JP5408732B2 - 発破ズリの粒径計測方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は発破ズリの粒径計測方法及びシステムに関し、とくに発破工法における岩盤の掘削時に生じる発破ズリの粒径を計測する方法及びシステムに関する。

例えば硬岩又は中硬岩の岩盤に山岳トンネル等を掘削する場合に、発破工法（発破掘削）が実施される。発破工法では、例えば図２（Ａ）に示すように、岩盤の切羽１にトンネル軸線方向に沿って適当なパターン（発破仕様）の発破孔２を設けて火薬を埋め込み、各発破孔２の火薬を順次に起爆することで所定断面形状のトンネル坑を所定距離（例えば１〜３ｍ）ずつ掘削する。発破時のガスや粉塵が適当に薄まったのち、図２（Ｂ）に示すように発破により粉砕されて切羽前方に飛散した岩石（以下、発破ズリという）３をダンプトラック、ベルトコンベア等に積み込んで坑外の仮置き場へ運び出し、掘削した切羽１に必要な支保工や覆工を建て込んだうえで、次回の発破掘削を繰り返す。なお、広義の発破工法は坑内だけでなく採石場や鉱山における開放空間の露天掘り等においても実施されるが（明かり発破）、本明細書では坑内で実施される発破工法を対象とする。

従来の発破工法では、発生した発破ズリの一部分をトンネル現場内の路盤材・盛土材等として利用し、残部分を現場から離れた残土処分場へダンプトラック等で搬出して処分している。しかし、近年は地球温暖化防止の観点から、二酸化炭素の排出を伴うトラック運搬による処分量を低減し、発破ズリをコンクリート骨材等として二次利用することが推奨されている（非特許文献１参照）。発破ズリの二次利用を進めるためには、ズリの粒度を調整する後処理（例えば二次的な粉砕、砕石）をできるだけ削減し、発破時に生じるズリをそのまま利用目的に応じた粒度とすることが望ましいことから、発破ズリの粒度分布を求めることが重要となる。例えば、発破ズリの粒度分布と発破の機構（仕様）との関係を解明する研究が進められており（非特許文献２参照）、利用目的に応じて発破の仕様を調整するために発破ズリの粒度分布を求めることが必要となる。また、後処理で発破ズリの粒度を二次的に処理（粉砕、砕石等）する場合にも、発破ズリの粒度分布は、その二次的な処理量算出の定量的な証拠として有用である。

従来の発破工法において発破ズリの粒度分布の計測はほとんど行われていないが、一般に発破ズリのような粒状材の粒度分布は、複数の粒径で篩い分けする方法により粒径加積曲線（粒径を横軸（対数軸）とし、その粒径以下の粒状材の全体に対する質量百分率を縦軸（線形軸）とした片対数グラフ）として求めることができる。また、発破ズリは一般に粒径が大きく、篩い分けによって粒度分布を求めることが困難であることも多いため、画像解析技術によって粒度分布を求めることも提案されている（非特許文献３、４参照）。例えば非特許文献３は、発破後に坑外の仮置き場に運び出された発破ズリの堆積物上にスケールを載置してデジタル可視光画像Ｇ（図８（Ａ）参照）を撮影し、その画像Ｇから発破ズリの粒度分布を計測する方法を提案している。

可視光画像Ｇにより粒状材の粒度分布を計測する方法は、例えば特許文献１〜３に開示されている。先ず、図８に示すように粒状材Ｔの堆積物のデジタル画像Ｇをコンピュータに入力し、陰影等に基づいて画像Ｇを二値化処理し、必要に応じてラベリングやパターンマッチング等の手法を用いて個々の粒状材Ｔの輪郭（エッジ）を検出する。次いで、図９に示すように各粒状材Ｔの輪郭の面積等価径から粒径ｄ（又は輪郭にフィッティングさせた楕円形から短径ａ・長径ｂ）を求め、粒径ｄ（又は短径ａ・長径ｂ）のヒストグラムを作成することにより粒度分布を求める。必要に応じてキャリブレーションに基づく補正（例えば岩石の種類や発破機構に応じた補正）を施すことにより、画像処理による粒度分布（ヒストグラム）を篩い分けによる粒度分布（粒径加積曲線）に近付けることができる。仮置き場へ運び出した発破ズリの粒度分布（粒径加積曲線）についても、図８及び図９と同様の方法で求めることができる。

