(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の場所で段発発破を行い、その際に発生する振動或いは音の時系列データと該発破の段発起爆時系列を用い、該場所での単発発破の振動或いは音の時系列データを予測し、前記により得られた単発発破の予測データを基に特定の条件を満たす段発発破振動或いは音の波形となる段発起爆時系列を算出し、算出された段発起爆時系列にて、次の段発発破を実施することを特徴とする発破工法。
【請求項２】
特定の場所で段発発破を行い、その際に発生する振動或いは音の時系列データと該発破の段発起爆時系列を各々フーリエ変換して対応するスペクトルを得、これらのスペクトルを用いて単発発破の振動或いは音の時系列データに対応するスペクトルを予測し、該スペクトルをフーリエ逆変換して、前記特定の場所における単発発破の振動或いは音の時系列データを予測することを特徴とする請求項１に記載の発破工法。
【請求項３】
特定の場所で段発発破を行い、その際に発生する振動或いは音の時系列データの相互相関関数と、該発破の段発起爆時系列の自己相関関数を用いて、前記特定の場所における単発発破の振動或いは音の時系列データを予測することを特徴とする請求項１に記載の発破工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発破の際に発生する振動及び音を軽減することのできる発破工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動及び音を軽減する発破工法として用いられてきたものとしては、段発雷管による多段発破が最も有効であった。更に効果を上げる方法として、発破振動が問題となる地点の卓越周波数や単発発破の波形をあらかじめ測定し、これに基づいて多段発破の起爆秒時間隔を決定し、ＩＣ回路を利用した高秒時精度雷管を用いて発破する手法が特公平７−１２２５５９号公報や特開平１−２８５８００号公報等に紹介されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−１２２５５９号公報
【特許文献２】
特開平１−２８５８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発破によって発生する振動や音の波形は、発破対象の岩盤によって大きく左右されるため、上記の手法において最大の効果を得ようとする場合、発破対象岩盤での発破により発生した振動や音の卓越周波数や単発発破の波形を、問題となる地点にて毎発破に先立ち毎回測定する必要がある。
【０００５】
このため、従来の方法は、毎回最大限の軽減効果を得ることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、本発明は特定の場所で段発発破を行い、その際に発生する振動或いは音の時系列データと該発破の段発起爆時系列を用い、該発破での単発発破の振動或いは音の時系列データを予測し、前記により得られた単発発破の予測データを基に特定の条件を満たす段発発破振動、或いは音の波形となる段発起爆時系列を算出し、算出された段発起爆時系列にて、次の段発発破を実施することを特徴とする発破工法である。
【０００７】
また、本発明は、特定の場所で段発発破を行い、その際に発生する振動或いは音の時系列データと該発破の段発起爆時系列データを各々フーリエ変換して対応するスペクトルを得、これらのスペクトルを用いて単発発破の振動或いは音の時系列データに対応するスペクトルを予測し、該スペクトルをフーリエ逆変換して、前記特定の場所における単発発破の振動或いは音の時系列データを予測し、前記により得られた単発発破の予測データを基に特定の条件を満たす段発発破振動或いは音の波形となる段発起爆時系列を算出し、算出された段発起爆時系列にて、次の段発発破を実施することを特徴とする発破工法である。
【０００８】
