JP5221856B2 - 破砕薬筒の装填方法 - Google Patents

Description

本発明は、岩石・構造物等の破砕手法に関するものであって、特に破砕主剤の分解によって発生する生成ガスの膨張により被破砕物の破砕を行う破砕薬筒を、確実に作用させることのできる破砕薬筒の装填方法に係るものである。

従来より、岩石、コンクリート構造物等の被破砕体を破砕するにあたって、火薬・爆薬等の火薬類（硝安油剤爆薬、含水爆薬、ダイナマイト等）を用いる場合には、被破砕体に対して装填孔を穿孔し、この装填孔に対して火薬類が内包された破砕薬筒を挿入する内部装薬法が行われている。
そして前記破砕薬筒が挿入された装填孔には填塞材が充填されるものであり、装填孔の気密性を高め、被破砕体に対する爆轟の衝撃破砕作用や、生成ガスの膨張による破砕助長作用が効果的に作用するような措置が施されている。
前記填塞材としては、砂、砂を筒状の袋に入れたもの（例えば商品名：サンドタンパー）、穿孔時に発生するくり粉等が用いられ、更に高度な密閉が要求される場合には、石灰系の填塞材（例えばダイレックスタンパー（登録商標）、ＣＣＲタンパー（登録商標）等）が用いられている。

ここで前記石灰系の填塞材は、装填孔に投入された後、所定の養生時間を要するものであるため待ち時間が長く（約２０分）、必ずしも作業性に優れたものとは言えなかった。なお養生が不十分であった場合には、いわゆる鉄砲（装填孔の自由面から火花が立つとともに生成ガスが吹き抜けてしまう現象）となってしまい、被破砕体が予測通りに破砕されないといった事態が生じてしまう。

ところで本出願人は、衝撃等に対して安定であって爆発しにくい硝酸アンモニウムを破砕主剤として用いるとともに、加熱剤としてテルミット反応を呈する物質を用いることにより、硝酸アンモニウムを急激に分解させて、その生成ガスの圧力によって岩石・構造物を破砕することのできる方法並びに装置を開発し、既に特許出願に及んでいる（特許文献１参照）。
この発明は、生成ガスの急激な膨張によって破砕を行うものであり、硝酸アンモニウムが分解されることにより１キログラムあたり９８０リットル（標準状態）の生成ガスが発生するといった特性を利用したものである。
その後、本出願人がこれらの方法並びに装置に関して更なる改良を検討している過程で、既存の填塞材では被破砕物の状況、性状によっては良好な破砕が行われない場合があることが判明した。

具体的には、上記方法並びに装置は、硝酸アンモニウムの分解により生じる生成ガスの圧力によって破砕効果を奏するものであるため、被破砕物に形成された装填孔内に亀裂があった場合には、いわゆる奥鳴り（装填孔内に亀裂があった場合等にここから生成ガスが逸散してしまい、ボコッと籠った音がするだけで破砕されない現象）が発生してしまっていることが主たる原因であることが判った。
更に装填孔内に亀裂が無い場合であっても、填塞材として最も一般的に用いられている砂を採用した場合には、鉄砲となってしまい期待通りの破砕を行うことができない事例も確認された。
このような状況の下、本出願人にとっては、前記方法並びに装置を効果的に機能させることができるような改善・改良を行うことが課題となっていた。
特願２００５−２９４９８３

本発明はこのような背景からなされたものであって、破砕主材の分解によって生ずる生成ガスの膨張により被破砕物の破砕を行う破砕薬筒を、確実に作用させることのできる新規な破砕薬筒の装填方法を開発することを技術課題としたものである。

