JP5503078B2 - 岩石破砕装置 - Google Patents

Description

本発明は、発射薬（ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ）を使用して岩石を破砕する装置に関する。

採掘及びその他の掘削の過程においては、通常、爆発物を使用して岩石を破砕している。爆砕の際に放出される岩石は、サイズ及び形状が様々である。いくつかの岩石は、利用可能な機器によって取り扱うには大き過ぎる。その他の例においては、鉱石立坑又はボックスホールを通じて運ばれる岩石が絡み合って鉱石立坑を通じた通路が遮断状態になる可能性がある。

例えば、地面上や鉱石立坑又はボックスホールの内部又はその上方などのように、様々な位置に存在する岩石を破砕するために、様々な技法が存在している。この観点においては、特定の状況を分類すると共に付随する問題点に対処するための技法を提案している特許文献１及び特許文献２を参照されたい。

爆発物を使用して問題の岩石を破砕する際には、その結果得られる爆砕の際に放出されるエネルギーが、取り囲んでいる支持構造を損傷するほどに大きなものとなる可能性がある。これは、容認することができない。その一方において、爆発物又は発射薬のいずれに基づいているのかを問わず、装薬を頭上の位置に存在する岩石内に配置することは危険であろう。

いくつかの状況においては、断片化又は排除を要する１つ又は複数の岩石内に複数の孔を穿孔しなければならない。孔を穿孔し、その孔に装薬を装填し、且つ、次いで、後続の孔を穿孔することは、一般的には、安全上の理由から推奨できない。これらの条件下においては、ドリルが、予め配置されている爆発物を貫通する可能性が高い。ドリルが爆発物の点火を引き起こすことになろう。望ましくない点火の結果は、深刻なものとなる可能性があろう。

特許文献３は、試錐孔内で火薬が詰められたチューブの使用を開示する。チューブは、装薬及び水の中に浸漬された（爆破用の）雷管を運ぶ。この構成は、主に、重力を考慮して、装薬を上方に延びる試錐孔内に配置すること意図している。この文献における課題は、岩石の破壊に関するこの発明の特別な問題とは異なっている。

米国特許第５，２３３，９２６号明細書 米国特許第２，２４７，１６９号明細書 米国特許第４，０３６，１００号明細書

本発明の目的は、２次岩石破砕プロセスを円滑に実行すると共に高度な安全性を提供する岩石破砕装置を提供することにある。

本発明は、封止された細長くて曲がり易いチューブと、チューブ内部のエネルギー物質を有するカートリッジと、チューブが液体によって充填されると共に膨張し、これにより、カートリッジが、エネルギー物質に点火することができるモードに設定されることを許容するための弁構成と、カートリッジが液体中に浸漬された際にエネルギー物質に点火するための装置と、を含み、弁構成は、液体をボアに導入することによってボアを加圧し、且つ、その結果、少なくとも半径方向においてチューブを膨張させるための注入口接続と、空気がそれを通じてボアから流出することができる排出口接続と、を含む岩石破砕装置を提供する。

チューブは、内部ボアと、封止された反対側の第１及び第２端部と、を有してもよい。カートリッジは、好ましくは、ボアの内部に配置される。

弁構成は、液体をボアに導入することにより、ボアを加圧し、且つ、その結果、少なくとも半径方向においてチューブを膨張させるための注入口接続と、空気がそれを通じてボアから流出することができる排出口接続と、を含んでもよい。

岩石破砕カートリッジは、エネルギー物質に点火するための装置を含んでもよい。

注入口接続は、例えば、水などの液体のボアへの進入を許容すると共にボアからの流出を許容しない一方向充填弁を含んでもよい。

排出口接続は、抽気弁を含んでもよい。

少なくとも１つの硬化コンポーネントをボアの内部に配置し、少なくともある程度だけ、軸方向において、チューブを硬化してもよい。

注入口接続は、チューブの第１端部に又はその近傍に存在してもよく、且つ、排出口接続は、チューブの第２端部に又はその近傍に存在してもよい。

チューブは、第２端部から第１端部に向かって漸進的に弱化された壁を有してもよい。この結果、チューブが内部において加圧された際に、任意のその他の位置におけるチューブの半径方向の膨張が発生する前に、チューブが第１端部において半径方向に膨張するという傾向が生じる。

