JP3442066B2 - 地中に水平孔を形成するための爆発放射器とその組立体およびそれを利用した発破方法 - Google Patents

地中に水平孔を形成するための爆発放射器とその組立体およびそれを利用した発破方法

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JP3442066B2
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    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production
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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は地中に賦存された
地下水・温泉水・石油または天然ガスの獲得や地熱の採
取において、地盤を垂直に穿孔・試錐する試錐孔等から
垂直孔の地中内の一定の位置の孔壁面上の開口部(割れ
た隙間や孔)を発破する特殊な発破方法の一つである開
口発破に適用されるものであり、特に管井内の地盤(岩
盤)の切離および層離等に形成された水脈等の滞水層の
集水孔や、地中内の油田層またはガス層から石油やガス
が流出する流出通路または地熱を採取する開口部の位置
から発破装置を爆発させ、側方への爆発力の集中と持続
的な作用によって開口部を拡開させるようにし、垂直孔
の地中内から水平孔を形成および/または拡張させるた
めの爆発放射器とその組立体およびそれを利用した発破
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】地中内の滞水層・油田層またはガス層等
の流体層Fから地下水・温泉水・石油・ガスが長期にわ
たって流出すると、管井内に採取される経路上の流出通
路から流出する流体の流れに伴い、砕石・粘土または滓
等の不純物質が流出通路を塞ぎ、通路が狭小になって流
体の採取量が徐々に減少したり、甚だしくはその流出通
路が塞がれてしまい管井等が閉鎖される問題点等が発生
する。
【0003】また、地熱発電および地熱を利用した暖房
は、自然の状態で地熱が地表面まで到達するというとこ
ろが稀少化し、大部分の地域においては垂直の孔を穿孔
して、その一方の孔に冷水を流し、他の一方の孔に熱水
や水蒸気が上昇するようにして取り出した熱エネルギー
を利用するものである。
【0004】ところが、地熱帯の管井を通じて熱エネル
ギーを取り出す場合、岩盤の隙間を通じて熱水や水蒸気
の熱エネルギーが移動するようになるが、このとき地熱
帯の隙間の流体通路から岩盤の有害物質が絡み合って押
し着けられ、その隙間が塞がって密閉されることによっ
て地熱エネルギーの採取効率が低下するという問題点が
発生する。
【0005】これに対し、上述の滞水層・油田層または
ガス層等の流体層Fと地熱帯から流出する流体の量を増
加させるために、従来は、一つの方法として地表から別
途、再び穿孔したり、他の方法として穿孔された垂直孔
H内の流体が流出する流出口の付近の孔中に爆薬を設置
して爆発させ、その爆発圧力によって流出通路の開放に
よる再生を図る二つの方法が用いられていた。
【0006】ところが、別途、再び穿孔する場合には、
再び穿孔費用(7〜15万ウォン/m:穿孔の直径に比
例)が追加的に必要となるだけでなく、付帯施設・設備
の移転および再設置が不可避であるため非常に不経済で
あり、また穿孔された垂直孔Hの孔中に爆薬を設置して
爆発させる方法の場合にも、前述の垂直孔Hの孔壁面が
壊れて大部分の垂直孔Hが却って陥没してしまうといっ
た事例が普通であり、実際には開口発破の効果がなかっ
たり、ごく僅かだったり、あるいは再生そのものを期待
することが難しいなど実効性がない。
【0007】従来の地中内に賦存している流体の流出通
路にある穿孔壁面の開口部を開放させるための地中の発
破方法と関連する技術としては、図1〜図3に示すよう
に別個の装置を用いず、単純に遅発雷管2および脚線3
が装填された爆薬1を爆薬束ね綱4によってリング5に
連結し、このリング5を牽引ロープ6のリングに連結し
て爆薬を牽引ロープ6によって地中の垂直孔H内に下降
させ、不純物質Iによって流体の流れ経路Pが塞がれて
いる岩盤切離帯の開口部付近の孔中(=穿孔された孔の
中心部)に設置した後、発破器で雷管2を起爆させて爆
薬1を爆発させる形態が通常行われている。
【0008】上述の爆発形態は孔中または水中および空
中からというように、外界に露出された状態から爆発さ
せる形態(例えば、空中爆発=虚空中の爆発)で行なわ
れるが、以下、これを「開放形の爆発形態」ともいう。
【0009】このような開放形の爆発形態による発破方
法は、垂直孔Hの孔中に爆薬を位置させて孔内から開放
された状態で爆発させる形態であるから、図2に示すよ
うに爆発力が孔中から分散されて空の空間での爆発力の
損失が多大であり、また爆発力の方向性がないので上下
・左右に均等に圧力が作用するようになって、岩盤の切
離帯の流体の流れ経路P上の塞がれているところまで圧
力が及ばず、実際には岩盤または地盤の切離および層離
に強力な圧力と衝撃を加えることができないので、開口
効果がないだけでなく、実質的に発破効果がないなど、
非常に微弱な現象に終わる。
【0010】また、図3に示すように、上記垂直孔Hの
孔内から爆発力が作用する圧力分布の範囲が広範であ
り、穿孔された垂直孔Hの孔壁に広範囲の外力を加える
ようになるので、孔壁面が窪んだり壊れたりして孔壁の
変形を来たし、穿孔された垂直孔Hが全く陥没してしま
ったり閉孔されたりして、流体の流出通路の再生そのも
のを期待することが難しくなるので、開口発破の実効性
がない在来の初歩的な技術に過ぎないというのが実情で
ある。
【0011】即ち、上述のような開放形の爆発形態は、
垂直孔Hの孔中に爆薬を位置させて爆発させるので、爆
発力は爆薬周辺の孔の上・下部のあいているところに分
散され、爆発時に作用する圧力が広範囲に分布して作用
することによって、爆発圧力の損失が多大となり、実際
に必要とする点に爆発力を集中させることが困難であっ
た。
【0012】また、地中内の流体の流出通路上の塞がれ
ているところまで爆発時の圧力が集中するように影響を
及ばなければならないが、この爆発時の爆発力が瞬間に
均等な圧力で分散され(開放形の爆発形態であるの
で)、圧力が作用する持続時間も短くなり、所要の圧力
が届かないことで流体の流れを遮断している不純物質I
を押し出すことができず、塞がれている流出通路が開放
されず、却って孔壁が崩壊したり、毀損されて開口発破
の効果が非常に少ないという問題点がある。
【0013】また、単純に上記垂直孔H内の地中内に爆
発装置を1回挿入し、1回爆発させる1回の発破効果に
制限されざるを得ず、特に上記垂直孔H内の地下水が障
害物として作用するようになるので、開口部を拡開させ
る発破効果が減少するだけでなく、前記垂直孔Hから地
中内の発破位置に下降させる際、爆薬の比重が1.1〜
1.3程度と水より若干高いので浮力を受けながら下降
させることによつて装填される時間が長くなり、作業速
度が遅くなって施工効率が低下するという大きな問題点
がある。
【0014】また、水圧等の影響による爆発の安定性の
危険要素(不爆・半爆および事故等)があり、外界に露
出された状態の爆薬装填の形態には成形爆薬等の爆発効
果の応用が困難であり、またこの爆薬を発破させる位置
まで下降させる途中で垂直孔Hの孔壁面と衝突する等、
取扱い上の安全性の問題点が常に存する。
【0015】本発明者は上述のような従来の技術上の問
題点を解決するために、爆薬の爆発時に爆発力の方向性
・集中性・持続性・孔壁の保護等の爆発の効果と力の作
用原理を考慮した閉鎖形の爆発形態、即ち外界と閉鎖・
遮断された状態の限定された空間において閉じている爆
発(例えば、小銃の弾丸が薬室内から雷管の爆発によっ
て内部の鋼線に沿って発射される爆発)形態を有するよ
うに、成形爆薬の爆発効果と力の作用原理を応用した地
中に水平孔を形成および/または拡張させるための爆発
放射器を新たに創案するものである。
【0016】本願発明の爆発放射器はその構造におい
て、所定の断面の金属製の本体と、この本体の中央部か
ら側方に向けて装薬室を形成し、この装薬室内に成形爆
薬および遅発雷管を装着させて、爆発時に水平方向に爆
発力が集中作用するようにする内部構造の形態を具備す
る。
【0017】また、爆発力の作用方向を水平方向に転換
させる爆発放射器を利用して、地中内の孔内から流体が
流出する開口部に位置させて1回〜数回にわたって連続
的に爆発させて集中的・反復的に開口部の流出口を開放
または拡開させることによって、水・石油あるいはガス
等をより大量に採取できるようにする特別な爆発補助器
具、即ち爆発放射器による機能と成形爆薬の爆発効果を
結合させて地中に水平孔を形成および/または開口部を
拡開させる発破方法を提案するものである。
【0018】以下、本願発明の明細書で用いている「開
