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ぃ践 と ミ ム メ
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10
0 . 5 0 . 4
0.1
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ト 費 用 の 関 係 (~gf/cm)
ト 消 費 量 お よ び ビ γ
摩 耗 係 数 Fとビッ 第 4‑ 8図
89
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~-t:
ヘ 二 10
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K G
ハ υ ハ υ
て ) ハ ノ ム
之 ヱ
k
20
1 5 •
• 320m 坑道西本延
企
520m 坑道本延
・ 380m 西80 釦連卸向
。緩め発破使用区域 520m 坑道本延
5 ‑ t 320m 坑道西本延
。 。
2 4 6 8
S c ( x 1 r i k g f j c m 2 )
1 0
第 4‑ 9図 一 軸 圧 縮 強 度 Scと掘 削 能 率 DRの関 係
50 40
1 0
0
・ 320m 坑道百本廷
ムA
520m 坑道本廷
ロ・
380m 西80 釘〕連餌〕向 マv 相浦砂岩
0
1::..ロマ含オぷ態
・
A・ v
寄P 燥状
ハ υ ハ υ
0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 6
F ( k g f j c m )
0 . 8
第 4‑ 1 0図 摩 耗 係 数 F と RIHNの 関係
‑ 9 0
す 。 こ の 図 よ り 、 岩 石 を 含 水 さ せ る こ と に よ り 摩 耗 係 数 Fが 全 体 的 に 小 さ く な っ て お り 、乾 燥 状 態 で は 経 済 的 に 切 削 が 困 難 な 場 合 で も 、 含 水 さ せ る こ と に よ り 掘 削 能 率 を 上 昇 さ せ 得 る 可 能 性 が あ る。 ま た 、 切 削 が 困 難 な 硬 い 岩 盤 で も 、 岩 盤 に 亀 裂 を 発 生 さ せ る こ と に よ り 切 削 が 可 能 に な る 場 合 が あ る こ と が 知 ら れ て お り 、 機 械 化 掘 進 切 羽 に お け る 緩 め 発 破 工 法 と し て 適 用 さ れ て い る が 、 緩 め 発 破 に 代 わ り 得 る も の と し て 水 圧 破 砕 ; 去 の 適 用 が 考 え ら れ る 。 こ の 方 法 は 、 以 上 の 結 果 か ら 考 え れ ば 、 亀 裂 の 発 生 と 含 水 に よ る 強 度 の 劣 化 と い う 2つ の 効 果 を 期 待 す る こ と が で き る。
( 3) Sch imazek摩 耗 試 験 の 問 題 点
実 際 の 切 削 に お い て は 、 亀 裂 の 有 無 に よ っ て 切 断j能 率 が 大 き く 左 右 さ れ る 。 実 際 上 、 よ り 適 切 な 摩 耗 係 数 を 算 定 す る た め に は 、 現 場 の 特 徴 、 主 と し て 亀 裂 の 多 少 、 分 布 等 に つ い て 十 分 な 考 慮 を 払 う 必 要 が あ る。 また、 こ の 試 験 で は 摩 耗 を 引 き 起 こ す 鉱 物 と し て 石 英 の み を 取 り 上 げ て い る が 、 実 際 に は 長 石 や 炭 酸 塩 鉱 物 も 摩 耗 の 原 因 に な る と 考 え ら れ る。 さ ら に 、 大 理 石 の よ う な 石 英 を ほ と ん ど 含 ま な い 岩 石 で は 、 摩 耗 係 数 Fが 適 用 で き る か 否 か に つ い て 検 討 す べ き 余 地 が 残 さ れ て い る。 そ の 上 こ の 方 法 は 、 Fを 求 め る た め の 薄 片 の 作 製 と 石 英 体 積 含 有 率 の 算 定 に 多 大 の 時 間 を 要 す る た め 、 結 果 的 に サ ン プ ル 数 が 少 な く な り が ち で あ り 、 測 定 誤 差 が 大 き く な る 要 因 が 含 ま れ て い る。 こ の 点 、 の 解 決 方 法 と し て 、 試 験 試 料 の 作 製 や 試 験 方 法 が 比 較 的 簡 便 な Cerchar摩 耗 試 験 が 挙 げ ら れ る。 こ の 試 援 に つ い て は 次 節 で 述べ る。