本装置は、破砕対象の岩石内に形成されたボア孔内においてチューブを保持するための保持装置を含んでもよい。

エネルギー物質は、任意の適切なタイプの爆発物又は発射薬であってよい。岩石破砕装置の安全性を向上させるために、カートリッジは、好ましくは、国際特許出願第ＰＣＴ／ＺＡ２０１０／０００００４号明細書に記述されている種類のものであり、この特許出願の内容は、本明細書に包含される。このタイプのカートリッジは、発射薬を収容する第１の相当に大きなチャンバと、小さな装薬を収容する第２の格段に小さなチャンバと、を含む。カートリッジの構造は、装薬の不注意による起爆が結果的に発射薬の点火をもたらさないようなものになっている。このような点火は、カートリッジが、例えば、水や泥などの圧縮不能な液体中に浸漬された場合にのみ、発生することができる。

一例として添付図面を参照し、本発明について更に説明する。

１つ又は複数の相対的に大きな岩石を２次爆砕プロセスにおいて破砕することを要する、この場合には地下における、状況を示す図である。 図１に示されているものに類似しているが、破砕対象の岩石が頭上の位置に存在している状況を示す図である。 本発明による岩石破砕装置を収容する岩石内のボア孔の概略図である。 動作不能モードにおける岩石破砕装置の斜視図である。 岩石破砕装置の断面における側面図である。 本発明の変形形態による岩石破砕装置の組立の際に使用することができる技法を示す。

図１及び図２は、採掘機械１２が移動可能である地下掘削場所１０を示している。この機械は、岩石内に孔を穿孔することができると共に好ましくはその後に孔内に本発明による岩石破砕装置を配置することができる任意の適切な種類の岩石ドリル１４を担持している。

図２は、本装置の１つの具体的な用途、即ち、破砕対象の岩石が頭上に存在している際を示している。但し、図１に示されているように、破砕対象の岩石は、程度の差こそあれ、地面のレベルに存在してもよいため、本装置の使用は、この方式に限定されるものではない。例えば、（地面のレベルに存在する）岩石が１つ又は複数の割れ目を有し、且つ、水をボア孔内に供給できる速度よりも大きな速度で水が岩石内のボア孔から漏出している場合には、カートリッジを利用して衝撃波を孔内の水に対して付与する岩石破砕プロセスを使用することは、通常、不可能である。このタイプの状況においては、本発明の岩石破砕装置を非常に効果的に使用することができる。

鉱物通路１６は、岩石１８が、重力の作用により、上部レベル（図示されてはいない）から通路を通じて掘削場所まで移動できるように構築されている。上部レベルに存在する岩石のサイズは、非常に多様であってよい。

図１及び図２に示されているように、掘削場所において利用可能である機械又はその他の技法によって取り扱うことができないほどに大きな岩石２２内に、岩石ドリル１４を使用してボア孔２０を穿孔する。ボア孔２０は、面２６から岩石２２内に延在している。ボア孔は、入口２８と、行き止まりの端部又は底部３０と、を有しており、これらについては、図３を参照されたい。

本発明による岩石破砕装置３２は、孔の内部に配置される。図３は、動作モードにおける装置３２を示しており、図４及び図５は、それぞれ、斜視図において、且つ、断面において一側部から、動作不能モードにおける装置を示している。

装置３２は、天然ゴムなどの適切な材料から製造された細長くて曲がり易いチューブ４０を含む。このチューブは、ボア４２と、外部カラー４６によって取り囲まれた封止された第１端部４４と、反対側の第２端部４８と、を有する。

