KR100451817B1 - 공기층을 이용한 양면발파방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기층을 이용한 양면발파방법에 관한 것으로, 그 목적은 공기층을 이용한 양면발파기술은 석재용 원석채취를 위한 양면발파에서 초안폭약과 같은 비교적 저폭속의 폭약류를 발파공 내부에서 상부와 하부로 분산장약(decking)하여 두 약포 사이에 공기의 층을 두어 발파함으로서 모암과 원석에 균열을 일으키지 않고 발파할 수 있는 발파방법을 제공하는데 있다.

발명의 구성은 화약을 이용한 채석 발파방법에 있어서, 발파공을 천공한 후 바닥부 및 상부(공구에서 약 1 m 지점)에다 각각 폭약을 장전하여 두 약포 사이에 공기의 층을 둔 후 기폭하되, 장약방법은 수직공의 경우 상부장약을 비닐포대(또는 이와 유사한 재질로서 공기층의 완충작용에 의한 폭약의 폭력저하에 별다른 영향을 미치지 않는 재질로 된 것) 속에 넣은 다음, 이 비닐포대를 노끈으로 묶어 인접공의 것과 서로 연결함으로써 한 쌍의 약포를 함께 매단 형식으로 장전하고, 기폭방법은 순발뇌관을 사용하여 실시하되, 각 발파공 내의 상·하부로 분산시킨 장약들 뿐만 아니라 전체 발파공들을 모두 동시발파하는 방법을 특징으로 한다.

Description

공기층을 이용한 양면발파방법{Two-face simultaneous cut blasting using air decking}

본 발명은 공기층을 이용한 양면발파방법에 관한 것으로 자세하게는 석재용 원석채취를 위한 양면발파에서 초안폭약과 같은 비교적 저폭속의 폭약류를 발파공 내부에서 상부와 하부로 분산장약(decking)하여 두 약포 사이에 공기의 층을 둠으로써, 모암과 원석에 균열을 일으키지 않고 발파할 수 있는 발파방법에 관한 것이다.

기존의 발파방법을 설명하면 다음과 같다.

가) 채석발파법

석재용 원석을 모암으로부터 분리하는 방법에는 (i) 열을 이용하는 방법으로서 오랫동안 사용되어온 제트버너(jet burner)에 의한 방법, (ii) 제트버너법에서 발생하는 과대한 소음과 원석의 손실을 고려하여 이에 대한 대체기술로서 기계력을 이용하는 다이아몬드 와이어(diamond wire saw) 등에 의한 방법, (iii) 화약이 반응할 때 발생되는 에너지를 이용하는 발파에 의한 방법이 있고, (iv) 또 근래에는 고압수류를 이용하는 워터젯(water jet)에 의한 방법 등이 있다.

상기와 같은 채석법들 가운데 화약발파에 의한 방법은 제트버너나 기타 기계력 등에 의한 방법에 비해 작업공정과 경제성의 측면에서 매우 우수한 방법이지만, 국내의 경우 사실상 화약발파가 차지하는 비중은 그다지 높지 않은 상태이다.

국내에서 일반적으로 적용되고 있는 채석작업의 형태는 제트버너를 이용하여 수직자유면을 형성시킨 후 버너를 적용하기 어려운 하부면 만을 화약발파를 이용하여 절취하는 형식의 일면발파법이 가장 많이 사용되고 있다.

간혹 절리 등의 불연속면이 자연적으로 형성되어 있는 경우에는 절리면을 자유면으로 하여 양면 또는 삼면발파를 실시하는 경우도 있다.

1) 일면발파법

재래식의 일면발파에 의한 채석법은 제트버너를 이용하여 채취코자 하는 암괴의 양측면과 후면 등 3면에 자유면을 형성한 후 나머지 바닥면만을 흑색화약(black powder)이나 초안폭약 등의 화약으로 발파하여 채취하는 방법이다. 이런 경우 대체로 암석의 후면은 절취면이 넓어 자유면을 형성하기 위한 절삭작업에 많은 시간과 인원이 소요되며, 인건비와 연료비의 증가는 물론 작업공정이 지연되어 생산력이 크게 저하되는 원인이 되기도 한다.

