JP3678589B2

JP3678589B2 - 破壊方法

Info

Publication number: JP3678589B2
Application number: JP27411598A
Authority: JP
Inventors: 浩成荒井; 英彦前畑; 加津也佐々木; 鉄也井上; 大介玉越
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JPH11257900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気エネルギーを短時間で供給することにより溶融気化物質（例えば金属細線）を溶融気化させ、その溶融気化に伴う過程の現象を用いて爆発性（あるいは可燃性）の破壊用物質を爆発させ、コンクリート構造物や岩石などの被破壊物を破壊するようにした破壊方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリート構造物や岩盤などの被破壊物を破壊するためには、ダイナマイトと、このダイナマイトを爆発させる手段としての雷管とを用いる方法がある。
【０００３】
ところで、ダイナマイトは安全性を確保するために鈍感な火薬を用いて多少の衝撃力が加わっても、あるいは引火によっても容易には爆発しないよう構成している。このため逆に雷管には、内部に容易に爆発する火薬を充填しており、火や電気火花によりこの火薬を爆発させ、この衝撃によってダイナマイト側の火薬を爆発させる方法を採用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように雷管には、比較的容易に爆発する火薬が装填されているので、周辺機器の漏洩電流やサージ、雷などが発生すると、雷管にこれらの電流が供給されて爆発してしまう危険がある。
【０００５】
そこで本発明は、上記課題を解決し得る破壊方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明における課題を解決するための手段は、破壊用物質を封入した破壊容器内に一対の電極と接続された溶融気化物質を配置し、この溶融気化物質に対してコンデンサーに充電した充電エネルギーを短時間で供給することにより、前記溶融気化物質を急激に溶融気化させ、この溶融気化物質の溶融気化に伴って発生する衝撃力によって被破壊物を破壊する破壊方法において、前記衝撃力によって前記溶融気化物質の周囲に封入された爆発性の前記破壊用物質を爆発させて前記被破壊物を破壊する際に、前記溶融気化物質から前記破壊用物質までの最長距離Ｌ_Ｃ、前記コンデンサーの充電エネルギーＷ_Ｃ、前記溶融気化物質が溶融気化する際に発生する衝撃力である前記破壊用物質の所定範囲を起爆させるのに必要な起爆条件Ｐ _ｂとの関係を、下記（ｂ）式
Ｌ_Ｃ＞８・Ｗ_Ｃ／Ｐ _ｂ・・・（ｂ）
を満足するよう設定したものである。
【０００７】
この破壊方法によれば、周辺機器の漏洩電流などが発生したとしても、溶融気化物質が溶融気化するだけの電気エネルギーが供給されない限り破壊用物質が爆発しないので、装置の取り扱いに際しての安全性が向上する。また、上記（ｂ）式のように設定することにより、衝撃力によって溶融気化物質の周囲に封入された爆発性の破壊用物質を爆発させて被破壊物を破壊する際、溶融気化物質が溶融気化する際の衝撃力によって破壊用物質の所定範囲が起爆し、その爆発力によって残りの破壊用物質の一部または全部が連鎖的に爆発して、衝撃力と破壊用物質の爆発力によって被破壊物を効率よく破壊することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。まず、本発明の実施の形態に係る破壊方法を実施するための破壊装置１の説明をする。
【０００９】
図１〜図５に示すように、この破壊装置１には、被破壊物４に形成した装着孔５に装着する破壊プローブＰが設けられ、この破壊プローブＰは、薄肉のアルミニウム、鉄などの金属材、あるいは金属材以外の木材、紙材、合成樹脂材によって形成される破壊容器６と、この破壊容器６内に封入される爆発性の破壊用物質７と、破壊容器６に装着される蓋部材８に挿通される一対の電極９と、これら電極９の先端部同士を接続する金属細線（溶融気化物質の一例であってＣｕなどからなる）２とから構成され、前記破壊用物質７として、例えばニトロメタンなどが用いられる。
