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第 3‑4図 K RとRIHNの 関 係
62
し い 表 面 積 の 増 加 に も 多 く の エ ネ ル ギ ー が 費 や さ れ 、 本 衝 撃 破 砕 試 験 に お け る 岩 石 の 破 砕 形 態 と 類 似 し て い る と 考 え る。 さ ら に 、 打 撃 の 速 度 と い う 点 に つ い て も 、 本 試 験 で は 重 鍾 が 供 試 体 に3.5m/secの 速 度 で 打 撃 し て い る の に 対 し 、 あ る 実 機 種 の 直 径 約90cmの カ ッ タ ー ヘ ッ ド を 有 す る ロ ー ド ヘ ッ ダ の 外 縁 部 の 切 削 速 度 は1.7m/secで あ り 、 か な り 近 い 試 験 条 件 で あ る 。 こ れ ら の こ と か ら 、 掘 削 速 度 や 掘 削 能 率 を 予 測 す る と い う 目 的 に お い て 、 本 試 験 に よ るRIHNは 、 実 際 の 岩 盤 掘 削 に お け る 岩 石 の 破 砕 挙 動 を 十 分 考 慮 し た 特 性 値 と な り 得 る と 考 え る 。
3. 2. 4 本 試 験 の 利 用 、 適 用 に つ い て の 検 討 ( 1 ) 切 削 掘 進 機 や 穿 孔 機 の 切 削 挙 動 の 評 価
前 項 (2 )で は 、 衝 撃 破 砕 試 験 よ り 得 ら れ る RIHNによリ、 ビ ッ ト の 圧 入 挙 動 の 評 価 や 岩 石 の 破 砕 効 率 の 推 定 が 可 能 で あ ろ う こ と を 述 べ た 。 実 際 、
ロ ー ド ヘ ッ ダ な ど の 切 削 掘 進 機 や 南IJ岩 機 な ど の 穿 孔 機 の 切 向JIは 、 対 象 と な る 岩 盤 に か な り の 衝 撃 を 与 え て 切 削 破 砕 が 行わ れ る。 こ の こ と か ら 、 こ れ ら の 機 器 の 切 削 破 砕 は 、 動 的 に 行 わ れ る と い う 意 味 で 衝 撃 破 砕 試 験 の 破 砕 様 式 と ほ ぼ 同 様 な 形 態 を と る と 思 わ れ る。 Rabiaらb はRIHNを用いて、
打 撃 式 穿 孔 機 の 穿 孔 速 度 を 予 測 す る欠;の よ う な 実 験 式 を 提 案 し て い る。 p •
P R = C
( 3 ‑ 7
(RIHN x H.)
ここで、 P Rは 穿 孔 速 度 、 C、aお よ び bは 使 用 す る 穿孔機 や 実 験 条 件 に よ り 決 ま る 実 験 定 数 で あ り 、 p、H.は そ れ ぞ れ 作 動 ゲ ー ジ 圧と シ ョ ア 硬 度 数 で あ る 。第 3 ‑ 5図に、 Rabiaら6eが 種 々 の 岩 石 に 対 し て ダ ウ ン ザ ホ ー ル ド リ ル を 用 い て 実 際 に 穿 孔 し た 試 験 結 果 を 示 す が 、 極 め て 精 度 良 く 穿孔速 度 の 予 測 が 可 能 で あ る こ と が 分 か る。ま た 、 打 撃 式 と 回 転 式穿 孔 機 の そ れ ぞ れ の 穿 孔 速 度 は 互 い に 強 い 正 の 相 関 が あ る こ と も 示 さ れ て い る 6 9
こ れ ら の こ と か ら 、 比 較 的 簡 単 な 試 験 で 得 ら れ る RIHNは 、 種 々 の タ イ プ の 破 砕 方 式 に 対 し て 応 用 で き る 可 能 性 を 有 し て い る と 考 え ら れ る。
この (
3 ‑ 7
)式 に は シ ョ ア 硬 度 数 が 含 ま れ て い る が、 こ れ は 穿 孔 の 際、岩 石 表 面 の 硬 度 が 大 き い ほ ど よ り 大 き な 押 し 付 け 力 を 必 要 と し 、 押 し 付 け 力 の 不 足 に よ る 穿 孔 能 率 の 低 下 を 考 慮 し た こ と に よ る と 思 わ れ る。 ま た 岩 盤円υ
