JPH11131967A - 電気熱化学反応を利用した破砕方法 - Google Patents

電気熱化学反応を利用した破砕方法

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JPH11131967A
JPH11131967A JP29707497A JP29707497A JPH11131967A JP H11131967 A JPH11131967 A JP H11131967A JP 29707497 A JP29707497 A JP 29707497A JP 29707497 A JP29707497 A JP 29707497A JP H11131967 A JPH11131967 A JP H11131967A
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JP
Japan
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crushed
reactant
metal wire
copper wire
energy
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JP29707497A
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English (en)
Inventor
Takashi Majima
隆司 真島
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42DBLASTING
    • F42D3/00Particular applications of blasting techniques

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気エネルギ消費が少ない電気熱化学反応を
利用した破砕方法を提供する。 【解決手段】 破砕対象物1に設置した反応体3中に金
属線4を埋め込み、この金属線4に電流を流してプラズ
マ蒸気化させることにより、前記反応体3を瞬時に熱化
学反応させ、このとき発生する高圧により衝撃を与えて
破砕対象物1を破砕する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、火薬を使用せずに
岩石や岩盤を破砕する方法に係り、特に、電気エネルギ
消費が少ない電気熱化学反応を利用した破砕方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】土木工事において岩石・岩盤や建造物を
破砕する方法として従来より発破がよく知られている。
発破は、ダイナマイト等の火薬を使用するので、その取
り扱いに細心の注意が必要である。
【0003】近年、火薬を使用しない破砕方法が考案さ
れ、特開平7−233694号、特開平4−22279
4号等に開示されている。即ち、金属細線を溶融蒸発さ
せると共に水等の破壊用流動物質を気化させて、その衝
撃力で対象物を破砕する方法や水中での放電により電解
質を気化させて、衝撃力を得る方法などがある。
【0004】このような破砕方法では、火薬を使用せ
ず、水や金属細線を使用するだけなので、保管や取り扱
いが容易で、特別な資格を必要としないという利点があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】水を気化させたり電解
質を気化させたりする従来方法では、十分な破砕力を得
るためには大きな電気エネルギが必要である。
【0006】また、従来方法では、金属細線を溶融蒸発
させるために与える電流が必ずしも金属細線の特性に適
合した波形ではないために、大きい音が発生し、エネル
ギ損失になる。
【0007】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、電気エネルギ消費が少ない電気熱化学反応を利用し
た破砕方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、破砕対象物に設置した反応体中に金属線を
埋め込み、この金属線に電流を流してプラズマ蒸気化さ
せることにより、前記反応体を瞬時に熱化学反応させ、
このとき発生する高圧により衝撃を与えて破砕対象物を
破砕するものである。
【0009】前記反応体は、少なくとも水と金属粉とを
含んでもよい。
【0010】破砕対象物に孔を穿ち、この孔内に前記反