すなわち請求項１記載の破砕薬筒の装填方法は、被破砕物に対して装填孔を穿孔し、この装填孔に破砕薬筒を挿入し、更に装填孔と破砕薬筒との間の隙間及び破砕薬筒と自由面との間の空間に填塞材を充填し、この状態で前記破砕薬筒に具えられる着火具に通電して破砕主剤を分解させ、これにより発生する生成ガスの膨張により被破砕物を破砕する方法において、前記破砕薬筒として、筒状のケーシング内に、破砕主剤である硝酸アンモニウムと、テルミット反応を呈する加熱剤とが密閉状態で充填され、更に前記加熱剤の着火具が具えられたものを用い、且つ前記填塞材として吸水性ポリマーを用い、ケーシングの側周部分に粘着体を設けるとともに、この粘着体に対して吸水性ポリマーを塗し、吸水性ポリマーによって破砕薬筒を囲繞した状態として、これら破砕薬筒と吸水性ポリマーとを同時に前記装填孔内に投入し、次いで装填孔内に水を注入して前記吸水性ポリマーに水を吸収させて膨潤させることを特徴として成るものである。
この発明によれば、装填孔内に亀裂がある場合であっても、膨潤状態の吸水性ポリマーが生成ガスの逸散を防止するため、加熱剤としてテルミット反応を呈する物質を用いることにより硝酸アンモニウムを急激に分解させて、その生成ガスの圧力によって被破砕物の破砕を行う破砕薬筒を、確実に作動させることができる。
また吸水性ポリマーは迅速に水を吸収するため養生時間を必要とせず、作業性に優れた施工を行うことができる。

また請求項２記載の破砕薬筒の装填方法は、前記要件に加え、前記填塞材として吸水性ポリマーを用い、所定量の吸水性ポリマーを予め収容体に内包しておき、この収容体をケーシングの天蓋に一体化させた状態とすることを特徴として成るものである。
この発明によれば、破砕薬筒と吸水性ポリマーとを同時に装填孔内に投入することが可能となる。

更にまた請求項３記載の破砕薬筒の装填方法は、前記請求項２記載の要件に加え、前記収容体は水溶紙やゼラチンフィルムによって形成されたものであることを特徴として成るものである。
この発明によれば、収容体をモールド成形して天蓋に対して入れ子状に一体化できるように構成することが可能となる。

更にまた請求項４記載の破砕薬筒の装填方法は、前記要件に加え、前記吸水性ポリマーが膨潤した状態で破砕薬筒を完全に囲繞した状態とさせ、更に膨潤した吸水性ポリマーと、装填孔における開口部との間に砂を充填することを特徴として成るものである。
この発明によれば、吸水性ポリマーの填塞効果に加え、填塞材によって填塞効果が向上されるため、装填孔内における生成ガスの圧力を効果的に作用させて、より確実に破砕を行うことができる。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。

本発明によれば、装填填孔に対して破砕薬筒を装填した後、極めて短時間で着火を行うことができるとともに、破砕主材の分解によって生ずる生成ガスの膨張により被破砕物の破砕を行う破砕薬筒を、確実に作用させることにより、破砕を確実に行うことが可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図示の実施例に基づいて説明するが、この実施例に対して本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更を加えることも可能である。
なお以下の説明にあっては、始めに岩石・構造物等の破砕に供される部材についてその構成を説明し、続いて岩石・構造物等の破砕方法と併せて本発明の破砕薬筒の装填方法について説明する。

図中符号Ｅで示すものが岩石・構造物等の破砕に供される破砕薬筒であり、このものは筒状のケーシング１と、このケーシング１の両開口部１１、１２を塞ぐ天蓋２及び底蓋３を具えて成るものである。
また前記底蓋３には着火具４が装着され、前記ケーシング１内には加熱剤５及び破砕主剤６が仕切体７を介在させた状態で充填される。

以下これら破砕薬筒Ｅの構成要素について詳しく説明する。
まず前記ケーシング１は図２、３に示すように、一例として直径２８ｍｍ程度の合成樹脂または金属製の筒体であり、一方の開口部１１から２０ｍｍ程の範囲が直径２０ｍｍ程度の細径部１１ａとされ、また他方の開口部１２付近の側周部には蓋止め１２ａが形成される。なおケーシング１の径は、細径部１１ａを格別設けることなく全域にわたって同寸法とするようにしてもよい。