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20
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o Bordon H i / / g r o n i t e
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~ L Jζ
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Qご Q
Down‑the‑Hole d r i 1 1 (Hommer Type RD237)
ハ υ
ハυ
1 0 0 200 300 4 0 0
p O . 8 7 / ( R I H N x H S ) O . 7 5 3 500
第 3‑5図 種 々 の 岩 石 に 対 し て ダ ウ ン ザ ホ ー ル ドリ ル を 用 い て 実 際 に 穿 孔 し た 試 験 結 果 (Rabiaら に よ る 6 5 )
の 穿 孔 に お い て は 、 こ の 式 に 岩 盤 状 態 を 評 価 す る 指 標 包 が な い こ と か ら も 明 ら か な よ う に 、 岩 盤 状 態 と く に 亀 裂 間 隔 や 方 向 性 等の影 響 を あ ま リ 受 け な い と 考 え ら れ て い る 。 し か し 前 述 の よ う に 、 岩 盤 提 言jで は 岩 盤 表 面 の 硬 度 よ り も 亀 裂 の 状 態 に 大 き く 影 響 さ れ る。 し た が っ て、掘 削 能 率 の 予 測 に は シ ョ ア 硬 度 数 よ り も 岩 盤 の 亀 裂 状 態 を 評 価 す る パ ラ メ ー タ を 用 い た 方 が 良 い と 考 え ら れ る 。 こ の 考 え に 基 づ い て 、 後 の 第 5童 で は RIHNを 用 い て 実 際 に 掘 削 機 の 掘 削 能 率 の 予 測 に つ い て の 検 討 を 行 うc
( 2 ) 破 砕 に よ る 粉 塵 発 生 の 評 価
石 英 含 有 量 の 大 き い 岩 石 の 切 断
l
破 砕 や 穿 孔 に お い て 、 そ れ に よ る 浮 遊 粉 塵 の 発 生 は 作 業 環 境 に 多 大 の 影 響 を 与 え 、 作 業 員 の 健 康 上 大 き な 障 害 と な る 恐 れ が あ り、 こ の 対 策 は 重 要 な 課 題 で あ る。 し た が って 、 岩 盤 あ る い は 岩 石 の 破 砕 と い う 作 業 に お い て は 、 破 砕 産 物 の 粒 子 サ イ ズ を 把 握 す る こ と も 必 要 で あ る。 本 衝 撃 破 砕 試 験 で は 般 砕 産 物 の 粒 度 分 布 も 得 て い る の で 、6 4
こ の デ ー タ を 用 い て 発 生 粉 塵 に つ い て の 検 討 を 試 み た。
衝 撃 破 砕 試 験 後 の 砂 岩 お よ び 花 商 岩 の 粒 度 分 布 を 、 第 3 ‑ 6図 、 第 3‑ 7 図 に 示 す 。 両 試 料 の RIHNは 図 中 に 示 す と お り で あ るD 砂 岩 の 場 合 、 打 撃 回 数 が 増 大 す る に つ れ て 図 中 の 曲 線 が 移 動 し 順 調 に O.5mm以 下 の 網 下 産 物 が 生 成 し て い る 。 ま た 打 撃 回 数 が 増 大 し た 場 合 、 2.0‑‑‑‑4. Ommの 産 物 の 害IJ合 が 大 き く 減 少 し て い る こ と か ら 、 O. 5mm以 下 の 網 下 産 物 の 多 く は
4 .