抽気弁５０が第１端部４４の近傍においてボア４２内に配置されている。この弁は、弁部材５４を収容する空洞５２を有するハウジングを有する。通路５６が、空洞から横方向にハウジング内を延在している。ボア４２が加圧された場合に、弁部材は、軸方向６０に移動し、且つ、空気は、通路５６を通じてボアから流出することができる。但し、ボアが水によって充填され、且つ、チューブ４０が水中に浸漬されている場合には、弁部材は、通路を閉鎖及び封止するように移動することができる。この結果、水は、ボアから流出することはできない。

プラグ６２を使用してチューブの第２端部４８を封止している。コネクタ６４が、プラグから延在し、且つ、曲がり易い導管６６に結合されており、この曲がり易い導管６６は、プラグを通じて、ボア４２内への液体の流れを許容するように設計された一方向充填弁６８まで延在している。コネクタに固定された保持スプリング７０は、いくつかの半径方向アーム７２を有する。それぞれのアームは、ボア孔２０の半径をわずかに上回る半径方向の長さを有する。

カートリッジ７４が第１端部４４の近傍においてボア４２内に配置されている。このカートリッジは、任意の適切な種類のものであってよいが、好ましくは、国際特許出願第ＰＣＴ／ＺＡ２０１０／０００００４号明細書に記述されているタイプのものであり、この特許出願の内容は、本明細書に包含される。本明細書においては、カートリッジの構造及び特性に関する詳細な説明は省略するが、本発明の理解を促進するために、カートリッジは、発射薬の形態のエネルギー物質を収容する第１の相対的に大きなチャンバと、小さな装薬を収容する第２の格段に小さなチャンバと、を含んでいることを指摘しておく。カートリッジは、ハウジング７６を有し、且つ、このハウジングの壁は、１つ又は複数のアパーチャ７８を有するように形成されている。カートリッジが圧縮不能な液体中に浸漬されている場合に、小さなチャンバ内の装薬に点火することにより、大きなチャンバ内の発射薬に着火される。その一方で、カートリッジが空気中に存在している際に装薬に点火された場合には、発射薬の起爆のための十分な力を装薬によって伝達することはできない。発射薬物質は、その特性から、その燃焼速度を向上させるように、且つ、高エネルギーのガスを放出するために、閉じ込めを必要としている。閉じ込めを伴わない場合には、発射薬は、燃焼し、これにより、カートリッジハウジング及び曲がり易いチューブ４０を溶解させることになる高温ガスを生成することになろう。従って、カートリッジは、水、泥、又はこれらに類似したものなどの圧縮不能な液体中に閉じ込められた場合にのみ、効果的に使用することができるという点において、本質的に安全な特性を有する。

チューブ４０は、第２端部４８から第１端部４４まで漸進的に弱化された壁８０を有する。例えば、壁の厚さは、第２端部における最大厚さから第１端部における最小厚さまで直線的に減少させることができる。このチューブの壁を弱化させる方式は、例示を目的としたものに過ぎず、且つ、限定を意図したものではない。

チューブ４０は、ゴムなどの曲がり易い材料から製造されている。これは、特に軸方向においてチューブが大きな剛性を有していないことを、即ち、チューブがその長手方向軸を中心として容易に曲がることを、意味している。この特徴に対処するために、いくつかの挿入体８２がボア４２内に配置される。管状のセクションであってよいそれぞれの挿入体は、挿入体が配置されている領域を中心としてチューブが大きく曲がることを妨げる長手方向において延在する硬化コンポーネントとして機能する。更には、いくつかの挿入体が、互いに当接する状態において、端部間に配置されている場合には、軸方向において第２端部４８に印加された力を第１端部４４に向かって伝達することができる。