特開２００３−０１０７２６号公報 特開２００６−０７８２３４号公報 特開２００９−０３６５３３号公報

福井勝則ほか「トンネル掘削で発生するずりのコンクリート骨材への有効利用」資源と素材、Ｖｏｌ．１２０、２００４年、３８０〜３８７頁 日本火薬工業会技術部「あんな発破・こんな発破−発破事例集」、平成１４年３月発行、インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊ−ｋａｙａｋｕ．ｊｐ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ） 福井勝則ほか「トンネル掘削におけるずりの粒度分布」資源と素材、Ｖｏｌ．１１９、２００３年、６４０〜６４６頁 "Ｓｐｌｉｔ−Ｄｅｓｋｔｏｐ ｒｏｃｋ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ"，Ｓｐｌｉｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＬＬＣ，２０１０年４月、インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｐｌｉｔｅｎｇ．ｃｏｍ／ｓｐｌｉｔ−ｄｅｓｋｔｏｐ／）

しかし、非特許文献３のように仮置き場に運び出した発破ズリを対象とする粒度分布の計測方法では、仮置き場において今回の発破ズリが前回までの発破ズリと混合されてしまうため、発破仕様の反映されたズリの粒度分布を求めることが難しくなる。上述したように発破の仕様を調整して二次利用に適したズリの粒度とするためには、発破直後にその仕様の反映された発破ズリの粒度分布を計測して次回の発破仕様を調整することが必要であり、仮置き場に運び出されて異なる発破仕様のズリと混合される前に、切羽周辺において発破ズリの粒度分布を求めることが必要となる。

ただし、発破直後の切羽周辺は照明もほとんどなく非常に暗い環境であり、発破によるガスや粉塵も充満しているので、坑外の仮置き場と同じ方法では粒度分布の計測に必要な画像Ｇが得られない。本発明者の予備的実験によれば、発破直後の切羽付近で撮影したズリ堆積物の可視光画像Ｇでは、像がぼやけて且つ粉塵も写り込んでいるので、図８のように個々の発破ズリ（粒状材Ｔ）の輪郭を抽出することは困難である。ガスや粉塵が霧消するのを待って照明を用意して画像Ｇを撮影することも考えられるが、工事進捗の観点からはガスや粉塵の霧消後直ちに発破ズリの運び出し（ズリ出し）を始めることが必要であり、画像Ｇの撮影のためにズリ出し作業を一時停止させる（妨害する）ことは望ましくない。発破直後の切羽周辺における発破ズリの粒度を計測するためには、粉塵等が飛散している暗い環境下でも発破ズリの輪郭を検出できる画像を得る技術の開発が必要である。

そこで本発明の目的は、発破直後の切羽において発破ズリの粒径を計測できる方法及びシステムを提供することにある。

本発明者は、発破ズリが熱を帯びていることに着目した。一般に発破直後の切羽周辺のズリは発破による熱を帯びており、温泉地帯の地下岩盤のように切羽が高温である場合は発破ズリも高温を帯びている。また、各発破ズリの熱量は必ずしも均一ではなくズリ毎に異なっており、単一のズリ内においても中心部と周辺部とでは熱量が相違している。本発明者の予備的実験によれば、この発破直後のズリ堆積物の温度分布画像Ｑ（例えば図５参照）を撮影すれば、可視光画像Ｇ中の陰影から発破ズリの輪郭を検出できるのと同様に、温度分布画像Ｑ中の温度分布から発破ズリの輪郭を抽出し、各発破ズリの粒径を求めることができる。また、赤外線は可視光に比べて波長が長く散乱しにくいため、ガスや粉塵が充満している切羽周辺の環境下でも透過してズリ堆積物の画像Ｑを撮影することが可能となる。本発明は、この着想に基づく研究開発の結果、完成に至ったものである。

図１の流れ図を参照するに、本発明による発破ズリの粒径計測方法は、岩盤の発破掘削時に生じる切羽１の発破ズリ３の堆積物上に所定強度で赤外線を放出する所定大きさの複数のスケール１０を載置し（ステップＳ００２）、スケール１０を含むズリ３の堆積物の温度分布画像Ｑ（例えば図５参照）を赤外線カメラ２０で撮影し（ステップＳ００３）、その温度分布画像Ｑから各ズリ３及びスケール１０の輪郭を抽出し且つその輪郭とスケール１０の所定大きさとから各ズリ３の粒径を計測してなるものである（ステップＳ００８〜Ｓ００９）。

