JPH06501754A - 硬質高密度岩石及びコンクリート材料を破壊するための制御された破砕方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 硬質高密度岩石及びコンクリート材料を破壊するための制御された破砕方法とそ の装置背景技術 １８６６年のダイナマイトの発見以来発破法は、硬質岩石の掘削のために利用さ れる重要な技術であり続けてきた。長年に亘り岩石掘削技術に幾多の改良が加え られてきたけれども、硬質岩石の連続掘削に適合できる方法は、鉱山及び土木工 事のいづれに対しても未だ実現されていない。従来からの穿孔及び発破法は、花 崗岩や片麻岩のようなより硬質な岩石の掘削に、適度な効率で利用し得る唯一つ の技術として残っている。

より軟貿の一般的な沈積岩石を効率的に掘削するため、水ジエツト技術に支えら れた数多（の機械的な装置が開発されてきた。トンネル掘削機における最近の改 良によって、これらの機械は、３００　Ｍ　Ｐ　ａまでの圧縮力の、比較的硬質 な岩石を切断することができるようになってきたが、カッタの摩耗は重要な問題 として残っている。しかしこれらの装置は、より硬質の岩石を効率よく掘削する ことはできない。またＴＢＭ（）−ンネル掘削機）型式の機械は、その移動性能 及び不規則形状の開口部の掘削性能において劣っている。

通常の穿孔及び発破作業は、最も硬い岩石の掘削を許容可能な能率で行うことが できるけれども、一方ではこの技術は、穿孔、発破及びずり処理を周期的に行わ なければならないという制約があり、そのため各サイクルに必要な機械の稼動率 が非効率的で、作業が屡屡中°断せしめられる。また通常の穿孔及び発破作業は 、掘削された構造体の周囲に残された岩石に著しい損傷を与えており、この残留 損傷に対し高価で付加的な基盤支持体が必要になる。通常の坑内作業の場合従来 の穿孔及び発破作業は、１回の穿孔及び発破によって切羽面から掘削される総て の岩石をごたまぜに混合して、総ての岩石を坑内から搬出、破砕、粉砕して鉱石 のために除去作業を行わなければならないという制約がある。鉱石を含んだ岩石 が掘削面の小部分に制限されているような鉱脈を鉱床の掘削には、多様な坑内作 業が含まれる。鉱石を含んだ岩石を選択的に採掘し、かつ粉砕及び抽出のために 不要な岩石は坑内に残したままで鉱石を坑外へ搬出するという方法は、多くの坑 内作業の経済性を著しく向上せしめるであろう。土木工事の場合従来からの穿孔 及び発破法は、各発破作業に関連して発生する大量空気の衝撃及び基盤衝撃のた めに、都市土木工事には使用することができないという制約がある。また残留し た岩石に起因する残留損傷によって構造体の機械的な健全性が損われる場合が多 く、その場合は高価な付加的基盤支持体が必要である。

１１１１且亙 通常の穿孔及び発破方法には上述のような固有の限界が存在しているため、２０ 年以上に亘り硬質岩石に適用可能な個別の、急速掘削技術の開発に関する数多く の研究が成されてきた。この２０年間の研究の間に考えられてきた解決法は、高 速射出衝撃法（ランゲイスト（Ｌｕｎｄｑｕｉｓｔ）、１９７４）による水ジエ ツト衝撃法（ヤング（Ｙｏｕｎｇ）、１９７７）から小量充填発破法（ランゲイ スト及びペターラン（Ｌｕｎｄｑｕｉｓｔ　ａｎｄ　Ｐｅｔｅｒｓｏｎ）、１９ ８３）に及んでいる。連続式水ジエツト衝撃技術（ジンク（Ｚ　ｉ　ｎ　ｋ）外 、１９８３）及び脈動式水ジエツト衝撃技術（ヤング（Ｙｏｕｎｇ）、１９７７ 及び１９８５）の両者については、極めて詳細な研究が行われている。一般的に 連続式水ジエツト衝撃技術にあっては、より硬質な岩石を効率的に切削するのに 充分な高さの水ジエツト圧力を生成せしめることができない、一方脈動式水ジエ ツト衝撃技術は、最も硬質な岩石を切削することができるけれども、この技術の エネルギ効率及び水ジエツト生成装置の機械的な複雑さが、この技術の商業的な 発展を阻害している。射出衝撃法に基礎を置（急速掘削技術では、非常に小さな 射出体（ベレット）衝撃法（ジンク（Ｓｉｎｇｈ）、１９６０）、非常に大きな 射出体ＷＩ撃法（この場合射出体は通常の１０４ｍｍ軍事用大砲で発射されつる ）くランゲイスト（Ｌｕｎｄｑｕｉｓｔ）、１９７４）に対する考慮がなされて おり、また衝撃の際それらの爆発によって岩石損傷を増加せしめるおそれのある 爆発性の射出体に対する考慮も払われている。小さいベレット衝撃による解決法 は、効率が劣っているためその開発が阻害されてきたが、一方では大きな射出体 に特有な大量エア爆風問題及び爆発性ベレットの解決手段が、これらの商業的な 開発を妨害してきた。

