースと、この装填ホースに接続された装填パイプとからなる装填装置により包装爆薬を圧送して装填する方法が知られている（例えば、特許文献１等を参照）。

上記従来技術のように、装填パイプを装薬孔に挿入した状態で装填パイプから包装爆薬を装薬孔内に圧送することで、作業者による手込め装填作業を行う場合よりも、作業者は切羽面から離れて装薬作業を行うことができると考えられる。

特開平９−１２６７００号公報 特開２００６−２６６６７０号公報

しかしながら、上記従来における爆薬の装填方法においては、作業員が装填パイプを手に持って装薬孔に装填パイプを挿入する必要があり、装填パイプを装薬孔に挿入するために作業員が切羽面近傍まで接近せざるを得ない場合があった。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、トンネルの切羽面に穿孔した装薬孔に爆薬を装填する際に、従来に比べてより一層安全に装填作業を行うことのできる技術を提供することにある。

上記課題の解決するために、本発明は以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、トンネルの切羽面に削孔された発破用の装薬孔に爆薬を装填する装填装置であって、先端に前記爆薬を着脱自在に保持する保持部を有するロッド部材と、前記ロッド部材を支持するロボットアームと、前記ロボットアームに対して前記ロッド部材を当該ロッド部材の軸方向にスライドさせるスライド機構と、を備え、前記ロボットアームの操作によって前記保持部に保持された前記爆薬を前記装薬孔に対向配置させた状態で、前記スライド機構によって前記ロッド部材を軸方向前方にスライドさせることで前記保持部を前記装薬孔に挿入した後、前記保持部による前記爆薬の保持を解除することで前記装薬孔に前記爆薬を装填
することを特徴とする。上記構成を採用することで、トンネルの切羽面に穿孔した装薬孔に爆薬を装填する際に、従来に比べてより一層安全に装填作業を行うことが可能となる。

また、本発明に係る爆薬の装填装置は、前記ロボットアームに設けられた観察用カメラと、前記観察用カメラが撮影した画像を表示するディスプレイ装置と、
を更に備えていても良い。

また、本発明に係る爆薬の装填装置において、前記保持部は、挿入された前記爆薬を把持可能な筒状の把持部であっても良い。

また、本発明に係る爆薬の装填装置において、前記ロッド部材は、軸方向に延びる中空路が内部に形成されるホース部材であり、前記中空路に空気を圧送する圧送装置を更に備え、前記圧送装置によって前記中空路に空気が圧送されることで、前記把持部による前記爆薬の把持が解除されるように構成されていても良い。

また、本発明に係る爆薬の装填装置において、前記圧送装置は、前記中空路に粒状の追加爆薬をエア圧送することが可能であり、前記把持部による前記爆薬の把持を解除させて前記装薬孔に前記爆薬を装填した後、前記圧送装置によって前記中空路に前記粒状の追加爆薬をエア圧送することで当該粒状の追加爆薬を前記把持部の先端開口から前記装薬孔内に吐出させるように構成されていても良い。

また、本発明に係る爆薬の装填装置において、前記ロッド部材は、フレキシブルホース部材であって、前記ロボットアームには、前記フレキシブルホース部材を摺動自在に支持する摺動支持部が設けられ、前記スライド機構は、前記ロボットアームにおける前記摺動支持部の後方位置に回動自在に支持されると共に前記フレキシブルホース部材の中間部を巻き取るリール部と、前記リール部を回動駆動する回動駆動部と、を有する回転ドラムと、を有し、前記保持部に保持された前記爆薬を前記装薬孔に対向配置させた状態で前記リール部を一方向に回動させて前記摺動支持部に対して前記フレキシブルホース部材を摺動させることで前記装薬孔へ前記保持部を挿入し、前記保持部による前記爆薬の保持を解除した後、前記リール部を他方向に回動させて前記摺動支持部に対して前記フレキシブルホース部材を摺動させることで前記装薬孔から前記保持部を引き抜くように構成されていても良い。

また、本発明は、爆薬の装填方法として特定することができる。すなわち、本発明は、トンネルの切羽面に削孔された発破用の装薬孔に爆薬を装填するためのロボットアームを備える装填装置を用いた爆薬の装填方法であって、前記装填装置は、先端に前記爆薬を着脱自在に保持する保持部を有するロッド部材と、前記ロッド部材を支持するロボットアームと、前記ロボットアームに対して前記ロッド部材を当該ロッド部材の軸方向にスライドさせるスライド機構と、を備え、前記爆薬の装填方法は、前記ロボットアームの操作によって前記保持部に保持された前記爆薬を前記装薬孔に対向配置させた状態で、前記スライド機構によって前記ロッド部材を軸方向前方にスライドさせることで前記保持部を前記装薬孔に挿入した後、前記保持部による前記爆薬の保持を解除することで前記装薬孔に前記爆薬を装填することを特徴とする。

また、本発明に係る爆薬の装填方法は、前記ロボットアームに観察用カメラが設けられており、前記ロボットアームを操作する際に、前記観察用カメラが撮影した画像をディスプレイ装置にモニタ表示しても良い。

また、本発明に係る爆薬の装填方法において、前記保持部は、挿入された前記爆薬を把持可能な筒状の把持部であっても良い。

また、本発明に係る爆薬の装填方法において、前記ロッド部材は、軸方向に延びる中空路が内部に形成されるホース部材であり、前記装薬孔に前記爆薬を装填する際、前記中空路に空気を圧送することで前記把持部による前記爆薬の把持を解除するように構成されていても良い。

また、本発明に係る爆薬の装填方法において、前記把持部による前記爆薬の把持を解除させて前記装薬孔に前記爆薬を装填した後、前記中空路に粒状の追加爆薬をエア圧送することで当該粒状の追加爆薬を前記把持部の先端開口から前記装薬孔内に吐出させても良い。