また図２の実施例を参照するに、本発明による発破ズリの粒径計測システムは、岩盤の発破掘削時に生じる切羽１の発破ズリ３の堆積物上に載置され且つ所定強度で赤外線を放出する所定大きさの複数のスケール１０（図２（Ｃ）参照）、スケール１０を含むズリ３の堆積物の温度分布画像Ｑ（例えば図５参照）を撮影する赤外線カメラ２０（図２（Ｄ）参照）、並びにその温度分布画像Ｑから各ズリ３及びスケール１０の輪郭を抽出し且つその輪郭とスケール１０の所定大きさとから各ズリ３の粒径を計測する画像処理装置２５（図２（Ｄ）参照）を備えてなるものである。

好ましくは、図１のステップＳ００３〜Ｓ００５に示すように、赤外線カメラ２０により同じ視点Ｐから複数の温度分布画像Ｑ１〜Ｑ４（例えば図４〜図７参照）を経時的に撮影し、画像処理装置２５により複数の画像Ｑ１〜Ｑ４から各ズリ３及びスケール１０の輪郭を抽出する。この場合は、ズリ３の堆積物に対して継続的に送風しながら複数の温度分布画像Ｑ１〜Ｑ４を撮影してもよい。

更に好ましくは、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにスケール１０を、ズリ３と異なる温度の発熱物質１１が内蔵された中空球状体１０ａ、１０ｂとする。望ましくは、図示例のように、スケール１０に所要長さの紐１５の一端を取り付け、紐１５の他端の保持位置からの投擲によりスケール１０をズリ３の堆積物上に載置可能とする。必要に応じて、図３（Ｃ）及び図２（Ｄ）に示すように、スケール１０に赤外線の反射物質１２が表面に塗布されたスケール１０ｃを含め、赤外線カメラ２０に赤外線を照射する照明２２を含めてズリ３の堆積物の赤外線反射画像Ｒの撮影を可能とし、発破ズリ３の堆積物の温度分布画像Ｑと赤外線反射画像Ｒとから各ズリ３の輪郭を抽出してもよい。

本発明による発破ズリの粒径計測方法及びシステムは、岩盤の発破掘削による発破ズリ３の堆積物上に赤外線を放出する所定大きさの複数のスケール１０を載置したうえで、スケール１０を含むズリ３の堆積物の温度分布画像Ｑを赤外線カメラ２０で撮影し、その画像Ｑの温度分布から各ズリ３及びスケール１０の輪郭を抽出して各ズリ３の粒径を計測するので、次の有利な効果を奏する。

（イ）温度分布画像Ｑを用いることにより、可視光画像Ｇによる発破ズリ３の輪郭の検出が困難な切羽周辺の暗い環境下においても各発破ズリ３の温度分布の相違から輪郭を抽出することができる。
（ロ）また、可視光に比べて散乱しにくい赤外線を用いることにより、ガスや粉塵が充満している発破直後の切羽周辺でも各発破ズリ３の粒径計測可能な画像Ｑを得ることができる。
（ハ）所定大きさの複数のスケール１０を温度分布画像Ｑに写し込むことにより、画像Ｑ中の各スケール１０の大きさからズリ堆積物の奥行きを検出し、画像Ｑ中の撮影距離の異なる各発破ズリ３の粒径を精度よく計測することが可能となる。
（ニ）ズリ堆積物の複数の温度分布画像Ｑ１〜Ｑ４を経時的に撮影しておけば、例えばそれらの画像Ｑ１〜Ｑ４の異なる温度分布を合成して各発破ズリ３の輪郭を強調し、発破ズリ３の輪郭の抽出精度、粒径の計測精度を高めることができる。
（ホ）また、スケール１０に所要長さの紐１５を取り付け、離隔位置からの投擲によりスケール１０をズリ堆積物上に載置可能とすれば、発破直後の不安定な切羽周辺に接近することなく発破ズリ３の粒径計測が可能となる。
（ヘ）発破直後の切羽周辺において迅速・安全に今回の発破仕様の反映された発破ズリの粒度分布を求めて次回の発破仕様の調整に繋げることにより、次回の発破ズリを二次利用に適した粒度分布に近付けることが期待でき、ひいては発破ズリの二次利用の促進に貢献できる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
本発明による粒径計測方法の処理を示す流れ図の一例である。 本発明による粒度計測システムを用いた一実施例である。 本発明で用いるスケールの一例の説明図である。 本発明による粒径計測方法の効果を確認した実験の温度分布画像の一例である。 図４に経時的に続く実験の温度分布画像の他の一例である。 図５に経時的に続く実験の温度分布画像の更に他の一例である。 図６に経時的に続く実験の温度分布画像の更に他の一例である。 粒状体堆積物の可視光画像から粒状体の輪郭を抽出する従来技術の説明図である。 粒状体の輪郭から粒径を計測する従来技術の説明図である。

