JPS5818493B2 - 振動低減手段を有する爆発室 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は爆発室内における爆発による地盤の振動を人体
に無感な程度までに減少させた振動低減手段を有する爆
発室に関する。

近年爆薬の爆発によって金属の成形、接合などの加工を
行ったり、また、人造ダイヤモンドや高圧相窒化硼素の
合成など、固体物質の相転換や焼結などが行われている
。

また爆薬の性能試験として多くの爆発実験も行われてい
る。

最近生活環境保護等の見地から、各種の騒音や振動を防
止する努力がなされ、火薬類の燃焼や爆発に際しても、
その騒音を制御すべく多くの爆発消音装置が開発された
が、いずれも爆発音を低下させることにその努力が集中
され、爆発振動についてはほとんど対策がなかった。

しかし爆発に際しては爆発音と爆発振動によって不快感
を抱かせるもので、その一方の減少を図ったのみでは公
害対策としては十分なものとは言えなかった。

従来、爆発消音装置は地上に小屋状のものを建てるのが
通例であり、またカプセル状の爆発消音装置を地上の架
台に設置して振動を低減する試みがなされた。

前者の場合は爆発振動は直接地面に伝わり、後者の場合
架台を通して爆発振動が伝わるが、あまり地盤振動の低
減につながらず、架台は爆発振動によって徐々に破損さ
れるものであった。

本発明の第１の発明はさらに爆発による地盤振動の低減
を計る目的で行われたものであって、爆発室と地面（地
面に固定された基礎を含む）の間に１箇または２箇以上
の弾性体を取りつけ、爆発室と弾性体からなる振動系の
固有振動数を爆発の振動数より小さくし、好ましくは爆
薬の薬量をＬ３５ ８．８ 慟）とすると（−ｇ＋〒＋３・４）Ｈ・となるようにし
て爆発振動を低減した爆発室である。

また、本発明の第２の発明は底面を有する円墳状、角墳
状、円錐台状、角錐台湾の爆発室を側壁部から張出し部
を出し、張出し部に２箇以上の弾性体を取付けて基礎上
に据え、爆発室と弾性体とからなる振動系の固有振動数
を爆発の振動数より３５’ ８．８ 小さくし・好ましくは（王正＋、＋３°４）Ｈ′となる
ようにして爆発振動を低減するようにした爆発室であり
、第１の発明の場合と比較して更に振動低減が期待でき
る。

なお、本発明における爆発室とは、通常爆発音が空中に
伝播して周辺に悪影響を及ぼすので消音のための設計が
なされているもの、たとえば密閉してカプセル状にする
とか、密閉構造体に消音のマフラーをつけるとか種々の
力、法が講ぜられているものと、消音のための設計がな
されていないものを含む。

これらのうち消音手段を講じている爆発音に振動低減手
段を講ずれば、公害防止上大きな効果をあげることがで
きる。

次に弾発室と弾性体とからなる振動系の固有振動数につ
いて述べる。

爆薬の爆発によって爆発室が振動を起すとその振動は弾
性体を通じて地面に伝わり、地盤振動となって遠方まで
伝達するが、弾性体が爆発振動に対して共振を起さなけ
れば地面への伝達は阻止できる。

すなわち、振動系の振動が地盤に伝達される割合を振動
伝達率と称してＴと表わせば、Ｔは（１）式のようにし
て求められる。

Ｆｃ：加えられた振動力（ｋｇ） Ｆ ：伝達された振動力（ｋｇ） ｆ ：振動系に加えられた振動力の振動数（Ｈｚ）ｆｎ
：振動系の固有振動数（Ｈｚ） （１）式からｆ／ｆｎキ１である場合を除けばｆｎがｆ
に対して小さければ小さい程振動伝達率Ｔが小さくなる
事が理解できる。

