KR100295320B1 - 두개의자유면을갖는벤치의발파공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암 발파에 있어서 발파진동을 줄이고 발파암반 손상을 억제하기 위해 가능한한 폭약의 폭발 에너지가 암반의 파쇄에 많이 작용될 수 있도록 자유 면수를 늘려주므로서 가장 이상적인 적정발파가 되도록 한 2자유면의 벤치발파공법에 관한 것이다.

본 발명은 지발당 장약량을 줄이기 위해 확장공 양측에 분쇄권 내지 파쇄권 범위내에 선균열공 2개공을 근접 천공하여 각각 약장약한 후, 선균열공으로부터 근소한 시간차로 제발발파하는 발파 메카니즘과, 다시 한공씩 건너뛰어 같은 과정으로 제발발파를 실시하여 남게 되는 성곽형태의 4자유면을 나중에 발파하는 발파 메카니즘을 가진다. 종래의 기술에서 찾아볼 수 없는 발파 메카니즘은 선균열공이 먼저 발파되어 제발공 주변에 많은 균열을 발생시키고 이어서 제발공을 발파하여 균열된 암반을 밀어 내게 된다. 이 과정에서 지발 시차는 10MS 내지 200MS의 범위내에서 제발발파가 이루어지게 되므로 약장약이 되어도 적정발파가 되도록 하였으며 발파후 남는 4자유면을 나중에 발파가 되도록 하였다.

Description

2자유면의 암 발파에서 4자유면을 이용한 벤치발파공법

본 발명은 미진동 벤치발파 또는 대단위 벤치발파에 의한 암 발파에 관한 것으로서, 특히 벤치의 상부자유면에 선균열공과 제발공으로 구분하여 3개공을 근접시켜 하향천공하되 선균열공은 제발공 양측에 분쇄권 내지 파쇄권내에 들도록 약장약한 후 다시 한공을 건너 뛰어 3개공을 같은 과정으로 제발발파를 실시하면 성곽형태의 4자유면이 형성되며 이 과정에서 2자유면의 초기 발파에서는 지발당 장약량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 나중에는 4자유면 발파를 할수 있으므로 발파 효율을 높임은 물론 발파진동과 발파소음 등 발파공해를 획기적으로 개선시켜 줄 수 있는 2자유면의 암 발파에서 4자유면을 이용한 벤치발파공법에 관한 것이다. 이러한 공법을 일명 4자유면 벤치발파공법이라 할 수 있다.

현재 널리 사용되고 있는 2자유면의 벤치발파는 천공 형태에 따라 하향천공형과 수평 천공형으로 크게 구분할 수 있으며, 용도에 따라 구분하면 발파공해와 무관한 지역에서 실시하는 일반 벤치발파와 민감한 구조물 주변이나 축사 등에서 발파공해를 억제하기 위해 실시하는 미진동 벤치발파가 있다.

하향천공형 벤치발파공법은 2자유면의 노천 발파에서 가장 많이 활용되고 있는 방법으로써 주 천공방향이 지상에서 하부방향인 수직 또는 하향 경사방향이므로 이 방법은 장비를 최대한 활용하여 대량발파를 실시할 수 있어서 채석장이나 대절토 작업장의 벤치발파 등에 활용하고 있는 반면, 수평 천공형 벤치발파공법은 작업 여건상 수평으로 천공하여 발파하여야 하는 터널 및 지하 동굴의 벤치발파에 주로 이용되는 방법이다. 이 방법은 상부자유면과 평행하게 천공하게 되므로 작업장에 많은 제한을 받게 되어 하향천공형보다 생산성이 떨어져 특별한 경우가 아니면 별로 사용하지 않는 방법이다.

종래의 벤치발파중 일반 벤치발파공법의 하향식 천공방법을 첨부 도면 도 1 및 도 2에 의거하여 설명하면,

벤치의 상부자유면(1)에서 수직 내지 경사자유면(2)과 평행하게 하향천공(6)하고 장약하여 발파하는 방법으로서 대량의 발파가 가능하므로 생산성이 높아 대단위 채석장이나 대절토 작업장에서 가장 많이 활용되고 있는 공법이다. 또한 상부자유면(1)을 고르게 하기 위하여 써브 드릴링(8)을 천공하여 발파하는 경우도 있으나 이러한 경우에는 많은 천공량과 장약량이 필요하게 된다.

