KR100411226B1 - 장약홀더 및 이를 이용한 심발발파방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하공동이나 암반사면 굴착을 위하여, 그 내부에 폭약을 장전하고 장약공에 삽입하여 심발발파를 행할 수 있는 장약홀더에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장약홀더(10)는, 지하공동이나 암반사면에 심발발파를 위하여 천공된 장약공(2)에 삽입되며, 그 내부에는 폭약(3)이 장전되도록 원통형으로 이루어져 있다. 그리고, 장약홀더(10)의 외주면에는 장약공(2) 입구쪽의 제 1 자유면(4)을 향하도록 반경방향에 대하여 경사진 경사구멍(12)이 관통하여 형성되어 있다. 본 발명에 의하면, 장약홀더(10) 내의 폭약(3)을 발파시킬 때 발생하는 폭약에너지가 경사구멍(12)을 통하여 제 1 자유면(4)을 향하여 집중되기 때문에, 굴진능률이 향상되고, 동시에 장약공(2)의 수량 및 폭약(3)의 소비량을 저감 할 수 있으며, 지반의 진동을 줄일 수 있다.

Description

장약홀더 및 이를 이용한 심발발파방법{charge holders and center cut blasting method of use}

본 발명은 지하공동이나 암반사면 굴착을 위한 심발발파시 이용되는 장약홀더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 암반 등에 천공된 장약공에 삽입되며, 그 내부에는 폭약이 장전되는 통형의 장약홀더 및 이를 이용한 발파방법에 관한 것이다.

일반적으로 심발발파라 함은, 지하공동의 굴착이나 암반사면 굴착에서 자유면을 증가시킬 목적으로 최초로 실시하는 발파를 말한다.현재 국내외에서 심발발파에 널리 활용되고 있는 공법으로는 브이컷트(V-cut)공법과 번컷트(burn cut)공법 등이 있다.

이들 중 번컷트 공법을 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1a는 종래의 번컷트 공법의 천공배열을 나타낸 정면도이며, 도 1b는 도 1a에서의 A-A선 단면도이다.

도시된 바와 같이, 번컷트 공법은, 심발의 중앙부에 큰 직경의 무장약공(1)을 천공하고, 무장약공(1) 주위에는 상대적으로 작은 직경을 가지는 장약공(2)을 천공한 다음, 상기 장약공(2)에는 폭약(3)을 장전시켜 무장약공(1)과 장약공(2) 사이의 암반을 무장약공(1)쪽으로 향하도록 파쇄시켜 굴착면이 형성되도록 발파하는 방법이다.

그러나 종래의 번컷트 공법에서는 장약공(2)과 무장약공(1) 사이의 간격을 10∼20cm로 유지하면서 암반을 천공해야 하므로 관통의 우려가 있으며, 더구나 대구경의 무장약공(1)을 천공할 때에는 천공시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

다음으로, 브이컷트 공법을 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 2a는 종래의 브이컷트 공법의 천공배열을 나타낸 정면도이며, 도 2b는 도 2a에서의 A-A선 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 브이컷트 공법은, 현재 국내에서 가장 널리 사용되는 방법으로서, 암반에 2열로 장약공(2)들을 천공하고 이 장약공(2)들에 폭약을 장전시켜 발파시키는 방법이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 좌측열과 우측열의 장약공(2)들은 각각 암반의 제 1 자유면(4)(여기서, "제 1 자유면"이라 함은 심발발파 전에 암반의 내측에 형성되어 있는 구멍의 내면을 의미한다)에 대하여 통상 60∼70°정도의 경사를 가지도록 천공됨으로써, 서로 "V"자 형을 이루게 된다.

그러나, 이러한 종래의 브이컷트 공법은, 발파효율을 높이기 위하여 제 1 자유면(4)에 대하여 통상 60∼70°정도의 경사를 가지고 천공하기 때문에, 장약공(2)의 굴진길이가 굴착단면의 폭(즉, 터널 폭)에 의해 제약을 받게 되며, 통상 장약공(2)의 굴진길이는 터널 폭의 0.6∼0.7배 정도가 한도이다.