또 제트버너는 화염을 이용하여 암석을 절삭하는 장치이므로 방출되는 열에 의해 암석이 팽창되어 미세한 크랙들이 발생하며, 심한 경우에는 절삭면 부근의 암석이 열변형을 받아 채취된 원석 체적의 약 40% 정도의 손실도 발생할 수 있다. 전형적인 제트버너 작업에서 연료소모량은 약 40∼60 l/hr 정도이며, 절삭율(cutting rate)은 대략 1.1㎡/hr 정도이나 작업자의 숙련도에 따라 0.75 ㎡/hr 정도로 절삭율이 저하될 수도 있다.

2) 양면발파법

석재 채취에 적용되는 개선된 발파법으로 알려져 있는 양면발파법에는 대체로 다음과 같이 도폭선을 이용하는 방법과 도폭선과 정밀폭약의 조합을 이용하는 방법의 두 가지가 있다.

(a) 도폭선(detonating cord)을 이용하는 방법

도폭선을 이용한 발파에서는 채취코자 하는 암괴의 양측면은 제트버너 또는 다이아몬드 와이어 등으로 먼저 절삭하여 자유면을 형성시키고, 나머지 후면과 바닥면의 양면을 도폭선을 이용하여 동시에 발파한다. 이 도폭선을 이용한 발파법에서는 발파당 하나의 뇌관만으로도 모든 발파공을 동시에 기폭시킬 수 있는 장점이 있다.

이 방법에서는 수직공 및 수평공의 공간격은 대체로 20∼36 cm 정도로 하며, 공경은 대개 32 mmØ정도로 하여 서로 평행하도록 천공한다. 도폭선을 장전할 때는 각 공당 1∼3 가닥씩 장약하며, 공저부분에서는 장약장에 따라 약 0.3∼1 m 정도씩을 구부려 준다. 도 1∼3은 현재 국내에서 사용되고 있는 대표적인 도폭선에 의한 양면발파 사례를 보인 것이다.

일반적으로 채석발파에 사용되고 있는 도폭선은 직경이 5 mm인 것으로 함유폭약량은 10 g/m, 심약은 PETN(pentaerythrite tetranitrate)이며, 폭속은 대략 6,000 m/sec 정도이다.

도폭선은 고폭속의 폭약을 이용한 화공품이므로 일반적으로 가스압과 같은 정압(static pressure)으로 얻을 수 있는 효과는 기대하기 어려우며, 과대한 최대압력(peak pressure)이 작용할 수도 있고, 파괴평면의 조절이 어려운 등의 단점이 있다.

이와 같은 문제점은 디커플링(decoupling)을 통하여 해결하게 되는데, 대개 물전색을 사용하면 물의 완충작용으로 폭력이 암반 중으로 균등하게 전파되어 발파효율이 보다 향상된다.

화강암에서 도폭선을 사용하여 발파할 때에는 비장약량(specific charge)을 대략 20∼40g/㎥ 정도로 하고 디커플링 장약을 함으로써 비파쇄성 발파가 이루어지도록 한다. 여기서, 비장약량이란 파쇄암반의 단위체적당 소모된 화약량을 말하는 것으로 발파효율과 경제성에 대한 지표로 많이 사용되고 있다. 또한 도폭선은 서로 떨어져 있는 장약을 거의 동시에 기폭할 수 있는 특성이 있으며, 수직공이나 수평공에 발파압력이 고르게 분산되도록 할 수 있어 균등장약의 효과가 있다.

실제적인 천공 및 장약방법은 암질조건이나 채석장의 여건에 따라 달라지며 화강암의 경우에는 대체로 세립질 암석에서는 천공간격을 좁게 하면서 공당장약량을 비교적 적게 하여 발파한다.

반면, 중립 내지 조립질의 화강암에서는 천공간격을 넓게 하면서 공당장약량을 많게 하는 것이 일반적이나 이 때에도 천공간격을 지나치게 넓게 하면 실패할 확률이 높아진다.

(b) 도폭선 및 정밀폭약의 조합을 이용하는 방법

채석발파에 사용되는 정밀폭약은 폭속 3,700 m/sec, 직경 17mmØ 정도의 것으로 터널 등에서 스무스발파(smooth blasting)용으로 많이 사용하고 있는 폭약이다. 이 폭약은 폭발가스량이 원석의 채취는 물론 자연적인 균열면을 열기에 적합한 정도이므로 모암과 원석에 균열을 일으키지 않고 채석하는데 사용되고 있다.