土ｌ工皇ｌ！亘 通常の穿孔及び発破技術が比較的良好な効率特性を有しているため、小量充填連 続式穿孔発破法に適用できるような、穿孔及び発破法のスケールダウンと自動化 とに対する多（の研究が行われてきた。これらの諸対策の内置も注目すべきもの は、１９７０年代に顕著な研究成果を収めた（ランゲイスト及びベターラン。

１９８３）ラビデックス（Ｒａｐｉｄｅｘ）社のスパイラル穿孔発破方式である 。連続式穿孔発破技術における更なる発展は、スケールダウン装置になお要求さ れる比較的大きな爆発負荷と、それに関連して要求される、掘削面における又は 掘削面の近（の、機械及び操作員の保護のために払われる多くの試みとによって 制限されてきた。これらの連続式穿孔発破法における爆発量は、従来からの充填 体負荷方式が採用されており、かつ幾つかの爆破孔がこの技術の適正な作業のた めに殆んど同時に爆発せしめられることが要求されていたため、なお高いままで あった（クラーク他、１９７９）。

１１月１！３１（貴 より効率的な掘削技術の発展のための第３の解決法は、岩石破壊プロセスに対し 制御された破壊技術を適用するための方法を考えることであった。通常の穿孔発 破法では、消費される全エネルギの１パーセントより少ないエネルギーが岩石内 の所望の引張破壊を進展させるために使用されるに過ぎないので、岩石破壊のた めに必要なエネルギが破壊プロセスに対して更に良好な効率で利用できるような 方法を研究することは極めて魅力的である。メリーランド（Ｍａｒｙｌａｎ、ｄ ）の大学（ダリー及びファウネ（Ｄａｉｌｙ　ａｎｄＦｏｕｒｎｅｙ）、１９７ ７）、スエーデンの爆発研究財団（パヨンホルト外（Ｂｊａｒｎｈｏｌｔ　ｅｔ ａｌ、）、１９８３）及びその他（ヤング及びハウネイ（Ｙｏｕｎｇ　ａｎｄ　 Ｆｏｕｒｎｅｙ）、１９８３）によって最近開発された制御破壊技術は、適正な 破壊の開始と制御とによって、所望の破壊を達成するのに必要な１発充填体の量 を著しく減少せしめることができることを示している。岩石の制御された破壊に 間するその他の研究によって、静的展び動的技術の両者を大きく発展させること ができた。この研究には、破壊プロセスの幾何学的形状が所要エネルギを著しく 減少せしめることができるということが示されている。

一般的にこれらの解決法は、−次岩石破壊面が自由面にほぼ平行に進行可能であ って、破壊面の進行のために必要なエネルギは少なくて済むという方法によって 実現されている。この解決法をベースにした１つの静的な方法は、比較的狭い穿 孔内でグリッパによって作業することができて、孔が穿孔されている自由面に向 って岩石を引張る（破砕する）ことができるような機械装置によって実現されて いる（クーパ（Ｃｏｏｐ−ｅｒ）外、１９８０及びアンダーラン及びスワンラン （Ａｎｄｅｒｓｏｎ　ａｎｄ　Ｓｗａｎｓｏｎ）、１９８２）。比較可能な幾何 学的形状を採用している動的な解決法は、スチールピストンの狭い水充填孔内に 点火部を有しており、孔の急速な加圧が、孔底部のシーブなコーナ部に発生する 応力集中によって破壊の発生及び伝播を惹起せしめている（デニスアート（Ｄｅ ｎｉｓａｒｔ）外、１９７６）、このように発生した破壊面は、孔から外方に伝 播し、かつ孔が穿孔されている自由面に平行に伝播する傾向を有している。この 方法は極めて魅力的な岩石掘削効率を有しているが、一方では破壊が孔底部以外 の処で発生した場合、加圧流体が急速に失われ、かつ不完全に破壊された孔内で スチールピストンのジャミングが屡々発生するという困難性があり、そのために この技術の更なる発展が阻害されてきた。このピストンのジャミング問題を回避 するため、狭い孔内で点火された高圧高速スラッジ水を利用する方法が提案され ている（ラフオン（Ｌａｖｏｎ）、１９８０）。

岩石破壊の特別な幾何学的形状に適用される破壊制御技術で達成可能な優れた岩 石破壊効率に立脚し、かつこれらの破壊面を加圧しかつ伝播せしめるためのより 良好な方法が開発されるであろうという仮定に立脚した小さな研究努力によって 、小量の爆発性充填体又は推進剤充填体がユニークな岩石破壊形状に対し制御さ れた破壊技術を効率的に適用することができるということが、１９８４年に実証 された（ヤング及びバー力（Ｙｏｕｎｇ　ａｎｄ　Ｂａｒｋｅｒ）、１９８４） 、その際に考慮された一次形状が図１に図示されており、かつ該形状は部分的に 、デニスアート外によって提案された（１９７６）形状に基礎を置いている。図 １に示されているように、この破壊現象は狭くて急激に加圧された穿孔部の底部 からの破壊の開始と伝播とに関する現象を述べている。このような破壊は、最初 岩石内を下方に向って伝播し、かつ引続き表面効果が重要になるのにつれて自由 表面の方に向って曲り、このようにして岩石の大容積の除去を可能にしている。

