(57)【要約】【課題】発破制御機と起爆装置とを合理的に接続できる発破システムの提供。【解決手段】海底３５を掘削するための発破システム１であって、海底３５に装填される爆薬筒３０と、爆薬筒に接合される充電起爆装置２と、海上から指令信号を発信する発破制御機３と、発破制御機３と充電起爆装置２を連結する母線を有し、充電起爆装置２は、発破制御機４からの指令信号に基づいて無線で電力を供給する給電通信機と、給電通信機から無線で供給された電力を充電する蓄電機と、蓄電機に充電された電力に基づいて爆薬筒３０を起爆させる電気雷管を有し、母線の途中に中継機が設けられ、母線は、発破制御機３と中継機を連結する制御母線５と、中継機４と爆薬筒３０を連結する発破母線６を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底または水底を掘削するための発破システムであって、
海底または水底に装填される爆薬筒と、
前記爆薬筒に接合される充電起爆装置と、
海上または水上から指令信号を発信する発破制御機と、
前記発破制御機と前記充電起爆装置を連結する母線とを有し、
前記充電起爆装置は、前記発破制御機からの前記指令信号に基づいて無線で電力を供給する給電通信機と、前記給電通信機から無線で供給された電力を充電する蓄電機と、前記蓄電機に充電された電力に基づいて前記爆薬筒を起爆させる電気雷管を有し、
前記母線の途中に中継機が設けられ、
前記母線は、前記発破制御機と前記中継機を連結する制御母線と、前記中継機と前記爆薬筒を連結する発破母線を有する発破システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発破システムであって、
前記中継機は、電源を備え、前記電源の電力を前記充電起爆装置に前記発破母線を通じて供給する発破システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発破システムであって、
前記制御母線は、前記発破制御機からの前記指令信号を光信号として伝える光ファイバーを有し、
前記中継機は、前記光信号を電気信号に変換する給電側光電変換通信回路を有する発破システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の発破システムであって、
前記充電起爆装置は、通知信号を送信する送信回路を有し、
前記中継機は、前記発破母線を通じて受信した前記通知信号である電気信号を光信号に変換する受信側光電変換通信回路を有し、
前記制御母線は、前記中継機から前記通知信号を光信号として前記発破制御機へ伝える光ファイバーを有する発破システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の発破システムであって、
前記中継機は、前記中継機に挿入された前記発破母線の端部に係合するコネクターを有する発破システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の発破システムであって、
複数の前記爆薬筒を有し、
前記発破母線は、複数の前記爆薬筒を直列で連結する発破システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の発破システムであって、
前記中継機には、前記発破制御機からの前記指令信号に基づいて前記発破母線を前記中継機から切り離す母線切離機を有する発破システム。
【請求項８】
請求項７に記載の発破システムであって、
前記母線切離機は、前記発破母線を切断するための母線切離用雷管と、前記母線切離用雷管によって起爆する母線切離用爆薬を有する発破システム。
【請求項９】
海底または水底に装填される爆薬筒を起爆させるための充電起爆装置と、海上または水上から指令信号を発信する発破制御機と、前記充電起爆装置と前記発破制御機を中継機を介して連結する母線を有する発破システムにおける発破方法であって、
前記発破制御機が前記指令信号を前記母線を経由して前記充電起爆装置に向けて発信し、前記中継機が前記指令信号に基づいて前記母線を前記中継機から切断する切断時間を記憶し、
前記充電起爆装置が前記指令信号に基づいて起爆時間を記憶し、
前記中継機が前記切断時間において前記中継機に設けられた母線切離機を用いて前記中継機から前記母線を切断し、
前記中継機を爆発範囲から離脱する退避時間が経過した後である前記起爆時間において前記充電起爆装置が前記爆薬筒を起爆させる発破方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水底または海底を掘削するための発破システムおよび発破方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本は国土面積の１２倍を超える管轄海域を有し、その管轄海域に鉱物資源が埋蔵されている。近年、鉱物資源の調査が深海底においても進められており、海底における鉱物資源の採掘方法の開発も進展している（非特許文献１）。その状況において経済性の良い爆薬を用いた発破技術が模索されている。
【０００３】
特許文献１には、深海底鉱物資源を発破により採掘する方法が開示されている。深海底鉱物資源の所定範囲に複数の発破孔を穿孔し、発破孔に火薬カートリッジを装填する。火薬カートリッジは、超音波によって無線で爆薬を起爆させる起爆素子筒を備える。母船から海中に送信器が吊り下げられ、送信器から超音波による信号が発せられる。起爆素子筒が信号を受信して火薬カートリッジを起爆する。これにより海底の発破作業が行われる。
【０００４】