대개 이와 같은 용도로 사용되는 정밀폭약은 약장이 400mm, 중량은 약 100g 정도이며, 약포가 플라스틱 튜브형으로 되어 있어 내수성이 있으므로 도폭선과 마찬가지로 물을 전색물로 사용할 수 있다. 장약시에는 발파공의 어느 한 지점에 집중장약되는 것을 피하기 위해 도폭선 한 가닥에 정밀폭약을 테이프로 묶어 발파공 내의 공저부, 중앙부, 공구부에 골고루 분산시켜 장약함으로써 폭발압력이 발파공 내부에서 균등하게 발생되도록 한다. 기폭은 도폭선에 연결한 뇌관을 점화시켜 실시하며, 뇌관의 폭굉으로 도폭선이 폭발하면 도폭선에 연결된 정밀폭약도 동시에 폭발하게 된다. 도 4는 도폭선에 정밀폭약을 추가로 적용함으로써 일반 도폭선발파에 비해 공간격을 0.45m 정도로 넓게 한 양면발파의 일례를 보여주고 있다.

나) 선균열발파법(presplitting)

공기층을 이용하는 분산장약법(air decking)은 기존의 선균열발파법에서 필요에 따라 적용하고 있는 기법이다. 이 방법은 선균열발파공의 바닥부에 장약되는 폭약의 상부에 공기의 층을 두는 형식을 말하며, 집중장약법(concentrated charge)의 일종이라 할 수 있다. 이 개념은 일찍이 1880년대에 이미 알려진 것이지만 백년이 지난 1980년대가 되어서야 비로소 널리 적용되기 시작하였다.

장약방법은 선균열발파공이나 그 인접공의 바닥부에 폭약을 장전하고, 발파공 상부의 적절한 지점을 에어백(air bag)이나 플러그(plug) 등으로 막아 폭약과 마개 사이에 공기의 층을 만든다. 에어백이나 플러그의 상부에 해당하는 부분은 전색하지 않으며, 경우에 따라서는 전색물로 충전하는 경우도 있다. 도 5에 선균열발파공에 사용되는 여러 가지 분산장약 기법들을 보였다.

선균열발파법에 적용되는 공기층을 이용한 분산장약법은 경제성이 우수한 방법이라고 볼 수 있으며, 암반이 비교적 괴상(massive)일 때 사용하기 적합하다.

만일 발파풍(air blast), 즉 소음공해에 대한 문제가 없는 경우라면 대개 발파공의 하부에 소량의 벌크형 폭약(bulk charge; 나약)을 장전한 후 폭약의 상부에 해당하는 부분은 그대로 방치함으로써 일종의 디커플링(decoupling) 효과를 얻기도 한다.

즉, 선균열발파공의 상부를 플러그나 전색물 등으로 막지 않고 그대로 대기와 접하도록 방치함으로써 공내의 폭압(borehole pressure; explosion pressure)을 감소시킴과 동시에 공구 부분의 암반을 보호하는 효과를 얻고자 하는 방법이다.

한편, 균열이 발달한 암반일수록 폭약의 에너지를 고르게 분산시킬 필요성이 더욱 증가하게 되며, 이런 경우에는 (i) 소량의 폭약을 여러 단으로 분산장약(decking; deck charge)하거나, (ii) 저밀도, 저직경의 약포형 폭약을 사용하여 연속장약(continuous charge)하거나, (iii) 도폭선(detonating cord)을 사용하여 디커플링 효과를 극대화한다. 분산장약에 비해 연속장약을 하는 경우에는 폭약비용이 많이 들지만 절리 등이 발달하여 조건이 나쁜 암반일수록 그 효과는 좋아진다. 즉, 도 5에서 우측으로 갈수록 조건이 나쁜 암반에 보다 적합한 방법이라할 수 있다.

하지만 상기 기존의 양면발파법에서는 폭약으로서 도폭선을 사용하거나 도폭선에 정밀폭약을 결합한 것을 주로 사용한다.

또 공기층을 이용한 분산장약법(air decking)은 선균열발파(presplitting)에서 적용되기도 하지만, 이 경우에는 발파공 내에 공기의 층을 두기 위해서 바닥부만 장약하고 전혀 전색을 하지 않거나 발파공 상부에 에어백이나 플러그와 같은 마개를 끼우고 그 위에 폭약을 두는 형식을 채택하고 있다.