【００１０】
また、金属細線２に対して、これを溶融気化するのに必要な所定量の電気エネルギーを供給するための電気エネルギー供給回路１０が電極９に接続され、この電気エネルギー供給回路１０は、各電極９の端子８ａに接続された電源装置１１と、この電源装置１１と一方の端子８ａとの間に直列接続されて、電源装置１１と両端子８ａとの間に並列接続されたコンデンサー１４に対し所定量の電気エネルギーを蓄積するよう制御するための充電制御回路１２と、この充電制御回路１２と一方の端子８ａとの間に接続された放電スイッチ１３とから構成されている。
【００１１】
次に、上記破壊装置１を用いて被破壊物４を破壊する際の破壊方法を説明する。まず、破壊容器６に破壊用物質７を入れ、先端部同士を金属細線２で接続した電極９を蓋部材８に挿通し、蓋部材８を破壊容器６に装着して破壊プローブＰを製作する。そして、被破壊物４に形成した装着孔５に破壊プローブＰを装着するとともに、電極９に電気エネルギー供給回路１０を接続する。
【００１２】
そして、電気エネルギー供給回路１０のコンデンサー１４に充電した充電エネルギーを金属細線２に対して短時間(μSオーダー)で供給することにより、金属細線２を急激に溶融気化させ、この金属細線２が溶融気化する際の放電エネルギーおよび体積膨張エネルギーによる衝撃力（金属細線２が溶融気化する過程に伴う一現象で、この現象には他に放電、火花、発熱がある）で、金属細線２の周囲に設けた破壊用物質７の一部を起爆（一次的に爆発）させ、その際の爆発力によって残りの破壊用物質７を連鎖的（二次的）に爆発させ、金属細線２が溶融気化する際の膨張力、および破壊用物質７の起爆力、連鎖的な爆発力によって被破壊物４を破壊する。
【００１３】
ところで、破壊容器６に破壊用物質７を入れ、蓋部材８を破壊容器６に装着する際の破壊プローブＰの組立例は、図３〜図５に示すような場合があるが、破壊プローブＰを製作する際、金属細線２から破壊用物質７の端までの最長距離Ｌ_c(cm)を知っておく。各図においてＬt1、Ｌt2、Ｌs1、Ｌs2のうち、最長距離Ｌ_cは、図３の場合はＬs2、図４の場合はＬt1、図５の場合はＬs1がそれである。
【００１４】
そして、被破壊物４を破壊する際、金属細線２から破壊用物質７の端までの上記最長距離Ｌ_Ｃ、コンデンサー１４への充電エネルギーＷ_Ｃ（Joule）、破壊用物質７の所定範囲を起爆させるために必要な起爆条件（金属細線２が溶融気化する際に発生する衝撃力）Ｐ_ｂ（kg・f/cm^２）の関係を、下記（ｂ）式
Ｌ_Ｃ＞８・Ｗ_Ｃ／Ｐ_ｂ（ｂ）
を満足するよう設定する。
【００１５】
ここで、上記（ｂ）式の充電エネルギーＷ_cは、下記（ｃ）式による。
Ｗ_c＝（１／２）・Ｃ・Ｖ_c ² （ｃ）
なお、上記（ｃ）式において、Ｃ：コンデンサー容量（F）、Ｖ_c：コンデンサー充電電圧(V)である。
【００１６】
そして、破壊用物質７の起爆条件Ｐ_bは、用いる破壊用物質７によって決まっているので、上記（ｂ）式を満足するように充電エネルギーＷ_c、すなわちコンデンサー容量Ｃ，コンデンサー充電電圧Ｖ_cを決定し、コンデンサー１４に必要な量の充電を行い、放電スイッチ１３をオンし、コンデンサー１４から充電エネルギーを金属細線２に対して短時間で供給する。
【００１７】
そうすると、金属細線２が急激に溶融気化し、その際の体積膨張による衝撃力で、金属細線２の周囲の破壊用物質７の一部、すなわち、起爆条件Ｐ_bが働く範囲内の破壊用物質７が起爆する。そして、その際の起爆力（衝撃力）によって残りの破壊用物質７が連鎖的に爆発し、金属細線２による衝撃力および破壊用物質７の起爆力、連鎖的な爆発力によって被破壊物４が破壊されたり脆弱化する。
【００１８】
ここで、図６および図７に、金属細線２が溶融気化する際の衝撃力Ｆの発生パターンを示す。図において実線で示した部分Ａが、衝撃力Ｆが働くことによって起爆する範囲である。
【００１９】