また、本発明に係る爆薬の装填方法において、前記ロッド部材は、フレキシブルホース部材であって、前記ロボットアームには、前記フレキシブルホース部材を摺動自在に支持する摺動支持部が設けられ、前記スライド機構は、前記ロボットアームにおける前記摺動支持部の後方位置に回動自在に支持されると共に前記フレキシブルホース部材の中間部を巻き取るリール部と、前記リール部を回動駆動する回動駆動部と、を有する回転ドラムと、を有し、前記保持部に保持された前記爆薬を前記装薬孔に対向配置させた状態で前記リール部を一方向に回動させて前記摺動支持部に対して前記フレキシブルホース部材を摺動させることで前記保持部を前記装薬孔に挿入し、前記保持部による前記爆薬の保持を解除した後、前記リール部を他方向に回動させて前記摺動支持部に対して前記フレキシブルホース部材を摺動させることで前記保持部を前記装薬孔から引き抜いても良い。

本発明によれば、トンネルの切羽面に穿孔した装薬孔に爆薬を装填する際に、従来に比べてより一層安全に装填作業を行うことのできる技術を提供できる。

図１は、実施形態１に係るトンネルの切羽面に削孔された発破用の装薬孔に爆薬を装填する装填方法を示す概略説明図である。 図２は、実施形態１に係る装薬マシンに設けられる各種機器を説明するための図である。 図３は、実施形態１に係るロボットアームの概略側面図である。 図４は、実施形態１に係るロボットアームの摺動支持部に摺動自在に支持される圧送ホースの状態を示す図である。 図５は、実施形態１に係る圧送ホースの把持部の横断面を示す図である。 図６は、実施形態１に係る把持部に親ダイを挿入した状態を示す図である。 図７Ａは、実施形態１に係る装薬孔に爆薬を装填する手順を説明する図である（１）。 図７Ｂは、実施形態１に係る装薬孔に爆薬を装填する手順を説明する図である（２）。 図７Ｃは、実施形態１に係る装薬孔に爆薬を装填する手順を説明する図である（３）。 図７Ｄは、実施形態１に係る装薬孔に爆薬を装填する手順を説明する図である（４）。 図７Ｅは、実施形態１に係る装薬孔に爆薬を装填する手順を説明する図である（５）。 図８は、実施形態２に係る切羽面に削孔された装薬孔の断面図である。 図９は、実施形態２に係る紙管の斜視図である。 図１０は、実施形態２に係る観察用カメラから取得した撮影画像データから抽出した口元画像の一例を示す図である。 図１１は、ロボットアームを用いて装薬孔に装填される爆薬の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係るトンネルＴの切羽面１に削孔された発破用の装薬孔２に爆薬を装填する装填方法を示す概略説明図である。図１に示すように、切羽面１には複数の装薬孔２が所定の削孔深さで削孔されている。

トンネルＴにおける切羽面１の近傍には、装薬孔２に爆薬を装填するための重機である装薬マシン１０が配置されている。装薬マシン１０は、自走するための台車１１、ロボットアーム用ブーム１３等を備えている。ロボットアーム用ブーム１３は、これらに付設される駆動機構の作動によって伸縮動作、傾動動作、揺動動作、回動動作等が自在である。装薬マシン１０には、オペレータ（作業員）が搭乗するための操縦席１４が取り付けられている。また、ロボットアーム用ブーム１３の先端にはロボットアーム２０が取り付けられている。

操縦席１４には、図２に示すように、ディスプレイ装置であるモニタ１０１、制御コンピュータ１０２、装薬用リモコンスイッチ１０３、操作盤（操作部）１０４、キーボード１０５、ポンティングデバイス１０６等が設けられている。操作盤１０４には、バスケット用ブーム１２やロボットアーム用ブーム１３、ロボットアーム２０を操作するための操作レバーや操作ボタン等を有している。

本実施形態における装薬マシン１０は、ロボットアーム２０を用いて、切羽面１に削孔されている装薬孔２に爆薬を装填する。また、装薬マシン１０は、ロボットアーム２０と協働して、装薬孔２に爆薬を装填（装薬）する装填装置を備えている。以下、装填装置の詳細について説明する。

図３は、実施形態１に係るロボットアーム２０の概略側面図である。ロボットアーム２０は、ロボットアーム用ブーム１３の先端側に連結される第１アーム部２１と、当該第１アーム部２１の先端側に連結される第２アーム部２２を有している。また、第１アーム部２１は、第１リンク（関節）部２３を介してロボットアーム用ブーム１３の先端に連結されており、第１アーム部２１及び第２アーム部２２は、第２リンク（関節）部２４を介して連結されている。第１アーム部２１は、第１リンク部２３の第１回動軸を中心にロボットアーム用ブーム１３に対して回動動作が可能である。また、第２アーム部２２は、第２リンク部２４の第２回動軸を中心に第１アーム部２１に対して回動動作が可能である。本実施形態におけるロボットアーム２０は、このように、２つのリンク部２３，２４を有しているが、リンク部の数は特に限定されない。なお、第１リンク部２３の第１回動軸及び第２リンク部２４の第２回動軸は互いに直交方向であっても良い。

ロボットアーム２０における第２アーム部２２の先端側下面には、空気及び爆薬を圧送する圧送ホース３０を摺動自在に支持する摺動支持部２５が設けられている。また、圧送ホース３０の先端には、親ダイ５０（爆薬）を挿入させることで当該親ダイ５０（爆薬）を把持可能な筒状の把持部３１（保持部）が形成されている。図３中、符号Ｃ１は、ロボットアーム２０における第２アーム部２２の長手方向軸を示している。

図４は、実施形態１に係るロボットアーム２０の摺動支持部２５に摺動自在に支持される圧送ホース３０の状態を示す図である。図４は、第２アーム部２２の長手方向軸Ｃ１に
直交する断面を示している。図４に示すように、摺動支持部２５は、第２アーム部２２の下面２２ａに設けられたコの字状部材であり、圧送ホース３０を摺動自在に支持するガイド底面２５ａ、及び一対のガイド側面２５ｂを有している。ガイド２５ａの幅（一対のガイド側面２５ｂの離間寸法）は、圧送ホース３０の外径と等しいか、外径よりも僅かに大きな寸法を有している。これにより、圧送ホース３０が、第２アーム部２２の長手方向軸Ｃ１に沿って摺動するように圧送ホース３０の摺動方向をガイドすることができる。