また、本発明は、特定の場所で段発発破を行い、その際に発生する振動或いは音の時系列データと該発破の段発起爆時系列データの相互相関関数と、該発破の段発起爆時系列データの自己相関関数とから、ウィナーの最小二乗法の理論をＬｅｖｉｎｓｏｎアルゴリズムにて解くことにより、該段発発破の振動或いは音の時系列データを形成したと思われる最も確からしい単発発破の振動或いは音の時系列データを予測し、前記により得られた単発発破の予測データを基に特定の条件を満たす段発発破振動或いは音の波形となる段発起爆時系列を算出し、算出された段発起爆時系列にて、次の段発発破を実施することを特徴とする発破工法である。
【０００９】
段発発破による特定の場所での振動或いは、音の時系列データと該発破の段発起爆時系列を用いて単発発破の振動或いは、音の時系列データを予測する手法は種々のものが考えられる。本発明においては現行の段発発破、即ち、最近時の段発発破の振動或いは、音の時系列データと該発破の段発起爆時系列のみを用いる方法、現行の段発発破に加えて過去数回の段発発破の振動或いは、音の時系列データと該発破の段発起爆時系を用いる方法のいずれによっても良い。以下には簡単のため現行の段発発破の振動或いは、音の時系列データと該発破の段発起爆時系列のみを用いる場合のいくつかの例について説明する。
【００１０】
最初に逐次分解算出法について説明する。
【００１１】
現行の段発発破による特定の場所での振動或いは音の時系列データをａm、該発破の段発起爆時系列をΔiとすれば、予測したい単発発破の振動或いは音の時系列データＸmは、下記のように順次算出することができる。なお、ａm及びＸmは、標本点間隔Δｔ、標本数Ｎでサンプリングしたｍ番目のデータを示す。従って、ｍは、０≦ｍ≦Ｎ−１の値をとる。また、Δiはｉ番目の段発起爆時刻ＴiをΔｔにて除した整数で、段発数をＬとすれば、ｉは０≦ｍ≦Ｌ−１の値をとる。
【００１２】
なお、Δ0は０である。
【００１３】
【数１】
0003956237.tif 000002
【００１４】
次に、フーリエ変換法について述べる。
【００１５】
現行の段発発破による特定の場所での振動或いは音の時系列データをＡ(t)、該発破の段発起爆タイミングとその段発数、１発毎の振幅の大きさの比を表す時系列データをζ(t)、予測したい単発発破の振動或いは音の時系列データをＸ(t)とすると、３つの時系列データには下記のような関係が認められる。
【００１６】
【数２】
0003956237.tif 000003
【００１７】
即ち、段発発破波形Ａ(t)は、単発発破波形Ｘ(t)とζ(t)のコンボリュージョンで表される。ここで、ｔ0＝０、ｔ＜０でＸ(t)で＝０である。
【００１８】
また、ζ(t)は例えば各発破の振幅が等しいとすれば各発破タイミングｔ＝ｔ0、ｔ1、・・・ｔnでζ(t)＝１、その他のｔでζ(t)＝０となる。
【００１９】
上記式をフーリエ変換すると、次の式になる。
【００２０】
【数３】
0003956237.tif 000004
【００２１】
となり、Ａ(t)、ζ(t)はＡ(t)、ζ(t)から求まるので、Ｘ(t)が求まる。これを逆フーリエ変換して周波数領域から時間領域に変換し、予測したい単発発破の振動或いは音の時系列データＸ(t)を得る。
【００２２】
次に、デ・コンボリュージョン法について述べる。
【００２３】
現行の段発発破による特定の場所での振動或いは音の時系列データをＡt、Ａtから計測誤差や、段発発破における各段毎の単発発破の振動或いは音のばらつきを取り除いた理想的な振動或いは音の時系列データをＢt、該発破の段発起爆時系列データをζt（ζtは例えば各発破の振動が等しいとすれば各発破タイミングｔ＝ｔ0、ｔ1、・・・ｔnでζt＝１、その他のｔでζt＝０となる。）、予測したい単発発破の振動或いは音の時系列データをＸtとする。
【００２４】
上記４つの時系列データには下記のような関係が認められる。
【００２５】
【数４】
0003956237.tif 000005
【００２６】
よって、最もＡtとＢtの誤差が最小になるようなＸtを算出することが出来れば、それが求めたい単発発破の振動或いは音のデータである。
【００２７】
そこで、ウィナーの最小二乗法の理論に従って、以下の方法にて算出する。
【００２８】
まず、ＡtとＢtの誤差のエネルギーをＥとすると、
【００２９】
【数５】