Omm以 上 の 粗 粒 産 物 か ら 供 給 さ れ て い る こ と が 分 か る 。 O.25‑‑‑‑1 . 0 mmの 産 物 が 比 較 的 小 さ な 割 合 を 占 め て い る の は 、 打 撃 を 受 け る こ と に よ っ て 、 砂 岩 の 主 な 構 成 鉱 物 で あ る 石 英 の 平 均 粒 径 (0.05‑‑‑‑O. 07mm)に 近 い 大 き さ に 粉 砕 さ れ た こ と に よ る と 考 え ら れ る 。 花 商 岩 の 場 合 は か な リ の 打 撃 回 数 を 与 え て い るため、 2. Omm以 上 の 粗 粒 産 物 が か な り 減 少 し て い る が 、 砂 岩 に 見 ら れ る よ う な 平 均 粒 径 付 近 の 産 物 の 急 激 な 増 加 は 見 ら れ す 、 そ の 分 布 状 態 は 細 粒 に な る ほ ど 少 な い 傾 向 に あ る 。 ま た 打 撃 回 数 を 増 や す に つ れ て 、 結 晶 粒 子 の 大 き さ 程 度 に な る 割 合 が 増 加 し て い く こ と が 観 察 さ れ た こ と か ら 、 打 撃 回 数 を 増 や し て も 、 結 晶 内 部 ま で の 破 砕 は 生 じ 難 い も の と 思 わ れ る 。 こ れ ら の こ と か ら 、 RIHNの 小 さ い 砂 岩 は 、 少 な い 打 撃 回 数 で 石 芙 の 平 均 粒 径 程 度 の 微 粉 が 生 じ 易 く 、 RIHNの 大 き い 花 商 岩 の よ う な 硬 岩 は0.05‑‑‑‑O. 07mm程 度 の 微 粉 を 生 じ さ せ る た め に は か な リ の 打 撃 回 数 が 必 要 と な る こ と が 分 か る。 ま た 、 砂 岩 で は 0.07""O. 2mm、 花 商 岩 で は O.2mm程 度 の 細 粒産 物 が 多 く 生 じ て お り 、 供 試 体 と し て 用 い た こ れ ら の 岩 石 に 衝 撃 を加え て 掘 削 し た 場合、 0.07""O. 2mm程 度 の 粒 子 が か な リ 多 く 発 生 す る こ と が 予 想 さ れ る D第 3‑ 8図 は 、 交 炭 層 砂 岩 試 料 の 石 芙 含 有 率 Q と RIHNの 関 係 を 示 す。 こ の 図 に よ れ ば 、 。 が 大 き い も の ほ ど RIHNが 小 さ く な る 信 向 が 見 ら れ る。 し た が っ て 、 今 回 用 い た 突 炭 層 岩 石 に つ い て は 、 RIHNがりさ い 、 す な わ ち 阪 砕 さ れ 易 い も の は 石 英 含 有 率 が 多 く 、 破 砕 産 物 粒 子 に も よ り 多 く の 石 英 分 を 含 ん で い る 可 能 性 が あ る と 言 え るD ここで、 この Qが 多 い 岩 石 ほ ど 破 砕 さ れ 易 い と い う 結 果 を 考 察 し て み る と 、 爽 炭 層 岩 石 は 三 と し て 硬 度 の 大 き な 石 英 粒 子 と こ れ よ り 硬 度 の 小 さ な 長 石 や 粘 土 鉱 物 な ど の 砕 屑 物 が 堆 積 結 合 し た も の で あ る 。 ま た 、 上 述 し た よ う に 、 石 英 粒 子 の 結 晶 内 部 の 破 壊 は 、 比 較 的 生 じ 難 か っ た 。 仮 に 、 石 英 粒 子 の サ イ ズ の 範 囲 が 小 さ く 分 布 も 均 等
とすれば、 Qの 大 き な 岩 石 で は 、 そ の 内 部 の 軟 硬 の 頻 度 が 大 き く な る。 し
65
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