また、圧送ホース３０の先端に設けられている把持部３１は、スリット３１０によって分割された複数の把持片３１１を含んでいる。図５は、実施形態１に係る圧送ホース３０の把持部３１の横断面を示す図である。図５に示す例では、把持部３１は、スリット３１０によって分割された３つの把持片３１１を有している。把持部３１は、各把持片３１１の内壁面（内周面）３１１ａによって親ダイ５０の外側面を挟持することができる。なお、把持部３１は、圧送ホース３０の先端を加工することで形成されても良いし、圧送ホース３０とは別部材として作製した把持部３１を圧送ホース３０の先端に取り付けても良い。

ここで、圧送ホース３０は、フレキシブルな耐圧ホースであり、その内部には、図４に示すように、長手軸方向に沿って中空路３０ａが延在している。圧送ホース３０（把持部３１を含む）は、外径が一定であり、圧送ホース３０の外径は、切羽面１に削孔されている装薬孔２の内径に比べて小さな寸法に設計されている。これにより、発破用の爆薬を装薬孔２に装填する際に、把持部３１及び圧送ホース３０の先端側を装薬孔２内に挿入できる。装薬孔２の内径に対する圧送ホース３０の外径の寸法差（クリアランス）については適宜の大きさに設定することができる。

ロボットアーム２０の第２アーム部２２における摺動支持部２５の後方位置には、回転ドラム４００が設置されている。回転ドラム４００は、第２アーム部２２の下面に取り付けられた基部４１０と、基部４１０に対して回動自在に軸支されたリール部４２０を有している。リール部４２０の回動軸４２０ａは、第２アーム部２２の軸方向に直交方向に伸びており、基部４１０に回動軸４２０ａが回動自在に軸支されている。リール部４２０は、圧送ホース３０の中間部３０ｂを巻き取るリール面４２０ｂを有し、リール面４２０ｂに圧送ホース３０（中間部３０ｂ）を巻き取ることができる。また、回転ドラム４００の基部４１０には、回動軸４２０ａを回動中心として基部４１０に対してリール部４２０を正逆方向に回動させるための駆動モータ４３０（回動駆動部）が設けられている。駆動モータ４３０によってリール部４２０が回動駆動されると、第２アーム部２２に設けられた摺動支持部２５に対して圧送ホース３０が軸方向に摺動することで、圧送ホース３０のうち、摺動支持部２５から前方に繰り出されるホース繰り出し量が変化し、摺動支持部２５に対する把持部３１の距離が変化する。

次に、実施形態１に係るロボットアーム２０の摺動支持部２５に対する圧送ホース３０のホース繰り出し量Ｌ１（図３を参照）の制御について説明する。ホース繰り出し量Ｌ１は、摺動支持部２５から前方に繰り出される圧送ホース３０の長さであり、図３に示すように、摺動支持部２５と把持部３１の把持片３１１の先端との距離を指す。回転ドラム４００のリール部４２０が、第１の方向Ｒ１方向に回動駆動されると、摺動支持部２５に対して圧送ホース３０が前方に向かってスライドすることで、ホース繰り出し量Ｌ１が増加する。そして、第１の方向Ｒ１とは反対の第２の方向Ｒ２方向にリール部４２０が回動駆動されると、摺動支持部２５に対して圧送ホース３０が後方に向かってスライドすることで、ホース繰り出し量Ｌ１が減少する。以上のように、本実施形態のロボットアーム２０は、第２アーム部２２に対して圧送ホース３０（ロッド部材）を軸方向にスライドさせるスライド機構ＳＬを有しており、回転ドラム４００及び摺動支持部２５を含んで上記スライド機構ＳＬが構成されている。なお、圧送ホース３０のホース繰り出し量Ｌ１は、駆動
モータ４３０によるリール部４２０の回動駆動量を制御することで調整することができる。

ここで、図３を参照すると、本実施形態におけるロボットアーム２０の第２アーム部２２には、観察用カメラ４５が設置されている。図３に示す例では、第２アーム部２２の先端に観察用カメラ４５が設けられているが、観察用カメラ４５の設置態様については特に限定されない。本実施形態における観察用カメラ４５は、圧送ホース３０の先端に設けられた把持部３１の前方を撮像するためのカメラである。観察用カメラ４５は、制御コンピュータ１０２と無線、又は有線による通信が可能になっている。

また、制御コンピュータ１０２は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、及びＲＡＭ(Random Access Memory)等から構成した集積回路や、ハードデ
ィスクドライブ等といった記憶装置を備える。ＲＯＭは、各種処理を実現する１または２以上のプログラムを記憶している。ＲＯＭとしては、記憶内容を書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）を採用できる。また、ＣＰＵは、ＲＯＭが記憶している１または２以上のプログラムに従って各種処理を実行する。観察用カメラ４５によって撮影された映像（画像）データは制御コンピュータ１０２に送信される。そして、制御コンピュータ１０２は、観察用カメラ４５から映像（画像）データをモニタ１０１に表示させることができる。

ここで、図１に示す符号７０は空気圧送装置（エアコンプレッサ）である。また符号７１は、粒状爆薬を貯留するホッパーである。粒状爆薬は、本発明に係る粒状の追加爆薬に相当する。空気圧送装置７０及びホッパー７１は、装薬マシン１０に搭載されている。ここで、空気圧送装置７０には圧送ホース３０の一端が接続されている。また、ホッパー７１には、粒状爆薬移送管７２の一端が接続されており、この粒状爆薬移送管７２の他端は圧送ホース３０の途中に接続されている。ホッパー７１に貯留されている粒状爆薬は、粒状爆薬移送管７２を介して圧送ホース３０に移送される。また、圧送ホース３０及び粒状爆薬移送管７２の合流部には開閉弁７３が設けられている。ここで、開閉弁７３が開放されている状態で、圧送ホース３０に対して粒状爆薬移送管７２が連通し、粒状爆薬移送管７２から圧送ホース３０に粒状爆薬が供給されるようになっている。また、開閉弁７３が閉じられると、圧送ホース３０に対して粒状爆薬移送管７２が遮断され、粒状爆薬移送管７２から圧送ホース３０への粒状爆薬が供給されない状態となる。なお、粒状爆薬移送管７２は、必ずしも耐圧ホースである必要は無いが、ある程度柔軟なフレキシブルホースであることが好ましい。