또한, 장약공(2)들이 경사되어 있으므로, 그 천공길이에 비해 굴진길이가 줄어들며, 장약공(2)들의 끝단 사이의 간격을 20cm정도로 집중시켜야 하므로 천공에 고도의 기술이 요구되며, 천공길이가 일정하지 않으므로 장약공(2) 바닥부분의 암반의 손상이 크게 된다.

한편, 근래에는 지하공동이나 암반의 굴착을 위하여 장약홀더를 이용한 발파방법이 사용되고 있다.장약홀더를 이용한 발파방법은 발파에 의해 발생하는 균열의 방향을 제어하기 위한 것으로 이를 장약홀더를 이용한 조절발파방법(controlled blasting)이라 한다.

장약홀더를 이용한 조절발파방법을 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 장약홀더를 이용한 조절발파방법은, 암반에 심발발파를 행하여 제 2 자유면(즉, 심발발파에 의하여 암반 내측에 형성되는 구멍의 내면을 의미한다)을 형성한 후, 굴착예정선을 따라 형성되어 있는 외곽장약공에 삽입된 장약홀더를 발파함으로써, 암반의 손상은 가능한 억제하고 여굴을 방지하며 굴착면을 매끈하게 유지할 목적으로 이용되는 방법이다.도 3a에 도시된 바와 같이, 종래의 장약홀더(5)는 원통형으로 형성되며, 그 외주면에는 길이방향을 따라 2개의 틈새(6)가 형성되어 있다.종래의 조절발파방법에서는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 장약홀더(5)에 폭약(3)을 장전한 다음, 장약홀더(5) 암반의 굴착예정선(7)을 따라 천공된 외곽장약공(8)에 삽입한다. 이때, 장약홀더(10)는 상기 틈새(6)가 굴착예정선(1)과 평행하게 배치되도록 외곽장약공(8)에 삽입된다. 이후, 장약홀더(5) 내의 폭약(3)을 발파시킴으로써 굴착예정선(1)을 따라 매끈한 굴착면을 얻게 된다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 종래의 조절발파방법은 장약홀더(5)의 길이방향에 형성된 틈새(6)로 폭약에너지가 집중되기 때문에, 암반의 균열영역(9)이 외곽장약공(8)을 중심으로 타원형으로 형성되어 굴착예정선(7)을 따라 매끈한 굴착면을 얻는 데는 매우 효과적인 방법이다. 그러나, 종래의 조절발파방법은 외곽장약공(2)의 발파 전에, 제 1 자유면에서 이루어지는 심발발파에는 이용할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 발파에 의해 발생하는 폭약에너지가 자유면을 향하여 집중되게 함으로써 굴진능률을 향상시킴과 함께, 장약공의 수량 및 폭약의 사용량을 감소시킬 수 있는 장약홀더를 제공하는 것이다.

도 1a는 종래의 번컷트 공법의 천공배열을 나타낸 정면도.도 1b는 도 1a에서의 A-A선 단면도.

도 2a는 종래의 브이컷트 공법의 천공배열을 나타낸 정면도.도 2b는 도 2a에서의 A-A선 단면도.

도 3a는 종래의 장약홀더의 사시도.도 3b는 도 3a의 장약홀더를 이용한 조절발파공법의 천공배열을 나타낸 정면도.도 3c는 도 3b에서의 폭약에너지의 파급영역을 나타낸 단면도.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장약홀더의 사시도.도 4b는 도 4a에서의 A-A선 단면도.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장약홀더의 사시도.도 5b는 도 5a에서의 B-B선 단면도.

도 6a는 본 발명에 따른 장약홀더가 장약공 내에 삽입된 상태를 나타낸 단면도.도 6b는 도 6a에서의 C-C선 단면도.