図１は、本発明による粒径計測方法の流れ図を示し、図２はその流れ図を山岳トンネル等の発破掘削に適用した実施例を示す。図１のステップＳ００１は、図２（Ａ）を参照して上述したように、岩盤切羽１に所定パターン（調整された発破仕様）の発破孔２を設けて火薬を埋め込み、切羽１を掘削する従来の発破工法と同様の処理を示す。図２（Ｂ）に示すように切羽前方に発破によって粉砕された岩石が堆積して発破ズリ３となるが、発破直後は切羽１付近にガスや粉塵が充満しているので、発破ズリ３の坑外への運び出し（ズリ出し、ステップＳ００７）はガスや粉塵が消えるまで待ち合わせる。図１の流れ図は、この発破直後からズリ出しまでの待ち合わせ時間を利用して、発破ズリ３の粒径計測に必要な温度分布画像Ｑを（可能であれば可視光画像Ｇも含めて）撮影するものである（ステップＳ００２〜Ｓ００６）。

先ずステップＳ００２において、切羽１の発破ズリ３の堆積物上に、赤外線を放出する所定大きさの複数のスケール１０を載置する（図２（Ｃ）参照）。従来の可視光画像Ｇを用いた粒度計測方法では、例えば図８に示すように計測対象の粒状体を平面的に撒きだし、各粒状体に対して撮影距離が等しくなるように、例えば上方から画像Ｇを撮影することが多い。しかし、発破直後の待ち合わせ時間中に迅速な撮影が要求される場面では、発破ズリ３を平面的に撒きだして上方から撮影するという手間のかかる方法を採用することは困難であり、三次元的に積み重なった発破ズリ３の堆積物を切羽前方の離れた位置から奥行きのある画像として撮影せざるを得ない。図示例のスケール１０は、画像中の各スケール１０の大きさからズリ堆積物の奥行き（全体の三次元形状）を検出し、画像中の撮影距離の異なる各発破ズリ３の粒径を精度よく計測するためのものであり、撮影位置から見て奥行き方向（撮影距離）の異なる複数の位置（例えば堆積物の頂部・中腹・裾野部等）に設置することが望ましい。

スケール１０は、後述する温度分布画像Ｑにおいて発破ズリ３と識別できるように、発破ズリ３と識別可能な所定強度の赤外線を放射するものとすることができる。例えば図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、スケール１０を一対の反割り中空球状体１０ａ、１０ｂ（例えば軽量アルミ製）により構成し、その中空球状体１０ａ、１０ｂの間に発熱物質（例えば加熱液体等）１１を内蔵して中空球状スケール１０とする。一般に発熱物質１１が高温であるほど放射する赤外線の強度も大きくなるが、発破現場において発破ズリ３の放射する赤外線と識別できるように発熱物質１１の温度を定めることができる。また簡易的には、図３（Ｂ）に示すように、中空球状体１０ａ、１０ｂの内面に反応触媒を含む発熱物質１１（例えば、発熱物質として鉄粉の酸化作用を利用した携帯用カイロ等）を貼り付けて赤外線放射型の球状スケール１０としてもよい。

図３（Ａ）及び（Ｂ）のような球状のスケール１０は、撮影方向が相違しても同じ円形像として撮影することができ、堆積物上の設置方向（設置姿勢）にもとくに制限がないので設置が容易であり、発破ズリ３が不安定な状態で積み重なった堆積物上でスケール１０の位置や姿勢が多少ずれた場合でも設置し直す手間を必要としない点で、迅速な撮影を必要とする本発明に適している。ただし、本発明で用いるスケール１０は球形に限定されるものではなく、例えば図３（Ｄ）のような棒状スケール１０ｄに発熱物質を塗布し又は内蔵させて赤外線放射型のスケール１０とすることも可能である。図示例のような棒状スケール１０ｄは、堆積物上に奥行き方向（撮影距離）の異なる複数の位置に直角向きで設置することにより、画像中の各棒状スケール１０ｄの長さからズリ堆積物の奥行き（堆積物全体の三次元形状）を検出し、奥行き方向の異なる発破ズリ３の粒径を計測することができる。

