(57)【要約】【課題】後ガスを改良し、火薬原単位を低下させる爆薬組成物を提供すること。【解決手段】嵩比重が０．５〜０．７ｇ／ｃｍ３であるポーラスプリル硝安と有機酸を含むことを特徴とする爆薬組成物。【選択図】　選択図なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
嵩比重が０．５〜０．７ｇ／ｃｍ３であるポーラスプリル硝安と有機酸を含むことを特徴とする爆薬組成物。
【請求項２】
ポーラスプリル硝安の吸油率が１５〜３０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の爆薬組成物。
【請求項３】
ポーラスプリル硝安の硬度が３〜１５重量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の爆薬組成物。
【請求項４】
ポーラスプリル硝安の平均粒径が０．８〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の爆薬組成物。
【請求項５】
さらに、液状の燃料を含んでなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の爆薬組成物。
【請求項６】
爆薬１００ｇ当たりの酸素バランスが−１０から１０ｇであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の爆薬組成物
【請求項７】
さらに、ポーラスプリル硝安よりも嵩比重の低い低嵩比重物質を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の爆薬組成物。
【請求項８】
有機酸が、フマル酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸のいずれか、もしくはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の爆薬組成物。
【請求項９】
有機酸の含有量が、爆薬組成物全体の１〜２０重量％であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の爆薬組成物。
【請求項１０】
硝安油剤爆薬であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の爆薬組成物。
【請求項１１】
さらに、金属粉を添加することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の爆薬組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル、砕石、採鉱等の産業発破に用いられる爆薬組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポーラスプリル硝安を含む爆薬としては硝安油剤爆薬（以下ＡＮＦＯと略記）が代表的であるが、ＡＮＦＯは、ポーラスプリル硝安と軽油などを混合した爆薬であり、簡単な装置で容易に製造できることから安価であること、また流動性に優れているため発破孔への直接流し込みやＡＮＦＯローダーによる装填が可能であること、さらに衝撃感度が低く安全であることなどから広い分野で使用されている。
【０００３】
トンネルや坑内掘進の鉱山などでは、掘削後の内壁安定のためにコンクリートを内壁に吹き付けているが、このコンクリートとＡＮＦＯ中の硝安が接触し、アンモニアガスが発生する。アンモニアは人体に有毒であり、刺激臭を伴うため作業環境を悪化させるが、これに対応するため、ＡＮＦＯがコンクリートと接触してもアンモニアガスの発生を抑制する目的で、有機酸を添加した有機酸入りＡＮＦＯが開発され、現在使用されている。
【０００４】
しかしながら、燃料となり得る有機酸は粉末であるため酸化剤と燃料との混合性が悪いこと、更に、アンモニア発生抑制効果は有機酸添加量に比例しており、大きな抑制効果を得る場合には添加量を多くするため燃料過剰となること、などの理由から発破後の後ガス中の有毒ガス濃度が高くなり、作業者の待避時間が長くなるという問題があった。