図８は、金属細線２から離れる距離Ｌと衝撃力Ｆの関係を示すもので、このグラフ図から、衝撃力Ｆは、金属細線２から離れる距離Ｌにほぼ反比例することが分かる。
【００２０】
また、図９は金属細線２から１cm離れた位置における衝撃力Ｆと充電エネルギーＷ_cの関係を示したグラフ図であり、衝撃力Ｆと充電エネルギーＷ_cとは比例関係にあることが分かる。すなわち、充電エネルギーＷ_cで衝撃力Ｆを発生させた場合、金属細線２から１cm離れた位置における衝撃力Ｆは、図より下記（ｄ）式、
Ｆ＝８・Ｗ_c （ｄ）
となる。
【００２１】
なお、この係数［８］は実験から求めた平均的な値であり、その値は［６〜１０］の範囲でばらつきがある。
この（ｄ）式から、金属細線２から距離Ｌだけ離れた位置での衝撃力Ｆは、下記（ｅ）式
Ｆ＝８・Ｗ_c／Ｌ（ｅ）
となる。
【００２２】
上記（ｄ）、（ｅ）式より、金属細線２が溶融気化する際の衝撃力Ｆが、起爆条件Ｐ_bであるとき、この起爆条件Ｐ_bによって起爆する破壊用物質７の範囲を、図６および図７に示す金属細線２からの距離（以下「起爆半径」という）Ｌ_bとすると、これらの関係は、下記（ｆ）式
Ｌ_b＝８・Ｗ_c／Ｐ_b （ｆ）
となる。
【００２３】
そして、本発明の実施の形態に係る破壊方法では、上記（ｂ）式に示した通り、Ｌ_c＞８・Ｗ_c／Ｐ_bに設定するものであるから、上記（ｆ）式との関係から、Ｌ_c＞Ｌ_bであり、金属細線２が溶融気化する際の衝撃力Ｆが起爆条件Ｐ_bであると、一次的には一部の破壊用物質７しか爆発しないことになる。
【００２４】
しかし、金属細線２が溶融気化する際に起爆する破壊用物質７の起爆力によって、残りの破壊用物質７が連鎖的に爆発することになり、この起爆および連鎖的な爆発によって、被破壊物４が破壊される。
【００２５】
図１０は、破壊用物質７としてニトロメタンを用い、充電エネルギーＷ_c（コンデンサー充電電圧Ｖ_c）を変化させた際の衝撃力Ｆ、すなわち起爆条件Ｐ_bのみにより一次的に爆発するニトロメタンの起爆半径Ｌ_bと、ニトロメタンの起爆力による周囲のニトロメタンの起爆半径Ｌ_bを示したものである。
【００２６】
次に、図１および図１０に基づいて具体例を示す。金属細線２を破壊容器６の中央に配置してＬs1、Ｌs2ともに２cm、コンデンサー容量500μFとしてコンデンサー充電電圧Ｖ_cを変化させた。
【００２７】
この場合、図に示すように、金属細線２が溶融気化する際の衝撃力Ｆのみで全てのニトロメタンを爆発させるには約9000Vのコンデンサー充電電圧Ｖ_cが必要であった。しかし、約6500Vのコンデンサー充電電圧Ｖ_cで起爆させることにより、残りのニトロメタンが連鎖的（二次的）に爆発し、ニトロメタンが完全に爆発した。なお、6500Vのコンデンサー充電電圧Ｖ_cで起爆するニトロメタンの範囲は、図１０の仮想線で示す部分である。
【００２８】
そして、6500V以下のコンデンサー充電電圧Ｖ_cにおいては、部分的に起爆しないニトロメタンが存在していることになるが、破壊作業の際に所定の爆発力が得られればニトロメタンが残っても問題ない。従って図１１に示すように、ニトロメタンの量が一定の場合、上記条件では、コンデンサー充電電圧Ｖ_cが6500V以下の範囲で制御することにより、ニトロメタン全体の爆発力の調節ができ、現場の状況に対応できる。
【００２９】
このように、金属細線２を溶融気化する際の衝撃力Ｆによって、所定範囲の破壊用物質７を起爆させ、その破壊用物質７の爆発力によって、残りの破壊用物質７を連鎖的に爆発させ、金属細線２を溶融気化する際の衝撃力Ｆと、破壊用物質７の爆発力によって被破壊物４を破壊するので、金属細線２から破壊用物質７の端までの最長距離Ｌ_cと、衝撃力Ｆによって爆発する破壊用物質７の金属細線２からの距離Ｌ_bとの関係は、Ｌ_c＞Ｌ_bとした方が、同じコンデンサー充電電圧Ｖ_cを用いる場合は有利（経済的）になる。
【００３０】
従って、本発明の実施の形態では、Ｌ_c＞Ｌ_bとなるようにコンデンサー充電電圧Ｖ_cを調節して金属細線２に放電するようにしたものであるので、単に金属細線２を溶融気化する際の衝撃力Ｆによってのみ破壊用物質７全体が爆発するように設定した場合に比べて、小さいコンデンサー充電電圧Ｖ_cで破壊作業が行えて有利となる。
