JP5630390B2

JP5630390B2 - 無線起爆システム、及び無線起爆方法

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Publication number: JP5630390B2
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Inventors: 陽治田崎
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Description

本発明は、トンネルの掘削等にて使用する無線起爆システム、及び無線起爆方法に関する。

従来より、トンネルの掘削現場等における爆破作業では、掘削面である切羽面において掘削方向に向けて、例えば径が数ｃｍ、深さが数ｍ程度の装薬孔を複数削孔し、各装薬孔に無線で起爆させることができる爆薬を装填し、切羽面から離れた遠隔位置から起爆信号を無線で送信して爆破する発破工法が開示されている。
例えば特許文献１に記載された従来技術には、磁界エネルギーが小さくても、切羽面の装薬孔に装填された無線起爆雷管の全てが安定したエネルギーを受信することが可能となるように、起爆信号の送信機のループアンテナを、全周にわたって洞壁面に近接配置する、遠隔無線起爆システム用送信アンテナが開示されている。
また、特許文献２に記載された従来技術には、送信機から個々の無線雷管に対して電気エネルギーの蓄積状態を示す返信信号を要求する制御信号を送信し、全ての無線雷管の充電完了を確認した後、個々の無線雷管に対して起爆準備指令信号を送信し、全ての無線雷管から起爆準備完了信号を受信した後、個々の無線雷管に起爆信号を送信する、遠隔無線起爆装置が開示されている。
また、特許文献３に記載された従来技術には、トンネル内の地盤に固定して設置された遠隔無線起爆システム用アンテナが開示されている。

特開２００１−１２７５１１号公報特許第４３０９００１号公報特許第４４１６２７４号公報

特許文献１に記載された従来技術では、送信アンテナを洞壁面の全周にわたってコイル状に複数回巻いており、送信機から送信される周波数が１０ＫＨｚ以下であるため、５０巻き以下、好ましくは３０巻き以下とすることが開示されている。全周にわたって洞壁面に近接配置するループアンテナを３０回も巻いて張る作業は非常に手間がかかるとともに、送信アンテナの設置のために切羽面の近傍での作業時間が長くなり、切羽面近傍の落石や崩落等に遭遇する可能性が高まるので、好ましくない。また、無線起爆雷管のアンテナとなる受信コイルも、１０ＫＨｚ以下の周波数の信号を受信してより大きなエネルギーを取り出すために、後述するように、フェライトコアにコイルを多数回巻いた複雑なものが必要となる。
また特許文献２に記載された従来技術も、送信機からの送信の周波数は、１０ＫＨｚ未満の周波数を使用しているため、特許文献１と同様の送信アンテナを必要とすると推定される。従って、特許文献１と同様、送信アンテナの設置のために切羽面の近傍での作業時間が長くなると推定されるので、好ましくない。

また、特許文献１〜３に記載された従来技術から想定される操作機と無線起爆雷管では、以下の課題が残る。
操作機から無線で送信される送信信号を無線起爆雷管で受信して、無線起爆雷管にてより大きなエネルギーを取り出すには、操作機からの送信信号のエネルギーをより大きくすることと、無線起爆雷管で送信信号を受信する際、より効率的に受信することが必要である。
操作機からの送信信号をより大きなエネルギーで出力する方法としては、操作機の側のアンテナへの電流をより大きくすることと、当該アンテナの巻回数をより多くすること、が挙げられる。しかし、電流を大きくしていくとジュール熱によるロスが増加し、最悪の場合は焼損してしまう。また、アンテナ線をより抵抗値の小さな、より太い線にする必要があり、実際には数Ａ程度までしか電流を大きくすることができない。また、トンネルの内壁に沿って巻回する巻回数は、せいぜい４０回〜５００回程度が現実的である。これにより、特許文献１に記載されているように、４０〜５００ＡＴ［アンペアターン］が実用的な値である。

また受信側でより効率的に受信する方法としては、送信信号の波長λに対してλ／２の長さにより近いアンテナで受信すること、及びアンテナを多数巻きにして取り出したエネルギーを増幅すること、高透磁率コアを用いて送信信号を集約すること、が挙げられる。特許文献１〜３に記載された従来技術では、送信信号の周波数が１０ＫＨｚであるので、λ＝ｖ／ｆ＝（３０＊１０⁷）［ｍ］／（１０＊１０³）＝３０［Ｋｍ］であり、λ／２＝１５［Ｋｍ］となり、この長さのアンテナを無線起爆雷管に取り付けるのは現実的でない。そこで、実際には５０ｍｍ径程度の高透磁率コアにコイルを１００〜１０００００巻回し、円筒状の爆薬の径とほぼ同径のコイルコアをアンテナとして用いている。この場合、コイルコアが野球のボール程度の大きさとなり、重量も数１００ｇであり、導電線で装薬孔の外に垂らすと導電線が切れる可能性があり、コイルコアを装薬孔の外に垂らすことは好ましくない。従って、特許文献１のコア及び受信コイルに記載されているように、無線起爆雷管の先頭部に配置することが好ましい。しかし、その場合、受信アンテナであるコイルコアが装薬孔の最も奥に配置されることになるので、送信信号が届きにくく、受信効率を向上させることが困難である。
このように、特許文献１〜３から想定される操作機と無線起爆雷管では、操作機の側から送信信号を送信するためのアンテナを４０〜５００回程度に巻回する必要があり、無線起爆雷管の側にて送信信号を受信するためのアンテナであるコイルコアを装薬孔の奥に配置し、コイルを１００〜１０００００回、巻回する必要がある。