また、ＡＮＦＯを坑内で使用する場合は、ＡＮＦＯローダーを用いて発破孔に密充填するために、含水爆薬やダイナマイトなどに比べ火薬原単位が増大するという問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ポーラスプリル硝安と有機酸を含む爆薬の後ガスを改良すると同時に、火薬原単位を低下させることができる爆薬組成物を提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、特定の嵩比重を有するポーラスプリル硝安を用いることにより、後ガスが良く、原単位を低下させることができる爆薬組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記の通りである。
【０００７】
１．嵩比重が０．５〜０．７ｇ／ｃｍ３であるポーラスプリル硝安と有機酸を含むことを特徴とする爆薬組成物。
２．ポーラスプリル硝安の吸油率が１５〜３０重量％であることを特徴とする１．に記載の爆薬組成物。
３．ポーラスプリル硝安の硬度が３〜１５重量％であることを特徴とする１．または２．に記載の爆薬組成物。
【０００８】
４．ポーラスプリル硝安の平均粒径が０．８〜３ｍｍであることを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の爆薬組成物。
５．さらに、液状の燃料を含んでなることを特徴とする１．〜４．のいずれかに記載の爆薬組成物。
６．爆薬１００ｇ当たりの酸素バランスが−１０から１０ｇであることを特徴とする１．〜５．のいずれかに記載の爆薬組成物
７．さらに、ポーラスプリル硝安よりも嵩比重の低い低嵩比重物質を含むことを特徴とする１．〜６．のいずれかに記載の爆薬組成物。
【０００９】
８．有機酸が、フマル酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸のいずれか、もしくはそれらの混合物であることを特徴とする１．〜７．のいずれかに記載の爆薬組成物。
９．有機酸の含有量が、爆薬組成物全体の１〜２０重量％であることを特徴とする１．〜８．のいずれかに記載の爆薬組成物。
１０．硝安油剤爆薬であることを特徴とする１．〜９．のいずれかに記載の爆薬組成物。
１１．さらに、金属粉を添加することを特徴とする１．〜９．のいずれかに記載の爆薬組成物。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、特にその好ましい態様を中心に、具体的に説明する。
本発明の爆薬組成物に用いるポーラスプリル硝安の嵩比重は０．５〜０．７ｇ／ｃｍ３であり、好ましくは０．５５〜０．６５ｇ／ｃｍ３である。これに対して、従来の製品の硝安は０．７ｇ／ｃｍ３を越えるものであったが、嵩比重が０．５〜０．７ｇ／ｃｍ３の範囲内であれば、爆薬の反応性が向上して後ガスが良くなり、原単位が低下することを新たに見出した。この範囲より嵩比重が小さいと更に後ガスが良くなり、原単位が低下するが、ポーラスプリル硝安の硬度が低下して粉化することや、一発破孔に装填する爆薬量が減少しすぎることから、発破孔の数が増加し、削孔時間が増大してしまう。
【００１１】
ポーラスプリル硝安の嵩比重は、以下の測定方法により得られる値である。
まず、下端にダンパーを備え、上端の口径が９３ｍｍ、下端の口径が１５．５ｍｍ、高さが１２０ｍｍのホッパーを、内径４０ｍｍ、深さ８０ｍｍ、容積１００ｃｍ３の容器の上に、容器の上端とホッパーの下端の間隔が３６．５ｍｍとなるよう配置する。
次いで、約１２０ｃｍ３のポーラスプリル硝安をホッパーに仕込み、ダンパーを引き抜いて容器内へ自然流下させる。容器上端より上に盛り上がったポーラスプリル硝安を定規でスリ落とし、容器内のポーラスプリル硝安重量を上皿天秤で秤量する。秤量後、以下に示す式より嵩比重を算出する。
【００１２】
嵩比重（ｇ／ｃｍ３）＝Ｗ／Ｖ
この式におけるＷは容器内のポーラスプリル硝安の重量（ｇ）、Ｖは容器の容積（１００ｃｍ３）である。