なお、空気圧送装置７０の作動や開閉弁７３の開閉動作は、操縦席１４に設けられている装薬用リモコンスイッチ１０３をオペレータが操作することで、制御されるようになっている。装薬用リモコンスイッチ１０３には、例えば、電源ボタン１０３Ａ、エアブローボタン１０３Ｂ、装薬ボタン１０３Ｃ、モニタ作動ボタン１０３Ｄ、ホース挿入ボタン１０３Ｅ等が配置されている（図２を参照）。電源ボタン１０３Ａは、装薬用リモコンスイッチ１０３の電源のオン、オフを切り替えるボタンである。

装薬用リモコンスイッチ１０３のエアブローボタン１０３Ｂは、空気圧送装置７０で生成された圧縮空気だけを、圧送ホース３０の中空路３０ａに供給する際に押されるボタンである。ここで、開閉弁７３は、初期状態においては、閉弁されており、圧送ホース３０に対して粒状爆薬移送管７２が遮断された状態になっている。エアブローボタン１０３Ｂが押されると、装薬用リモコンスイッチ１０３からの指令信号に基づいて空気圧送装置７０が作動し、所定量の圧縮空気が圧送ホース３０内の中空路３０ａに供給される。その際、上記のように圧送ホース３０に対して粒状爆薬移送管７２が遮断されているため、圧送ホース３０の中空路３０ａには圧縮空気だけが圧送される。なお、空気圧送装置７０から
圧送ホース３０に送られる圧縮空気の空気圧は適正な圧力に調整されている。また、エアブローボタン１０３Ｂが１回押される度に空気圧送装置７０から圧送ホース３０に送られる圧縮空気の量も、予め定められた適正な量に調整されている。

また、装薬用リモコンスイッチ１０３の装薬ボタン１０３Ｃが押されると、装薬用リモコンスイッチ１０３からの指令信号に基づいて開閉弁７３が予め定められた一定時間だけ開放されると共に、空気圧送装置７０が作動する。ここで、開閉弁７３が一定時間開放されると、粒状爆薬移送管７２から所定量の粒状爆薬が圧送ホース３０に供給される。この状態で空気圧送装置７０が作動し、所定量の圧縮空気が空気圧送装置７０から圧送ホース３０に送気されることで、粒状爆薬が圧送ホース３０を通じて把持部３１側にエア圧送されるようになる。

また、装薬用リモコンスイッチ１０３のモニタ作動ボタン１０３Ｄは、観察用カメラ４５によって撮影した映像（画像）をモニタ１０１に表示させるためのボタンである。モニタ作動ボタン１０３Ｄが押されると、装薬用リモコンスイッチ１０３から制御コンピュータ１０２にモニタ作動信号が出力される。制御コンピュータ１０２は、装薬用リモコンスイッチ１０３からモニタ作動信号を受信すると、観察用カメラ４５に指令を出し、把持部３１の前方を観察用カメラ４５に撮影させる。

次に、本実施形態における切羽面１に削孔された装薬孔２に爆薬を装填する手順について説明する。まず、図６に示すように圧送ホース３０における先端の把持部３１に親ダイ５０を挿入することで把持させる。なお、図６において、ロボットアーム２０の図示を省略している。親ダイ５０は、ロボットアーム２０に支持される圧送ホース３０の把持部３１に把持させるための爆薬である。また、親ダイ５０は、装薬孔２の一番奥（孔尻側）に設置される起爆用のダイナマイトである。親ダイ５０は、雷管５１を有しており、この雷管５１に起爆用導火線５２が結線されている。また、本実施形態では、親ダイ５０として含水爆薬を採用し、紙又はプラスチック製フィルム等で包装した包装爆薬の形態（薬包タイプ）となっている。親ダイ５０の外径は例えば２５~３０ｍｍ程度、長さは１００~２５０ｍｍ程度であっても良い。

ここで、圧送ホース３０における把持部３１の内径（複数の把持片３１１の内壁面３１１ａによって形成される仮想円の直径Ｄ１、図５を参照）は、親ダイ５０の外径と同一か、あるいは僅かに小さな寸法に設定されており、把持部３１は、挿入された親ダイ５０を把持（保持）することできる。把持部３１は、スリット３１０によって分割された複数の把持片３１１を有しているため、複数の把持片３１１の内壁面３１１ａによって親ダイ５０の外側面を弾性的に挟持して保持することができる。なお、ロボットアーム２０の把持部３１への親ダイ５０の装着は、切羽面１から離れた安全な箇所で人手によって行っても良いし、装薬マシン１０の操作盤１０４を介してロボットアーム２０を操作することで、図６に示すように親ダイ５０を把持部３１に装着しても良い。

装薬孔２への爆薬の装填を行うに際して、装薬マシン１０を自走させる等して、図１に示されるように装薬マシン１０を切羽面１の近傍に配置させた後、ロボットアーム２０の把持部３１に親ダイ５０を装着する。その後、装薬マシン１０の操縦席１４に搭乗したオペレータは、操作盤１０４を介してロボットアーム２０を操作して圧送ホース３０の把持部３１及びこれに保持した親ダイ５０を切羽面１の装薬孔２に接近させる。

