技 術 報 告
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模擬地中式火薬庫の爆発影響評価
中山良男● .松村知治● ,宮本健一° . 鹿田光明● ,青田正典●
夷親椀の地中式火薬庫の糠発形曹評価 を行 うことを目的に,本報告では ,4 3 分の 1スケ‑J t ' の模擬地中式火薬庫 を使用 して庫外港風圧データが収典 された。ベ ントライ ト爆薬 9 2‑4 8 7 グ ラムの爆発による館外爆風正は.庫ロからの換井軽 放1 2 ‑ 2 . 5 m/ k g . / 3 ,方位角 0 度 〜1 4 0 度の 範囲でビェゾ圧力素子により弧走された。英樹 果より, ピーク静水過圧.到達時臥 持麓時 臥 正圧相のインパルスが井出された。. ピーク静水過圧 と方位角の関係 より,爆源に近いほど 爆風の指向性は高いが,産能が大きくなるにつれて,指向性が弱 くなることが確乾された。 ま
た,本央験デー タのピーク静水過圧の潤走棉齢 i.平均で± 1 0 % の乾田となった。
1.はじめに
地中式火薬庫の序外港風圧に関 しては.これ までに鼓 多くの研究者が,模擬地中式火薬序を使用 して検計を 行っている卜8 ) 。その括果.1 )地中式火薬庫の爆発に ょる爆風は薬乱 薬童断面積に付する前室断面積の比 の彩管を受ける .2) 庸外港風圧 は緒向性 を持ち,地中 式火薬庫の中心軸方向からの方位角 β≡ Ooの方向にお いて最 も払 く.方位角が増加するとピーク過圧は強ま する,ことなどが明 らかになっている。一方,鼓億的 方法による研究.および致値的結果を集魚結果 と此牧 した研究は非常 に少ないMO I 。 これは,現象が 3 次元 的であるのに対 し ,3 次元的数値 シミュレーションは 大規模になり.時脚的経済的に困杜であること,地中 式火薬庫を構成する材科デー タの椅虎,および致億シ ミュレーション手法の椅皮に開銀が存在することなど が主な理由 と考えられる。一方.莫験的に集魚模 ( 例 えば.一級火薬庫の場合,貯蔵 丑4 0 トン)の英験 を行 う串 も,非常に困難である。今後は,小規模爆発集散 を実施 し.それを再現できる数値 シミュレーション技 術を開発 して,東泉横の爆発脚 を評価する方法が有 効であると考えられる。
我 々の最終的な目的は,地中式火薬庫の東泉横での 爆発影甘評価,およびその結果 を反映させた保安粧柾 の基準作成である。そのために.本報告では ,4 3分の
1 9 9 9 年7 月 2 日受理
' 物質工学工費技祷研究所鶴限反応部
〒 3 0 5 ‑ 8 5 6 5 茨城県つくば市東 1 ‑I TEL 0 2
98 ‑ 5 4 ‑ 4 7 9 3
FA X0 2
98 ‑
54 1 4 7 83
E・ ma iIy na k a y a ma ◎n i mc . g o . j p
1 親横の模擬地中式火薬庫を使用 してB f E 外港風圧デー タ( ピーク静水過圧,正圧相の時間穂分伍であるイン パルスなど)を収集 し.庫ロを原点 とした場合の蜂風 の鹿催滅ま特性,方位角に対する波賀特性 を検討す る。今回は,英倣結果を 2 次元流体力学計算コ‑ ドに より数値的に解析することを予定 しているので,1 )港 風伝播が 2 次元軸対称的な現象 と仮定できること,お よび 2) 模擬地中式火薬庫が大 きく変形 または破壊 し ないこと, を目標 にして集魚条件 を改定 した。なお.
