JPH06128071A - 含水爆薬組成物及びそれを用いた発破方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 含水爆薬としての形状維持ができて製造が容
易であり、しかも水中爆発エネルギーが高く、爆発の威
力の大きい含水爆薬組成物及び威力のある効果的な発破
を行うことができる発破方法を提供する。 【構成】 スラリー爆薬やエマルション爆薬等の含水爆
薬組成物は、硝酸アンモニウム等の酸化剤成分と金属粉
や燃料油等の燃料成分とからなり、酸素バランス値が−
５〜−５０である。また、含水爆薬組成物は、燃料成分
としてアルミニウム粉等の金属粉を含み、水中爆発エネ
ルギーが２．０〜５．０ＭＪ／Ｋｇである。さらには、
この爆薬組成物を用い、酸素の供給が十分に行われる、
いわゆるあかり現場において発破作業を行うことによ
り、爆薬組成物の威力が効果的に発揮される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、隧道掘進、採石、採
鉱などの産業用発破作業に広く利用される含水爆薬組成
物及びそれを用いた発破方法に関し、主にあかり現場で
使用する含水爆薬組成物及び発破方法に関する。なお、
ここでいう「あかり現場」とは、発破の自由面即ち被破
壊物体が外界と接している表面が広い野外の現場をいう
が、必ずしも野外の現場とは限らず、坑内においても外
界と換気が十分可能な換気設備を有する現場をもいう。

【０００２】

【従来の技術】発破現場、特に坑内現場において、その
換気性の悪さのため、爆薬の爆轟による発生ガス（後ガ
ス）の良・不良は作業者の労働環境に大きく影響を与え
る。

【０００３】従って、含水爆薬は、一般にどのような作
業現場においても使用可能となるように、爆轟による発
生ガス（後ガス）を考慮し、各種成分を組み合わせるこ
とにより爆薬組成物が製造されている。この場合、酸素
バランス値、即ち爆薬１００ｇ当たりに必要とされる酸
素の過不足量をグラム数で表したものが±０になるよう
に製造されている。

【０００４】このように酸素バランス値が±０の場合、
理論的には爆薬の爆轟による後ガス、特に有毒ガスとい
われている一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx ）
の発生は最小限に抑えられることが知られている。

【０００５】また、酸素バランス値がプラスになった場
合、爆轟による後ガス中におけるＮＯx の割合が多くな
り、逆に、酸素バランス値がマイナスになった場合、Ｃ
Ｏの割合が多くなることが知られている。なお、ＮＯx
の毒性はＣＯのそれの数倍に値するといわれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】火薬類は一般に、爆発
反応を起こすと多量の熱とガスを発生し、外界に対して
大きな仕事をする。このような作用を仕事効果（静的効
果）という。この効果の大小は発生ガスの量の多少によ
るといっても過言ではない。

【０００７】しかし現在は、爆薬組成物の酸素バランス
値を±０に設定しているため、成分単体の発生ガス量の
多いものでさえも、その酸素バランス値が悪いもの、言
い換えればプラス側又はマイナス側に大きくはずれてい
るものは爆薬組成物として使用が困難である。即ち、爆
薬組成物として配合される成分の種類や量が制限され
る。

【０００８】また、たとえ爆薬組成物としての酸素バラ
ンス値を±０にしても、発破現場における爆薬の爆轟の
際に、ＣＯ、ＮＯx の発生は必ずしも最少限に抑えられ
るとは限らない。即ち、爆薬が理想的な爆轟をしない限
りは、その発破状況、爆轟状態、岩盤の状況、発破切羽
付近の気体の状況などにより、それぞれ発生ガスの状況
は異なってくる。

【０００９】さらに現在の発破現場、特に坑内現場にお
いても、発破工法の改良、換気設備の充実及び能力向上
などの目まぐるしい発達により、発破現場の作業環境は
改善され、発破によるどのような発生ガスにも対応しう
る状況にあるといっても過言ではない。

【００１０】従って、このような状況においては、より
効率的な、つまり可能な限りの発破作業の減数、１発破
当たりの破砕量の増量が可能な発破形態をとることによ
り、労力、経費などの軽減を図ることができる。

