制御発破システム
【課題】従来の段数を上回る段発発破が可能でかつ経済性にも優れた制御発破システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る制御発破システム１は、電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒと該電気雷管に分岐ボックス６を介して電気接続された発破器５とを備え、該発破器の起爆用電気エネルギーの送出時間幅Ｔを0msから175msまでの175msとしたとき、電気雷管３ａ〜３ｒは、それらの遅延時間が送出時間幅Ｔよりも大きくなるように設定してあるとともに、それらが互いに異なる時刻で起爆されるように発破器５に接続してあり、電気雷管４ａ〜４ｒは、送出時間幅Ｔの経過後であって電気雷管３ａ〜３ｒの最短起爆時刻より前に互いに異なる時刻において起爆されるように構成され、かつ発破器５にそれぞれ接続してある。
【解決手段】本発明に係る制御発破システム１は、電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒと該電気雷管に分岐ボックス６を介して電気接続された発破器５とを備え、該発破器の起爆用電気エネルギーの送出時間幅Ｔを0msから175msまでの175msとしたとき、電気雷管３ａ〜３ｒは、それらの遅延時間が送出時間幅Ｔよりも大きくなるように設定してあるとともに、それらが互いに異なる時刻で起爆されるように発破器５に接続してあり、電気雷管４ａ〜４ｒは、送出時間幅Ｔの経過後であって電気雷管３ａ〜３ｒの最短起爆時刻より前に互いに異なる時刻において起爆されるように構成され、かつ発破器５にそれぞれ接続してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として山岳トンネルの発破掘削に適用される制御発破システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネルを施工するにあたっては、地山条件等を勘案しながら、発破掘削、機械掘削といった掘削方式を適宜選定するとともに、発破掘削の場合には、周辺地山の緩みや余堀りが生じないよう、例えばスムースブラスティング工法を採用し、住宅等の保安物件が近隣に存在する場合には、発破による振動や騒音で保安物件に悪影響が出ないよう、適切な対策を講じなければならない。
【０００３】
振動や騒音を低減する対策としては、保安物件までの伝播経路に対して対策を施すほか、振動源への直接的な対策、すなわち数回に分けて発破を行うことにより、一回あたりの放出エネルギーを低減する対策が有効である。
【０００４】
かかる対策として、切羽をブロックで分割して該ブロックごとに発破を行う分割発破が採用されることもあるが、一段あたりの装薬量を小さくした爆薬を、起爆時刻をずらしながら次々に爆発させる制御発破がより一般的であり、これらを起爆させる雷管として、ＭＳ段発電気雷管やＤＳ段発電気雷管といった段発電気雷管が使用される。
【０００５】
段発電気雷管には、発破器による通電を検知してから起爆に至るまでの時間、いわゆる基準秒時を一定時間確保することにより、起爆時刻を遅延させるための延時装置が組み込まれており、ＭＳ段発電気雷管は、基準秒時が１０００分の数十秒きざみの秒時間隔となるように、また、ＤＳ段発電気雷管は、基準秒時が１０分の数秒きざみの秒時間隔となるようにそれぞれの延時装置が構成されている。
【０００６】
表１に段発電気雷管の一例を示す（基準秒時の単位はms）。
【表１】
【０００７】
同表に列挙された段発電気雷管を使用する場合、例えばＭＳ段発電気雷管のみ、あるいはＤＳ段発電気雷管のみであれば、それぞれ２０段の段発発破が可能であるとともに、ＭＳ段発電気雷管を２０段目まで起爆させた後、６段目以降のＤＳ段発電気雷管を起爆させるという組み合わせを行えば、３５段発の制御発破が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３２３７９６号公報
【特許文献２】特開平６−３２３７９１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「あんな発破 こんな発破」、日本火薬工業会、平成１４年３月２８日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、保安物件が直近に存在し、振動や騒音が目標値を下回らない場合には、さらなる多段発破が必要になるところ、段数が３５段を上回る段発電気雷管を製作することは、延時装置の精度上、困難であるという問題を生じていた。
【００１１】
一方、段発電気雷管に代えて、導火管付き雷管や電子雷管を採用することができるものの、導火管付き雷管では、電気雷管の２倍程度の調達コストが必要になり、なおかつ導火管がかさばる関係上、現場での設備規模が大きくなるという問題や、電子雷管では、電気雷管の７〜８倍程度の調達コストが必要になるという問題を生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、従来の段数を上回る段発発破が可能でかつ経済性にも優れた制御発破システムを提供することを目的とする。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る制御発破システムは請求項１に記載したように、トンネル等の地下掘削空間に面する切羽に配置された爆薬に取り付けられる複数の電気雷管と該複数の電気雷管に起爆用電気エネルギーを送出可能な発破器とを備えるとともに、前記起爆用電気エネルギーを送出時間幅Ｔにわたって複数回だけかつ時間差をもって送出できるように前記発破器を構成してなる制御発破システムであって、前記複数の電気雷管のうち、それらに内蔵された延時装置による遅延時間が同一に係る２以上の電気雷管を、それらの遅延時間が前記送出時間幅Ｔより大きくなるように構成するとともに、該２以上の電気雷管をそれらが互いに異なる時刻に起爆されるように前記発破器にそれぞれ接続したものである。
【００１４】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記２以上の電気雷管を、それらに内蔵された延時装置による遅延時間が各群同士では互いに異なり各群内ではそれぞれ同一である複数の群で構成し、該各群にそれぞれ属する電気雷管を、それらの遅延時間が前記送出時間幅Ｔより大きくなるように構成するとともに、それらが互いに異なる時刻に起爆されるように前記発破器にそれぞれ接続したものである。
【００１５】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記複数の電気雷管を前記２以上の電気雷管のみで構成したものである。
【００１６】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記複数の電気雷管のうち、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、該電気雷管が前記送出時間幅Ｔの経過後であって前記２以上の電気雷管の最短起爆時刻より前に互いに異なる時刻において起爆されるように構成しかつ前記発破器にそれぞれ接続したものである。
【００１７】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記複数の電気雷管のうち、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、前記切羽の中央ブロックに配置された爆薬に取り付けるとともに、前記２以上の電気雷管を、前記中央ブロックの周囲に拡がる周辺ブロックに配置された爆薬に取り付けたものである。
【００１８】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記２以上の電気雷管のうち、前記遅延時間が短い群に属する電気雷管から順に、前記周辺ブロックであって前記中央ブロックに近い箇所から遠い箇所に向けて前記爆薬への取付けを行うものである。
【００１９】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成したものである。
【００２０】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、ＭＳ段発電気雷管で構成するとともに、前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成したものである。
【００２１】
雷管を次々に起爆させる発破器として段発発破器が知られているが、段発発破器では、爆発時に飛散した石が、未だ爆発していない雷管の脚線を切断してしまうという問題があるため、段発発破器が山岳トンネルの分野で採用されることはなく、明り発破と呼ばれる地表あるいは屋外の発破でのみ、細々と採用されているに過ぎない。
【００２２】
一方、山岳トンネルの発破においては、ＭＳ段発電気雷管、ＤＳ段発電気雷管といった電気雷管や導火管付き雷管あるいは電子雷管を用いて制御発破を行うのが一般的であるところ、電気雷管では段数に限度があり、導火管付き雷管あるいは電子雷管では、発破コストが高くなるという問題があることは既に述べた通りである。