本集魚結果 と対応する数億 シミュレーション薄東 との 比軌 検肘は別途報告する予定である
一2. 突放方法
これまでの美顔的研究では,換井距離 ( 麻口からの軽 鮭を爆薬丑の芦条板で除 した伍) ,あるいは保安物件に 付する K 値が 5‑1 6 m/ kg 暮 乃の範日日こおいて偉風圧が 計潤されてきた。本研究では,模擬地中式火薬掛 ま一 端開放の金属奥内厚円管 とし,その中心軸の高さは, 作葉,および安全面の見地から ,1 0 0O mm とした。こ の高さにおける地面か らの反射波の影呼 を検肘 し.そ の括果,庫口から水平庫軽1 ㈱ mm において爆風圧を 計潤す ることに した。 この場合,換 井庫軽 は 1 . 2‑
2 . 5 m 化g l n,爆風のピーク静水過圧は壕大約 l MPa と 推定された。
2. 1 供拭火薬類
本実験 に使用 した火薬類を Ta b l e lに示す。鋳造ベ ン トライ ト爆薬 ( PETN5 0/ TNT50wt % ,中国化薬㈱
製)は.上面 に雷管孔 を有する円柱形であ り. ・その起 掛 ま6 号韓発電気骨管 1 本により行 った。今回は,庫 ロに近い旬の爆薬強面を起爆 し,糠疎放を模擬地中式
Ka y a k uGa k bl s h 暮 . Vol .60.No.6.1 999 ‑29 g‑
T a bl o1Ex p l o s i ve s
No . 1 ‑ 1 No . 1 ‑ 2 No . 1 ‑ 3 No J 2
N P 3 Pe nt o l i t e ● We i gh t( g) 91 . 7 9 1 . 6 9 1 . 0
1 9 4 月 4 8 6 9 De n s i t y( kg ′ m 3) 1 6 4 0 1 6 3 0
1 6 4 0 1 6 4 0 1 6 4 0 Di a me t e r( mm) 4 0 5
4 0 . 5 4 0 . 5 4 0 . 5 4 0 . 5 Le n g t h( mm)
4 3 月 4 3 . 7 4 3 . 2 9 2 . 2 2 3 0 . 1 Le n g仙 t o
Di a me t e rr a t i o I . 08 1 . 0 8 I . 08 2 28
5 . 68
Nu mb e ro fDe t o n a t o r#6 1 1 1 1 1 ' PETN/ TNTと5 0 / 5 0 wt . %
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F i g.1Fr o n ta n ds i d ev i e wo ft h emo d e lu nd e r gr o un dma g a z i n e( l e n g t
hi nmm) 火薬庫の奥に向かって進行させた。
爆薬は,その周囲 に厚 さ 0 . 5 mm .面密度 0 . 3 8
kg / m 2 の板 目妖艶円板 を数 枚.直角に配鑑 し,爆薬の
中心軸が模擬地中式火薬序 の中心軸に一致するように
投匿 した。位置合わせの糖 度は, 士2 mm 程度である。集験 N 0
. 1は同一の薬丑で
3 回夷施 し,爆風圧の潤定精度の検討
,記録系の トリ ガーラインの動作確鑑などを行った。
2.
2 度外爆風が 模擬地中式火薬庫 2 次元軸対称的に伝播で
きるように.1 ) 火薬卑断面形状 は円形 .2 ) 火
薬庫 と前室 (トンネル)部 の断面は同 じ形 ・直径.3
) 円柱形爆薬の中心は.火薬 庫 の中心 と同一 ,4) 火薬庫
の中心 軸は地面か ら約 1 0 00 mm の高 さ, とした。使用
した模擬地中式火薬 庫.その架台,およびそれらの放置状況を
Fi g . 1に示 す。模擬地中式火薬庫の寸法は.内径
1 9 3 mm X長さ
9 4 0 mm である。模擬地中式火薬庫 ( 材質 S S 41 )那.最 大薬丑約 5 0 0 グラムのベ
ントライ トの爆発による爆風 圧を受けでも大 きな変形.
あるいは破域することがな いようにその構造お よび寸
法を検討 し,内径 2 0 0 mm の場合,内厚 3 0 mm に決
定 した。合計 5 回の兎験を行 った後で も.模擬地中式
火薬庫に多少の膨 らみは改め られた が .大きな変形.亀裂等は
発生 していなかった。
なお.本夷験の模擬地中式火薬
庫の代表長 さは,薬丑 換井で.央規模の約 4 3分の1に相当する
2. 3 庫外爆風は, ピエゾ圧力束子 ( 測 定 。
ピェ ゾ トロニックス 社製 PCBHI O 2 A1 2 ) により
計測 した。 ピエゾ圧力素子 は,庸口か らの産経がほほ 1 m.