好ましくは、図２（Ｃ）及び図３に示すように、スケール１０に所要長さの紐１５の一端を取り付ける。一般に発破直後の切羽１付近の岩盤は不安定となっている可能性があり、発破ズリ３も不安定な状態で積み重なっているので、ズリ堆積物に近付いてスケール１０を載置する作業（ステップＳ００２）は危険を伴うことが多い。スケール１０に所要長さの紐１５を取り付けておけば、例えば切羽前方の離れた撮影位置Ｐに紐１５の他端を保持し、撮影位置Ｐからスケール１０をズリ堆積物上に投げ込むことにより、スケール１０をズリ堆積物上に載置することが可能となる。投げ込んだスケール１０の位置や姿勢が撮影に適していない場合は、紐１５を利用してスケール１０を撮影位置Ｐに回収して再投入することにより、ズリ堆積物上の位置や姿勢を簡単に修正することもできる。また、画像の撮影終了後のスケール１０の回収（ステップＳ００７）も容易となる。

次いで図１のステップＳ００３において、撮影位置Ｐに赤外線カメラ２０を設置し、スケール１０を載置したズリ堆積物の温度分布画像（赤外線サーモグラフィ）Ｑを撮影する（図２（Ｄ）参照）。図示例の赤外線カメラ２０の一例は、ズリ堆積物及びスケール１０の放射する赤外線エネルギー（主に遠赤外線）の強度を検知する装置（赤外線サーモグラフ）であり、その強度を見かけの温度に変換した温度分布を可視化して画像表示するものである。例えば、図示例のようにカメラ２０に三脚２１を含め、切羽前方の離れた撮影位置Ｐにカメラ２０を固定してズリ堆積物を撮影することにより、赤外線を放射する各発破ズリ３の表面温度とスケール１０の表面温度とを相対的に比較できる温度分布画像Ｑを得ることができる。

図４〜図７は、熱を帯びた岩石粒の温度分布画像Ｑにより各岩石粒の輪郭が抽出できるか否かを確認した実験結果を示す写真である。この実験では、発破ズリ３に代えて５０度程度に加熱した採石場の砕石３の堆積物を用い、内面に携帯用カイロを貼り付けた中空球状スケール１０（図３（Ｂ）参照）と並べて温度分布画像Ｑを撮影した。また、堆積物と対向させて固定した赤外線カメラ２０により、加熱した砕石３の堆積物及びスケール１０の複数の温度分布画像Ｑ１〜Ｑ４を所定時間ｔ（例えば５分程度）間隔で経時的に撮影し、時間経過による温度分布画像Ｑの変化を観察した。図４は撮影開始直後の画像Ｑ１を表し、図５〜図７はそれぞれ所定時間ｔ、２ｔ、３ｔ経過後の画像Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を表す。

温度分布画像Ｑ１〜Ｑ４の比較から、スケール１０の放射する赤外線エネルギー（温度）は時間３ｔが経過しても大きく変化しないのに対し、砕石３の放射する赤外線エネルギーは時間３ｔの経過の間に徐々に小さくなり、温度が低下していることが分かる。また、時間３ｔの経過した温度分布画像Ｑ４（図７）では堆積物中の各砕石３の輪郭を抽出することは困難であるが、例えば時間ｔ又は２ｔの経過した温度分布画像Ｑ２又はＱ３（図５、図６）によれば各砕石３の輪郭を抽出することが可能であることが分かる。実際の発破現場では発破ズリ３の帯びる温度によっても相違するが、例えばステップＳ００３において図５のような温度分布画像Ｑ２（又は図６の画像Ｑ３）を撮影しておけば、後述するステップＳ００８〜Ｓ００９において画像Ｑ２（又は画像Ｑ３）から発破ズリ３の輪郭を抽出することができる。

好ましくは、ステップＳ００３〜Ｓ００５に示すように、ズリ堆積物を所定時間ｔずつ放置しながら同じ視点Ｐで温度分布画像Ｑの撮影を経時的に繰り返し、図４〜図７のような複数の温度分布画像Ｑ１〜Ｑ４を取得する。上述したように、各発破ズリ３の温度差が比較的明瞭な単独の温度分布画像Ｑ２（又は画像Ｑ３）を用いることにより堆積物中の各ズリ３の輪郭を抽出することも可能であるが、温度分布の異なる複数の画像Ｑ１〜Ｑ４を用いることにより、各発破ズリ３の輪郭の抽出精度を高めることができる。例えば、温度分布画像Ｑ１〜Ｑ４の異なる温度分布を合成して各発破ズリ３の輪郭が強調された合成画像を作成し、その合成画像から各発破ズリ３の輪郭を抽出する。