次に前記天蓋２について説明すると、このものは、一方の端面が閉鎖された筒状部材であり、前記ケーシング１における開口部１２が形成された側の端部に外嵌されるものである。なお天蓋２はケーシング１の開口部１２に内嵌させるようにしてもよい。
また前記底蓋３は、一方の端面が閉鎖された筒状部材である外筒３１と、同じく一方の底面が閉鎖された筒状部材である内筒３２とを具えて構成されるものであり、外筒３１の底板に形成された孔と前記内筒３２とを連接することにより挿入口３３が形成される。そして前記外筒３１が前記ケーシング１における細径部１１に外嵌されるとともに、内筒３２がケーシング１内に侵入した状態となるものである。
なお前記ケーシング１と底蓋３とは予め一体で形成したものであっても差し支えない。またこの実施例では、ケーシング１に装着された天蓋２から底蓋３までの長さが１３５ｍｍとなるようにした。
更にまたこの実施例では、これらケーシング１、天蓋２及び底蓋３を一例として厚さ１ｍｍ程の合成樹脂（一例としてポリプロピレン）によって形成するようにした。

次に前記着火具４について説明すると、このものは電気式の着火装置であって、リード線４１に通電することにより、適宜の発熱素子が発熱し、その発熱により着火具内部に装填された着火薬が発火するものである。
なおこの実施例では着火具４内に具えられる着火薬として、加熱剤５と同様に非火薬であって、更にテルミット反応を呈するような物質が採用されるものであり、加熱剤５よりも発火感度の高いものが用いられる。
またこの実施例では着火具４の形状は管状とするものであり、底蓋３がケーシング１に装着された状態で挿入口３３に挿入されることにより、この着火具４はケーシング１内に充填される加熱剤５の内部に実質的に位置することとなる。

次に前記加熱剤５について説明すると、このものは非火薬でありながら３０００℃近い熱を発生するテルミット反応（金属の酸化還元反応）を呈するような物質であり、酸化金属粉と金属粉とが混合されたものである。
この実施例では一例として酸化鉄粉とアルミ粉とを７５：２５の割合（重量比）で混合して加熱剤５を調製するようにした。
なおテルミット反応を呈する物質は、上記組み合わせの他、例えば酸化銅とアルミのように種々のものがあり、適宜のものを採用することができる。

次に破砕主剤６について説明すると、本発明においては硝酸アンモニウム（ＮＨ₄ ＮＯ₃ ）が採用されるものであって、このものは１００℃付近から硝酸とアンモニアに解離し、２５０〜２６０℃になると下記化１に示すような分解が爆発的に生じるとされている。更に硝酸アンモニウムが分解すると、下記化１に示すように成分が全てガス化して固形残渣を生じないといった性質を有するものである。

因みに１キログラムの硝酸アンモニウムからは、標準状態で９８０リットルのガスが生成される。
なお硝酸アンモニウムは、酸素を多く含むため爆薬の原料として多く使用され、軽油を配合することにより硝安油剤爆薬となる他、含水爆薬、ダイナマイト、アンモン爆薬などの原料として広く使用されている。
しかしながら単体の硝酸アンモニウムは危険物ではあるものの、衝撃・摩擦に対して安定で爆発しにくく、火薬類の原料として使用される他、肥料、寒剤などとして使われるものであり、火薬類取締法の対象外となるものである。
なお前記硝酸アンモニウムは一例としてプリル状（多孔質粒状）のものを採用したが、粉状、粒状硝安と呼ばれるものを採用してもよい。

次に仕切材７について説明すると、このものは前記ケーシング１内において加熱剤５と破砕主剤６との間に介在させられるものであり、この実施例では一例として厚さ２ｍｍ程度の発泡樹脂を円形状に形成して仕切体７１とし、この仕切体７１の中心部分に塩化ビニル等によって形成した中空管７２を具えるようにした。

