JP2643057B2 - 残留爆薬体検出方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は残留爆薬体検出方法およ
びその装置、特に発破終了後、不発爆薬体を検出する残
留爆薬体検出方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発破工法は、トンネルをはじめ、各種基
礎掘削、コンクリート骨材の原石やフィルダムのロック
材採取などに広く用いられているが、安全な発破を行う
ためには、発破終了後に不発爆薬体を確実に検出除去す
ることが必要である。

【０００３】特に、ダイナマイトなどの火薬類を用いて
トンネル発破などを行った場合には、発破によって生じ
た土砂、岩石などのずりを除去することが必要となる
が、不発ダイナマイトなどの存在に気がつかずに、ずり
の除去を行うと、何らかの衝撃で不発ダイナマイトが爆
発し、安全管理上大きな問題となる。

【０００４】このため、従来より発破終了後の不発残留
爆薬の検出方法として、磁気探査による方法や、電波検
出計を用いる方法、放射性物質を用いる方法、電気回路
を用いる方法などが考えられている。

【０００５】磁気探査による方法では、磁性体含有物で
包装された爆薬体を用い、不発爆薬体を、磁気探知機に
より検出するものである。しかし、磁性体含有物による
爆薬体の加工は、製造作業が面倒であり、高価なものと
なってしまい、しかも磁性体を含有する岩盤では、その
探査精度は低下してしまうという問題があった。

【０００６】電波検出計を用いる方法は、爆薬体の付近
あるいは内部に小型発信機を装着しておき、不発爆薬体
を、電波検出計により検出するものである。しかし、小
型発信機は非常に高価なものであり、この小型発信機
を、各爆薬体に装着し、一回の発破毎に使い捨てにする
ことは、発破作業の大幅なコストアップを引き起こすと
いう問題がある。

【０００７】放射性物質を用いる方法は、爆薬体の付近
に螢光物質等を装着しておき、不発残留爆薬は、装着物
質の拡散状態を観測しあるいは測定して検出するもので
ある。しかし、このような検出作業は、熟練を要し、不
確実性が伴うという問題がある。さらに、放射性物質の
使用は非常に危険であるという問題がある。

【０００８】電気回路を用いる方法は、並列抵抗を設け
た雷管回路を用いて爆薬体を爆発させ、不発残留爆薬体
を、発破器と計数器を一体化した検知機により検出する
ものである。しかし、この方法は、並列結線以外には適
応できず、しかも個々の雷管に爆発時間差を設定するこ
とが必要となり、検出の準備に手間と時間がかかるた
め、実用化されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、
発破終了後に簡単かつ確実に不発爆薬体を検出すること
ができる残留爆薬体検出方法およびその装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の方法は、発破装薬孔内に爆薬体を装填して
行う発破工法において、前記爆薬体が電磁波反射機能を
有してなり、発破終了後、任意の装薬孔の近傍から送受
信アンテナを用い検出電磁波を送受信し、得られる受信
信号に基づき不発爆薬体を検出することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の装置は、電磁波反射部を有
する爆薬体を、発破面に形成された複数の装薬孔内に装
填し発破を行なった後に、不発爆薬体を検出する装置で
あって、任意の位置に向け検出電磁波を送受信する送受
信アンテナと、前記送受信アンテナから得られる受信信
号に基づき不発爆薬体を検出する残留爆薬検出手段と、
を含み、発破終了後に不発爆薬体の存在可能性のある領
域に、前記送受信アンテナを用い検出電磁波を送受信し
不発爆薬体を検出することを特徴とする。

【００１２】

【作用】通常、発破作業は、発破面に複数の装薬孔を形
成しておき、各装薬孔内にダイナマイトなどの爆薬体を
装填し行われる。

【００１３】本発明では、前記発破に用いられる爆薬体
として電磁波反射機能を有するものを用いる。そして、
発破終了後、不発爆薬体の存在可能性のある領域を目が
けて、送受信アンテナを用い検出電磁波を送受信する。
このとき、不発爆薬体が存在すると、電磁波反射機能を
有する爆薬体から、岩盤など周囲の情況に影響されるこ
となく確実に検出できる反射波が得られる。したがっ
て、送受信アンテナから得られる受信信号を解析するこ
とにより、不発爆薬体を正確に検出することが可能とな
る。