また、ステップＳ００３〜Ｓ００５において、ズリ堆積物に対して送風しながら複数の温度分布画像Ｑ１〜Ｑ４を撮影することも有効である。例えば送風機の送風によって発破ズリ３を積極的に冷却しながら温度分布画像Ｑを経時的に撮影することにより、図４〜図７のような温度分布の異なる複数の画像Ｑを取得し、発破ズリ３の輪郭の抽出精度を高めることが期待できる。一般の坑内発破現場では坑入口から切羽まで風管を配置して切羽の排気や換気を行っていることが多いので、例えばそのような風管を送風機として利用してズリ堆積物を冷却しながら複数の画像Ｑを撮影することができる。

更に好ましくは、ステップＳ００３〜Ｓ００５において、図２（Ｄ）に示すように赤外線カメラ２０に発破ズリ３の堆積物に対して赤外線を照射する照明２２を含め、上述した温度分布画像Ｑと共に、赤外線カメラ２０により堆積物から反射される赤外線の反射画像Ｒを撮影可能とする。上述した赤外線サーモグラフは対象物から放射される主に遠赤外線（波長１．５〜１００μｍ）のエネルギーを検知して温度分布画像Ｑを作成するものであるが、そのような温度分布画像Ｑに加えて、対象物から反射される赤外線を検知して赤外線反射画像Ｒを作成することにより、温度分布画像Ｑと赤外線反射画像Ｒとの両者から各発破ズリ３の輪郭を容易に抽出できる場合がある。望ましくは、照明２２により発破ズリ３の体積物に対して遠赤外線よりも波長の短い近赤外線（波長０．７〜２．５μｍ）を照射し、赤外線カメラ２０によって発破ズリ３の近赤外線の吸収度合い（反射度合い）を反映した赤外線吸収画像Ｒを撮影する。

すなわち、発破直後のズリ３は、上述したように熱を帯びていると共に、切羽坑内に露出している岩盤と異なる表面水分を有していることが多い。また各発破ズリ３の表面水分はズリ毎に異なっており、更に時間の経過と共に蒸発して変化している。近赤外線は水分に吸収されやすい特性を有しているので、例えば発破ズリ３に近赤外線を照射して赤外線反射画像Ｒを撮影すれば、その赤外線反射画像Ｒから発破ズリ３の近赤外線の吸収度合いの分布（すなわち表面水分の分布）を検出し、その分布から発破ズリ３の輪郭を抽出することができる。或いは、上述した温度分布画像Ｑの場合と同様に、ズリ堆積物を所定時間ｔずつ放置しながら赤外線反射画像Ｒ１〜Ｒ４を経時的に撮影すれば、複数の画像Ｒ１〜Ｒ４中の水分分布の変化から各発破ズリ３の輪郭を抽出することができる。従って、遠赤外線画像Ｑと赤外線反射画像Ｒとの両者を用いることにより、いわば温度分布と水分分布との両面から各発破ズリ３の輪郭を抽出することが可能となり、各発破ズリ３の輪郭の抽出精度、ひいては各発破ズリ３の粒径の計測精度を高めることが期待できる。

赤外線反射画像Ｒを撮影する場合は、例えば図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示すように、近赤外線の反射物質１２が表面に塗布又は散布された球状スケール１０ｃ又は棒状スケール１０ｄをスケール１０に含め、各発破ズリ３及びスケール１０の反射する近赤外光により赤外線反射画像Ｒを作成することができる。例えば、球状又は棒状スケール１０ｃ、１０ｄの表面に水分を塗布又は散布して赤外線反射画像Ｒ用のスケール１０とする。望ましくは、時間の経過によっても蒸発しにくい近赤外光反射塗料をスケール１０ｃ、１０ｄの表面に塗布して赤外線反射画像Ｒ用のスケール１０とする。例えば、図３（Ａ）のような発熱物質１１の内蔵された中空球状スケール１０の表面に近赤外光反射塗料を塗布することにより、温度分布画像Ｑ用のスケール１０を赤外線反射画像Ｒ用のスケール１０として共用することも可能である。