そしてこれら諸部材によって破砕薬筒Ｅを形成するにあたっては、ケーシング１内に、破砕主剤６である硝酸アンモニウムと、テルミット反応を呈する加熱剤５とが密閉状態で充填された状態とするものであり、一例として以下のように組み立てが行われる。
まず図４（ａ）に示すように、ケーシング１に対して底蓋３を装着するとともにこの底蓋３が下になるように配置する。
続いて図４（ｂ）に示すように、内筒３２が埋もれるまで所定量の加熱剤５をケーシング１内に充填する。この場合、加熱剤５はその一部を事前に加圧成型したものを使用してもよい。
次に図４（ｃ）に示すように、前記加熱剤５に対して、中空管７２が上になるように仕切材７を載置する。
そして図４（ｄ）に示すように、中空管７２が埋もれるまで所定量の破砕主剤６をケーシング１内に充填する。なおこのとき中空管７２内に破砕主剤６が入らないように、中空管７２の開口部を熱シールするかセロファンテープ等で塞いでおくようにする。
最後に天蓋２を装着し、現場において着火具４を挿入口３３に挿入することにより破砕薬筒Ｅが完成する。

以上のようにして形成された破砕薬筒Ｅは図１、２に示すように、ケーシング１内に、破砕主剤６である硝酸アンモニウムと、テルミット反応を呈する加熱剤５とが密閉状態で充填され、更に前記加熱剤５と硝酸アンモニウムとはケーシング１の長手方向に隣接して充填された状態となるものである。
また前記硝酸アンモニウムの中心には、長手方向に延びる導炎孔６１が形成されることとなる。

なおこの実施例では前記破砕主剤６に対して、加熱剤５のテルミット反応によって発生する熱を高効率で破砕主剤６に伝熱することができるように導炎孔６１を形成したが、同じ目的で図５に示すように、中空管７２内に加熱剤５を充填するようにしてもよい。
またこの他にも、ケーシング１内に、破砕主剤６である硝酸アンモニウムと、テルミット反応を呈する加熱剤５とが密閉状態で充填された状態は種々の形態によって実現することができるものである。

岩石・構造物等の破砕装置たる破砕薬筒Ｅは一例として上述のようにして構成されるものであって、以下このものを用いた岩石・構造物等の破砕方法と併せて、本発明の破砕薬筒の装填方法について説明する。

ここで本発明の破砕薬筒の装填方法において供される吸水性ポリマーＰについて説明すると、このものは、イオン性基を有する電解質ポリマーまたは多くの水酸基を有する親水性ポリマーを架橋することによって作られたものであり、３次元網目構造を有するものである。そして吸水の原理はイオン網目構造にあり、吸水力を付与する要因は、高分子電解質と水との親和力や、ゲルの内側の方が可動イオン濃度が高いために発生する浸透圧とされている。
また吸水力を抑制する要因は網目構造によるゴム弾性力であり、これらのバランスから吸水力が決定されるものである。
上述のような吸水性ポリマーＰとしては、デンプン系、セルロース系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系などがあるが、この実施例では一例として架橋ポリアクリル酸塩系樹脂を使用する。
なお環境面に配慮するならば、生分解性の架橋ポリアスパラギン酸等を用いるようにしてもよい。
因みに吸水性ポリマーＰは未吸水の状態で直径０．３ｍｍ程の球体であり、自重の５００〜１０００倍の水を吸収して直径２ｍｍ程のゼリー状の球体となるものである。

（１）装填孔の形成
まず図６（ａ）に示すように、被破砕体Ｒに対して装填孔Ｈを形成するものであり、被破砕体Ｒの大きさ、形状に応じて適宜、穿孔径、穿孔長及び抵抗線長を選択するようにする。
この実施例では一例として穿孔径３４ｍｍ、穿孔長７５０〜８５０ｍｍ、抵抗線長３００〜５５０ｍｍとした。