【００３１】
図１２は、金属細線２に放電される電流Ｉdと発生する衝撃力Ｆ、および時間ｔの関係を示したグラフ図であるが、金属細線２が電極９間を接続している間は短絡状態となっており、図１２の二点鎖線で示す回路インピーダンスによって決定される過渡電流を生じる。しかしながら、金属細線２が溶融気化する電気エネルギーが供給されたとき金属細線２が断となり、回路も断となるために、電流Ｉｄは実線で示すようになる。また、図１３から、金属細線２が断となるときに衝撃力Ｆが発生することが分かる。
【００３２】
そして、本発明の実施の形態では、破壊容器６に、爆発性の破壊用物質７を充填し、雷管の代わりに電極９に接続した金属細線２を用いるものであり、従って、周辺機器の漏洩電流などが発生したとしても、金属細線２が溶融気化するだけの電気エネルギーが供給されない限り金属細線２が断とならないため、破壊用物質７が爆発することもなく、従って、破壊装置１を安全下で取り扱うことができるとともに、安全な破壊方法である。
【００３３】
そして、金属細線２が溶融気化することにより発生する衝撃力Ｆを利用することによれば、従来、大きな衝撃力（約７０ton・f/cm²以上が必要で、その衝撃力を得るには火薬を爆発させていた）を付与しないと爆発しないために用いていなかったニトロメタンが使用できるようになり、この場合、チタマイト並の爆発力が得られ、被破壊物４を確実に破壊したり脆弱化させることができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、爆発性の破壊用物質７の一例としてニトロメタンを示したがこれに限定されるものではなく、例えば、「日本化学会」編“化学便覧”に記載の爆発性化合物、硝酸メチル、ニトロ化合物等を用いてもよく、この場合も、そうれぞれの物質に応じた衝撃力を発生するように充電エネルギーＷ_cを調節して金属細線２を溶融気化させることにより、所定の範囲内の破壊用物質７が起爆し、その爆発力で残りの全部あるいは一部の破壊用物質７が爆発して、被破壊物４を確実に破壊したり脆弱化させることができ、周辺機器の漏洩電流などが発生したとしても、金属細線２が溶融気化するだけの電気エネルギーが供給されない限り破壊用物質７は爆発しないので、安全下で取り扱いができる。
【００３５】
また、従来用いていたダイナマイトは、被破壊物４を破壊する際に、必要に応じた破壊力のものをその都度選択して用いるため、現場の状況に対する対応性が悪いとともに、必要以上の破壊力を有するダイナマイトを使用しなければならないこともあり、この場合不経済であったが、本発明の実施の形態の破壊装置および破壊方法によれば、現場で必要に応じた破壊力に設定することができるので、現場の状況に対する対応性が向上するとともに、ダイナマイトを使用する場合に比べても、経済的に有利となる場合が少なくない。
【００３６】
また、上記実施の形態では、溶融気化物質の一例として金属細線２を用いたがこれに限定されるものではなく、他に例えば金属製の小片や、カーボンなどの導電性の材料を適宜の形状に形成したものを用いてもよく、この場合も、溶融気化物質に電気エネルギーを供給して溶融気化させ、その際の衝撃力Ｆにより爆発性の破壊用物質７を起爆させ、連鎖的に残りの破壊用物質７の一部または全部を爆発させ、これにより、被破壊物４を確実に破壊したり脆弱化させることができる。他の作用効果は上記実施の形態と同様である。
【００３７】
また、上記実施の形態では、破壊容器６を被破壊物４に形成した装着孔５に装着するようにして用いたが、これに限定されるものではなく、破壊容器６を被破壊物４の表面に当てるようにしたり、あるいは、適当な吊持具で吊持して被破壊物４の表面近傍に配置するように用いてもよく、この場合も上記実施の形態と同様の作用効果を奏し得る。
【００３８】
また、上記実施の形態では、破壊容器６に破壊用物質７を充填し、破壊容器６を被破壊物４に形成した装着孔４に装着するようにして用いたがこれに限定されるものでなく、破壊容器６を用いることなく直接破壊用物質７を装着孔５に充填し、金属細線２などの溶融気化物質を破壊用物質７に浸漬するようにし、溶融気化物質に所定の電気エネルギーを供給して破壊用物質７を起爆させるようにしてもよく、この場合においても、上記各実施の形態と同様に、被破壊物４を安全に破壊することができる。