【００２３】
本出願人はかかる背景を踏まえ、旧来知られていた段発発破器を山岳トンネルその他の地下掘削現場の多段制御発破に用いることはできないかという点に着眼して研究開発を行った結果、発破器における起爆用電気エネルギーの送出タイミングと電気雷管の遅延時間との組み合わせ及び発破器への電気雷管の接続構成を工夫することにより、調達コストが安い電気雷管であっても、１００段を越えるような多段発破が可能になるという産業上きわめて有用な知見を得たものである。
【００２４】
すなわち、本発明に係る制御発破システムにおいては、複数の電気雷管への起爆用電気エネルギーを、送出時間幅Ｔにわたって複数回だけかつ時間差をもって送出できるように発破器を構成し、それらの電気雷管のうち、内蔵された延時装置による遅延時間が同一に係る２以上の電気雷管を、該電気雷管の遅延時間が送出時間幅Ｔより大きくなるように構成してあるとともに、該２以上の電気雷管をそれらが互いに異なる時刻に起爆されるように発破器にそれぞれ接続してある。
【００２５】
このようにすると、上述した２以上の電気雷管のうち、任意の電気雷管の起爆によって他の任意の電気雷管の脚線が損傷を受けるおそれがなくなる。そのため、例えば基準秒時が2,700msのＤＳ段発電気雷管を用いる場合、発破器を、起爆用電気エネルギーの送出時間刻みが25ms、送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数が１００となるように構成すれば、１００段の多段発破が可能となる。
【００２６】
複数の電気雷管は、上記の例でもわかる通り、遅延時間が同一の電気雷管ですべてを構成するようにしてもかまわないが、前記２以上の電気雷管を、それらに内蔵された延時装置による遅延時間が各群同士では互いに異なり各群内ではそれぞれ同一である複数の群で構成し、該各群にそれぞれ属する電気雷管を、それらの遅延時間が前記送出時間幅Ｔより大きくなるように構成するとともに、それらが互いに異なる時刻に起爆されるように前記発破器にそれぞれ接続したならば、上述した２以上の電気雷管のうち、任意の電気雷管の起爆によって他の任意の電気雷管の脚線が損傷を受けるおそれがなくなるとともに、異なる群に属する電気雷管は、それらの遅延時間が互いに異なるので、起爆用電気エネルギーの送出タイミングが同じであっても、起爆時刻は、該遅延時間だけずれる。
【００２７】
したがって、発破器における送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数に遅延時間についての電気雷管の種類数を乗じた分だけ多段発破が可能となる。例えば、基準秒時が500ms, 750ms, 1000ms, 1250ms, 1500ms, 1750ms, 2000ms, 2300ms, 2700ms及び3100msという計１０種類のＤＳ段発電気雷管を用いる場合、発破器における起爆用電気エネルギーの送出時間刻みが25ms、送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数が１０となるように該発破器を構成することにより、１００段の多段発破が可能となる。
【００２８】
複数の電気雷管を２以上の電気雷管のみで構成するか、又は２以上の電気雷管を除く電気雷管、すなわち遅延時間が同一の電気雷管が２以上存在しない、いわば遅延時間が唯一の電気雷管を一つ又は複数種類用いる形で２以上の電気雷管と併用するかどうかは任意である。
【００２９】
ここで、両者を併用する場合において、２以上の電気雷管を除く電気雷管は、従前通り、電気雷管自体が持つ遅延時間のみで多段発破を行うことになるが、上述の発明との関連においては、かかる電気雷管を、該電気雷管が前記送出時間幅Ｔの経過後であって前記２以上の電気雷管の最短起爆時刻より前に互いに異なる時刻において起爆されるように構成しかつ前記発破器にそれぞれ接続する。
【００３０】
このようにすれば、２以上の電気雷管を除く電気雷管の脚線が、２以上の電気雷管の起爆によって損傷を受ける懸念がなくなる。
【００３１】
例えば、起爆用電気エネルギーの送出回数が１００となるように発破器を構成する上述の例では、送出時間幅Ｔが2475msであるので、２以上の電気雷管の最短起爆時刻を2700msとすると、発破器の出力回路あるいは出力端子といった出力側のうち、起爆用電気エネルギーの相対送出時刻(送出が最初に開始された時点からの経過時間）が2400msである出力側に、遅延時間が100ms,130ms, 160ms, 200ms及び250msといったＭＳ段発電気雷管を接続することにより、２以上の電気雷管からなる群とは別に多段発破を行うことが可能である。
【００３２】
また、起爆用電気エネルギーの送出回数が１０となるように発破器を構成する上述の例では、送出時間幅Ｔが225msであるので、２以上の電気雷管の最短起爆時刻を400msとすると、発破器の出力側のうち、起爆用電気エネルギーの相対送出時刻が200msである出力側に、遅延時間が50ms, 75ms, 100ms, 130ms及び160msといったＭＳ段発電気雷管を接続することにより、２以上の電気雷管からなる群とは別に多段発破を行うことが可能である。
【００３３】
上述した各発明は多段発破を行う場合の制御に関するものであって、切羽面上をどのような順序で発破を進めていくかということと直接的な関連はないが、切羽の中央を芯抜きする場合には例えば、前記複数の電気雷管のうち、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、前記切羽の中央ブロックに配置された爆薬に取り付けるとともに、前記２以上の電気雷管を、前記中央ブロックの周囲に拡がる周辺ブロックに配置された爆薬に取り付けた構成とすることができる。
【００３４】
上記構成の場合においては、前記２以上の電気雷管のうち、前記遅延時間が短い群に属する電気雷管から順に、前記周辺ブロックであって前記中央ブロックに近い箇所から遠い箇所に向けて前記爆薬への取付けを行うことが考えられる。
【００３５】
電気雷管としてどのような仕様のものを用いるかは任意であり、例えば前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成し、又は前記２以上の電気雷管を除く電気雷管をＭＳ段発電気雷管で構成するとともに前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係る制御発破システムのブロック図。
【図２】本実施形態に係る制御発破システムで起爆される電気雷管の図であり、(a)は切羽正面から見た配置図、(b)は対応位置における各電気雷管の起爆時刻を示した図。
【図３】電気雷管４ａ〜４ｒ及び電気雷管３ａ〜３ｃにおける相対送出時刻及び起爆時刻を、右方向に時間をとった軸上に白丸と黒丸をプロットするとともに、それらを起爆時刻の順に並べて配置した図。
【図４】電気雷管３ｄ〜３ｇにおける相対送出時刻及び起爆時刻を、右方向に時間をとった軸上に白丸と黒丸をプロットするとともに、それらを起爆時刻の順に並べて配置した図。
【図５】電気雷管３ｈ・・・３ｒにおける相対送出時刻及び起爆時刻を、右方向に時間をとった軸上に白丸と黒丸をプロットするとともに、それらを起爆時刻の順に並べて配置した図。
【図６】変形例に係る制御発破システムのブロック図。
【図７】変形例に係る制御発破システムで起爆される電気雷管の図であり、(a)は切羽正面から見た配置図、(b)は対応位置における各電気雷管の起爆時刻を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明に係る制御発破システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、本実施形態に係る制御発破システムを示したブロック図である。同図でわかるように、本実施形態に係る制御発破システム１は、複数の電気雷管としての計１２４本の電気雷管３ａ〜３ｒ（添字l,oは欠番、以下同様）及び電気雷管４ａ〜４ｒ（添字l,oは欠番、以下同様）と、該電気雷管に分岐ボックス６を介して電気接続された発破器５とを備える。
【００３９】
電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒは、トンネルの切羽に配置された爆薬にそれぞれ取り付けてあり、爆薬は、含水爆薬、ダイナマイト、樹脂包装された硝安油剤爆薬等で構成することが可能である。
【００４０】
発破器５は、専用ケーブルで分岐ボックス６に接続してあるとともに、分岐ボックス６は、発破母線及び補助母線を介して電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒの脚線にそれぞれ接続してあり、該発破器は、電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒが互いに異なる時刻に起爆されるように、時間刻みが25msで最初の送出時を基準とした、0ms, 25ms, 50ms, 75ms, 100ms, 125ms, 150ms, 175ms及び200msという相対送出時刻で起爆用電気エネルギーを各電気雷管に送出するようになっている。