口部」という用語は、穿孔された垂直孔H内の岩盤の切
離帯または層離に形成されている割れている隙間(裂け
目)や、流体が流出する孔を意味するものとして理解す
ることが望ましい。
【0019】また、「爆発放射器」は、中央部から水平
の側方に向けて装薬室が形成され、この装薬室を囲繞す
る金属製の本体と、この装薬室内に成形爆薬を装填させ
た発破装置として、穿孔された垂直孔Hの内部に挿入し
て孔内の所定の位置に位置させて爆発させることによっ
て、爆発時の爆発圧力を水平の側方向に転換させること
ができる爆発装置を意味するものとして、別名「地中の
大砲」と言うことができる。
【0020】「成形爆薬(shaped charge )」は破壊さ
れる部分の領域が小さくなるようにするために使用され
る爆薬であり、例えば爆薬の両端部の形状が中央部に向
かって円錐形に窪むように成形し、ノイマン効果によっ
て爆薬の爆発力が中央部に集中するようにして集中効果
を図った爆薬等を意味しており、必要に応じ円錐形の金
属製のライナー等を具備して強力な集中破壊力を発揮さ
せることもできる。
【0021】「閉圧遮断管」は、爆発放射器の本体の装
薬室から吐出される爆発圧力を所定の方向に作用させる
ために、爆発放射器の本体の挿入溝内に装填され、突出
させて孔壁面に密着させることで、外部の周辺の空間部
と遮断してその内部の空間部に爆発時の爆発力を閉じ込
めて爆発力を集中させるようにする管を意味しており、
「放射口」は爆薬の爆発時の爆発圧力を吐き出す本体の
中央部に形成された装薬室の吐出口を意味する。
【0022】「開口発破」というのは、岩盤の塞がれて
いる孔または水脈を開く特殊な発破の一種を意味してお
り、「開口圧力」は不純物質によって流体の流れ経路上
の塞がれている位置まで爆発力が作用して、その塞がれ
ている通路を開く力を指す。
【0023】「ノイマン効果」は、別名「モンロー効
果」とも言い、爆薬爆発時の爆発力が中央部に集中する
効果を意味しており、爆薬に円錐または半球形の凹形の
金属製のライナーを入れた爆薬を爆発させると、ライナ
ーの崩壊とともに金属微粒子が放出されてジェットを形
成し、このジェットが目標物に衝突して中央部に深い穿
孔を作り出す現象であり、特殊な穿孔作業に応用され
る。
【0024】
【発明が解決しょうとする課題】本願発明の目的は、地
中内から爆発力を作用させる範囲を集中させるために、
外界と閉鎖・遮断された限定された装薬室の空間内から
閉鎖形の爆発を誘導して爆発時の圧力が垂直の穿孔の孔
と直角の方向、即ち水平の方向に作用するように方向性
と集中性を備えることによって、穿孔の壁面の崩壊を防
止しながら安定的な開口部の拡開発破が可能であるばか
りではなく、施工の効率性および安全性を増大させるこ
とができる地中に水平孔を形成するための爆発放射器と
その組立体およびそれを利用した発破方法を提供するこ
とにある。
【0025】本願発明の他の目的は、地下水孔・温泉水
孔・天然ガスまたは石油試錐孔や地熱採取のための管井
等の既存の管井からの長期間の流体を採取の過程におい
て、流出する流体量が減少したり、通路が塞がれて枯渇
した場合、あるいは穿孔の効果が行き渡らなかったり到
達しない場合に、その穿孔の孔を活用して、別途、再び
穿孔しなくても、既存の密閉された流体の通路を開いて
流出量を増加させることによって管井を再生させること
ができる経済性に優れた地中に水平孔を形成するための
爆発放射器とその組立体およびそれを利用した発破方法
を提供することにある。
【0026】本願発明のさらに他の目的は、地下水孔・
温泉水孔・天然ガスおよび石油試錐孔や地熱採取のため
の管井等の新たな試錐孔を開発する場合に、穿孔の効果
が行き渡らなかったり到達しない場合に、賦存された位
置から爆発力が水平に作用する方向性と反復的な再発破
の形態によって、採掘方式が一点の採掘形式ではない放
射状の領域の採掘形式で行なわれることによって、流体
の採掘される確率を向上させることができる地中に水平
孔を形成するための爆発放射器とその組立体およびそれ
を利用した発破方法を提供することにある。
【0027】本願発明のさらに他の目的は、地下水の採
取・石油またはガスの採掘や地熱を採取するために地盤
を無分別に穿孔することによる環境の汚染を最小に抑
え、またできるだけ穿孔の乱発を抑制する環境を考慮し
た地中に水平孔を形成するための爆発放射器とその組立
体およびそれを利用した発破方法を提供することにあ
る。
【0028】
【課題を解決するための手段および発明の実施の形態】
本願発明の地中に水平孔を形成するた
めの爆発放射器の技術的な構成を添付の図面によって説
明する。
【0029】本願発明の爆発放射器は図4〜図7に示す
ように、中央部の所定の位置に装薬室11が形成され、
前記装薬室の吐出口13が側方に向いている金属製の本
体10と、前記本体10の装薬室11内に装着される遅
発雷管23および成形爆薬20と、前記本体10を牽引
ロープに連結する連結部12とから構成され、装薬室内
に装着された成形爆薬20の爆発力が装薬室11を通じ
て水平方向に集中して作用するようにしたことを特徴と
する。
【0030】また、前記本体10の中央部に形成された
装薬室11は、図4〜図7に示すように、前記本体の中
央部を貫通する貫通孔11aで形成され、これと異なり
図8および図9に示すように、前記本体の一側が塞が
れ、他側が開放される溝(非貫通孔)11bで形成され
たことを特徴とする。
【0031】また、図12〜図15に示すように、前記
本体10に装薬室11と同心の関係で、より径の大きい
管形の挿入溝14を形成し、その挿入溝14に遅発雷管
31,32が装填された推進用装薬30と、前記挿入溝
14を塞ぐプラスチック製等の閉圧遮断管40を順番に
装着した構成を有することを特徴とする。
【0032】また、前記成形爆薬20の端部に、さらに
金属製のライナー22が取り付けられた構成を有するこ
とを特徴とする。
【0033】また、図17に示すように、多段階の爆発
が可能となるように中央部の所定位置に装薬室11が形
成され、前記装薬室の吐出口13が側方に向いている多
数の金属製の本体10,10,……と、前記の多数の本
体10,10,……のそれぞれの装薬室11内に装着さ
れる遅発雷管23および成形爆薬20と、前記多数の本
体10,10,……を所定の間隔に連結する連結チェー
ン50等の連結材とから構成された爆発放射器の組立体
を提供することを特徴とする。
【0034】前記のような本願発明の爆発放射器を利用
して地中に水平孔を形成する発破方法は、図18〜図2
2に示すように、前記爆発放射器の本体10の中央部に
側方に向かって形成される装薬室11内に脚線24、遅
発雷管23および成形爆薬20を装填する装填段階と、
【0035】前記の成形爆薬20が装填された爆発放射
器の本体10の連結部(連結輪)12と牽引装置W1
牽引ロープ70との間に、連結チェーン50を連結して
牽引装置W1 の駆動によって垂直孔Hの上方に爆発放射
器を掛ける懸垂段階と、
【0036】前記牽引ロープに掛けた爆発放射器を下降
させて垂直孔H内に挿入する直前に、本体10の外部に
引き出された脚線と地上に設置された巻取器W2 に巻か
れている発破母線60を連結する連結段階と、
【0037】前記本体の外部に引き出された脚線に連結
された発破母線と爆発放射器を一緒に垂直孔Hの地中内
の下部に挿入して、流体が流出する開口部の位置に下降
させる下降段階と、
【0038】前記垂直孔Hの地中内の開口部に位置する
爆発放射器の成形爆薬20を爆発させて、爆発力が装薬
室11を通じて側方に垂直孔Hの孔壁面上の開口部の方
向に集中するように作用させる発破段階と、
【0039】発破された爆発放射器の本体10を牽引装
置Wで引き上げて回収する回収段階とからなることを特
徴とする。
【0040】また、本願発明の地中に水平孔を形成する
発破方法は、前記発破段階において、まず爆発放射器の
装薬室11と同心状にあり、より大きい径の管形の挿入
溝14に装填された遅発雷管および推進用装薬30を一
次爆発させて、推進用装薬填塞しているプラスチック製
等の閉圧遮断管40を地中内の垂直孔Hの壁面に近接密
着させて、外界と遮断させた後、装薬室11内に装填さ
れた成形爆薬20を二次爆発させる段階をさらに有する
ことを特徴とする。
【0041】また、前記発破段階において、垂直孔Hの
地中内に挿入された複数個の爆発放射器の組立体を使用
して爆発させる場合には、最下端部に設置される爆発放
射器から、順次、降ろしながら同一の位置または放射状
に数回にわたって爆発させることを特徴とする。
【0042】即ち、前記発破段階から連結チェーン50
で所定の間隔に連結されて地中内に設置された多数個の
爆発放射器は、それぞれ本体10の装薬室11の方向が
同じ方向に連結設置された爆発放射器を段階的に降ろし
ながら、所定の位置から反復的に爆発させて地中内の孔
壁上の開口部に爆発力を集中させるようにする。
【0043】また、前記発破段階において、連結チェー
ン50で所定の間隔に連結されて地中内に設置された多
数個の爆発放射器は、最下端部の爆発放射器から、順
次、本体10の装薬室11の方向が90°の角度で交差