도 3은 수평 천공형 일반 벤치발파 방법이다. 이 방법은 벤치의 수직 내지 경사자유면(2)에서 상부자유면(1)과 평행하게 수평천공(9)하여 발파하는 방법으로써 사용개소는 도 4와 같이 제한된 터널이나 지하 동굴의 벤치발파에 주로 많이 이용되고 있는 공법이다.

또한, 종래의 미진동 벤치발파공법은 일반 벤치발파공법과 같은 발파 개념으로서, 발파공해를 줄이기 위해 공간격과 천공 길이를 짧게 하고 소량의 폭약을 사용하여 발파하는 방법이며, 이 방법은 제한적으로 발파공해를 줄일 수도 있으나 발파비가 많이 드는 단점이 있다.

종래의 벤치발파공법들은 주 발파 천공방향을 상부자유면(1) 또는 경사자유면(2)의 한쪽방향에서 하향공(6) 및 수평공(9)으로 일괄되게 천공하여 도 4b와 같이 봉상장약(11)이나 분산 장약(12)을 실시하되 도 4c에서와 같이 전폭약도(35)의 위치(32, 33, 34)를 정한후 2자유면에서 발파를 실시하여 발파 과정에서 3자유면(23)의 발파효과만을 이용하게 되는 전형적인 벤치발파공법들이다. 전폭 약도(35)의 실시 위치에 따라 역기폭, 중기폭 및 정기폭으로 구분 할 수 있는데, 역기폭이란 도 4c의 가장 좌측에 위치한 것으로서 전폭약도(35)가 공저에 위치하고 그 상부에 폭약(36)이 위치하는 것을 말하며, 중기폭은 중간부분에 전폭약도(35)가 위치하고 그 상하부에 폭약이 위치하믄 것을 말하며, 정기폭은 공구측에 전폭약도가 위치하고 그 하부에 폭약(36)을 설치한 것을 말한다.

2자유면에서의 벤치발파는 대부분 노천에서 이루어지는 발파로써 주위의 민가나 건물, 축사 및 어장 등에 많은 발파공해를 가져올 수 있으므로 발파시 특별한 주의가 필요하다.

노천 발파에서 나타나는 발파공해는 발파진동, 소음, 폭풍압, 비석 등으로서 이러한 원인은 천공된 암반에서 폭약이 폭굉할 때 큰 에너지가 짧은 시간에 방출되는 강력한 화학 반응으로부터 상당 부분이 진동과 소음, 열 및 빛 등으로 손실되면서 주변 암반이나 구조물에 많은 손상을 입히게 된다.

그러므로, 이와 같은 결과를 피하기 위해서 가능한 한 폭약의 폭발 에너지가 암반의 파쇄에 많이 작용될 수 있도록 많은 균열(22)과 자유면수를 늘려주어 적정발파가 되도록 하여야 한다.

본 발명의 목적은 지발당 장약량을 줄이기 위해 확장공 양측에 분쇄권 내지 파쇄권 범위내에 선균열공 2개공을 근접 천공하여 각각 약장약한 후, 선균열공으로부터 근소한 시간차로 제발발파하는 발파 메카니즘과, 다시 한공씩 건너뛰어 같은 과정으로 제발발파를 실시하여 남게 되는 성곽형태의 4자유면을 나중에 발파하는 발파 메카니즘을 구비한 2자유면의 암 발파에서 4자유면을 이용한 벤치발파공법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 암 발파에 있어서 발파진동을 줄이고 발파암반 손상을 억제하기 위해 가능한한 폭약의 폭발 에너지가 암반의 파쇄에 많이 작용될 수 있도록 자유면수를 늘려주므로서 가장 이상적인 적정발파가 되도록 2자유면의 암 발파에서 4자유면을 이용한 4자유면 벤치발파공법을 제공하는데 있다.

본 발명은 이러한 2자유면의 한계성에 대한 문제점을 해결하기 위해 제발효과(21)와 4자유면(24) 발파를 이용한 독특한 발파 메커니즘을 가지고 있다.