【００４１】
発破器５は、明かり発破用の段発発破器を転用することができる。
【００４２】
電気雷管３ａ〜３ｒは、内蔵された延時装置（図示せず）による遅延時間が各群同士では互いに異なり、各群内ではそれぞれ同一である計１６個の群（群No.１〜No.１６）で構成された２以上の電気雷管として構成してあるとともに、電気雷管４ａ〜４ｒは、２以上の電気雷管を除く電気雷管として構成してある。
【００４３】
すなわち、電気雷管３ａ〜３ｒは、「５」、「６」、「７」・・・「２０」と同図に示した通り、表１に記載したＤＳ段発電気雷管のうち、５〜２０段（基準秒時が1,000ms〜7,500ms）のものでそれぞれ構成してあり、計４つからなる群No.１、計６つからなる群No.２、計６つからなる群No.３、計４つからなる群No.４、計６つからなる群No.５、計７つからなる群No.６、計８つからなる群No.７、計８つからなる群No.８、計８つからなる群No.９、計８つからなる群No.１０、計７つからなる群No.１１、計８つからなる群No.１２、計８つからなる群No.１３、計８つからなる群No.１４、計６つからなる群No.１５、計６つからなる群No.１６にそれぞれ属する。
【００４４】
また、電気雷管４ａ〜４ｒは、「１」、「２」、「３」・・・「１６」と同図に示した通り、表１に記載したＭＳ段発電気雷管のうち、１〜１６段（基準秒時が0ms〜640ms ）のものでそれぞれ構成してあり、遅延時間は互いに異なる。
【００４５】
一方、分岐ボックス６のうち、図１の（１）で示した0msの出力端子には、計１６個の電気雷管３ａ〜３ｒを、（２）で示した25msの出力端子には電気雷管３ｄを除く計１５個の電気雷管３ａ〜３ｒを、（３）で示した50msの出力端子には電気雷管３ａを除く計１５個の電気雷管３ａ〜３ｒを、（４）で示した75msの出力端子には電気雷管３ａ，３ｄを除く計１４個の電気雷管３ａ〜３ｒを、（５）で示した100msの出力端子には電気雷管３ｑ，３ｒを除く計１４個の電気雷管３ａ〜３ｐを、（６）で示した125msの出力端子には電気雷管３ｑ，３ｒを除く計１４個の電気雷管３ａ〜３ｐを、（７）で示した150msの出力端子には電気雷管３ａ〜３ｅを除く計１１個の電気雷管３ｆ〜３ｒを、（８）で示した175msの出力端子には電気雷管３ａ〜３ｆ，３ｋを除く計９個の電気雷管３ｇ〜３ｒをそれぞれ接続してある。
【００４６】
また、分岐ボックス６のうち、図１の（９）で示した200msの出力端子には、電気雷管４ａ〜４ｒを接続してある。
【００４７】
このように、発破器５における起爆用電気エネルギーの送出時間幅Ｔを0msから175msまでの175msとしたとき、電気雷管３ａ〜３ｒは、それらの遅延時間が送出時間幅Ｔよりも大きくなるように設定してあるとともに、それらが互いに異なる時刻で起爆されるように発破器５に接続してあり、電気雷管４ａ〜４ｒは、送出時間幅Ｔの経過後であって電気雷管３ａ〜３ｒの最短起爆時刻より前に互いに異なる時刻において起爆されるように構成され、かつ発破器５にそれぞれ接続してある。
【００４８】
図２は、トンネルの切羽２における電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒの配置状況を示した図であって、同図(a)の例えば「D5」は５段目のＤＳ段発電気雷管を、「M1」は１段目のＭＳ段発電気雷管をそれぞれ示すとともに、同図(b)は、(a)の位置に対応する各電気雷管の起爆時刻（単位はｍｓ）を例えば「1,000」という数値で示したものであり、該各起爆時刻は、発破器５における起爆用電気エネルギーの相対送出時刻(送出が最初に開始された時点からの経過時間）に各電気雷管の遅延時間を加算して示してある。
【００４９】
切羽２は、掘削断面が上半部と下半部とに分割された段切り状になっており、上半部は、中央に位置する中央ブロック２９とその周囲に拡がる周辺ブロック２３〜２８に領域分けをしてあるとともに、下半分は周辺ブロック２１，２２に領域分けをしてある。
【００５０】
ここで、分岐ボックス６の出力側のうち、0msに接続された電気雷管３ａ〜３ｒは周辺ブロック２１に、25msに接続された電気雷管３ａ〜３ｒは周辺ブロック２２に、50msに接続された電気雷管３ｂ〜３ｒは周辺ブロック２３に、75msに接続された電気雷管３ｂ〜３ｒは周辺ブロック２４に、100msに接続された電気雷管３ａ〜３ｐは周辺ブロック２５に、125msに接続された電気雷管３ａ〜３ｐは周辺ブロック２６に、150msに接続された電気雷管３ｆ〜３ｒは周辺ブロック２７に、175msに接続された電気雷管３ｇ〜３ｒは周辺ブロック２８にそれぞれ配置してあるとともに、200msに接続された電気雷管４ａ〜４ｒは中央ブロック２９に配置してある。
【００５１】
例えば、中央ブロック２９の右側に位置する周辺ブロック２５のうち、「D5」は、５段目のＤＳ段発電気雷管が、該ブロックの中段であって中央ブロック２９に最も近い箇所に配置されていて、その起爆時刻が1,100ms（100ms＋1,000ms）であることを示している。
【００５２】
本実施形態に係る制御発破システム１を用いて制御発破を行うには、まず、ドリルジャンボ等を用いて切羽２に発破孔（図示せず）を穿孔するとともに、該発破孔に電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒが取り付けられた爆薬（親ダイ）、追加の爆薬（増ダイ）及び砂や粘土といった込物を適宜装填する。
【００５３】
次に、周辺ブロック２１〜２８に配置された電気雷管３ａ〜３ｒ及び中央ブロック２９に配置された電気雷管４ａ〜４ｒを、それらの脚線が各ブロック内で直列になるように結線し、次いで、上述した通り、周辺ブロック２１〜２８の電気雷管３ａ〜３ｒを、分岐ボックス６の出力側のうち、0ms, 25ms, 50ms, 75ms, 100ms, 125ms, 150ms, 175msにそれぞれ接続するとともに、中央ブロック２９の電気雷管４ａ〜４ｒを、分岐ボックス６の出力側のうち、200msに接続する。
【００５４】
次に、発破器５を作動させることにより、0ms〜175msの各出力端子にそれぞれ接続された電気雷管３ａ〜３ｒに起爆用電気エネルギーを送出するとともに、200msの出力端子に接続された電気雷管４ａ〜４ｒに起爆用電気エネルギーを送出する。
【００５５】
図３乃至図５は、各電気雷管３ａ〜３ｒ及び４ａ〜４ｒにおける相対送出時刻及び起爆時刻を、右方向に時間をとった軸上にプロットされた白丸と黒丸で表すとともに、それらを、起爆時刻の順に並べて配置したものである。
【００５６】
これらの図でわかるように発破器５を作動させると、まず、計１６本の電気雷管４ａ（M1）〜電気雷管４ｒ（M16）が、発破器５を作動させてから200ms後, 225ms後, 250ms後、・・・840ms後に順次起爆され、それによって該電気雷管が配置された中央ブロック２９が爆破され、いわゆる芯抜きが行われる。
【００５７】
ちなみに、電気雷管４ａ〜４ｒは、分岐ボックス６のうち、200msの出力端子に接続してあるため、発破器５から起爆用電気エネルギーが出力される時刻（相対出力時刻）は最も遅くなるが、延時装置による遅延時間が0ms〜640msと短いため、電気雷管３ａ〜３ｒのうち、最短起爆時刻（後述するように1,000ms）よりも早く起爆する。
【００５８】
次に、分岐ボックス６の出力側のうち、0msに接続された電気雷管３ａ（D5）が、発破器５を作動させてから1000ms後に起爆されるとともに、引き続き、25ms, 100ms, 125msにそれぞれ接続された電気雷管３ａ（D5）が1,025ms後, 1,100ms後, 1,125ms後に起爆され、周辺ブロック２５，２６のうち、芯抜きされた箇所に最も近い箇所が爆破されるとともに、周辺ブロック２１，２２が上面を自由面として爆破される。
【００５９】
次に、分岐ボックス６の出力側のうち、0msに接続された電気雷管３ｂ（D6）が、発破器５を作動させてから1,250ms後に起爆されるとともに、引き続き、25ms, 50ms, 75ms, 100ms, 125msにそれぞれ接続された電気雷管３ｂ（D6）が、1,275ms後, 1,300ms後, 1,325ms後, 1,350ms後, 1,375ms後に起爆され、周辺ブロック２１〜２６のうち、電気雷管３ａによる爆破箇所の外側位置が爆破される。
【００６０】
以下、同様にして電気雷管３ｃ（D7）、電気雷管３ｄ（D8）、・・・電気雷管３ｒ（D20）が次々に起爆されるとともに、それに伴って周辺ブロック２１〜２８が、中央ブロック２９に近い箇所から遠い箇所に向けて順次爆破される。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態に係る制御発破システム１によれば、電気雷管３ａ〜３ｒへの起爆用電気エネルギーを、送出時間幅Ｔにわたって複数回だけかつ時間差をもって送出できるように発破器５を構成し、該電気雷管を、それらの遅延時間が送出時間幅Ｔ（175ms）より大きくなるように構成してあるとともに、互いに異なる時刻に起爆されるように発破器５にそれぞれ接続したので、例えば周辺ブロック２１，２２，２５，２６に配置された電気雷管３ａのうち、任意の電気雷管は、他の電気雷管の起爆によって脚線が損傷を受けるおそれがなくなる。