91
4. 4 Cerchar摩 耗 試 験
前 節 で 述 べ た 構 成 鉱 物 中 の 石 英 含 有 率 や そ の 粒 径 な ど か ら 摩 耗 度 を 計 算 す る Schimazekの 方 法 で は 、 適 用 岩 石 が 限 定 さ れ 、 ま た 測 定 ; 去 や 結 果 の 精 度 な ど に お い て 問 題 点 も 多 い こ と が 分 か っ た 。 そ こ で 、 あ ら ゆ る 岩 石 の 摩 耗 性 を 簡 便 に 評 価 す る 方 法 と し て 、 仏 国 の 石 炭 公 社 の 中 央 研 究 所 Cerchar で 考 案 さ れ た Cerchar摩 耗 試 験 に 着 目 し た 。 ま た 、 こ の 試 験 法 は 英 国 の N
C B (現在の BritishCoal) の M R D E で 岩 石 の 摩 耗 性 を 評 価 す る 方 法 と し て 採 用 さ れ て い る 。
4. 4. 1 摩 耗 性 指 数
Cerchar摩 耗 試 験 は 、 試 験 用 ビ ッ ト に 一 定 の 荷 重 を 作 用 さ せ て 供 試 岩 石 を 引 っ か き 、 こ れ に よ り 生 じ る 試 験 用 ビ ッ ト の 摩 耗 し た 平 面 幅 を 摩 耗 性 を 表 す イ ン デ ッ ク ス と し 、 摩 耗 性 指 数 Abrで 表 さ れ る。
4. 4. 2 試 験 方 法 お よ び 供 試 岩 石
試 験 装 置 を 第 4 ‑ 1 1図 (写 真)に 示 す。 ま た 試 験 方 法 は 以 下 の と お り で あ る S8 :。
第 4‑ 1 1図 Cerchar 摩 耗 試 験 装 置 (写 真 )
92
(心 岩 石 供 試 体 を 装 置 に セ ッ 卜 す る 。 こ の 際 、 平 滑 な 面 を 上 面 と し 、 か つ 水 平 と な る よ う に バ イ ス に セ ッ ト す る 。
② ビ ッ ト 先 端 が 平 滑 な 岩 石 表 面 に 垂 直 に 当 た る よ う に セ ッ ト し 、 重 鍾 を ビ ッ ト の 上 に 静 か に 載 せ る 。
③ 装 置 の ハ ン ド ル を ゆ っ く り と 回 転 さ せ 岩 石 供 試 体 を 移 動 さ せ る 。
④ ビ ッ ト を 取 り 外 し 、 摩 耗 し た ビ ッ ト 先 端 の 直 径 を 計 漬IJ拡 大 鏡 を 用 い て
O.OOlmm
単 位 ま で 読 み 取 る 。ε
読 み 取 っ た 値 を10倍 し て 、 岩 石 の 摩 耗 性 指 数 Abrと す る 。 た だ し こ の と き の 単 位 は1 / 1 0 m m
である。使 用 し た ビ ッ ト は 直 径
1 0 m m
で 、 そ の 先 端 は9 0
・ の 円 銭 形 で あ る 。 用 い た 材料は、8 7 0
0Cで2 0
分 焼 入 れ し た 後 、1 7 0
0Cで 焼 戻 し し たS C M 4 3 5
銅 で あ る 。こ の 引 張 強 度 は
20.000kgf / c m
2程 度 で あ る 。C e r c h a r
摩 耗 試 験 で は 、 ビ ッ ト の 上 に 載 せ る 重 鍾 の 重 量 が7 k g f
、岩石供試体の移動 ~ê ~ (以 下 、 引 っ か き 長 さ と 呼 ぶ)は1 0 m m
で 行 わ れ る が 、 今 回 の 試 験 条 件 は 、 重 鍾 の 重 量 を3
、5
、7
、1 0 k g f
の 4種 類 、 引 っ か き 長 さ を5
、1 0
，2 0
，3 0
，4 0
市m
の 5種 類 と し た。 摩 耗 性 指 数 は 各 々 の 条 件 に 対 し て 5回 す つ 試 験 を 行 い 、 得 ら れ た 結 果 を 平 均 し た 。 試 験 に 供 し た 試 料 は 、 砂 岩 、 安 山 岩 、 花 商 岩 お よ び 大 理 石 の 4種 類 で あ る 。 そ の 力 学 的 性 質 を 第 4‑ 2表 に 示 す 。 ま た 、 第 4‑ 1表 で 示 した 三 井 三 池 鉱 か ら 採 取 し た 爽 炭 層 岩 石 も 用 い た 。
第 4‑
2
表 各 試 料 の 物 理 的 、 力 学 的 色 質:
s : t i ， g : I f f
j也 S c SIE