본 발명은 먼저 실시되는 선균열공 발파에서 제발공 주위에 많은 균열을 발생시켜 다음 발파를 원할히 하게 하고 자유면을 4자유면까지 늘려주어 적정발파가 되도록 함으로서 약장약이 되어도 적정발파가 되므로서 발파공해를 최소화하고 발파효율을 증대시킬 수 있는 특징이 있다.

도 1 내지 도 4는 종래 기술에 따른 암 발파를 도시한 도면으로서,

도 1a는 종래 기술에 따른 벤치발파 설명도.

도 1b는 도 1a의 A-A′선을 취한 단면도.

도 2a는 하향천공형 벤치발파 평면도.

도 2b는 도 2a의 A-A′선을 취한 단면도.

도 3a는 수평 천공형 벤치발파 평면도.

도 3b는 도 3a의 A-A′선을 취한 단면도.

도 4a는 벤치발파의 장약방법에 대한 평면도.

도 4b는 도 4a의 A-A′선을 취한 단면에 대한 봉상장약 및 분산장약도.

도 4c는 도 4a의 A-A′선을 취한 단면에 대한 전폭약포 위치도.

도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 암 발파를 도시한 도면으로서,

도 5a는 본 발명의 4자유면 벤치발파공법의 상세도.

도 5b는 도 5a의 A-A＇선을 취한 단면도로서 자유 경사면과 평행하게 절단하여 도시한 도면.

도 6a는 본 발명의 하향천공 4자유면 벤치발파공법의 발파패턴 평면도.

도 6b는 도 6a의 A-A＇선을 취한 단면도로서 자유 경사면과 평행하게 절단하여 도시한 도면.

도 7a는 약실에 대해 파괴가 일어나는 발파범위 평면도.

도 7b는 도 7a의 A-A′선을 취한 단면도.

도 7c는 2개공의 약실에서 제발발파가 이루어지는 개념을 도시한 단면도.

도 8a는 선균열공 발파시 제발공 주변에 많은 균열이 발생됨을 도시한 정단면도.

도 8b는 도 8a의 평면도.

도 8c는 제발공 발파시 새로운 3자유면이 나타남을 도시한 정단면도.

도 8d는 확대공을 건너뛰어 새로운 개소에서 1차 발파를 실시함을 도시한 정단면도.

도 8e는 2개소의 1차 발파를 실시한 후의 새로운 성곽형태의 4자유면이 형성됨을 도시한 정단면도.

도 9는 본 발명의 발파과정을 도시한 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 상부자유면(지표면) 2 : 수직면 내지 경사자유면

3 : 벤치폭 4 : 벤치 길이

5 : 벤치의 높이 6 : 하향공 내지 하향 각도공

7 : 하향공의 공저 8 : 써브 드릴링

9 : 수평공 내지 수평 각도공 10 : 수평공의 공저

11 : 봉상장약 12 : 분산장약(데크 차지)

13 : 선균열공 14 : 제발공

15 : 확대공 16 : 약실

17 : 분쇄권 18 : 파쇄권

19 : 균열권 20 : 진동권

21 : 제발효과 22 : 균열 발생부분

23 : 새로운 3자유면 24 : 성곽형태의 4자유면

25 : 공간격 26 : 천공장

27 : 최소저항선 32 : 역기폭

35 : 전폭약포 36 : 폭약

37 : 뇌관 38 : 매지

39 : 표준발파의 장약범위

이하, 본 발명을 상세히 설명하기 전에 우선 천공패턴을 도 5, 도 6, 도 7, 도 8에 의거하여 설명하면,

2자유면의 벤치발파에 있어서 지발당 장약량을 줄이기 위해 종래 공법의 1개공에 해당되는 장약량을 3개공으로 나누되 제발효과(21)를 얻기 위해 근접 천공하고 다시 한공을 건너 뛰어 3개공을 근접 천공하는 천공패턴이 반복되며 건너 뛰는 1개공은 나중에 4자유면 발파가 되므로 넓게 천공하는 천공패턴을 가진다.