ステップＳ００３〜Ｓ００５を例えば切羽付近のガスや粉塵が適当に薄まるまで繰り返し、温度分布画像Ｑの撮影を終了する場合はステップＳ００４からステップＳ００６へ進む。ステップＳ００６において、可視光画像Ｇの撮影が可能であれば、撮影位置Ｐの赤外線カメラ２０を可視光カメラに交換して、スケール１０を含むズリ堆積物の可視光画像Ｇを撮影することが望ましい。上述した温度分布画像Ｑ及び赤外線反射画像Ｒに加えて、可視光画像Ｇをも用いて各発破ズリ３の輪郭を抽出することにより、各発破ズリ３の輪郭抽出の更なる高精度化を図り、後述する粒度分布予測の品質向上に繋げることができる。ただし、ステップＳ００６における可視光画像Ｇの撮影は、ステップＳ００７のズリ出し作業を妨げるようであれば省略することができる。

ステップＳ００２〜Ｓ００６において発破ズリ３の粒径計測に必要な温度分布画像Ｑ（及び、可能であれば可視光画像Ｇ）を撮影したのち、ステップＳ００７においてスケール１０を回収し、通常の発破工法と同様に発破ズリ３を坑外へ運び出すると共に切羽観察用の可視画像（通常の写真）を撮影し、必要に応じて切羽１に支保工や覆工を建て込んだうえで、ステップＳ０１１からステップＳ００１へ戻って次回の発破掘削を繰り返す。

図１のステップＳ００８〜Ｓ０１０は、上述した温度分布画像Ｑ（及び赤外線反射画像Ｒ）を図２（Ｄ）の画像処理装置２５へ入力し、画像処理装置２５において温度分布画像Ｑ（及び赤外線反射画像Ｒ）から各発破ズリ３及びスケール１０の輪郭を抽出し、その輪郭とスケール１０の所定大きさとから各ズリ３の粒径を計測する処理を示す。図示例の画像処理装置２５は、輪郭抽出手段２６、粒径計測手段２７、及び粒度分布算出手段２８を有する。輪郭抽出手段２６は、図８に示すように、温度分布画像Ｑを温度分布に基づいて二値化処理し（又は赤外線反射画像Ｒを水分分布に基づいて二値化処理し）、ラベリング、パターンマッチング等の手法を用いて画像Ｑ（及び画像Ｒ）中の各発破ズリ３及びスケール１０の輪郭を抽出する内蔵プログラムである（ステップＳ００８）。また粒径計測手段２７は、図９に示すように、抽出された輪郭に基づき、各スケール１０の径ｄを求めると共に各発破ズリ３の粒径ｄ（又は短径ａ・長径ｂ）を求める内蔵プログラムである。粒径計測手段２７は、更に各スケール１０の径ｄと所定大きさＴとからズリ堆積物の三次元形状（撮影位置Ｐから見た堆積物全体の奥行き）を算出し、そのズリ堆積物全体の三次元形状に基づいて各発破ズリ３の粒径ｄとスケール１０の所定大きさとを比較することにより、各発破ズリ３の粒径を算出する（ステップＳ００９）。

図２（Ｄ）の画像処理装置２５の粒度分布算出手段２８は、粒径計測手段２７により算出された各発破ズリ３の粒径ｄのヒストグラムを作成し、発破ズリ３の粒度分布を求める内蔵プログラムである（ステップＳ０１０）。例えば発破現場において試験的に採取した発破ズリ３の粒径ヒストグラムと粒度分布との関係式（補正式）をキャリブレーションに基づいて作成し、その関係式（補正式）に基づいて発破ズリ３の粒径ヒストグラムを補正することにより、発破ズリ３の高品質な粒度分布を算出することができる。このような補正は、上述した従来の仮置き場に運び出した発破ズリの粒度分布計測と同様のものであり、従来技術に属する。

図１の流れ図によれば、切羽周辺の暗い環境下においても発破ズリ３の輪郭を抽出できる温度分布画像Ｑを得ることができ、坑外へ運び出す前の発破直後の切羽周辺において発破ズリ３の粒度分布を求めることが可能となる。また、温度分布画像Ｑを得るための赤外光は、ガスや粉塵が充満している発破直後の切羽周辺においても散乱しにくいので、発破後直ちに画像Ｑを撮影することが可能であり、発破からズリ出しまでの待ち合わせ時間を利用して発破ズリ３の粒度分布を迅速に求めることができる。従って、ステップＳ００８〜Ｓ０１０において求めた今回の発破ズリ３の粒度分布を、ステップＳ００１における次回の発破仕様の調整に利用することが可能となり、次回の発破ズリを二次利用に適した粒度分布に近付けることにより発破ズリの二次利用を促進することができる。