따라서 수직공의 경우 하부장약과 상부장약이 동시에 기폭될 때에는 팽창하는 폭발가스에 대한 공기층의 완충작용이 상부장약을 설치하기 위해 사용한 마개 등에 의해 제약을 받을 수도 있으며, 또 장약작업시 상부장약을 바라는 심도에 정확히 위치시키고자 할 때 여러 가지 어려움이 발생할 수도 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 석재용 원석채취를 위한 양면발파에서 초안폭약과 같은 비교적 저폭속의 폭약류를 발파공 내부에서 상부와 하부로 분산장약(decking)하여 두 약포 사이에 공기의 층을 둠으로써, 즉 공기층을 이용한 분산장약(air decking)을 적절히 이용함으로써 모암과 원석에 균열을 일으키지 않고 발파할 수 있는 발파방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 모든 발파공의 바닥부 및 상부(공구에서 약 1m 지점)에다 각각 폭약을 장전함으로써 두 약포 사이에 공기의 층을 두되, 장약방법에 있어서 수직공의 경우 상부장약을 비닐포대(또는 이와 유사한 재질로서 공기층의 완충작용에 의한 폭약의 폭력저하에 별다른 영향을 미치지 않는 재질로 된 것) 속에 넣은 다음, 이 비닐포대를 노끈으로 묶어 인접공의 것과 서로 연결함으로써 한 쌍의 약포를 함께 매단 형식으로 장전하고, 기폭은 순발뇌관을 사용하여 실시하되, 각 발파공 내의 상·하부로 분산시킨 장약들 뿐만 아니라 전체 발파공들을 모두 동시발파하는 방법을 제공함으로서 달성된다.

도 1은 종래 도폭선을 이용한 양면발파의 한 실시예도,

도 2는 종래 도폭선을 이용한 양면발파의 한 실시예도,

도 3은 종래 도폭선을 이용한 양면발파의 한 실시예도,

도 4는 종래 도폭선 및 정밀폭약의 조합을 이용한 양면발파의 한 실시예도,

도 5는 종래 선균열발파공에 사용되는 여러 가지 분산장약을 보인 실시예도,

도 6은 본 발명 공기층 양면발파에서의 천공패턴도,

도 7은 본 발명 공기층 양면발파에서의 장약패턴도,

도 8은 본 발명 공기층 양면발파에서의 상부장약 장전을 보인 실시예도,

도 9는 종래 바닥공의 천공작업도,

도 10은 종래 도폭선 결선작업도,

도 11은 종래 도폭선에의 뇌관체결도,

도 12는 본 발명에 사용되는 초안폭약도,

도 13은 본 발명 초안폭약의 장전도,

도 14는 본 발명에 따른 암괴의 전방이동도,

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 화약을 이용한 채석 발파방법에 있어서,

발파공을 천공한 후 바닥부 및 상부(공구에서 약 1m 지점)에다 각각 폭약을 장전하여 두 약포 사이에 공기의 층을 둔 후 기폭하되, 장약방법은 수직공의 경우 상부장약을 비닐포대(또는 이와 유사한 재질로서 공기층의 완충작용에 의한 폭약의 폭력저하에 별다른 영향을 미치지 않는 재질로 된 것) 속에 넣은 다음, 이 비닐포대를 노끈으로 묶어 인접공의 것과 서로 연결함으로써 한 쌍의 약포를 함께 매단 형식으로 장전하고, 기폭방법은 순발뇌관을 사용하여 실시하되, 각 발파공 내의 상·하부로 분산시킨 장약들 뿐만 아니라 전체 발파공들을 모두 동시발파함으로서 공기층의 완충작용으로 모암과 원석에 균열을 일으키지 않고 발파하는 방법을 특징으로 한다.

상기 상하부에 장전되는 폭약은 초안폭약과 같이 폭속이 약 3,500m/sec, 직경은 28㎜Ø 정도인 것을 사용하되, 상하부에 개별 폭약 중량의 1/2씩 장약하는 것을 특징으로 한다.

상기 뇌관의 설치방향은 상부장약의 경우는 폭굉방향이 공저방향으로 향하도록 하며, 하부장약의 경우에는 뇌관의 폭굉방향이 공구방향이 되도록 장착한 것을 특징으로 한다.

상기 천공구의 직경은 초안폭약의 약경 28㎜Ø를 감안하여 38㎜Ø를 사용하며, 천공간격은 0.3m로 하되 암괴의 양단 부분에서는 천공간격을 0.2m 정도로 좁혀주어 암괴가 절취 예정면을 따라 절단되도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 상부장약의 위쪽 부분에 대하여만 전색을 실시하되, 강한 흡수성을 지닌 초안폭약을 사용할 경우에는 전색물로서 점토나 모래를 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 공기층을 이용한 양면발파기술은 초안폭약과 같이 비교적 폭속이 낮은 폭약류를 각 발파공의 상·하부에 장약하여 내부에 공기의 층을 두고 상·하부의 약포를 동시에 기폭시킴으로써 공기층의 완충작용으로 모암과 원석에 균열을 일으키지 않고 발파할 수 있는 새로운 발파방법이다.