その後、オペレータは、装薬用リモコンスイッチ１０３のモニタ作動ボタン１０３Ｄを押す。装薬用リモコンスイッチ１０３のモニタ作動ボタン１０３Ｄが押されると、装薬用リモコンスイッチ１０３から制御コンピュータ１０２にモニタ作動信号が出力される。制御コンピュータ１０２は、装薬用リモコンスイッチ１０３からモニタ作動信号を受信する
と、観察用カメラ４５に指令を出し、観察用カメラ４５に把持部３１の前方の映像（画像）を撮影させる。

観察用カメラ４５が撮影した映像（画像）データは、順次、制御コンピュータ１０２に送信される。制御コンピュータ１０２が観察用カメラ４５から取得した映像（画像）データは、制御コンピュータ１０２の記憶装置に格納されると共に、リアルタイムでモニタ１０１に表示される。観察用カメラ４５が撮影する映像には、圧送ホース３０の先端に設けられている把持部３１に装着された親ダイ５０越しに切羽面１が映し出されている。よって、オペレータは、モニタ１０１に表示されている映像（画像）を見ることで、リアルタイムに切羽面１に削孔された装薬孔２と把持部３１（親ダイ５０）との位置関係を把握することができる。つまり、オペレータは、モニタ１０１に表示されている映像（画像）を見ながら操作盤１０４を介してロボットアーム２０を操作することで、切羽面１に削孔された装薬孔２と親ダイ５０を把持する把持部３１との位置合わせを円滑かつ簡単に行うことができる。

図７Ａ〜７Ｅは、実施形態１に係る装薬孔２に爆薬を装填する手順を説明する図である。図７Ａは、ロボットアーム２０を操作することで、切羽面１に削孔された装薬孔２と親ダイ５０を把持する把持部３１との位置合わせが完了した状態を示す図である。図７Ａに示す状態から、オペレータは、装薬用リモコンスイッチ１０３のホース挿入ボタン１０３Ｅを押す。ホース挿入ボタン１０３Ｅが押されると、装薬用リモコンスイッチ１０３から駆動モータ４３０にホース挿入信号が出力される。駆動モータ４３０がホース挿入信号を受信すると、駆動モータ４３０が図３に示した第１の方向Ｒ１方向に一定の角速度でリール部４２０を所定回転量だけ回動駆動させる。これにより、ホース繰り出し量Ｌ１が増加する方向に圧送ホース３０が摺動支持部２５に対して摺動スライドし、圧送ホース３０が前方へと伸長する。その結果、図７Ｂに示すように、親ダイ５０を把持した状態の把持部３１が装薬孔２内に挿入される。

本実施形態では、図７Ｂに示すように、把持部３１に把持された親ダイ５０の先端が装薬孔２の孔尻２ａ近傍に配置されるように圧送ホース３０を装薬孔２に挿入する。ここで、装薬孔２に対する圧送ホース３０の挿入深さは、装薬孔２の削孔深さに応じて予め定められておくと良い。また、圧送ホース３０の挿入深さは、駆動モータ４３０によるリール部４２０の回転駆動量を装薬孔２の削孔深さに応じて予め設定しておくことができる。

次に、図７Ｂに示す状態から、オペレータは、装薬用リモコンスイッチ１０３のエアブローボタン１０３Ｂを押すことで、把持部３１による親ダイ５０の把持を解除する。装薬用リモコンスイッチ１０３のエアブローボタン１０３Ｂが押されると、空気圧送装置７０が作動し、所定量の圧縮空気が圧送ホース３０の中空路３０ａに圧送される。そして、圧送ホース３０における中空路３０ａに圧送された圧縮空気によって、把持部３１に把持されている親ダイ５０の後端面５０ａが押圧される。その結果、図７Ｃに示すように、把持部３１から親ダイ５０が押し出されて、親ダイ５０が把持部３１から前方に離脱することで、親ダイ５０の把持を解除することができる。なお、圧送ホース３０の中空路３０ａに圧送される圧縮空気の勢いによって、図７Ｃに示すように、把持部３１から離脱した親ダイ５０は、その先端面５０ｂが装薬孔２の孔尻２ａに当接あるいは近接した位置に配置される。

次に、オペレータは、装薬用リモコンスイッチ１０３の装薬ボタン１０３Ｃを押す。オペレータによって装薬用リモコンスイッチ１０３の装薬ボタン１０３Ｃが押されると、上記のように装薬用リモコンスイッチ１０３からの指令信号に基づいて開閉弁７３が予め定められた一定時間だけ開放されると共に、空気圧送装置７０が作動することで所定量の圧縮空気が圧送ホース３０に供給される。これにより、粒状爆薬が圧送ホース３０を通じて
先端側の把持部３１に向かってエア圧送される。その結果、把持部３１における各把持片３１１の先端によって形成される先端開口３１ａから粒状爆薬６０（図７Ｄを参照）が前方に向かって吐出される。

また、本実施形態に係る爆薬の装填方法では、装薬用リモコンスイッチ１０３の装薬ボタン１０３Ｃが押された際、装薬用リモコンスイッチ１０３から駆動モータ４３０にホース引抜き信号が出力される。駆動モータ４３０がホース引抜き信号を受信すると、駆動モータ４３０が図３に示した第２の方向Ｒ２方向に一定の角速度でリール部４２０を所定回転量だけ回動駆動させる。これにより、ホース繰り出し量Ｌ１が減少する方向に圧送ホース３０が摺動支持部２５に対して摺動スライドし、装薬孔２に対する圧送ホース３０の挿入量が徐々に減少する。なお、ここでのリール部４２０の回転駆動量は、装薬孔２に挿入されていた圧送ホース３０の先端に設けられた把持部３１が装薬孔２から完全に引き抜かれるように調整されている。

以上のように、装薬用リモコンスイッチ１０３の装薬ボタン１０３Ｃが押されると、圧送ホース３０の把持部３１における先端開口３１ａから粒状爆薬６０を装薬孔２内に空送装填しながら、装薬孔２から徐々に圧送ホース３０が引き抜かれる。図７Ｄは、粒状爆薬６０を装薬孔２内に空送装填しながら、装薬孔２から圧送ホース３０を引き抜いている途中の状態を示している。そして、圧送ホース３０の先端に設けられた把持部３１が装薬孔２から完全に引き抜かれた状態では、図７Ｅに示すように、装薬孔２内に隙間が無くなるように粒状爆薬６０の装填が完了する。なお、粒状爆薬６０は、起爆用ではないダイナマイトである「増ダイ」であり、装薬孔２において親ダイ５０に隣接配置される。粒状爆薬６０は、例えば硝安油剤爆薬（ＡＮＦＯ）等であっても良い。

