¥ こ

7図 に 摩 耗 係 数 F と 摩 耗 性 指 数 Abrの 関 係 を 示 す。

第 4‑

} 

摩 耗 係 数 と 摩 耗 性 指 数 の 間 に か な り 強 い 正 の 相 関 が あ る こ と が 分 か る 。 t̲ 

ト の 経 済 性 を 検 討 し て み る。 摩 耗 性 指 数 に よ る 切 削 ビ ッ

の 関 係 を 用 い て 、

( 2 ) 項 で 示 し た 切 削 ビ ッ ト の 経 済 的 な 使 用 限 界 F=0. 3kgf/cm  3 

3  4 

7図 の 関 係 第 4‑ 1 

本 試 験 に 用 い た 爽 炭 層 岩 石 に お い て は 、 を 用 い る と 、

こ れ を 越 え る と 経 済 的 な 切 削 が 困 難 と な り 、 となり、

か ら 摩 耗 性 指 数 は 約 1

8図 に 摩 第 4一

卜 の 消 耗 率 や 消 費 量 が 増 大 す る と 考 え ら れ る。 切向IJ

ビ

γ

( S ‑200型 ;三 井 三 池 製 作 Abrと 三 井 三 池 鉱 業 所 の ロ ー ド ヘ ッ ダ

耗 性 指 数

ト 摩 耗 量 を も と に 算 出 し た ビ γ

掘 削 で 得 ら れ た 現 場 実 績 デ ー タ e9 

所 製 )

こ の 図 に 見 ら の 関 係 を示す。

(単 位 掘 削 量 当 た り に 交 換 し た ビ ッ ト 本 数)

ト 消 費 量 も 増 大 し て 摩 耗 性 指 数 Abr が 増 大 す る と と も に ビ ッ

れ る よ う に 、

使 用 す る ビ ッ を 越 ま た 摩 耗 竺 指 数 Abrが 1 ト が 摩 耗 し 易 い 岩 石 へ の 掘 削ほ ど、

ト の 本 数 が 必 要 と な る こ と を 意 味 し て い る。 ビッ

こ の こ と は 、 い る。

. /Jj

^・

h

チ 1 ， ぷ

ド P

^入

320m

坑道百本延

520m

坑道本廷

380m

西

80 釦達釦向

。相浦砂岩

A 

‑

^A 

• ト ト

ト ト

L

円 ト

L

ト ト

L l

﹁

ζ

︺ ハ

υ ξ

︐)

ィ ー ハ

υ ヘ E

E E

¥ こ

お て

2 . 0  

0 . 8  0 . 6 

︑11j/

m 

ι φ  

OOJ 

ー

κ

/f

it

っυ

︑.

‑ F J  

ハ

U

0 . 2  

。 。

Abrの 関 係 摩 耗 係 数 Fと 摩 耗 性 指 数

99  7図

第 4‑ 1 

内ノ ム

ヘ内

! ζ

。

亡

r = = 0 . 9 5  

・ ^{320m 坑道西本延}

A 

520m 坑道本延

・ ^{380m 西 80 卸連卸向}

山 氏

ε コ ω 5 0

ハ)

吋‑.J

. 

_・『・

ロ

コ 。 。 _{0 . 5   1 . 0   1 . 5}  

A 甘 い ^{/10mm) 2 . 0}  

第 4‑ 1 8図 摩 耗 性 指 数 Abrと ビ ッ ト 消 費 量 の 関 係

え る 380m西80卸 連 卸 向 で は 、 発 破 に よ り 岩 盤 を 緩 め た 後 詔 進 を 行 っ て い た こ と か ら 、 経 済 的 な 使 用 限 界 Abr 

= 

1に ほ ぼ 一 致 す る と 考 え ら れ る。 以 上 の こ と か ら 、 Cerchar摩 耗 試 験 で も Schimazekの 摩 耗 試 完 全 と 同 様 、 岩 石 切 商IJ

ビ ッ ト の 経 済 性 を 定 量 的 に 評 価 で き る と 思 わ れ る。

前 掲 第 4‑ 3表 に は 含 水 状 態 の 摩 耗 性 指 数 Abrを 併 せ て 示 し て い る。 こ の 表 よ り 岩 石 を 含 水 さ せ る こ と に よ り 摩 耗 性 指 数 Abrが 低 下 し て い る こ と が 分 か る。 こ の こ と か ら も 、 岩 盤 を 含 水 さ せ る こ と に よ る 経 済 的 な 切 削 の 可 能 性 が 示 さ れ る 。

100 

4. 5  ^{結 吾}B^A開

機 械 切 向IJの 適 用 性 の 評 価 に 適 切 な 指 針 を 立 て る た め に は 、 岩 盤 を 掘 削 中 に 摩 耗 す る ビ ッ ト の 消 費 量 や 消 耗 率 を 的 確 に 予 測 す る 必 要 が あ る 。 そ こ で 、