岩石内への破壊の最初の貫通によって岩面上に残された残留円錐部が、この形式 の破壊に対して与えられた名前（貫通円錐破壊又はＰＣ：Ｆ）についての根拠を 与えている。デニスアート外の初期の研究と対照的に、最近の研究努力は小量の 推進剤及び衝撃緩和型の爆発充填体による狭い穿孔部からの円錐破壊の発生及び 伝播に関する可能性に向けられている。

発明の開示 本発明の意図する処は、貫通円錐破壊（ＰＣＦ）方式に基礎を置いた連続式穿孔 発破型急速掘削系（装置及び方法）を開示することにある。

坑内作業及び土木建設作業の両者のための硬質岩石の掘削は、通常は伝統的な穿 孔及び発破法で行われている。穿孔及び発破作業（穿孔、発破、通風及びずり処 理）は周期的な性質を有しているので、掘削率は制限されかつ装置の稼動率は低 い、新規な破壊開始及び伝播技術を採用している小量充填式急速掘削装置は、最 も硬い岩石の掘削を、従来の穿孔発破法に比較して４倍から１０倍も良好な効率 （除去される岩石の単位容量当りのエネルギ）で行い得ることを実証することが できた。この考え方に対する重要な進展は、爆発性充填体よりもむしろ推進剤の 使用によって達成されており、また充填物を封じ込めるための機構の設計と発破 孔の効果的なシールとによって達成された。

本発明の課題は、改良された急速掘削方法とその装置とを提供することにある。

統合された穿孔作業と、小量充填体の発破作業と、連続運転中掘削面に残るずり の処理作業とを、機械によって開示することにある。

この機械を使用する掘削方法には次のようなものが含まれている。つまり貫通式 円錐破壊技術による岩石破壊の最適化、最適な孔パターンと間隔及び位置による 円錐破壊の相互作用の確立、協働して確立された閉塞パラメータ及び新しいシー ル技術による穿孔部シールの最適化、協働して確立された岩石破壊パラメータと 穿孔パラメータ及び推進剤（爆発物）充填体パラメータとによる連続式穿孔、発 破及びずり処理の最適化等が含まれている。更に機械は、ロボット制御装置を、 特別な岩石の状態に対し発破孔の配置と幾何学的形状と充填体物性とを最適化せ しめることのできるスマートな装置に、協働せしめることができるであろう。

この小量充填急速掘削装置は、敏感な構造体、装置及び人員が掘削面の極く近く に存在している坑内作業及び土木建設作業に対して極めて魅力的である。またこ の小量充填急速掘削装置は、原鉱石を破砕しかつ無価値な母岩から別個に処理さ れる選択的な坑内作業に対して特に魅力的である。この場合無価値な岩石は、坑 内に留め置かれて、伝統的な運搬及び粉砕作業によって排除される。

岩石やコンクリート等のような硬質高密度材料は、適正に設計されて孔内に位置 せしめられた爆発性又は推進剤の充填体の発火によって破壊せしめられるか、又 は特殊な幾何学的形状の先行穿孔孔内へ挿入されかつシールされている短い筒状 体の特殊な充填体封じ込め機構によって破壊せしめられる。１つ又は複数のほぼ 円筒形の孔が、坑内作業及び建設作業に使用されているような通常の穿孔手段に よって、破壊可能な材料内に穿孔される。

この孔は直径に対する深さの割合が比較的小さく、約２，５対ｌから１０対１の 範囲内に、好ましくは約３対１から４対ｌの範囲内にある。この孔は、孔底部に おける破壊開始を強化することができるように、孔底部がシャープに穿孔される か、又は有利な破壊開始が行われるように、孔底部又はその他の位置に切欠きが 施される。衝撃的な穿孔作業による微細な破壊部が、破壊開始位置の提供による プロセスに対して極めて有利である。

この爆発性又は推進剤の充填体は、標準的な軍事用又は商用ライフルパウダ及び 最近開発された種々の液体推進剤を含む、商用的に使用可能な幾つかの爆発剤又 は推進剤のいづれであっても宜い。

推進剤充填体は、固体又は液体のどちらであっても充填体封じ込め機構内に位置 して点火可能であり、該機構は、破壊さるべき材料内に穿孔される孔内に押入可 能な短い円筒部を内包している。この機構の円筒部は更に、螺旋状挾み金シール 法によって孔内にシールされるか、又は孔壁部上の小さな段部に対して押圧され ている、円筒部上の小さな肩部によって孔内でシールされる。充填体封じ込め機 構は、重い鋼製バー又は充填体封じ込め機構の後方端部に対して保持されている 同等な構造体によって、孔内で時期が早まることのないように阻止されている。

