KR100295239B1 - 발파공의화약충전방법및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 화약을 벌크 형태로 발파공의 직경에 완전히 채우는 것보다 적은 충전밀도로, 수평 발파공들에 화약을 충전하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 일단이 개방된 충전호스를 발파 곡면상의 하나 이상의 발파공안으로 삽입하고, 펌프가능하고 응집성있는 벌크 화약을 충전호스를 통해 소정 속도로 펌프하며, 화약을 펌핑하는 동시에 충전호스를 소정 속도로 후퇴시키고, 펌핑속도와 후퇴속도를 조정하여 충전호스 단부의 구멍으로부터 배출되는 응집성 있는 스트링을 형성하여 상기 배출 스트링으로 발파공의 직경 일부분만을 채우는 단계로 구성된다. 본 발명은 또한 발파공의 단위 길이당 조절된 용적량으로 발파공에 화약을 충전하는 장치에 관한 것으로, 이 장치는 펌프가능하고 응집성있는 벌크 화약이 들어있는 용기, 발파공안으로 삽입되는 충전호스, 충전호스와 용기를 연결하는 도관, 용기로부터 도관과 충전호스를 통해 화약을 이동시키는 펌핑수단, 충전호스를 전후진시킬 수 있는 호스 가동수단, 및 펌핑 속도와 호스 후퇴 속도 사이의 비율을 세팅하기 위한 조정수단을 포함한다.

Description

발파공의 화약 충전방법 및 장치

제1도는 지하터널의 각각 다른 모양의 발파공을 보여주는 개략사시도.

제2도는 본 발명에 따른 발파공내의 화약 스트링의 모양을 보여주는 단면도; 및,

제3도는 본 발명에 따른 화약 스트링을 형성하는 바람직한 장치의 개략 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 암벽면 2,3,4,5 : 발파공

6 : 심빼기 22 : 바위

23 : 충전호스 31 : 화약 용기

32 : 화약 33 : 펌프

34 : 모터 35 : 가스발생제 용기

38 : 도관 39 : 믹서

40 : 윤활액 용기 41 : 윤활액

44 : 와인더

본 발명은, 화약을 벌크 형태로 발파공의 직경에 완전히 채우는 것보다 적은 충전밀도로, 수평 발파공들에 화약을 충전하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 발파공의 단위 길이당 조절된 용적량으로 발파공에 화약을 충전하는 장치에 관한 것이다.

많은 발파작업에서, 체적 강도를 낮추고 변화시킬 수 있는 화약을 제공하는 충전방법이 바람직하다. 터널이나 갱도를 뚫을 때는, 뒤에 볼트결합이나 콘크리트 보강 등의 보수 보강 작업이 상당히 줄어들도록 외곽 발파공들을 조심스럽게 발파해야 암벽면이 거의 손상되지 않고 최종적인 윤곽이 설계 크기와 맞게된다. 이런 고려사항은 지하 굴착에서도, 또는 사후처리를 곤란하게 하는 자잘한 부분이 생기지 않게 하는데도 마찬가지이다.

절단면을 매끄럽게 하려면 여러개의 작은 발파공들을 약간만 떨어지게 해야 하지만, 이 방법은 시행상 및 경제적인 이유로 제한되고, 일반적으로는 직경이 작은 캐트리지나 관을 더 큰 직경의 발파공에 부분적으로 집어넣어서 조심스럽게 발파를 했다. 또 다른 방법으로는 서로 떨어져서 각각 점화되는 데크 차지(deck charge)들을 발파공 안에 일정 간격으로 배열하는 것이다. 이 방법은 힘도 많이 들고 장비도 비싸다. 상습적인 문제점은 충전이 일정하지 않으면서 화약과 바위 사이의 연결을 제어할 수 없다는 것이다. 어떤 화약은 기폭이 되지 않기도 하는데, 아마도 빈 가스통로에 충격파가 먼저 전달되어 미리 압축되기 때문인 것 같다. 장약과 동심으로 격판이나 스페이서들을 들여보내면 장약의 배치를 개선할 수는 있지만 비용이 비싸지고 충전 공정이 복잡해진다.