도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장약홀더가 장약공 내에 삽입된 상태를 나타낸 단면도.도 7b는 도 7a에서의 D-D선 단면도.

도 8a는 본 발명에 따른 장약홀더를 이용한 발파방법에서의 천공배열을 나타낸 정면도.도 8b는 도 8a에서의 E-E선 단면도.도 8c는 도 8a에 도시된 장약공을 확대하여 나타낸 것으로서, 도 8b에서의 F-F선 단면도.

도 9a는 본 발명에 따른 장약홀더를 이용한 발파방법의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 천공배열을 나타낸 정면도.도 9b는 도 9a의 G-G선 단면도.도 9c는 도 9b에서의 H-H선 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 무장약공 2 : 장약공

3 : 폭약 4 : 제 1 자유면

10 : 장약홀더 11 : 경사각

12 : 경사구멍 13 : 길이방향 홈

14 : 원주방향 홈

상기와 같은 본 발명의 목적은, 지하공동이나 암반사면에 심발발파를 위하여 천공된 장약공에 삽입되며, 그 내부에는 폭약이 장전되는 통형의 장약홀더로서, 그 외주면에는 상기 장약공 입구쪽의 제 1 자유면을 향하도록 반경방향에 대하여 경사진 경사구멍이 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 장약홀더를 제공함으로써 달성된다.한편, 상기 장약홀더는 그 외주면에 길이방향을 따라 길게 관통하여 형성된 길이방향 홈과, 외주면에 원주방향을 따라 길게 관통하여 형성된 원주방향 홈을 더 구비할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 4a 및 도 4b에는 본 발명에 따른 장약홀더(10)의 일 실시예가 도시되어 있다.도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 장약홀더(10)는, 원통형으로 이루어지며, 그 외주면에는 반경방향의 대하여 소정의 경사각(11)으로 경사진 경사구멍(12)이 다수개 형성되어 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 경사구멍(12)은 암반의 제 1 자유면(4)(도 6a 참조)(이하, "제 1 자유면"이라 함은 심발발파 전에 암반의 내측에 형성되어 있는 구멍의 내면을 의미한다)을 향하여 경사지게 형성되어 있다. 따라서, 장약홀더(10) 내에 장전되는 폭약을 발파하여 심발발파를 행하는 경우, 상기 경사구멍(12)에 폭약에너지가 집중하게 되므로, 제 2 자유면(이하, "제 2 자유면"이라 함은 심발발파에 의하여 암반의 내측에 형성되는 구멍의 내면을 의미한다)을 효과적으로 얻을 수 있게 된다.

도 5a 및 도 5b에는 장약홀더(10)의 다른 실시예가 도시되어 있다.본 실시예에 따른 장약홀더(10)는, 상술한 도 4a 및 도 4b의 실시예와 비교하여, 외주면에 경사구멍(12) 외에, 길이방향을 따라 형성된 다수의 길이방향 홈(13)과, 원주방향을 따라 형성된 홈(14)을 더 구비하고 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 장약홀더(10)에 의하면, 그 내부에 장전되는 폭약을 발파하는 경우, 상기 길이방향 홈(13) 및 원주방향 홈(14)을 통해서도 폭약에너지가 암반으로 전달되므로, 발파효율을 더 높일 수 있다.도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장약홀더(10)는 심발발파를 위하여 암반에 천공된 장약공(2)에 삽입된다. 그리고, 장약홀더(10)의 내부에는 폭약(3)이 장전된다.장약홀더(10)에 폭약(3)을 장전하는 방법으로는, 장약홀더(10)를 장약공(2)에 삽입하기 전에 장전하는 방법과, 또는 장약홀더(10)를 장약공(2)에 삽입한 후에 장전하는 등의 2가지 방법이 있을 수 있다.