孔の制御された高圧密封法と、爆発性及び又は推進剤の充填体の適正な組合せと 、充填体封じ込め機構と、孔封止方法及び重い鋼製バー又は構造体による孔内へ の充填体又は充填体封じ込め機構の制約とが実現されて初めて、材料の制御され た破壊が実現可能である。

１つの有利な破壊形式にあっては、その内方に孔が穿孔されている表面にほぼ平 行に破壊が伝播するような形式で、孔底部から破壊の開始及び伝播が行われる。

この破壊作用は、自由面に対するその関係に基いて少ないエネルギ消費で伝播し 、かつこのようにして、通常の穿孔及び発破又はポーリング法よりも良好な効率 で、被破壊材料を除去しかつ掘削することができる。

被破壊材料の効果的な破壊のために必要なエネルギが少ないことによって、破壊 された材料に与えられる速度は通常の発破法よりも小さく、このため機械及び又 は人員は、穿孔されかつ掘削される切羽面の近（に晋まることができて、プロセ スの連続的な作業が可能になる。

本発明のこれらの、及び更なるその他の対象物及び特徴は、請求の範囲及び図面 と共に、上述の仕様及び現在述べている仕様を含めた明細書で明らかである。

図面の簡単な説明 図１は、急速に加圧された穿孔部からの貫通円錐破壊の展開を示す従来技術の概 略図であって、一般的な円錐破壊の軌道を図示している。

図２は、実験室的な試験で評価された芯抜き孔、丸味孔、切欠き孔及び衝撃的に 穿孔された孔の底部の詳細図であって、良好な円錐破壊開始が衝撃的に穿孔され た総ての孔で得られている。

図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、傾斜したノズル区分を有している坑内ガンの詳細と、 ＰＣＦ孔内における坑内ガン筒状体の効果的な封止部とを示している。

図４は、改良された穿孔シール部のためのＰＣＦガン円筒部上の傾斜部の詳細を 示し、また２重に段付きされた穿孔設計部が図示されている。

図５は、ＰＣＦ穿孔部及びＰＣＦガンを有するブームを装備した穿孔機械を使用 している実現可能な機械の輪郭を表わしている。

図６は、坑内機械シャーシがＰＣＦ穿孔及びＰＣＦガンのためのブームによって 修正された機械の、別の実現可能な輪郭を示しており、ずり処理エプロン及びコ ンベア装置も図示されている。

図７Ａ、７Ｂ及び７Ｃは、図６に図示の修正された坑内機械シャーシのために使 用される可能性のある３つの先端部ずり処理装置を示している。

図８は、穿孔装置、充填体取扱能力及び点火能力を備えたＰＣＦプーム延長部の 更なる詳細図である。

図９Ａ及び９Ｂは、穿孔シール部のための小さな直径変更部と、ガンクリアラン スのためのより大きな穿孔変化部とを備えている多段式ドリルビットを示してお り、穿孔部の最も深くて最も狭い部分は、急激な高圧密封部が発生しかつＰＣＦ 破壊が開始される処である。

図１ＯＡ、ＩＯＢ、ＩＯｃ及びＩＯＤは、付加的な推進剤を支持するための中空 シェルを備えた標準的な５００ロ径カートリツジ詳細図である。

図１１Ａ及びＩＩＢは、ＰＣＦガンの砲尾機構を示している充填及び発破装置の 概略図であり、修正された５００ロ径カートリツジ使用されている。

図面の簡単な説明 図１は、はぼ円筒形の穿孔部１がシールされかつ推進剤又は爆発性充填体３が孔 の内方で点火された時に発生する、貫通円錐破壊（ＰＣＦ）による従来技術の展 開を図示している。燃焼中穿孔部は急激に加圧され、かつ岩石破壊が孔底部５の 周辺部に沿って発生せしめられる。最初の破壊は、一般的に岩石内を下方に向っ て伝播し、続いて表面効果が因子になるにつれて自由面の方に向って折れ曲る。

このような形式で行われる従来の作業に比較して本明細書における貫通円錐破面 ７は、小量の推進剤充填体を備えた狭い穿孔部を使用して発生せしめられる。

図２は、ＰＣＦ破壊を容易にするために使用可能な、種々の孔の型式を示してい る。孔９は、シャープな９０°のコーナを備えた孔底部１１を有するように穿孔 されている。丸められた又は巻き付けられたカーバイドの先端ビットは、丸めら れた半径を備えた孔底部１３を形成する。このような丸められた孔底部は不利で ある。孔の底部で孔の側壁に垂直な切欠き１６を備えた円筒形の孔１５を生成す ることができるように、別のビットを使用することもできる。たとえ切り欠かれ ていなくても極端にシャープな穿孔底部は、有効な円錐破壊の発生に役立つ。有 利な孔１７と底部１８とは衝撃穿孔ビットによって生成される。ダイヤモンドコ アで穿孔された孔底部程にはシャープではないけれども、衝撃的に穿孔された孔 １８及び底部１９は非常に良好な円錐破壊発生部を形成する。付加的な微小疵損 傷部１９が衝撃穿孔によって岩石内に、特に孔底部の半径部内に導入されており 、該損傷部１９が調和した破壊の発生に対してより良好に適合している。つまり 穿孔部のこの有利な衝撃的な穿孔によって、特殊な孔底部の幾何学的形状を形成 する必要性を無くすことができる。