0003956237.tif 000006
【００３０】
となる。誤差のエネルギーは∂Ｅ／∂  Ｘi＝０の時に最小になるので
【００３１】
【数６】
0003956237.tif 000007
【００３２】
【数７】
0003956237.tif 000008
【００３３】
これをＬｅｖｉｎｓｏｎアルゴリズムにより解き、求めたい単発波形Ｘtを算出する。
【００３４】
なお、これらの方法によって予測された予測の精度を向上させるためには、移動平均、バンドパスフィルター等を用いて、現行の段発発破による特定の場所での時系列データのＳＮ比をできるだけ良くしておく必要がある。
【００３５】
次に、前記により得られた単発発破の予測データを基に、特定の条件を満たす段発発破振動或いは音の波形となる段発起爆時系列を算出する方法としては種々の方法が考えれる。例えば、特公平７−１２２５５９号公報に示されるような、卓越周波数に基づき振動波が干渉するような起爆秒時間隔を設定する方法、特開平１−２８５８００号公報に示されるような、重ね合わせの原理に基づき本発破の振動波形を予測し、最適秒時間隔を選択する方法、特公平８−１４４８０号公報に示されるようなＭ系列を利用する方法、火薬学会誌、Ｖｏｌ．５５、Ｎｏ．４、１９９４に示されるような自己相関関数及び相互相関関数を利用する方法などがある。
【００３６】
なお、特定の条件とは、振動であれば、変位振幅、変位速度振幅、変位加速度振幅あるいは振動レベル、振動加速度レベル等の評価値を最小にすること、音であれば、音圧振幅或いは騒音レベル等の評価値を最小にすることである。また、特定の周波数範囲に対して、上記評価値を最小にすることを特定の条件とする場合もある。
【００３７】
段発起爆時系列が算出されれば、例えば、特開昭６２−２６１９００号公報や、特開平１−２８５８００号公報で知られている秒時精度の良い雷管によって該起爆時系列にて発破を行う。この発破に起因する振動或いは音は、特定の場所にて計測がなされ、該発破の段発起爆時系列とともに、次発破の単発発破の振動或いは音の時系列データ予測のために再度用いられる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の発破工法によれば、振動や音が問題となる地点で地盤の卓越周波数や単発発破の波形を、毎発破に先立ち別途測定することなしに、段発発破に伴う特定の場所での振動或いは音を最小限に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、実施例によって本発明の発破工法を具体的に説明する。
【００４０】
長辺２５ｍ、短辺２５ｍ、深さ４ｍの池の中心付近の水深２ｍの位置に、含水爆薬（商品名サンベックス）１００ｇに起爆秒時を適宜設定した電気的遅延電気雷管（商品名ＥＤＤ）を装着したもの複数個を、お互いに約１ｍの離隔で配置した後に起爆し、該池より１００ｍ離れた地盤上（以後Ａ地点と呼ぶ）で地盤振動（法線方向Ｘ、接線方向Ｙ、垂直方向Ｚ）を測定し、本発明の効果を確認した。
【実施例１】
【００４１】
起爆時間を１０ｍｓ、４０ｍｓ（起爆時間間隔３０ｍｓ）に設定した電気的遅延電気雷管２本に、含水爆薬１００ｇを装着したものを水中に設置、起爆し、Ａ地点で該発破の地盤振動を測定した。得られた波形の内、鉛直方向振動波形を図１に示す。また、起爆時間１０ｍｓに設定した電気的遅延電気雷管に、含水爆薬１００ｇを装着したものを水中に設置し、単独で起爆した場合のＡ地点での地盤振動も測定した。結果の内、鉛直方向振動波形を図２に示す。
【００４２】
続いて、図１の波形から、本波形を構成する単発発破の鉛直方向振動波形を推定した。本発明に示す逐次分解算出法、フーリエ変換法、デ・コンボリュージョン法により得られた波形を図３−１、図３−２図３−３に示す。
【００４３】
次に、推定された波形（図３−１、図３−２、図３−３）を用いて、線形重ね合わせの原理に基づき、次発破（２段発発破）の鉛直方向振動波形を種々の起爆時間間隔について予測したところ、１２０ｍｓの起爆秒時間隔においてＡ地点での鉛直方向振動の最大変位速度振幅が最小となるとの結論が得られた。逐次分解算出法、フーリエ変換法、デ・コンボリュージョン法からの１２０ｍｓで２段発発破の鉛直方向振動予測結果を図４−１、図４−２、図４−３に示す。