특히, 수직 발파공의 상부에 위치하는 약포를 장전할 때에는 비닐이나 이와 유사한 재질의 포대를 노끈으로 묶어 인접공의 것과 서로 연결하여 두 약포를 함께 매단 형식으로 장전하므로 현장에서 장약작업을 손쉽게 수행할 수 있어 작업에 소요되는 시간과 인력을 크게 감소시킬 수 있다.

비닐포대와 같은 재료는 값싸고 손쉽게 구할 수 있을 뿐 아니라 폭약의 폭발로 발생되는 충격파의 전파에 거의 영향을 미치지 않는다.

또한 비닐포대를 사용하면 현장에서 약포를 넣고 끈으로 묶는 작업이 매우 간편해지므로 장약작업을 신속하고 정확하게 수행할 수 있으며, 따라서 주어진 발파설계의 내용이 현장시공에 그대로 반영되는 이점이 있다.

본 발명에 적용되는 폭약은 폭속이 약 3,500m/sec인 초안폭약으로서 직경이 28 mmØ 정도인 것을 사용한다.

초안폭약은 다른 폭약류에 비해 비교적 폭속이 낮으므로 석재발파에 적합하며, 장약은 발파공당 2개 정도로 나누어 장전한다.

한편, 초안폭약은 약상이 분상인데다 초안(질산암모늄) 자체가 원래 강한 흡수성을 지니고 있어 물을 전색물로 사용하지 못하고 점토나 모래를 사용하여 전색한다.

가. 천공 및 장약 패턴

본 공기층을 이용한 양면발파기술에서 적용할 수 있는 천공패턴의 일례를 도 6에 보였다. 천공직경은 초안폭약의 약경 28㎜Ø 를 감안하여 38㎜Ø를 사용하며,천공간격은 0.3m로 하되 암괴의 양단 부분에서는 천공간격을 0.2m 정도로 좁혀주어 암괴가 절취 예정면을 따라 확실하게 절단되도록 한다. 천공장은 채취코자 하는 암괴의 크기에 따라 달라질 수 있으나 대략 10m 이내로 하는 것이 좋다. 마찬가지로 암괴의 길이도 현장여건에 따라 적절한 크기로 설정할 수 있으나 대략 40m를 초과하지 않도록 하는 것이 좋다.

장약량은 도 7에 보인 바와 같이 초안폭약 28㎜Ø 약포 하나의 중량에 해당하는 약 156g을 발파공의 상·하부에 같은 양으로 나누어 약 78g씩 장약한다. 기폭방법은 동시발파를 사용하므로 모든 장약에는 순발뇌관 내지 같은 지발시차를 가지는 뇌관을 장착한다. 각 발파공에 뇌관을 장착할 때는 상부장약의 경우에는 뇌관의 폭굉방향이 공저방향으로 향하도록 하며, 하부장약의 경우에는 이와는 반대로 뇌관의 폭굉방향이 공구방향이 되도록 장착하여야 한다. 폭약의 폭굉방향은 뇌관의 폭굉방향에 의해 결정되므로 이와 같은 방식으로 뇌관을 장착하면 뇌관의 폭굉으로 유도되는 폭약의 폭굉방향이 발파공 중간의 공기층을 서로 향하게 됨으로써 공기층을 통한 완충작용의 효과가 더욱 향상된다.

전색은 상부장약의 위쪽 부분에 대하여만 실시하며, 강한 흡수성을 지닌 초안폭약을 사용할 경우에는 전색물로서 점토나 모래를 사용한다. 결선 시에는 각 공의 상·하부 장약을 먼저 직렬로 결선하고, 계속해서 인접공과도 직렬로 연결한 다음 모든 약포를 동시에 발파한다.

나. 상부장약 장전법

본 공기층을 이용한 양면발파기법에서는 수직공의 경우 하부장약과 상부장약 사이에 공기층을 두기 위해 다음과 같은 절차에 따라 상부장약을 장전한다.

① 상부장약으로 사용할 약포에 뇌관을 삽입한다.