ビ ッ ト の 摩 耗 性 を 評 価 す る 試 験 方 法 と し て 一 般 的 に 用 い ら れ て い る 二 種 の 摩 耗 性 評 価 試 験 法 の 優 劣 や ビ ッ ト の 使 用 限 界 等 の 総 活 的 な 検 討 を 行 っ た 。

まず、 こ れ ら の 試 験 が 多 様 な 岩 種 に 対 し て 再 現 性 の あ る 摩 耗 デ ー タ と し て 利 用 で き る か 否 か の 検 討 を 行 っ た 。 岩 石 の 内 部 構 造 か ら 岩 石 の 摩 耗 性 を 評 価 す る Schimazekの 摩 耗 試 験 を 行 っ た 結 果 、 摩 耗 係 数 F か ら 切 南IJビ ッ ト の 摩 耗 性 、 経 済 性 の 評 価 は 可 能 で あ る が 、 摩 耗 係 数 Fが あ ら ゆ る 岩 種 に 対

し て 総 括 的 に 適 用 で き な い こ と や 、 測 定 に 多 大 の 時 間 が 必 要 で あ る と い っ た 短 所 が あ る こ と を 指 摘 し た 。 次 に 、 比 較 的 簡 単 な 方 法 で 迅 速 に 岩 石 の 摩 耗 性 が 評 価 で き る Cerchar摩 耗 試 験 を 行 っ た。 こ の 試 験 に お け る 試 験 条 件 の 検 討 の た め に 、 重 鍾 の 重 量 や 引 っ か き 長 さ 等 を 変 え た が 、 そ の 結 果 、 重 鍾 の 重 量 や 引 っ か き 長 さ と 摩 耗 性 指 数 Abrの 間 に は 、 本 試 験 範 囲 で は 線 形 な 関 係 が 成 り 立 っ て お り 、 ま た 重 鍾 の 重 量 や 引 っ か き 長 さ が 大 き く な る ほ ど 岩 石 の 摩 耗 性 を よ り 明 瞭 に 評 価 で き る こ と が 分 か っ たc さ ら に 、 試 験 条 件 の 厳 密 性 や 計 測 精 度 と い う 観 点 か ら も 検 討 を 加 え 、 本 試 験 に お け る 最 適 な 引 っ か き 長 さ は 10mm、 重 鐙 の 重 量 は 7kgfで あ る こ と を 明 ら か に し た^c

以 上 の 結 果 を も と に 、 Cerchar摩 耗 試 験 よ り 得 ら れ る 摩 耗 性 指 数 Abrと 従 来 の 試 験 に よ り 得 ら れ る い く つ か の 特 性 値 や 掘 削 実 績 デ ー タ と 比 薮 ・ 検 討 し、 こ の 試 験 に よ り 得 ら れ る 摩 耗 性 指 数 Abrは 、 切 削 ビ ッ ト の 摩 耗 ↑ 生 や 経 済 ↑ 生 を 表 す ひ と つ の イ ン デ ッ ク ス と し て 十 分 利 用 で き、 Abrが 1を 越 え る と 経 済 的 な 切 削 が 困 難 に な る こ と や 、 岩 盤 を 含

7 K

さ せ る こ と に よ り 経 済 的 な切商IJが 可 能 に な る こ と を 示 し た。 さらに、 RIHNによ って も 切 削 ビ γ 卜の 経 済 的 な 使 用 限 界 を 推 定 す る こ と が で き 、 RIHNが 約20以下 で あ れ ば 経 済 的 な切商IJが 可 能 で あ る こ と を 示 し た。

101 

第 5章 岩盤掘削能率の予 ;~IJ および掘削機の選定

5  章者 Eコ

第 1章 で 既 に 述 べ た よ う に 、 わ が 国 の 坑 内 掘 鉱 山 に お い て 作 業 の 合 理 化 、 生 産 性 の 向 上 を 図 る た め に 、 各 種 の 坑 道 掘 進 機 が 導 入 さ れ て き て い る が 、 掘 削 機 の 掘 削 速 度 や 掘 削 能 率 を 左 右 す る 要 因 の 杷 握 が 十 分 で は な い た め 、 掘 削 機 導 入 の 適 切 な 判 定 基 準 を 未 だ 得 る に 至 っ て お ら ず 、 し た が っ て 種 々 提 案 さ れ て い る 掘 削 速 度 の 予 測 式 も 、 実 際 へ の 適 用 の 面 に お い て は 不 十 分