장약홀더(10)에 폭약(3)을 장전한 후에는, 장약공(2)에 점토나 모래 등을 이용하여 전색(temping)(18)을 하여 막고, 전기발파 또는 도폭선에 의하여 장약홀더(10) 내의 폭약(3)을 발파시킴으로써 심발발파를 행하게 된다.한편, 본 발명에 따른 장약홀더(10)는 그 외주면의 일부분에만 상기 경사구멍(12)과, 길이방향 홈(13) 및 원주방향 홈(14)이 형성될 수도 있다.이와 같이, 외주면 일부에만 구멍(12)과 홈(13, 14)이 형성된 장약홀더(10)의 실시예가 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다.도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 장약홀더(10)에서는, 폭약에너지의 전달을 억제하고자 하는 암반의 부분(15)과 대향하는 면에는 상기 경사구멍(12)과 길이방향 홈(13) 및 원주방향 홈(14)이 형성되어 있지 않으며, 폭약에너지를 집중하고자 하는 암반의 부분(16)과 대향하는 면에만 상기 구멍(12)과 홈들(13, 14)이 형성되어 있다.이와 같이, 장약홀더(10)의 외주면 일부에만 구멍(12)과 홈들(13, 14)을 형성함으로써, 폭약에너지를 암반의 굴착 대상 부분에만 집중시킴으로써, 제 2 자유면을 보다 효율적으로 얻을 수 있다.이러한 효과를 얻기 위하여, 장약홀더(10)를 장약공(2)에 삽입할 때에는, 폭약에너지을 집중시키고자 하는 암반의 굴착 대상 부분(16)에 상기 구멍(12)과 홈들(13, 14)이 위치하도록 배치한다.

한편, 종래의 경우에는, 굴착예정선 내측의 암반에서 심발발파를 행할 때 폭약에너지의 방향을 제어할 수 없었다. 따라서, 심발발파시 암반에 원추형의 파쇄공이 생기는데, 하우저(Hauser)의 발파식(式)에 의하면, 이때의 폭약량은 최소저항선의 3승에 비례한다고 한다.

그러므로, 종래의 심발발파 방법에서 1회의 발파로 굴진길이를 증가시키기 위해서는 폭약량을 증가시켜야 하기 때문에, 폭약량이 많이 소요될 뿐만 아니라, 폭약량을 증가시키면 발파시 지반진동이 증가하기 때문에 주변 구조물이나 인체에 피해를 주게 될 우려가 있었다.

이에 비하여, 본 발명에서는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 장약홀더(10)의 외주면에 제 1 자유면(4)을 향하도록 소정의 경사각(11)을 갖는 경사구멍(12)이 형성되어 있으며, 상기 경사구멍(12)은 장약홀더(10)가 장약공(2) 내부에 삽입될 때, 폭발력을 집중시키고자 하는 암반의 굴착 대상 부분(16)과 대향하도록 배치된다.

따라서, 장약홀더(10)에 장전된 폭약(3)을 발파하여 심발발파를 행할 때, 폭약에너지는 상기 경사구멍(12)을 통하여 암반의 굴착 대상 부분(16)에 폭약에너지가 집중되므로, 심발발파에 의한 제 2 자유면을 효과적으로 얻을 수 있게 된다.