【００１４】前記爆薬体に電磁波反射機能を付与する手
段としては、電磁波を確実に反射できるものであれば任
意の手段を用いることができ、例えば爆薬体の周囲に金
属箔などの電磁波反射体を巻き付けることによって簡単
に形成することができる。なお、爆薬体に電磁波反射機
能を付与する手段としては、前記金属箔以外に、電磁波
を効率的に反射するものであれば、他のものを用いても
よい。例えば、爆薬体の外周に、所定の電磁波反射塗料
を塗布するものであってもよく、また爆薬体の爆薬に電
磁波反射物質を含有させるものでもあってもよい。

【００１５】すなわち、電磁波を反射すものを爆薬体本
体内に設けても、後で加工によって爆薬体に付与して
も、電磁波により不発爆薬体が正確に検出されるもので
あればよい。

【００１６】

【実施例】次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳
細に説明する。第１実施例 図１には、発破工法によって形成される山岳トンネル１
０の断面が概略的に示されている。この山岳トンネル１
０では、切羽１２の切羽面１２ａに、複数の装薬孔１４
が形成されている。

【００１７】図２は、切羽面１２ａを正面から見た状態
が示され、同図に示すようこの切羽面１２ａには、複数
の装薬孔１４が、トンネル発破を効率的に行えるように
配置されている。

【００１８】図３には、装薬孔１４内に充填される爆薬
体の一例が示され、実施例では、一つの装薬孔１４に、
電気雷管が挿入された親ダイナマイト１６と、この親ダ
イナマイト１６に殉爆する複数の増ダイナマイト１８が
装填されている。そして、親ダイナマイト１６には、電
波反射部２０が形成されている。

【００１９】図４には、前記親ダイナマイト１６の外観
斜視図が概略的に示されている。本実施例では、親ダイ
ナマイト１６の外周に、電波反射部２０として金属箔
（例えばアルミ箔）２２が巻き付け固定されている。こ
のように本実施例では、親ダイナマイト１６そのものに
特別な加工を施すことなく、金属箔２２等の巻き付け固
定作業を行うのみでよいため、従来の親ダイナマイト１
６をそのまま使用することができる。

【００２０】そして、図１に示すよう、各装薬孔１４内
に爆薬体を装填した後、トンネル発破を行うと、切羽１
２が削り取られ、新たな切羽面が形成される。

【００２１】図５には、このようなトンネル発破後の状
態が示されている。図中点線は、発破前の切羽面１２ａ
−１を表し、図中実線は発破後の新たな切羽面１２ａ−
２を表している。同図に示すよう、トンネル発破を行う
と、発破によって生じた土砂、岩石が、いわゆるずり２
４となって溜まるため、これを除去する作業が必要とな
る。しかし、ずり２４に隠れて不発爆薬体が存在する
と、ずり２４の除去作業中における何らかの衝撃で、爆
薬体が爆発する可能性があり、安全管理上の問題とな
る。同図では、ずり２４に隠れて、装薬孔１４内に装填
された不発爆薬体１６，１８が存在する場合が示されて
いる。

【００２２】実施例では、送受信アンテナ３０を用い
て、このような不発爆薬体１６，１８の検出、特に爆発
しなかった残留親ダイナマイト１６の検出を確実に行う
ことを特徴とする。

【００２３】すなわち、発破終了後、アンテナ３０か
ら、残留親ダイナマイト１６が存在すると思われる周辺
箇所に向け検出用電磁波を送受信する。通常、このよう
な不発爆薬体の探査は、最大探査距離が１メートル程度
でよいことから、距離分解能がよい中心周波数１ＧＨｚ
の電波を送受信するアンテナ３０を用いる。

【００２４】このような中心周波数１ＧＨｚの送受信ア
ンテナ３０は、波長が短いことから小型かつ軽量で、そ
の取扱が容易になるため、作業員が簡単に持ち運べ、し
かも任意の方向に向け簡単に設置することができる。そ
して、作業員がアンテナ３０を不発残留親ダイナマイト
１６が存在すると思われる周辺箇所に向け設置し、送受
信器４０を用い、中心周波数１ＧＨｚの検出電波の送受
信を行う。このとき、アンテナ３０の探査範囲に親ダイ
ナマイト１６が存在すると、その外周に巻かれた金属箔
２２から、大きな反射波が得られる。このようにして得
られた反射波は、アンテナ３０、送受信器４０を介して
残留爆薬検出手段５０へ入力される。

【００２５】残留爆薬検出手段５０は、表示制御器５２
と、データレコーダ５４とを含み、送受信器４０から入
力される受信信号は、一旦データレコーダ５４に記憶さ
れる。そして、表示制御器５２は、記憶された受信信号
を、ディスプレイ５２ａ上に表示する。このようにして
表示された受信波形は、残留親ダイナマイト１６が存在
する場合には、その周囲に巻かれた金属箔２２からの反
射波が大きなピークを示すことになるため、その検出を
確実に行うことができる。