また特許文献１〜３に記載された従来技術では、無線起爆雷管から操作機へ無線で送信する応答信号の周波数は１０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚと記載されている。ここで応答信号の周波数を１０ＭＨｚとした場合、操作機の側で受信するアンテナにおいて最も効率良く受信できる長さはλ／２＝［（３０＊１０⁷）／（１０＊１０⁶）］／２＝１５［ｍ］である。なお、λよりも長いアンテナを用いると定在波が発生しやすいので好ましくない。ところが、操作機から送信信号を送信するアンテナは、上述したように、トンネル内壁に沿って４０〜５００巻回しているので、λ（この場合、３０［ｍ］）を軽くオーバーしてしまっている。よって、操作機にて応答信号を受信するためのアンテナは、特許文献３に記載されているように、受信専用の半波長ダイポールアンテナが必要となる。また、無線起爆雷管から応答信号を送信する際、上記のコイルコアを用いると、装薬孔の一番奥から応答信号を発信することになり、操作機に届くエネルギーが非常に小さくなってしまう。そこで特許文献３に記載されているように、無線起爆雷管は、応答信号の送信専用の線状アンテナを装薬孔の外に垂らしている。
このように、特許文献１〜３に記載された従来技術から想定される操作機と無線起爆雷管では、無線起爆雷管については、受信専用のアンテナとして大型のコイルコアが必要であり、送信専用のアンテナとして線状アンテナが必要である。また操作機については、送信専用のアンテナとしてトンネル内壁に沿って４０〜５００巻回したアンテナが必要であり、受信専用のダイポールアンテナが必要である。従って、操作機に必要なアンテナを設置する時間がかかり、切羽面近傍における作業時間が長くなるので好ましくない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、切羽面近傍における作業時間をより短くすることができる無線起爆システム、及び無線起爆方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る無線起爆システム、及び無線起爆方法は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、起爆部と、前記起爆部に接続されて前記起爆部に点火する制御部と、前記制御部が無線通信にて使用するアンテナである起爆側アンテナと一方端が前記制御部に接続されて他方端が前記起爆側アンテナに接続された導電線とを有するアンテナ部と、を備えている無線起爆雷管が、爆薬に取り付けられた親ダイであって、前記導電線の長さが、前記親ダイが被爆破個所に削孔された装薬孔に装填された際に前記導電線の他方端に接続された前記起爆側アンテナが前記装薬孔の外に達することができる長さに設定されている、親ダイと、前記装薬孔から離れた遠隔位置に配置されて前記無線起爆雷管に前記送信信号を無線で送信し、前記無線起爆雷管からの応答信号を無線で受信する起爆操作機と、前記起爆操作機が無線通信にて使用するアンテナである操作側アンテナと、にて構成された無線起爆システムである。
また、前記操作側アンテナはループ形状であり、前記制御部は、前記起爆操作機から前記送信信号を受信すると、受信した前記送信信号に対応する応答信号を作成し、作成した前記応答信号を、前記操作周波数よりも高い周波数である応答周波数にて、前記導電線と前記起爆側アンテナを介して送信し、前記応答周波数は、前記操作側アンテナのループ長さよりも長い波長となる周波数に設定されている。
そして、前記起爆操作機から送信する前記送信信号の周波数である操作周波数を１００ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下に設定し、かつ、前記無線起爆雷管から送信する前記応答信号の周波数である前記応答周波数を１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下に設定することで、前記起爆操作機の送信用アンテナと受信用アンテナを前記操作側アンテナにて兼用させ、前記無線起爆雷管の送信用アンテナと受信用アンテナを前記起爆側アンテナにて兼用させている、無線起爆システムである。

この第１の発明によれば、無線起爆雷管を装薬孔に装填した際に起爆側アンテナが適切に装薬孔の外に配置される。
これにより、装薬孔に無線起爆雷管を装填後、起爆側アンテナの位置を調整する必要がなく、切羽面の装薬孔への無線起爆雷管の装填時間をより短くすることができる。
従って、切羽面近傍における作業時間を、より短くすることができる。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る無線起爆システムであって、前記起爆側アンテナはループ形状であり、ループ径は３０ｃｍ以下である。