するように連結設置された爆発放射器を段階的に降ろし
ながら放射状の方向に爆発させるようにする。
【0044】また、前記発破段階において、地上から遠
隔操作器によって遅発雷管を点火させて成形爆薬20を
発破させることを特徴とする。
【0045】上述のような特徴からなる本願発明の地中
に水平孔を形成するための爆発放射器の発破原理につい
て説明する。
【0046】垂直に穿孔された穿孔壁面に水平の補助孔
を穿つためには、孔壁面に直角な方向から爆発力が作用
するように力学的な力の方向を転換させることが必要で
ある。ところが、地下の数十m〜数千mの深部内から
は、穿孔機械と同様な機械的装置によっても直角方向へ
の効率的な力の方向転換は不可能である。
【0047】したがって、本願発明は小銃(または大
砲)の発射時に弾丸(または砲弾)が密閉された銃身
(または砲身)の内部の鋼線に沿って弾着の点である点
標的に向かって方向性を持って飛び出す場合のように、
地中内から孔壁に直角方向の破壊力が作用するようにし
たものであり、爆薬の爆発力を水平方向に転換可能とす
るために所定の断面形態を持つ強度の大きい金属製の本
体の内部中央部に側方に向けて装薬室を形成し、その装
薬室内に成形爆薬を装着して爆発させることにより、閉
鎖された状態での爆発形態を持たせ、爆発力が方向性を
持って側方に集中して吐出されることによって、地中内
の穿孔の壁面から水平孔を形成および/または拡張する
原理を利用したものである。
【0048】併せて、必要な孔壁の部位に集中的な圧力
を加えることができるように成形爆薬による爆発効果、
即ちノイマン効果による爆発効果(戦車の鉄甲を穿つ対
戦車用の高爆弾から応用される技術である)を利用して
爆発力を中央部に集中させ、また成形爆薬の爆発時に瞬
間的でも爆発力の隔壁の役割をするように爆発放射器の
本体から孔壁に密着するようにした閉圧遮断管の構成を
追加して、爆発圧力が漏出することなく、所定の方向に
所定の時間、強力な集中的な爆発力が作用するようにし
たものである。
【0049】即ち、本願発明は穿孔・試錐された穿孔の
垂直孔H内の地中内から流体が流出する点(位置)また
は流出する確率の高い点に、本願発明の本体の中央部の
装薬室内に成形爆薬が装填された爆発放射器を位置させ
て、爆発時に発生する爆発エネルギーを穿孔の方向に直
角な横圧力に転換し、その横圧力を孔壁面に作用させて
地中の水平孔を形成させる優秀な技術であるということ
ができる。
【0050】本願発明は前記のような発破原理により、
地下水孔・温泉水孔・天然ガスおよび石油試錐孔等の新
たな試錐孔の開発時に、穿孔の効果が行き渡らない場合
や届かない場合、既存の地下水孔・温泉水孔・天然ガス
および石油試錐孔から長期間に渡る流体の採取経過にお
いて、流出する流体量が減少したり、流体の通路が塞が
れて枯渇した場合に有効に適用させることができる。
【0051】また、本願発明は地表の下にある地中内の
地熱帯に貯蔵された熱エネルギー(地熱)を管井を通じ
て採取して電力を生産する地熱発電や暖房のための地熱
の採取時に、上記地熱帯に形成されている岩盤の隙間
(亀裂)に爆発力を加え、その隙間を拡大させて結果的
に岩盤を揺らす状態になることによって円滑に地熱を採
取する地熱帯の管井においても適用することができるこ
とを述べておく。
【0052】本願発明の主要構成について、図面を参考
として具体的に説明する。
【0053】上述の本体10は図4に示すように、その
左右の断面部の中央部に側方に向かって装薬室11の機
能を有する所定の直径の貫通孔11aが形成され、その
上・下端部に連結輪12を具備することで牽引ロープに
よる牽引を可能とし、装薬および装填速度を倍加するた
めに強度の大きな金属製で所定の断面形態、望ましくは
卵形の構造を有し、また装薬室11が形成された本体1
0の中央部の左右の断面部が垂直孔Hの壁面上に近接す
る突出部の形態を持つように、工場製品として一体に製
作される。
【0054】図5に示すように、上述の本体10の形態
が卵形に形成される理由は、後に垂直孔H内に挿入する
際、重心を維持しつつ端部を丸い形状として孔壁面と接
触する面積を少なくして衝突を減少させ、また穿孔され
た垂直孔H内で上下・左右に移動する際、流体(例え
ば、垂直孔H内の地下水)との摩擦抵抗を小さくして地
下水から受ける浮力に抗して、本体が垂直孔H内で迅速
に下降できるようにするためである。
【0055】勿論、上記本体の断面形態として、円筒形
・円錐形・角形または八角形等の各種の形態への変形も
可能であるが、これらは設計的な変更に過ぎず、上述の
ように卵形にするのが最も望ましい。
【0056】一方、上記本体10そのものが強度の大き
な金属材質で所定の断面形態を有する理由は、後に成形
爆薬20が装薬室11内に装填されて爆発する際に、装
薬室を囲繞している本体10が爆発力に耐えて破壊され
ないようにするためであり、また開口発破が完了した後
に、本体10を回収して再活用するこができるようにす
るためである。
【0057】また、上記本体の中央部に装薬室11を側
方に向けて形成した左右の断面部が垂直孔Hの壁面上に
近接する突出部の形態を有する理由は、後に前記装薬室
11内に装填される成形爆薬の爆発力が孔壁面と近い距
離から作用するようにし、また、前記装薬室11を通じ
て孔壁に投射される爆発力の作用範囲を最小限の範囲に
限定し、即ち爆発力が作用する範囲を小さくすることに
よって爆発力の集中を図るためである。
【0058】一方、上記本体10の幅は穿孔された垂直
孔Hの大きさにより定まるものであり、およそ垂直孔H
の直径の80〜90%の大きさに形成されるが、これは
地中に垂直に穿孔・試錐される穿孔の直径より小さいこ
とで、垂直孔H内に本体の挿入が容易に行なわれるため
である。
【0059】例えば、通常、地下水・油またはガスや地
熱を採取するために穿孔される孔の直径は100〜20
00mmであるので、上記本体の幅は垂直孔H内への挿
入が容易であるようにこれより小さい80〜1800m
mの範囲の幅を有するように製作され、また上記本体1
0の重量は50〜500kgの範囲(穿孔の大きさ毎
に、爆発放射器の大きさも多樣に製作される)を持ち、
装薬室11の直径はφ50〜250mmとすることが望
ましい。
【0060】上記装薬室11は本体の中央部を側方に向
かって(横方向に)貫通する貫通孔11aで形成され、
その内部の空間部が後に装着される遅発雷管23および
成形爆薬20を装填する一種の薬室(chamber )の役割
をするものであり、上記装薬室に爆薬が装填された後、
その両側に開放された吐出口13は装填された成形爆薬
の爆発力を誘導する役割をする。したがって、上記装薬
室内の閉鎖された状態からの爆発が可能であるため、爆
発力が方向性をもって水平の側方に吐出され、爆発力の
集中が可能となる。
【0061】上記連結輪12は本体の上・下端部からそ
れぞれ本体10と一体に設けられるが、この連結輪12
は本体の外部に溶着させてこの連結輪12に連結チェー
ン50を通すこともできるし、図示していないが上記本
体10の上半部または下半部の端部付近に水平に貫通す
る連結孔を穿孔し(このときは本体の重量が軽くな
る)、その連結孔を貫通させて通すようにすることもで
きる。
【0062】一方、図5および図6に示すように、上記
本体10の上半部の表面の所定位置から装薬室11の中
心に通ずる挿入孔15を形成し、この挿入孔を通じて脚
線24を装薬室11内に引き込んで遅発雷管23に連結
し、成形爆薬20に装着させることが可能である。な
お、この脚線24は装薬室11の側方を通じて設置する
こともできる。
【0063】即ち、上記脚線24の一端が上記遅発雷管
23と連結されて成形爆薬20とともに装薬室11内の
中央部に装填され、他端は上記挿入孔15の外部に引き
出されて、後に垂直孔H内に本体を挿入する直前に発破
母線に連結される。
【0064】一方、図示していないが、前記連結輪が形
成された本体10の部分に、冷媒装置を設置して本体の
温度の上昇を防止することもできるが、これは後に成形
爆薬および雷管が装填された本体10を垂直孔H内の地
中内に奥深く下降させる際、地熱による温度の上昇によ
って発破装置に影響が及ぶことを防止するためである。
【0065】即ち、地中内の岩盤に孔を穿孔し、爆薬を
破裂させて亀裂を発生させる過程で、地下1kmあたり
30°ずつ上昇するので、地下の熱によって爆薬が目標
地点まで下降する途中で爆発する場合もあるためであ
る。
【0066】上記成形爆薬20は、上記図5および図6
に示すように、その左右の端部の断面形態が中央部に向
かって窪んだ円錐形の溝21を有する爆薬として成形
し、爆発時にガス化する際の効率の維持および破壊力の
確保を考慮して最小の有効エネルギーとして作用させる
ことができるようにし、限定された装薬室の空間内から
放射器の本体に損傷が生じさせない程度の破壊力を持た
せなければならないので、その装薬量は0.1〜1kg
の範囲であることが望ましい。
【0067】このような装薬量の範囲を有する理由は、
上記装薬室に装填される成形爆薬の装薬量が0.1kg