図３は、坑内ガン円筒部２５の傾斜区分２３の周りに螺旋状に巻き付けられた真 鍮挟合条片を使用している穿孔部のシール方法を図示している。簡単な円筒状の 筒形坑内ガンは、これを穿孔部のシールのために使用することができるが、一方 では螺旋状の挟合シール部によって、ガス圧力及びより高いピーク圧力を良好に 封じ込めることができる。螺旋状の挟合は、加圧及び破壊伝播中推進剤ガスの漏 洩を効果的に遮断し、また坑内ガン円筒部外方周辺の焼蝕も減少せしめる。

図３Ｂ及び３Ｃは、推進剤充填砲尾２９と、閉鎖栓３１を受容するねじ付き破口 ３１とを備えた坑内ガン２７を示している。球面状のソケット継手３３は、閉塞 バー４１の端部３９を受容する孔３７を備えた根元部３５を有している。

図４は、坑内ガン円筒部を使用している別のシール手段を示しており、該円筒部 は、二重段部４５及び４７で穿孔部４３をシールすることができるよう特別に設 計されている。この穿孔部は、非常に小さな直径の変化がシール肩部４５におい て惹起するように穿孔されている。肩部が余りにも大きな直径を有していると、 加圧中肩部に著しいチッピング又は破壊作用が発生し、そのためにガス圧力の損 失が発生しかつＰＣＦ破壊の阻止が行われるようになる。僅かな直径の変化は、 有利には肩部におけるそのようなチッピング又は破壊作用を減少せしめる。ガン 円筒部５１は、ＰＣＦ孔４孔内３内分的に嵌合できるように傾斜部５３を有し、 かつシール肩部４９におけるシール部５５を形成している。

図５及び図６は坑内装置の実施例を示している。商用的に利用可能なりローラ型 式の坑内機械５７が、１つ又はそれより多いブーム５９と共に使用されている。

ブームはそれらの長手方向軸線を中心に回転可能である。延長部６１は、ブーム に組み付けられて油圧シリ特表平ｅ−５ｏｘ７５４（８） ンダを有しており、またブームの長手方向軸線に沿って前方に運動可能である。

ピボット円錐体６３が、延長部に組み付けられて、連続的な穿孔発破作業のため の回転軸線を規定している。ＰＣＦガン６５及び掘削ドリル６７が延長部６Ｉの 反対側の側部に組み付けられている。ずり処理エプロン６８及びコンベア装置６ ９が坑内台車に取り付けられている。

図７Ａ、７Ｂ及び７Ｃは、本発明の坑内装置と一緒に使用するための３つの可能 な従来技術のずり処理装置を示している。標準的なずり処理装置の装備品は、集 ずリアーム７１．捕集ディスク７３又は積込チェノ７５である。更に先端プレー ト７７とコンベア７９とが含まれている。また機械は、パイナツプル型又はドラ ム型ビックカッタを装備した機械が標準的である。

多くの坑内作業に伴って発生する岩石の破片は微細であって、捕集ディスク又は 積込チェノの装備品のいづれかによフて容易にも理され得る。２本のブーム、Ｐ ＣＦ穿孔装置及び充填処理装置で改装された機械のために、発生する岩石破片の 粒度分布は、大きな破片がより多くかつ小さな破片がより少ないようになるので 、一般的には集ずリアームの装備が好ましい、ずり処理作業は、孔が穿孔されか つ発破される間も連続して行われる。

図８は、内部油圧シリンダ８１．穿孔装置６７、充填剤処理装置８３及び点火装 置６５を有しているブームの延長部６１を図示している。油圧シリンダはシール された管状シャーシ８５内に封じ込められている。

延長部は組付はプレートによってブームに取り付けられている。穿孔部６７及び ガン６５の両者は、スライドプレート８１及び８９を備えた延長部上に組み付け られていて、更に受け台９１及び９３によって支持されている。ピボット指向部 ６３は、掘削面６６にほぼ平行な、延長部の端部６４の中心に位置している。

図９Ａ及び９Ｂは、１つの封止装備品のための、僅かの直径変化の穿孔部を生成 せしめるために使用されている、特殊なカーバイド鋼穿孔ビット９５の詳細を示 している。３つの部分の組合せビットは、ビットの段付き部分のためのカーバイ ト鋼挿入体９７．９８を有している。孔の円錐破壊部分を穿孔するための小直径 の案内ビット９９は、最も大量の摩耗に晒されており、かつ別個に取換可能であ る。