こうして本発明の目的である「発破直後の切羽において発破ズリの粒径を計測できる方法及びシステム」を提供することができる。

１…切羽 ２…発破孔
３…発破ズリ
１０…スケール １０ａ、１０ｂ…反割り中空球状体
１０ｃ…球状体 １０ｄ…棒状スケール
１１、１１ａ、１１ｂ…発熱物質
１２…反射物質 １４…スプレー
１５…紐
２０…赤外線カメラ（又は近赤外線カメラ）
２１…三脚 ２２…照明
２５…コンピュータ ２６…輪郭抽出手段
２７…粒径計測手段 ２８…粒度分布算出手段
Ｐ…撮影位置 Ｑ…温度分布画像
Ｇ…可視画像 Ｔ…粒状体

Claims (12)

1. 岩盤の発破掘削時に生じる切羽の発破ズリの堆積物上に所定強度で赤外線を放出する所定大きさの複数のスケールを載置し、前記スケールを含むズリ堆積物の温度分布画像を赤外線カメラで撮影し、前記画像から各ズリ及びスケールの輪郭を抽出し且つその輪郭とスケールの所定大きさとから各ズリの粒径を計測してなる発破ズリの粒径計測方法。
2. 請求項１の計測方法において、前記赤外線カメラにより同じ視点から複数の温度分布画像を経時的に撮影し、前記複数の画像から各ズリ及びスケールの輪郭を抽出してなる発破ズリの粒径計測方法。
3. 請求項２の計測方法において、前記ズリ堆積物に対して継続的に送風しながら複数の温度分布画像を撮影してなる発破ズリの粒径計測方法。
4. 請求項１から３の何れかの計測方法において、前記スケールを、前記ズリと異なる温度の発熱物質が内蔵された中空球状体としてなる発破ズリの粒径計測方法。
5. 請求項１から３の何れかの計測方法において、前記スケールに赤外線の反射物質が表面に塗布されたスケールを含め、前記赤外線カメラに赤外線を照射する照明を含めてズリ堆積物の赤外線反射画像の撮影を可能とし、前記ズリ堆積物の温度分布画像と赤外線反射画像とから各ズリの輪郭を抽出してなる発破ズリの粒径計測方法。
6. 請求項１から５の何れかの計測方法において、前記スケールに所要長さの紐の一端を取り付け、前記策の他端の保持位置からの投擲によりスケールをズリ堆積物上に載置してなる発破ズリの粒径計測方法。
7. 岩盤の発破掘削時に生じる切羽の発破ズリの堆積物上に載置され且つ所定強度で赤外線を放出する所定大きさの複数のスケール、前記スケールを含むズリ堆積物の温度分布画像を撮影する赤外線カメラ、並びに前記画像から各ズリ及びスケールの輪郭を抽出し且つその輪郭とスケールの所定大きさとから各ズリの粒径を計測する画像処理装置を備えてなる発破ズリの粒径計測システム。
8. 請求項７の計測システムにおいて、前記赤外線カメラにより同じ視点から複数の温度分布画像を経時的に撮影し、前記画像処理装置により複数の画像から各ズリ及びスケールの輪郭を抽出してなる発破ズリの粒径計測システム。
9. 請求項８の計測システムにおいて、前記ズリ堆積物に対して継続的に送風する送風機を設けてなる発破ズリの粒径計測システム。
10. 請求項７から９の何れかの計測システムにおいて、前記スケールを、前記ズリと異なる温度の発熱物質が内蔵された中空球状体としてなる発破ズリの粒径計測システム。
11. 請求項７から９の何れかの計測システムにおいて、前記スケールに赤外線の反射物質が表面に塗布されたスケールを含め、前記赤外線カメラに赤外線を照射する照明を含めてズリ堆積物の赤外線反射画像の撮影を可能とし、前記画像処理装置によりズリ堆積物の温度分布画像と赤外線反射画像とから各ズリの輪郭を抽出してなる発破ズリの粒径計測システム。
12. 請求項７から１１の何れかの計測システムにおいて、前記スケールに所要長さの紐の一端を取り付け、前記策の他端の保持位置からの投擲によりスケールをズリ堆積物上に載置可能としてなる発破ズリの粒径計測システム。