本発明の爆薬組成物に使用される有機酸はフマル酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸などが好ましく、単体もしくはそれらの混合物が用いられる。より好ましくはクエン酸やリンゴ酸が良い。有機酸の添加量は、爆薬全体の１〜２０重量％が好ましく、より好ましくは４〜１５重量％、更に好ましくは６〜１２重量％、更に好ましくは６〜９重量％である。
【００１３】
ポーラスプリル硝安の吸油率は１５〜３０重量％が好ましく、より好ましくは１８〜２５重量％である。
ポーラスプリル硝安の吸油率は、以下の測定方法により得られる値である。
まず、予め重量を秤量しておいた直径４０ｍｍ、内容量６０ｃｃのブフナーロート型ガラスフィルターにフィルター板上面から４０ｍｍの高さまでポーラスプリル硝安を入れて全体重量を秤量する。
【００１４】
次いで、ガラスフィルターの先にピンチコックで穴を塞いだゴム管を装着し、ポーラスプリル硝安が完全に沈むまで２号軽油を加えて５分間放置する。
放置後、ゴム管を外して２号軽油を２分間自然落下させ、真空ポンプをつないで５分間吸引する。
吸引終了後、真空ポンプから取り外して全体重量を秤量し、以下に示す式より吸油率を算出する。
【００１５】
吸油率（重量％）＝（Ｗ２−Ｗ１−０．１）／（Ｗ１−Ｗ０）×１００
この式におけるＷ０はガラスフィルターの重量（ｇ）、Ｗ１はポーラスプリル硝安仕込み後の全体重量（ｇ）、Ｗ２は真空ポンプ吸引後の全体重量（ｇ）であり、０．１はガラスフィルターの壁面に付着する軽油の補正値である。
ポーラスプリル硝安の硬度は３〜１５重量％が好ましい。より好ましくは３〜１０重量％、更に好ましくは４〜７重量％である。硬度の値が小さいほど、ポーラスプリル硝安は崩れ難い。これらの範囲のものであれば、製造時、運搬時、貯蔵時、消費現場において粉化を起こし難い。
【００１６】
ポーラスプリル硝安の硬度は、硬度測定装置を用いて測定される値である。
硬度測定装置は、水平に固定されたポーラスプリル硝安を乗せておく受け皿、及びそれと同じ中心軸でポーラスプリル硝安を押さえながら回転する挽き皿によって構成され、受け皿はステンレス製で直径２００ｍｍ、挽き皿はステンレス製で、直径１９０ｍｍ、重量１７１５ｇである。挽き皿は上下方向への固定がなく、その重量がそのままポーラスプリル硝安への荷重となって電気モーターにより０．５回転／ｓの速度で回転する。
【００１７】
測定手順は以下の通りである。
まず、目開き１．４０ｍｍと１．００ｍｍの篩を用いてポーラスプリル硝安を篩い分ける。
篩は目開きが小さな方を下にして重ね、ポーラスプリル硝安を入れて振とう機で５分間振とうする。
次いで、目開き１．００ｍｍの篩に残るポーラスプリル硝安から５０ｇ秤量して硬度測定装置の受け皿に均一に広げ、その上に挽き皿を重ねる。
【００１８】
装置を起動し、１０秒間挽き皿を回転させてポーラスプリル硝安を磨り潰す。
受け皿からポーラスプリル硝安を取り出して目開き１．００ｍｍの篩に入れ、振とう機を用いて１分間振とうする。
篩を通過するポーラスプリル硝安の重量を秤量して以下の式により硬度を算出する。
硬度（重量％）＝Ｗ１（ｇ）／Ｗ０（ｇ）×１００
この式におけるＷ０は受け皿のポーラスプリル硝安の重量（例えば５０ｇ）、Ｗ１は磨り潰し後に篩を通過するポーラスプリル硝安の重量（ｇ）である。
【００１９】
ポーラスプリル硝安の平均粒径は０．８〜３ｍｍが好ましい。より好ましくは１〜２．５ｍｍ、更に好ましくは１〜１．６ｍｍ、更に好ましくは１〜１．３ｍｍである。これらの範囲であれば、有機酸との混合性が良好で反応性が増大する。
本発明におけるポーラスプリル硝安の平均粒径はＤ５０（質量基準５０％径）の値であり、目開き４．００ｍｍ、３．３５ｍｍ、２．８０ｍｍ、２．３６ｍｍ、１．７０ｍｍ、１．１８ｍｍ、０．８５ｍｍ、０．４２５ｍｍの篩でポーラスプリル硝安１００ｇを篩い分けて、その結果から求める。なお、篩は目開きの小さいものから順に重ねてポーラスプリル硝安を入れ、振とう機を使用して５分間振とうする。
【００２０】