この第２の発明によれば、無線起爆雷管が無線通信にて受信する周波数を１００ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下の周波数とすることで、起爆側アンテナをループ径３０ｃｍ以下で数回巻いたループアンテナとすることができる。
これにより、非常に簡素で小径のループアンテナを用いることが可能となり、無線起爆雷管に起爆側アンテナを接続した状態で装薬孔に装填できるので、切羽面の装薬孔への無線起爆雷管の装填時間をより短くすることができる。
従って、切羽面近傍における作業時間を、より短くすることができる。

また第１の発明によれば、起爆操作機から無線起爆雷管に送信する信号の周波数を１００ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下とすることで、１０ＫＨｚの場合と比較して、操作側アンテナの巻き数を１／１０あるいはそれ以下まで少なくすることができる。
これにより、切羽面近傍における操作側アンテナを張る作業時間をより短くすることができる。
従って、切羽面近傍における作業時間を、より短くすることができる。
また、無線起爆雷管からの応答周波数を、操作側アンテナの長さよりも長い波長の周波数とすることで、定在波の発生を防止し、送受信の信頼性を高めることができる。

また第１の発明によれば、定在波の発生を防止する応答周波数を、適切な周波数とすることが可能であり、送受信の信頼性を高めることができる。

次に、本発明の第３の発明は、起爆部と、前記起爆部に接続されて前記起爆部に点火する制御部と、前記制御部が無線通信にて使用するアンテナである起爆側アンテナと、一方端が前記制御部に接続されて他方端が前記起爆側アンテナに接続された導電線と、を有するアンテナ部と、を備えている無線起爆雷管が、爆薬に取り付けられた親ダイと、操作側アンテナを介して前記無線起爆雷管に送信信号を無線で送信するとともに前記無線起爆雷管からの応答信号を無線で受信する起爆操作機と、を用いて被爆破個所を爆破する無線起爆方法である。
そして、前記起爆操作機から送信される前記送信信号の周波数である操作周波数を１００ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下に設定し、かつ、前記無線起爆雷管から送信される前記応答信号の周波数である応答周波数を１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下に設定し、かつ、前記起爆側アンテナのループ形状の径を３０ｃｍ以下に設定して、前記起爆操作機の送信用アンテナと受信用アンテナを兼用させた前記操作側アンテナと、前記無線起爆雷管の送信用アンテナと受信用アンテナを兼用させた前記起爆側アンテナと、を用いて、前記被爆破個所に装薬孔を削孔する装薬孔削孔ステップと、前記起爆側アンテナが前記装薬孔の外に達するように前記装薬孔に前記親ダイを装填する装填ステップと、前記起爆操作機が無線通信にて使用するアンテナであって前記応答周波数に対応する波長よりも短い長さに設定した前記操作側アンテナを、前記被爆破個所から所定距離だけ離れた位置に略ループ形状に張る操作側アンテナ張りステップと、前記操作側アンテナを介して前記起爆操作機から前記操作周波数にて前記無線起爆雷管に起爆準備を開始させる前記送信信号である準備開始信号を送信する準備開始送信ステップと、前記起爆側アンテナを介して前記準備開始信号を受信した制御部にて起爆準備を開始させ、準備が完了した場合に準備完了を示す応答信号である準備完了信号を、前記操作側アンテナの長さよりも長い波長となる前記応答周波数にて前記起爆側アンテナを介して前記制御部から前記起爆操作機に送信する準備完了応答ステップと、前記操作側アンテナを介して前記準備完了信号を受信した前記起爆操作機から起爆の実行を指示する送信信号である起爆実行信号を送信する起爆実行送信ステップと、前記起爆側アンテナを介して前記起爆実行信号を受信した制御部にて前記起爆部に点火して前記起爆部及び前記爆薬を起爆する起爆ステップと、を有する。

この第３の発明によれば、起爆操作機から無線起爆雷管に送信する操作周波数を１００ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下とするとともに、径が３０ｃｍ以下の起爆側アンテナを用いることで、装填ステップと、操作側アンテナ形成ステップにかかる時間、すなわち切羽面近傍における作業時間を、より短くすることができる無線起爆方法を実現することができる。