② 뇌관을 꽂은 약포를 비닐포대 등에 넣고 포대를 긴 끈으로 묶는다.

③ 인접공의 끈과 적절한 길이로 묶은 후 한 쌍의 포대를 각각의 공에 장전한다.

④ 장전된 폭약의 상부에 점토나 모래를 사용하여 전색한다.

이와 같은 절차에 따라 장전된 상부장약의 모습을 도 8에 보였다. 도면에서와 같이 수직공에 장전되는 상부장약은 각각 한 쌍씩 발파공 속에 매달린 형상이 된다.

이하 본 발명에 따른 비교예 및 실시예이다.

석재 채취에 적용되는 양면발파법으로서 비교적 잘 알려져 있는 도폭선에 의한 발파법과 본 발명 공기층을 이용한 양면발파법 간의 발파효율을 비교할 목적으로 아래와 같이 국내의 D 석재광산에서 세 차례의 시험발파를 실시하고 그 결과를 고찰하였다.

⑴ 시험발파 Ⅰ: 도폭선을 이용한 양면발파시험(비교예)

⑵ 시험발파 Ⅱ: 공기층을 이용한 양면발파시험 1(실시예)

⑶ 시험발파 Ⅲ: 공기층을 이용한 양면발파시험 2(실시예)

상기 시험발파에 사용된 대상암괴의 양 측면은 모두 다이아몬드 와이어를 사용하여 사전에 절삭하였다.

도 9는 시험발파 Ⅰ에서 절취대상 암괴의 바닥부에 수평공을 천공하는 모습이며, 도 10은 천공된 수평공에 도폭선을 장전하는 모습이다. 또 도 11은 도폭선 간선(trunk line)에 뇌관을 체결하는 작업광경을 보여주고 있다. 도 12는 본 발명 공기층을 이용한 양면발파시험 Ⅱ와 Ⅲ에서 사용한 초안폭약이며, 도 13은 본 발명 순발뇌관과 초안폭약을 발파공에 장전하기 위한 준비작업의 모습이다.

가. 시험발파 Ⅰ: 도폭선을 이용한 양면발파시험 (비교예)

1) 절단대상 암괴의 규격

⑴ 길이: 전면 12.2 m, 후면 11.1m

⑵ 높이: 8m

⑶ 너비: 7m

2) 천공패턴

⑴ 천공수: 수직공 38공, 수평공 38공

⑵ 공간격: 수직공 0.3m, 수평공 0.33m

3) 장약패턴

⑴ 수직공: 도폭선 2가닥/공 × 7.3m/가닥 = 14.6m/공

⑵ 수평공: 도폭선 2가닥/공 × 6.3m/가닥 = 12.6m/공

⑶ 연결선: 수직공 24m, 수평공 26m

⑷ 전 색: 물전색

4) 비장약량

⑴ 암괴체적: (11.1 + 12.2)/2 × 7× 8 = 652.4㎥

⑵ 총장약량: 1,084m × 10g/m = 10,840g

⑶ 비장약량: 10,840g / 652.4㎥ = 17g/㎥

나. 시험발파 Ⅱ: 공기층을 이용한 양면발파시험 1(실시예)

1) 절단대상 암괴의 규격

⑴ 길이

▶ 제1암괴: 전면 21.5m, 후면 20.0m

▶ 제2암괴: 전면 6.5m, 후면 5.0m

⑵ 높이

▶ 제1암괴: 4m

▶ 제2암괴: 6m

⑶ 너비: 7m

2) 총천공수

⑴ 수직공: 64공

⑵ 수평공: 68공

3) 비장약량

⑴ 전체 암괴체적: (20.75×7×6) + (5.75×7×4) = 1,032.5㎥

⑵ 총장약량: 초안폭약 25.781㎏ = 25,781g

⑶ 비장약량: 25,781g / 1,032.5㎥ = 25.0g/㎥

다. 시험발파 Ⅲ: 공기층을 이용한 양면발파시험 2(실시예)

1) 절단대상 암괴의 규격

⑴ 길이: 전면 32m, 후면 29.6m (평균 31m)

⑵ 높이: 좌측 6.2m, 우측 5.4m (평균 5.8m)

⑶ 너비: 좌측 6.9m, 우측 7.3m (평균 7.1m)

2) 총천공수

⑴ 수직공: 72공

⑵ 수평공: 75공

3) 비장약량

⑴ 전체 암괴체적: 1,276.6㎥

⑵ 총장약량: 초안폭약 31.875㎏ = 31,875g

⑶ 비장약량: 31,875g / 1,276.6㎥ = 25.5g/㎥

라. 시험발파 결과고찰

1) 이론적 장약량 산정법

Mancini 등은 도폭선에 의한 양면발파를 적용함으로써 채석작업에서 성공적인 결과를 낳았던 과거 사례들을 중심으로 관련 발파자료들을 통계적으로 분석하여 다음과 같은 실험식을 제안하였다.