な も の が 多 い の が 実 状 で あ る 。 こ の 観 点 か ら 、 第 2章 第 4章 に お い て は 、 不 明 確 で あ っ た ビ ッ ト の 圧 入 に 伴 う チ ッ ピ ン グ 挙 動 を 明 確 に し 、 ま た 掘 削 速 度 の 推 定 や 掘 削 機 の 機 種 を 選 定 す る 上 で 衝 撃 破 砕 試 験 に よ り 得 ら れ る 岩 石 衝 撃 硬 度 数RIHNが 十 分 利 用 で き る こ と や 、 岩 石 切 削 ビ ッ ト の 経 済 性 を 摩 耗 性 指 数 Abrに よ り 推 定 で き る こ と を 明 ら か に し たc そ し て 、 岩 石 衝 撃 硬 度 数RIHNは 、 ブ ー ム 式 掘 削 機 に よ る 岩 盤 掘 削 能 率 の 予 測 に つ い て の 検 討 を 行 う よ で の 有 効 な 指 標 と し て 優 れ て い る こ と を 示 し たc

本 章 で は 以 上 の 結 果 を 踏 ま え て、実 際 に 得 ら れ た 現 場 の 掘 削 実 績 を も と に 、 ま ず 掘 削 能 率 を 精 度 良 く 予 測 で き る パ ラ メ ー タ と し て のRIHNの 妥 当 性 に つ い て 検 証 す る。次 に 、 岩 盤 掘 削 に 影 響 を 及 ! ま す 諸 要 因 を 明 ら か に す る た め に 、 掘 削 に 影 響 を 及 ぼ し て い る 要 因 に つ い て 整 理 し 、 そ の 結 果RIHNお よ び 岩 盤 掘 削 に 影 響 を 及 ぼ し て い る 諸 要 因 と 掘 削能 率 が ど の よ う に 関 わ り 合 っ て い る の か に つ い て 種 々 検 討 す る。そ し て 最 後 に、 ブ ー ム 式 掘 削機 に よ る 岩 盤 掘 削 の 重 要 な 技 術 的 指 針 で あ る 、 掘削能 率 の 予測お よ び 掘 削機 選 定 ; 去 に つ い て 、 岩 石 の 破 砕 性 お よ び 摩 耗 性 を も と に 検 討 す る。

102 

5. 2  実 測 デ ー タ

5. 2. 1  現 場 の 概 要 お よ び 室 内 試 験

現 場 実 績 と し て 用 い た デ ー タ は 、 小 断 面 用 自 由 断 面 宿 高JI機 ( ミ ゼ ッ 卜 マ イ ナ ー ; 日 本 鉱 機 製 ) に よ り 掘 削 さ れ た A ト ン ネ ル で の 工 事 日 報 そ の 他 を も と に 求 め た 単 位 時 間 当 た り の 掘 削 : 量 ( 以 下 、 掘 削 能 率 ; D R )である。

こ の 現 場 の 調 査 ボ ー リ ン グ コ ア の 一 軸 圧 縮 強 度 は 200...500kgf /cm²程度で、

ミ ゼ ッ ト マ イ ナ ー に よ る 掘 削 が 十 分 可 能 で あ る と 判 断 さ れ て い た 。 岩 盤 の 岩 質 は 、 大 部 分 が 安 山 岩 で 一 部 に 角 磯 凝 灰 岩 も 見 ら れ た。 こ の 現 場 の 一 部 に お い て は 、 極 端 に 脆 弱 な 岩 盤 や 非 常 に 堅 牢 な 岩 盤 が あ っ た が 、 ミ ゼ ッ ト マ イ ナ ー に よ る ほ ぽ 川 買 調 な 掘 削 が 行 わ れ て い る 。 第 5‑ 1表 に 現 場 の 工 事 領 域 区 分 と 岩 質 や 切 羽 の 状 況 等 を 示 す 。 こ の 他 、 比 較 検 討 の た め に 、 三 井 三 ; 也 鉱 業 所 の ロ ー ド ヘ ッ ダ (S ‑200型 ; 三 井 三 池 製 作 所 製)掘 進 で 得 ら れ た 同 鉱 業 所 で の 現 場 実 績 デ ー タ も 用 い た 。

室 内 試 験 と し て は 、 現 場 実 績 か ら 得 ら れ た 掘 削 能 率 を 検 討 す る た め に 、 岩 石 の 破 砕 特 性 を 表 す イ ン デ ッ ク ス と し て 、 衝 撃 破 砕 乞 惑 に よ り 得 ら れ る RIHNを 、 同 様 に 岩 石 の 摩 耗 ↑ 生 を 表 す イ ン デ ッ ク ス と し て Cerchar摩 耗 試 験 に よ り 得 ら れ る 摩 耗 性 指 数 Abrを 求 め た ロ 衝 撃 破 砕 試 急 お よ び Cerchar摩 耗 試 験 に は 、 こ の 現 場 の ボ ー リ ン グ コ ア を 用 い て 供 試 伝 を 作 製 し た。第 5