신중한 발파를 위해 일반적으로 발파공이 커지고 화약을 벌크 충전하는데 부응하기 위해서, 경량의 다공성 물질과 혼합한 ANFO등과 같이 에너지 농도가 크게 축소된 벌크 화약이 개발되었다. 화약을 커다란 발파공에 완전히 채우려면 상당한 에너지 감소가 필요하고 흔히 기폭 제한점에 도달한다. 이런 패키지 방식과 관련된 전술한 배치 문제들은 벌크 화약으로 피할 수 있지만, 암벽면에의 연결이 더 강력해지고 발파 결과가 화약의 비균질성에 따라 현저히 달라진다. 이런 문제점들은 사용되는 화약이 분말이기 때문에 더 현저하다. 일반적으로 에너지를 줄이는데 사용되는 가벼운 재료들은 화약의 무거운 성분들과 쉽게 섞이지 않는다. 제조할 때 주의하여 이들을 잘 혼합해도 운반작업과 충전작업중에 이들 성분들이 분리되기 쉽기 때문에 불충분하다. 미합중국 특허 제 4,995,925호에 따르면, 이런 종류의 조성물의 분리 문제를 본질적으로 개선하였다. 화약을 적게 충전한 발파공의 일반적인 문제점들은 해결되지 않았지만, 이런 화약에서 강도 조건을 몇배로 하기 위해 화약 조성을 단일화할 필요는 없다.

미합중국 특허 제 5,105,743호에서는 표준 취입성 화약을 사용하여 발파공을 부분적으로 채우는 방법을 제시하였다. 이 방법은 과립이고 취입성 화약에 한정되고 펌프식 화약이 필요한 축축한 환경 등에는 사용이 제한된다. 이 방법에는 직경이 다른 발파공마다 각각의 공구들이 필요하고 발파공 길이를 따라 화약이 불균일해진다.

과립 화약과는 달리, 응집력이 있고 직경이 더 작은 펌프식 화약은 기폭 전달에 문제가 생기기 쉽다. 적당한 기폭상태에서도 이들 화약은, 밀봉되었든 개방되었든, 기폭 속도가 높고, 따라서 발파를 신중하게 할 수 없다.

본 발명의 주목적은 적은량의 펌프식 화약을 발파공에 충전하여 발파하는 방법과 장치를 제공하는 것이다. 다른 목적은 신중한 발파에 적당한 방법과 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 각각 다른 조건의 발파공에 맞추어 특유의 장전조건이 쉽게 변화되는 펌프식 화약을 충전하는 방법과 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 근본적으로 동일한 화약에 대해 이런 가변 충전을 하는 것이다. 또 다른 목적은 발파공의 크기와는 전혀 무관하게 상기 목적들을 달성하는 것이다. 마지막으로, 다른 종류의 펌프식 화약으로 각각의 에너지 감소성능을 적당히 이용하여 상기 목적들을 달성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 벌크 형태의 화약으로 발파공의 직경을 완전히 채울 때의 장전 밀도에 비하여 낮은 장전 밀도로 거의 수평인 발파공에 화약을 충전하는 방법 이 제공되는데, 이 방법은 단부가 개방되어 있는 충전호스를 발파 곡면상의 하나 이상의 발파공안으로 삽입하는 단계, 펌프가능하고 응집성있는 벌크 화약을 충전호스를 통해 소정 속도로 펌프하는 단계, 화약을 펌핑하는 동시에 충전호스를 소정 속도로 후퇴시키는 단계, 및 펌핑속도와 후퇴속도를 조정하여 충전호스 단부의 구멍으로부터 배출되는 응집성있는 스트링을 형성하여 상기 배출 스트링으로 발파공의 단면적의 일부분만을 채우는 단계로 구성된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 발파공의 단위 길이당 소정의 용적량으로 발파공에 화약을 충전하는 장치가 제공되는데, 이 장치는 펄프가능하고 응집성있는 벌크 화약이 들어있는 용기, 발파공안으로 삽입하기에 적합한 충전호스, 충전호스와 용기를 연결하는 도관, 용기로부터 도관과 충전호스를 통해 소정 속도로 화약을 이동시키는 펌핑수단, 충전호스를 소정 속도로 전후진시킬 수 있는 호스 이동수단, 및 펌핑속도와 호스 후퇴속도사이의 비율을 세팅하기 위한 조정수단으로 구성된다.

펌프가능한 화약 스트링으로 발파공 직경의 일부분만을 채워서, 전술한 여러 목적들을 달성한다. 화약 자체는 크게 희석될 필요는 없지만, 대응 문제점에 있어서는, 화약의 양과 스트링의 크기에 의해 에너지 감소가 달성된다. 특유의 장전에 있어서의 변화를 얻을 수 있고, 특히 벌크 화약의 파워를 충분히 이용하도록 어떤 발파공들은 완전히 충전해도 좋다. 그러나, 가장 현저한 이점은 화약 스트링을 가늘게 하여 신중한 발파를 할 때 얻어진다. 펌프가능한 벌크 화약 스트링은 발파공의 벽면에서 떨어져 있고, 밀봉상태나 개방상태에 무관하게 높은 발파속도로 작용한다는 것이 발견되었다. 벌크 화약 스트링은 아주 낮은 속도로 기폭되고 충격을 발생시켜서, 신중한 발파에 필요한 조건들을 완전히 충족시킨다. 전술한 충전방법과 기폭 메커니즘에 의하면 종래와는 달리 가느다란 스트링으로도 기폭이 안정되고 방해되지 않는다. 본 방법에 의하면 펌프가능한 벌크 화약을 크게 변화시킬 수 있어서, 강도, 방수, 감도 등의 면에서 여러 발파환경에 맞게 화약을 선택할 수 있다. 본 방법은 미세구 감지식(microsphere sensitized) 또는 가스발생식(gassed) 화약에 이용될 수 있다. 가스 발생식 화약은 축방향으로 움직이지 않고 반경방향의 빈 공간으로 후발포되어, 중요한 기폭 스트링 크기를 감소시키거나 감도를 높일 수 있다는 점에서 더 유리할 수도 있다. 본 방법에 의하면 화약 자체에 보조장치가 불필요하다. 본 충전장치는 충전방법의 중요한 부분에 대한 구조적 기초를 형성하므로, 전술한 여러 장점들을 지지한다.