【００６２】
そのため、送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数、換言すれば発破器５の出力回路あるいは出力端子の個数分だけ多段発破が可能となり、上述の実施形態では、最大８段の多段発破が可能となる。
【００６３】
また、本実施形態に係る制御発破システム１によれば、電気雷管３ａ〜３ｒを、それらの遅延時間が各群同士では互いに異なり、各群内ではそれぞれ同一である計１６個の群（群No.１〜No.１６）で構成したので、同じ群に属する電気雷管は、上述したように送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数だけ多段発破が可能となるとともに、異なる群に属する電気雷管は、それらの遅延時間が互いに異なるので、起爆用電気エネルギーの送出タイミングが同じであっても、起爆時刻は、該遅延時間だけずれる。
【００６４】
したがって、発破器５における送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数に遅延時間についての電気雷管の種類数を乗じた分、すなわち、最大１２８段の多段発破（上記実施形態では切羽２への配置の都合上、２０個を割愛したため、１０８段）が可能となり、かくして導火管付き雷管や電子雷管を採用せずとも、電気雷管だけで経済性に優れた制御発破を行うことができる。
【００６５】
ちなみに、電気雷管は、導火管付き雷管と異なり、脚線の色で段数を見分けることができるので、切羽での作業性に優れるとともに、導火管の残渣が発生することもなく、さらに各電気雷管への起爆用電気エネルギーの送出時刻を発破器５で容易に設定することができるため、制御発破全体の作業効率が大幅に向上する。
【００６６】
また、本実施形態に係る制御発破システム１によれば、電気雷管４ａ〜４ｒが送出時間幅Ｔの経過後にかつそれらが互いに異なる時刻に起爆されるように構成しかつ発破器５にそれぞれ接続したので、上述の段数に加え、電気雷管４ａ〜４ｒの個数分、すなわち１６段が加わり、最大計１４４段、上記実施形態では１２４段の多段発破が可能となる。
【００６７】
本実施形態では、２以上の電気雷管を除く電気雷管として、電気雷管４ａ〜４ｒを複数の電気雷管に含めるようにしたが、場合によってはこれを省略し、複数の電気雷管を全て２以上の電気雷管で構成するとともに、それらを遅延時間が各群同士では互いに異なり各群内ではそれぞれ同一である複数の群だけで構成するようにしてもかまわない。
【００６８】
図６は、かかる変形例の制御発破システムを示したブロック図である。同図に示した制御発破システムは、複数の電気雷管としての計６７本の電気雷管３ａ〜３ｕ（添字l,oは欠番、以下同様）と、該電気雷管に分岐ボックス６を介して電気接続された発破器５とを備え、電気雷管３ａ〜３ｕは、遅延時間が各群同士では互いに異なり、各群内ではそれぞれ同一である計１９個の群（群No.１〜No.１９）で構成された２以上の電気雷管として構成してある。
【００６９】
一方、分岐ボックス６のうち、0msの出力端子には、電気雷管３ｂ，３ｄ，３ｆを除く計１６個の電気雷管３ａ〜３ｕを、50msの出力端子には電気雷管３ｂ，３ｄ，３ｆ，３ｈを除く計１５個の電気雷管３ａ〜３ｒを、100msの出力端子には計１９個の電気雷管３ａ〜３ｕを、150msの出力端子には電気雷管３ｎ，３ｐを除く計１７個の電気雷管３ａ〜３ｕをそれぞれ接続してある。
【００７０】
このように、発破器５における起爆用電気エネルギーの送出時間幅Ｔを0msから150msまでの150msとしたとき、電気雷管３ａ〜３ｕは、それらの遅延時間が送出時間幅Ｔよりも大きくなるように設定してある。
【００７１】
図７は、トンネルの切羽７１における上記構成での電気雷管３ａ〜３ｕの配置状況を示した図であって、同図(a)の例えば「D5」は５段目のＤＳ段発電気雷管を示すとともに、同図(b)は、(a)の位置に対応する電気雷管の起爆時刻（単位はｍｓ）を例えば「1100」という数値で示したものであり、該各起爆時刻は、発破器５における起爆用電気エネルギーの相対送出時刻(送出が最初に開始された時点からの経過時間）に各電気雷管の遅延時間を加算して示してある。
【００７２】
切羽７１は、掘削断面を４つのブロック７２〜７５に領域分けをしてあり、分岐ボックス６の出力側のうち、0msに接続された電気雷管３ａ〜３ｕはブロック７２に、50msに接続された電気雷管３ａ〜３ｕはブロック７３に、100msに接続された電気雷管３ａ〜３ｕはブロック７４に、150msに接続された電気雷管３ａ〜３ｕはブロック７５にそれぞれ配置してある。
【００７３】
かかる変形例においては、発破器５を作動させると、分岐ボックス６の出力側のうち、0msに接続された電気雷管３ａ（D2）が、発破器５を作動させてから250ms後に起爆されるとともに、引き続き、50ms, 100ms, 150msにそれぞれ接続された電気雷管３ａ（D2）が、300ms後, 350ms後, 400ms後にそれぞれ起爆される。
【００７４】
次に、分岐ボックス６の出力側のうち、100msに接続された電気雷管３ｂ（D3）が、発破器５を作動させてから600ms後に起爆されるとともに、引き続き、150msに接続された電気雷管３ｂ（D3）が650ms後に起爆される。
【００７５】
以下、同様にして電気雷管３ｃ（D4）、電気雷管３ｄ（D5）、・・・電気雷管３ｕ（D20）が次々に起爆されるとともに、それに伴ってブロック７２〜７４が、切羽中央に近い箇所から遠い箇所に向けて順次爆破される。
【００７６】
以下、本変形例の作用効果については上述した実施形態とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００７７】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、多段発破を必ずしも切羽全面に適用する必要はなく、例えば中央ブロックの芯抜き掘削を先行して行い、その後、周辺ブロックに対する爆薬の設置をあらためて行った上、該周辺ブロックに対して多段発破を行う、いわば分割発破の一部として行うようにしてもかまわない。
【００７８】
また、本実施形態では、地下掘削空間として山岳トンネルに適用した例を説明したが、本発明はかかる山岳トンネルに限定されるものではなく、金属鉱山、地下備蓄施設といったさまざまな地下空間に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 制御発破システム
２，７１ 切羽
３ａ〜３ｕ 電気雷管
（ＤＳ段発電気雷管、２以上の電気雷管、複数の電気雷管）
４ａ〜４ｒ 電気雷管
（ＭＳ段発電気雷管、２以上の電気雷管を除く電気雷管、複数の電気雷管）
５ 発破器
６ 分岐ボックス
２１〜２８ 周辺ブロック
２９ 中央ブロック
７２〜７５ ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として山岳トンネルの発破掘削に適用される制御発破システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネルを施工するにあたっては、地山条件等を勘案しながら、発破掘削、機械掘削といった掘削方式を適宜選定するとともに、発破掘削の場合には、周辺地山の緩みや余堀りが生じないよう、例えばスムースブラスティング工法を採用し、住宅等の保安物件が近隣に存在する場合には、発破による振動や騒音で保安物件に悪影響が出ないよう、適切な対策を講じなければならない。
【０００３】
振動や騒音を低減する対策としては、保安物件までの伝播経路に対して対策を施すほか、振動源への直接的な対策、すなわち数回に分けて発破を行うことにより、一回あたりの放出エネルギーを低減する対策が有効である。
【０００４】
かかる対策として、切羽をブロックで分割して該ブロックごとに発破を行う分割発破が採用されることもあるが、一段あたりの装薬量を小さくした爆薬を、起爆時刻をずらしながら次々に爆発させる制御発破がより一般的であり、これらを起爆させる雷管として、ＭＳ段発電気雷管やＤＳ段発電気雷管といった段発電気雷管が使用される。
【０００５】
段発電気雷管には、発破器による通電を検知してから起爆に至るまでの時間、いわゆる基準秒時を一定時間確保することにより、起爆時刻を遅延させるための延時装置が組み込まれており、ＭＳ段発電気雷管は、基準秒時が１０００分の数十秒きざみの秒時間隔となるように、また、ＤＳ段発電気雷管は、基準秒時が１０分の数秒きざみの秒時間隔となるようにそれぞれの延時装置が構成されている。
【０００６】
表１に段発電気雷管の一例を示す（基準秒時の単位はms）。
【表１】
【０００７】
同表に列挙された段発電気雷管を使用する場合、例えばＭＳ段発電気雷管のみ、あるいはＤＳ段発電気雷管のみであれば、それぞれ２０段の段発発破が可能であるとともに、ＭＳ段発電気雷管を２０段目まで起爆させた後、６段目以降のＤＳ段発電気雷管を起爆させるという組み合わせを行えば、３５段発の制御発破が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３２３７９６号公報