特許文献２には、海底に設けられた点火装置に無線で電力を供給する装置が開示されている。該装置は、海上に設置されたループアンテナを有し、ループアンテナが海中に電磁波を送信する。点火装置は、アンテナコイルと、発火用コンデンサー回路と、点火回路を蓄える。アンテナコイルがループアンテナからの電磁場を受けて電流を発生させる。アンテナコイルで発生した電流が発火用コンデンサー回路に充電される。発火用コンデンサー回路に充電された電力を用いて点火回路が爆薬を起爆させる。
【０００５】
特許文献３には、地上における発破作業に用いられる電気雷管が開示されている。電気雷管は有線で電源と接続されている。起爆前に必要に応じて電力が電源から有線を介して雷管に供給される。この電力を用いて電気雷管が爆薬を起爆させる。
【０００６】
特許文献４には、地上におけるトンネルの掘削に用いられる無線起爆装置が開示されている。起爆装置は、切羽面の孔に装填された起爆雷管と、起爆雷管に無線で電力を供給する送信アンテナを有する。送信アンテナは、トンネルの洞床、洞壁、洞天井に沿って張り巡らされる。送信アンテナに電流が流されることで、電場または磁場が発生する。起爆雷管は、電場または磁場を受けることで電流を発生する受信コイルと、受信コイルからの電流を蓄える蓄電部を有する。蓄電部に蓄えられた電流を利用して電気雷管が爆薬を起爆する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１８−９６０７５号公報
【特許文献２】特開昭４９−２１６２７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２７０９５０号公報
【特許文献４】国際公開２０１７／１８３６６２号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】戦略的イノベーション創造プログラム（ＳＩＰ）  次世代海洋資源調査技術（海のジパング計画）  研究開発計画  内閣府，２０１８年４月１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述する特許文献１，２，４に開示された起爆雷管において、充電用の電波は、海中（水中）で減衰し難いものとするため、長波長の電磁波を発するループ状の送信アンテナが使用される。しかし長波長の電磁波を発生させるループ状のアンテナは、大規模であり、設置が容易でなかった。
【００１０】
特許文献３に開示された電気雷管を海中（水中）で使用しようする場合、電気雷管と電源を有線で繋いでから海中に投入することが考えられる。しかしこの場合、電気雷管に誤って電力が供給されるおそれがある。そこで電気雷管を設置した後に、電気雷管を電源と有線で結線することが考えられる。しかし海中で電気雷管と有線を結線することは容易でない。
【００１１】
発掘作業を行う場所が、深海の海底であることもある。この場合、洋上の船に搭載された発破制御機と海底に設置される爆薬を起爆する電気雷管を含む起爆装置との距離が長くなる。そのため長距離の電線が必要になる、機材費が嵩む、あるいは発破制御機から起爆機に到達するまでに電力が減衰する等の問題が生じる場合もある。
【００１２】
そのため発破制御機と起爆装置とを合理的に接続できる発破システムが従来必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示の１つの特徴は、海底または水底を掘削するための発破システムである。当該発破システムは、海底または水底に装填される爆薬筒と、爆薬筒に接合される充電起爆装置と、海上または水上から指令信号を発信する発破制御機を有する。発破制御機と充電起爆装置は、母線によって連結される。充電起爆装置は、給電通信機と蓄電機と電気雷管を有する。給電通信機は、発破制御機からの指令信号に基づいて無線で電力を供給する。蓄電機は、給電通信機から無線で供給された電力を充電する。電気雷管は、蓄電機に充電された電力に基づいて爆薬筒を起爆させる。母線の途中には中継機が設けられる。母線は、発破制御機と中継機を連結する制御母線と、中継機と爆薬筒を連結する発破母線を有する。
【００１４】
したがって母線は、中継機によって制御母線と発破母線に分かれている。このため母線が洋上から水底または海底まで単一の長距離の構成となることを避けることができる。例えば制御母線と発破母線を材質が異なる線、あるいは性能が異なる線にすることができる。これにより発破制御機と起爆機を合理的に接続することができる。
【００１５】
また充電起爆装置は、無線で電気雷管のための電力を供給する。したがって電気雷管に電力が誤って供給されることを抑制できる。また給電通信機を含む充電起爆装置は、爆薬筒に接合されており、給電通信機も爆薬筒に近接している。そのため給電のための無線の距離が短く、充電起爆装置を小型にすることができる。
【００１６】
本開示の他の１つの特徴によると、中継機は、電源を備え、電源の電力を充電起爆装置に発破母線を通じて供給する。したがって電力は、洋上の発破制御機ではなく、中継機から充電起爆装置に供給される。そのため洋上から中継機まで電力を供給する必要がなくなり、これらを連結する制御母線に電力を供給するための電力線が不要になる。
【００１７】
本開示の他の１つの特徴によると、制御母線は、発破制御機からの指令信号を光信号として伝える光ファイバーを有する。中継機は、光信号を電気信号に変換する給電側光電変換通信回路を有する。したがって制御母線は、光ファイバーであるため、電線よりも軽量であり、簡易な構造になる。さらに光ファイバーにおいて光信号が減衰しにくいために、発破制御機から充電起爆装置への信号をより正確に送信することができる。
【００１８】
本開示の他の１つの特徴によると、充電起爆装置は、通知信号を送信する送信回路を有する。中継機は、発破母線を通じて受信した通知信号である電気信号を光信号に変換する受信側光電変換通信回路を有する。制御母線は、中継機から通知信号を光信号として発破制御機へ伝える光ファイバーを有する。したがって発破制御機は、通知信号を光信号で受信できる。したがって制御母線は、光ファイバーであるため、電線よりも軽量であり、簡易な構造になる。さらに光ファイバーにおいて光信号が減衰しにくいために、発破制御機から充電起爆装置への信号をより正確に送信することができる。