기타 다른 목적과 이점들은 이하의 상세한 설명으로부터 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 발파공의 직경의 일부만을 채우는 응집성 벌크 화약 스트링을 형성한다는 기본적인 특성은, 이 화약 스트링을 적당히 배치하고 기폭때까지 유지할 수 있는 어떤 종류의 발파공에도 이용될 수 있다. 이 방법은 수평 발파공에 이용되는 것이 바람직한데, 여기서 수평이란 화약 스트링을 적절히 유지하기만 하면 어떤 기울기라도 상관없음을 의미한다.

대부분의 화약은 화약 스트링의 어떤 중단점을 연결하여 반응을 유지하기에 충분한 갭(gap) 감도를 갖지만, 어떤 큰 틈새나 불연속 없이 전체 길이에 걸쳐 화약 스트링이 응집성을 갖는 것이 바람직하다. 발파공 벽면의 거칠기나 기타 방해물로 인한 약간의 불규칙성은 중요하지도 않고 어느정도는 불가피하다. 본 발명의 원리들은 발파공의 전체 길이나 일부분을 충전하는데 이용될 수 있다. 일반적으로, 발파공의 대부분의 길이를 본 발명에 따른 화약 스트링으로 충전하는 것이 바람직하다.

화약 스트링의 단면적은 발파공 길이를 따라 규칙적으로 변할 수 있다. 바람직한 변화는 입구에서 안쪽으로 갈수록 단면적을 크게하여 발파공 가장 안쪽에 가장 많은 양이 필요한 조건을 충족시키는 것이다. 대부분의 경우에, 단면적이 일정한 것이 바람직하다.

본 방법의 여러 단계들은 전술한 특성을 갖는 화약 스트링을 만들기에 적합하다. 충전 호스를 소정의 속도로 후퇴시키면서 화약을 소정량씩 공급하여 발파공의 바닥이나 가장 안쪽 부분부터 충전한다. 화약 공급속도와 호스 후퇴속도를 서로 조절하여, 필요한 양의 화약 스트링을 호스 끝에서부터 압출할 수 있다. 2가지 속도중의 적어도 하나는 일정하게 유지하는 것이 바람직하지만, 화약의 배출량을 변화시키거나 일정하게 하기 위해 2가지 속도 전부를 변화시킬 수도 있다. 화약 스트링의 단면적을 변화시키면서 압출할 때는 후퇴 속도를 일정하게 유지하는 것이 좋고, 단면적을 일정하게 할 때는 2가지 속도 전부를 일정하게 유지하는 것이 좋다.

발파공의 일부분은 본 발명의 화약 스트링이 아닌 다른 것으로 충전할 수도 있다. 기폭관 및/또는 뇌관 형태의 특정한 점화수단은 발파공 안에, 일반적으로 가장 안쪽에 배치된다. 안전한 점화를 확보하려면, 점화수단 주변에 과다한 화약을 두는 것이 적당하고 이들 점화수단 주변의 발파공 직경을 완전히 채우는 것이 더 바람직하다. 마찬가지로, 발파공 최외측은 화약이 불필요하거나 거의 없을 수도 있다. 과다 충전은 펌프를 기동하면서 호스를 천천히 후퇴시킴으로써 이루어지고, 과소 충전은 펌핑을 늦추거나 정지시킴으로써 이루어진다.

부분 충전은 발파공 직경과는 전혀 무관하고, 본 발명의 스트링 충전은 광범위한 크기의 발파공에 이용될 수 있다. 그 직경은 25-150mm(1-6인치)가 좋고, 36-100mm(1.5-4인치)가 더 바람직하지만, 꼭 이것에 한정되는 것은 아니다.

점성 화약은 원형 스트링으로 압출되더라도 발파공안을 흐르게 되어 발파공 형상에 적응할 수 있다. 따라서, 여기서 부분 충전도란 발파공 단면적에 대한 배출 스트링 단면적으로 표현된다. 이런 의미의 충전도는 10-90%의 범위에 있고 바람직하게는 20-80% 범위에 있다.