より小さいと、爆発力の強度とガス圧が基準値に達せ
ず、拡開発破の効果が期待以下に減少される問題があ
り、1kg以上である場合には爆発放射器の本体が破壊
されたり、孔壁が破壊されてしまう問題があるためであ
る。
【0068】ここで、上記成形爆薬の左右の端部に中央
部に向かって窪む円錐形の溝21が形成される理由は、
爆薬の爆発時にノイマン効果による力のベクトルの合力
によって円錐形の溝の中心に爆発力が強力に集中するよ
うにするためである。
【0069】即ち、このノイマン効果を応用した技術で
ある戦車の甲板を穿つ対戦車用の高爆弾の場合(鉄板の
35cmまで貫通)と同樣に、図6および図7に示すよ
うに、地中内から水平の漏斗状の孔(爆薬の爆発によっ
て形成された円錐形の孔)を形成しながら、爆発力(開
口圧力)が岩盤または岩盤の切離帯内に強力に作用して
持続的に奥深く浸透(影響圏:数十m)することが可能
となり、不純物質Iを押し出して、塞がれていた流出通
路Pを開放し、また爆発力が流体が流出する孔壁の流出
口の表面を拡開させて地中内から水平孔を形成させるこ
とによって流体の流れを円滑にすることができる。
【0070】一方、上記のことから、上述のように単純
に円錐形の溝21が形成された成形爆薬20の爆発の際
に、ノイマン効果による破壊力を集中させて所定の発破
効果を期待することもできるが、より一層望ましくは図
4〜図6に示すように、上記成形爆薬20の左右端部の
円錐形の溝21に漏斗形状の金属製ライナー22を追加
的に装着して強力な破壊力の集中を図ることもできる。
このライナーの形態は通常は円錐形態とし、材質は鋼ま
たは銅等で厚さは約1mm程度に製作される。
【0071】一方、装填される上記遅発雷管23はMS
遅発雷管またはLP遅発雷管等を使用しており、この遅
発雷管に連結されて挿入孔15の外部に引き出される脚
線24と挿入孔15との間には隙間が生ずるが、上記本
体10が垂直孔H内に挿入される際、この隙間に地下水
等が侵入して遅発雷管の起爆時に不発とならないよう、
前記脚線24と挿入孔15との隙間をシーリング材で満
たして密閉する。
【0072】また、上記成形爆薬20の本体10の装薬
室への装填が完了したら、両端の吐出口13の端顎部に
それぞれガラス製またはプラスチック製のカバー25を
接着剤で接着して密閉させる。これは装填された上記成
形爆薬20に対する水圧の影響を最小化するためであ
る。
【0073】一方、上記本体10の中央部に形成される
装薬室11は、図4に示すような両側に貫通した貫通孔
11aではなく、図8および図9に示すように、一側が
閉塞し他他側は開口した溝11b(非貫通孔)であって
もよい。
【0074】この場合には爆発時に閉塞されている側に
衝撃が加わり本体が破壊されることを防止するため、閉
塞部分での厚さは本体10の強度と装薬の爆発強度を考
慮して定める。
【0075】また、図8および図9に示した溝11bと
は異なり、図10および図11に示すように、本体10
の中心に隔壁18を形成してこの隔壁を基準として対称
に溝11cが形成された形態とすることもでき、その場
合、望ましくは放射状に90°の角度ずつずらして、各
溝11cを形成することができる。
【0076】この場合も、本体の中央部の隔壁18は破
壊されない程度の厚さに形成され、本体10の強度と装
薬の爆発強度を考慮してその厚さを定める。
【0077】これらの溝11b,11cも、図4に示し
た貫通孔11aのように、遅発雷管23および成形爆薬
20を装填する一種の薬室(chamber )の役割を有し、
上記爆薬が装填された端部の吐出口13は、装填された
成形爆薬の爆発力が吐出されるように誘導する吐出口の
役割を有する。
【0078】したがって、溝11b,11cに装填され
た遅発雷管23および成形爆薬20も閉鎖された状態か
らの爆発が可能であるので、爆発力が方向性を持って水
平方向に吐出されて爆発力の集中が可能である。
【0079】一方、上記装薬室11の吐出口13が側方
に形成されることにおいては、水平方向に180°の直
線状に形成されるのが最も望ましいが、吐出口13を直
線状でなく一定の範囲の角度で折れ曲がった形に形成す
ることも可能であり、このような変形は本願発明の技術
的範囲に属するものである。
【0080】穿孔・試錐された垂直孔H内の地中内にお
いて、流体が流出する孔壁の開口部または流出する確率
の高い孔壁の地点に吐出口13を位置させて、上記成形
爆薬20を爆発させると、その爆発力(開口圧力)が方
向性と集中性を持つので、岩盤または岩盤の切離帯内に
強力に作用する。
【0081】前述のように爆発力が方向性と集中性を持
って作用するので、流出口の流出通路Pを塞いでいる不
純物質Iを押し出して開放し、また爆発力が孔壁の流出
口の表面を拡開させて地中内に水平孔を形成させること
によって、流体の流れを円滑にすることができる。
【0082】一方、図12は、図4に示した本体の変形
を図示したものであり、本体10に装薬室11と同心状
に、より径の大きい管形の挿入溝14が追加的に形成さ
れており、挿入溝14の底部から遅発雷管31,32を
装填した円形の推進用装薬30とプラスチック製等の閉
圧遮断管40を順番に装填するようにした本体の構造を
示している。
【0083】また、図13は、挿入溝14の底部から本
体10の上半部の方の表面に貫通する挿入孔16,17
が形成され、後にこの挿入孔16,17を通じて遅発雷
管31、32および発破母線に連結される脚線33,3
4が挿入溝14の底部に位置する推進用装薬30に装填
された構造を示している。
【0084】このような構造は、図5に示した本体10
の構造の変形形態であり、これは推進用装薬30の一次
爆発後、成形爆薬20が二次爆発し、その爆発形態が2
段階に行なわれる本体の構造を持つ。
【0085】上記推進用装薬30は、挿入溝14の底部
から雷管31,32と一緒に装填されて、一次爆発して
プラスチック製等の閉圧遮断管40を孔壁面に向けて押
し出すための装薬であり、上記図12のように円形の形
態に図示されているが、単位装薬を所定の間隔に配置
し、これらの単位装薬を導爆線で巻いて挟み(図示せ
ず)起爆させてもよい。
【0086】その装薬量はおよそ10〜30gの範囲で
あるが、その装薬量は爆発後に閉圧遮断管40を押し出
して孔壁面に接触させて密着する程度の装薬量で足りる
ので小量装填される。
【0087】上記閉圧遮断管40は、上記図13および
図14に示したように、プラスチック製等の管形状に製
作されて挿入溝14の底部に装填された推進用装薬30
を填塞しながら挿入溝14内に挟み込まれるもので、推
進用装薬30の爆発によって挿入溝14から突出して孔
壁に密着させられることによって、本体10と孔壁面と
の間の空間部をその上・下の空間部と分離させて、独立
した密閉空間部Sを形成する部材である。
【0088】この閉圧遮断管40は、成形爆薬20の爆
発時に吐出口13から吐出される爆発力が孔の上・下に
開いているところ(即ち、閉圧遮断管の外部)に漏出し
ないように瞬間的であっても爆発力を閉じ込めておく隔
壁の機能を果たすので、爆発力が密閉空間部S内から岩
盤切離帯または層離の方向に爆発圧力を集中させ、持続
的な作用が可能であり、また水圧遮断の機能と安全爆発
が行なわれるようにする機能を持つ。
【0089】上記図14に示すように、この閉圧遮断管
40は本体10と孔壁との間に密閉空間部Sを形成する
ことにおいて、上記挿入溝14から抜けないように適切
な大きさに製作され、後に成形爆薬20の爆発時に流体
が流出する孔壁の開口部を拡開させる過程で、上記密閉
空間部S内からの爆発圧力が最大の圧力に到達すると、
このプラスチック等からなる閉圧遮断管40は壊れて散
らばる。
【0090】図15に示すように、爆発作用が完了する
と、流体が流出する地中内の孔壁面の開口部に漏斗状の
孔を形成しながら、この開口部を集中的に拡開させて水
平の拡開孔が形成され、流体の流れを円滑にすることが
できる。
【0091】このような構造は、前述の図4に図示した
ものに比べ、外界と遮断された状態で爆発する形態によ
り成形爆薬の爆発力が分散されず、より一層岩盤切離帯
の流体の流出通路Pの方向に集中することにより、また
持続的に作用することにより流出通路内の奥深く開口圧
力が作用しながら不純物質Iを押し出して、より一層の
効果的な開口発破が可能となる。
【0092】また、上記図12〜図15に示した装薬室
11の変形実施形態として、図16に示すように、前記
本体10の中心に形成された隔壁18を基準として対称
に溝11cを形成することもできる。
【0093】一方、前述の連結チェーン50は、本体1
0と本体10との間の連結や、本体10と牽引装置W1
の牽引ロープ70の連結に用いられるものであり、本体
10どうしの上・下端が移動時に絡まないように連結す
る所定の長さのチェーン輪51の構造からなるもので、
本体10の上・下端部に形成された連結輪12や牽引ロ
ープ70の端部に連結される。
【0094】一方、発破母線60は、地上の巻取器W2
に巻取られている状態から、成形爆薬20が装填された
本体10が垂直孔H内に挿入される直前に、本体10の