천공방법은 벤치의 상부자유면(1)에 선균열공(13)과 제발공(14)으로 각각 구분되는 발파공을 근접하여 하향공(6)을 천공한다. 선균열공의 공저(7)는 제발공 공저(14)의 양측에 오도록 천공하고 3개공의 공저 방향은 수직 내지 경사자유면(2)과 평행하게 하되 그 거리는 제발공에 대해 분쇄권(17) 내지 파쇄권(18)내에 들도록 한다,

먼저 발파되는 선균열공은 인장응력파가 되돌아올 때 전단 파괴가 일어나게 되는데, 2개의 자유면에서 되돌아온 인장응력파와 시차가 발생되어 제발공 주변에 많은 균열(22)을 발생시키게 되며 이어서 발파되는 제발공 발파는 주변에 구속된 암반을 효과적으로 밀어내어 확대공(15) 주변에 성곽형태의 4자유면(24)을 형성시키게 된다.

본 발명이 종래의 기술과 다른 발파 메카니즘은,

(1) 벤치의 초기 발파에서 2개의 선균열공을 지발당 최소 장약량으로 제발발파하여 제발공 주변에 많은 균열을 발생시켜 암반의 구속력을 완화시킨다.

(2) 제발공 주변의 느슨한 암반에 대해 제발발파를 실시하여 효과적으로 암반을 이동시킨다.

(3) 제발공발파가 완료되면 확대공 주변에 성곽형태의 4자유면을 형성시켜 다시 제발발파를 실시한다.

또한 본 발명의 발파진동 감소 메카니즘은,

(1) 먼저 실시되는 선균열공발파는 지발당 장약량이 표준 공법의 40% 내지 60%로 제발발파하여 암반의 구속력을 완화시키게 되므로 발파진동이 감소되고,

(2) 이어서 구속된 암반을 밀어내게 되는 제발공 발파 또한 지발당 장약량이 표준 공법의 50% 내지 70%가 되므로 발파진동이 감소된다.

(3) 확대공의 지발당 장약량은 표준 공법의 80% 내지 100%로서 4자유면 발파가 되므로 발파진동을 현저히 줄일 수 있게 된다.

이하 첨부 도 6에 의거하여 2자유면의 암 발파에서 하향천공 4자유면 벤치발파공법에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

본 공법의 천공장(26)은 발파진동치의 허용 범위 내에서 지발당 장약량이 정해지면 장약량에 따라 결정하고 선균열공과 제발공의 공간 거리는 최소저항선(27)의 0.6배 내지 0.8배로 하며, 확대공과의 공간 거리는 최소저항선의 1.5배 내지 2배로 한다. 또한 선균열공의 장약량은 표준 기술의 40% 내지 60%로 하고, 제발공의 장약량은 50% 내지 70%로 하며, 확대공은 80% 내지 100%로 하는데, 양으로 보면 선균열공 2개공과 제발공의 비장약량은 각각 0.1kg/cm³내지 0.25kg/cm³로 하고 확대공은 0.2kg/cm³내지 0.35kg/cm³으로 장약하면 된다.

전폭약포(35)의 위치에 있어서 제발공은 반드시 역기폭(32)으로 장약 하여야 하며, 발파 매개공과 2차 확장공은 중기폭 또는 역기폭(32)으로 장약한다.

발파공의 발파시차는 첨부 도 6을 참조하여 보면 10MS 내지 200MS 의 지발시차를 가진 전기 뇌관이나 비전기식 뇌관을 사용하고 매지(38)를 공구까지 완전히 장전하며 발파 단계는 벤치의 길이(4)에 따라 여러 단계로 나누어 발파할 수 있다. 발파공의 천공 각도는 수직 내지 경사자유면에 대해 평행하게 하고 각 공간의 각도는 90도를 원칙으로 하나 경우에 따라서는 90도 내지 70도까지의 범위로 한다.

발파 순서와 발파과정은 도 8 및 도 9와 같이 반드시 1단계발파는 1번공과 2번공인 선균열공을 순차적으로 먼저 발파하여 주고 3번공인 제발공을 이어서 발파한 후 7번공인 확대공을 건너 뛰어서 4번공과 5번공, 6번공을 발파하게 되면 1차발파가 끝나게 된다. 2단계발파는 성곽형태의 4자유면이 확보된 7번공을 발파함으로써 발파가 마무리 되며 벤치의 폭(3)과 벤치 길이(4)에 따라 같은 과정으로 다단계 발파를 할 수 있게 된다.