応体を設置し、その孔の入り口に栓を詰めてもよい。
【0011】前記反応体を破砕対象物の複数箇所に設置
し、各箇所の反応体にそれぞれ金属線を埋め込んでもよ
い。
【0012】前記反応体を複数層に積層して破砕対象物
に設置し、各層の反応体にそれぞれ金属線を埋め込んで
もよい。
【0013】前記金属線に半導体スイッチを接続し、こ
の半導体スイッチを制御して電流を印加してもよい。
【0014】前記金属線に波形成形回路を接続し、流れ
る電流の波形を前記金属線のプラズマ蒸気化に適した波
形に成形してもよい。
【0015】前記反応体をコルク又は紙製の容器に収容
し、この容器を破砕対象物に設置してもよい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0017】図1に示されるように、破砕対象物1であ
る岩盤1aに、予め設置孔2が開けられている。この設
置孔2は、岩盤1aを円筒状に掘り開けたものである。
設置孔2内には反応体3が設置されている。反応体3
は、水とアルミ粉とをシリコン等の吸水性の助剤に混合
したものであり、ゲル状を呈し、アルミ粉が均一に分散
されている。設置孔2内に設置された反応体3中には銅
線4が埋め込まれている。設置孔2の外部より反応体3
中に2本の導体5が挿入されており、銅線4はこれらの
導体5の先端間に接続されている。図2は反応体3中の
銅線4を示したものである。この銅線4は、抵抗値、線
径、長さ等の諸特性が既知のものであればよく、図示の
ような円弧状に形成する必要は特にない。設置孔2の入
り口は、反応体3等の設置後にセメント等の封止材6に
より封じられる。
【0018】導体5は、破砕対象物の外部に設置した電
気エネルギ印加装置10から銅線4に電流を導くもので
ある。電気エネルギ印加装置10は、一定電圧を供給す
る電源11と、その電源11から得た電気エネルギを蓄
積するエネルギ蓄積部12と、そのエネルギ蓄積部12
から放出される電流を銅線4に印加する開閉スイッチ1
3と、そのとき流れる電流の波形を成形する波形成形回
路14と、各部を制御する制御部15とからなる。エネ
ルギ蓄積部12は例えばコンデンサで構成することがで
きる。開閉スイッチ13は、制御部15からの指令によ
って開閉する半導体スイッチであり、例えばサイリスタ
で構成することができる。波形成形回路14は、可変イ
ンダクタンスからなり、前記銅線4の諸特性から決定さ
れた銅線4の電流容量と、エネルギ蓄積部12のリアク
タンスとに基づき所定の電流波形が得られるように調整
されている。後述のように、複数の設置箇所に銅線4が
あって同時又は順次電流が印加される場合、あるいは複
数層の反応体3中に銅線4を入れる場合などに反応を最
適にするよう波形成形回路14を調整する。制御部15
から各部への指令の伝達には光ファイバが使用される。
【0019】図1のような構成において、エネルギ蓄積
部12に十分なエネルギが蓄積された後、制御部15よ
り開閉スイッチ13に指令が与えられ、例えば、10k
Vにて銅線4に電流が印加される。このとき波形成形回
路14の働きにより、電流波形は図3(a)に示される
ように、1mSで最大値まで立ち上がるように成形され
る。ただし、この波形は反応体3や銅線4を使用せずに
抵抗器を接続して観測したものである。実際の波形は、
図3(b)に示されるように、0.5mSにて23kA
のピークがあり、その後、1mSで35kAのピークと
なる。図3(b)の前半部分31aにおいて銅線4がプ
ラズマ蒸気化していると考えられる。
【0020】このようにしてパルス圧縮されたエネルギ
が印加された銅線4は、一気に溶融蒸発してプラズマ蒸
気になる。その後、負荷インピーダンスが変化し、図3
(b)の後半部分31bの如き波形が得られる。
【0021】銅線4がプラズマ蒸気化した状態を電気熱
状態という。この電気熱状態の周囲の反応体は熱化学反
応する。このように電気熱状態で熱化学反応が進行する
ことを電気熱化学反応という。
【0022】ここでは、反応体3に水とアルミ粉とが含
まれているので、水とアルミとが化合し、熱エネルギ及
び水素ガスを生成する。この電気熱化学反応の過程中に
生じている種々の化学反応は省略するが、結果的に、 2Al+3H2 O → Al2 3 +3H2 となる。
【0023】このように電気熱化学反応が起きている周
辺には、水素ガスや水蒸気が発生すると共に熱エネルギ
が発生する。このため設置孔内は瞬時に高圧となり、破
砕対象物に強い衝撃を与える。従来の気化のみを利用し