【００１１】よって、そのような発破を可能にする仕事
効果の大きな、しかもガス発生量の多い爆薬、すなわ
ち、水中爆発エネルギーの大きな爆薬の出現が大いに望
まれている。

【００１２】この発明は上記のような従来の問題に着目
してなされたものであって、その目的は含水爆薬として
の形状維持ができて製造が容易であるとともに、水中爆
発エネルギーが高く、爆発の威力の大きい含水爆薬組成
物及び威力のある効果的な発破を行うことができる発破
方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明者等は、この課
題を解決するため、いろいろな方面から鋭意検討を重ね
た結果、従来の酸素バランス値にとらわれた組成成分の
選定ではなく、酸素バランス値を特定のマイナス値にし
たほうが水中爆発エネルギーをより大きくするために効
果的であることを見出してこの発明を完成した。

【００１４】すなわち、第１の発明の含水爆薬組成物
は、酸化剤成分と燃料成分とからなり、酸素バランス値
が−５〜−５０であることを特徴とする。また、第２の
発明の含水爆薬組成物は、前記燃料成分として金属粉を
含み、水中爆発エネルギーが２．０〜５．０ＭＪ／Ｋｇ
であることを特徴とする。さらに、第３の発明の発破方
法は、第１の発明の含水爆薬組成物を用い、あかり現場
において発破作業を行うことを特徴とする。

【００１５】ここで含水爆薬とは、例えば一般的な産業
用爆薬であるスラリー爆薬、油中水型エマルション爆薬
等をいう。第１の発明では、含水爆薬組成物の酸素バラ
ンス値を−５〜−５０に設定したことから、酸化剤成分
と燃料成分の種類や配合割合を広範囲にわたって適宜設
定することが可能である。従って、含水爆薬としての形
状維持が可能な範囲で水中爆発エネルギーを高めること
ができ、しかも毒性の高いＮＯx の発生を防止すること
ができる。

【００１６】一般に、スラリー爆薬の組成成分は、酸化
剤、燃料、水、粘稠剤、微小中空球体又は化学発泡剤よ
りなり、また油中水型エマルション爆薬の組成成分は、
酸化剤、燃料、乳化剤、微小中空球体又は化学発泡剤よ
りなる。

【００１７】含水爆薬組成物における酸素バランス値が
−５０よりも小さいと、含水爆薬組成物としての形状が
維持できず、製造が困難となる。また、製造が可能な含
水爆薬組成物であっても、６号雷管での起爆性に乏し
く、爆薬本来の役割を果たさないため不適当である。

【００１８】一方、含水爆薬組成物における酸素バラン
ス値が−５を越えて２までの範囲では従来の含水爆薬と
同様な水中爆発エネルギーしか得られない。さらに、含
水爆薬組成物における酸素バランス値が２を越えると、
爆薬の爆轟の際に発生する後ガス中に多くの有毒なＮＯ
x が含有されることとなり、たとえ換気設備の優れた発
破現場といえども、作業者の健康に悪影響を与える。

【００１９】さらに第２の発明の含水爆薬組成物では、
燃料成分として金属粉を加えることにより、しかも水中
爆発エネルギーが２．０〜５．０ＭＪ／Ｋｇの範囲内と
なるように金属粉を添加することによって、爆発の威力
を格段に高めることができる。なお、水中爆発エネルギ
ーは、水中における含水爆薬の爆発において得られるエ
ネルギーであり、具体的には水中での気泡に基づくエネ
ルギーとしてのバブルエネルギー等があげられる。

【００２０】従来の爆薬組成物においては、その酸素バ
ランス値を±０に設定するため、金属粉を加えることに
おいてその添加量は限られ、高い水中爆発エネルギーは
得られず、せいぜい１．５ＭＪ／Ｋｇ程度であった。

【００２１】しかし、前述のように酸素バランス値を−
５〜−５０に設定したことから、第２の発明において
は、燃料成分として金属粉を相当量加えることが可能と
なった。そのため、爆薬組成物の水中爆発エネルギーが
２．０〜５．０ＭＪ／Ｋｇと格段に高められる。