【００２６】特に、自然の岩盤には複雑な割れ目や、物
性の異なる介在物、水などが存在するため、これらの箇
所からの反射波がノイズとなって混入することが多い。
しかし、前記金属箔２２は、これらのものに比べて電波
に対する反射率が極めて高いため、混入ノイズに影響さ
れることなく残留親ダイナマイト１６を確実に検出する
ことが可能となる。

【００２７】なお、残留親ダイナマイト１６の検出をよ
り確実に行うためには、送受信アンテナ３０を用いて、
あらかじめ同一トンネル構内の切羽１２へ向け検出電波
の送受信を行い、表示制御器５２のキャリブレーション
を行うことが好ましい。このようにすることにより、前
記キャリブレーション時に得られた受信波形と、発破終
了後に残留親ダイナマイト１６の検出作業時に得られる
受信波形とを比較し、残留親ダイナマイト１６の検出精
度をより高めることができる。

【００２８】そして、残留親ダイナマイト１６が検出さ
れた場合には、適当な処置を行いこれを除去する作業を
行う。

【００２９】図６には前記送受信アンテナ３０の一例が
示されている。実施例の送受信アンテナ３０は、ケーシ
ング３６に隣接配置されるように取付固定された送信ア
ンテナ３２および受信アンテナ３４を含む。そして、図
７に示すよう、送信アンテナ３２から、前方へ向け高周
波のパルス状電波を送信する。このとき受信される電波
には、地中内に存在する反射物１００からの反射波２０
０と、送信アンテナ３２から受信アンテナ３４へ直接伝
播される表面伝播波２１０とがある。

【００３０】例えば、図９（Ａ）に示すよう、送信アン
テナ３２から高周波のパルス状電波を送信すると、受信
アンテナ３４には図９（Ｂ）に示すような受信波形が得
られる。表面伝播波２１０は、送信アンテナ３２と受信
アンテナ３４とが別体のものとして形成された場合に見
られるものであり、その伝搬距離が最も短いことから、
受信波形の先頭に現れる。表面伝播波２１０は、反射物
の存在にかかわらず、必ず受信されるという特徴を有す
る。

【００３１】反射物１００からの反射波２００、例えば
残留親ダイナマイト１６からの反射波２００は、表面伝
播波２１０に続いて受信される。

【００３２】実験結果 前記実施例の効果を検証するため、本発明者は次のよう
な実験を行った。

【００３３】実験は、均質な岩塊における探査、発破掘
削部のベンチ部を対象とした探査について実施した。こ
こで使用したアンテナ３０は、中心周波数１ＧＨｚの電
波を送受信するものである。また、実験を行った岩質
は、石英班岩（ｑｕ＝１５００Ｋｇｆ／ｃｍ² 程度）で
ある。

【００３４】（ａ）均質な岩塊における探査 この探査実験では、比較的均質な岩塊（１．５×２．０
×１．５ｍ程度）を用いた。図８（Ａ）は、使用した岩
塊３００の平面図、同図（Ｂ）はその断面概略をそれぞ
れ示している。実験では、岩塊３００に垂直に装薬孔１
４を形成し、岩塊３００の側面にアンテナ３０を左右方
向に滑らせて探査を行った。なお、探査距離Ｓは、２０
０〜７００ｍｍの範囲で変化させて測定した。

【００３５】これにおいて、装薬孔１４内に装填する親
ダイナマイト１６として、実施例のようにアルミ箔など
のような金属箔２２をその外周に巻いたものや、その周
囲に導電性塗料を塗布したものなど各種のものについて
検討したところ、アルミ箔等の金属箔２２を親ダイナマ
イト１６の外周に巻き付けたものが、最も反射波の電圧
値が大きく、最大可探深度も他の材料に比較して大きい
ことが確認された。

【００３６】図９は、探査深度Ｓ＝６００ｍｍとし、岩
塊３００とアンテナ３０との接触面３１０が乾燥し、か
つ装薬孔１４内も乾燥した状態で、親ダイナマイト１６
の外周にアルミ箔２２を巻き付けて行った実験データで
ある。同図（Ｂ）に示すよう、受信波形には、表面伝播
波２１０に続いて、アルミ箔２２からの反射波２００が
現れており、この実験データからも、残留爆薬の検出を
確実に行えることが理解されよう。

