1998 Fiscal Year Annual Research Report
高速水噴流を用いた硬岩用高速表面掘削システムの開発
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10555352
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
菅原 勝彦 熊本大学, 工学部, 教授 (60109668)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 晃 熊本大学, 工学部, 助手 (40305008)
尾原 祐三 熊本大学, 工学部, 教授 (50135315)
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| Keywords | ウオータージェット / 高速水噴流 / 掘削 / 岩盤 / 壊食 / 引張破壊 / 穿孔 |
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| Research Abstract |
本研究は水ジェットを用いる岩盤穿孔の途中で繰り返し発生する貝殻状引張破壊を利用し、岩盤表面を浅く、広く、効率的に掘削する技術の開発を目的とする。従来の「送り切削」のように深く切削することは目指さず、「はつり」のように表面を浅く素早く掘削する方式を研究対象としている。
平成10年度は、実用機の設計に必要な基礎データを収集するために、岩石ブロック2軸載荷装置を含む大型穿孔実験システムを構築し、花崗岩、砂岩、安山岩、および大理石を用いて、封圧下の連続穿孔実験(最大吐出圧力100MPa)を系統的に実施した。これにより、穿孔プロセスと貝殻状破壊に対する岩目と地圧の効果を明らかにした。また、水ジェットの噴射条件(吐出圧力、ノズル径、スタンドオフディスタンス、衝突時間など)と岩盤破壊規模の関係を明らかにした。また、破壊力学的解析を踏まえて、岩石の壊食強度を用いる破壊深度および破壊体積の算定式、並びに掘削体積比エネルギー係数を用いる掘削エネルギー算定式を構築した。さらに、水ジェットの速度動果を解析して、吐出圧力250MPaで実用的な硬岩掘削が可能になると結論した。この解析によると、圧縮強度200MPaの花崗岩に対して、直径0.6mmのノズルを用いる場合、衝突時間10秒の1回の穿孔で一辺13cmの立方体に相当する破壊体積が得られる見込みである。これら掘削システムの設計に必要な基本データと各種の算定式は早期に学会誌に論文報告する予定である。
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