JP2018087469A - 充填材を用いた発破装薬方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 孔壁の緩みや孔崩れを防止するとともに、装薬を容易に行うことが可能な充填材を用いた発破装薬方法を提供する。【解決手段】 中空の削孔ロッド２０を用いて削孔が完了した装薬孔１０内から削孔ロッド２０を引き抜きながら、削孔ロッド２０を介して装薬孔１０内に充填材３０を充填する（ｃ，ｄ，ｅ）。装薬孔１０内に充填材３０が充満した状態で、装薬孔１０内に爆薬を装填する（ｆ、ｇ、ｈ）。装薬工程では、充填材３０が充満した装薬孔１０の最奥部まで装薬パイプ４０を挿入し（ｆ）、当該装薬パイプ４０を引き抜きながら、装薬孔１０の最奥部に親ダイ５０を装填し、口元にかけて増しダイ６０を装填する（ｇ、ｈ）。【選択図】 図２

Description

本発明は、充填材を用いた発破装薬方法に関するものであり、詳しくは、削孔作業から装薬作業までの間に生じる孔壁の緩みや孔崩れを防止するとともに、発破効率を高めることができる発破装薬方法に関するものである。

トンネル掘削には種々の工法があるが、現在、山岳トンネルで主流となっているＮＡＴＭ工法では、削孔、装薬、発破、ズリ出し、支保工設置、コンクリート吹き付け、ロックボルト設置、防水工、コンクリート覆工という手順でトンネルを形成する。具体的には、ドリルジャンボ等の削岩機を用いて切羽面から地山に対して削孔を行う。火薬取締法において、削孔と装薬の並行作業が禁止されているため、切羽面の全てにおいて削孔作業が終えた後、装薬作業に移行する。

装薬作業では、装薬孔内へ爆薬を容易に挿入するため、圧縮空気やキューレット（キューレン）により孔崩れした岩砕を排出する。続いて、機械装填機や込め棒を用いて親ダイを装薬孔内に挿入し、続いて装薬孔内に増しダイを挿入する。最後に装薬孔の口元に込め物を挿入して口元を閉塞し、装薬を完了する。

上述した装薬工程において、削孔工程及び装薬工程は切羽面において作業を行うため、安全管理に十分な配慮を行う必要があるだけではなく、効率的に作業を行うための技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１に記載された技術は、切羽に対して複数の発破孔を削孔し、この発破孔内に爆薬を装填する準備工程と、発破孔内の爆薬を起爆させて掘進する掘削工程とを備えるトンネル掘削工法であって、工期短縮化を図るとともに、切羽周辺の地山の損傷を抑制することを目的としている。このトンネル掘削工法では、掘削工程を実施する前に、トンネルの計画断面の外周に沿ってウォータージェットを用いて切り溝を形成している。

また、特許文献２に記載された技術は、発破力が発破孔内に均一かつ強力に作用して、上部に未破砕の大塊を残すことがなく、さらに発破粉塵・発破音を低く抑えて、低コストの爆薬を安全かつ簡便に使用することを目的としている。このベンチ発破方法は、有底の高圧成形紙管を帯電防止された強化ポリチューブに包み、熱収縮させた防水爆薬コンテナに爆薬を装薬して発破孔内に沈め、その外周にゲル水を充満させて発破するようになっている。

特開２０１５−２５２３９号公報 特開平６−１７４４００号公報

上述したように、火薬取締法において、発破のための削孔作業と装薬作業は同時に行うことができない。したがって、削孔から装薬まで一定時間経過してしまうため、孔壁の緩み等により孔崩れが発生するおそれがある。保孔技術としては、界面活性剤等を用いたＮＪＤ工法(Ｎｏｎ−Ｊａｍｍｉｎｇ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ工法)や気泡削孔システム等がある。しかし、これらの技術は完全な保孔技術ではないことや、坑内排水が泡立ってしまい消泡作業が必要となるという問題があった。