【００３７】また、岩塊３００の表面３１０、すなわち
アンテナ３０と岩塊３００の接触面の凹凸を変化させて
実験を行った。この結果、探査面３１０が比較的平滑
（凹凸が１〜２ｃｍ程度）な場合、最大可探深度は６０
０ｍｍ程度であった。しかし、探査面３１０の凹凸が比
較的大きく、４〜６ｃｍ程度となった場合には、アンテ
ナ３０と岩盤面３１０との間のクリアランスのために、
空気中を伝播する直接波や岩盤面３１０からの反射波の
影響で、可探深度は３００〜４００ｍｍとなった。

【００３８】（ｂ）発破掘削のベンチ部における探査 次に、発破掘削部のベンチ部におけるクラックや湧き水
の影響を検討するために、図１０に示す実験モデルを用
いて、クラックや水の影響に就いて比較検討した。

【００３９】今回実験を行ったベンチ部４００は、若干
の節理があるものの、大きく開口した節理や、粘度を含
んだ節理はなかった。このような状況下では、水の影響
がない場合、均質な岩塊での探査結果と同様に、６００
ｍｍ程度まで探査可能であった。また水を考慮した場合
でも、探査面４１０が乾燥しているかぎり、装薬孔１４
が完全に水没しても親ダイナマイト１６の検出は可能で
あった。

【００４０】（ｃ）雷管発火の危険性の検討結果 今回の実験で使用した中心周波数１ＧＨｚのアンテナ３
０を用いて、電気雷管回路を照射した時、回路に流れる
電流と電気雷管電橋抵抗から発生するジュール熱を求め
ると、Ｗ＝１５×１０^-6（ｍｊ）となる。一般に、電気
雷管の発火エネルギーは、２〜４（ｍｊ）であり、エネ
ルギー的には発火の危険性がないことが確認された。

【００４１】以上（ａ）〜（ｃ）の実験結果から明らか
なように、実施例のように残留爆薬の検出を行うことに
より、不発の親ダイナマイト１６の検出を簡単かつ確実
に行えることが確認された。特に、発破終了後、装薬孔
１４が湧き水等によって水没した場合でも、実施例の装
置を用いることにより、残留親ダイナマイト１６の検出
を行えることから、本発明はトンネル発破およびその他
の用途に広く適用可能であることが理解されよう。第２実施例 図１１には本発明の好適な第２実施例が示されている。

【００４２】前記実施例では、ディスプレイ５２ａ上に
受信波形、またこの受信波形を加工した探査画像を表示
し、これらの表示データから残留親ダイナマイト１６の
存在を検出する場合を例にとり説明した。

【００４３】これに対して本実施例では、残留爆薬検出
手段５０を、演算制御部６０、メモリ６２、出力部６４
を用いて構成している。

【００４４】前記演算制御部６０は、受信アンテナ３４
を介して得られる受信波形を一旦メモリ６２に記憶す
る。そして、記憶された受信波形から、表面伝播波２１
０以降に受信される波形を所定の基準値と比較し、これ
が所定の基準値を上回った際に親ダイナマイト１６が存
在すると判断し、その判定結果を出力部６４に出力する
よう形成されている。このようにすることにより、残留
親ダイナマイト１６の有無を、自動判別することが可能
となる。

【００４５】なお、この判別精度を上げるため、あらか
じめ同一トンネル構内で探査を行い、この探査時に得ら
れる受信波形を、メモリ６２内にキャリブレーション用
の受信波形として記憶しておく。そして、発破終了後の
探査時に、受信アンテナ３４から得られる受信波形か
ら、前記キャリブレーション用受信波形を減算し、ノイ
ズ成分を除去した受信波形を得るようにしてもよい。こ
のようにすることにより、ノイズ成分を除去した受信波
形を、所定の基準値と比較し、受信波形が基準値を上回
った場合に、残留親ダイナマイト１６の検出信号を出力
部６４へ出力することができ、その検出精度をより高め
ることができる。第３実施例 図１２には本発明の好適な第３実施例が示されている。

【００４６】本実施例は、送受信アンテナ３０の前面
に、アダプター３８を設けたことを特徴とするものであ
る。このアダプター３８は、アンテナ３０と接する探査
面の凹凸に合わせて、その表面が変形可能な可撓性材料
を用いて形成し、かつ送受信される電波を減衰させるこ
とのないよう電波減衰率の小さい材料を用いて形成され
る。このような材料としては、例えば電波減衰率が小さ
くかつ可撓性のあるプラスチック、エラストマー、ゴム
などを必要に応じて用いることができる、図１３には、
実施例の送受信アンテナ３０を探査面２６に接触させた
状態が示されている。同図に示すよう、探査面２６の凹
凸に合わせて、アダプター３８が変形密着し、電波の送
受信をより効果的に行うことが可能となる。