【００１９】
本開示の他の１つの特徴によると、発破母線は、複数の爆薬筒を直列で連結する。したがって中継機と各爆薬筒を接続する複数の発破母線を有する形態に比べて、母線の全長を短くすることができる。
【００２０】
本開示の他の１つの特徴によると、中継機は、中継機に挿入された発破母線の端部に係合するコネクターを有する。したがって水中においても中継機と発破母線を接続することができ、これにより作業性が向上する。あるいは電力供給が可能となる時期を遅らせることで、発破システムの設置作業の安全性が向上する。
【００２１】
本開示の他の１つの特徴によると、中継機には、発破制御機からの指令信号に基づいて発破母線を中継機から切り離す母線切離機を有する。したがって中継機が発破作業の爆発に巻き込まれることを防止でき、中継機を回収できる。これにより中継機を繰り返し利用することができる。
【００２２】
本開示の他の１つの特徴によると、母線切離機は、前記発破母線を切断するための母線切離用雷管と、母線切離用雷管によって起爆する母線切離用爆薬を有する。したがって起爆によって発破母線と中継機を比較的簡易な構造で切り離すことができる。
【００２３】
本開示のもう１つの特徴は、発破システムにおける発破方法である。当該発破システムは、海底または水底に装填される爆薬筒を起爆させる充電起爆装置と、海上または水上から指令信号を発信する発破制御機を有する。充電起爆装置と発破制御機は、中継機を介して母線で連結される。発破制御機が指令信号を母線を経由して充電起爆装置に向けて発信する。中継機が指令信号に基づいて母線を中継機から切断する切断時間を記憶する。充電起爆装置が指令信号に基づいて起爆時間を記憶する。中継機が切断時間において中継機に設けられた母線切離機を用いて中継機から母線を切断する。中継機を爆発範囲から離脱する退避時間が経過した後である起爆時間において充電起爆装置が爆薬筒を起爆させる。
【００２４】
したがって充電起爆機を用いて爆薬筒を起爆させる前に、中継機を発破作業の爆発影響範囲から退避させることで損傷を防止でき、中継機を回収できる。これにより中継機を繰り返し利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】発破システムの概略図である。
【図２】中継機の側面図である。
【図３】充電起爆部の斜視図である。
【図４】海底または水底に設置された起爆筒体の斜視図である。
【図５】発破システムのブロック図である
【図６】発破システムにおける発破作業のフローチャートである。
【図７】発破システムにおける発破作業の一部のフローチャートである。
【図８】発破システムにおける発破作業の一部のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図面を用いて本発明の１つの実施形態を説明する。図１に示すように発破システム１は、例えば深海３３における海底３５を爆薬による爆破によって掘削するために用いられる。深海３３の深さは、例えば海表面３４から海底３５までの距離が１０００〜１５００ｍ程度である。
【００２７】
図１に示すように発破システム１は、海表面３４に浮かぶ母船３２に設置される発破制御機３と、海底３５に設置される複数の爆薬筒３０と、各爆薬筒３０に設けられる充電起爆装置２を有する。発破制御機３は、母線５，６によって充電起爆装置２に連結される。詳しくは、発破制御機３は、制御母線５によって中継機４に連結され、中継機４が発破母線６によって充電起爆装置２に連結される。複数の充電起爆装置２は、発破母線６によって直列で連結される。
【００２８】
図１に示す母船３２に載置された発破制御機３は、入力装置、表示装置、信号発生装置を有する。入力装置は、例えばキーボードやスイッチ、タッチパネル等を備える。表示装置は、例えばディスプレイや点灯・消灯をするランプ等を備える。作業者は、表示装置に表示された情報を確認しながら、入力装置を操作する。例えば表示部は、充電起爆装置２の状態等を表示する。作業者が入力装置を操作することで、信号発生装置が信号を制御母線５へ発信する。
【００２９】
図１，２に示すように制御母線５は、発破制御機３からの信号を中継機４へ送信する送信用通信線５ａを有する。さらに制御母線５は、中継機４からの信号を発破制御機３に送信するための受信用通信線５ｂを有する。通信線５ａ，５ｂは、例えば信号を光として通信する光通信線である。送信用通信線５ａと受信用通信線５ｂは、被膜によって覆われることで保護されている。送信用通信線５ａと受信用通信線５ｂは、例えば軽量でかつ信号が減衰しにくい光ファイバーである。制御母線５は、海底３５近傍に位置する中継機４まで延出し、中継機４に挿通される。
【００３０】
図１，２に示すように中継機４は、母線５，６を経由することで発破制御機３と充電起爆装置２間の信号の送受信を仲介する。さらに中継機４には、充電起爆装置２に必要な電力を供給する電源回路４ｃが設けられる。中継機４は、信号の送受信のために給電側光電変換通信回路４ａと受信側光電変換通信回路４ｂを有する。光電変換通信回路４ａ，４ｂは、例えばフォトダイオード等の光電変換素子を有する。給電側光電変換通信回路４ａは、光電変換素子を利用して制御母線５の送信用通信線５ａからの光信号を電気信号に変換する。受信側光電変換通信回路４ｂは、発光素子を利用して発破母線６からの電気信号を光信号に変換して制御母線５の受信用通信線５ｂへ送信する。
【００３１】