【特許文献２】特開平６−３２３７９１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「あんな発破 こんな発破」、日本火薬工業会、平成１４年３月２８日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、保安物件が直近に存在し、振動や騒音が目標値を下回らない場合には、さらなる多段発破が必要になるところ、段数が３５段を上回る段発電気雷管を製作することは、延時装置の精度上、困難であるという問題を生じていた。
【００１１】
一方、段発電気雷管に代えて、導火管付き雷管や電子雷管を採用することができるものの、導火管付き雷管では、電気雷管の２倍程度の調達コストが必要になり、なおかつ導火管がかさばる関係上、現場での設備規模が大きくなるという問題や、電子雷管では、電気雷管の７〜８倍程度の調達コストが必要になるという問題を生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、従来の段数を上回る段発発破が可能でかつ経済性にも優れた制御発破システムを提供することを目的とする。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る制御発破システムは請求項１に記載したように、トンネル等の地下掘削空間に面する切羽に配置された爆薬に取り付けられる複数の電気雷管と該複数の電気雷管に起爆用電気エネルギーを送出可能な発破器とを備えるとともに、前記起爆用電気エネルギーを送出時間幅Ｔにわたって複数回だけかつ時間差をもって送出できるように前記発破器を構成してなる制御発破システムであって、前記複数の電気雷管のうち、それらに内蔵された延時装置による遅延時間が同一に係る２以上の電気雷管を、それらの遅延時間が前記送出時間幅Ｔより大きくなるように構成するとともに、該２以上の電気雷管をそれらが互いに異なる時刻に起爆されるように前記発破器にそれぞれ接続したものである。
【００１４】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記２以上の電気雷管を、それらに内蔵された延時装置による遅延時間が各群同士では互いに異なり各群内ではそれぞれ同一である複数の群で構成し、該各群にそれぞれ属する電気雷管を、それらの遅延時間が前記送出時間幅Ｔより大きくなるように構成するとともに、それらが互いに異なる時刻に起爆されるように前記発破器にそれぞれ接続したものである。
【００１５】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記複数の電気雷管を前記２以上の電気雷管のみで構成したものである。
【００１６】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記複数の電気雷管のうち、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、該電気雷管が前記送出時間幅Ｔの経過後であって前記２以上の電気雷管の最短起爆時刻より前に互いに異なる時刻において起爆されるように構成しかつ前記発破器にそれぞれ接続したものである。
【００１７】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記複数の電気雷管のうち、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、前記切羽の中央ブロックに配置された爆薬に取り付けるとともに、前記２以上の電気雷管を、前記中央ブロックの周囲に拡がる周辺ブロックに配置された爆薬に取り付けたものである。
【００１８】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記２以上の電気雷管のうち、前記遅延時間が短い群に属する電気雷管から順に、前記周辺ブロックであって前記中央ブロックに近い箇所から遠い箇所に向けて前記爆薬への取付けを行うものである。
【００１９】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成したものである。
【００２０】
また、本発明に係る制御発破システムは、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、ＭＳ段発電気雷管で構成するとともに、前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成したものである。
【００２１】
雷管を次々に起爆させる発破器として段発発破器が知られているが、段発発破器では、爆発時に飛散した石が、未だ爆発していない雷管の脚線を切断してしまうという問題があるため、段発発破器が山岳トンネルの分野で採用されることはなく、明り発破と呼ばれる地表あるいは屋外の発破でのみ、細々と採用されているに過ぎない。
【００２２】
一方、山岳トンネルの発破においては、ＭＳ段発電気雷管、ＤＳ段発電気雷管といった電気雷管や導火管付き雷管あるいは電子雷管を用いて制御発破を行うのが一般的であるところ、電気雷管では段数に限度があり、導火管付き雷管あるいは電子雷管では、発破コストが高くなるという問題があることは既に述べた通りである。
【００２３】
本出願人はかかる背景を踏まえ、旧来知られていた段発発破器を山岳トンネルその他の地下掘削現場の多段制御発破に用いることはできないかという点に着眼して研究開発を行った結果、発破器における起爆用電気エネルギーの送出タイミングと電気雷管の遅延時間との組み合わせ及び発破器への電気雷管の接続構成を工夫することにより、調達コストが安い電気雷管であっても、１００段を越えるような多段発破が可能になるという産業上きわめて有用な知見を得たものである。
【００２４】
すなわち、本発明に係る制御発破システムにおいては、複数の電気雷管への起爆用電気エネルギーを、送出時間幅Ｔにわたって複数回だけかつ時間差をもって送出できるように発破器を構成し、それらの電気雷管のうち、内蔵された延時装置による遅延時間が同一に係る２以上の電気雷管を、該電気雷管の遅延時間が送出時間幅Ｔより大きくなるように構成してあるとともに、該２以上の電気雷管をそれらが互いに異なる時刻に起爆されるように発破器にそれぞれ接続してある。
【００２５】
このようにすると、上述した２以上の電気雷管のうち、任意の電気雷管の起爆によって他の任意の電気雷管の脚線が損傷を受けるおそれがなくなる。そのため、例えば基準秒時が2,700msのＤＳ段発電気雷管を用いる場合、発破器を、起爆用電気エネルギーの送出時間刻みが25ms、送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数が１００となるように構成すれば、１００段の多段発破が可能となる。
【００２６】
複数の電気雷管は、上記の例でもわかる通り、遅延時間が同一の電気雷管ですべてを構成するようにしてもかまわないが、前記２以上の電気雷管を、それらに内蔵された延時装置による遅延時間が各群同士では互いに異なり各群内ではそれぞれ同一である複数の群で構成し、該各群にそれぞれ属する電気雷管を、それらの遅延時間が前記送出時間幅Ｔより大きくなるように構成するとともに、それらが互いに異なる時刻に起爆されるように前記発破器にそれぞれ接続したならば、上述した２以上の電気雷管のうち、任意の電気雷管の起爆によって他の任意の電気雷管の脚線が損傷を受けるおそれがなくなるとともに、異なる群に属する電気雷管は、それらの遅延時間が互いに異なるので、起爆用電気エネルギーの送出タイミングが同じであっても、起爆時刻は、該遅延時間だけずれる。
【００２７】
したがって、発破器における送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数に遅延時間についての電気雷管の種類数を乗じた分だけ多段発破が可能となる。例えば、基準秒時が500ms, 750ms, 1000ms, 1250ms, 1500ms, 1750ms, 2000ms, 2300ms, 2700ms及び3100msという計１０種類のＤＳ段発電気雷管を用いる場合、発破器における起爆用電気エネルギーの送出時間刻みが25ms、送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数が１０となるように該発破器を構成することにより、１００段の多段発破が可能となる。
【００２８】
複数の電気雷管を２以上の電気雷管のみで構成するか、又は２以上の電気雷管を除く電気雷管、すなわち遅延時間が同一の電気雷管が２以上存在しない、いわば遅延時間が唯一の電気雷管を一つ又は複数種類用いる形で２以上の電気雷管と併用するかどうかは任意である。
【００２９】
ここで、両者を併用する場合において、２以上の電気雷管を除く電気雷管は、従前通り、電気雷管自体が持つ遅延時間のみで多段発破を行うことになるが、上述の発明との関連においては、かかる電気雷管を、該電気雷管が前記送出時間幅Ｔの経過後であって前記２以上の電気雷管の最短起爆時刻より前に互いに異なる時刻において起爆されるように構成しかつ前記発破器にそれぞれ接続する。
【００３０】