【００４７】図１４は、実施例の送受信アンテナ３０の
送受信波形の一例が概略的に示され、同図（Ａ）は送信
波形、同図（Ｂ）は受信波形を示す。実施例の受信アン
テナ３４では、まず表面伝播波２１０が受信され、その
次にアダプター３８と探査面２６との境界面からの反射
波２２０が受信され、その後に探査対象たる残留親ダイ
ナマイト１６からの反射波２００が受信されることにな
る。なお、実施例ではアダプター３８を、その厚さが数
センチメートル程度に形成するため、反射波２２０は表
面伝播波２１０と混ざり合ってほとんど識別できなくな
ると思われる。

【００４８】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施
が可能である。

【００４９】例えば、前記実施例では爆薬体としてダイ
ナマイトを用いる場合を例にとり説明したが、本発明は
これに限らず、これ以外の爆薬体を用いる場合でも、同
様に適用可能である。

【００５０】また、前記実施例では、本発明をトンネル
発破に適用した場合を例にとり説明したが、本発明はこ
れに限らず、これ以外の各種発破工法に関しても適用可
能である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば発
破終了後に、クラックや水の影響を受けること無く、不
発残留爆薬体の検出を簡単かつ確実に行うことができ
る。

【００５２】特に、本発明によれば、爆薬体に電磁波反
射機能を付与するのみでよいため、例えば電磁波反射部
として、金属箔を爆薬体周囲に巻き付けたり、電磁波反
射塗料を爆薬体の外周に塗布することにより、従来の爆
薬体をそのまま使用することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】発破工法によって形成される山岳トンネルの、
切羽付近の断面概略説明図である。

【図２】図１に示す切羽面に形成された装薬孔の配置を
示す説明図である。

【図３】図１、図２に示す各装薬孔内への爆薬体の装填
状態を示す説明図である。

【図４】爆薬体として使用される親ダイナマイトの概略
斜視説明図である。

【図５】発破終了後、残留爆薬体を検出する場合の一例
を示す概略説明図である。

【図６】本実施例で使用される送受信アンテナの正面概
略説明図である。

【図７】図６に示す送受信アンテナの動作原理を示す説
明図である。

【図８】均質な岩塊における探査実験の説明図であり、
同図（Ａ）は岩塊の断面概略図、同図（Ｂ）はその断面
概略図である。

【図９】図８に示す探査実験において送受信される波形
の説明図であり、同図（Ａ）は送信アンテナの送信波形
の説明図、同図（Ｂ）は受信アンテナの受信波形の説明
図である。

【図１０】発破掘削後のベンチ部における探査実験モデ
ルの概略説明図である。

【図１１】本発明に用いられる残留爆薬検出手段の他の
一例を示すブロック回路図である。

【図１２】本発明に用いられる送受信アンテナの他の一
例を示す説明図である。

【図１３】図１２に示す送受信アンテナを探査面に接触
させた状態の説明図である。

【図１４】図１２に示す送受信アンテナの送受信波形の
概略説明図であり、同図（Ａ）はその送信波形、同図
（Ｂ）はその受信波形の概略説明図である。

【符号の説明】

１２ 切羽 １４ 装薬孔 １６ 親ダイナマイト ２０ 電波反射部 ２２ アルミ箔 ２４ ずり ３０ 送受信アンテナ ３２ 送信アンテナ ３４ 受信アンテナ ５０ 残留爆薬検出手段

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発破装薬孔内に爆薬体を装填して行う発
   破工法において、 前記爆薬体が電磁波反射機能を有してなり、発破終了
   後、任意の装薬孔の近傍から送受信アンテナを用い検出
   電磁波を送受信し、得られる受信信号に基づき不発爆薬
   体を検出することを特徴とする残留爆薬体検出方法。
2. 【請求項２】 電磁波反射部を有する爆薬体を、発破面
   に形成された複数の装薬孔内に装填し発破を行なった後
   に、不発爆薬体を検出する装置であって、 任意の位置に向け検出電磁波を送受信する送受信アンテ
   ナと、 前記送受信アンテナから得られる受信信号に基づき不発
   爆薬体を検出する残留爆薬検出手段と、 を含み、発破終了後に不発爆薬体の存在可能性のある領
   域に、前記送受信アンテナを用い検出電磁波を送受信し
   不発爆薬体を検出することを特徴とする残留爆薬体検出
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記残留爆薬検出手段は、 前記送受信アンテナから得られる受信信号を記憶するメ
   モリ部を含み、記憶された受信信号に基づき不発爆薬体
   を検出することを特徴とする残留爆薬体検出装置。