トンネル掘削現場における切羽面４１を爆破するための無線起爆システム１、及び切羽面４１に削孔した装薬孔４０に爆薬ユニット２０を装填した状態を説明する図である。爆薬ユニット２０、無線起爆雷管１０、及び制御部１０Ｂの構造の例を説明する図である。無線起爆方法の処理手順を説明するフローチャートである。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて、トンネルの掘削現場を例として説明する。
●［無線起爆システム１の全体構成と、装薬孔４０への爆薬ユニット２０の装填状態（図１）］
無線起爆システム１は、切羽面４１に削孔された装薬孔４０に装填される爆薬ユニット２０と、装薬孔４０から離れた遠隔位置に配置されて爆薬ユニット２０に対して無線で送受信を行う起爆操作機５０と、切羽面４１の近傍に張られた操作側アンテナ６０と、にて構成されている。
装薬孔４０は、例えば径Ｄ１が５ｃｍ程度、深さＤ２が２ｍ程度に削孔された孔であるが、この数値に限定されるものではない。
無線起爆雷管１０は、図２に示すように、起爆部１０Ａと、制御部１０Ｂと、アンテナ部１０Ｃにて構成され、アンテナ部１０Ｃは、略ループ形状の起爆側アンテナ３０と、一方端が制御部１０Ｂに接続されて他方端が起爆側アンテナ３０に接続された導電線３１と、にて構成されている。
そして無線起爆雷管１０は、装薬孔４０に装填される際の先頭となる爆薬１３であって無線起爆雷管１０が差し込まれている爆薬１３である親ダイ１３Ａと、親ダイ１３Ａに対して適宜増減される爆薬１３である増しダイ１３Ｂとともに、装薬孔４０に装填される。
図２に示すように、爆薬ユニット２０は、爆薬１３と、無線起爆雷管１０とで構成されており、爆薬ユニット２０は、親ダイ１３Ａのみ、あるいは親ダイ１３Ａに増しダイ１３Ｂが追加された状態の爆薬である。
また、爆薬ユニット２０の先端には、ゴム等の弾性体で形成された保護キャップ２１が嵌め込まれて装薬孔４０に装填され、爆薬ユニット２０の後端には、粘土等の込め物２２にて蓋がされる。そして、導電線３１の長さは、爆薬ユニット２０を装薬孔４０に装填した際に起爆側アンテナ３０が装薬孔４０の外に達することができる長さに設定されている。なお、保護キャップ２１は、導電線３１を保護するとともに装填時のショックを和らげるものであるが、省略しても良い。

起爆操作機５０には、発破母線６２と補助母線６１を介して操作側アンテナ６０が接続されている。なお、操作側アンテナ６０と補助母線６１は、爆破する毎に新たに張られる。
操作側アンテナ６０は、切羽面４１から例えば１ｍ程度の距離Ｌ１だけ離れた位置に、洞床４２、洞側壁４３、洞天井４４に沿って張られている。発破母線６２の先端から切羽面４１までの距離Ｌ２は、例えば３０ｍ程度である。発破母線６２の先端から起爆操作機５０までの距離Ｌ３は、例えば７０ｍ程度である。
起爆操作機５０は、発破母線６２と補助母線６１と操作側アンテナ６０を介して無線通信にて送信信号を送信し、送信の周波数である操作周波数は、１００ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下としている。なお、操作周波数を５００ＫＨｚより高くすると、トンネル内で定在波が発生しやすいので、あまり好ましくない。
また起爆操作機５０は、無線起爆雷管１０の制御部１０Ｂからの応答信号を、操作側アンテナ６０と補助母線６１と発破母線６２を介して受信する。なお、無線起爆雷管１０からの応答信号の周波数である応答周波数は、１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚとしている。

本実施の形態にて説明する無線起爆システム１では、操作周波数を１００ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下とすることで、操作側アンテナ６０の巻き回数を、１回あるいは数回程度とすることができる。また、当該操作周波数の送信信号にて無線起爆雷管１０の制御部１０Ｂに給電するとともに点火用のエネルギーを蓄電させる。制御部１０Ｂの給電及び蓄電のための送信時の電力は、数１０Ｗ〜数１００Ｗ程度の比較的小電力で行うことができる。また、起爆側アンテナ３０の径も、３０ｃｍ以下の小径のアンテナとすることが可能であり、目安としては５ｃｍ程度〜１０ｃｍ程度の非常に小径のアンテナとすることができる。
例えば操作周波数が２００ＫＨｚの場合、無線起爆雷管にて最も効率良く受信できるアンテナの長さであるλ／２は、λ／２＝［ｖ／ｆ］／２＝［（３０＊１０⁷）／（２００＊１０³）］／２＝７５０［ｍ］であるが、１０ｃｍ径程度の１回〜２０回に巻回した非常に軽量のループアンテナを装薬孔の外に垂らすことで、充分なエネルギーを取り出すことができる。装薬孔の一番奥にアンテナを配置している従来と比較して、装薬孔の外で受信できるので、非常に効率良くエネルギーを取り出すことができる。また操作周波数が高いので従来と比較して波長λが短く、エネルギーを取り出しやすい。そして無線起爆雷管の側の受信効率が良いので、送信信号の出力エネルギーも、従来ほどのエネルギーを必要とせず、１〜数回程度の巻回の操作側アンテナでよい。
また、無線起爆雷管から起爆操作機へ送信する応答信号の送信用アンテナは、装薬孔の外に垂らしたループアンテナを兼用することができる。そして応答周波数を１０ＭＨｚとした場合、起爆操作機の受信用のアンテナの長さは、応答周波数の波長λ（この場合、３０［ｍ］）を超えない長さとすることが好ましく、１〜数回巻きの操作側アンテナを兼用することができる。