정확한 충전도는 화약을 줄이는 목적에 따라 변한다. 신중한 발파에서 가장 바람직 한 것은 충전도를 10-75%로 선택하는 것이고 더 바람직하게는 15-60%로 선택하는 것이다. 충전도가 너무 높으면 화약 감소량이 불충분하고, 충전도가 너무 낮으면 발파가 불충분할 수 있다. 화약 스트링의 단면적은 1-20 cm²이고 2-15 cm²가 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 부분적인 스트링 충전에서는 완전밀봉이나 완전개방에서 구해진 속도보다 기폭속도(VOD)를 상당히 낮출 수 있다. 이런 가능성을 이용하면 VOD가 같은 화약 스트링을 지면에서 자유롭게 기폭시켰을 때의 VOD의 25-75%에 있을 수 있고 30-60%에 있으면 바람직하다. 발파공의 스트링은 자유롭게 기폭되도록 가늘어야 하고, 전술한 값의 경우는 자유롭게 기폭될 수 있는 가장 가느다란 스트링과 비교되어야 한다. VOD는 500-3500 m/sec에 있을 수 있고 1000-2500 m/sec에 있으면 바람직하다.

본 발명의 부분 충전은 외곽 발파공이 아닌 중간 발파공이나 생산 발파공 등의 각각에 맞춰 충전강도를 조절하기에 적합하다. 이런 목적으로, 부분 충전도의 범위가 넓으며, 특히 그 충전도는 25-90 %이면 좋지만 30-75 %이면 더 바람직하다.

본 발명에 따라, 적어도 하나의 발파공에 상기 목적들중의 어떤 용도의 화약 스트링을 부분적으로 충전한다. 본 발명을 다양하게 이용하려면, 여러 발파공들, 특히 같은 곡면상에서 발파할 여러 발파공들을 각각 다른 비율로 충전하는 것이 바람직하다. 본 발명을 완전히 이용하기 위해, 그외의 어떤 발파공을 완전히, 즉 100% 충전하는 것도 본 발명의 범위내에 있다.

각각 다른 강도의 화약들을 각각 다른 발파공에 사용하는 것도 본 발명의 범위에 있지만, 하나 이상의 발파공에 동일한 화약을 충전도를 변화시키면서 사용한다면 본 발명을 가장 잘 이용하는 것일 것이다.

이 화약은 카트리지나 패키지로 취급되지 않도록 벌크 화약이어야 한다. 일반적으로, 발파공내의 충전 화약 스트링을 따라서 충전재나 스페이서가 없어야 한다. 이 화약은 분말이나 과립상과 달리 유동성이나 점성이 있어야 하고, 펌프될 때와 스트링 형태로 있을 때 어떤 고체의 주변에서도 유동성이나 점성에 의해 연속된다는 의미에서 응집성이 있어야 한다. 이 화약은 펌프될 수 있어야 한다. 즉, 하나의 상태로서 압력을 받아 이동할 수 있어야 한다. 이 화약은 또 너무 높은 압력손실 없이 충전호스를 매끄럽게 빠져나가기에 충분한 낮은 점도를 갖는다. 이 화약은 높은 온도에서도 펌프될 수 있지만, 상온에서 펌프되는 것이 바람직하다. “다시 펌프될 수 있는(repumpables)” 화약도 사용된다.

이 화약은 미세구에 의해 또는 기계적이나 화학적인 가스발생제에 의해 또는 이들의 결합에 의해 센시타이징 처리를 할 수도 있다. 미세구 센시타이징 처리 화약은 펌프의 영향을 받지만, 일단 펌프된 뒤에는 체적이 안정된다. 가스식 화약은 발파공 안으로 압출된 뒤 압력감소나 연속 화학반응에 의해 발포될 가능성이 있는데, 펌프된 화약에서 화약강도를 더 줄이거나 감도를 증가시키려면 화학반응에 의한 발포가 바람직하다. 더 발포되면 화약의 밀도를 펌프가능 밀도보다 더 낮출 수 있다. 감지 방법과는 별도로, 펌프된 화약은 본 발명의 목적에 맞는 벌크 형태의 화약이어야 한다.

바람직한 화약으로는 겔 화약, 슬러리 화약, 특히 유중수(油中水)형 에멀션 화약이 있는데, 이들 모두 화약의 응집성을 해치지 않는 범위내에서 고체 산화제 염을 추가할 수 있다. 이들 화약은 모두 특허 문헌에 광범위하게 기재되어 있다.