外部に引き出された脚線24にそれぞれ連結されるもの
で、爆発放射器の連結チェーンのチェーン輪51内に通
して、爆発放射器と一緒に垂直孔H内の地中内に引き込
まれるとき巻取器W2 から解かれ(巻き出され)、上記
本体10が地中内の管井内の所定の位置にセッティング
されると、巻取器W2 に巻取られていた発破母線60の
末端が発破器に連結される。
【0095】本願発明の地中に水平孔を形成するための
爆発放射器の第1実施形態について説明する。
【0096】この第1実施形態は、その本体10の構造
を図4に示すように、単純に前記本体の中央部に貫通孔
11aが形成され、前記本体の上・下の両端部に連結輪
12が一体に固定された構造であって、その貫通孔11
a内に遅発雷管23および金属製のライナー22が装着
された成形爆薬20を装填し、脚線24は発破母線60
に連結され、発破母線は発破器に連結されて爆発する実
施形態である。
【0097】上記脚線24の一端は本体の上半部の挿入
孔15を通じて貫通孔11a内に引き出され、貫通孔1
1aの外部で遅発雷管23に連結されて、成形爆薬20
とともに貫通孔11a内の中央部に装填され、他端は地
上で発破母線60に連結されるが、この発破母線60は
爆発放射器とともに地中内の管井内に引き込まれながら
巻取器W2 から解かれる。その他の構造は上述のものと
同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【0098】この実施形態は、1段階の爆発形態で行な
われるもので、単純に上記成形爆薬20の爆発力が装薬
室のある貫通孔11aの両端部に付着させたカバー25
を壊し、穿孔の垂直方向と直角の水平方向に爆発力が集
中的に吐出される実施形態である。
【0099】上述のような第1実施形態の変形例とし
て、図8および図9に示すように、装薬室11の構造が
溝11bで形成される形態として、一側が閉塞され、他
側が開口した溝11bの形態や、図10および図11に
示すように、本体10の中心に隔壁18を形成してこの
隔壁を基準として対称に溝11cが形成される形態、ま
たは放射状に、望ましくには90°の角度でずらして溝
11cが形成される形態のものも使用することができ
る。
【0100】本願発明の第2実施形態について説明す
る。
【0101】この第2実施形態は、本体10の構造が若
干変形された形態であって、本体10内に単純に装薬室
11である貫通孔11aまたは溝11cのみが形成され
た第1実施形態と異なり、図12に示すように、本体1
0に追加的に装薬室11と同心状でより径の大きい管形
の挿入溝14が、貫通孔11aを中心として左右の側に
対称に形成され、この挿入溝14には前述の図13に示
したように、遅発雷管31,32を装填した円形の推進
用装薬30とプラスチックなどからなる閉圧遮断管40
を順番に装着した実施形態であり、他の構成は第1実施
形態の構成と同様である。
【0102】この第2実施形態は2段階の爆発形態で行
なわれるものであって、図14に示したように、挿入溝
14内の底部に装填された推進用の装薬30の一次爆発
によって閉圧遮断管40が地中内の孔壁面上に密着し、
本体10と孔壁面との間に密閉空間部Sを形成した後、
装薬室11内に装填された成形爆薬20が二次爆発する
実施形態である。
【0103】この第2実施形態は一次爆発によって上記
閉圧遮断管40が孔壁面に密着することによって、成形
爆薬20の爆発力が外界に漏出しないようにしながら側
方に爆発力が放射される点で相違する。したがって、前
記の第1実施形態に比べ、開口発破においてより一層の
効果的な発破ということができる。
【0104】一方、装薬室11の変形例として、前述の
図16に示したように、本体10の中心に形成された隔
壁18を基準として対称に溝11cを形成することもで
きる。
【0105】これらの第1実施形態および第2実施形態
において、それぞれ漏斗形状の金属製のライナー22を
追加的に具備する成形爆薬20を装着して爆発させる形
態では、地中内で垂直孔Hの孔壁面の開口部を強力に打
撃して地中に水平孔を形成させることができることは勿
論である。
【0106】一方、本願発明の爆発放射器を多数個連結
する形態として、図17に示すように、連結チェーン5
0によって所定の間隔に多数個の本体10を連結して設
置した多段階の爆発が可能な爆発放射器の組立体につい
ての実施形態であって、順次、次の段階の爆発放射器を
地中内の水平孔の形成が要請される地点の開口部に位置
させて反復的に爆発させることができるようにした形態
により、より一層の大きな発破効果を得ることができ
る。
【0107】上述の多数個の爆発放射器を使用する形態
は二つの形態に分類されるが、一番目は上記連結チェー
ン50により所定の間隔で多数個連結して設置した爆発
放射器を、それぞれ前記本体10の装薬室11の方向が
同一の方向になるように設置した第3実施形態である。
【0108】このような第3実施形態は、地中内から孔
壁上の同一の位置で反復的に爆発させるのに使用する実
施形態であって、流体が流出する通路が確実に確認され
た場合に使用される。
【0109】第二は、連結チェーン50で所定の間隔に
多数個を連結して設置した爆発放射器について、最下端
部の爆発放射器から、順次、本体10の装薬室11の方
向が90°の角度で交差するように設置した第4実施形
態である。
【0110】このような第4実施形態は、地中内から放
射状に孔壁を爆発させる実施形態であって、流体が流出
する通路が不確実な場合に流体の流出する確率を大きく
するために使用される。
【0111】即ち、これらの第3実施形態および第4実
施形態において、成形爆薬20に装填される遅発雷管2
3から本体の外部に引き出された脚線24と、後述の推
進用装薬30に装填される遅発雷管31,32から引き
出された脚線33、34が、爆発放射器が垂直孔H内の
地中内に挿入される前に地上で巻取器W2 から解かれて
発破母線60に連結されるが、それぞれの爆発放射器ご
とに取り付けられる脚線は、それぞれの発破母線(爆発
放射器ごとに、別の発破母線が連結される)に連結され
て垂直孔H内の下方に挿入される。
【0112】このとき、発破母線60が成形爆薬20が
装填される装薬室11と交錯しないように、装薬室11
の方向と90°の角度で本体10の外側の位置から連結
チェーン50のチェーン輪51内を通して延ばすことが
望ましい。
【0113】これは装薬室11に吐出される爆発力によ
って影響を受けないようにしつつ、爆発放射器に連結さ
れる発破母線60が絡んだり短線して不発がないように
するためである。
【0114】一方、上記のことから、連結チェーンによ
る所定の間隔、即ち隣接する上・下の爆発放射器の間隔
は順爆(感応爆発)を考慮した距離であればよいが、望
ましくは最小1mの間隔をおくようにする。
【0115】上記のように構成される本願発明の爆発放
射器(地中の大砲)による開口発破は、爆発力の方向性
および持続性と、ノイマン効果による爆発圧力の集中性
により、爆発時に爆発力の投射範囲が穿孔の壁面の限定
された範囲内に集中的に作用し、地中内から水平の漏斗
状の孔を形成させながら孔壁の崩壊・陥没を最小化し、
その爆発力によって開口部内に奥深く開口圧力が作用し
て、流出通路上の不純物質を押し出すようになる。
【0116】また、爆発と同時に開口部内に投射される
爆発ガスによって発生する泡(起泡)が開口部内に注入
された後に、塞がれていた流出通路を開放しながら抜け
出るが、そのとき流出通路内の流体を一緒に引き出すサ
イフォン効果の機能をし、流体の流出を円滑にすること
ができる。
【0117】このような爆発放射器の組立体は、連続施
工と反復使用のために多数個の上記本体10を所定の間
隔で必要な数(望ましくは10個未満)連結し、順次、
装填および牽引・設置し、数回にわたって反復して爆発
させることによって、岩盤切離帯からの流体の流出通路
に対する開口の確率を極大化させることは勿論のこと、
施工の効率を向上させたもので、これは別名「連発式の
地中大砲」であると要約して表現することができる。
【0118】上述のような構成からなる爆発放射器およ
びその組立体を利用して地中に水平孔を形成するための
発破方法について、図17〜図22を参照しながら説明
する。
【0119】本願発明の爆発放射器を利用して地中に水
平孔を形成する発破方法は、地中内から流体を採取する
管井内付近の地表面から爆発放射器の上記本体10の中
央部に側方に向けて形成された装薬室11内に脚線2
4、遅発雷管23および成形爆薬20を装填する装填段
階と、
【0120】上記成形爆薬20が装填された爆発放射器
の本体10の連結輪12と牽引装置W1 の牽引ロープ7
0との間に、連結チェーン50を連結して牽引装置W1
の駆動によって垂直孔Hの上方に爆発放射器を掛ける懸
垂段階と、
【0121】牽引ロープに掛けた爆発放射器を下降させ
て前記垂直孔H内への挿入の直前に、前記本体10の外
部に引き出された脚線と地上に設置された巻取器W2
巻かれている発破母線60を連結する連結段階と、
【0122】前記本体の外部に引き出された脚線に連結