또한, 상기 경사구멍(12)의 경사각(11)을 조절함으로써, 폭약에너지의 방향(17)을 제어할 수 있기 때문에, 종래와 동일한 폭약량으로도 종래에 비하여 큰 굴진길이를 얻을 수 있고, 동시에 장약공(2)의 수량 및 폭약(3)의 사용량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 지반진동을 작게 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 장약홀더를 이용한 심발발파방법을 설명한다.도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 장약홀더를 이용한 심발발파방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들로서, 도 8a는 천공배열을 나타낸 정면도이며, 도 8b는 도 8a에서의 E-E선 단면도이고, 도 8c에서의 F-F선 단면도이다.도 8a 내지 도 8c에 도시된 심발발파방법은, 종래의 번컷트 공법과 마찬가지로, 암반의 중앙부에 제 1 자유면(4)과 직각으로 큰 직경의 무장약공(1)을 천공하고, 무장약공(1) 주위에는 상대적으로 작은 직경을 가지는 다수의 장약공(2)을 천공한 다음, 상기 장약공(2)에 장약홀더(10)를 삽입하고, 장약홀더(10)에 폭약을 장전하여 발파를 행하는 것이다.한편, 장약홀더(10)를 장약공(2)에 삽입할 때는, 장약홀더(10)의 외주면에 관통 형성된 경사구멍(12)과 길이방향 홈(13)이 상기 무장약공(1)을 향하도록 배치함으로써, 발파시 폭약에너지가 상기 경사구멍(12) 및 홈(13)에 집중되도록 한다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따른 장약홀더를 이용한 심발발파방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들로서, 도 9a는 천공배열을 나타낸 정면도이며, 도 9b는 도 9a에서의 G-G선 단면도이고, 도 9c에서의 H-H선 단면도이다.

도 9a 내지 도 9c에 도시된 심발발파방법에서는, 먼저 암반의 제 1 자유면(4)에 대하여 소정 각도만큼 경사지게 2열로 다수의 장약공(2)들을 천공한다. 즉, 종래의 브이컷트 공법과 마찬가지로, 도 9a에서의 좌측열의 장약공(2)과 우측열의 장약공(2)을 서로 "V"자 형태를 이루도록 경사지게 형성한다.다음으로, 장약공(2)에 장약홀더(10)를 삽입하고, 장약홀더(10) 내에 폭약(3)을 장전하여 발파를 행한다.

한편, 장약홀더(10)를 장약공(2)에 삽입할 때는,장약홀더(10)의 외주면에 관통 형성된 경사구멍(12), 길이방향 홈(13)이 제 1 자유면(4)의 중심부를 향하도록 배치함으로써, 발파시 폭약에너지가 상기 경사구멍(12) 및 홈(13)에 집중되도록 한다. 이렇게 함으로써, 상술한 바와 같이, 굴진길이를 증가시킬 수 있고, 동시에 장약공(2)의 수량 및 폭약(3)의 사용량을 감소시킬 수 있게 된다.

한편, 도 9a 내지 도 9c에 도시하지는 않았지만, 상기 장약홀더(10)에 원주방향의 홈(14)(도 5a 참조)이 형성되어 있는 경우에는, 장약홀더(10)를 장약공(2)에 삽입할 때, 상기 원주방향의 홈(14)도 제 1 자유면(4)을 향하도록 배치한다. 이렇게 하면, 원주방향의 홈(14)으로도 폭약에너지가 전달됨으로써, 발파효율을 더 높일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 장약홀더(10)의 외주면에 제 1 자유면(4)을 향하도록 반경방향에 대하여 경사진 경사구멍(12)이 형성되어 있으므로, 장약홀더(10)에 장전되는 폭약(3)의 발파시 발생하는 폭약에너지가 상기 경사구멍(12)으로 집중된다. 따라서, 심발발파시의 굴진능력이 향상되며, 또한 장약공(2)의 수량 및 폭약의 사용량을 감소시킬 수 있고, 발파진동이 저감되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 지하공동이나 암반사면에 심발발파를 위하여 천공된 장약공(2)에 삽입되며, 그 내부에는 폭약(3)이 장전되는 통형의 장약홀더(10)로서,

   그 외주면에는, 상기 장약공(2) 입구쪽의 제 1 자유면(4)을 향하도록 반경방향에 대하여 경사진 경사구멍(12)이 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 장약홀더.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 외주면에 길이방향을 따라 길게 관통하여 형성된 길이방향 홈(13)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장약홀더.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 외주면에 원주방향을 따라 길게 관통하여 형성된 원주방향 홈(14)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 장약홀더.
4. 삭제