図１ＯＡ、ＩＯＢ、ＩＯｃ及びＩＯＤは、付加的な推進剤１０４を支持するため の、中空シェル１０３を備えた５０ロ径カートリツジ１０１を図示している。

中空シェル又はブーツは、プラスチック又はアルミニウムから製造可能である。

アルミニウムシェル又はブーツは、付加的な推進剤エネルギを供給している燃焼 推進剤と幾らか反応し、かつ溶融したアルミニウムが、僅かに段付きされた半径 肩部における穿孔部のシールの更なる改善に役立っている。より大規模なＰＣＦ 破壊のためには、又は著しく大量の推進剤充填物が必要な作業のためには、標準 的な２０ミリの軍事用カートリッジが使用可能である。シェル１０１は、雷管キ ャップ１０５、−次充填剤１０７及び選択的な詰め物１０９を有している。

図１１Ａ及びＩＩＢは、修正５００ロ径カートリツジ使用しているＰＣＦガン１ １１のための砲尾機構を示している。ガンは、図面に図示の砲尾ブロック又は砲 尾ビン１１５を活性化せしめるための、簡単な複式作動型油圧シリンダ１１３を 有している。揺動供給ゲート１１７は、カートリッジがカートリッジ供給管１２ １から受容される時砲首１１９に整合してカートリッジを位置せしめるのに役立 っている。揺動ゲート１１７は圧気シリンダ又は油圧シリンダによって活性化ゼ しめられる。カートリッジの除去は簡単な機械的ばねクリップ１２３によって行 われる。ガンの砲尾部分１２５の下方に位置している小さなエアジェツトマニホ ルド１２５がカートリッジの排除のために使用されている。

液体推進剤は、本発明の使用に対して特に適合している。ガン円筒部を押入して 、衝撃的に穿孔された段付き孔を閉塞しかつシールする。液体を開口部を貫通し てチャンバ内へ供給し、開口部を閉鎖しそして液体推進剤を点火せしめる。破壊 が孔底部の位置から伝播し、かつ大きくて一般的に平らな掘削部分が破壊せしめ られ、かつ切羽面から落下してずり処理されかつ坑内から搬出せしめられる。

本発明を特別な実施例を参照し乍ら説明してきたが、本発明の修正及び変化態様 は、次の請求の範囲で述べる本発明の範囲から逸脱することなしにこれを構成す ることができる。

ＦＩＧ、　ｌ０ａ ＦＩＧ、ｌ０ｂ ＦＩＧ、　ＩＯｄ 国際調査報告 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、　ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ 、ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ、 　ＤＫ。

ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、ＭＣ， ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＳＤ、　ＳＥ、　ＳＯ，ＵＳ

Claims (42)