図２に示すように給電側光電変換通信回路４ａと受信側光電変換通信回路４ｂは、電源回路４ｃと電気的に接続されており、電源回路４ｃの電源からの電力によって作動する。電源回路４ｃは、給電側光電変換通信回路４ａからの信号に基づいて電力を発破母線６に供給する。そのための構成として電源回路４ｃは、電源回路４ｃの電源と発破母線６を接続・切断するスイッチと、給電側光電変換通信回路４ａからの信号に基づいてスイッチを操作するＣＰＵと、ＣＰＵを動かすプログラムを記憶するメモリを有する。したがって発破制御機３から指令信号が発せられることで、中継機４の電源から充電起爆装置２に電力が供給される。
【００３２】
図２に示すように中継機４は、海底３５を爆薬筒３０によって爆破する前に中継機４から発破母線６を切り離す母線切離機４ｄを有する。発破制御機３から起爆信号（指令信号）が送信されると、起爆信号が給電側光電変換通信回路４ａを経て電源回路４ｃのＣＰＵに送られる。電源回路４ｃのメモリが起爆信号に基づいて母線切離機４ｄを作動するための母線切断時間（切断時間）を記憶する。ＣＰＵは、母線切断時間に達すると、母線切離機４ｄを作動させる。母線切断時間（切断時間）としては例えば６０秒以上、３００秒程度に設定することができる。
【００３３】
図２に示すように母線切離機４ｄは、中継機４のケースの外側の発破母線６の端部に設けられる。母線切離機４ｄは、母線切離用雷管４ｈと母線切離用爆薬４ｇを有する。母線切離用雷管４ｈは、電源回路４ｃの電源と連結されており、母線切断時間において母線切離用雷管４ｈに電力を供給することで、母線切離用雷管４ｈが起爆し、母線切離用爆薬４ｇを爆破して発破母線６を断ち切り、中継機４を発破母線６から切り離す。中継機４を所定の場所まで引き上げた後に、爆薬筒３０が海底３５を爆破する。
【００３４】
図２に示すように中継機４には、発破母線６を中継機４に接続するコネクター４ｉが設けられる。コネクター４ｉは、発破母線６が挿入されることで発破母線６に嵌合する爪等を有する。したがって作業者は、水中（海中）においても発破母線６を中継機に容易に接続できる。
【００３５】
図２，４に示すように発破母線６は、中継機４から充電起爆装置２に向かって延伸される通信線６ａと受信線６ｂと電源線６ｃを有する。通信線６ａと受信線６ｂと電源線６ｃは、銅線などの通電線であって、耐水性及び耐水圧性を持つ被膜によって覆われる。通信線６ａは、給電側光電変換通信回路４ａからの信号を給電通信機７の給電回路７ｃに送るためにこれらに接続される。受信線６ｂは、給電通信機７の受信回路７ｆからの信号を受信側光電変換通信回路４ｂに送るためにこれらに接続される。電源線６ｃは、中継機４の電源から給電通信機７に電力を供給するためにこれらに接続される。
【００３６】
図３，４に示すように充電起爆装置２は、電力を無線で発信する給電通信機７と、電力を無線で受信する受電機８を有する。給電通信機７は、各種部品を密閉する筒状の給電容器７ａを有する。給電容器７ａには水や海水が入り込むことを避けるために液状、ゲル状または固体状の充填物が充填される。充填物は、例えば油または樹脂であって電磁波が透過できる材料から構成される。給電容器７ａの上端には、発破母線６が横方向に挿通される。
【００３７】
図３，４に示すように給電通信機７は、発破母線６に電気的に接続される給電回路７ｃと、給電通信線７ｄによって給電回路７ｃと接続される給電コイル７ｅを有する。給電回路７ｃは、発破母線６の通信線６ａから受信した電気信号に応じて、給電コイル７ｅに特定の電流または信号を発信する。
【００３８】
図３，４に示すように給電コイル７ｅは、電力を無線で供給するために円環状に巻き回されたコイルを有する。コイルの巻き数は、１周以上で例えば１０周以上である。給電コイル７ｅは、組付孔７ｂの外周に沿って巻き回されている。中継機４から供給された電流が給電回路７ｃを経て給電コイル７ｅに供給される。給電コイル７ｅに電流が流されることにより、給電コイル７ｅの周囲に電場または磁場が発生し、電磁波が発信される。給電コイル７ｅに特定の周波数、振幅、波長の電流が流れることで、給電コイル７ｅは、電場または磁場を発生させ、特定の電磁波を発信する。電磁波の周波数は、例えば１００〜５００ＫＨｚである。
【００３９】
図３，４に示すように給電通信機７は、発破母線６の受信線６ｂに電気的に接続される受信回路７ｆと、通信線７ｇによって受信回路７ｆと接続される受信アンテナ７ｈを有する。受信アンテナ７ｈは、受電機８から無線で発信された通信信号を受信するために、例えば円環状に巻き回されたコイルを有する。コイルの巻き数は、例えば１周以上である。受信アンテナ７ｈは、特定の電磁場に曝されることにより、特定の周波数、振幅、波長の電流が発生し、かかる電流を信号として受信できる。受信アンテナ７ｈは、給電コイル７ｅが発生させる電磁波と異なる周波数、例えば該電磁波よりも高周波の電磁場の受信に特化している。これにより給電コイル７ｅが発生させる電磁波と、受信アンテナ７ｈが受信する電磁波について差別化が図られる。受信アンテナ７ｈが受信可能な電磁波の周波数は、例えば１００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下である。
【００４０】
図４に示すように給電容器７ａの下部には、受電機８が嵌合される組付孔７ｂが設けられる。組付孔７ｂは、略円筒状であって下側に開口部を有し、下方から受電機８が嵌合される。組付孔７ｂの上方に受信アンテナ７ｈが配される。
【００４１】
図４に示すように受電機８は、給電通信機７から無線で供給された電力を受信し、充電し、所定時間に爆薬筒３０を爆発させる。受電機８は、筒状の本体部８ａと、本体部８ａより小径の勘合部８ｂを有する。勘合部８ｂは、筒状であって本体部８ａと同軸上に位置し、本体部８ａから給電通信機７に向けて突出する。受電機８の容器には、水や海水が入り込むことを避けるために液状、ゲル状または固体状の充填物が充填される。
【００４２】