方位角 として0度か ら 1 4 0皮 までおよそ 3 0 度間隔で計
6 個の圧力素子 を設 置 した ( Fi g.2 を参照のこと)。各圧力束子
1 は,直径
No . 4
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No・ 6 . ・ '一 一、 l
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Ma g a z i n e , 8 、 、 . ‑ ′ J ' ' ′ ・ ・ 」 「 ワ ' 。 ・ 2
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P e n t o l i t e
E x p l o s i v e I ‑1 ‑1 Cだ‑̲ 000mF 「 r I
●P r e s s t neG 8 9 e S Rg.2 L m d o n so fp re s s u r eg a g e sa bn gs i xa z i mu t h
a n g l e s
の高さは,円管状の架台を使用 して模擬地中式火薬庫 の中心軸 と同一の高 さ( 地面か ら約 1m) に設置 した。
圧力素子か らの出力■ は, アンプ ( PCB4 8 0DO6 ) お よび バ ッファアンプ( ヤ トロ成子㈱ 製 YH‑ 1 4 5 型)を通 した 後に約 3 0m の同軸ケーブルで延長 して 2 種類の波形紀 億裳 世TDS6 8 4B( SONYTekt r oni x.4 c h. .5Gs a m・
p l c / S . 8 bi t ) および 5 4 5 1 2 B( HP. 4 c h .3 0 0 M s a mpl e / S . 8 bi t ) に配線 された。妓形紀億耗位の測定 を開始 させ
るために必要な トリガー侶号 は.ペ ンライ ト爆薬の個 面に投促 したイオンギヤプか らの出力 とした。 したが って,時M) 軸の原点は.爆井波が起爆個のベ ン トライ ト価面 に適 した時刻 に相 当す る。爆 薬 の半径 は約
2 0 mm であ り,爆薬端両か らイオ ンギャップまでの軸 方向距離は,央 鹿No . 1 ‑ 1 ,No . ト2 .No . 1 ‑ 3 .No . 2 ,お よび N 0 3に対 し,それぞれ 9 . 7 mm.1 9 Bmm,1 7 . 6 mm ,
1 2 3 4
Ti J t L e ( J Z L S )
6 . 6 mm お よび 1 3 . 4 mm であった。 したがって. トリガ ーの浦皮は.ベ ントライ トの港速 を7km/ Sと仮定 した 場合, 士0 . 5〝 Sとなる。
3. 結 果
3. 1 爆風の時間履歴
Fi g.3 ( 1 ) 〜( 6 ) に爽験 No . 1 ‑ 3 ( 薬 丑91 . 0 g) の爆風の 潤定例 を示す。同園 より.方位角 Cが増加すると, ど ーク静水過圧 は大 きく低下 し,到達時刻は遅 くなっ た。これは,庫ロにおける爆風の回折現象を示 してい る。 また,成口正面での圧力履歴には,高周波のノイ ズが含 まれる結果 となった。これは.爆薬周囲に投思 した板 目軌.あるいは雷管の管体による飛散物が圧力 素子に衛兵 したためと考えられる。虎口正面でのピー ク静水過圧は他の方位角でのそれの基準に用いられる ため,蒋皮良 く計測する必要がある。今後,港源から の飛放物 を少なくすること.方位角 0‑3 0度の問にお いて珊定点 を増やすなどの対兼 をとる必寮がある。一 万 , 0巳0 度 ( 東郷伍の平均値は 1 . 8 度になった。辞細 は次節において述べる。) 以外の方位角における圧力履 歴は.我 々が夷施 してきた火薬類の保安技術実験 にお いて弧定 きれた爆風庄波形 と比較すると,砂などの飛 散と 臥 あるいは地振動によるノイズが非常に小 さくな った。 これは.模擬地中式火薬庫 を地表面ではな く.