【特許請求の範囲】
1. １．貫通破壊破断技術を使用している急速掘削装置であって、該装置が 坑内機械と、 坑内機械に組み付けられたブームと、 掘削面内で孔を穿孔するための穿孔ビットを備えて前記ブーム手段に組み付けら れている穿孔装置と、 孔内へ挿入するためにブーム上に取り付けられた坑内ガンと、 受容体と円筒部とを有しているガンと、孔内でシールされたガンを保持するため ガンに結合された穿孔部シール手段と閉塞バーと、前記機械に組み付けられたず り処理手段と、から成っていることを特徴とする急速掘削装置。
2. ２．掘削装置が連続的により小さな直径体を有し、それらの内の最小直径とその 次に小さい直径とが、穿孔部の穿孔時に小さなシール肩部を形成するため極く僅 かな直径の変化部を有しており、またシール手段が、穿孔部の小さなシール肩部 に接触するため円筒部の外表面上に傾斜した部分を有し、それによって穿孔部が シールされることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. ３．掘削装置が、別個に連続的に狭くなっている３つの直径を備えた穿孔部を穿 孔するために３つの区分を有している２段状の穿孔装置から成っており、それに よって最小部分と第２のその次に小さな部分との間の小さな直径の差違が、穿孔 部内でシール肩部を形成するようになり、また第２に大きな直径部分と最大直径 部分との間のより大きな直径の差違が、ガンを穿孔部内へ挿入するために設けら れていることを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. ４．掘削装置が更に、受容体内に充填剤を保持するためのカートリッジを有して いることを特徴とする、請求項１記載の装置。
5. ５．ブームが、穿孔部に整合している穿孔装置とガンとの間を割付けするため旋 回可能であることを特徴とする、請求項１記載の装置。
6. ６．掘削装置が、推進剤を保持するためガン内にチャンバと閉鎖体とを有してい ることを特徴とする、請求項１記載の装置
7. ７．掘削装置がその最も長い軸線に沿って、穿孔装置及びガンを交互にかつ別個 に切羽面の方に前進させるため、油圧式アクチュエータを有していることを特徴 とする、請求項１記載の装置。
8. ８．ブーム延長部が、その内方で油圧式アクチュエータを支持している鋼管であ ることを特徴とする、請求項７記載の装置。
9. ９．ブームが、内部油圧シリンダと、一方の端部上のブーム組付けプレートと、 別の端部上のピボット円錐部とを備えた取付け式鋼管ブーム延長部を有している ことを特徴とする、請求項１記載の装置。
10. １０．ブームが穿孔装置のためにその外表面上に第１取付部を有し、該第１取付 部は、穿孔装置スライドプレート及び穿孔装置受け台から成り、またガンのため の第２取付部を有し、該第２取付部は、ガンスライドプレート及びガン受台から 成っていることを特徴とする、請求項９記載の装置。
11. １１．シール手段が、真鍮鋏金を螺旋状に巻き付けられて若干傾斜した部分を備 えている円筒形の坑内ガン円筒部から成っていることを特徴とする、請求項１記 載の装置。
12. １２．傾斜部分を備えた坑内ガン円筒部が、２重に段付きされた穿孔部と協働し て使用されており、該穿孔部は、シール肩部を形成している小さな直径増加部と 、坑内ガンの受容体部分を受容するためのより大きな別の直径増加部とを有して いることを特徴とする、請求項１１記載の装置。
13. １３．穿孔装置が、３つの異なった直径を備えた段付き穿孔部を形成するため交 換可能なスチールカーバイド挿入体を有している２段穿孔ビットから成っており 、その内の最も狭い部分は、所定の貫通円錐破壊破断のための最適な縦横比を有 していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
14. １４．掘削装置が更に、ガンの砲尾内に推進剤充填体を備えたカートリッジを有 していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
15. １５．掘削装置が更に、カートリッジから前方に向って延びて円筒部内に推進剤 を保持している、消費可能な材料から製造された延長ケーシングを有しているこ とを特徴とする、請求項１４記載の装置。
16. １６．掘削装置が更に、ガン砲尾内にカートリッジを装填するためガンに結合さ れたマガジン及び装填器を有していることを特徴とする、請求項１５記載の装置 。
17. １７．掘削装置が更に、ガンに結合されたカートリッジ抽出器及びエゼクタを有 していることを特徴とする、請求項１６記載の装置。
18. １８．制御された貫通円錐破壊破断技術を使用している急速掘削のための方法で あって、穿孔作業及び発破作業をほぼ連続的にかつシーケンシャルシリーズに行 い、かつ更に掘削の方向に進行させるため夫々の連続的なシーケンシャルシリー ズを行っており、またステップのシーケンシャルシリーズが更に、掘削面上でブ ームのピボット点を位置決めし、穿孔装置を切羽面に向って前進せしめ、段付き された幾何学的形状及び所定の縦横比を備えた孔を穿孔し、 穿孔装置を切羽面から移動せしめ、 穿孔装置を孔と整合しないように割り付けかつブームに組み付けられたガンを孔 と整合するように割り付けし、 ガンを穿孔部内へ進入せしめ、 穿孔部をガン上のシール手段でシールし、爆発性充填剤をガン内に装填しかつ充 填剤を点火し、 ガンをブーム上で後方に退かせ、かつ ブームを切羽面に沿って掘削方向に前進せしめ、そしてこのシリーズを繰り返し 、かつその間中ほぼ連続的にずり処理を行う ことから成っていることを特徴とする、急速掘削のための方法。
19. １９．掘削された材料を破壊はするが破砕せず、従ってダストの発生を最小に抑 えることができることを特徴とする、請求項１８記載の急速掘削方法。
20. ２０．各シリーズの破面破砕作用が、最適な穿孔部位置を貫通して連続的に、次 のシリーズの破断及び破砕作用を援けていることを特徴とする、請求項１８記載 のシーケンシャルな急速掘削方法。
21. ２１．穿孔作業が衝撃的な穿孔作業から成っていることを特徴とする、請求項１ ８記載の方法。