操作周波数が１０ＫＨｚ以下の従来の方法では、既に説明したように、送信信号を送信するための操作側アンテナの巻き数が４０〜５００回程度必要であり、無線起爆雷管からの応答信号を受信するためのダイポールアンテナが必要であり、切羽面近傍において非常に長い作業時間が必要であった。
本願では、操作側アンテナ６０の巻き数が１回〜数回程度で良く、且つ受信専用のダイポールアンテナも不要であるので、切羽面近傍における操作側アンテナ６０を張る作業を、従来と比較して非常に短時間で終わらせることができる。
また、操作周波数が１０ＫＨｚ以下の従来の方法では、既に説明したように、５０ｍｍ径程度のフェライトコアにコイルを多数回巻いた複雑、且つ重量が大きなものを装薬孔の一番奥に配置し、更に線状アンテナを装薬孔の外に垂らす必要があった。
本願では、１０ｃｍ径程度の１回〜２０回に巻回した非常に軽量のループアンテナを装薬孔の外に垂らすだけで良い。本願では起爆側アンテナ３０の径が３０ｃｍ以下という小さな径であるため、起爆側アンテナが邪魔にならず、起爆側アンテナを取り付けた状態で無線起爆雷管１０を装填装置にセットすることができる。そして、装薬孔４０への無線起爆雷管１０の装填作業を、より短時間で終わらせることができる。

●［無線起爆雷管１０の構造（図２）と無線起爆方法の処理手順（図３）］
次に図２を用いて、無線起爆雷管１０の詳細な構造について説明する。
装薬孔４０に装填される際の先頭となる爆薬１３には、無線起爆雷管１０が差し込まれ、無線起爆雷管１０にて直接爆破する親ダイ１３Ａとなる。装薬孔４０に装填される際に親ダイ１３Ａの後方に配置される爆薬１３は、親ダイ１３Ａの爆破に連動して爆破する増しダイ１３Ｂとなる。増しダイ１３Ｂの数は、所望する爆破エネルギーに応じて適宜増減される。
図２に示す無線起爆雷管１０は断面図を示しており、無線起爆雷管１０は、管体１０Ｘ内に起爆部１０Ａと制御部１０Ｂが収容されて閉塞栓１０Ｚにて密封されている。また起爆部１０Ａは、絶縁スリーブ１１Ａ、点火玉１１Ｂ、内管１１Ｃ、起爆薬１１Ｄ、添装薬１１Ｅ等を有している。また制御部１０Ｂは、送受信手段１２Ｂ、ＣＰＵ１２Ａ、蓄電手段１２Ｃ、蓄電状態検出手段１２Ｄ、スイッチ手段１２Ｅ、点火手段１２Ｆ、ＩＤ記憶手段１２Ｇ等を有している。
以下、図３に示すフローチャートを説明しながら、制御部１０Ｂの各構成要素の動作について説明する。
なお、以下の説明では、起爆操作機５０からの送信信号の周波数である操作周波数を２００ＫＨｚに設定し、無線起爆雷管１０からの応答信号の周波数である応答周波数を１０ＭＨｚに設定した場合の例で説明する。

図３に示すように、作業者は、ステップＳ１０の装薬孔削孔ステップにて、削孔機等を用いて切羽面４１に複数の装薬孔４０を削孔し、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０の装填ステップにて、作業者は装填装置等を用いて、削孔した装薬孔４０のそれぞれに、起爆側アンテナ３０が装薬孔４０の外に達するように爆薬ユニット２０を装填し、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０の操作側アンテナ張りステップにて、作業者は切羽面４１から距離Ｌ１だけ離れた位置の洞床、洞側壁、洞天井に、操作側アンテナ６０を張り、操作側アンテナ６０と補助母線６１と発破母線６２と起爆操作機５０を接続し、ステップＳ４０に進む。なお、操作側アンテナ６０の長さは、無線起爆雷管１０の応答周波数に対応する波長よりも短い長さに設定する。例えば応答周波数が１０ＭＨｚである場合、λ＝ｖ／ｆより、波長＝光速／応答周波数＝３００，０００［Ｋｍ／ｓ］／１０＊１０⁶［／ｓ］＝３０［ｍ］である。従って、応答周波数が１０ＭＨｚである場合は、３０ｍよりも短い長さに設定した操作側アンテナ６０をループ状に張る。これにより、定在波の発生を抑制し、無線通信の信頼性をより向上させることができる。また、この長さであれば、１回あるいは数回巻くだけで、トンネルの洞床、洞側壁、洞天井と全周にわたって操作側アンテナ６０を張ることができるので、非常に短時間に操作側アンテナ張り作業を完了させることができる。なお、応答周波数を決めてから操作側アンテナ６０の長さを決めるのではなく、操作側アンテナ６０の長さを決めてから応答周波数を決めても良い。
そしてステップＳ４０にて、作業者は起爆操作機５０の操作を開始する。
以下、ステップＳ４０の作業者の操作による起爆操作機５０の動作と、無線起爆雷管１０の制御部１０Ｂの動作について説明する。