図３に示すように受電機８は、給電通信機７から無線で供給された電力を受信する受電コイル８ｆを有する。受電コイル８ｆは、円環状に巻き回されたコイルを有する。コイルの巻き数は、１周以上で例えば１０周以上である。受電コイル８ｆは、電磁場に曝されることにより電流を発生させる。電流は起爆用、制御用の電力として用いられる。受電コイル８ｆは、特定の電磁場に曝されることにより、特定の周波数、振幅、波長の電流が発生し、かかる特定の電流を信号として受信することもできる。電磁波の周波数は、例えば１００〜５００ＫＨｚである。受電コイル８ｆは、受電機８の勘合部８ｂが組付孔７ｂに挿入されることで、給電コイル７ｅの径方向内側に位置し、かつ給電コイル７ｅに近接される。
【００４３】
図３に示すように受電機８は、給電通信機７に信号を発信するための送信アンテナ８ｃを有する。送信アンテナ８ｃは、例えば円環状に巻き回されたコイルを有する。コイルの巻き数は、例えば１周以上である。送信アンテナ８ｃは、送信アンテナ８ｃを構成するコイルに特定の周波数、振幅、波長の電流が流れることで、送信アンテナ８ｃは電場または磁場を発生させ、特定の電磁波を発信する。送信アンテナ８ｃは、受電コイル８ｆが受信する電磁波と異なる周波数、例えば該電磁波よりも高周波の電磁場の送信に特化している。これにより送信アンテナ８ｃが発生させる電磁波と、受電コイル８ｆが受信する電磁波について差別化が図られる。送信アンテナ８ｃが発信する電磁波の周波数は、例えば１００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下である。送信アンテナ８ｃは、受電機８の勘合部８ｂが組付孔７ｂに挿入されることで、受信アンテナ７ｈと同心上に配置され、かつ受信アンテナ７ｈに近接される。
【００４４】
図４に示すように受電機８は、起爆側制御器１０を有する。図５に示すように起爆側制御器１０は、受電コイル８ｆが無線で受信した電力を貯める蓄電部１１と、受電コイル８ｆが受信した電波から所定の信号を検知する検出回路１４を有する。蓄電部１１は、起爆用蓄電部１１ａと制御用蓄電部１１ｂを有する。起爆用蓄電部１１ａ及び制御用蓄電部１１ｂは、共に蓄電可能な蓄電デバイス（例えばコンデンサ等）を含む。起爆用蓄電部１１ａ及び制御用蓄電部１１ｂは、受電コイル８ｆで発生した電流および電力を蓄える。
【００４５】
図５に示すように検出回路１４は、受電コイル８ｆが受信した電波から所定の信号を検知して、制御回路１３に信号を発信する。制御回路１３は、検出回路１４からの信号に基づいて起爆側制御器１０の各種部品を制御するＣＰＵと、ＣＰＵを動かすプログラムを記憶するメモリを有する。メモリには、予め受電機８（充電起爆装置２（図４参照））固有のシリアルナンバーが記憶される。制御回路１３は、発破制御機３からの指令信号に基づいて抵抗値測定回路１８を作動させる。
【００４６】
図５に示すように抵抗値測定回路１８は、爆薬筒３０を起爆させる電気雷管９が正常か否かを判定するために制御回路１３と電気雷管９の間に設けられる。抵抗値測定回路１８は、制御回路１３の指示を受けて電気雷管９に微弱電流を流して電気雷管９の抵抗値を測定する。制御回路１３は、電気雷管９の抵抗値が異常であると判断した際に放電回路１２を作動させる。
【００４７】
図５に示すように放電回路１２は、電気雷管９が異常であると制御回路１３が判断した際に蓄電部１１に蓄電された電流を放電する。放電回路１２は、制御回路１３と電気雷管９の間に設けられる。放電回路１２は、制御回路１３からの指示に基づいて起爆用蓄電部１１ａと電気的に接続され、起爆用蓄電部１１ａに蓄えられた電力を発散させる。
【００４８】
図５に示すように制御回路１３は、電気雷管９が正常か異常かを送信回路１５と送信アンテナ８ｃを介して給電通信機７に発信する。送信回路１５は、制御回路１３からの信号を受けて特定の周波数、振幅、波長の電流を発生して送信アンテナ８ｃに供給する。
【００４９】
充電起爆装置２において起爆の準備が完了した後に、発破制御機３から起爆信号が発せられる。起爆信号が図５に示すように受電コイル８ｆと検出回路１４を経て制御回路１３に送信される。制御回路１３は、起爆信号に基づいてスイッチ回路１６を操作する。スイッチ回路１６は、蓄電部１１と電気雷管９との間に介在する。スイッチ回路１６は、制御回路１３によって切断状態から接続状態になって起爆用蓄電部１１ａと電気雷管９を電気的に接続する。これにより起爆用蓄電部１１ａからの電力が電気雷管９に供給されて、爆薬筒３０が爆発する。
【００５０】
図１，３に示すように爆薬筒３０は、筒状の爆発体であって、海底３５に設けられた装填穴３５ａに装填される。爆薬筒３０は、筒本体と、筒本体内に装填された爆薬を有する。筒本体は海水が入り込まないよう爆薬を密閉する。爆薬筒３０の長手方向一端に充電起爆装置２が装着される。爆薬筒３０は、例えば１つの爆薬、あるいは長手方向に直列に連結された複数の爆薬を含む。
【００５１】
発破システム１を利用して海底３５を爆破する発破方法のフローを図６〜８に従って説明する。先ず作業者は、図５を参照するように発破の準備のために、発破制御機３を操作して発破制御機３から指令信号を発生させる（図６のステップＳ１）。指令信号は、光信号である指令光信号として制御母線５（図１，２参照）を介して中継機４に送信される。中継機４の給電側光電変換通信回路４ａが指令光信号を電気信号に変換する（図６のステップＳ２）。電気信号が発破母線６（図１，２参照）を介して給電通信機７に送信される。電気信号に基づいて給電回路７ｃが給電用電流を送信する（図６のステップＳ３）。給電用電流を受けた給電コイル７ｅが電磁波を発信する（図６のステップＳ４）。
【００５２】