ボア孔２０の穿孔が完了した後に、装置３２は、ボア孔に押し込まれる。これは、手作業により、或いは、この目的のために適切に適合された穿孔機械１２を使用することにより、実行することができる。チューブ４０は、孔内に、既定の程度だけ、穿孔された孔の底部に向かって、且つ、スプリング７０がボア孔に進入するように、押圧される。スプリングのアーム７２が後ろ向きに偏向する。偏向したアームは、ボア孔２０への装置の挿入を妨げない。但し、アームは、半径方向に膨張する自然な傾向を有しているため、ボア孔の壁８４と摩擦によって物理的に係合し、且つ、これにより、ボア孔の内部における装置の保持を支援する。

好ましくは、装置３２は、ボア孔が穿孔された直後に、ボア孔内に配置される。ボア孔２０は、岩石２２内に、又は任意のその他の１つ又は複数の岩石内に、連続的に穿孔される複数の類似のボア孔のうちの１つであってよい。岩石ドリルが不注意によってカートリッジ７４を貫通し、且つ、起爆装薬の着火をもたらした場合にも、前述の理由から、主発射薬装薬の点火は不可能であるため、この一連の穿孔及び岩石破砕装置の配置のプロセスは、相対的に安全に続けることができる。穿孔作業は、常に噴出している空気／水の噴霧によって実行され、且つ、空気が、すべての水を孔から外部に吹き飛ばす。発射薬装薬が、不注意により、穿孔プロセスによって起爆された場合にも、燃焼する発射薬によって放出されるガスは、外気中に流出することができる。この段階においては、カートリッジは、液体又はその他の充填物質（ｓｔｅｍｍｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）によって閉じ込められてはおらず、且つ、チューブ４０は、ボア孔２０の直径を下回る直径を有していることから、放出されるガスは、チューブの外側表面と壁８４の表面の間のギャップを通じて外気中に流出することができる。

導管６６は、そのボア孔内における配置が完了した後に、装置３２から延在している。

穿孔及び装置の配置のプロセスが完了したら、様々な導管６６が１つに引き出され、且つ、加圧された水が、対応する導管を通じて、それぞれのチューブに導入される。それぞれのケースにおいて、水は、一方向充填弁６８を通じて流れ、且つ、ボア４２が水によって徐々に充填される。ボア４２内の空気は、抽気弁５０を通じて移動し、且つ、外気中に排出される。チューブが水で一杯になったら、抽気弁が締まることによって水がチューブから流出することを妨げ、その結果、チューブは、水により、内部において加圧される。第１端部４４近傍の相対的に弱いチューブの部分が、半径方向に膨張し、且つ、これにより、壁８４の対向する表面との接触状態となる。その後に、チューブは、漸進的に第１端部から第２端部に向かって膨張し、且つ、ボア孔内のすべての空気が外気中に排出される。

それぞれのカートリッジは、ボア孔の外部まで延在する個別の点火リード線８６（図４及び図５）を有する。様々な装置のチューブが十分に膨張した後に、適宜、適切な電気信号をリード線８６に印加することにより、カートリッジ内の装薬に着火する。この結果、それぞれのカートリッジ内の発射薬が起爆し、且つ、略、国際特許出願第ＰＣＴ／ＺＡ２０１０／０００００４号明細書に記述されている方式により、岩石２２の破砕が結果的に行われる。

それぞれの点火リード線８６は、更に小型の設計を提供するために、対応する曲がり易い導管６６の内部に配置してもよく、且つ、これから延在してもよい。

以上の説明は、加圧媒体として、水の使用を参照している。これは、例示を目的としたものに過ぎず、且つ、限定を意図したものではなく、その理由は、例えば、泥やベントナイトなどの更に高密度の液体を使用してチューブを内部において加圧することもできるためである。この結果、充填材効率が向上する。