（２）吸水性ポリマーの投入
次いで図６（ｂ）に示すように、装填孔Ｈ内に吸水性ポリマーＰを投入するものであり、ここでは粒状のものを計量スプーン等を用いて直接投入する。
次いで図７（ａ）に示すように、ケーシング１の側周部分に両面テープ等の粘着体１３を設けるとともに、この粘着体１３に対して吸水性ポリマーＰを塗（まぶ）し、破砕薬筒Ｅと吸水性ポリマーＰとを同時に装填孔Ｈ内に投入する。この場合、湿潤状態の吸水性ポリマーＰを確実に破砕薬筒Ｅを囲繞した状態とすることが可能となる。またこの場合、事前に粘着体１３に吸水性ポリマーＰを塗（まぶ）すとともに適宜保護シートで被覆した状態で現場に搬入するようにすれば、作業性を向上することができる。なおケーシング１以外にも、天蓋２または底蓋３に粘着体１３を設けるようにしてもよい。
また図７（ｂ）に示すように、所定量の吸水性ポリマーＰを予め水溶紙やゼラチンフィルム等によって形成された収容体Ｐ１に内包しておき、このものを装填孔Ｈ内に投入するようにしてもよく、この場合、収容体Ｐ１をモールド成形して天蓋２に対して入れ子状に一体化できるように構成することにより、破砕薬筒Ｅと吸水性ポリマーＰとを同時に装填孔Ｈ内に投入することが可能となる。
前記吸水性ポリマーＰの量は、吸水性ポリマーＰが水Ｗを吸収して膨潤した状態で、装填孔Ｈ内において破砕薬筒Ｅを完全に囲繞することができるような量とするものであり、この実施例では一例として０．５〜０．７ｇを投入するようにした。

（３）着火具のセットと破砕薬筒の装填
続いて図６（ｃ）に示すように、破砕薬筒Ｅにおける挿入口３３に対して着火具４をセットするとともに、この破砕薬筒Ｅを装填孔Ｈに装填する。この場合、破砕薬筒Ｅの装填孔Ｈへの装填方向は、破砕主剤６が下に位置する方向であっても、上に位置する方向であってもよい。

（４）注水
次いで図６（ｄ）に示すように、装填孔Ｈ内に水Ｗを投入するものであり、この実施例では８０ｃｃを注水するようにした。
このような注水により吸水性ポリマーＰが水Ｗを吸収して膨潤し、図６（ｅ）に示すように装填孔Ｈ内において破砕薬筒Ｅを完全に囲繞して填塞材Ｍとして機能することとなるものである。なお吸水性ポリマーＰが水Ｗを吸収するのに要する時間は極めて短時間（約２０秒程）であり、従来工法のように所定の養生時間を必要としないため、迅速に次の工程に移ることが可能となる。

（５）砂の充填
次に図６（ｅ）に示すように、前記装填孔Ｈ内における膨潤した吸水性ポリマーＰと開口部との間に砂Ｓを充填するものであり、これにより図６（ｆ）に示すように、破砕主剤６である硝酸アンモニウムとテルミット反応を呈する加熱剤５とを収容した破砕薬筒Ｅが装填孔Ｈ内に密閉状態で位置することとなる。
なお砂Ｓには適宜水を加えて湿砂として填塞効果を高めるようにする。