22. ２２．穿孔作業が、段付きされ直径と、２：１と６：１との間有利には３：１と ５：１との間の有利な縦横比と、を備えた穿孔部を形成することから成っている ことを特徴とする、請求項１８記載の方法。
23. ２３．爆発したガスが、穿孔部から漏洩するのをガン円筒部の傾斜壁部によって 阻止し、それによって貫通式円錐破面破砕を容易にしていることを特徴とする、 請求項１８記載の方法。
24. ２４．螺旋状に巻き付けられたシール手段を穿孔部内に押し込めることによって 、加圧ガスの漏洩を阻止すること特徴とする、請求項１８記載の方法。
25. ２５．ガス噴射装置がガス噴射体から成り、該ガス噴射体は、推進剤充填体を装 填するための開口部と、円筒部と、点火された推進剤によって発生したガス状の 物質を方向づけしかつ放出するための噴射開口部とを備えた砲尾を有しており、 また円筒部は、噴射開口部が孔の底部の方向で燃焼推進剤によって発生せしめら れかつ進ませられたガス状物質を、方向付けして放出することができるように位 置せしめるのに充分な長さを有し、かつ孔を加圧して、孔の周りの掘削さるべき 材料内で、内方及び半径方向で外方に向う破壊作用を発生させることができるよ うに位置せしめるのに充分な長さを有していることを特徴とするガス噴射装置。
26. ２６．ガス噴射装置が更に、推進剤充填体を保持しているカートリッジを受容す るため砲尾内に受容体を有していることを特徴とする、請求項２５記載のガス噴 射装置。
27. ２７．ガス噴射装置が更に、噴射器の受容体内に位置している推進剤充填体を備 えたカートリッジを有していることを特徴とする、請求項２６記載のガス噴射装 置。
28. ２８．ガス噴射装置が更に、受容体から使用済みカートリッジを除去するため、 噴射器に結合されたカートリッジ抽出器及びエゼクタを有していることを特徴と する、請求項２７記載のガス噴射装置。
29. ２９．ガス噴射装置が、充填室と円筒部との間の中間部分に、内方に向う傾斜部 を有していることを特徴とする、請求項２７記載のガス噴射装置。
30. ３０．ガス噴射装置が更に、噴射器本体を孔内でシールするため円筒部の周りに 卷き付けられた比較的軟質の螺旋状鋏金シール部を有していることを特徴とする 、請求項２５記載のガス噴射装置。
31. ３１．ガス噴射器内で使用するためのガス噴射カートリッジであって、推進剤充 填体で充填されたガス噴射体取付ケーシングと、推進剤充填体を点火しかつ燃料 推進剤によって生成されたガス状物質を、カートリッジからガス噴射器の円筒部 の端部における開口部を貫通して、その内方にガス噴射器が位置している孔の底 部の方に向って排除するための点火器と、を有していることを特徴とするガス噴 射カートリッジ。
32. ３２．掘削さるべき大量の材料を破壊する方法であって、掘削さるべき材料内に 孔を穿孔し、ガス噴射器の円筒部を孔の底部に向いている砲口噴射開口部と一緒 に孔内に位置せしめ、ガス噴射器内の推進剤を点火及び燃焼せしめ、かつ推進剤 の燃焼によって急激に生成されたガス状物質を、孔内で急激に増加した圧力のた め孔の底部に向って強制的に案内し、かつ周辺材料を破壊せしめることを特徴と する、大量の材料を破壊する方法。
33. ３３．請求項３２に記載の方法であって該方法が更に、ガス噴射器の砲尾内に推 進剤を封じ込めているカートリッジを挿入するステップを有していることを特徴 とする、請求項３２記載の方法。
34. ３４．請求項３２に記載の方法であって該方法が更に、推進剤を点火する前に推 進剤をガス噴射器の砲尾内に装填するステップと、合成されたガス状物質製品を 燃焼推進剤から孔の底部の方に向って強制的に移動せしめるステップとを有して いることを特徴とする、請求項３２記載の方法。
35. ３５．岩石やコンクリートのような硬質で高密度の材料を破壊するための装置で あって、該装置が該材料内に穿孔された孔に挿入するための充填体封じ込め機構 と、 高圧ガスを発生し次いでこのガスを孔内に噴射するための、前記機構内の充填体 と、 孔の底部から有利な破面の形成と伝播とを惹き起して材料の容積が効果的に破壊 、破断及び又は除去できるようにするための、充填体を点火する点火装置と、 から構成されていることを特徴とする、硬質高密度の材料を破壊するための装置 。
36. ３６．請求項３５に記載の装置であって該装置が更に、前記機構を封止しかつ高 圧ガスを孔内に封じ込めるため前記機構の周りに巻き付けられた螺旋状の鋏金シ ール部を有していることを特徴とする、請求項３５記載の装置。
37. ３７．請求項３５に記載の装置であって該装置が更に、孔に整合しかつ前記機構 を孔内に挿入するため前記機構に結合されたアーチ状のブームを有していること を特徴とする、請求項３５記載の装置。
38. ３８．請求項３５に記載の装置であって該装置が更に、孔を穿孔装置で形成しか つ孔を整合しないように穿孔装置の割付けを行い、かつ前記機構を孔に整合せし めるように割付けを行うため、ブーム上の割付け器と割付け器上の穿孔装置とを 有していることを特徴とする、請求項３５記載の装置。
39. ３９．岩石やコンクリートのような硬質高密度材料を破壊するための方法であっ て、該方法が 材料内に孔を穿孔し、 前記機構内に充填体を封じ込め、 材料内に穿孔された孔に前記機構を挿入し、充填体に点火して充填体を燃焼せし め、ガスを孔内に噴射せしめ、 孔の底部コーナから有利な破壊を形成しかつ伝播せしめ、 材料の容積を破断、破壊及び又は除去せしめるステップから成っていることを特 徴とする、硬質高密度材料を破壊するための方法。
40. ４０．請求項３９に記載の方法であって該方法が更に、前記機構の周りに卷き付 けられた螺旋状の鋏金シールを巻き付け、かつ前記機構をシールし、かつ高圧ガ スを孔内に封じ込めるステップを有していることを特徴とする、請求項３９記載 の方法。
41. ４１．請求項３９に記載の方法であって該方法が更に、前記機構に結合されたア ーチ状アームを孔に整合せしめかつ前記機構を孔内に挿入するステップを有して いることを特徴とする、請求項３９記載の方法。
42. ４２．請求項４１に記載の方法であって該方法が更に、孔を穿孔装置で形成する ためブームとブーム上の穿孔装置との割付けを行い、かつ穿孔装置を孔と整合し ないように割付けし、更に充填体封じ込め機構と孔とを整合せしめるように割付 けするステップを有していることを特徴とする、請求項４１記載の方法。