なお、特許文献２に記載された技術は、装薬を行った後、装薬孔内にゲル水を充満させるものである。このゲル水は、装薬孔全体の内周壁面に均一かつ強い衝撃圧及びガス圧を作用させて、大塊を残すことなく均一に破砕を実施し、粉塵の飛散及び振動を弱めるために用いられている。すなわち、装薬孔内にゲル水を充満させるのは装薬後であり、このような工程では孔壁の緩みや孔崩れを防止するとともに、装薬を容易に行うことはできない。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、孔壁の緩みや孔崩れを防止するとともに、装薬を容易に行うことが可能な充填材を用いた発破装薬方法を提供することを目的とする。

本発明に係る充填材を用いた発破装薬方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る充填材を用いた発破装薬方法は、トンネル切羽面から地山へ向かって削孔した装薬孔内に爆薬を装填するための発破装薬方法に関するものである。この発破装薬方法では、中空の削孔ロッドを用いて削孔が完了した装薬孔内から削孔ロッドを引き抜きながら、削孔ロッドを介して装薬孔内に充填材を充填する。続いて、装薬孔内に充填材が充満した状態で、装薬孔内に爆薬を装填することを特徴とする。

また、上述した充填材を用いた発破装薬方法において、爆薬の装填時に、充填材が充満した装薬孔の最奥部まで装薬パイプを挿入し、当該装薬パイプを引き抜きながら、装薬孔の最奥部に親ダイを装填し、口元にかけて増しダイを装填することが可能である。

本発明に係る充填材を用いた発破装薬方法によれば、装薬孔は充填材が充満した状態となるので、削孔後から装薬までの間に発生する装薬孔壁の孔崩れを防止することが可能となる。

また、削孔を終えた削孔ロッドを利用して充填材を充填するため、削孔直後に保孔が可能となる。すなわち、装薬孔の全体にわたって充填材を充満させるため、これまでの保孔技術と比較して、より一層確実に保孔を行うことができる。

また、装薬の際に生じる余分な充填材は、装薬孔の口元より排出されるので、装薬の妨げになることはない。さらに、爆薬周辺に残った充填材により、起爆時の衝撃波を岩盤に伝えることができるので、爆薬の密装填に近い効果を発揮することができる。

本発明の実施形態に係る充填材を用いた発破装薬方法における削孔状態を示す模式図。 本発明の実施形態に係る充填材を用いた発破装薬方法における発破装薬の手順を示す説明図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る充填材を用いた発破装薬方法を説明する。図１及び図２は本発明の実施形態に係る充填材を用いた発破装薬方法を説明するもので、図１は削孔状態を示す模式図、図２は発破装薬の手順を示す説明図である。

＜充填材＞
本発明の実施形態で用いる充填材３０は、ゲル状物質からなる。ゲル状物質は、装薬孔１０内に容易に注入できるとともに、充填終了までの間、水のように口元から流れ出すことがない程度の流動性（硬さ）を有している。なお、装薬が終了した後は、装薬孔１０の口元に粘土等の詰め物７０を詰め込んで口元を閉鎖することにより、充填材３０の漏れ出しを防止する。

＜装薬孔の削孔＞
図１に示すように、本発明の実施形態では、ドリルジャンボ等の削孔機を用いて、切羽面から地山へ向かって複数の装薬孔１０を削孔する。この削孔機の削孔ロッド２０は中空状となっており、削孔ロッド２０の先端部から水等の潤滑材を吐出させながら削孔を行うようになっている。なお、削孔機の形態は特に制限されるものではないが、削孔開始位置、削孔角度、削孔速度等を自動的に制御することができるコンピュータジャンボを用いることが好ましい。

＜発破装薬の手順＞
図２を参照して、本発明の実施形態における発破装薬の手順を説明する。本発明の実施形態に係る充填材３０を用いた発破装薬方法では、まず削孔工程を実施し、続いて装薬工程を実施する。