【００２２】この発明に使用される金属粉としては、使
用する際の作業の簡便性を考慮すると、例えば、マグネ
シウム粉、アルミニウム粉、クロム粉、タングステン粉
及びその合金が好ましく、さらに製造の経済性、含水爆
薬組成物としての安定性を考慮すると、アルミニウム粉
が好ましい。その他の粉体はそのコスト及び、酸と反応
しやすいことなどに難点がある。

【００２３】アルミニウム粉の形状は、粒状又は球状ア
ルミニウム（いわゆるアトマイズド・アルミ）、鱗片状
アルミニウム（いわゆるペイントグレード・アルミ）が
使用可能であるが、粒状又は球状アルミニウムが好まし
く、さらにその平均粒径が２０〜１００μｍであるもの
がより好ましい。

【００２４】鱗片状アルミニウムを使用し、その添加量
が多くなった場合、含水爆薬組成物としての水中爆薬エ
ネルギーは大きいが、薬質がバサツキ、爆薬の形状保持
が困難となる傾向がある。

【００２５】それに対して、粒状又は球状アルミニウム
を用いた場合、流動性が良いため添加量を多くすること
ができ、安定した状態で水中爆薬エネルギーを高くする
ことができる。また、このアルミニウムの平均粒径が２
０μｍ未満のものを使用すると、含水爆薬組成物の水中
爆薬エネルギーは大きいが、製造時における粉塵問題、
金属粉以外の組成成分との混和性に問題が生じる傾向が
ある。

【００２６】一方、平均粒径が１００μｍを越えるもの
を使用すると、製造時の粉塵問題、混和性の問題は生じ
ないが、アルミニウム粉の添加量に相当する水中爆発エ
ネルギーが得られない傾向にあり、爆薬の経済性の面か
らも好ましくない。

【００２７】アルミニウム粉の添加量については特に規
定するものではないが、各種アルミニウム粉について含
水爆薬組成物における酸素バランス値が−５〜−５０の
範囲で、その水中爆発エネルギーが最大になる添加量が
好ましい。また、水中爆発エネルギーが２．０〜５．０
ＭＪ／Ｋｇという範囲で、所望のエネルギーに応じて添
加量を変化させることができる。

【００２８】また、アルミニウム粉は１種でも、又は例
えば平均粒径の異なる２種以上のものを混合して使用し
ても良い。この発明に使用するアルミニウム粉は、必要
に応じて、例えば、ステアリン酸金属塩等を表面に塗布
したものも使用される。

【００２９】この発明に使用される酸化剤成分は、硝酸
アンモニウムを主成分とし、他に必要に応じ、例えば、
硝酸ナトリウム、硝酸カルシウムなどのアルカリ金属硝
酸塩類、アルカリ土類金属硝酸塩類又はアルカリ金属塩
素酸塩類、アルカリ土類金属過塩素酸塩類、過塩素酸ア
ンモニウムが混合して使用される。

【００３０】この酸化剤成分の配合割合は、含水爆薬組
成物中、例えば５〜９０重量％の範囲であり、さらに３
０〜７５重量％の範囲であることが望ましい。この割合
が５重量％未満の場合、相対的に他の成分の含有率が増
大し、粘度が低下するため含水爆薬組成物としての形状
の維持が困難となりやすく、９０重量％を越えると爆薬
としての感度が低下する傾向がある。

【００３１】また、この酸化剤成分に、鋭感剤として例
えば、モノメチルアミン硝酸塩、ヒドラジン硝酸塩、エ
チレンジアミン硝酸塩等を加えることも可能である。こ
の発明に使用される燃料成分は、燃料油及びワックス類
である。燃料油とは、パラフィン系炭化水素、オレフィ
ン系炭化水素、ナフテン系炭化水素、芳香族系炭化水
素、飽和又は不飽和炭化水素等及びそれら炭化水素誘導
体である。ワックス類とは、マイクロクリスタリンワッ
クス、パラフィンワックス、ペトロラタム等石油質ワッ
クス、鉱物性ワックスであるモンタンワックス、その他
動物性ワックス、植物性ワックスである。これら燃料油
及びワックス類は、いずれも１種又は２種以上のものが
混合して使用される。