本発明の爆薬組成物に用いる燃料は液状の燃料が好ましい。液状の燃料であると、硝安内部への浸透により良好な混合性が得られ、固体燃料を用いるよりも反応性が高くなる。
液状の燃料としては、例えば炭化水素系燃料、アルコール系燃料、ニトロ化合物系燃料などがあり、いずれも使用できるが、軽油、灯油、重油、シリコン油、スピンドル油等は安価で容易に入手できるなどの利点があり好ましく、特に軽油は低粘度で硝安への浸透性が良く、しかも最も安価であるためより好ましい燃料である。
【００２１】
本発明の爆薬組成物は、硝安油剤爆薬であることが望ましい。硝安油剤爆薬はＪＩＳ　Ｋ　４８０１で規定されているように、硝安及び引火点５０℃以上の軽油を成分とし、火薬、爆薬又は鋭感剤となる金属粉等を含まない粒状または粉状のものであって、カートン紙筒試験、または塩ビ雨樋試験において６号雷管１本で完爆せず、さらにＪＩＳ　Ｋ　４８１０で規定される爆速試験において２５００ｍ／ｓ以上の爆速を示すものである。本発明の爆薬組成物が硝安油剤爆薬であれば、産業爆薬の主力製品である硝安油剤爆薬の製造設備を容易に転用することができ、更にその重袋をそのまま使用することができる。更に、フレキシブル中型容器による包装も可能であり、消費における取り扱いを容易にすることができ、コストも低くすることができる。
【００２２】
本発明の爆薬組成物の酸素バランスは、爆薬１００ｇ当たり−１０〜１０ｇであることが好ましい。より好ましくは、−７〜２ｇであり、更に好ましくは−３〜１ｇであり、更に好ましくは０である。酸素バランスが０に近いほど後ガスが良くなる。
酸素バランスとは、例えば、「エネルギー物質ハンドブック」（共立出版株式会社、１９９９年３月１日）に記載されているように、その系における完全酸化反応生成物を与えるのに必要な酸素に対するその系が含む酸素の割合を、試料１００ｇ当たりの酸素のグラム数で表したもので、酸素過剰の場合は正、不足の場合は負の値となる。
【００２３】
本発明の爆薬組成物には、嵩比重調整剤としてポーラスプリル硝安よりも嵩比重の低い低嵩比重物質を添加できる。低嵩比重物質の粒径はポーラスプリル硝安と同程度であることが好ましく、粒度の範囲がポーラスプリル硝安の粒度以内であることが好ましい。嵩比重は０．１〜０．６５ｇ／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは０．１〜０．５ｇ／ｃｍ３、更に好ましくは０．１５〜０．４ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。このような粒径と嵩比重であると、ポーラスプリル硝安との混合性が良好で分離し難い。低嵩比重物質としては、例えば発泡スチロール、木粉、もみ殻、シラスバルーン、パーライト、アタパルジャイト、バーミキュライト等があり、何でも使用できるが、後ガス、吸湿性や硬度を考慮し、シラスバルーンが好ましい。
【００２４】
本発明の爆薬組成物には、アルミニウム粉末、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの発熱剤を添加することができる。これらには、例えば、ＥＣＫＡＲＴ社の「ＦＧ」、「ＦＫ」、「ＧＲ」、「ＭＦ」、「ＰＦ」、「ＰＫ」、「ＭＸ」、「ＡＳ」、「ＡＮ」、「ＡＫ」，「ＧＬ」、「ＧＮ」（それぞれ商品名）シリーズやＵ．Ｓ．ＧＲＡＮＵＬＥＳ社製の「ＡＬＭＥＧＸＸ」、「ＥＸＯＦＩＮＥＨ−３０」、「ＥＸＯＦＩＮＥ２１００」（それぞれ商品名）などの粉末状物や、これらよりも更に細かい東洋アルミニウム（株）や旭化成メタルズ（株）製のアルミペーストなどがある。添加量は海外で一般的にＡＮＦＯ（１００重量部）に加えられる添加量でよく、１〜１５重量部が好ましく、より好ましくは１〜１０重量部、更に好ましくは３〜６重量部である。これらを添加することにより、それ自身の燃焼熱や爆薬の反応性を増大させ爆薬の爆発エネルギーを増大させることができる。
【００２５】
さらに本発明の爆薬組成物には耐ブロッキング剤、及び流動性向上剤として炭酸カルシウム、シリカ、タルク、カーボンブラック、またはグラファイト、金属酸化物などが添加できる。