연속적인 연료상과 불연속적인 산화제상을 갖는 에멀션 화약은 쉽게 펌프되도록 거의 모두 오일연료상을 가져야만 한다. 에멀션의 밀도는 무공극 기질에 비해 적어도 10 중량% 낮아야 하고 적어도 15중량% 낮은 것이 바람직하다. 그 밀도는 1.3 g/cc 낮을 수 있지만, 1.25 g/cc 낮은 것이 바람직하다. 최저 밀도의 한계는 유동적이고 필요한 강도 저하율에 따라 달라진다. 높은 에너지의 화약이나 미세구 감지식 화약의 밀도는 일반적으로 40% 까지만 바람직하게는 30% 까지만 낮아지고, 절대값으로는 0.8 또는 0.9 g/cc 까지 낮아진다. 가스식이나 후발포식 에멀션의 밀도는 더 낮아서 적어도 50 내지 60%까지 감소되고 절대 값으로는 0.7 내지 0.5 g/cc까지 낮아진다.

본 발명의 방법을 실시하고 발파공 단위 길이당 소정량으로 화약을 충전하기에 적당한 장치는 화약 용기와 화약을 발파공안으로 삽입하기 위한 충전호스 및 이들을 연결하는 도관을 포함한다.

이 도관에는 펌프질 가능한 화약을 소정의 안정된 속도로 공급할 수 있는 펌프가 있고, 그 속도는 부분 충전도가 각각 다를 수 있도록 가변적인 것이 바람직하다. “모노펌프”와 같이, 작은 유량변화를 주는 용적형(positive displacement) 펌프를 사용할 수도 있다.

화약을 화학적으로 가스발생시켜야 할 경우에는 도관에 가스발생제, 즉 액체 유입구가 있고, 가능하다면 이런 가스발생제 용기와 이 가스발생제를 도관에 공급하기 위한 펌프가 있어야 한다. 가스발생제를 화약에 균일하게 분배하기 위해서는 유입구 하류측의 도관에 믹서가 있어야 한다. 펌프가 믹서 역할을 할 수도 있지만, 펌프 하류측에 유입구를 배치하고 이 유입구 하류측에 믹서(정적 믹서가 바람직함)를 배치하는 것이 바람직하다. 극단적으로, 믹서는 충전호스 끝에 배치될 수도 있고, 믹서 바로 앞의 유입구에는 충전호스와 평행한 작은 관을 연결할 수도 있다.

화약을 펌프하는데 필요한 압력을 낮추기 위해, 도관과 충전호스 내면과 화약 사이에 윤활액을 유입시키는 배열을 갖는 것이 좋다. 이 윤활액은 물도 좋지만, 화약 자체에 포함된 것과 비슷한 산화염 수용액이 바람직하다. 이 배열은 도관 통로를 감싸는 환형 체임버 내에 있는 윤활액 유입구로 되어 있고, 이 유입구는 호스 통로쪽으로 개방되어 있는 링 모양이어서 호스 중앙으로 공급되는 화약 둘레에 액체링을 형성한다.

본 장치에는 호스를 움직이기 위한 수단이 있어야 한다. 이 수단은 발파공 안으로 삽입된 호스를 소정 속도로 전후진시킬 수 있어야 한다. 이 속도는 충전작업중에 변할 수도 있지만, 일정한 것이 바람직하다. 이 속도는 조절할 수 있는 것이 바람직하다.

이런 조건을 실행하기만 하면 어떤 가동 수단도 본 발명의 목적에 사용할 수 있다. 이런 가동수단중 하나에는 충전호스의 일부분을 양쪽에서 파지하는 대향 바퀴들과, 충전호스를 적어도 후진시키도록 대향 바퀴중의 하나에 연결된 구동수단이 있다. 이런 장치중 바람직한 것이 스웨덴 특허 제 8903101-7(465,566)호에 기재되어 있다. 이 장치는 대단히 융통성이 있고 전후진 양방향으로 이송속도를 크게 변화시킬 수 있다.

다른 형태의 바람직한 호스 가동수단에는 외주측에 충전호스 두루마리를 겹치지 않게 수용하는 안내수단을 구비한 와인더, 및 이 와인더를 회전시켜 발파공으로부터 와인더를 향해 소정 속도로 충전호스를 후퇴시키는 구동수단이 있다. 이 장치는 와인더를 돌리면서 충전호스를 수동으로 풀 수 있는 분리수단을 포함할 수 있다. 안내수단에는 호스 두루마리가 반경방향으로 와인더 밖으로 나가는 것을 방지하는 제한수단이 있으므로, 호스가 와인더에 단단히 유지되고 푸싱기능도 가능하다.