図５に示すように受電コイル８ｆが電磁波を受信し、受電コイル８ｆが電流を発生させる。（図６のステップＳ５）。電流が蓄電部１１に流れ、起爆用蓄電部１１ａと制御用蓄電部１１ｂが蓄電される（図６のステップＳ６）。制御回路１３は、起爆用蓄電部１１ａと制御用蓄電部１１ｂの充電が完了したことを検知した際に、充電完了通知信号を送信する。制御回路１３は、充電完了信号とともに予め記憶するシリアルナンバーを信号として送信する（図６のステップＳ７）。送信回路１５は、制御回路１３から充電完了通知信号（および充電起爆装置２のシリアルナンバー）を受信し、電流に変換する（図６のステップＳ８）。変換された電流が送信アンテナ８ｃに流れ、送信アンテナ８ｃが電磁波を発信する（図６のステップＳ９）。
【００５３】
図５に示すように受信アンテナ７ｈが送信アンテナ８ｃからの電磁波を受信し、受信アンテナ７ｈが電流を発生させる（図６のステップＳ１０）。受信回路７ｆが受信アンテナ７ｈからの電流を充電完了通知信号に変換し、増幅する（図６のステップＳ１１）。充電完了通知信号が発破母線６（図１，２参照）を介して中継機４に送信される。受信側光電変換通信回路４ｂが充電完了通知信号を受け、充電完了通知信号を通知光信号に変換する（図６のステップＳ１２）。通知光信号が制御母線５（図１，２参照）を介して発破制御機３に送信される。発破制御機３が通知光信号を受信する（図６のステップＳ１３）。発破制御機３の表示部がシリアルナンバーに基づく各受電機８の準備完了状態を表示する。作業者は、これにより各充電起爆装置２の起爆準備が完了したことを認識できる（図６のステップＳ１４）。
【００５４】
図６に示すようにステップＳ６を行った後、ステップＳ７と並行して図７に示すステップＳ３０も行う。図５を参照するように受電コイル８ｆからの電流を検出回路１４が受信し、電流から信号を検出し（図７のステップＳ３０）、検出回路１４が制御回路１３に信号を送信する。その信号に基づいて制御回路１３が抵抗値測定回路１８に信号を送信する。抵抗値測定回路１８は、制御用蓄電部１１ｂに蓄えられた電力の一部を微弱電流として用いて電気雷管９の抵抗値を測定する（図７のステップＳ３１）。制御回路１３が測定された抵抗値から電気雷管９に不具合が有るか無いかを確認する（図７のステップＳ３２）。不具合が無い場合、制御回路１３が送信回路１５に検査完了信号を送信する（図７のステップＳ３３）。
【００５５】
図５を参照するように送信回路１５から送信された検査完了信号が電流として送信アンテナ８ｃに送られる。送信アンテナ８ｃが検査完了信号を電磁波として発信する（図７のステップＳ３４）。受信アンテナ７ｈが電磁波を受信し、電流に変換する（図７のステップＳ３５）。受信回路７ｆが受信アンテナ７ｈからの電流を検査完了信号として受信する（図７のステップＳ３６）。受信回路７ｆが検査完了信号を送信し、受信側光電変換通信回路４ｂが検査完了信号を光信号に変換し、送信する（図７のステップＳ３７）。光信号は、制御母線５を介して発破制御機３に送信される。発破制御機３が検査完了の光信号を受信し（図７のステップＳ３８）、発破制御機３の表示部が検査完了の旨を表示する（図７のステップＳ３９）。
【００５６】
ステップＳ３９（図７参照）とステップＳ１４（図６参照）が終了した後に、ステップＳ１５の処理が行われる。すなわち発破制御機３の表示部に蓄電部１１の充電が完了した旨（ステップＳ１４）と、電気雷管９の検査完了の旨（ステップＳ３９）が表示される。作業者は、これら表示を確認して発破制御機３の入力部を操作する。発破制御機３は、入力部の操作に基づいて起爆光信号を送信する（図６のステップＳ１５）。起爆光信号が制御母線５を介して中継機４に送信される。給電側光電変換通信回路４ａが起爆光信号を電気信号に変換し、給電回路７ｃに向けて送信する（図６のステップＳ１６）。電気信号は、発破母線６を経由して給電通信機７に送信される。
【００５７】
図５を参照するように給電回路７ｃが起爆信号を受信して電流に変換し、給電コイル７ｅに送信する（図６のステップＳ１７）。電流が流れることにより、給電コイル７ｅは電磁波として起爆信号を発信する（図６のステップＳ１８）。受電コイル８ｆが起爆信号を電磁波として受信し、電流を発生させる（図６のステップＳ１９）。検出回路１４が受電コイル８ｆからの電流に基づいて起爆信号を検出する（図６のステップＳ２０）。起爆信号には、各シリアルナンバーに対応する起爆時間が含まれている。制御回路１３は、対応するシリアルナンバーの起爆時間をメモリに記録する。制御回路１３のタイマーが起爆時間に達した際に制御回路１３がスイッチ回路１６をＯＮ状態となる（図６のステップＳ２２）。なお起爆時間は、海底３５を効率良く順次爆破するようにシリアルナンバー毎に相違している。
【００５８】
図６に示すようにステップＳ１６の後に、ステップＳ１７と並行して、図８に示すステップＳ２５も行われる。すなわちステップＳ１６において給電側光電変換通信回路４ａが起爆光信号を電気信号に変換する。電気信号に基づいて中継機４が電源回路４ｃのメモリに母線切断時間を記録する（図８のステップＳ２５）。中継機４のタイマーが母線切断時間に達した際に電源回路４ｃが母線切離機４ｄの母線切離用雷管４ｈに電力を供給する。母線切離用雷管４ｈが母線切離用爆薬４ｇを起爆する（図８のステップＳ２６）。これにより発破母線６が中継機４から切断される。母船３２に搭載された回収機を利用して制御母線５を回収する。制御母線５の回収によって中継機４が母船３２に向けて回収される（図８のステップＳ２７）。中継機４が爆薬筒３０の爆破力の影響の小さい場所まで離れた後にステップＳ２２が行われる。すなわち起爆時間は、母線切断時間よりも遅く、その時間差において中継機４を爆薬筒３０から遠ざける。起爆時間としては、例えば３６０秒以上、６００秒程度に設定することができる。
【００５９】
ステップＳ２７（図８参照）とステップＳ２１（図６参照）が終了した後に、制御回路１３がスイッチ回路１６をＯＮにする（図６のステップＳ２２）。電気雷管９が起爆用蓄電部１１ａから電力を受けて（図６のステップＳ２３）電気雷管９が爆薬筒３０を起爆する（図６のステップＳ２４）。