した発破母線と爆発放射器を一緒に垂直孔Hの地中内の
下部に引き込んで、流体が流出する開口部の位置に下降
させる下降段階と、
【0123】前記垂直孔Hの地中内の開口部に位置させ
た爆発放射器の成形爆薬20を爆発させて、爆発力を装
薬室11を通じて垂直孔Hの孔壁面上の開口部の側方に
集中的に作用させる発破段階と、
【0124】発破された爆発放射器の本体10を牽引装
置W1 で引き上げて回収する回収段階とからなることを
特徴とする。
【0125】また、本願発明の爆発放射器を利用して地
中に水平孔を形成する発破方法は、前記発破段階におい
て、まず爆発放射器の装薬室11と同心状のより径の大
きい管形の挿入溝14に装填された遅発雷管および推進
用装薬30を一次爆発させ、推進用装薬を填塞している
プラスチックなどからなる閉圧遮断管40を地中内の穿
孔の孔壁面に近接密着させて外界と遮断した後、前記装
薬室11内に装填された成形爆薬20を二次爆発させる
段階をさらに有することを特徴とする。
【0126】また、前記発破段階において、垂直孔Hの
地中内に挿入された複数個の爆発放射器の組立体を使用
して爆発させる場合には、最下端部に設置される爆発放
射器から、順次、降ろして行き、同一の位置でまたは放
射状に数回にわたって爆発させることを特徴とする。
【0127】即ち、前記発破段階において、前記連結チ
ェーン50で所定の間隔に連結されて地中内に設置され
た多数個の爆発放射器は、それぞれ本体10の装薬室1
1の方向が同一の角度に連結設置された爆発放射器を、
段階的に降ろしながら所定の位置から反復的に爆発させ
て地中内の孔壁上の開口部に爆発力を集中させるように
する。
【0128】また、前記発破段階において、前記連結チ
ェーン50で所定の間隔に連結されて地中内に設置され
た多数個の爆発放射器は、最下端部の爆発放射器から、
順次、本体10の装薬室11の方向が90°角度で交差
するように連結設置された爆発放射器を、段階的に降ろ
しながら放射状に爆発させるようにする。
【0129】また、前記発破段階において、地上から遠
隔操作器によって遅発雷管を点火させて成形爆薬20を
発破させることを特徴とする。
【0130】以上のような構成からなる本願発明の爆発
放射器を利用して地中に水平孔を形成する発破施工の手
順について説明する。
【0131】まず、図17および図18に示したよう
に、工場で製作されて運搬された爆発放射器の本体10
を、台車またはキャリアC上のホルダーに設置して、そ
の爆発放射器の本体10の装薬室11の内部に遅発雷管
23、脚線24および成形爆薬20、また金属製のライ
ナー22を装填する。このとき、爆発放射器の本体10
の構造の形態によっては、推進用装薬30、閉圧遮断管
40、遅発雷管31,32、脚線33,34等を追加的
に装填する。
【0132】これらの装填方法は前記本体10の上半部
から装薬室11の中央部に貫通する挿入孔15に脚線2
4の一端を挿入して装薬室11から外部に引き出して遅
発雷管23に連結し、その遅発雷管を前記成形爆薬20
と一緒に装薬室11内の中央部に装填する。一方、脚線
24の他端は挿入孔15から本体10の外部に引き出
す。
【0133】同樣に前記本体10の上半部から挿入溝1
4内に貫通する挿入孔16,17に脚線33,34の一
端を挿入して挿入溝14の外部に引き出して遅発雷管3
1,32に連結し、その遅発雷管31,32を推進用装
薬30と一緒挿入溝14の底部に装填し、前記閉圧遮断
管40で閉塞する。一方、脚線33,34の他端は挿入
孔16,17から本体の外部に引き出す。
【0134】上述のように爆薬が装填された後、本体の
挿入孔から引き出した前記脚線24,33,34と挿入
孔15,16,17との間の隙間にシーリング材を充填
して密閉し、前記装薬室11の両端部の本体の端顎部に
接着剤でカバー25を接着することによってすべての装
填が完了する。
【0135】上述のように、爆発放射器の本体に爆薬装
填が完了した後、図18に示すように、前記台車または
キャリアCを利用して管井の位置に爆発放射器を移動さ
せて、牽引装置W1 の牽引ロープの連結輪に爆発放射器
の上端の連結輪を掛けて懸垂させる。
【0136】一番目の爆発放射器を懸垂させた後、その
次の爆発放射器を管井の位置に移動させて連結チェーン
であるチェーン輪を上側の爆発放射器の下端の連結輪に
連結し、連結されたチェーン輪の下端の連結輪に下側の
爆発放射器の上端の連結輪を連結して懸垂させる。
【0137】上述のように、前記牽引装置W1 の牽引ロ
ープと爆発放射器との間の連結および爆発放射器間の連
結作業と懸垂作業を反復することによって、数個の爆発
放射器を垂直孔Hの上部に懸垂させるようになる。
【0138】図19に示すように、前記垂直孔Hの上部
に懸垂された最下端の爆発放射器を下降させて管井の垂
直孔Hの入口の位置に停止させて、爆発放射器の本体の
上半部から外部に引き出された脚線を発破母線60に連
結し、連結作業が終了した爆発放射器は垂直孔Hの地中
内に挿入して下降させ、その次に懸垂された爆発放射器
を再び前記垂直孔Hの入口に位置させ、再び前記脚線と
発破母線を連結する連結作業と垂直孔Hの地中内に挿入
して下降させる段階を反復的に実施する。
【0139】このとき、前記発破母線60は垂直孔Hの
地中内の下降させた爆発放射器の本体10と一緒に地中
内に引き出されるように巻取器W2 から解かれる(巻き
出される)。一方、複数個の爆発放射器の組立体である
場合には、脚線が設置された爆発放射器ごとにそれぞれ
の発破母線60に連結装着されるので、即ち多数個の発
破母線が発破器に連結されるので、これらをよく区別し
て連結設置することを特に注意しなければならない。
【0140】爆発放射器の脚線と発破母線との連結作業
が完了したら、図20に示すように、懸垂されて前記垂
直孔Hの地中内に挿入された爆発放射器を下降させる段
階として、前記牽引装置W1 の牽引ロープ70を巻き出
して、垂直孔H内に挿入された爆発放射器を地中内の所
定の地点にある開口部の位置まで下降させる。
【0141】このとき前記脚線24,33,34を連結
した発破母線60が、爆発放射器の下降の位置まで一緒
に巻き出されて地中内に引き込まれ、爆発放射器が爆発
する開口部の位置にセッティングされると、発破母線を
発破器に連結して発破準備を完了する。
【0142】次の段階は発破段階であって、図17およ
び図21に示すように、前記発破器で遅発雷管を点火さ
せることによって前記成形爆薬20を爆発させ、その爆
発力が装薬室の両端部から水平方向に集中的に吐出され
ることによって、地中内の孔壁上に水平の漏斗状の孔を
形成しながら流体の流出通路である開口部を拡開発破さ
せる。
【0143】前述した図4に示される第1実施形態の爆
発放射器を使用して爆発させる場合には、単純に成形爆
薬20のみを爆発させればよいので、その発破方法にお
いて脚線を設置して発破器によって点火させることもで
きるが、前記脚線を設置しなくても地上から遠隔操作器
によって遅発雷管を点火させ、成形爆薬20を爆発させ
るということも可能である。
【0144】一方、前述した図12に示される第2実施
形態の爆発放射器を使用して爆発させる場合には、まず
推進用装薬30を一次爆発させて閉圧遮断管40をまず
孔壁に密着させて外界と遮断させた後に、二次的に前記
成形爆薬20を爆発させるので脚線を設置して発破器に
よって点火させなければならない。
【0145】これら第1実施形態および第2実施形態は
1個の爆発放射器のみによって爆発させる場合である
が、複数個の爆発放射器の組立体を使用して爆発させる
場合には、順次、最下端部の爆発放射器から順番に降ろ
しながら同一の位置でまたは放射状に、順次、爆発をさ
せることができるが、その爆発形態には2種類ある。
【0146】即ち、図17に示した第3実施形態の成形
爆薬が装填された爆発放射器の前記本体10の装薬室1
1が、爆発放射器ごと、それぞれ同一の方向に設置され
た場合であって、流体の流出される支点を確実に確認す
ることができる場合には、地中内の孔壁の同一の位置で
反復的に爆発させて爆発力を集中させるように使用す
る。
【0147】また、図示していないが、第4実施形態と
して、成形爆薬が装填された爆発放射器の本体10の装
薬室11が、上端の爆発放射器から、順次、それぞれ9
0°ずれて交差するように設置された場合であって、流
体の流出の地点が正確に確認されていない場合には、地
中内の孔壁面から放射状の方向に爆発させるようにして
使用する。
【0148】これらの第3実施形態および第4実施形態
は、爆発放射器の数だけ、反復的に爆発させる形態で使
用される。
【0149】図22に示すように、爆発放射器の爆発が
完了して地中内に水平孔を形成した後、前記垂直孔Hの
地中内に位置する牽引ロープ70に支持されている爆発
放射器と巻取器W2 から地中内に引き出された発破母線
60を引き上げて地上に取り出し、爆発放射器の本体を
回収し、再発破のための成形爆薬等を装填して再び使用
することができる。
【0150】上述のように爆発放射器を利用して地中に
水平孔を形成する発破方法は、爆発力の集中性能、爆発