본 장치에는 또한 소정의 펌프속도와 소정의 호스 후퇴속도 사이의 비율을 정하는 조정수단이 있어서, 화약을 원하는 양으로 압출하여 전술한 스트링의 특성을 줄 수 있다. 이 조정수단은 펌프속도 및/또는 후퇴속도를 변화시키는 수단을 포함할 수 있다. 그러나, 많은 목적상 후퇴속도는 일정하게 하고 펌프속도는 변화시킬 수 있는 조정수단을 사용하는 것이 간단하다. 펌프/후퇴 수단용의 구동수단으로는 광범위하게 안정된 속도를 얻을 수 있는 유압 모터가 바람직하다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1도의 터널 단면도에서는 암벽면(1)에 제공된 다수의 발파공을 볼 수 있다. 천장과 측벽을 따라 있는 여러개의 외곽 발파공(2)은 약 25% 정도의 부분 충전으로 적당히 약하게 충전한다. 외곽 발파공들 근처의 발파공(도시 안됨)은 50%의 중간 정도로 충전한다. 중간 발파공(3)이나 바닥 발파공(4)은 물론 중앙의 속빈 심빼기(cut)(6)부근의 발파공들(5)을 포함한 나머지 발파공은 100% 충전한다. 모든 발파공에는 같은 화약을 적절히 사용한다.

제2도는 바위(22) 내부 발파공(21)의 측단면도이다. 층전호스(23)를 뒤로 빼면서 호스(23)를 통해 화약을 주입한다. 발파공의 유효 반경 공간을 부분적으로 채우는 균일한 화약 스트링을 형성한다.

제3도는 본 발명의 방법에 맞는 충전장치의 사시도이다. 이 장치는 모터등의 펌핑 속도 조정수단(34)에 의해 펌프등의 펌핑수단(33) 내로 공급되는 펌프가능한 화약(32)이 들어있는 용기(31)를 포함한다. 가스발생제(36)가 들어있는 용기(35)가 입구(37)를 통해 도관(38)에 연결된다. 화약과 가스발생제를 혼합하기 위한 정적 믹서(39)를 배치한다. 도관(38) 가운데를 감싸고 있는 환형 체임버(42)에 윤활액(41)을 포함하고 있는 용기(40)를 연결한다. 이 체임버(42)에는 환형 틈새(43)가 있어서, 이 틈새를 통해 윤활액이 중앙으로 펌프된 화약과 도관 내측면 사이로 공급된다. 도관(38)은 와인더등의 호스이동수단(44)의 중앙까지 이어진다. 도관(38) 끝에 연결된 충전호스(45)는 내측 케이지(cage)(47) 둘레에 한층의 두루마리(46)로 감겨 있다. 내측 케이지는 조정수단(48)에 의해 등속도로 회전가능하다. 외측 케이지(49)는 내측 케이지(47)와 동축이면서도 독립적으로 회전 가능하고 충전호스 두루마리(46)가 벗겨지는 것을 방지하는 울타리가 있다. 내측 케이지(47)를 돌리면 호스가 감기거나 풀리면서 출구(50)를 출입할 수 있다.

[실시예 1]

1부의 유화제(Lubrizol 5691B)를 함유한 7 중량부의 프로세스오일(Nyflex 8130)을 포함하는 연료상과, 66 중량%의 질산암모늄, 18 중량%의 질산나트륨 및 16중량%의 물로 이루어진 93부의 산화제상을 형성함으로써 유중수(油中水)형 에멀션 화약을 제조했다. 2개의 상을 약 75℃의 고전단 믹서(CR-믹서)에서 최종 점도 37,000 cps로 유화시켰다. 이것에 기질 미세유리구(Q-cell 723)를 충분히 첨가하여 온간 에멀션 밀도를, 약 1.20 g/cc의 냉간 에멀션 밀도에 대응하게 1.18g/cc로 한다.

이 에멀션을 외경이 20-51mm이고 벽 두께가 약 3mm인 여러 가지 강철관에 충전한다. 에멀션을 완전히 채우고 뇌관과 50g 도화선으로 기폭시키면, 충전물이 5048-5652 m/sec의 속도로 기폭된다. 50mm 직경의 자유 충전물의 추정 속도는 약 5000 m/sec이다.

같은 형식의 에멀션을 벽 두께가 같고 내경 40mm, 길이 3m의 2개의 강철관에 단면적 절반정도로 충전한다. 기폭 속도는 이 관을 따라 30cm 마다 7개 지점에서 측정했다. 사용된 도화선에 의해 기폭 속도가 영향을 받는 첫 측정구간은 제외하면, 기폭 속도는 안정되게 2000-2500 m/sec였다.

[실시예 2]

제3도에서 설명한 것과 비슷하지만 가스발생 부분이 없는 장치를 사용하여, 실시예 1에 따른 화약을 내경 42mm의 투명한 플라스틱관에 부분적으로 채웠다. 액체 링에 에멀션 유량의 3 중량%의 물을 공급했다. 이 장치에는 와인더를 돌리는 유압모터와. 조절호스 달린 펌프가 있다.