一方爆薬の爆発振動は研究の結果１００Ｈｚから５００
Ｈｚまでの各種の周波数の振動が複合したものであるこ
とがわかった。

高周波振動は減衰し易いことが明らかであるので、１０
０Ｈ２付近の振動についての対策を考えれば基本的対策
がとれることになる。

たとえばｆｎ＝１７Ｈｚとした場合ｆが１００Ｈｚであ
ればＴ＝０．０２９となり、ｆｎ＝３．９Ｈｚとした場
合はＴ＝０．００１５となる。

このように爆発による振動力は振動伝達低減用弾性体を
介在させることによって著しく減衰されることが理解で
きる。

更に爆発振動は爆発室の直下の地面に伝達した後、地盤
を伝わって減衰を伴ないながら遠距離まで伝達する。

地盤振動は振動による変位、振動速度、振動加速度によ
って表わすことができるが、通常振動速度を測定する振
動計が多く用いられている。

振動速度による場合、０．０３ｃｒｒＬ／秒以下は人体
に不感とされ、０．１ｃｍ／秒から１ｃＩｒＬ／秒程度
になると苦情がで、２〜５ｃｒｒＬ／秒で機械等に被害
が発生し、５ｃＩｒＬ／秒を超えると鉄筋コンクリート
に割れが発生するとされている。

そこで目やすとして８０ｍの距離において苦情のでてく
る可能性のある０、１ＣＩＩＬ／秒の振動速度を安全隙
界として設定し、各爆薬量に対してどの程度の固有振動
数の振動系に設定すれば８０ｍで０．１ｃｒＩＬ／秒の
振動速度をうるかを調べて見た。

この方法は各爆薬薬量について固有振動数が異なるよう
に異なる弾性体を用い８０ｍにおける振動速度を求めた
。

この実験により固有振動数対振動速度のカーブをプロッ
トし、このカーブより振動速度が０．１ｃｒｒＬ／秒と
なる固有振動数が求められた。

かくして各爆薬量に対して０．ＩＣＩｆＬ／秒となる固
有振動数が求められたので、爆薬量対固有振動数のカー
ブをプロットした。

このカーブは固有振動数をｆｎ（Ｈｚ）、爆薬量をＬ（
ｋｇ）とすると最／Ｊ’％自３５ ８．８ 乗法によりｆ ｎ −−＋ −＋ ３．４と求められた
。

Ｌ 従って、この実験式に爆薬量を代入して求めた固有振動
数より小さく爆発室と弾性体からなる振動系の固有振動
数がなるように設計すれば８０ｍにおける振動速度が０
．１ｃｍ／秒以下となって地盤振動の公害対策の一つの
目やすとなる。

なお、振動系の固有振動数は以下のように求められる。

すなわち、第１図に示すように弾性体１によって支持さ
れた重量物２と弾性体１とからなる振動系の固有振動数
ｆｎ（Ｈｚ）は（２）式によって求められる。

なお、３は固定部である。Ｗ：振動系の全重量（ｋｇ） Ｋ：弾性体のばね定数（ｋｇ／ｃＩｆＬ）ｇ：重力の加
速度（′４２） 本発明に用いられる弾性体とはコイルばね、板ばね、ト
ーションバーなどの金属ばね、防振ゴム、発泡合成樹脂
、コルク、フェルトなどの固体防振材または空気ばねが
用いられる。

金属ばねは簡便で比較的低い固有振動数にすることが可
能！あるが、十分に低い振動数、たとえば２Ｈｚにする
のはむずかしく、音響を伝達し易いが、設計によっては
それらの難点を克服することが可能であり、有用なもの
の一つである。

次に防振ゴム、発泡樹脂類、コルク、フェルトなどは、
おおむね簡便に用いられるが、大荷重、□長スト石−り
の爆発振動には対応し切れずに、かなりの軽荷重でも固
有振動数を低くすることは困難である。

したがってこれらは振動伝達低減用弾性体と夷で不適当
で、金属ばねと組合せて音響伝達防止材として用いるの
が適当である。

次に空気ばねは大荷重、長ストロークに耐え、空気ばね
の有効断面積および内圧の調節を行うことによって５Ｈ
ｚ以下というような十分に低い固有振動数が得られ、更
に音響の固体伝達がほとんどないなど極めて優れた特性
を有し、多少の使用上の手間、補助機器の必要性等の難
点はある９Ｓ１性能上有利である。