た方法に比べ、ガスや熱エネルギの発生があるので、効
率よく衝撃力が得られる。また、設置孔2の入り口が封
止材6により封じられているので、衝撃が破砕対象物の
内部によく働き、効率がよくなる。さらに、銅線4に電
流が印加される電流が銅線4のプラズマ蒸気化に適した
波形に成形されているので、音が小さくでき、音による
エネルギ損失が少ない。
【0024】本発明の電気熱化学反応を利用した破砕方
法は、従来技術より20%の電気エネルギを削減するこ
とができる。また、ダイナマイトによる発破に比べると
破砕時の振動速度が1/5程度と遅いので、周辺への影
響が少ない。
【0025】次に、他の実施形態を説明する。
【0026】図4に示される形態では、破砕対象物1で
ある岩盤1aに、複数の設置孔2が開けられており、各
設置孔2内にそれぞれ反応体3が設置されている。各反
応体3中にはそれぞれ銅線4が埋め込まれている。各銅
線4にはそれぞれ導体5が接続されている。電気エネル
ギ印加装置10は、図1の形態と同様に電源11、エネ
ルギ蓄積部12、開閉スイッチ13、波形成形回路1
4、制御部15を備える他に連射用スイッチ41を備え
ている。連射用スイッチ41は、サイリスタ等の半導体
スイッチを複数用いて構成され、同時またはタイミング
をずらせて各導体5に電流を印加することができる。
【0027】この形態によれば、破砕対象物1の複数箇
所に設置した反応体3を適宜なタイミングで反応させる
ことにより、効果的な破砕を行うことができる。なお、
タイミングをずらせて各導体5に電流を印加する場合、
エネルギ蓄積部12に十分なエネルギが蓄積されるまで
のインターバルが必要となる。このインターバルは、コ
ンデンサを含めた充電側の電気系を選べば数mSとする
ことができる。
【0028】図5に示される形態では、反応体3を複数
層に積層して設置する。各反応体3はキャニスタ51を
挟むことによって分離されている。各反応体3中にはそ
れぞれ銅線4が埋め込まれている。各銅線4は共通の導
体5に対し並列に接続されており、同時に電流が印加さ
れるようになっている。
【0029】この形態を転石に適用した場合を図6に示
す。転石61には、ほぼ径方向に設置孔2が開けられて
おり、設置孔2内に反応体3がキャニスタ51と交互に
重ねて設置されている。最上層のキャニスタ51は設置
孔2の入り口に設けられ、その周囲が速乾性セメント6
2で固められている。各層の反応体3は、転石61の形
状や強度に鑑み、量が調節されている。図示の場合、転
石61の中心部の反応体3の量は少なく、外側ほど反応
体3の量が多くなっている。
【0030】この形態によれば、破砕後の転石61の撤
去作業において作業性が高くなるような割れ方を予定し
て破砕することができる。
【0031】図7に示される形態では、反応体3がコル
ク又は紙製の容器71に収容されている。容器71は、
一端が開口している円筒状の収容部72とその開口内に
嵌合される円板状の蓋73とからなる。蓋73には、導
体5を通すための孔が形成されている。この蓋73の外
側に、径の同じゴム製の栓74が設けられている。栓7
4には、導体5を通すための孔が形成されている。ここ
では、容器71に挿入される導体5aと設置孔2外へ導
かれる導体5bとが別体に形成されており、栓74の内
部で導体5aが係止され、この導体5aに反対方向から
挿入された導体5bが接触するように構成されている。
【0032】栓74には、かしめ装置75が組み込まれ
ている。かしめ装置75は、栓74の中心を貫通する棒
状部76と蓋73に望む鍔状部77とからなる。
【0033】かしめ装置75は、設置孔2内に容器71
を装填する際に、栓74と共に棒状部76を押すことに
より、図7の形状のままで設置孔2内に全体を押し込む
ことができる。設置孔2の径は、図8に示されるよう
に、容器71及び栓74より少し大きく形成されてい
る。その後、栓74を動かさないようにして棒状部76
を引き戻すと、栓74が変形して径方向に膨らみ、設置
孔2の内壁に密着する。この状態で保持させておき、図
外の電気エネルギ印加装置10より導体5bに電流を印
加する。
【0034】この形態によれば、設置孔2に栓74が詰
められているので、衝撃が破砕対象物の内部によく働
き、効率がよくなる。また、栓74が変形して設置孔2
を塞ぐようになっているので、セメントで封止する場合
に比べて簡単である。
【0035】さらに、この形態によれば、反応体3を容
器71に収容したので、ゲル状の反応体3を安定に設置
することができる。そして、その容器71にコルク又は