【００３９】
さらに、上記実施の形態の破壊装置における破壊力を調節することにより、この破壊装置を、物理探査用の震源装置として利用することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明は、溶融気化物質から破壊用物質までの最長距離Ｌ _Ｃ、コンデンサーの充電エネルギーＷ _Ｃ、溶融気化物質が溶融気化する際に発生する衝撃力である破壊用物質の所定範囲を起爆させるのに必要な起爆条件Ｐ _ｂとの関係を、Ｌ _Ｃ＞８・Ｗ _Ｃ／Ｐ _ｂを満足するよう設定したことにより、溶融気化物質の溶融気化に伴って発生する衝撃力によって溶融気化物質の周囲に封入された爆発性の破壊用物質を爆発させて被破壊物を破壊する際、溶融気化物質が急激に溶融気化する際の衝撃力によって、溶融気化物質の周囲に設けた爆発性の破壊用物質の一部を爆発させ、その際の爆発力によって残りの破壊用物質を連鎖的に爆発させ、溶融気化物質による衝撃力と、破壊用物質の爆発力により効率よく被破壊物を破壊することができる。また、溶融気化物質が溶融気化するだけの電気エネルギーが供給されない限り破壊用物質が爆発しないので、装置の取り扱いに際しての安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す破壊プローブの構成を示す断面図である。
【図２】同じく破壊装置の全体を示す全体概略構成図である。
【図３】同じく破壊プローブにおける金属細線の配置の一例を示す一部断面図である。
【図４】同じく破壊プローブにおける金属細線の配置の他の例を示す一部断面図である。
【図５】同じく破壊プローブにおける金属細線の配置の別の例を示す一部断面図である。
【図６】同じく金属細線が溶融気化する際の衝撃力の発生パターンを示す正面図である。
【図７】同じく金属細線が溶融気化する際の衝撃力の発生パターンを示す平面図である。
【図８】同じく金属細線が溶融気化する際の衝撃力と金属細線から離間する距離の関係を示すグラフ図である。
【図９】同じく金属細線が溶融気化する際の衝撃力とコンデンサーへの充電エネルギーの関係を示すグラフ図である。
【図１０】同じくニトロメタンの起爆半径とコンデンサー充電電圧の関係を示すグラフ図である。
【図１１】同じく金属細線が溶融気化する際の衝撃力とコンデンサー充電電圧の関係を示すグラフ図である。
【図１２】同じく金属細線に放電される電流と発生する衝撃力および時間の関係を示したグラフ図である。
【図１３】同じく金属細線が断となった後に発生する衝撃力と充電エネルギーの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１破壊装置
２金属細線
４被破壊物
５装着孔
６破壊容器
７破壊用物質
９電極
１０電気エネルギー供給回路
１１電源装置
１２充電制御回路
１３放電スイッチ
１４コンデンサー
Ｐ破壊プローブ
Ｌ_c 金属細線から破壊用物質の端までの最長距離

Claims

破壊用物質を封入した破壊容器内に一対の電極と接続された溶融気化物質を配置し、この溶融気化物質に対してコンデンサーに充電した充電エネルギーを短時間で供給することにより、前記溶融気化物質を急激に溶融気化させ、この溶融気化物質の溶融気化に伴って発生する衝撃力によって被破壊物を破壊する破壊方法において、
前記衝撃力によって前記溶融気化物質の周囲に封入された爆発性の前記破壊用物質を爆発させて前記被破壊物を破壊する際に、
前記溶融気化物質から前記破壊用物質までの最長距離Ｌ_Ｃ、前記コンデンサーの充電エネルギーＷ_Ｃ、前記溶融気化物質が溶融気化する際に発生する衝撃力である前記破壊用物質の所定範囲を起爆させるのに必要な起爆条件Ｐ _ｂとの関係を、下記（ｂ）式
Ｌ_Ｃ＞８・Ｗ_Ｃ／Ｐ _ｂ・・・（ｂ）
を満足するよう設定したこと
を特徴とする破壊方法。
前記破壊用物質はニトロメタンであることを特徴とする請求項１に記載の破壊方法。