【００６０】
図７のステップＳ３２において電気雷管９に不具合が有ると制御回路１３が判断した場合は、ステップＳ４０以降のステップを行って、爆破作業を停止する。すなわち図５を参照するように制御回路１３が放電信号を放電回路１２に送信する。（図７のステップＳ４０）。放電回路１２が放電信号に基づいて起爆用蓄電部１１ａを放電させる（図７のステップＳ４１）。放電回路１２が起爆用蓄電部１１ａの放電が終了した際に放電完了信号を制御回路１３に送信する（図７のステップＳ４２）。放電完了信号には充電起爆装置２に対応するシリアルナンバーの情報も含まれる。
【００６１】
図５を参照するように制御回路１３が放電完了信号を送信回路１５に送信し（図７のステップＳ４３）、送信回路１５が放電完了信号を電流として送信アンテナ８ｃに送信する（図７のステップＳ４４）。送信アンテナ８ｃが放電完了信号を発信し（図７のステップＳ４５）、受信アンテナ７ｈが放電完了信号を受信する。受信回路７ｆが受信アンテナ７ｈからの電流に基づいて放電完了信号を抽出する（図７のステップＳ４６）。受信回路７ｆが放電完了信号を受信側光電変換通信回路４ｂに送信する（図７のステップＳ４７）。受信側光電変換通信回路４ｂが放電完了信号を光信号に変換し、送信する（図７のステップＳ４８）。発破制御機３が放電完了信号を光信号として受信し（図７のステップＳ４９）、発破制御機３の表示部が蓄電部１１の電力を放電した旨および放電を行った充電起爆装置２のシリアルナンバーを表示する（図７のステップＳ５０）。これにより作業者は、特定のシリアルナンバーの電気雷管９に異常があったために蓄電部１１の電力が放電されたことを知る。
【００６２】
上述するように発破システム１が構成される。すなわち図１に示すように発破システム１は、海底に装填される爆薬筒３０と、爆薬筒３０に接合される充電起爆装置２と、指令信号を発信する発破制御機３を有する。発破制御機３と充電起爆装置２は、母線（制御母線５及び発破母線６）によって連結される。図４，５に示すように充電起爆装置２は、給電通信機７と蓄電機１１と電気雷管９を有する。給電通信機７は、発破制御機３からの指令信号に基づいて無線で電力を供給する。蓄電機１１は、給電通信機７から無線で供給された電力を充電する。電気雷管９は、蓄電機１１に充電された電力に基づいて爆薬筒３０を起爆させる。図１に示すように母線の途中には中継機４が設けられる。母線は、発破制御機３と中継機４を連結する制御母線５と、中継機４と充電起爆装置２を連結する発破母線６を有する。
【００６３】
したがって母線は、中継機４によって制御母線５と発破母線６に分かれている。このため母線が洋上から水底または海底まで単一の長距離の構成となることを避けることができる。例えば制御母線５と発破母線６を材質が異なる線、あるいは性能が異なる線にすることができる。これにより発破制御機３と充電起爆機２を合理的に接続することができる。
【００６４】
図４に示すように充電起爆装置２は、無線で電気雷管９のための電力を供給する。したがって電気雷管９に電力が短絡等によって供給されることを抑制できる。また給電通信機７を含む充電起爆装置２は、爆薬筒３０（図３参照）に接合されており、給電通信機７も爆薬筒３０に近接している。そのため給電のための無線の距離が短く、充電起爆装置２を小型にすることができる。
【００６５】
図２に示すように中継機４は、電源（電源回路４ｃ）を備え、電源の電力を充電起爆装置２に発破母線６を通じて供給する。したがって電力は、洋上の発破制御機３ではなく、中継機４から充電起爆装置２（図１参照）に供給される。そのため洋上から中継機４まで電力を供給する必要がなくなり、これらを連結する制御母線５に電力を供給するための電力線が不要になる。
【００６６】
図２に示すように制御母線５は、発破制御機３（図１参照）からの指令信号を光信号として伝える光ファイバーを有する。中継機４は、光信号を電気信号に変換する給電側光電変換通信回路４ａを有する。したがって制御母線５は、光ファイバーであるため、電線よりも軽量であり、簡易な構造になる。さらに光ファイバーにおいて光信号が減衰しにくいために、発破制御機３から充電起爆装置２への信号をより正確に送信することができる。
【００６７】
図５に示すように充電起爆装置２は、通知信号を送信する送信回路１５を有する。図２に示すように中継機４は、発破母線６を通じて受信した通知信号である電気信号を光信号に変換する受信側光電変換通信回路４ｂを有する。制御母線５は、中継機４から通知信号を光信号として発破制御機３へ伝える光ファイバーを有する。したがって図１を参照するように発破制御機３は、通知信号を光信号で受信できる。したがって制御母線５は、光ファイバーであるため、電線よりも軽量であり、簡易な構造になる。さらに光ファイバーにおいて光信号が減衰しにくいために、発破制御機３から充電起爆装置２への信号をより正確に送信することができる。
【００６８】
図１に示すように発破母線６は、複数の爆薬筒３０を直列で連結する。したがって中継機４と各爆薬筒３０を並列で接続する複数の発破母線６を有する形態に比べて、母線の全長を短くすることができる。
【００６９】
図２に示すように中継機４は、中継機４に挿入された発破母線６の端部に係合するコネクター４ｉを有する。したがって水中においても中継機４と発破母線６を接続することができ、これにより作業性が向上する。あるいは電力供給が可能となる時期を遅らせることで、発破システムの設置作業の安全性が向上する。
【００７０】
図２に示すように中継機４には、発破制御機３（図１参照）からの指令信号に基づいて発破母線６を中継機４から切り離す母線切離機４ｄを有する。したがって中継機４が発破作業の爆発に巻き込まれることを防止でき、中継機４を回収できる。これにより中継機４を繰り返し利用することができる。