紙を使用しているので、破砕後の残留物による環境汚染
が防止できる。
【0036】図9に示される形態は、電気エネルギ印加
装置10を簡素化したものである。ここでは、電源11
から得た電気エネルギをエネルギ蓄積部12に蓄積して
放出するのではなく、単極のパルス電流を発生するコン
パルセータ等のパルス発生源91が使用されている。
【0037】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0038】(1)電気エネルギ消費を少なくすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法の一実施形態における装置構成図
である。
【図2】本発明において反応体中に銅線を埋め込んだ状
態を示す構成図である。
【図3】本発明において金属線に印加される電流の波形
図である。
【図4】本発明の方法の他の実施形態における装置構成
図である。
【図5】本発明の方法の他の実施形態における反応体の
積層構成図である。
【図6】本発明により転石を破砕する際の反応体設置配
置図である。
【図7】本発明の方法の他の実施形態における反応体周
辺の構成図である。
【図8】本発明の方法の他の実施形態における反応体周
辺の構成図である。
【図9】本発明の方法の他の実施形態における装置構成
図である。
【符号の説明】
1 破砕対象物 2 設置孔 3 反応体 4 銅線(金属線) 13 開閉スイッチ 14 波形成形回路 71 容器 74 栓

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 破砕対象物に設置した反応体中に金属線
    を埋め込み、この金属線に電流を流してプラズマ蒸気化
    させることにより、前記反応体を瞬時に熱化学反応さ
    せ、このとき発生する高圧により衝撃を与えて破砕対象
    物を破砕することを特徴とする電気熱化学反応を利用し
    た破砕方法。
  2. 【請求項2】 前記反応体は、少なくとも水と金属粉と
    を含むことを特徴とする請求項1記載の電気熱化学反応
    を利用した破砕方法。
  3. 【請求項3】 破砕対象物に孔を穿ち、この孔内に前記
    反応体を設置し、その孔の入り口に栓を詰めることを特
    徴とする請求項1又は2記載の電気熱化学反応を利用し
    た破砕方法。
  4. 【請求項4】 前記反応体を破砕対象物の複数箇所に設
    置し、各箇所の反応体にそれぞれ金属線を埋め込むこと
    を特徴とする請求項1〜3いずれか記載の電気熱化学反
    応を利用した破砕方法。
  5. 【請求項5】 前記反応体を複数層に積層して破砕対象
    物に設置し、各層の反応体にそれぞれ金属線を埋め込む
    ことを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の電気熱化
    学反応を利用した破砕方法。
  6. 【請求項6】 前記金属線に半導体スイッチを接続し、
    この半導体スイッチを制御して電流を印加することを特
    徴とする請求項1〜5いずれか記載の電気熱化学反応を
    利用した破砕方法。
  7. 【請求項7】 前記金属線に波形成形回路を接続し、流
    れる電流の波形を前記金属線のプラズマ蒸気化に適した
    波形に成形することを特徴とする請求項1〜6いずれか
    記載の電気熱化学反応を利用した破砕方法。
  8. 【請求項8】 前記反応体をコルク又は紙製の容器に収
    容し、この容器を破砕対象物に設置することを特徴とす
    る請求項1〜7いずれか記載の電気熱化学反応を利用し
    た破砕方法。
JP29707497A 1997-10-29 1997-10-29 電気熱化学反応を利用した破砕方法 Pending JPH11131967A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0955427A1 (en) * 1996-12-27 1999-11-10 Hitachi Zosen Corporation Discharge impact breaking device
EP1657521A1 (en) * 2004-11-15 2006-05-17 Swell Tech Co., Ltd. Expanding system using plasma discharge

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