以上のように、本実施形態に係る爆薬の装填方法によれば、ロボットアーム２０を用いて切羽面１に削孔されている装薬孔２に対する爆薬の装填を行うことができる。つまり、装薬孔２への爆薬の装填を作業員が装填パイプ等を手に持って行う必要が無く、従来に比べてより一層安全に爆薬の装填作業を行うことができる。

なお、本実施形態における装薬マシン１０に搭載された爆薬の装填装置は、ロボットアーム２０に観察用カメラ４５を設置し、観察用カメラ４５によって撮影した画像をモニタ１０１に表示させるようにしているが、必ずしも観察用カメラ４５をロボットアーム２０に設置しなくても良い。このような場合においても、ロボットアーム２０によって切羽面１の装薬孔２への爆薬の装填を行うことができるため、安全な装薬作業を行うことができる。

なお、本実施形態においては、ロボットアーム２０に複数の観察用カメラ４５を設置しても良い。また、本実施形態における装薬マシン１０は、ロボットアーム２０を複数備えていても良い。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２に係る爆薬の装填方法について説明する。図８は、実施形態２に係る切羽面１に削孔された装薬孔２の断面図である。本実施形態に係る装薬孔２には、紙管３が挿入されている。図９は、実施形態２に係る紙管３の斜視図である。ここで、紙管３は、横断面が真円形状を有する円筒部材である。但し、装薬孔２に挿入する円筒部材は紙製の筒部材に限られず、種々の材料を用いた代替部材に置き換えることができる。図８に示すように、紙管３の前端に位置する口元３ａは、装薬孔２の孔縁２ｂから孔外方に向かって突出している。紙管３の前端に位置する口元３ａには、画像にて認識し易いように特定の波長に反射する塗料が塗布されている。例えば、赤外線に反射する赤外線反射塗料が紙管３の口元３ａに塗布されていても良い。ここで、本実施形態における紙管３は、横断面
が真円形状を有する円筒部材である。また、以下の実施形態では、紙管３の口元３ａに赤外線反射塗料が塗布されている形態を例に説明する。

本実施形態における爆薬の装填方法においても、実施形態１と同様、ロボットアーム２０に設置された観察用カメラ４５を用いて、切羽面１に削孔された装薬孔２と親ダイ５０を把持する把持部３１との位置合わせを行う。なお、本実施形態における観察用カメラ４５は、前方に向けて赤外線を照射する光照射装置を有し、赤外線を照射した照射対象から反射した反射光を受光する撮像素子を有する赤外線カメラである。

装薬孔２への爆薬の装填を行うに際して、本実施形態においてもロボットアーム２０の把持部３１に親ダイ５０を装着した状態で装薬マシン１０を切羽面１の近傍に配置させた後、オペレータは、操作盤１０４を介してロボットアーム２０を操作することで、圧送ホース３０の把持部３１及びこれに保持した親ダイ５０を切羽面１の装薬孔２に接近させる。

その後、オペレータによって装薬用リモコンスイッチ１０３のモニタ作動ボタン１０３Ｄが押されると、装薬用リモコンスイッチ１０３から制御コンピュータ１０２にモニタ作動信号が出力され、観察用カメラ４５は把持部３１の前方、すなわち切羽面１に削孔された装薬孔２の撮影を開始する。観察用カメラ４５が撮影した映像（画像）データは、順次、制御コンピュータ１０２に送信され、制御コンピュータ１０２は、取得した撮影画像データを記憶装置に格納すると共にリアルタイムでモニタ１０１へと表示させる。本実施形態においては、装薬用リモコンスイッチ１０３のモニタ作動ボタン１０３Ｄが押された際、観察用カメラ４５は、光照射装置から赤外線を照射させる。すなわち、光照射装置からの赤外線は、観察用カメラ４５が対峙する切羽面１に形成された装薬孔２に挿入された紙管３の口元３ａに向けて照射される。その際、紙管３の口元３ａには、赤外線反射塗料が塗布されているため、口元３ａの赤外線反射塗料に反射した赤外線が、観察用カメラ４５の撮像素子で受光される。

本実施形態における制御コンピュータ１０２は、観察用カメラ４５から取得した撮影画像データに対して所定の画像処理を行う画像処理部を有しており、画像処理部によって撮影画像から赤外線反射塗料が塗布されている口元３ａの画像（以下、「口元画像」という）を抽出する。そして、制御コンピュータ１０２の画像処理部は、撮影画像から抽出した口元画像の形状及び大きさから、装薬孔２に挿入された紙管３と親ダイ５０を把持する把持部３１との平面的な位置が一致し、且つ、把持部３１と口元３ａの離間距離が適正かどうかを自動判別する。

例えば、装薬孔２に挿入された紙管３と把持部３１との平面的な位置が概ね合致し、且つ、把持部３１の先端と紙管３の口元３ａが適正な離間距離（例えば、予め定められる基準寸法であっても良い）となっている状況下で事前に観察用カメラ４５によって把持部３１の前方を撮影することでテンプレート用撮影画像データを用意しておき、このようなテンプレート用撮影画像データに対する画像処理によって抽出した口元３ａの口元画像をテンプレート用口元画像として制御コンピュータ１０２の記憶装置に格納しておいても良い。そして、実際の発破工程における装薬孔２への爆薬の装填時に、観察用カメラ４５で撮影した撮影画像データから抽出した口元３ａの口元画像がテンプレート用口元画像とマッチングするかどうかを判別しても良い。