地上高 さ1m に持ち上げたためである。
3. 2 爆風特性伍の距軽油蓑特性
今回は,湘定軽擬を国定 し,爆薬忠 を変えることに より,換井定離を変化 させた。 また.実験 により模擬 火薬庫 は 敢c m 移動 したが,移動 した状態でその次の 実験 を夷施 した。 このため,実験毎に圧力素子 までの 距稚,およびその点での方位角は変化 した。距離につ いては各夷験毎の夷測億,方位角については実測値が
0 I ¶ me 2 ( J Z L S ) 3 4
Rg.3Pr e s s ur e ・ t i mer e c o r d so fs t a t i co v e r pr e s s u r ef ors i xa z i mu t ha J l g l e s ; No . 1 ・ 3 . Pe nt o l i t e9 1 g
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1 . 0 1 . 5
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F J g. 4 Pe a ks t a t i co v e r p r e s s u r eve r s u s
s c a l e d d i s t a I n . 0 c e 1 5
2 . 0 2 . 5 s c a l e dDi s
tan ce(m Jk
g'n)3 . 0 ( cq 叫 p ) le ^ !. .V J。 au ・ [1 Fig.5Scal
e dt i meo fa r r iV a lv e r s u ss c a l e dd i s t a n c e I . 糾 ±0. 1 1 度.28 . 6土0. 6 度,59 . 6±1 . 2 度,
84 . 7士1 . 8 舵.1 1 6 ±1 . 6 度,および1 4 0
±1 . 1度 となった( 釈差は 掛 世偏差) 。変動が 土 1 . 8 度の聴掛 こ収 まることから, 5 川の実験の平均伍 を使用 した。 得 られた港風浪形 を
3 次の白紙スプライン閑故によ り滑 らかに輔弼 して .4 つの爆風特性値.すなわちピ
ーク静水過圧, 到達時問 . 持続時間 , 正圧相の時間概 1 ( 雪 ぎ ) uo !t u q ‑・・‑・・・B a k e r 伊 C do l i l e . F r e e J UT )
※
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0 . 5 1 . 0 1 3. 0
. 5 2, 0 2 . 5 s c a t e dDi s t a r L C e( P 佃 I h)
F i g.7 Sc a le dp o s i t i
v ei mpu l s ev e r s u ss c a l e d d i
s t a n c e 3. 0 分債であるインパルスを求めた
。Fi g s .4‑7 にピーク 静水過圧.到達時間
,持競時間.および正圧相のイン パルスを換算距離に対
しプロッ トした結果を示す。こ こに,●印は方位角 1 . 8 凪 t
は同29取 ▲ は6 0 乱
▼は85 度,◆は11 6 度. *は
1 40 度をそれぞれ示す。
また,国中の 2 枚類の点魚 は .Ba ke r による
5. 1 046×1 0
6J/kg ,大気圧 1 01. 3kPa , その密皮 1 2 2 5 k gm 3 により有次元に変換 )川. あるいは J Gn g e r y によるTNT爆薬 の地表面や 発 の文献値 1 2 1 である。
Fi g s L 4‑7 より拝読時間以外の爆風特性値は方位角を パラメータとして明確 に整理できた。持続時間の場合 は,理由は不明であるが,方位角の好守がはっきり現 れていな い 。
3. 3 ピーク静水過圧の荘鼓減衰特性
次 に, ピー ク静水過圧 について辞細 に検 肘す る。
Fi g.4 より,方位角 1 . 8‑2 9 度では.空中爆発の括果 より高 く,方位角6 0度ではほぼ同 じになり,方位角 8 5
‑1 4 0 度では空中港発の緒果より低 くなった。庫口正 面方向のピーク静水過圧は .Ba ker のデータの 2 倍薬 丑に相当する Ki n ge r yのデータよりもさらに高 くなっ た。このことより,庫口を庫棟の原点 とした場合,換 算摩 耗〜2 m/ kg ■ ′ 3 ,方位角 0‑3 0 度の乾田において,
ピーク静水過圧は空中爆発の場合 よりも薬丑換井で2 倍以上 高 くなると考 え られる。一方,換 算距 離〜
2 m/ k g
Jnにか 、 ては,方位角が増加すると, ピーク静 水過圧は著 しく減衰する祐乗 となった。今後.方位角
1 8 0度における計淵を実施する予定である。
換井距乾の乾田が, 1 . 2‑2 . 3m/ kg 暮 ′ 3 となることか ら,本報告でほど‑ク静水過圧の距桂城ま を表す夷験 式 として( 1 ) 式 を使用する。