図６に示されている代替方法においては、事前形成されたチューブではなく、カスタムメイドのチューブを使用している。

垂直方向に延在している支持部１００がチューブ１０２を維持しており、このチューブ１０２は、垂直の向きにおいて、相当に剛性のプラスチック材料から製造されている。チューブは、チューブの上端部１０６から下端部１０８まで長手方向に延在するスリット１０４を有する。この結果、その天然の弾性に抗して、チューブをある程度開くことができる。

前述のものに類似したコンポーネントを使用する。接着テープを使用することにより、プラスチック又は類似の材料からなる非中空ロッド１１０の上端部をダミーカートリッジ１１２の当接端部に対して装着する。ダミーカートリッジは、完全に機能可能であるカートリッジ７４と同一の形状及びサイズを有する。上述の種類の抽気弁５０をダミーカートリッジ１１２の上端部に配置する。抽気弁からの排出口アパーチャ１１４を所定長の壊れやすい接着テープ１１６によって封止する。前述の種類の一方向充填弁６８をロッド１１０の下端部と係合させ、且つ、充填弁からの排出口１１８を所定長の接着テープ１１６によって封止する。

次いで、これらのコンポーネントを適切な剥離剤によって外部において被覆し、且つ、チューブ１０２の内側表面も、剥離剤によって被覆する。次いで、上述の方式によって１つにリンクされたコンポーネント１１０、１１２、５０、及び６８を、これらのコンポーネントがチューブの軸方向に延在するように、チューブ１０２内に配置する。チューブ内のスリット１０４を、チューブの内部が効果的に封止されるように、テープによって塞ぐ。次いで、当技術分野において既知の種類の硬化可能なシリコーン材料１２０の流動可能な混合物をチューブ１２２を通じてプラスチックチューブの下端部内にポンプ供給し、これにより、チューブ１０２内のコンポーネントをカプセル状に包む。このシリコーン材料は、チューブの下端部１０８から上端部１０６まで上昇し、且つ、この過程において、すべての空気がチューブから吐出される。流動可能な形態のシリコーンは、なんらの有意な圧力も印加されてはおらず、且つ、このシリコーンがプラスチックチューブに進入するのに伴って、抽気弁、一方向充填弁、及びスリット上の封止テープ１１６とは干渉しない。次いで、シリコーンを硬化させる。

その後に、チューブ１０２及びその内容物を支持部１００から取り外す。長手方向のスリット１０４上のテープを除去し、且つ、チューブを、その内容物を取り出すことができるように、直径方向において広げる。これらの内容物は、硬化したシリコーンから形成されたチューブ様の外部シェル内に収容されたコンポーネント１１０、１１２、５０、及び６８を有する。

シリコーン材料は、曲がり易く、従って、変形させることにより、ダミーカートリッジ１１２を取り外すと共に、これにより、空洞を残すことができる。カートリッジは、事前の剥離剤の使用に起因し、シリコーンに接着してはいない。次いで、本明細書において参照した種類の本物のカートリッジ７４をシリコーンシェル内の空洞に挿入してロッド１１０に当接させる。シリコーンシェルの上端部及び下端部を、それぞれ、充填弁６８の及び本物のカートリッジ７４の外側表面上に締め付けられたリングクランプによってこれらの端部を取り囲むことにより、封止する。

取り外されたダミーカートリッジによって形成された空洞内に本物のカートリッジを配置する際には、カートリッジ及びシリコーンシェルの対向する表面の間に空気通路が形成されるように、小さなワイヤをカートリッジの外側面上に配置する。従って、空気は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＺＡ２０１０／０００００４号明細書に記述されているように、カートリッジの内部空洞から流出することができる。