【００４４】
この結果に基づき起爆時間を１０ｍｓ、１３０ｍｓ（起爆時間間隔１２０ｍｓ）に設定した電気的遅延電気雷管２本に含水爆薬１００ｇを装着したものを水中に設置、起爆し、Ａ地点で地盤振動を測定した。得られた波形の内、鉛直方向振動波形を図５に示す。
【００４５】
以上の得られた９個の波形のうち、まず、単発発破により得られた図２と、段発発破から本発明の逐次分解算出法、フーリエ変換法、デ・コンボリュージョン法により予測された単発波形である図３−１、図３−２、図３−３を比較すると、その波形は非常に類似しており、逐次分解算出法、フーリエ変換法、デ・コンボリュージョン法は共に有効な単発波形予測手法であることがわかる。さらに両波形の類似度を相互相関係数により評価したところ、図２と図３−１、図３−２、図３−３の相関係数はそれぞれ０．８８、０．９３、０．９６となり、定量的にも類似していることが証明できる。
【００４６】
次に、逐次分解算出法、フーリエ変換法、デ・コンボリュージョン法から予測された単発波形を用いて、起爆時間間隔１２０ｍｓで２段発発破を実施した場合の、Ａ地点での鉛直方向振動波形を線形重ね合わせの原理に従い、予測した図４−１、図４−２、図４−３と、実際に起爆時間間隔１２０ｍｓで２段発発破を実施して、Ａ地点で得られた鉛直方向振動波形である図５を比較すると、これも非常に良く一致しているのがわかる。ちなみに図４−１、図４−２、図４−３と図５の相関係数はそれぞれ０．９２、０．９２、０．９１であった。
【実施例２】
【００４７】
起爆時間を１０ｍｓ、４０ｍ、７０ｍｓ、１００ｍｓ、１３０ｍ、（起爆時間間隔３０ｍｓ）に設定した電気的遅延電気雷管５本に、含水爆薬１００ｇを装着したものを水中に設置、起爆し、Ａ地点で該発破の地盤振動を測定した。得られた波形の内、鉛直方向振動波形を図６に示す。
【００４８】
続いて、図６の波形から、本波形を構成する単発発破の鉛直方向振動波形を推定した。本発明に示す逐次分解算出法、フーリエ変換法、デ・コンボリュージョン法により得られた波形を図７−１、図７−２、図７−３に示す。
【００４９】
次に、推定された波形（図７−１、図７−２、図７−３）を用いて、線形重ね合わせの原理に基づき、次発破（５段発発破）の鉛直方向振動波形を種々の起爆時間間隔について予測したところ、９０ｍｓの起爆秒時間隔においてＡ地点での鉛直方向振動の最大変位速度振幅が最小となるとの結論が得られた。逐次分解算出法、フーリエ変換法、デ・コンボリュージョン法からの９０ｍｓで５段発発破の鉛直方向振動予測結果を図８−１、図８−２、図８−３に示す。
【００５０】
この結果に基づき、起爆時間を１０ｍｓ、１００ｍｓ、１９０ｍｓ、２８０ｍｓ、３７０ｍｓ（起爆時間間隔９０ｍｓ）に設定した電気的遅延電気雷管５本に、含水爆薬１００ｇを装着したものを水中に設置、起爆し、Ａ地点で地盤振動を測定した。得られた波形の内、鉛直方向振動波形を図９に示す。
【００５１】
まず、単発発破により得られた図２と、段発発破から本発明の逐次分解算出法、フーリエ変換法、デ・コンボリュージョン法により予測された単発波形である図７−１、図７−２、図７−３を比較する。両手法を適用する段発発破のデータは５段発となったが、結果は２段発に適用した場合と遜色なく非常に類似しており、安定して逐次分解算出法、フーリエ変換法、デ・コンボリュージョン法が有効な単発波形予測手法であることがわかる。ちなみに、図２と図７−１、図７−２、図７−３との相関係数は０．９２、０．９６、０．９３であった。
【００５２】