5 0 Hs V p( k g f / c m
2)( k g f / c m
2)( k g f / c m
ご)( m s e c )
大 理 石 秋 吉
5 . 0 x 1 0 " 3 2 1 0 x 1 0
~3 8 4 1 3 0
安 山 岩 唐 津
8 . 8 7 8 1 0 5 1 4 5 9 0
‑イ++ヒ‑岡........石LムJ 徳 島
1 4 . 8 8 3 1 4 . 4 8 0 5 3 2 0
E、少: 6
相;甫6 . 5 4 4 5 . 5 4 0 2 4 2 0
9 3
4. 4. 3 試 験 条 件 に つ い て の 検 討
まず、 こ の 試 験 に お け る 重 鍾 の 重 量 や 引 っ か き 長 さ 、 ビ ッ ト の 状 態 等 の 試 験 条 件 を 変 え て 実 験 を 行 い 、 岩 石 の 摩 耗 性 を 精 度 良 く 表 す こ と が で き る 試 験 条 件 に つ い て 検 討 し た 。
( 1 ) 重 鍾 の 重 量
第 4‑ 1 2図 に 、 引 っ か き 長 さ を 10mm一 定 と し た 場 合 の 各 岩 種 に お け る 重 鍾 の 重 量 と 摩 耗 性 指 数 Abrの 関 係 を 示 す 。 こ の 図 よ り 、 各 岩 種 と も 重 鍾 の 重 量 が 増 大 す る と と も に 摩 耗 性 指 数 が 増 大 し て お リ 、 か な り 強 い 正 の 相 関 が あ る こ と が 分 か る 。 ま た 、 重 鐙 の 重 量 が 大 き く な る に つ れ て ビ ッ ト 先 端 で の 摩 耗 平 面 が よ り 大 き く 形 成 さ れ 易 く な る た め 、 ピ ッ ト 先 端 部 を 測 定 す る 際 の 誤 差 が 少 な く な る 。 こ の 重 鍾 の 重 量 の 増 大 に よ る 摩 耗 平 面 の 形 成 は 、 強 度 の 大 き い 花 商 岩 や 安 山 岩 で 大 き く 、 強 度 の 小 さ い 砂 岩 や 大 理 石 で は 小 さ い た め 、 岩 種 に よ る 差 異 が 顕 著 に 現 れ る。 こ れ ら の こ と か ら 、 よ り 重 い 重 鍾 を 用 い る 方 が よ り 明 確 な 結 果 を 得 る こ と が で き る が 、 Cerchε「 摩 耗 試 験 で 用 い ら れ る 7kgfの 重 鍾 の 重 量 で も 十 分 な 信 頼 竺 を 持 つ こ と が で き
る と 考 え ら れ る。
( 2 ) 引 っ か き 長 さ
第 4‑ 1 3図 に 、 重 鍾 の 重 量 を 7kgfと 一 定 に し た 場 合 の 各 岩 種 に お け る 引 っ か き 長 さ と 摩 耗 性 指 数 Abrの 関 係 を 示 す。各 岩 種 と も 引 っ か き 長 さ が 増 大 す る と と も に 摩 耗 性 指 数 が 増 大 し 、 正 の 相 関 が あ る こ と が 分 か る。 し た が っ て 、 引 っ か き 長 さ と 摩 耗 性 指 数 が 線 形 関 係 に あ る 場 合 、 重 鐙 の 重 量 と 同 様 、 引 っ か き 長 さ が 大 き く な る ( ま と 岩 石 の 摩 耗 性 を よ り 精 度 良 く 評 価 す る こ と が で き る と 思 わ れ る 。 し か し 、 引 っ か き 長 さ の 増 大 と と も に 用 い る 試 料 の サ イ ズ を 大 き く す る 必 要 が あ り 、 ま た 試 験 装 墨 も 所 定 の 引 っ か き 長 さ を 与 え 得 る 大 き さ に し な け れ ば な ら な い。 し た が っ て 、 よ り 小 さ な 試 料 を 適 用 す る た め に は 、 引 っ か き 長 さ と 摩 耗 性 指 数 に 線 形 な 関 係 が 成 リ 立 ち 、 か つ 精 度 良 く岩 石 の 摩 耗 性 を 評 価 で き る 範 囲 内 で 、 引 っ か き 長 さ を 規 定 す れ ば よ い と 考 え る 。 こ れ ら の こ と か ら 判 断 す れ ば 、 Cerchar摩 耗 試 験 で 用 い ら れ る 10mmの 引 っ か き 長 さ で 、 十 分 岩 石 の 摩 耗 性 を 評 価 で き る と 思
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