力の持続作用の機能と、ガスまたは水による泡の発生に
よって内部の流体を一緒に引き出すサイフォン効果の造
成機能を有する爆発放射器を垂直孔Hの地中内に挿入し
て爆発させることによって、爆発力の投射範囲が地中内
の穿孔の壁面の一部の限定された範囲に集中作用し、水
平の漏斗状の孔を形成させながらその爆発力によって、
開口部内に奥深く開口圧力を作用させて流出通路にある
不純物質を押し出し、流体の流出を円滑にすることがで
きる。
【0151】上述のような爆発放射器を利用して地中に
水平孔を形成する発破方法は、力の作用と反作用による
平衡と爆発力の方向性を有する孔内の閉鎖形の発破形態
に圧力集中の爆発効果、ノイマン効果を応用して発破さ
せるもので、最小の装薬で所要の爆発力を提供すること
によって、垂直孔Hの地中内の孔壁面の開口部に爆発力
を集中的に作用させて開口部を拡開させることができ
る。
【0152】一方、爆発力によって地中内の孔壁面から
水平に円錐形の漏斗状の孔、即ち水平拡開孔が円形に形
成されることによる地中内の孔壁の支持力の強化および
崩壊防止効果や、その爆発力を孔壁の必要最小限の部位
(切離および層離等の部位)に作用させる岩盤の力学的
な性質によって、垂直孔Hの陥没や崩壊を防止すること
ができる。
【0153】また、成形爆薬の爆発力の集中原理を応用
した戦車の甲板を穿つ対戦車用の高爆弾の場合(鉄板の
35cmまで貫通)と同様に、地中内の地盤(岩盤)ま
たは地盤(岩盤)の切離および層離に開口圧力が強力に
作用して、持続的に流体の流出通路に奥深く浸透する
(影響圏:数十m)ことで、開口発破の目的である既存
の開口部の拡張、空間の確保によって、地下水・石油等
の流体を再び流出させることができるようになり管井が
再生される。
【0154】地中内の限定された穿孔壁面上から円錐形
の水平の拡張孔(補助孔)を形成することによって、垂
直孔の陥没・崩壊が未然に防止され、孔内から爆発する
方式における爆発圧力の損失または穿孔の毀損がないの
で、20%程度の少量の爆薬でより大きな効果を発揮さ
せることができる。
【0155】また、爆発補助器具である爆発放射器を利
用して爆薬の装填、垂直孔Hへの挿入等の作業速度の迅
速性と、施工の容易性を提供することによって、1回の
装填で数回の発破施工が可能であるばかりでなく、反復
的な再活用が可能であり、本願発明の地中に水平孔を形
成する開口発破の実効性が確保される。
【0156】
【発明の効果】上述のように構成された本願発明は、従
来の技術の短所を完壁に解決する爆発放射器を利用して
地中に水平孔を形成するための発破方法を提供すること
によって、垂直孔の地中内の孔壁面から爆発力が作用す
る範囲を最小限の範囲に集中させ、本体の装薬室内の限
定された空間から、または外界と閉鎖・遮断された閉鎖
状態で方向性を有する爆発を誘導することによって、爆
発時に穿孔の方向と直角な方向に爆発力を集中的に作用
させ、また爆発圧力の持続的な作用(圧力の持続時間の
増大)を維持することによって、地中内の必要な孔壁部
位に強力な集中的な圧力を加え、垂直孔の孔壁面の崩壊
を防止しながら地中に安定的に水平孔を形成する開口発
破が可能である。
【0157】また、本願発明は最小の装填で最大の爆発
圧力を持続的に作用させて、閉鎖領域内の垂直孔H内の
地下水が水の大砲の役割を遂行することによって、高圧
ガスと高圧水が同時に作用して最小の装填で最大の爆発
圧力を提供・維持させて流体の流出通路の奥深く長時間
にわたって開口応力の伝達(油圧の作用においては、数
十mまで影響力を発揮)作用をするので、流体の流出を
円滑する効果がある。
【0158】また、本願発明は、地下水孔・温泉水孔・
天然ガスおよび石油の試錐孔や地熱の採取のための既存
の管井から長期間にわたって流体を採取する過程におい
て、管井の地中内から流出する流体量が減少したり、通
路が塞がれて枯渇した場合、別個に、再び穿孔しなくて
も、その穿孔の孔を活用して既存の閉塞された流体通路
を開いて流出量を増加させて管井を再生させることによ
って、追加穿孔における穿孔費用は勿論のこと、より大
きな付帯施設・設備の再設置等による費用の損失を節減
することができ、経済性に優れている。
【0159】また、本願発明は、地下水孔・温泉水孔・
天然ガスおよび石油の試錐孔や地熱の採取のための新た
な試錐孔を開発する場合に、賦存された地中内の位置か
ら爆発力が側方に作用する方向性と、反復的な再発破、
放射状の方向の発破が可能であることから、地中内から
の発破効果の有効範囲を拡大させて穿孔・試錐の成功
率、即ち開口確率を極大化させる効果がある。
【0160】また、本願発明の爆発放射器は、強度が大
きな金属製の本体で成形されているので、再活用が可能
であるばかりではなく、数回の連続施工を可能にして、
装填速度の増大で連続的な施工が可能であり、施工の効
率は勿論のこと、水圧等による不発・半爆等の恐れもな
く、また取扱いが安全であり、発破の安全性を増大させ
る効果がある。
【0161】また、本願発明は環境を考慮した技術であ
って、地下水の採取・石油またはガスの採掘や地熱の採
取のために、地盤を無分別に穿孔する穿孔の乱発によっ
てその穿孔の孔を通じた地中内環境の汚染を最小化し、
また穿孔・試錐の乱発を抑制することができるので、環
境の保全にも寄与する効果がある。
【0162】以上に説明したように、本願発明は爆発時
に爆発力の方向性と集中性・持続性を有するように製作
された爆発放射器によって、爆発力の集中原理を応用し
て地中内の水平孔を形成および/または地中内孔壁面の
開口部を拡開させるだけでなく、1回の装填によって数
回の爆発効果を得たり、反復的に再活用可能であるた
め、施工効率および経済性に優れた技術である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の爆発装置を垂直孔内に設置した状態の
断面図である。
【図2】 従来の技術による開口部の発破時の様子を示
す断面図である。
【図3】 従来の技術による開口部の発破後の様子を示
す断面図である。
【図4】 本願発明の第1実施形態における爆発放射器
の分解斜視図である。
【図5】 本願発明の第1実施形態において、爆発放射
器を垂直孔内に挿入して設置した状態を示す断面図であ
る。
【図6】 本願発明の第1実施形態において、爆発放射
器を利用した開口部の発破の様子を示す断面図である。
【図7】 本願発明の第1実施形態において、爆発放射
器の爆発によって開口部を拡開させた状態を示す断面図
である。
【図8】 本願発明の第1実施形態の変形例における爆
発放射器の分解斜視図である。
【図9】 本願発明の第1実施形態の変形例において、
爆発放射器を垂直孔内に挿入して設置した状態を示す断
面図である。
【図10】 本願発明の第1実施形態の変形例としての
他の爆発放射器の例を示す縱断面図である。
【図11】 本願発明の第1実施形態の変形例としての
さらに他の爆発放射器の例を示す縱断面図である。
【図12】 本願発明の第2実施形態における爆発放射
器の分解斜視図である。
【図13】 本願発明の第2実施形態において、爆発放
射器を垂直孔内に挿入して設置した状態を示す断面図で
ある。
【図14】 本願発明の第2実施形態における爆発放射
器を利用した開口部の発破の様子を示す断面図である。
【図15】 本願発明の第2実施形態において、爆発放
射器の爆発によって開口部を拡開させた状態を示す断面
図である。
【図16】 本願発明の第2実施形態の変形例としての
爆発放射器を垂直孔内に挿入して設置した状態を示す断
面図である。
【図17】 本願発明による爆発放射器を複数個連結し
て開口部を多段階に発破させる場合の断面図である。
【図18】 本願発明の発破施工の手順における爆発放
射器の懸垂段階を図示している断面図である。
【図19】 本願発明の爆発放射器の脚線と発破母線を
連結する様子を示す断面図である。
【図20】 本願発明の爆発放射器の垂直孔内への挿入
段階を示す断面図である。
【図21】 本願発明の爆発放射器が爆発する発破段階
を示す断面図である。
【図22】 本願発明の爆発放射器の垂直孔内での発破
後の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
10…本体、11…装薬室、11a…貫通孔、11b,
11c…溝、12…連結輪、13…吐出口、14…挿入
溝、15…挿入孔、16,17…挿入孔、18…隔壁、
20…成形爆薬、21…円錐形の溝、22…ライナー、
23…遅発雷管、24…脚線、25…カバー、30…推
進用装薬、31,32…遅発雷管、33,34…脚線、
50…連結チェーン、51…連結輪、60…発破母線、
70…牽引ロープ、H…垂直孔、F…流体層、P…流出
通路、I…不純物質、S…密閉空間部、W1 …牽引装
置、W2 …巻取器、C…キャリア。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−180600(JP,A) 特開 平8−155943(JP,A) 特開 昭49−84006(JP,A) 特開 平11−93559(JP,A) 特公 昭62−45397(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21B 43/117 F42D 3/04