（６）着火
次いで図示しない着火装置によって着火具４に通電すると、着火具４の内部の着火薬が発火し、その熱によって加熱剤５がテルミット反応を起こし、３０００℃近い超高温の反応熱が発生することとなる。
そしてこの超高温の反応熱は導炎孔６１を通じて破砕主剤６全域に短時間に効率的に伝熱され、この反応熱により破砕主剤６たる硝酸アンモニウムは成分が分解し、全てガス化して急速に膨張し、この分解ガスの圧力により図１に示すように被破砕体Ｒに亀裂が生じて複数の小片に分割されることとなる。
このとき本発明によれば図６に示すように、装填孔Ｈ内に亀裂Ｃがある場合であっても、膨潤状態の吸水性ポリマーＰがこの亀裂Ｃからの生成ガスの逸散を防止するため、加熱剤５としてテルミット反応を呈する物質を用いることにより硝酸アンモニウムを急激に分解させて、その生成ガスの圧力によって行う被破砕物Ｒの破砕を確実に行うことができる。
また吸水性ポリマーＰの填塞効果に加え、砂Ｓによって填塞効果が向上されるため、装填孔Ｈ内における生成ガスの圧力を更に効果的に作用させて、より確実に破砕を行うことができる。

本発明の破砕薬筒の装填方法によってセッティングされた破砕薬筒周辺の様子並びに岩石・構造物等の破砕の様子を一部透視して示す斜視図である。 破砕薬筒を示す分解側面図及び縦断側面図である。 同上分解斜視図である。 破砕薬筒の製造過程を段階的に示す縦断側面図である。 形態を異ならせた破砕薬筒を示す縦断側面図である。 本発明の破砕薬筒の装填方法並びに岩石・構造物等の破砕の様子を段階的に示す斜視図である。 吸水性ポリマーをケーシングや天蓋に一体化させる実施例を示す斜視図である。

Ｅ 破砕薬筒
１ ケーシング
１１ 開口部
１１ａ 細径部
１２ 開口部
１２ａ 蓋止め
１３ 粘着体
２ 天蓋
３ 底蓋
３１ 外筒
３２ 内筒
３３ 挿入口
４ 着火具
５ 加熱剤
５１ 散炎面
６ 破砕主剤
６１ 導炎孔
６２ 導炎面
７ 仕切材
７ａ 通気孔
７１ 仕切体
７２ 中空管
８ 白金線
Ｃ 亀裂
Ｈ 装填孔
Ｍ 填塞材
Ｐ 吸水性ポリマー
Ｐ１ 収容体
Ｒ 被破砕体
Ｓ 砂
Ｗ 水

Claims (4)

1. 被破砕物に対して装填孔を穿孔し、この装填孔に破砕薬筒を挿入し、更に装填孔と破砕薬筒との間の隙間及び破砕薬筒と自由面との間の空間に填塞材を充填し、この状態で前記破砕薬筒に具えられる着火具に通電して破砕主剤を分解させ、これにより発生する生成ガスの膨張により被破砕物を破砕する方法において、前記破砕薬筒として、筒状のケーシング内に、破砕主剤である硝酸アンモニウムと、テルミット反応を呈する加熱剤とが密閉状態で充填され、更に前記加熱剤の着火具が具えられたものを用い、且つ前記填塞材として吸水性ポリマーを用い、ケーシングの側周部分に粘着体を設けるとともに、この粘着体に対して吸水性ポリマーを塗し、吸水性ポリマーによって破砕薬筒を囲繞した状態として、これら破砕薬筒と吸水性ポリマーとを同時に前記装填孔内に投入し、次いで装填孔内に水を注入して前記吸水性ポリマーに水を吸収させて膨潤させることを特徴とする破砕薬筒の装填方法。
2. 前記填塞材として吸水性ポリマーを用い、所定量の吸水性ポリマーを予め収容体に内包しておき、この収容体をケーシングの天蓋に一体化させた状態とすることを特徴とする請求項１記載の破砕薬筒の装填方法。
3. 前記収容体は水溶紙やゼラチンフィルムによって形成されたものであることを特徴とする請求項２記載の破砕薬筒の装填方法。
4. 前記吸水性ポリマーが膨潤した状態で破砕薬筒を完全に囲繞した状態とさせ、更に膨潤した吸水性ポリマーと、装填孔における開口部との間に砂を充填することを特徴とする請求項１、２または３記載の破砕薬筒の装填方法。

Images