従って、シリコーン成形組成物を使用することにより、岩石破砕装置のコンポーネントの周りに、曲がり易いチューブを形成することができる。この成形された組立体は、実質的に前述の方式によって使用することができる。充填弁を通じて導入された水は、シリコーンシェルの内側表面とシェル内部のコンポーネントの対向する外側表面の間を流れることができる。前述のように、シリコーンは、事前の剥離剤の使用に起因し、これらのコンポーネントに対して接着しない。水は、組立体が配置されているボア孔の壁との緊密な係合状態となるように、シリコーンを膨張させる。水圧を増大させて接着テープ１１６によって形成されている封止を破裂させる。シリコーンシェル内における水の容積が増大するのに伴って、空気は、抽気弁の動作に起因して、シリコーンシェルから流出する。又、水は、前述のように、必要に応じて効果的な点火を実行することができるように、本物のカートリッジ内部の空気空洞に進入することもできる。

成形組成物を使用することにより、爆砕装置を特定の用途に適合させることが可能であり、これは、取扱い及び設置を容易にする１つの態様である。

本発明の装置は、いくつかの大きな利益を有する。本発明によれば、２次岩石破砕を安全且つ効果的な方式によって実行することができる。いくつかのボア孔を連続的に１つ又は複数の岩石内に穿孔することが可能であり、且つ、それぞれのボア孔が穿孔された後に、個別の岩石破砕装置をボア孔内に配置する。これにより、複数のボア孔の穿孔が完了した後にのみ、カートリッジをそれぞれのボア孔内に配置するという状況が回避される。水、泥、ベントナイト、又はこれらに類似したものなどの圧縮不能な液体中に浸漬された際にのみ岩石破砕機能を発揮するため、カートリッジ７４は、本質的に安全である。

Claims (8)

1. 岩石破砕装置(３２)であって、
   封止された細長くて曲がり易いチューブ(４０)と、
   チューブ(４０)内部にエネルギー物質を有するカートリッジ(７４)と、
   チューブが液体によって充填されると共に膨張することを許容するための弁構成（５０，５４，５６，６４，６６，６８）と、
   カートリッジが液体中に浸漬された際にエネルギー物質に点火するための装置(８６)と、を含み、
   チューブ(４０)は、内部ボア(４２)と、封止された反対側の第１端部（４４）及び第２端部（４８）とを有し、
   カートリッジ（７４）はボア（４２）内に配置され、
   弁構成（５０，５４，５６，６４，６６，６８）は、液体をボアに導入することによってボアを加圧し、且つ、その結果、少なくとも半径方向においてチューブを膨張させるための注入口接続（６４，６６，６８）と、空気がそれを通じてボア（４２）から流出することができる排出口接続（５０，５４，５６）とを含む装置。
2. 注入口接続（６４，６６，６８）は、液体がボアに進入することを許容すると共にボアから流出することを許容しない一方向充填弁（６８）を含む請求項１に記載の岩石破砕装置。
3. 排出口接続（５０，５４，５６）は抽気弁を含む請求項１又は２に記載の岩石破砕装置。
4. 注入口接続（６４，６６，６８）はチューブ（４０）の第２端部（４８）に存在しており、排出口接続（５０，５４，５６）はチューブの第１端部（４４）に存在している請求項１〜３の何れか一項に記載の岩石破砕装置。
5. 破砕対象の岩石内に形成されたボア孔（２０）内においてチューブ（４０）を保持するための保持装置（７０，７２）を含む請求項１〜４の何れか一項に記載の岩石破砕装置。
6. チューブ（４０）は、第２端部（４８）から第１端部（４４）まで漸進的に弱化した壁（８０）を有し、ボアが加圧された際に、任意のその他の位置におけるチューブの半径方向の膨張が発生する前に、第１端部（４４）近傍の相対的に弱い前記チューブ（４０）の壁（８０）の部分から半径方向に膨張可能である請求項１〜５の何れか一項に記載の岩石破砕装置。
7. チューブ（４０）は、カートリッジ（７４）及び弁構成（５０，５４，５６，６４，６６，６８）をカプセル状に包むように、成形プロセスにおいて形成される請求項１に記載の岩石破砕装置。
8. チューブを少なくともある程度だけ軸方向において硬化するために、ボアの内部に硬化コンポーネントを含む請求項１に記載の岩石破砕装置。

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