このようにすれば、２以上の電気雷管を除く電気雷管の脚線が、２以上の電気雷管の起爆によって損傷を受ける懸念がなくなる。
【００３１】
例えば、起爆用電気エネルギーの送出回数が１００となるように発破器を構成する上述の例では、送出時間幅Ｔが2475msであるので、２以上の電気雷管の最短起爆時刻を2700msとすると、発破器の出力回路あるいは出力端子といった出力側のうち、起爆用電気エネルギーの相対送出時刻(送出が最初に開始された時点からの経過時間）が2400msである出力側に、遅延時間が100ms,130ms, 160ms, 200ms及び250msといったＭＳ段発電気雷管を接続することにより、２以上の電気雷管からなる群とは別に多段発破を行うことが可能である。
【００３２】
また、起爆用電気エネルギーの送出回数が１０となるように発破器を構成する上述の例では、送出時間幅Ｔが225msであるので、２以上の電気雷管の最短起爆時刻を400msとすると、発破器の出力側のうち、起爆用電気エネルギーの相対送出時刻が200msである出力側に、遅延時間が50ms, 75ms, 100ms, 130ms及び160msといったＭＳ段発電気雷管を接続することにより、２以上の電気雷管からなる群とは別に多段発破を行うことが可能である。
【００３３】
上述した各発明は多段発破を行う場合の制御に関するものであって、切羽面上をどのような順序で発破を進めていくかということと直接的な関連はないが、切羽の中央を芯抜きする場合には例えば、前記複数の電気雷管のうち、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、前記切羽の中央ブロックに配置された爆薬に取り付けるとともに、前記２以上の電気雷管を、前記中央ブロックの周囲に拡がる周辺ブロックに配置された爆薬に取り付けた構成とすることができる。
【００３４】
上記構成の場合においては、前記２以上の電気雷管のうち、前記遅延時間が短い群に属する電気雷管から順に、前記周辺ブロックであって前記中央ブロックに近い箇所から遠い箇所に向けて前記爆薬への取付けを行うことが考えられる。
【００３５】
電気雷管としてどのような仕様のものを用いるかは任意であり、例えば前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成し、又は前記２以上の電気雷管を除く電気雷管をＭＳ段発電気雷管で構成するとともに前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係る制御発破システムのブロック図。
【図２】本実施形態に係る制御発破システムで起爆される電気雷管の図であり、(a)は切羽正面から見た配置図、(b)は対応位置における各電気雷管の起爆時刻を示した図。
【図３】電気雷管４ａ〜４ｒ及び電気雷管３ａ〜３ｃにおける相対送出時刻及び起爆時刻を、右方向に時間をとった軸上に白丸と黒丸をプロットするとともに、それらを起爆時刻の順に並べて配置した図。
【図４】電気雷管３ｄ〜３ｇにおける相対送出時刻及び起爆時刻を、右方向に時間をとった軸上に白丸と黒丸をプロットするとともに、それらを起爆時刻の順に並べて配置した図。
【図５】電気雷管３ｈ・・・３ｒにおける相対送出時刻及び起爆時刻を、右方向に時間をとった軸上に白丸と黒丸をプロットするとともに、それらを起爆時刻の順に並べて配置した図。
【図６】変形例に係る制御発破システムのブロック図。
【図７】変形例に係る制御発破システムで起爆される電気雷管の図であり、(a)は切羽正面から見た配置図、(b)は対応位置における各電気雷管の起爆時刻を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明に係る制御発破システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、本実施形態に係る制御発破システムを示したブロック図である。同図でわかるように、本実施形態に係る制御発破システム１は、複数の電気雷管としての計１２４本の電気雷管３ａ〜３ｒ（添字l,oは欠番、以下同様）及び電気雷管４ａ〜４ｒ（添字l,oは欠番、以下同様）と、該電気雷管に分岐ボックス６を介して電気接続された発破器５とを備える。
【００３９】
電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒは、トンネルの切羽に配置された爆薬にそれぞれ取り付けてあり、爆薬は、含水爆薬、ダイナマイト、樹脂包装された硝安油剤爆薬等で構成することが可能である。
【００４０】
発破器５は、専用ケーブルで分岐ボックス６に接続してあるとともに、分岐ボックス６は、発破母線及び補助母線を介して電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒの脚線にそれぞれ接続してあり、該発破器は、電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒが互いに異なる時刻に起爆されるように、時間刻みが25msで最初の送出時を基準とした、0ms, 25ms, 50ms, 75ms, 100ms, 125ms, 150ms, 175ms及び200msという相対送出時刻で起爆用電気エネルギーを各電気雷管に送出するようになっている。
【００４１】
発破器５は、明かり発破用の段発発破器を転用することができる。
【００４２】
電気雷管３ａ〜３ｒは、内蔵された延時装置（図示せず）による遅延時間が各群同士では互いに異なり、各群内ではそれぞれ同一である計１６個の群（群No.１〜No.１６）で構成された２以上の電気雷管として構成してあるとともに、電気雷管４ａ〜４ｒは、２以上の電気雷管を除く電気雷管として構成してある。
【００４３】
すなわち、電気雷管３ａ〜３ｒは、「５」、「６」、「７」・・・「２０」と同図に示した通り、表１に記載したＤＳ段発電気雷管のうち、５〜２０段（基準秒時が1,000ms〜7,500ms）のものでそれぞれ構成してあり、計４つからなる群No.１、計６つからなる群No.２、計６つからなる群No.３、計４つからなる群No.４、計６つからなる群No.５、計７つからなる群No.６、計８つからなる群No.７、計８つからなる群No.８、計８つからなる群No.９、計８つからなる群No.１０、計７つからなる群No.１１、計８つからなる群No.１２、計８つからなる群No.１３、計８つからなる群No.１４、計６つからなる群No.１５、計６つからなる群No.１６にそれぞれ属する。
【００４４】
また、電気雷管４ａ〜４ｒは、「１」、「２」、「３」・・・「１６」と同図に示した通り、表１に記載したＭＳ段発電気雷管のうち、１〜１６段（基準秒時が0ms〜640ms ）のものでそれぞれ構成してあり、遅延時間は互いに異なる。
【００４５】
一方、分岐ボックス６のうち、図１の（１）で示した0msの出力端子には、計１６個の電気雷管３ａ〜３ｒを、（２）で示した25msの出力端子には電気雷管３ｄを除く計１５個の電気雷管３ａ〜３ｒを、（３）で示した50msの出力端子には電気雷管３ａを除く計１５個の電気雷管３ａ〜３ｒを、（４）で示した75msの出力端子には電気雷管３ａ，３ｄを除く計１４個の電気雷管３ａ〜３ｒを、（５）で示した100msの出力端子には電気雷管３ｑ，３ｒを除く計１４個の電気雷管３ａ〜３ｐを、（６）で示した125msの出力端子には電気雷管３ｑ，３ｒを除く計１４個の電気雷管３ａ〜３ｐを、（７）で示した150msの出力端子には電気雷管３ａ〜３ｅを除く計１１個の電気雷管３ｆ〜３ｒを、（８）で示した175msの出力端子には電気雷管３ａ〜３ｆ，３ｋを除く計９個の電気雷管３ｇ〜３ｒをそれぞれ接続してある。
【００４６】
また、分岐ボックス６のうち、図１の（９）で示した200msの出力端子には、電気雷管４ａ〜４ｒを接続してある。
【００４７】
このように、発破器５における起爆用電気エネルギーの送出時間幅Ｔを0msから175msまでの175msとしたとき、電気雷管３ａ〜３ｒは、それらの遅延時間が送出時間幅Ｔよりも大きくなるように設定してあるとともに、それらが互いに異なる時刻で起爆されるように発破器５に接続してあり、電気雷管４ａ〜４ｒは、送出時間幅Ｔの経過後であって電気雷管３ａ〜３ｒの最短起爆時刻より前に互いに異なる時刻において起爆されるように構成され、かつ発破器５にそれぞれ接続してある。
【００４８】
図２は、トンネルの切羽２における電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒの配置状況を示した図であって、同図(a)の例えば「D5」は５段目のＤＳ段発電気雷管を、「M1」は１段目のＭＳ段発電気雷管をそれぞれ示すとともに、同図(b)は、(a)の位置に対応する各電気雷管の起爆時刻（単位はｍｓ）を例えば「1,000」という数値で示したものであり、該各起爆時刻は、発破器５における起爆用電気エネルギーの相対送出時刻(送出が最初に開始された時点からの経過時間）に各電気雷管の遅延時間を加算して示してある。
【００４９】
切羽２は、掘削断面が上半部と下半部とに分割された段切り状になっており、上半部は、中央に位置する中央ブロック２９とその周囲に拡がる周辺ブロック２３〜２８に領域分けをしてあるとともに、下半分は周辺ブロック２１，２２に領域分けをしてある。