【００３２】この発明に使用される燃料成分の配合割合
は、全組成成分に対して、例えば、０．１〜１０重量％
の範囲であり、さらに０．５〜５重量％の範囲であるこ
とが望ましい。この割合が０．１重量％未満のとき、含
水爆薬としての安定性が悪くなりやすく、１０重量％を
越えると同じく含水爆薬としての安定性が悪くなりやす
い上に、粘度が高くなることにより微小中空球体及び燃
料成分としての金属粉との混和が困難となりやすい。

【００３３】また、この発明に通常使用される水の配合
割合は、全組成成分に対し、例えば、３〜２０重量％の
範囲であることが望ましい。３重量％に満たない場合、
酸化剤の溶解が困難となりやすくなり、２０重量％を越
える場合含水爆薬としての威力が低下しやすい。

【００３４】この発明に使用される粘稠剤は、グアガ
ム、ビンガム、及びそれらの誘導体、又は澱粉、ポリア
クリルアミドなどの天然又は合成高分子化合物の１種又
は２種以上のものが混合して使用される。

【００３５】さらに、上記粘稠剤に粘稠化を促進する目
的で架橋剤を加えることができる。架橋剤としては、例
えば、重クロム酸塩、ホウ酸塩等が使用される。この発
明に使用される粘稠剤又は粘稠剤と架橋剤の配合割合
は、全組成成分に対し、例えば、０．３〜５重量％の範
囲であることが望ましい。０．３重量％より少ないと、
ゲル化が困難になったり、ゲル化した場合でも成分が分
離しやすく、５重量％より多いと爆薬としての感度が低
下する傾向となる。

【００３６】この発明においてエマルション爆薬に使用
される乳化剤は、一般に従来から使用されているものが
使用可能であり、例えば、ソルビタン脂肪酸エステル
類、ソルビトール脂肪酸エステル類、グリセリン脂肪酸
エステル類、脂肪酸のアルカリ金属及びアルカリ土類金
属塩、１級、２級又は３級アミン塩類等の１種又は２種
以上のものが混合して使用される。

【００３７】この発明において、油中水型エマルション
爆薬組成物に使用される乳化剤の配合成分は、全組成成
分に対して、例えば、０．１〜１０重量％の範囲であ
り、さらに０．５〜５重量％の範囲であることが望まし
い。

【００３８】この発明に使用される微小中空球体は、例
えば、ガラス、シラス、珪砂、ケイ酸ナトリウム等から
得られる無機質系微小中空球体、石炭等から得られる炭
素質系微小中空球体、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニリ
デン等から得られる合成樹脂系微小中空球体等又はその
表面が処理されたもの又はそれらの集合体である。

【００３９】この微小中空球体の配合割合は、全組成成
分に対し、例えば、０．０１から１０重量％の範囲で使
用されることが望ましい。０．０１重量％未満のとき、
爆薬としての感度が低下しやすく、１０重量％を越えた
とき、組成物が体積的に大きくなってしまい、含水爆薬
組成物としての形状保持が困難となりやすい。

【００４０】この発明に使用される微小気泡は、例え
ば、化学発泡剤を含有させて発泡させて得られる微小気
泡、また含水爆薬組成物の形成時又は形成後の工程で機
械的に空気又はその他のガスを吹き込んで得られる微小
気泡等である。化学発泡剤とは、例えば、アルカリ金属
ホウ素水素化物や亜硝酸ナトリウムと尿素とを組み合わ
せて得られる微小気泡、また含水爆薬組成物の形成時又
は形成後の工程で機械的に空気又はその他のガスを吹き
込んで得られる微小気泡等である。

【００４１】この化学発泡剤としては、例えば、アルカ
リ金属ホウ素水素化物や亜硝酸ナトリウムと尿素とを組
み合わせて用いるもの等の無機系化学発泡剤又はＮ，
Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、アゾビス
イソブチロニトリル等の有機系化学発泡剤等である。