また、空気ばねに近いものとして金属ばねと固体防振材
とを組合わせて利用することもできるが、実際の場合は
その他の要素、たとえば空気ばねを利用すると袋内の空
気圧を変更することＣ１とよって装置の高さを調節でき
るのでこれらを勘案して設計すべきである。

次に爆発室の形状による振動の低減を検討し、弾性体の
利用と併せ第２の発明に導いた。

すなわち爆発室の形状について考察すると通常Ｆ￥墳状
、角墳状、円錐台体または角錐台状などの形態をとり、
爆薬は壁に直接接するようにはせず、中央部分で爆発さ
せると長期間使用に耐えるものである。

通常は爆発室の底面に弾性体を取付けて支持する方法が
考えられるが、検討の結果側壁に張出し部を設は張出し
部に弾性体を取付けて支持すれば更に地盤振動の低減を
計ることが可能であることが認められた。

すなわち、爆発室内部で爆薬が爆発する時には主として
爆発による生成ガスの膨腸によるガス圧が内壁にかかり
振動となるが、底面と側壁面の継目部分は壁部がふくら
みを抑制するために振動が小さくなり、さらに張出し部
の弾性によって爆発振動は小さくなる。

なお、張出し部とは爆発室本体の側壁より外側に張出し
ている部分で、たとえばフランジ状に張出している部分
とか側壁と底面との継ぎ合わせより外側に張出している
部分をいう。

１．かくして第２の発明である側壁に飛出し部を設け、
張出し部に支持弾性体をとりつけた爆発室は地盤振動を
更に低減する。

なお、側壁の中でも上下の中央付近に張出し部を設ける
場合は、爆発が爆発室の中心部で行われる時には上下の
振動が非常に小さくなり、地盤振動がなお小さくなる。

パ 次に実施例等を示す。

比較例 直径３．４ｍ、高さ３．８ｍ、厚さ１５朋の円筒状容器
の底部４箇所で鉄製の支柱７を立てて、第２図のような
試験用の爆発室４を造り、その内部の中央付近の載台６
上で爆発速度８４００ ｍ７秒の高性能の爆薬５を２ｋ
ｇ爆発させたところ、装置から４０ｍおよび８０ｍ離れ
た地点での地盤振動の振動速度はそれぞれ０．１５ｃＩ
ＩＬ／秒および０．１１ＣＩｒＬ／秒が記録された。

なお、第２図において３ａは地面、８はコンクリート基
礎であり、設置した箇所の地盤は岩石層であった。

実施例 １ 次に第３図に示すように比較例の爆発室４と同じ爆発室
４ａを設け、有効断面積２８３０ｃｄ１直径６００ ｚ
ｖｉ、最大高さ１７２朋、最小高さ５７朋、内圧５．５
に９／ｃＩｉの８箇の空気ばね９をその下に取付け、コ
ンクリート基礎８ａ上に据え１．２ｋｇの爆薬５ａを木
製の載台６ａ上に載せて爆発させたところ２０ｍ、４０
ｍ、８０ｍおよび１５０ｍの地点ではそれぞれ０．０６
ｃＩＩＬ／秒、０．０６−７秒、０．０５ｃＩｒＬ／秒
、および０．０４ｃｍ／秒の振動速度が計測された。

使用した空気ばね９の動的ばね定数は２７１０′ｋｇ／
ｃｒｒＬであった。

（２）式から爆発室−空気ばねからなる振動系の固有振
動数を計算したところ８．２Ｈｚであった。

１００Ｈｚの振動に対する振動伝達率Ｔを（１）式で計
算すると０．００６８であった。

実施例２および３ 実施例１と同様の装置で、空気ばね９を金属製のコイル
ばねで置き換え、爆発実験を行った。

すなわち、直径が１５０ｍｍ、最大高さが２５０ｍｇ、
ばね定数１６３０に９／ｃｒｒＬのコイルばね３箇で爆
発室４ａを支持した。

その際、コンクリート基礎８ａ上面とコイルばね下面と
の間に、厚さ１０ｍｍで３００闘角の防振ゴムの表裏に
厚さ９ｍｍで同平面寸法の鋼板者１枚をあてたものを各
コイルばね１箇につきそれぞれ１箇ずつ介在させて爆発
音響の固体内の伝達を防止した。