【００５０】
ここで、分岐ボックス６の出力側のうち、0msに接続された電気雷管３ａ〜３ｒは周辺ブロック２１に、25msに接続された電気雷管３ａ〜３ｒは周辺ブロック２２に、50msに接続された電気雷管３ｂ〜３ｒは周辺ブロック２３に、75msに接続された電気雷管３ｂ〜３ｒは周辺ブロック２４に、100msに接続された電気雷管３ａ〜３ｐは周辺ブロック２５に、125msに接続された電気雷管３ａ〜３ｐは周辺ブロック２６に、150msに接続された電気雷管３ｆ〜３ｒは周辺ブロック２７に、175msに接続された電気雷管３ｇ〜３ｒは周辺ブロック２８にそれぞれ配置してあるとともに、200msに接続された電気雷管４ａ〜４ｒは中央ブロック２９に配置してある。
【００５１】
例えば、中央ブロック２９の右側に位置する周辺ブロック２５のうち、「D5」は、５段目のＤＳ段発電気雷管が、該ブロックの中段であって中央ブロック２９に最も近い箇所に配置されていて、その起爆時刻が1,100ms（100ms＋1,000ms）であることを示している。
【００５２】
本実施形態に係る制御発破システム１を用いて制御発破を行うには、まず、ドリルジャンボ等を用いて切羽２に発破孔（図示せず）を穿孔するとともに、該発破孔に電気雷管３ａ〜３ｒ及び電気雷管４ａ〜４ｒが取り付けられた爆薬（親ダイ）、追加の爆薬（増ダイ）及び砂や粘土といった込物を適宜装填する。
【００５３】
次に、周辺ブロック２１〜２８に配置された電気雷管３ａ〜３ｒ及び中央ブロック２９に配置された電気雷管４ａ〜４ｒを、それらの脚線が各ブロック内で直列になるように結線し、次いで、上述した通り、周辺ブロック２１〜２８の電気雷管３ａ〜３ｒを、分岐ボックス６の出力側のうち、0ms, 25ms, 50ms, 75ms, 100ms, 125ms, 150ms, 175msにそれぞれ接続するとともに、中央ブロック２９の電気雷管４ａ〜４ｒを、分岐ボックス６の出力側のうち、200msに接続する。
【００５４】
次に、発破器５を作動させることにより、0ms〜175msの各出力端子にそれぞれ接続された電気雷管３ａ〜３ｒに起爆用電気エネルギーを送出するとともに、200msの出力端子に接続された電気雷管４ａ〜４ｒに起爆用電気エネルギーを送出する。
【００５５】
図３乃至図５は、各電気雷管３ａ〜３ｒ及び４ａ〜４ｒにおける相対送出時刻及び起爆時刻を、右方向に時間をとった軸上にプロットされた白丸と黒丸で表すとともに、それらを、起爆時刻の順に並べて配置したものである。
【００５６】
これらの図でわかるように発破器５を作動させると、まず、計１６本の電気雷管４ａ（M1）〜電気雷管４ｒ（M16）が、発破器５を作動させてから200ms後, 225ms後, 250ms後、・・・840ms後に順次起爆され、それによって該電気雷管が配置された中央ブロック２９が爆破され、いわゆる芯抜きが行われる。
【００５７】
ちなみに、電気雷管４ａ〜４ｒは、分岐ボックス６のうち、200msの出力端子に接続してあるため、発破器５から起爆用電気エネルギーが出力される時刻（相対出力時刻）は最も遅くなるが、延時装置による遅延時間が0ms〜640msと短いため、電気雷管３ａ〜３ｒのうち、最短起爆時刻（後述するように1,000ms）よりも早く起爆する。
【００５８】
次に、分岐ボックス６の出力側のうち、0msに接続された電気雷管３ａ（D5）が、発破器５を作動させてから1000ms後に起爆されるとともに、引き続き、25ms, 100ms, 125msにそれぞれ接続された電気雷管３ａ（D5）が1,025ms後, 1,100ms後, 1,125ms後に起爆され、周辺ブロック２５，２６のうち、芯抜きされた箇所に最も近い箇所が爆破されるとともに、周辺ブロック２１，２２が上面を自由面として爆破される。
【００５９】
次に、分岐ボックス６の出力側のうち、0msに接続された電気雷管３ｂ（D6）が、発破器５を作動させてから1,250ms後に起爆されるとともに、引き続き、25ms, 50ms, 75ms, 100ms, 125msにそれぞれ接続された電気雷管３ｂ（D6）が、1,275ms後, 1,300ms後, 1,325ms後, 1,350ms後, 1,375ms後に起爆され、周辺ブロック２１〜２６のうち、電気雷管３ａによる爆破箇所の外側位置が爆破される。
【００６０】
以下、同様にして電気雷管３ｃ（D7）、電気雷管３ｄ（D8）、・・・電気雷管３ｒ（D20）が次々に起爆されるとともに、それに伴って周辺ブロック２１〜２８が、中央ブロック２９に近い箇所から遠い箇所に向けて順次爆破される。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態に係る制御発破システム１によれば、電気雷管３ａ〜３ｒへの起爆用電気エネルギーを、送出時間幅Ｔにわたって複数回だけかつ時間差をもって送出できるように発破器５を構成し、該電気雷管を、それらの遅延時間が送出時間幅Ｔ（175ms）より大きくなるように構成してあるとともに、互いに異なる時刻に起爆されるように発破器５にそれぞれ接続したので、例えば周辺ブロック２１，２２，２５，２６に配置された電気雷管３ａのうち、任意の電気雷管は、他の電気雷管の起爆によって脚線が損傷を受けるおそれがなくなる。
【００６２】
そのため、送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数、換言すれば発破器５の出力回路あるいは出力端子の個数分だけ多段発破が可能となり、上述の実施形態では、最大８段の多段発破が可能となる。
【００６３】
また、本実施形態に係る制御発破システム１によれば、電気雷管３ａ〜３ｒを、それらの遅延時間が各群同士では互いに異なり、各群内ではそれぞれ同一である計１６個の群（群No.１〜No.１６）で構成したので、同じ群に属する電気雷管は、上述したように送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数だけ多段発破が可能となるとともに、異なる群に属する電気雷管は、それらの遅延時間が互いに異なるので、起爆用電気エネルギーの送出タイミングが同じであっても、起爆時刻は、該遅延時間だけずれる。
【００６４】
したがって、発破器５における送出時間幅Ｔ内での起爆用電気エネルギーの送出回数に遅延時間についての電気雷管の種類数を乗じた分、すなわち、最大１２８段の多段発破（上記実施形態では切羽２への配置の都合上、２０個を割愛したため、１０８段）が可能となり、かくして導火管付き雷管や電子雷管を採用せずとも、電気雷管だけで経済性に優れた制御発破を行うことができる。
【００６５】
ちなみに、電気雷管は、導火管付き雷管と異なり、脚線の色で段数を見分けることができるので、切羽での作業性に優れるとともに、導火管の残渣が発生することもなく、さらに各電気雷管への起爆用電気エネルギーの送出時刻を発破器５で容易に設定することができるため、制御発破全体の作業効率が大幅に向上する。
【００６６】
また、本実施形態に係る制御発破システム１によれば、電気雷管４ａ〜４ｒが送出時間幅Ｔの経過後にかつそれらが互いに異なる時刻に起爆されるように構成しかつ発破器５にそれぞれ接続したので、上述の段数に加え、電気雷管４ａ〜４ｒの個数分、すなわち１６段が加わり、最大計１４４段、上記実施形態では１２４段の多段発破が可能となる。
【００６７】
本実施形態では、２以上の電気雷管を除く電気雷管として、電気雷管４ａ〜４ｒを複数の電気雷管に含めるようにしたが、場合によってはこれを省略し、複数の電気雷管を全て２以上の電気雷管で構成するとともに、それらを遅延時間が各群同士では互いに異なり各群内ではそれぞれ同一である複数の群だけで構成するようにしてもかまわない。
【００６８】
図６は、かかる変形例の制御発破システムを示したブロック図である。同図に示した制御発破システムは、複数の電気雷管としての計６７本の電気雷管３ａ〜３ｕ（添字l,oは欠番、以下同様）と、該電気雷管に分岐ボックス６を介して電気接続された発破器５とを備え、電気雷管３ａ〜３ｕは、遅延時間が各群同士では互いに異なり、各群内ではそれぞれ同一である計１９個の群（群No.１〜No.１９）で構成された２以上の電気雷管として構成してある。
【００６９】
一方、分岐ボックス６のうち、0msの出力端子には、電気雷管３ｂ，３ｄ，３ｆを除く計１６個の電気雷管３ａ〜３ｕを、50msの出力端子には電気雷管３ｂ，３ｄ，３ｆ，３ｈを除く計１５個の電気雷管３ａ〜３ｒを、100msの出力端子には計１９個の電気雷管３ａ〜３ｕを、150msの出力端子には電気雷管３ｎ，３ｐを除く計１７個の電気雷管３ａ〜３ｕをそれぞれ接続してある。
【００７０】
このように、発破器５における起爆用電気エネルギーの送出時間幅Ｔを0msから150msまでの150msとしたとき、電気雷管３ａ〜３ｕは、それらの遅延時間が送出時間幅Ｔよりも大きくなるように設定してある。
【００７１】
図７は、トンネルの切羽７１における上記構成での電気雷管３ａ〜３ｕの配置状況を示した図であって、同図(a)の例えば「D5」は５段目のＤＳ段発電気雷管を示すとともに、同図(b)は、(a)の位置に対応する電気雷管の起爆時刻（単位はｍｓ）を例えば「1100」という数値で示したものであり、該各起爆時刻は、発破器５における起爆用電気エネルギーの相対送出時刻(送出が最初に開始された時点からの経過時間）に各電気雷管の遅延時間を加算して示してある。