【００４２】この発明に使用される微小気泡の配合割合
は、全組成成分に対し、例えば、０．００１〜１重量％
の範囲であることが望ましい。０．００１重量％未満の
とき、爆薬としての感度が低下しやすく、１重量％を越
えたとき、組成物が体積的に大きくなってしまい、含水
爆薬組成物としての形状保持が困難となりやすい。

【００４３】第３の発明に示したように、上述した含水
爆薬組成物は、主にあかり現場にて使用する発破方法を
その用途としている。あかり現場としては、前述のよう
に必ずしも発破の自由面が広い野外の現場とは限らず、
坑内においても十分に換気が可能な換気設備を有する現
場も含まれる。具体的には、石炭等の露天堀りの現場、
建築物、橋梁の取り壊しの現場をはじめ、隧道掘進、採
石、採鉱等の現場をいう。

【００４４】これらのあかり現場において、含水爆薬組
成物を用いて発破作業を行うことにより、酸素の供給が
十分に行われた状態で発破作業を行うことができること
から、含水爆薬組成物のもつ特性が発揮され、爆発威力
のある効果的な発破作業を行うことができる。

【００４５】

【実施例】次に、この発明を実施例及び比較例によって
具体的に説明する。なお、各例中の部数はすべて重量基
準である。 （実施例１）表１に示す配合割合で、スラリー爆薬を次
のように調製した。すなわち、硝酸アンモニウム５５
部、モノメチルアミン硝酸塩２５部を水１５部に加熱溶
解し、約５０℃の水溶液とした。次いで、グアガム３部
を加え約２分間混合後、粘稠な溶液を得た。さらに、こ
れに架橋剤として重クロム酸ナトリウム（グアガムに対
して１％）、アルミニウム５部、ガラスマイクロバルー
ン３部を加え、約２分間均一に混合することによりスラ
リー爆薬を得た。

【００４６】このスラリー爆薬を用いて、爆薬の仮比重
及び水中爆薬エネルギー測定用人工池にて、水深４ｍに
試料を敷設し、試料の水上１ｍの地点から、水平方向に
８ｍ離れたところにマイクロホンを設置して衝撃波を測
定し、その衝撃波からバブル周期を求めバブルエネルギ
ー（ＭＪ／Ｋｇ）を算出した。その結果を表１に示し
た。 （実施例２〜３）表１に示す配合割合で、実施例１に準
じてスラリー爆薬を製造し、爆薬の仮比重及びバブルエ
ネルギーを測定した。その結果を表１に示した。 （比較例１〜３）表２に示す配合割合で、実施例１に準
じてスラリー爆薬を製造し、爆薬の仮比重及びバブルエ
ネルギーを測定した。その結果を表２に示した。 （実施例４）表１に示す配合割合で、油中水型エマルシ
ョン爆薬を次のように調製した。即ち、硝酸アンモニウ
ム６５．３部、ヒドラジン硝酸塩１８部を水１１部で加
熱溶解した約８５℃の水溶液とした。これを、ソルビタ
ンモノオレート１．５部とマイクロクリスタリンワック
ス３．５部を約８５℃で加熱溶融した混合物に、約１６
００ｒｐｍで２分間撹拌しながら加え、油中水型エマル
ションを得た。これに樹脂バルーン１部を加え、約１分
間均一に混和することにより油中水型エマルション爆薬
を得た。

【００４７】この油中水型エマルション爆薬を用いて、
爆薬の仮比重及び水中爆発エネルギー測定用人工池に
て、水深４ｍに試料を敷設し、試料の水上１ｍの地点か
ら、水平方向に８ｍ離れたところにマイクロホンを設置
して衝撃波を測定し、その衝撃波からバブル周期を求め
バブルエネルギーを算出した。その結果を表１に示し
た。 （実施例５〜８）表１に示す配合割合で、実施例４に準
じて油中水型エマルション爆薬を製造した。なお、アル
ミニウムは微小中空球体と同時に加えて混和した。その
油中水型エマルション爆薬を用いて、爆薬の仮比重及び
バブルエネルギーを測定した。その結果を表１に示し
た。 （比較例４，５）表２に示す配合割合で、実施例４に準
じて油中水型エマルション爆薬を製造した。なお、アル
ミニウムは微小中空球体と同時に加えて混和した。その
油中水型エマルション爆薬を用いて、爆薬の仮比重及び
バブルエネルギーを測定した。その結果を表２に示し
た。なお、後記表１、表２における記号は次の意味を示
す。