削孔工程では、トンネル切羽面から地山へ向かって、略水平方向の装薬孔１０を形成する。装薬孔１０を形成するには、例えば、ドリルジャンボ等の削孔機の削孔ロッド２０を地山内に貫入し、削孔ロッド２０の先端部から水を供給しながら削孔を行う（ａ）。所定長まで装薬孔１０を削孔したら、水の供給を停止する。この状態では、装薬孔１０内に存在する水が岩盤亀裂や削孔ロッド２０の口元から逸水する（ｂ）。

続いて、削孔ロッド２０の先端部から、装薬孔１０内に充填材３０を供給し（ｃ）、充填材３０の供給を継続しながら削孔ロッド２０を引き抜く（ｄ）。削孔ロッド２０の引き抜きが完了すると、装薬孔１０内が充填材３０で充填された状態となる（ｅ）。この状態では、充填材３０により孔壁を内側から保持するので、孔壁の緩みや孔崩れを防止することができる。

装薬工程では、装薬孔１０の最奥部まで機械装填機の装薬パイプ４０を挿入して、親ダイ５０を装填する（ｆ）。そして、装薬パイプ４０を引き抜きながら、装薬孔１０の口元まで増しダイ６０を装填する（ｇ、ｈ）。なお、増しダイ６０は薬包であってもよいし、粒状火薬であってもよい。

親ダイ５０、増しダイ６０の装填が終了したら、装薬孔１０の口元を粘土等の詰め物７０で閉塞して、装薬工程を完了する（ｉ）。同様の手順で、各装薬孔１０内に充填材３０が充満した状態で装薬を行う。装薬が終了したら、所定の手順により発破作業を行い、トンネル掘削を実施する。

＜本発明の応用＞
従来、削孔技術についてはコンピュータジャンボ等により完全自動化が実現している。しかし、装薬技術については、孔崩れの問題や小さな装薬孔１０に対する遠隔操作や自動化技術等の現状技術では装薬が困難であり、遠隔装填や完全自動装填技術は実現されていない。

トンネル切羽では、万全の対策をとって安全な装薬作業を実施する必要がある。このため、切羽付近に作業員が立入ることなく作業を行うことができれば、山岳トンネルの作業環境は格段に良くなる。遠隔操作や自動化の方法として、コンピュータジャンボにて完全自動削孔を実施し、本発明の発破装薬方法を用いて、削孔完了後に削孔ロッド２０を引き抜きながら、ゲル状物質からなる充填材３０を自動充填する。そして、自動制御可能なロボットアームや画像認識技術を用いて、完全自動装填機による装填作業を行う。

爆薬の挿入精度に応じて、次の技術的対策も考えられる。すなわち、本発明の発破装薬方法を用いた場合には、装薬工程を容易に実施することができる。例えば、装薬を容易にするために削孔径を大きくした場合であっても、装薬孔１０内に充填材３０が存在するので、密装填効果を得ることができる。さらに、装薬を容易にするために親ダイ５０を細径化した場合であっても、装薬孔１０内に充填材３０が存在するので、密装填効果を得ることができる。

１０ 装薬孔
２０ 削孔ロッド
３０ 充填材
４０ 装薬パイプ
５０ 親ダイ
６０ 増しダイ
７０ 詰め物

Claims (2)

1. トンネル切羽面から地山へ向かって削孔した装薬孔内に爆薬を装填するための発破装薬方法であって、
   中空の削孔ロッドを用いて削孔が完了した装薬孔内から前記削孔ロッドを引き抜きながら、当該削孔ロッドを介して当該装薬孔内に充填材を充填し、
   前記装薬孔内に充填材が充満した状態で、当該装薬孔内に爆薬を装填することを特徴とする充填材を用いた発破装薬方法。
2. 前記充填材が充満した装薬孔の最奥部まで装薬パイプを挿入し、当該装薬パイプを引き抜きながら、当該装薬孔の最奥部に親ダイを装填し、口元にかけて増しダイを装填することを特徴とする請求項１に記載の充填材を用いた発破装薬方法。

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