상기 식에서, c= 비장약량 (g/㎥), A= 절단면적(㎡), V= 절단체적(㎥), d= 변위(m)이며, c₁, c₂, c₃는 상수이다. 위 식의 의미를 살펴보면, 우변의 초항 c₁은 유효한 비장약량의 최소값을 나타내며, 항목 c₂A/V는 파괴효과를 표시하고, 항목 c₃d는 변위효과를 나타낸다. 한편, 화강암의 경우 식 (1)의 상수 c₁, c₂, c₃는 각각 다음과 같이 주어진다.

c₁= 10.52g/㎥, c₂= 26.47g/㎡, c₃= 28.74g/m⁴

위의 식 (1)은 관찰된 자료로부터 유도한 경험식이며, 비장약량 개념에 근거하고 있다. 양면발파의 관점에서 보면 비장약량은 절단대상 암괴의 체적에 대한 소모된 총화약량, 다시 말하면 암괴 단위 체적당 화약소모량으로 정의할 수 있으며, 이는 발파효율과 경제성에 대한 중요한 지표가 된다.

2) 발파결과

시험발파의 내용 및 결과를 아래 표 1에 간략히 제시하였다. 표에서 암괴의 이동거리란 양면발파의 결과 암괴가 절단되면서 원래의 위치로부터 전방으로 움직인 평균거리를 말한다. 도폭선을 이용한 시험발파 Ⅰ에서는 암괴의 이동거리가 23㎝였으며, 초안폭약을 사용한 시험발파 Ⅱ와 Ⅲ에서는 각각 52 및 60㎝였다.

도 14는 시험발파 Ⅲ의 결과 대상암괴가 원래의 위치에서 벤치 전방으로 일정거리 이동된 모습을 보여주고 있으며, 아울러 초안폭약의 기폭에 사용된 순발뇌관의 각선들이 흩어져 있는 모습도 관찰된다. 이 도면에서와 같이 암괴의 후방 절취면의 상태는 시험발파 전체를 통해 균열이 거의 관찰되지 않은 비교적 매끄러운 암반면을 보여주었으나 상부 모서리 부분에서는 암편이 일부 떨어져 나가는 현상이 관찰되었다. 이와 같이 암괴의 상부 모서리 부분에서 암편이 불규칙하게 떨어져 나가는 현상은 반사파에 의한 자유면에서의 인장파괴의 결과이거나 전회의 발파에서 발생된 잠재균열로 인한 것으로 판단되며, 본 공기층을 이용한 양면발파기법에서는 비장약량과 전색장을 적절히 조절하면 최소화할 수 있다.

구 분	시험발파 Ⅰ	시험발파 Ⅱ	시험발파 Ⅲ
암 괴	길이(m)	11.65	20.75	5.75	31.0
	너비(m)	7.0	7.0	7.0	7.1
	높이(m)	8.0	6.0	4.0	5.8
	표면적(㎡)	174.75	333.0	399.9
	체적(㎥)	652.4	1033.0	1276.6
	이동거리(m)	0.23	0.52	0.60
비장약량	장약량(g)	10,840	25,781	31,875
	이론 비장약량(g/㎥)	24.1	34.0	36.1
	실제 비장약량(g/㎥)	17.0	25.0	25.5

표 시험발파 결과

초안폭약을 사용한 양면발파에 대한 발파효율을 평가하기 위해 시험발파 Ⅲ에 대하여 위에 언급한 이론적인 비장약량 c를 계산하였다. 즉, 실제 발파 후에 암괴가 이동한 거리 d = 0.60m 였으며, 암괴의 기하학적 형상과 관련된 수치들로서 표면적 A = 399.8㎡, 체적 V = 1,276.6㎥ 였다.

따라서 이들 수치들과 화강암에 대한 상수 c₁, c₂, c₃를 식 (1)에 대입하면 다음과 같이 이론적인 비장약량 c를 구할 수 있다.