起爆操作機５０は、ステップＳ１１０にて、作業者から、全ての無線起爆雷管１０に対して起爆準備を開始させる準備開始信号の送信の指示が入力されたか否かを判定する。作業者から指示が入力された場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１２０に進み、指示が入力されていない場合（Ｎｏ）はステップＳ１１０に戻り、入力を待つ。
ステップＳ１２０に進んだ場合、起爆操作機５０は、発破母線６２と補助母線６１と操作側アンテナ６０を介して、操作周波数（この場合、２００ＫＨｚ）の準備開始信号を無線にて送信し、ステップＳ１３０に進む。
以上のステップＳ１１０とステップＳ１２０が準備開始送信ステップに相当する。

無線起爆雷管１０の制御部１０ＢのＣＰＵ１２Ａは、ステップＳ２１０にて、起爆操作機５０からの準備開始信号を受信したか否かを判定する。準備開始信号を受信した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ２２０に進み、受信していない場合（Ｎｏ）はステップＳ２１０に戻り、入力を待つ。この場合、図２に示す送受信手段１２Ｂは、起爆側アンテナ３０と導電線３１を介して入力された起爆操作機５０からの送信信号（この場合、準備開始信号）を検出してＣＰＵ１２Ａに出力する。また送受信手段１２Ｂは、受信した操作周波数（この場合、２００ＫＨｚ）の信号を電力に変換して制御部１０Ｂ内にて使用する電力と、蓄電手段１２Ｃに蓄電する電力を供給する。
ステップＳ２２０に進んだ場合、ＣＰＵ１２Ａは、受信した準備開始信号に基づいて、起爆のための準備である蓄電手段１２Ｃへの蓄電を開始してステップＳ２３０に進む。蓄電手段１２Ｃはコンデンサ等であり、ＣＰＵ１２Ａからの制御信号に基づいて電荷を蓄えることができる。また、ＣＰＵ１２Ａは、蓄電状態検出手段１２Ｄを介して蓄電手段１２Ｃの蓄電状態を検出することができる。
ステップＳ２３０にて、ＣＰＵ１２Ａは、蓄電状態検出手段１２Ｄからの検出信号に基づいて、蓄電手段１２Ｃの蓄電量が、予め設定された蓄電量に達したか否かを判定する。設定された蓄電量に達している場合（Ｙｅｓ）はステップＳ２４０に進み、達していない場合（Ｎｏ）はステップＳ２２０に戻る。
ステップＳ２４０に進んだ場合、ＣＰＵ１２Ａは、準備（蓄電）完了を示す情報を含む応答信号である準備完了信号を送受信手段１２Ｂに出力し、ステップＳ２５０に進む。なお準備完了信号には、ＩＤ記憶手段１２Ｇから読み出したＩＤ情報も含まれている。このＩＤ情報（予め各制御部１０Ｂに固有に割り付けられたＩＤ）を用いることで、起爆操作機５０は、どの無線起爆雷管の準備（蓄電）が完了したか、適切に認識することができる。また送受信手段１２Ｂは、ＣＰＵ１２Ａからの応答信号を応答周波数（この場合、１０ＭＨｚ）にて、導電線３１と起爆側アンテナ３０を介して起爆操作機５０に向けて出力する。
以上のステップＳ２１０〜ステップＳ２４０が準備完了応答ステップに相当する。