【００７２】
切羽７１は、掘削断面を４つのブロック７２〜７５に領域分けをしてあり、分岐ボックス６の出力側のうち、0msに接続された電気雷管３ａ〜３ｕはブロック７２に、50msに接続された電気雷管３ａ〜３ｕはブロック７３に、100msに接続された電気雷管３ａ〜３ｕはブロック７４に、150msに接続された電気雷管３ａ〜３ｕはブロック７５にそれぞれ配置してある。
【００７３】
かかる変形例においては、発破器５を作動させると、分岐ボックス６の出力側のうち、0msに接続された電気雷管３ａ（D2）が、発破器５を作動させてから250ms後に起爆されるとともに、引き続き、50ms, 100ms, 150msにそれぞれ接続された電気雷管３ａ（D2）が、300ms後, 350ms後, 400ms後にそれぞれ起爆される。
【００７４】
次に、分岐ボックス６の出力側のうち、100msに接続された電気雷管３ｂ（D3）が、発破器５を作動させてから600ms後に起爆されるとともに、引き続き、150msに接続された電気雷管３ｂ（D3）が650ms後に起爆される。
【００７５】
以下、同様にして電気雷管３ｃ（D4）、電気雷管３ｄ（D5）、・・・電気雷管３ｕ（D20）が次々に起爆されるとともに、それに伴ってブロック７２〜７４が、切羽中央に近い箇所から遠い箇所に向けて順次爆破される。
【００７６】
以下、本変形例の作用効果については上述した実施形態とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００７７】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、多段発破を必ずしも切羽全面に適用する必要はなく、例えば中央ブロックの芯抜き掘削を先行して行い、その後、周辺ブロックに対する爆薬の設置をあらためて行った上、該周辺ブロックに対して多段発破を行う、いわば分割発破の一部として行うようにしてもかまわない。
【００７８】
また、本実施形態では、地下掘削空間として山岳トンネルに適用した例を説明したが、本発明はかかる山岳トンネルに限定されるものではなく、金属鉱山、地下備蓄施設といったさまざまな地下空間に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 制御発破システム
２，７１ 切羽
３ａ〜３ｕ 電気雷管
（ＤＳ段発電気雷管、２以上の電気雷管、複数の電気雷管）
４ａ〜４ｒ 電気雷管
（ＭＳ段発電気雷管、２以上の電気雷管を除く電気雷管、複数の電気雷管）
５ 発破器
６ 分岐ボックス
２１〜２８ 周辺ブロック
２９ 中央ブロック
７２〜７５ ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル等の地下掘削空間に面する切羽に配置された爆薬に取り付けられる複数の電気雷管と該複数の電気雷管に起爆用電気エネルギーを送出可能な発破器とを備えるとともに、前記起爆用電気エネルギーを送出時間幅Ｔにわたって複数回だけかつ時間差をもって送出できるように前記発破器を構成してなる制御発破システムであって、前記複数の電気雷管のうち、それらに内蔵された延時装置による遅延時間が同一に係る２以上の電気雷管を、それらの遅延時間が前記送出時間幅Ｔより大きくなるように構成するとともに、該２以上の電気雷管をそれらが互いに異なる時刻に起爆されるように前記発破器にそれぞれ接続したことを特徴とする制御発破システム。
【請求項２】
前記２以上の電気雷管を、それらに内蔵された延時装置による遅延時間が各群同士では互いに異なり各群内ではそれぞれ同一である複数の群で構成し、該各群にそれぞれ属する電気雷管を、それらの遅延時間が前記送出時間幅Ｔより大きくなるように構成するとともに、それらが互いに異なる時刻に起爆されるように前記発破器にそれぞれ接続した請求項１記載の制御発破システム。
【請求項３】
前記複数の電気雷管を前記２以上の電気雷管のみで構成した請求項１又は請求項２記載の制御発破システム。
【請求項４】
前記複数の電気雷管のうち、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、該電気雷管が前記送出時間幅Ｔの経過後であって前記２以上の電気雷管の最短起爆時刻より前に互いに異なる時刻において起爆されるように構成しかつ前記発破器にそれぞれ接続した請求項１又は請求項２記載の制御発破システム。
【請求項５】
前記複数の電気雷管のうち、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、前記切羽の中央ブロックに配置された爆薬に取り付けるとともに、前記２以上の電気雷管を、前記中央ブロックの周囲に拡がる周辺ブロックに配置された爆薬に取り付けた請求項４記載の制御発破システム。
【請求項６】
前記２以上の電気雷管のうち、前記遅延時間が短い群に属する電気雷管から順に、前記周辺ブロックであって前記中央ブロックに近い箇所から遠い箇所に向けて前記爆薬への取付けを行う請求項５記載の制御発破システム。
【請求項７】
前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成した請求項３記載の制御発破システム。
【請求項８】
前記２以上の電気雷管を除く電気雷管をＭＳ段発電気雷管で構成するとともに、前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成した請求項４乃至請求項６のいずれか一記載の制御発破システム。
【請求項１】
トンネル等の地下掘削空間に面する切羽に配置された爆薬に取り付けられる複数の電気雷管と該複数の電気雷管に起爆用電気エネルギーを送出可能な発破器とを備えるとともに、前記起爆用電気エネルギーを送出時間幅Ｔにわたって複数回だけかつ時間差をもって送出できるように前記発破器を構成してなる制御発破システムであって、前記複数の電気雷管のうち、それらに内蔵された延時装置による遅延時間が同一に係る２以上の電気雷管を、それらの遅延時間が前記送出時間幅Ｔより大きくなるように構成するとともに、該２以上の電気雷管をそれらが互いに異なる時刻に起爆されるように前記発破器にそれぞれ接続したことを特徴とする制御発破システム。
【請求項２】
前記２以上の電気雷管を、それらに内蔵された延時装置による遅延時間が各群同士では互いに異なり各群内ではそれぞれ同一である複数の群で構成し、該各群にそれぞれ属する電気雷管を、それらの遅延時間が前記送出時間幅Ｔより大きくなるように構成するとともに、それらが互いに異なる時刻に起爆されるように前記発破器にそれぞれ接続した請求項１記載の制御発破システム。
【請求項３】
前記複数の電気雷管を前記２以上の電気雷管のみで構成した請求項１又は請求項２記載の制御発破システム。
【請求項４】
前記複数の電気雷管のうち、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、該電気雷管が前記送出時間幅Ｔの経過後であって前記２以上の電気雷管の最短起爆時刻より前に互いに異なる時刻において起爆されるように構成しかつ前記発破器にそれぞれ接続した請求項１又は請求項２記載の制御発破システム。
【請求項５】
前記複数の電気雷管のうち、前記２以上の電気雷管を除く電気雷管を、前記切羽の中央ブロックに配置された爆薬に取り付けるとともに、前記２以上の電気雷管を、前記中央ブロックの周囲に拡がる周辺ブロックに配置された爆薬に取り付けた請求項４記載の制御発破システム。
【請求項６】
前記２以上の電気雷管のうち、前記遅延時間が短い群に属する電気雷管から順に、前記周辺ブロックであって前記中央ブロックに近い箇所から遠い箇所に向けて前記爆薬への取付けを行う請求項５記載の制御発破システム。
【請求項７】
前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成した請求項３記載の制御発破システム。
【請求項８】
前記２以上の電気雷管を除く電気雷管をＭＳ段発電気雷管で構成するとともに、前記２以上の電気雷管をＤＳ段発電気雷管で構成した請求項４乃至請求項６のいずれか一記載の制御発破システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９２２７４（Ｐ２０１３−９２２７４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３０４１（Ｐ２０１１−２３３０４１）
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（３０８０１０３６５）カヤク・ジャパン株式会社 (10)
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（３０８０１０３６５）カヤク・ジャパン株式会社 (10)
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
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