‑ 2表には、 こ の 供 試 体 を 用 い て 得 ら れ た 強 度 特 性 信 、 RIHNお よ び 摩 耗 性 指 数 Abrの 平 均 値 を 示 す。

5. 2.  2  掘 削 現 場 の 岩 盤 状 態 ( 1 )  一 軸 圧 縮 強 度

一 般 に 掘 削 機 の 導 入 に 際 し て は 、 ま ず 最 初 に 掘 削 対 象 岩 盤 の 強 度 が 議 論 さ れ る。 そ こ で 、 室 内 試 験 で 得 ら れ た 一 軸 圧 縮 強 度 Sιと 掘 削 能 率 D R の 関 係 を 見 た の が 第 5‑ 1図 で あ る 。 ま た 、 図 中 の 直 線 は 得 ら れ た 結 果 を 最 小 二 乗 近 似 し た も の で あ る。 こ の 図 か ら Sζの 増 大 と と も に 掘 削 能 率 が 減 少 す る 傾 向 は 見 ら れ る が 、 か な り の バ ラ ツ キ が あ り 、 桔 間 性 は 良 く な い。 こ の 理 由 と し て 、 室 内 試 験 用 に 作 製 し た 供 試 体 は 岩 石 試 料 の イ ン タ ク ト な 部 分 か ら で あ り 、 実 際 の 現 場 に お け る 岩 盤 の 強 度 を 正 確 に 評 価 し て い な い こ と が 考 え ら れ る 。 そ こ で 第 5‑ 2図 に は、現 場 で の シ ュ ミ γ ト ハ ン マ ー

103 

第 5‑ 1表 現 場 の 工 事 領 域 区 分 お よ び 切 羽 状 況 と 強 度 特 性 値

領i或 区 分

岩 質 一 軸 圧 縮 強 度

I;   ;

1ミヲト・ハンマー試 切 羽 状 況

(k 9 f / cm Z) 

I

^{験 値}(kgf/cm²)

A  I凝 灰 角 礎 岩 44. 4  84.7  粘 土 を 挟 在 し た 脆 い 岩 質 で 、 水 に ぬ れ る と ヘ ド ロ 化 す る 。 黒 色 の 撲 が 全 体 的 に 分 布 し て い る 。

全 体 的 に 硬 質 と な り 、 地 山 と し て 安 定 し て い る 。 所 々 に 粘 土 を か んだ割れ目がある。

割 れ 目 が 増 加 し 、 脆 く 崩 れ や す い 状 況 で あ る 。 切 羽 の 肌 落 ち が 多 い 。 硬 質 な 岩 と 軟 質 な 鑑 が 復 雑 に 入 り 組 ん で い る 。

非 常 に 硬 質 な 岩 盤 で あ る 。 節 理 が 発 達 し て お り 、 粘 土 の 挟 在 も あ る 。 節 理 以 外 で 割 る こ と が 困 難 で あ る 。

非 常 に 硬 貨 と な り 、 細 片 も し く は 紛 状 に し か 掘 削 で き な い 。 所 々 軟 質 な 部 分 や 小 さ な 割 れ 目 が 多 数 あ る が 密 着 の 度 合 い が 強 い 。

しだいに硬度が培加する。 潜 在 的 な 亀 裂 が あ る と 思 わ れ る が 、 目 視できる害Ijれ 目 は ほ と ん ど な い 。

堅 牢 な 岩 盤 で あ る 。 割 れ 目 は 数 カ 所 あ る 場 合 と な い 場 合 に 分 か れ る。主IJれ 日 が あ っ て も 密 前 の 度 合 い が 強 く 全 体 的 に 非 常 に 堅 い 。

主JI~ 1.1Jが j~)H1し、しだいに脆い部分が見え始めるo 粘 土 を 挟 在 し

た 部 分 も 見 受 け ら れ る 。 し か し 堅 い 岩 鑑 に か わ り な い 。

細 か い 割 れ 目 が 切 羽 全 体 に 分 布 す る よ う に な る 。 粘 土 を ご く 薄 く 付 粛 さ せ た り 、 全 く 付 着 し て い な い も の も あ る 。

B 

I凝 灰 角 磯 岩

C I 安 山 岩

一(

)ム

o 

I 安 山 岩

188.9  234. 5 

E 

I 安 山 岩

F I 安 山 岩 G  I 安 山 岩 H I 安 山 岩 I I 安 山 岩

83.0  187.8  112.8  181.  6  414. 3  349.8  69. 9  264. 0  966.8  809. 

5 

758. 2  5G5. 3  563. 3  473. 7 

ドキュメント内 島田, 英樹 (ページ 109-117)