표 1은 같은 조건에서 종래의 벤치발파공법과 본 발명과의 발파패턴 및 발파 과정을 비교한 것이며, 표 2a는 같은 조건에서 종래의 벤치발파공법과 본 발명과의 시험발파 실적표이며, 표 2b는 같은 조건에서 종래의 미진동 벤치발파 공법과 본 발명과의 시험발파 실적표이다. 그리고 표 3은 종래의 발파 공법과 본 발명과의 시험발파 대비표이다.

이상과 같이 본 발명의 특징은 기존의 벤치 발파에 비하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 발파진동을 줄일 수 있으며 안전 작업이 가능하다.

가) 가장 먼저 실시하는 선균열공과 제발공발파는 소량의 장약량(지발당 장약량 감소)에 의해 제발발파가 되고 나중에 발파되는 확대공은 4자유면 발파가 되므로 발파진동을 줄일 수 있다.

나) 종래의 발파는 순서대로 발파가 되기 때문에 폭발력이 혼합되어 비석이 많이 발생되나 본 발명은 발파가 분산되기 때문에 빠져 나오는 버력이 서로 간섭되어 비산이 줄어든다.

다) 발파진동이 적으므로 발파면에 대한 암반 손상을 억제할 수 있으며 파쇄암의 크기를 조절할 수 있다.

(2) 비장약량(kg/m³)이 적고 발파 효율이 높다.

(3) 작업 시간을 단축할 수 있으며 경제적이다.

Claims (6)

1. 적어도 상부 자유면과 상기 상부 자유면으로부터 수직으로 연장된 수직면 또는 경사지게 연장된 경사 자유면을 가지는 2자유면을 가진 벤치의 상부면을 천공하는 방법으로서,

   상기 벤치의 상부면에 일직선상으로 3개의 공을 등간격으로 천공하고 나서 상기 간격보다 큰 간격으로 이격되게 하나의 공을 천공하고 다시 상기 큰 간격과 같은 간격으로 이격되게 3개의 공을 등간격으로 천공하되 상기 공의 천공 각도는 수직면일 경우에는 수직으로 하향 천공하고 경사 자유면일 경우에는 상기 경사 자유면과 평행하게 하향 천공하며,

   발파의 범위에 따라 상기와 같은 7개의 공을 일직선상으로 연장하여 천공 및/또는 복수의 열로 천공하며,

   여기에서 3개 공의 공간격은 최소 저항선의 0.6배 내지 0.8배로 하고 다른 한공은 최소저항선의 1.5배 내지 2배의 거리로 하는 것을 특징으로 하는 2자유면을 가진 벤치의 상부면을 천공하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 각 공간의 천공각도는 70도 내지 90도로 하는 것을 특징으로 하는 2자유면을 가진 벤치의 상부면을 천공하는 방법.
3. 제 1항 및 제 2 항과 같이 천공한 공에 장약하는 방법으로서,

   선균열공 2개공과 제발공의 비장약량은 각각 0.1kg/cm³내지 0.25kg/cm³로 하고 확대공은 0.2kg/cm³내지 0.35kg/cm³으로 장약하며,

   여기에서 선균열공의 장약량은 표준 장약량의 40 내지 60%로 하고, 제발공 장약량은 50 내지 70%로 하며, 확대공은 80 내지 100%로 하는 것을 특징으로 하는 4자유면을 이용한 벤치발파공법의 장약방법.
4. 제 3항에 있어서, 각 공의 전폭약도의 위치는 제발공은 반드시 역기폭으로 장약하며, 선균열공과 제발공은 중기폭 또는 역기폭으로 장약하는 것을 특징으로 하는 4자유면을 이용한 벤치발파공법의 장약방법.
5. 제 1항 내지 제 4항과 같이 실시한 장약의 발파 방법으로서,

   발파순서는 선균열공을 먼저 각각 발파한 후, 제발공을 발파하는 단계와, 상기 단계 이후에 확대공을 발파하는 단계와, 그리고 4자유면이 형성된 후 확대공을 나중에 발파하는 것을 특징으로 하는 4자유면을 이용한 벤치발파공법의 발파방법.
6. 제 5항에 있어서, 발파 초시는 10MS 내지 200MS의 지발 시차를 가진 전기 뇌관이나 비전기 뇌관을 사용하는 것을 특징으로 하는 4자유면을 이용한 벤치발파공법의 발파방법.