【００７１】
図２に示すように母線切離機４ｄは、発破母線６を切断するための母線切離用雷管４ｈと、母線切離用雷管４ｈによって起爆する母線切離用爆薬４ｇを有する。したがって起爆によって発破母線６と中継機４を比較的簡易な構造で切り離すことができる。
【００７２】
図１に示すように発破システム１は、海底または水底に装填される爆薬筒３０を起爆させる充電起爆装置２と、海上または水上から指令信号を発信する発破制御機３を有する。充電起爆装置２と発破制御機３は、中継機４を介して母線で連結される。発破制御機３が指令信号を母線を経由して充電起爆装置２に向けて発信する。中継機４が指令信号に基づいて母線を中継機から切断する切断時間を記憶する。充電起爆装置２が指令信号に基づいて起爆時間を記憶する。中継機４が切断時間において中継機に設けられた母線切離機４ｄ（図２参照）を用いて中継機４から母線（発破母線６）を切断する。中継機４を爆発範囲から離脱する退避時間が経過した後である起爆時間において充電起爆装置２が爆薬筒３０を起爆させる。
【００７３】
したがって図１に示すように充電起爆機２を用いて爆薬筒３０を起爆させる前に、中継機４を発破作業の爆発影響範囲から退避させることで損傷を防止でき、中継機４を回収できる。これにより中継機４を繰り返し利用することができる。
【００７４】
発破システム１は、図１に示すように海底３５を爆破するために使用される。これに代えて発破システム１は、水を貯蓄する池、湖、河川などの水底を爆破するために使用されても良い。
【００７５】
図２に示すように中継機４が給電側光電変換通信回路４ａと受信側光電変換通信回路４ｂを有する。これに代えて給電側光電変換通信回路４ａと受信側光電変換通信回路４ｂを各充電起爆装置２の給電通信機７に設ける。この場合、発破母線６を制御母線５と同様、光ケーブル等の光通信線にすることもできる。
【００７６】
図２に示すように中継機４が給電側光電変換通信回路４ａと受信側光電変換通信回路４ｂを有する。これに代えて中継機４が給電側光電変換通信回路４ａと受信側光電変換通信回路４ｂを有していない構成でもよい。この場合は、制御母線５が発破母線６と同様、銅線等の通電線にする。そして制御母線５と発破母線６は、中継機４によって中継されるため、制御母線５と発破母線６の通電線を異なる材料から構成できる、あるいは異なる直径から構成できる。
【００７７】
図２に示すように中継機４に電源（電源回路４ｃ）が設けられている。これに代えて、各充電起爆装置２の給電通信機７内に電源を設けてもよい。この場合、中継機４と充電起爆装置２を連結する発破母線６に必要な通電線の本数を少なくすることができる。
【００７８】
図２に示すように母線切離機４ｄは、発破母線６を切断するための母線切離用雷管４ｈと、母線切離用雷管４ｈによって起爆する母線切離用爆薬４ｇを有する。すなわち発破母線６を母線切離用爆薬４ｇの爆発力により寸断することで、発破母線６と中継機４を切り離す。これに代えて中継機４と発破母線６を自動的に切り離す他の構成を有していても良い。例えば、信号によって作動する電子スイッチをコネクター４ｉに設け、電子スイッチの作動によってコネクター４ｉから発破母線６を切り離す構成であっても良い。
【００７９】
図２に示すように制御母線５は、二本の通信線（例えば光ファイバー）５ａ，５ｂを有する。これに代えて制御母線５を一本の通信線（例えば光ファイバー）で構成し、その一本で送受信が可能な構成としても良い。
【００８０】
図１に示すように発破母線６は、複数の充電起爆装置２を直列に繋ぐ。これに代えて中継機４と各充電起爆装置２が各発破母線６で繋ぐ、すなわち中継機４と各充電起爆装置２を並列で繋ぐ構成でも良い。
【００８１】
図４，５に示すように給電通信機７は受信回路７ｆと受信アンテナ７ｈを有する。これに代えて、給電通信機７が受信回路７ｆと受信アンテナ７ｈを有さない構成とすることもできる。
【００８２】
図５に示すように受電機８には、起爆用蓄電部１１ａを放電させる放電回路１２が設けられる。これに代えて受電機８は、放電回路１２を有していなくても良い。この構造の場合、最初の充電の際に制御用蓄電部１１ｂにのみ充電しても良い。そのうえで抵抗値測定回路１８によって電気雷管９の抵抗値を確認し、異常がなければ起爆用蓄電部１１ａに蓄電を行っても良い。
【００８３】
図５に示すように受電機８は、電気雷管９の不具合を確認するための抵抗値測定回路１８を有する。これに代えて受電機８は、抵抗値測定回路１８を有していなくても良い。
【００８４】
図２に示すように中継機４は、母線切離機４ｄを有する。これに代えて中継機４は、母線切離機４ｄを有さない構成でも良い。図２に示すように母線切離機４ｄは、発破母線６と中継機４の連結部を切断しても良いし、中継機４の近傍において発破母線６を切断しても良い。
【００８５】
図１に示すように爆薬筒３０は、海底３５の装填穴３５ａに挿入される。これに代えて爆薬筒３０は、海底３５に存在する割れ目に挿入、あるいは海底３５上に設置されても良い。図１に示すように充電起爆装置２の一部が海底３５の外に位置している。これに代えて充電起爆装置２の全部が海底３５内に位置、あるいは全部が海底３５の外に位置していても良い。
【符号の説明】
【００８６】
１    発破システム
２    充電起爆装置
３    発破制御機
４    中継機
４ａ  給電側光電変換通信回路
４ｂ  受信側光電変換通信回路
４ｃ  電源回路（電源）
４ｉ  コネクター
５    制御母線（母線）
６    発破母線（母線）
９    電気雷管
１１  蓄電機（蓄電部）
１５  送信回路
３０  爆薬筒
３５  海底
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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