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００２６】
【実施例１】
嵩比重０．６４ｇ／ｃｍ３、吸油率２０．１重量％、硬度５．５重量％、平均粒径１．２ｍｍのポーラスプリル硝安９４．０重量部とクエン酸（扶桑化学工業（株）製「クエン酸Ｍ」）７．０重量部を均一に混合した後、２号軽油６．０重量部を添加して均一に混合した。
その後、この爆薬組成物を用いて試験１と２に示す試験を実施した。表１にそれらの試験結果を示す。
【００２７】
【実施例２】
嵩比重０．６４ｇ／ｃｍ３、吸油率２０．１重量％、硬度５．５重量％、平均粒径１．２ｍｍのポーラスプリル硝安９４．０重量部とクエン酸（扶桑化学工業（株）製「クエン酸Ｍ」）７．０重量部を均一に混合した後、２号軽油３．９５重量部を添加して均一に混合した。
その後、この爆薬組成物を用いて試験１と２に示す試験を実施した。表１にそれらの試験結果を示す。
【００２８】
【実施例３】
嵩比重０．６４ｇ／ｃｍ３、吸油率２０．１重量％、硬度５．５重量％、平均粒径１．２ｍｍのポーラスプリル硝安９４．０重量部と嵩比重が０．２３ｇ／ｃｍ３で粒径が１．１ｍｍのシラスバルーン１０重量部を均一に混合し、クエン酸（扶桑化学工業（株）製「クエン酸Ｍ」）７．０重量部を加えてよく混合した後、２号軽油６．０重量部を添加して均一に混合した。
その後、この爆薬組成物を用いて試験１と２に示す試験を実施した。表１にそれらの試験結果を示す。
【００２９】
【実施例４】
嵩比重０．６４ｇ／ｃｍ３、吸油率２０．１重量％、硬度５．５重量％、平均粒径１．２ｍｍのポーラスプリル硝安９４．０重量部とアルミペースト３重量部を均一に混合し、クエン酸（扶桑化学工業（株）製「クエン酸Ｍ」）７．０重量部を加えてよく混合した後、２号軽油６．０重量部を添加して均一に混合した。その後、この爆薬組成物を用いて試験１と２に示す試験を実施した。表１にそれらの試験結果を示す。
【００３０】
【比較例１】
嵩比重０．７５ｇ／ｃｍ３、吸油率１０．７重量％、硬度７．８重量％、平均粒径１．２ｍｍのポーラスプリル硝安９４．０重量部とクエン酸（扶桑化学工業（株）製「クエン酸Ｍ」）７．０重量部を均一に混合した後、２号軽油６．０重量部を添加して均一に混合した。
その後、この爆薬組成物を用いて試験１と２に示す試験を実施した。表１にそれらの試験結果を示す。
【００３１】
【試験１】嵩比重測定
下端にダンパーを備え、上端の口径が９３ｍｍ、下端の口径が１５．５ｍｍ、高さが１２０ｍｍのホッパーを、内径４０ｍｍ、深さ８０ｍｍ、容積１００ｃｍ３の容器の上に、容器の上端とホッパーの下端の間隔が３６．５ｍｍとなるよう配置する。
次いで、約１２０ｃｍ３の比較例または実施例の爆薬組成物をホッパーに仕込み、ダンパーを引き抜いて容器内へ自然流下させる。容器上端より上に盛り上がったポーラスプリル硝安を定規でスリ落とし、容器内の爆薬組成物重量を上皿天秤で秤量する。秤量後、以下に示す式より嵩比重を算出する。
嵩比重（ｇ／ｃｍ３）＝Ｗ／Ｖ
この式におけるＷは容器内の爆薬組成物の重量（ｇ）、Ｖは容器の容積（１００ｃｍ３）である。
【００３２】
【試験２】後ガス測定
５０ｍｍφ×長さ１５０ｍｍのブリキ缶に比較例及び実施例の爆薬組成物２００ｇとブースターとして３０ｇの２号榎ダイナマイトを装填し６号電気雷管をセットした。その爆薬を径５７ｍｍφ×深さ６００ｍｍの孔を持つ臼砲に雷管が孔底側となるよう装填し、臼砲を容積が１３ｍ３の後ガス坑道に側面より密着させ、爆薬を起爆して後ガスを打ち込んだ。起爆１分後、坑道内に北川式検知管を持ち込み、一酸化炭素、アンモニア、窒素酸化物を測定した。
【００３３】
【表１】
2004067458.tif 000002
【００３４】
表１より、本発明の爆薬組成物は嵩比重が低下していることが分かり、このことから火薬原単位が下がることが分かる。また、後ガスが改良されていることが分かる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の爆薬組成物は、後ガスを改良すると同時に、火薬原単位を低下させることができる。