図１０は、実施形態２に係る観察用カメラ４５から取得した撮影画像データから抽出した口元画像の一例を示す図である。（ａ）は、テンプレート用口元画像の一例を示しており、装薬孔２に挿入された紙管３と把持部３１との平面的な位置が合致している場合には口元３ａが真円又は真円に近い円形状として抽出される。これに対して、（ｂ）〜（ｅ）
は、装薬孔２に装着された紙管３と把持部３１との平面的な位置がずれている場合の口元画像を例示したものであり、真円からの歪度が大きな楕円形状として口元画像が抽出される。また、把持部３１の先端と紙管３の口元３ａの離間距離が大きいほど観察用カメラ４５による撮影画像から抽出される口元画像が小さく、把持部３１の先端と紙管３の口元３ａの離間距離が小さいほど観察用カメラ４５による撮影画像から抽出される口元画像が小さくなる。ここで、図１０の（ｆ）に示される口元画像は概ね真円形状であるが、（ａ）に示されるテンプレート用口元画像の直径よりも顕著に小さい。図１０の（ｆ）は、装薬孔２に挿入された紙管３と把持部３１との平面的な位置が合致しているが、把持部３１の先端と紙管３の口元３ａとの離間距離が基準寸法よりも顕著に大きい状態の口元画像を示している。

以上のように、本実施形態においては、オペレータによって装薬用リモコンスイッチ１０３のモニタ作動ボタン１０３Ｄが押された際に、ロボットアーム２０に設置された観察用カメラ４５によって撮影した撮影画像をリアルタイムでモニタ１０１へと表示させるため、オペレータは、モニタ１０１の表示画像を見ながら操作盤１０４を介してロボットアーム２０を操作することで、切羽面１に削孔された装薬孔２と親ダイ５０を把持する把持部３１との位置合わせを円滑かつ簡単に行うことができる。更に、本実施形態では、制御コンピュータ１０２の画像処理部によって撮影画像から紙管３の口元３ａを抽出し、テンプレート用口元画像と対比することで、装薬孔２（紙管３）と把持部３１（親ダイ５０）との平面的な位置が一致し、且つ、把持部３１と口元３ａの離間距離が適正かどうか（親ダイ５０を把持する把持部３１と切羽面１の距離が十分に接近しているかどうか）を自動で判別することができる。そして、制御コンピュータ１０２は、装薬孔２（紙管３）と把持部３１（親ダイ５０）との平面的な位置が一致し、且つ、把持部３１と口元３ａの離間距離が適正である場合には、そのことを示す位置合わせ完了情報をモニタ１０１への表示出力、或いは、スピーカからの音声出力等によって、オペレータに報知する。オペレータは、位置合わせ完了情報の報知を受けることで、切羽面１に削孔された装薬孔２と親ダイ５０を把持する把持部３１との位置合わせが完了したことを容易に理解することができるため、次のステップに迅速に進むことができる。すなわち、直ぐに装薬用リモコンスイッチ１０３のホース挿入ボタン１０３Ｅを押すことで、圧送ホース３０を装薬孔２内に挿入させる工程に迅速に進むことができ、最終的に羽面１の装薬孔２への爆薬の装填作業を円滑かつ効率良く行うことができる。

また、上記実施形態では、ロボットアーム２０に設置された観察用カメラ４５によって撮影した撮影画像がリアルタイムで表示されるモニタ１０１を見ながら、オペレータが操作盤１０４を介してロボットアーム２０を操作する例を説明したが、別の実施形態として、観察用カメラ４５によって撮影した撮影画像観察用カメラ４５によって撮影した撮影画像に基づいて制御コンピュータ１０２がロボットアーム２０の操作を自動制御しても良い。すなわち、制御コンピュータ１０２は、上記のように画像処理部によって撮影画像から紙管３の口元３ａを抽出し、テンプレート用口元画像と対比することで、装薬孔２（紙管３）と把持部３１（親ダイ５０）との平面的な位置が一致し、且つ、把持部３１と口元３ａの離間距離が適正かどうかを自動で判別し、その判別結果として、装薬孔２（紙管３）と把持部３１（親ダイ５０）との平面的な位置が一致していなかったり、把持部３１と口元３ａの離間距離が適正でない場合、装薬孔２（紙管３）と把持部３１（親ダイ５０）との平面的な位置が一致し、且つ、把持部３１と口元３ａの離間距離が適正となるようにロボットアーム２０を自動制御しても良い。そして、制御コンピュータ１０２は、装薬孔２（紙管３）と把持部３１（親ダイ５０）との平面的な位置が一致し、且つ、把持部３１と口元３ａの離間距離が適正になったと判別した場合に、オペレータが装薬用リモコンスイッチ１０３のホース挿入ボタン１０３Ｅを押す代わりに、圧送ホース３０を装薬孔２内に挿入させる制御を実行しても良い。このような完全自動制御によれば、切羽面１の装薬孔２への爆薬の装填作業を、より一層円滑かつ効率良く行うことができる。

ここで、図１１は、ロボットアーム２０を用いて装薬孔２に装填される爆薬の変形例を示す図である。図１１に示すように、親ダイ５０及び増ダイ６１を内部に直列配置したＣ形断面を有する半割紙管８０を把持部３１に装着し、切羽面１に削孔されている装薬孔２に装填しても良い。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明に係る爆薬の装填方法及び装填方法はこれらに限られず、可能な限りこれらを組み合わせることができる。

１・・・切羽面
２・・・装薬孔
３・・・紙管
１０・・・装薬マシン
１１・・・台車
１４・・・操縦席
２０・・・ロボットアーム
２１・・・第１アーム部
２２・・・第２アーム部
２５・・・摺動支持部
３０・・・圧送ホース
３１・・・把持部
７０・・・空気圧送装置
７１・・・ホッパー
７２・・・粒状爆薬移送管
７３・・・開閉弁
１０１・・・モニタ
１０２・・・制御コンピュータ
１０３・・・装薬用リモコンスイッチ
１０３Ａ・・・電源ボタン
１０３Ｂ・・・エアブローボタン
１０３Ｃ・・・装薬ボタン
１０３Ｄ・・・モニタ作動ボタン
１０３Ｅ・・・ホース挿入ボタン
１０４・・・操作盤
３１１・・・把持片
４００・・・回転ドラム
４１０・・・基部
４２０・・・リール部