【００４８】 アルミニウム 粒状Ａ ；平均粒径２５μｍ アルミニウム 粒状Ｂ ；平均粒径４０μｍ アルミニウム 粒状Ｃ ；平均粒径９０μｍ アルミニウム 粒状Ｄ ；平均粒径１２０μｍ ガラスマイクロバルーン；平均粒径８０μｍ、粒子密度
２００ｇ／１ 樹脂バルーン １ ；平均粒径９０μｍ、粒子密度
２０ｇ／１ 樹脂バルーン ２ ；平均粒径４５０μｍ、粒子密
度３６ｇ／１

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】なお、表２中比較例５は爆薬としての形状
を維持できなかった例である。表１及び表２に示したよ
うに、実施例１と比較例１を比較すると、実施例１のよ
うに酸素バランス値を−５．０にすることにより、比較
例１のバブルエネルギー１．５ＭＪ／ｋｇが４割増の
２．１ＭＪ／Ｋｇにまで上昇することがわかる。

【００５２】実施例２と比較例２を比較すると、実施例
２のようにアルミニウムを増量し、酸素バランス値を約
−１０にすると、バブルエネルギーが倍増することがわ
かる。

【００５３】実施例３と比較例３を比較すると、アルミ
ニウムの量が同量であっても、酸素バランス値を−５以
下にしないと、バブルエネルギーは２．０ＭＪ／Ｋｇを
越えないことがわかる。

【００５４】実施例４と比較例４を比較すると、酸素バ
ランス値を−５以下にしないと、バブルエネルギーは
２．０ＭＪ／Ｋｇを越えない。実施例５と実施例６を比
較すると、アルミニウムの量、酸素バランス値が−９．
３で同じ値であっても、アルミニウム粉の粒径が１００
μｍを越える場合（実施例６）、バブルエネルギーの上
昇は少ない。

【００５５】実施例７、８により、酸素バランス値を−
２７．６から−４５．３まで変化させることにより、バ
ブルエネルギーを３．８から５．０ＭＪ／Ｋｇまで変え
ることができる。

【００５６】比較例５により、酸素バランス値が−５０
より小さいものは含水爆薬組成物としての形状維持が困
難である。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように、第１の発明によれ
ば、酸素バランス値を−５〜−５０に設定したことか
ら、含水爆薬としての形状維持ができて製造が容易にな
るとともに、水中爆発エネルギーを高めることができ、
爆発の威力を向上させることができるという優れた効果
を奏する。

【００５８】また、第２の発明によれば、燃料成分とし
て金属粉を用い、かつ水中爆発エネルギーを所定範囲に
設定したことから、爆発の威力を格段に高めることがで
きるという効果が得られる。さらに、第３の発明によれ
ば、含水爆薬組成物を用い、あかり現場において発破作
業を行うことにより、威力のある効果的な発破を行うこ
とができるという効果を奏する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 孝一 愛知県知多郡阿久比町大字福住字石亀坂１ の12 (72)発明者 加藤 幸夫 愛知県知多郡武豊町字西門８

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化剤成分と燃料成分とからなり、酸素
   バランス値が−５〜−５０であることを特徴とする含水
   爆薬組成物。
2. 【請求項２】 前記燃料成分として金属粉を含み、水中
   爆発エネルギーが２．０〜５．０ＭＪ／Ｋｇであること
   を特徴とする請求項１に記載の含水爆薬組成物。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の含水爆薬組成物を用
   い、あかり現場において発破作業を行うことを特徴とす
   る発破方法。