次に、逐次分解算出法、フーリエ変換法、デ・コンボリュージョン法から予測された単発波形を用いて、起爆時間間隔９０ｍｓで５段発発破を実施した場合の、Ａ地点での鉛直方向振動波形を線形重ね合わせの原理に従い予測した図８−１、図８−２、図８−３と、実際に起爆時間間隔９０ｍｓで５段発発破を実施して、Ａ地点で得られた鉛直方向振動波形である図９を比較すると、これも非常に良く一致しているのがわかる。ちなみに図８−１、図８−２、図８−３と図９の相関係数は０．８６、０．９０、０．８９であった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の発泡工法は、発破の際に発生する振動及び音を軽減するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】起爆時間を１０ｍｓ、４０ｍｓ（起爆時間間隔３０ｍｓ）に設定した電気的遅延電気雷管２本に含水爆薬１００ｇを装着したものを水中に設置、起爆し、Ａ地点にて得られた地盤の鉛直方向振動波形を示す。
【図２】起爆時間を１０ｍｓに設定した電気的遅延電気雷管に含水爆薬１００ｇを装着したものを水中に設置し、単独で起爆した場合のＡ地点にて得られた地盤の鉛直方向振動波形を示す。
【図３】図３−１は図１の波形から、本発明に示す逐次分解算出法により推定した、図１波形を構成する単発発破の鉛直方向振動波形を、図３−２は図１の波形から、本発明に示すフーリエ変換法により推定した、図１波形を構成する単発発破の鉛直方向振動波形を、図３−３は図１の波形から、本発明に示すデ・コンボリュージョン法により推定した、図１波形を構成する単発発破の鉛直方向振動波形を示したものである。
【図４】図４−１は図３−１の波形を用いて、線形重ね合わせの原理に基づき１２０ｍｓの起爆秒時間隔にて２段発発破を実施した場合に、Ａ地点で予測される鉛直方向振動波形を、図４−２は図３−２の波形用いて、線形重ね合わせの原理に基づき１２０ｍｓの起爆秒時間隔にて２段発発破を実施した場合に、Ａ地点で予測される鉛直方向振動波形を、図４−３は図３−３の波形を用いて、線形重ね合わせの原理に基づき１２０ｍｓの起爆秒時間隔にて２段発発破を実施した場合に、Ａ地点で予測される鉛直方向振動波形を示したものである。
【図５】起爆時間を１０ｍｓ、１３０ｍｓ（起爆時間間隔１２０ｍｓ）に設定した気的遅延電気雷管２本に含水爆薬１００ｇを装着したものを水中に設置、起爆し、Ａ地点にて得られた地盤の鉛直方向振動波形である。
【図６】起爆時間を１０ｍｓ、４０ｍｓ、７０ｍｓ、１００ｍｓ、１３０ｍｓ（起爆時間間隔３０ｍｓ）に設定した電気的遅延電気雷管５本に含水爆薬１００ｇを装着したものを水中に設置し、これを起爆することにより、Ａ地点にて得られた地盤の鉛直方向振動波形である。
【図７】図７−１は図６の波形から、本発明に示す逐次分解算出法により推定した、図６波形を構成する単発発破の鉛直方向振動波形を、図７−２は図６の波形から本発明に示すフーリエ変換法により推定した、図６波形を構成する単発発破の鉛直方向振動波形を、図７−３は図６の波形から本発明に示すデ・コンボリュージョン法により推定した、図６波形を構成する単発発破の鉛直方向振動波形を示したものである。
【図８】図８−１は、図７−１の波形を用いて線形重ね合わせの原理に基づき９０ｍｓの起爆秒時間隔にて５段発発破を実施した場合に、Ａ地点で予測される鉛直方向振動波形を、図８−２は、図７−２の波形を用いて、線形重ね合わせの原理に基づき９０ｍｓの起爆秒時間隔にて５段発発破を実施した場合に、Ａ地点で予測される鉛直方向振動波形を、図８−３は、図７−３の波形を用いて、線形重ね合わせの原理に基づき９０ｍｓの起爆秒時間隔にて５段発発破を実施した場合に、Ａ地点で予測される鉛直方向振動波形を示したものである。
【図９】起爆時間を１０ｍｓ、１００ｍｓ、１９０ｍｓ、２８０ｍｓ、３７０ｍｓ（起爆時間間隔９０ｍｓ）に設定した電気的遅延電気雷管５本に含水爆薬１００ｇを装着したものを水中に設置、起爆し、Ａ地点にて得られた地盤の鉛直方向振動波形を示す。
【図１】
0003956237.tif 000009
【図２】
0003956237.tif 000010
【図３】
0003956237.tif 000011
【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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【図９】
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