이 장치로 여러번의 충전시험을 거쳤는데, 펌프와 와인더의 속도를 일정하게 하여 충전해도 각 경우마다 달랐다. 구해진 스트링을 검사하고 중량을 측정하였다. 이들 스트링은 작은 편차들을 가졌고, 다양한 장치의 세팅으로 그 결과들을 예측 및 재현할 수 있었다.

[실시예 3]

통상의 터널에서, 본 발명에 따라 외곽 발파공들중 중간 것을 충전하고 곡면부의 다른 발파공들과 함께 기폭시켰다. 충전된 발파공은 직경 약 41mm. 길이 3.7mm이었고 29 × 200 mm NG(Dynamex) 도화선으로 바닥부터 기폭되었다. 이 발파공에 실시예 1과 같은 에멀션을 0.3ℓ/m로 충전하되, 단면적의 일부인 약 23%만을 채웠다.

도화선의 영향을 받는 기폭부에서 상당히 떨어져 있는 2개의 별도의 발파공에서 기폭 속도를 측정하였다. 곡면부의 발파공들에서의 기폭 속도를 각각 6회 측정하였다. 이 속도는 1320-2420 m/sec 이었고 발파가 전혀 방해되지 않았다. 충전은 의도한 바대로, 즉 암벽면상에 눈에 보이는 반원형 발파공을 남기고 채워졌다.

[실시예 4]

실시예 3과 같은 터널에서 곡면부의(몇몇 통제공을 제외한) 모든 발파공들을 동일한 장치를 사용해 같은 형식의 화약으로 충전시켰다. 벽면과 천장 부근의 외곽 발파공들은 23%로, 외곽 발파공들 바로 안쪽의 발파공들은 약 50%로, 그 나머지 발파공들은 완전하게 화약으로 채웠다.

통제공들은 과립 화약(Gurit)을 함유한 통상의 플라스틱제의 22 및 17 mm의 관형 장약으로 충전했다.

곡면부가 매끈하게 절단되었다. 외곽은 에멀션과 관형 장약으로 폭발된 발파공들과 마찬가지로 손상되지 않았다.

[실시예 5]

실시예 4와 비슷하게 약 70개의 터널 외곽 발파공들을 완전히 충전하여 발파했다. 악간 다른 조건하에, 동일한 충전 패턴으로 비슷한 결과들을 얻었다. 외곽 부근의 완전히 충전된 발파공들 때문에 암벽면이 파손되었다.

[실시예 6]

실시예 1에 따른 에멀션 기질을 준비하였다. 미세구들은 전혀 첨가되지 않았지만 산화제상은 총 에멀션의 0.2 중량%의 산 첨가제를 함유한다. 제3도의 장치를 사용하여, 35%의 질산나트륨 수용액과 나트륨 티오시아네이트 촉진제를 함유하는 가스발생제를 약 20분의 압출/반응 시간 경과후 밀도를 약 1.15 g/cc로 하기에 충분한 양으로 용기로부터 도관으로 공급하고, 상기 밀도를 그 후 거의 일정하게 하였다.

실시예 4와 같은 터널 외곽의 발파공들에 화약을 대략 같은 중량으로 충전한다. 충전되는 발파공들을 약 85-90% 채워서, 폭발중에 반경방향쪽으로 팽창할 여지를 남겨둔다. 외곽 발파공들과 그 바로 안쪽의 발파공들은 바로 앞에서처럼 가스발생제 공급 이후에 부분적으로만 충전되는데, 가스발생제의 밀도는 이들 발파공들을 충전할 때 기질에 가스발생제를 약간 더 높은 비율로 첨가하므로 약간 더 낮아 1.0 g/cc이다. 미세구 감지제 화약을 이용한 곡면부에서의 경우와 유사한 결과가 얻어졌다.

Claims (30)