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中央部の所定の位置に装薬室11が形成
    され、前記装薬室11の吐出口13が側方に向いている
    金属製の本体10と、 前記本体10の装薬室11内に装着される遅発雷管23
    および成形爆薬20と、 前記本体10を牽引ロープ70に連結する連結部12と
    から構成されたことを特徴とする地中に水平孔を形成す
    るための爆発放射器。
  2. 【請求項2】 前記装薬室11と同心状に、より大きな
    径で、前記本体10に形成された管形の挿入溝14と、 前記挿入溝14に装填される遅発雷管31,32および
    推進用装薬30と、 前記挿入溝14を塞ぐ閉圧遮断管40とをさらに具備し
    たことを特徴とする請求項1記載の地中に水平孔を形成
    するための爆発放射器。
  3. 【請求項3】 前記本体10の形態は、垂直孔H内への
    挿入時の上下・左右の移動における流体との摩擦抵抗が
    少ないように卵形に形成されていることを特徴とする請
    求項1または2記載の地中に水平孔を形成するための爆
    発放射器。
  4. 【請求項4】 前記本体10の幅は、挿入される垂直孔
    Hの直径の80〜90%であることを特徴とする請求項
    1、2または3記載の地中に水平孔を形成するための爆
    発放射器。
  5. 【請求項5】 前記本体10の上半部に、前記遅発雷管
    23および成形爆薬20が装填される装薬室11の中央
    部に連通する脚線24の挿入孔15が形成されているこ
    とを特徴とする請求項1、2、3または4記載の地中に
    水平孔を形成するための爆発放射器。
  6. 【請求項6】 前記本体10の上半部に、前記推進用装
    薬30が装填される挿入溝14に連通する脚線33,3
    4の挿入孔16,17が形成されていることを特徴とす
    る請求項2、3、4または5記載の地中に水平孔を形成
    するための爆発放射器。
  7. 【請求項7】 前記本体10は、その重量が50〜50
    0kgであることを特徴とする請求項1〜6の何れかに
    記載の地中に水平孔を形成するための爆発放射器。
  8. 【請求項8】 前記成形爆薬20は、その左右の側端部
    に中央部に向って窪んだ円錐形の溝21が形成されてい
    ることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の地中
    に水平孔を形成するための爆発放射器。
  9. 【請求項9】 前記成形爆薬20の左右の側端部に形成
    された円錐形の溝21の外面に、それぞれ漏斗形状のラ
    イナー22が装着されていることを特徴とする請求項8
    記載の地中に水平孔を形成するための爆発放射器。
  10. 【請求項10】 前記成形爆薬20の装薬量は、0.1
    〜1kgであることを特徴とする請求項1〜9の何れか
    に記載の地中に水平孔を形成するための爆発放射器。
  11. 【請求項11】 前記成形爆薬20が装填された装薬室
    11の両端に接着剤でカバー25を付着させたことを特
    徴とする請求項1〜10の何れかに記載の地中に水平孔
    を形成するための爆発放射器。
  12. 【請求項12】 前記前記牽引ロープ70と連結部12
    とを、本体10の移動時に絡まないようにするチェーン
    輪51の構造で連結された連結チェーン50で連結して
    あることを特徴とする請求項1〜11の何れかに記載の
    地中に水平孔を形成するための爆発放射器の組立体。
  13. 【請求項13】 中央部の所定の位置に装薬室11が形
    成され、前記装薬室11の吐出口13が側方に向いてい
    る多数の金属製の本体10,10,……と、 前記多数の本体10,10,……の装薬室11内に装着
    される遅発雷管23および成形爆薬20と、 前記多数の本体10,10,……を所定の間隔で連結す
    る連結チェーン50とから構成されたことを特徴とする
    地中に水平孔を形成するための爆発放射器の組立体。
  14. 【請求項14】 前記各爆発放射器は、前記装薬室11
    と同心状に、より大きな径で本体10上に形成された管
    形の挿入溝14と、 前記挿入溝14に装填される遅発雷管31,32および
    推進用装薬30と、 前記挿入溝14を塞ぐプラスチック製の閉圧遮断管40
    とをさらに具備したことを特徴とする請求項13記載の
    地中に水平孔を形成するための爆発放射器の組立体。
  15. 【請求項15】 前記連結チェーン50で多数個が所定
    の間隔で連結されて設置された爆発放射器は、それぞれ
    本体10の装薬室11の方向が同一の方向になるように
    組み立てられていることを特徴とする請求項13または
    14記載の地中に水平孔を形成するための爆発放射器の
    組立体。
  16. 【請求項16】 前記連結チェーン50で多数個が所定
    の間隔で連結されて設置された爆発放射器は、最下端部
    の爆発放射器から、順次、本体10の装薬室11の方向
    が90°の角度で交差するように組み立てられているこ
    とを特徴とする請求項13または14記載の地中に水平
    孔を形成するための爆発放射器の組立体。
  17. 【請求項17】 爆発放射器の本体10の中央部に側方
    向に形成された装薬室11内に脚線24、遅発雷管23
    および成形爆薬20を装填する装填段階と、前記成形爆
    薬20が装填された爆発放射器の本体10の連結部12
    と牽引装置W1 の牽引ロープ70との間に連結チェーン
    50を連結して牽引装置W1 の駆動によって垂直孔Hの
    上方に爆発放射器を掛ける懸垂段階と、 牽引ロープ70に掛けた爆発放射器を下降させて垂直孔
    H内に挿入する直前に、本体10の外部に引き出された
    脚線と地上に設置された巻取器W2 に巻かれている発破
    母線60を連結する連結段階と、 本体の外部に引き出された脚線に連結された発破母線と
    爆発放射器を一緒に垂直孔Hの地中内の下部に挿入し
    て、流体が流出される開口部の位置まで下降させる下降
    段階と、 垂直孔Hの地中内の開口部に位置する爆発放射器の成形
    爆薬20を爆発させて、爆発力が装薬室11を通じて垂
    直孔Hの孔壁面上の開口部の側方に集中的に作用させる
    発破段階と、 発破された爆発放射器の本体10を牽引装置W1 で牽引
    して回収する回収段階とからなることを特徴とする爆発
    放射器を利用して地中に水平孔を形成する発破方法。
  18. 【請求項18】 前記発破段階から装薬室内に装着され
    た成形爆薬20を爆発させる以前に、爆発放射器の装薬
    室11と同心状に設けられ、より径の大きい管形の挿入
    溝14に装填された遅発雷管および推進用装薬30を爆
    発させて、推進用装薬を填塞している閉圧遮断管40を
    地中内の垂直孔Hの壁面上に近接密着させて外界と遮断
    させるようにする構成をさらに有することを特徴とする
    請求項17記載の爆発放射器を利用して地中に水平孔を
    形成する発破方法。
  19. 【請求項19】 前記発破段階において、連結チェーン
    で所定の間隔に連結されて地中内に設置された多数個の
    爆発放射器は、それぞれ本体10の装薬室11の方向が
    同一の方向となるように連結設置されており、その爆発
    放射器を段階的に降ろしながら所定の位置から反復的に
    爆発させて地中内の孔壁上の開口部に爆発力を集中させ
    るようにすることを特徴とする請求項17または18記
    載の爆発放射器を利用して地中に水平孔を形成する発破
    方法。
  20. 【請求項20】 前記発破段階において、連結チェーン
    で所定の間隔に連結されて地中内に設置された多数個の
    爆発放射器は、最下端部の爆発放射器から、順次、本体
    10の装薬室11の方向が90°の角度で交差するよう
    に連結設置された爆発放射器を段階的に降ろしながら放
    射状の方向に爆発させるようにしたことを特徴とする請
    求項17または18記載の爆発放射器を利用して地中に
    水平孔を形成する発破方法。
  21. 【請求項21】 前記の発破段階時に、地上から遠隔操
    作器によって遅発雷管23を点火させて成形爆薬20を
    発破させることを特徴とする請求項17、18、19ま
    たは20記載の爆発放射器を利用して地中に水平孔を形
    成する発破方法。
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