起爆操作機５０は、ステップＳ１３０にて、無線起爆雷管１０からの準備完了信号を受信したか否かを判定する。複数の無線起爆雷管１０のそれぞれには、固有のＩＤが予め割り付けられており、準備完了信号にはＩＤ情報が含まれている。起爆操作機５０は、全ての無線起爆雷管からの準備完了信号を受信したか否かを判定する。全ての無線起爆雷管１０からの準備完了信号を受信した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１４０に進み、そうでない場合（Ｎｏ）はステップＳ１３０に戻り、全ての無線起爆雷管１０から準備完了信号を受信するまで待つ。なお、所定時間経過しても全ての無線起爆雷管からの準備完了信号を受信できない場合は、作業者の操作によって、図示しない中断等の処置が施される。
ステップＳ１４０に進んだ場合、起爆操作機５０は、作業者からの起爆の実行の指示の入力がされたか否かを判定する。作業者からの起爆実行の指示入力がある場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１５０に進み、指示入力がされていない場合（Ｎｏ）はステップＳ１４０に戻り、入力を待つ。
ステップＳ１５０に進んだ場合、起爆操作機５０は、起爆の実行を指示する送信信号である起爆実行信号を、発破母線６２と補助母線６１と操作側アンテナ６０を介して、操作周波数にて送信する。
以上のステップＳ１３０〜ステップＳ１５０が起爆実行送信ステップに相当する。

それぞれの無線起爆雷管１０のＣＰＵ１２Ａは、ステップＳ２５０にて、起爆実行信号を受信したか否かを判定する。この場合、送受信手段１２Ｂが起爆側アンテナ３０と導電線３１を介して入力された起爆操作機５０からの送信信号（この場合、起爆実行信号）を検出してＣＰＵ１２Ａに出力し、ＣＰＵ１２Ａは送受信手段から受け取った信号が起爆実行信号であるか否かを判定する。起爆実行信号を受信した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ２６０に進み、受信していない場合（Ｎｏ）はステップＳ２５０に戻り、起爆実行信号が送信されるのを待つ。なお、所定時間経過しても起爆実行信号が送信されてこない場合は、タイムアウトと判定して蓄電手段１２Ｃに蓄電したエネルギーを破棄して終了する。
ステップＳ２６０に進んだ場合、ＣＰＵ１２Ａは、起爆部１０Ａに点火して無線起爆雷管１０を起爆する。この場合、ＣＰＵ１２Ａは、スイッチ手段１２Ｅを操作して蓄電手段１２Ｃに蓄えたエネルギーを点火手段１２Ｆに供給して起爆部１０Ａを起爆させ、親ダイ１３Ａ及び増しダイ１３Ｂを起爆する。

以上、本実施の形態の図１及び図２にて説明した無線起爆雷管１０、親ダイ１３Ａ、無線起爆システム１では、起爆操作機５０から送信する信号の周波数を１００ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下としているので、起爆側アンテナ３０の構造を簡素なループアンテナとすることが可能であり、装薬孔の外に垂らしたループ径３０ｃｍ以下のループアンテナとすることができる。また、当該ループアンテナにて送信信号の受信と応答信号の送信を兼用させることが可能であり、従来のように送信信号の受信専用アンテナ及び応答信号の送信専用アンテナを必要としない。これにより、無線起爆雷管１０を備えた親ダイ１３Ａを、装薬孔４０に装填する作業時間を、より短くすることができる。
また、無線起爆雷管１０からの応答する信号の周波数を１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下に設定し、操作側アンテナ６０の長さも、洞床、洞側、洞天井に沿って１回あるいは数回巻く程度の長さで良い。また、操作側アンテナ６０にて、送信信号の送信と応答信号の受信を兼用させることが可能であり、従来のように送信信号の送信専用アンテナ及び応答信号の受信専用のダイポールアンテナを必要としない。
これにより、操作側アンテナを張る作業時間も、より短くすることができる。
なお、操作側アンテナ６０は、発破によって眼に見えない損傷が内部に発生する可能性があるので、安全のために発破毎に張り直している。そのため、本願のように１回〜数回巻きの簡素な操作側アンテナ６０は、従来の４０〜５００回巻きのアンテナ＋ダイポールアンテナと比較して、アンテナを張る作業時間を非常に短時間にすることが可能であり、発破作業の安全性をより向上させることができる。
また本実施の形態の図３にて説明した無線起爆方法を用いることで、切羽面近傍における作業時間をより短くすることが可能であり、より安全に切羽面を爆破することができる。

本発明の無線起爆雷管１０、親ダイ１３Ａ、無線起爆システム１、及び無線起爆方法は、本実施の形態にて説明した外観、構造、構成、処理等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また本実施の形態にて説明した無線起爆雷管１０、親ダイ１３Ａ、無線起爆システム１、及び無線起爆方法は、トンネルの掘削現場に限定されず、種々の現場の爆破に適用することが可能である。

１無線起爆システム
１０無線起爆雷管
１０Ａ起爆部
１０Ｂ制御部
１０Ｃアンテナ部
１２ＡＣＰＵ
１２Ｂ送受信手段
１２Ｃ蓄電手段
１２Ｄ蓄電状態検出手段
１２Ｆ点火手段
１２ＧＩＤ記憶手段
１３爆薬
１３Ａ親ダイ
１３Ｂ増しダイ
２０爆薬ユニット
２１保護キャップ
２２込め物
３０起爆側アンテナ
３１導電線
４０装薬孔
４１切羽面
４２洞床
４３洞側壁
４４洞天井
５０起爆操作機
６０操作側アンテナ
６１補助母線
６２発破母線