1. 수평 발파공의 직경을 벌크 형태의 화약으로 완전히 채운 밀도에 비해 낮은 장전 밀도로 이들 발파공에 화약을 충전하는 방법에 있어서: (a) 발파 곡면상의 하나 이상의 발파공에 단부가 개방된 충전호스를 삽입하는 단계; (b) 펌프 가능하고 응집성있는 벌크 화약을 상기 충전호스를 통해 10-100kg/min의 속도로 펌프하는 단계; (c) 화약을 펌프하는 동시에 상기 충전호스를 후퇴시키는 단계; 및 (d) 상기 펌핑속도와 후퇴속도를 조정하여 상기 호스 단부의 구멍으로부터 배출되는 응집성있는 스트링을 형성하여, 상기 배출 스트링에 의해 상기 발파공 단면적의 10-90%를 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 펌핑속도와 후퇴속도를 조정하여 발파공의 길이에 걸쳐 상기 스트링의 단면적을 변화시키는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 스트링의 단면적이 발파공의 입구로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 펌핑속도와 후퇴속도를 조정하여 발파공의 전 부분에 걸쳐 스트링의 단면적을 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 충전호스 후퇴속도가 일정한 것을 특징으로 하는 충전 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 발파공 안에 점화수단을 삽입하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 점화수단이 발파공의 가장 안쪽 부근에 배치되고, 상기 펌핑속도와 후퇴속도를 조정하여 점화수단 부근의 화약량을 발파공의 대부분에서의 스트링의 양보다 많은 과량으로 하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 과량은 펌핑이 개시된 뒤에 호스의 후퇴속도를 늦추어서 얻어지는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 펌프가능하고 응집성있는 화약을 슬러리 화약, 유중수(油中水) 에멀션 화약 및 이들과 고체 산화물 염의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 펌프가능하고 응집성있는 화약이 감지제로서 미세구들을 함유하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 펌프가능하고 응집성있는 화약이 감지제로서 가스발생제를 함유하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 배출 스트링내의 가스발생제가 발포작용에 의해 스트링을 반경방향으로 팽창시키도록 상기 발파공 안에서 반응하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 스트링이 반경방향으로 팽창한 뒤에 상기 발파공의 단면적의 대부분을 차지하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
14. 제1항에 있어서, 발파 곡면상의 2 또는 그 이상의 다른 발파공들을 발파공의 단면적에 대한 스트링 단면적의 비율을 각각 다르게 하여 충전하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
15. 제14항에 있어서, 하나 이상의 발파공이 그의 단면적을 완전하게 채우는 스트링으로 충전되는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 발파공의 직경이 25-150mm(1-6인치)인 것을 특징으로 하는 충전 방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 스트링의 단면적이 1-20 cm²인 것을 특징으로 하는 충전 방법.
18. 제1항에 있어서, 상기 스트링의 기폭 속도가 500-3500 m/sec인 것을 특징으로 하는 충전 방법.
19. 발파공의 단위길이에 대해 조절된 용적량으로 발파공에 화약을 충전하는 장치에 있어서: (a)펌프가능하고 응집성있는 벌크 화약(32)이 들어있는 용기(31); (b) 상기 발파공 안으로 삽입되는 충전호스(45); (c) 상기 용기와 충전호스를 연결하는 도관(38); (d) 상기 용기로부터 도관과 충전초스를 통해 10-100kg/min의 속도로 화약을 이동시키는 펌핑수단(33); (e)상기 호스를 전후진시킬 수 있는 호스이동수단(44); 및 (f) 펌핑속도와 호스 후퇴속도 사이의 비율을 세팅하기 위한 조정수단(34.48)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화약 충전장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 펌핑수단(33)이 도관에 삽입되거나 또는 도관상에 설치되는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
21. 제19항에 있어서, 상기 도관에 가스발생제(36)의 입구(37)가 있는 것을 특징으로 하는 충전장치.
22. 제21항에 있어서, 화약의 유동방향을 기준으로, 상기 가스발생제의 입구 하류측에서 정적 믹서(39)가 도관내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 충전장치.
23. 제19항에 있어서, 윤활액(41) 도입구를 포함하고, 상기 도입구는 상기 도관의 통로를 둘러싸는 환형 체임버(42)이고 통로 중앙으로 공급되는 화약 둘레에 액체 링을 형성하도록 상기 통로를 향한 링 모양의 틈새(43)를 갖는 것을 특징으로 하는 충전장치.
24. 제19항에 있어서, 상기 호스 이동수단(44)은 그의 외주측에 충전호스 두루마리(46)를 수용하는 안내용 케이지(47, 49)가 제공된 와인더, 및 발파공으로부터 와인더쪽으로 충전호스를 후퇴시키는 방향으로 와인더를 회전시키는 조정수단(48)을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 호스 가동수단이 상기 와인더의 회전중에 충전호스를 수동으로 풀 수 있는 분리수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
26. 제24항에 있어서, 상기 안내수단이 호스 출구(50)만 제외하고는 와인더에서 호스 두루마리가 벗겨지는 것을 방지하는 외측 케이지(49)를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
27. 제19항에 있어서, 상기 호스 가동수단이 호스의 일부분을 양쪽에서 죄어주는 대향 바퀴와, 이들 대향 바퀴 중 하나 이상에 연결되어 충전호스를 후퇴 방향으로 이동시킬 수 있는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
28. 제19항에 있어서, 상기 조정수단(34, 48)이 펌핑속도를 변화시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
29. 제19항에 있어서, 상기 조정수단(34, 48)이 후퇴속도를 변화시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
30. 제19항에 있어서, 상기 조정수단(34, 48)이 펌핑속도 및 후퇴속도를 변화시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.