A p = A(a/W
L/3)' J ( 1 ) ここに , Ap はピーク静水過 庄( Pa) ,R は庫ロからの S E 建 ( m) . W は薬 丑( kg) ,k は圧力の涜宋定数 , I ) は 距鞍波賀のべ き指数である。 フィッテ ィングの結果, 方位角 e= 1 . 8 . 2 9 . 6 0 . 8 5 .1 1 6 . お よび 1 4 0 掛 こ対 し,そ れぞれべ き指数 n=‑ 2 36 0 . ‑ 3 . 01 5 . ‑ 1 . 4 払. ‑ 1 32 5 . ‑ O B1 5 7 . および ‑ 0 . 1 6 1 8 となり.方位角が増加するにつ九で.ど こク静水過圧は点やかに戒糞する古来 となった。なお, 方位角 1 . 8 度のべ き荷敷nの絶対値が方位角 2 9 度のそ れより小 さいのは,実験 N0 . 3 の方位角 l B皮のデータ を収集できなかったため,集験 No . 1および実験 N 0 2の データ.すなわち, より遠方の換井庫鮭におけるデー タだけを使用 して祐問 したため と考えられる。今後, 庫口正面方向のデータ収典を港長する必要がある。
3. 4 ピーク静水過圧の方位角依存性
次に, ピーク静水適正の方位角依存性,すなわち解風 の指向性 を考察する。各方位角に対 し( 1) 式のピーク 静水過圧の減衰定数 k,および距能減衰のべ き指致D が求められているので,これらの伍を使用 し,換井原 穀1 . 6 . 1 &2 D. 2 2 . および 2. 4m mg ト3 における各方位角の
ピーク静水過圧 を算出 した。
Fi g . 8 は.横軸に方位丸 縦掛 二は方位角 l B皮にお
ー ・O
Mo
・6 0 ・ 4 u o (由 ap 8
'T︼古くb )与 o !一点 aJ n哲 ‑d J3 8
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 01 2
01 4 01 6 0) 8 0 A z i mu l
bAn B ) e 0 ( d e b) F l g. 8 0ve r pr e s s ur er a t i oa saf un c t
i o no fa z i mu t h a ngl e
け
るピーク静水過圧に対するある方位角におけるピー ク静水過圧
の此 ( 過庄比)をプロットした結果である。
国中の爽
鰍 ま,換井距掛 ま1 6 m/ kg "での文献
7I の結 果
である。同園より,換井原経が大きくなると,過庄 比
は叔やかに変化する.すなわち爆風の指向性が弱 く なることがわかる。 さらに,換井距離 1 6 m/ kg l / 3
にお ける着果 とも.本夷験結果は.定性的には一致する
。 以上 より,過庄比は,換井庫唐.あるいは保安発掛
こ 関連 した表現であれば K 値によ
り変化するため,保安 基準の設定に際 しては.この爆風の特
性を十分に考慮 する必要がある。
3. 5 ピーク静水
適正の測定精度 本夷鹿 データは,今後 ,2 次元
流体肝井コー ドによ る結果 と此軟考察される予定である。こ
のため,本実 験データの判定頼虎を井出 した。 兎験 N 0 . 1にか 、 て同一薬丑の英験を 3 回行ったので.
ピーク静水適正の結果より,各方位角毎にデータの分 散を推定
できる。平均胤 標準偏差を算出した括乗を Ta bl e2
に示す。ここに.誤差は標準偏差により示 し, 羽定清齢 ま標
準偏差を平均伍で朝った億とした。同表 より方位角 l B皮の測定
棉度は,非常に悪 くなったが.
これは Fi g. 3 ( 1 )に示すよ
うに.飛放物によるノイズの 影響が大 きいためと考えられ
る 。0=日6 度の珊走蒋
虎はやや悪 くなったが . 0= l B虎のデ‑タを含めない
場合の潤走帝虎
TBbr o2 Pe a ks t at i co ve r pr e s s ur es c a t
ter si nt he e xpe r i mentNo . 1
Az Angl i mut e h Pe aks t at i co ve r pr e s s u
reMe a n Va l ue
( MPa ) Er r o r ● Ac c ur a c y● ● ( °e g. ) ( MPa
) ( %) 1 . 8 0. 4 0 8
0. 0 9 7 2 3 B
29 0
21 2 0. 01 3 6 3 6 0
0 . 1 3 3 0 . 0 05 4 . 0 85 0 . 0 768 0 . 0 0 6 6 8 . 6 1 1 6 0 . 0 3 3 4 0 . 0 04 9
1 4 . 5 1 40 0. 021 7 0. 0 0 0 7 ‑ 3 3 ':Er r or
i sde 丘ne dbys t a ndar dde vi a t i on.
● ●:Ac c u r a c yi sd e 丘n e db ye r r o rd i v i d e db yme a nv
a l u e .
‑3