Claims

起爆部と、前記起爆部に接続されて前記起爆部に点火する制御部と、前記制御部が無線通信にて使用するアンテナである起爆側アンテナと一方端が前記制御部に接続されて他方端が前記起爆側アンテナに接続された導電線とを有するアンテナ部と、を備えている無線起爆雷管が、爆薬に取り付けられた親ダイであって、前記導電線の長さが、前記親ダイが被爆破個所に削孔された装薬孔に装填された際に前記導電線の他方端に接続された前記起爆側アンテナが前記装薬孔の外に達することができる長さに設定されている、親ダイと、
前記装薬孔から離れた遠隔位置に配置されて前記無線起爆雷管に前記送信信号を無線で送信し、前記無線起爆雷管からの応答信号を無線で受信する起爆操作機と、
前記起爆操作機が無線通信にて使用するアンテナである操作側アンテナと、にて構成された無線起爆システムであって、
前記操作側アンテナはループ形状であり、
前記制御部は、前記起爆操作機から前記送信信号を受信すると、受信した前記送信信号に対応する応答信号を作成し、作成した前記応答信号を、前記操作周波数よりも高い周波数である応答周波数にて、前記導電線と前記起爆側アンテナを介して送信し、
前記応答周波数は、前記操作側アンテナのループ長さよりも長い波長となる周波数に設定されており、
前記起爆操作機から送信する前記送信信号の周波数である操作周波数を１００ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下に設定し、かつ、前記無線起爆雷管から送信する前記応答信号の周波数である前記応答周波数を１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下に設定することで、前記起爆操作機の送信用アンテナと受信用アンテナを前記操作側アンテナにて兼用させ、前記無線起爆雷管の送信用アンテナと受信用アンテナを前記起爆側アンテナにて兼用させている、
無線起爆システム。
請求項１に記載の無線起爆システムであって、
前記起爆側アンテナはループ形状であり、ループ径は３０ｃｍ以下である、
無線起爆システム。
起爆部と、
前記起爆部に接続されて前記起爆部に点火する制御部と、
前記制御部が無線通信にて使用するアンテナである起爆側アンテナと、一方端が前記制御部に接続されて他方端が前記起爆側アンテナに接続された導電線と、を有するアンテナ部と、
を備えている無線起爆雷管が、爆薬に取り付けられた親ダイと、
操作側アンテナを介して前記無線起爆雷管に送信信号を無線で送信するとともに前記無線起爆雷管からの応答信号を無線で受信する起爆操作機と、を用いて被爆破個所を爆破する無線起爆方法において、
前記起爆操作機から送信される前記送信信号の周波数である操作周波数を１００ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下に設定し、かつ、前記無線起爆雷管から送信される前記応答信号の周波数である応答周波数を１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下に設定し、かつ、前記起爆側アンテナのループ形状の径を３０ｃｍ以下に設定して、前記起爆操作機の送信用アンテナと受信用アンテナを兼用させた前記操作側アンテナと、前記無線起爆雷管の送信用アンテナと受信用アンテナを兼用させた前記起爆側アンテナと、を用いて、
前記被爆破個所に装薬孔を削孔する装薬孔削孔ステップと、
前記起爆側アンテナが前記装薬孔の外に達するように前記装薬孔に前記親ダイを装填する装填ステップと、
前記起爆操作機が無線通信にて使用するアンテナであって前記応答周波数に対応する波長よりも短い長さに設定した前記操作側アンテナを、前記被爆破個所から所定距離だけ離れた位置に略ループ形状に張る操作側アンテナ張りステップと、
前記操作側アンテナを介して前記起爆操作機から前記操作周波数にて前記無線起爆雷管に起爆準備を開始させる前記送信信号である準備開始信号を送信する準備開始送信ステップと、
前記起爆側アンテナを介して前記準備開始信号を受信した制御部にて起爆準備を開始させ、準備が完了した場合に準備完了を示す応答信号である準備完了信号を、前記操作側アンテナの長さよりも長い波長となる前記応答周波数にて前記起爆側アンテナを介して前記制御部から前記起爆操作機に送信する準備完了応答ステップと、
前記操作側アンテナを介して前記準備完了信号を受信した前記起爆操作機から起爆の実行を指示する送信信号である起爆実行信号を送信する起爆実行送信ステップと、
前記起爆側アンテナを介して前記起爆実行信号を受信した制御部にて前記起爆部に点火して前記起爆部及び前記爆薬を起爆する起爆ステップと、を有する、
無線起爆方法。