Claims (12)

1. トンネルの切羽面に削孔された発破用の装薬孔に爆薬を装填する装填装置であって、
   先端に前記爆薬を着脱自在に保持する保持部を有するロッド部材と、
   前記ロッド部材を支持するロボットアームと、
   前記ロボットアームに対して前記ロッド部材を当該ロッド部材の軸方向にスライドさせるスライド機構と、
   を備え、
   前記ロボットアームの操作によって前記保持部に保持された前記爆薬を前記装薬孔に対向配置させた状態で、前記スライド機構によって前記ロッド部材を軸方向前方にスライドさせることで前記保持部を前記装薬孔に挿入した後、前記保持部による前記爆薬の保持を解除することで前記装薬孔に前記爆薬を装填する、
   爆薬の装填装置。
2. 前記ロボットアームに設けられた観察用カメラと、
   前記観察用カメラが撮影した画像を表示するディスプレイ装置と、
   を更に備える、
   請求項１に記載の爆薬の装填装置。
3. 前記保持部は、挿入された前記爆薬を把持可能な筒状の把持部である、
   請求項１又は２に記載の爆薬の装填装置。
4. 前記ロッド部材は、軸方向に延びる中空路が内部に形成されるホース部材であり、
   前記中空路に空気を圧送する圧送装置を更に備え、
   前記圧送装置によって前記中空路に空気が圧送されることで、前記把持部による前記爆薬の把持が解除される、
   請求項３に記載の爆薬の装填装置。
5. 前記圧送装置は、前記中空路に粒状の追加爆薬をエア圧送することが可能であり、
   前記把持部による前記爆薬の把持を解除させて前記装薬孔に前記爆薬を装填した後、前記圧送装置によって前記中空路に前記粒状の追加爆薬をエア圧送することで当該粒状の追加爆薬を前記把持部の先端開口から前記装薬孔内に吐出させる、
   請求項４に記載の爆薬の装填装置。
6. 前記ロッド部材は、フレキシブルホース部材であって、
   前記ロボットアームには、前記フレキシブルホース部材を摺動自在に支持する摺動支持部が設けられ、
   前記スライド機構は、
   前記ロボットアームにおける前記摺動支持部の後方位置に回動自在に支持されると共に前記フレキシブルホース部材の中間部を巻き取るリール部と、前記リール部を回動駆動する回動駆動部と、を有する回転ドラムと、を有し、
   前記保持部に保持された前記爆薬を前記装薬孔に対向配置させた状態で前記リール部を一方向に回動させて前記摺動支持部に対して前記フレキシブルホース部材を摺動させることで前記保持部を前記装薬孔に挿入し、
   前記保持部による前記爆薬の保持を解除した後、前記リール部を他方向に回動させて前記摺動支持部に対して前記フレキシブルホース部材を摺動させることで前記保持部を前記装薬孔から引き抜く、
   請求項１から５の何れか一項に記載の爆薬の装填装置。
7. トンネルの切羽面に削孔された発破用の装薬孔に爆薬を装填するためのロボットアーム
   を備える装填装置を用いた爆薬の装填方法であって、
   前記装填装置は、
   先端に前記爆薬を着脱自在に保持する保持部を有するロッド部材と、
   前記ロッド部材を支持するロボットアームと、
   前記ロボットアームに対して前記ロッド部材を当該ロッド部材の軸方向にスライドさせるスライド機構と、
   を備え、
   前記爆薬の装填方法は、
   前記ロボットアームの操作によって前記保持部に保持された前記爆薬を前記装薬孔に対向配置させた状態で、前記スライド機構によって前記ロッド部材を軸方向前方にスライドさせることで前記保持部を前記装薬孔に挿入した後、前記保持部による前記爆薬の保持を解除することで前記装薬孔に前記爆薬を装填する、
   爆薬の装填方法。
8. 前記ロボットアームに観察用カメラが設けられており、
   前記ロボットアームを操作する際に、前記観察用カメラが撮影した画像をディスプレイ装置にモニタ表示する、
   請求項７に記載の爆薬の装填方法。
9. 前記保持部は、挿入された前記爆薬を把持可能な筒状の把持部である、
   請求項７又は８に記載された爆薬の装填方法。
10. 前記ロッド部材は、軸方向に延びる中空路が内部に形成されるホース部材であり、
    前記装薬孔に前記爆薬を装填する際、前記中空路に空気を圧送することで前記把持部による前記爆薬の把持を解除する、
    請求項９に記載の爆薬の装填方法。
11. 前記把持部による前記爆薬の把持を解除させて前記装薬孔に前記爆薬を装填した後、前記中空路に粒状の追加爆薬をエア圧送することで当該粒状の追加爆薬を前記把持部の先端開口から前記装薬孔内に吐出させる、
    請求項１０に記載の爆薬の装填方法。
12. 前記ロッド部材は、フレキシブルホース部材であって、
    前記ロボットアームには、前記フレキシブルホース部材を摺動自在に支持する摺動支持部が設けられ、
    前記スライド機構は、
    前記ロボットアームにおける前記摺動支持部の後方位置に回動自在に支持されると共に前記フレキシブルホース部材の中間部を巻き取るリール部と、前記リール部を回動駆動する回動駆動部と、を有する回転ドラムと、を有し、
    前記保持部に保持された前記爆薬を前記装薬孔に対向配置させた状態で前記リール部を一方向に回動させて前記摺動支持部に対して前記フレキシブルホース部材を摺動させることで前記保持部を前記装薬孔に挿入し、
    前記保持部による前記爆薬の保持を解除した後、前記リール部を他方向に回動させて前記摺動支持部に対して前記フレキシブルホース部材を摺動させることで前記保持部を前記装薬孔から引き抜く、
    請求項７から１１の何れか一項に記載の爆薬の装填方法。

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