装置中央部付近で実施例１と同様に５ｋｇおよび１０ｋ
ｇの爆薬５ａを爆発させたところ爆発地点から４ａｍ、
ｓｏｎおよび１５０ｍ離れた地点の振動速度は次表のと
おりである この振動系の固有振動数は３．９）（ｚで、１００Ｈｚ
の振動に対しては、振励伝達率は０．００１５セあった
。

゛実施例 ４ 実施例２と同様の装置で、最大高さ２００ＷＬ１ｒＬ１
直径３００ｍｍであるコイルばねを５重の同心円状に６
２箇配置して用いた。

ばねの定数は３８５０に９７′ＣＩＬであり、従って振
動系の固有振動数は２７．８Ｈｚであった。

“ ′比較例と同じ爆薬１．．
４ｋｇを爆発させたところ振動速度は４０ｍの地点で０
．１’７ｃｒｒＬ／秒、８０ｍの地点で０．１ＣｒｒＬ
／秒、１５０ｍの地点で０．０ＩＣｒＩＬ／秒であった
。

実施例 ５ 第４図のように八角錐台を二つ重ねた構造の爆発室１０
を設けて比較例メ同６爆薬５ｂを２に９載台６ｂ上に載
せ爆発させた。

上下の八角錐台の広底面を合わせ、合わせ面にはフラン
ジ状の張出し部１１をつくり、この部分に動的はね定数
２０７０ ｋｇ／ｃｍの空気ばね９ａを４箇とりツ坂弓
ンクリート基礎８ｂ上に固定した。

爆発室１０の重量は４２．５トンで振動系の固有振動数
は２．２Ｈｚであった。

爆発の際の振動速度は爆発地点から４０ｍ、８０ｍおよ
び１５０ｍの地点においてそれぞれ０．０３ｃＩｒＬ／
秒、０．０２ｍ／秒および０．０２ｃｎ／秒であった。

なお、第４図において３０は地面である。

本発明の爆発室は、これによって地面への爆発振動の伝
達を防止して公害対策の効果をもたらすものであるが、
弾性体の利用によってコンクリートなどの基礎の損傷が
軽減され、寿命が延びるという効果もある。

□

【図面の簡単な説明】

第１図は振動系め説明図、第２図は比較例の爆発室の縦
断面説明図、第３図は本発明の実施例１の爆発室の縦断
面説明図、第４図は本発明の実施例５の爆発室の縦ｍ１
面説明図である。 １・・・・・・弾性体、２・・・・・・重量物、３・・
・・・・固定部、３ａ 、３ｂ 、３ｃ・・・・・−地
面、４，４ａ・・・・・・爆発室、５．５ａ、５ｂ・・
・・・・爆薬、８，８ａ、８ｂ・・・・・・コンクリー
ト基礎、９，９ａ・・・・・・空気ばね、１０・・・・
・・爆発室、１１・・・・・・張出し部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部で爆薬を爆発させる爆発室を弾性体で地面上に
   支持し、前記爆薬による爆発振動数より小さい（３５／
   ２ ＋ ８’／ｒＬ＋ ３：、 ４ ） Ｈｚ （Ｌ
   は爆薬重量（２））以下の固有振動数を有する前記爆発
   室と前記弾性体とからなる振動系を設ける事を特徴とす
   る振動低減手段を有する爆発室。 ２ 弾性体が空気はねであ名特許請求の範囲第１項記載
   の爆発室。 ３ 弾性体がコイルばねである特許請求の範囲第１項記
   載の爆発室。 ４ 内部で爆薬を爆発させる爆発室の側壁より外側に張
   出す張出し部を設け、前記張出し部に２個以上の弾性体
   を取付けてこれにより地面上に支持し、前記爆薬による
   爆発振動数より小さい（３５／／２ ＋ ”’ ／
   ＋ ３−４ ）Ｈｚ （Ｌは爆薬重量（ＩＫ９） ）以
   下の固有振動数を有する前記爆発室と前記弾性体とから
   なる振動系を設ける事を特徴とする振動低減手段を有す
   る爆発室。 ５ 弾性体が空気ばねである特許請求の範囲第４項記載
   の爆発室。