계산 결과를 살펴보면, 시험발파 Ⅲ에서 이론 비장약량은 36.1g/㎥인데 비하여 실제 비장약량은 25.5g/㎥으로 그 값이 더 작은 것을 알 수 있다. 이 결과는 암괴의 이동거리가 0.60m가 되기 위해서는 이론적으로는 36.1g/㎥의 비장약량이 요구되지만 실제로는 25.5g/㎥의 비장약량만으로도 충분히 발파가 된 것을 의미하므로 본 공기층을 이용한 양면발파법의 발파효율이 매우 우수함을 증명하여 준다.

마찬가지로 시험발파 Ⅱ의 경우에도 이론 비장약량은 34.0g/㎥인데 비해 실제 비장약량은 25.0g/㎥으로 훨씬 작게 나타남으로써 시험발파 Ⅲ과 유사한 결과를 보였다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

그러므로 발파공 내의 상·하부 약포가 동시에 폭발하면 상·하부 폭약으로부터 발생된 각각의 폭발충격파가 공기층 내로 진입하면서 폭압이 일차 감소되고, 또 공기중의 충격파로 진행하다가 서로 충돌하면서 폭압이 더욱 감소됨으로써 암반에 균열을 일으키지 않고 깨끗한 절취면을 얻을 수 있는 본 발명의 방법은 발파효율이 매우 우수한 것으로 알려져 있는 도폭선을 이용한 양면발파에서 나타나는 발파효율과 대등한 것이어서 공기층을 이용한 양면발파기술은 향후 석재용 채석발파 및 이와 유사한 응용발파 분야(예를 들면, 사면에서의 법면에 대한 제어발파)에서 발파의 효율성, 경제성 및 작업능률 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 보인다.

또한 본 발명은 모암(채석발파에서는 채취되는 원석도 포함)을 보호하는 것을 주목적으로 하는 제어발파이므로 채석발파의 경우에는 발파균열을 감소시킴으로써 원석의 손실을 대폭 감소시킬 수 있고, 암반사면에 대한 제어발파에 적용할 경우에는 법면의 안정성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 판단되는 유용한 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 절취하고자 하는 암괴상에 소정깊이 및 소정배열로 발파공을 천공 후, 이 천공된 발파공내에 뇌관 및 폭약을 설치하고, 내부 일정공간에 공기층을 확보하며, 발파공 상부는 전색한 후 기폭하여 채석을 채취하는 발파방법에 있어서,

   발파공 천공시 천공구의 직경은 초안폭약의 약경 28㎜Ø를 감안하여 38㎜Ø를 사용하며, 천공간격은 0.3m로 하되 암괴의 양단 부분에서는 천공간격을 0.2m 정도로 좁혀주어 암괴가 절취 예정면을 따라 절단되도록 천공한 후, 바닥부 및 상부(공구에서 하부방향으로 1m 지점)에 각각 폭약을 장전하여 두 약포 사이에 공기층을 둔 후 기폭하되,

   장약방법은 수직공의 경우 상부장약을 비닐포대(또는 이와 유사한 재질로서 공기층의 완충작용에 의한 폭약의 폭력 저하에 별다른 영향을 미치지 않는 재질로 된 것) 속에 넣은 다음, 이 비닐포대를 노끈으로 묶어 인접공의 장약이 든 비닐포대와 서로 연결함으로써 한 쌍의 약포를 함께 매단 형식으로 장전하고, 발파공 상하부에 장전되는 폭약은 초안폭약과 같이 폭속이 약 3,500m/sec, 직경은 28㎜Ø정도인 것을 사용하되, 상하부에 개별 폭약 중량의 1/2씩 장약하며,

   기폭방법은 순발뇌관을 사용하여 실시하되, 뇌관의 설치방향은 상부장약의 경우는 폭굉방향이 공저방향으로 향하도록 하며 하부장약의 경우에는 뇌관의 폭굉방향이 공구방향이 되도록 장착한 후, 각 발파공 내의 상·하부로 분산시킨 장약들 뿐만 아니라 전체 발파공들을 모두 동시발파함으로서 공기층의 완충작용으로 모암과 원석에 균열을 일으키지 않고 발파하는 방법을 특징으로 하는 공기층을 이용한 양면발파방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 상부장약의 위쪽 부분에 대하여만 전색을 실시하되, 강한 흡수성을 지닌 초안폭약을 사용할 경우에는 전색물로서 점토나 모래를 사용하는 것을 특징으로 하는 공기층을 이용한 양면발파방법.