KR100493331B1 - 테르밋 파암장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파암장치에 관한 것으로서, 카트리지와, 상기 카트리지 내부에 충진되는 전해물질과, 상기 전해물질 내부에 장착되는 뇌관을 포함하는 테르밋 파암장치를 제공한다.

본 발명에 의하면 암반을 파쇄함에 있어 전해물질들간의 테르밋 반응에 의하여 발생되는 에너지만을 이용하기 때문에 진동 및 비산을 최소화시킬 수 있으며, 전해물질들을 조절함에 따라 시공패턴에 적절하게 대응할 수 있어 암반파쇄에 따른 시공성 효율에서 높은 장점을 가지게 된다.

Description

테르밋 파암장치{Termite blasting apparatus}

본 발명은 파암장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 뇌관으로 유도된 전해물질인 금속분말과 금속산화물의 테르밋(Termite) 반응에너지에 의하여 암반을 파쇄시킬 수 있는 파암장치에 관한 것이다.

산업과 과학기술이 발전함에 따라 폭발적으로 증가되는 인구는 도시로 집중되어 급격하게 도시를 팽창시키게 되었고, 이에 따른 대규모의 도로확장 및 새로운 주거지 확보를 위한 토목공사 등이 필요하게 되었다.

이러한 대규모의 토목공사시에는 필연적으로 지반에 존재하는 거대한 암반을 파쇄하는 공정이 수반되는데, 암반 파쇄에 있어서 가장 보편적이며 편리한 방식은 화약을 이용하는 것이다.

화약은 화약내에 장착된 뇌관이 작동됨으로서 폭발하게 되는데, 상기 뇌관의 작동방식에는 전기적으로 점화시키는 전기방식과, 도화선 또는 도화튜브 등을 이용하는 비전기방식이 있다.

도 1은 전기적으로 뇌관을 작동시켜 화약의 폭발력으로서 암반을 파쇄하는 전기방식의 일반적인 구성도를 보여준다.

먼저, 암반에 천공을 한 다음에 뇌관(1)이 내장된 다이너마이트(2)를 천공된 위치에 장착하고, 트리거장치(4)에 의하여 상기 뇌관(1)의 작동에 의해 상기 다이너마이트(2)를 폭발시키면 그 가스압력에 의하여 암반이 파쇄되게 되는 작동구성을 가진다.

그러나 이러한 화약을 이용하여 암반을 파쇄하는 방식은 그 편리함에 비하여 발파진동에 의한 주위 구조물의 균열, 그리고 암석파편 등의 비산에 따른 인명피해를 일으키는 문제점을 발생시켰으며, 특히 생명체가 파동의 일종인 진동파에 의해 심각한 영향을 받을 수 있다는 우려를 노출시켰다.

진동파에 의한 폐해는 최근 토목공사의 규모를 감안한다면 더욱이 그러하여, 대규모의 구조물이 존재하는 도심에서 암반굴 착공시에는 무진동공법 또는 미진동공법으로서 시공을 하고 있으나 대부분의 무진동공법 또는 미진동공법은 대량의 암반파쇄나 터널굴착시공에는 적용이 힘들며, 더욱이 노천 암반파쇄에 있어서도 시공성에 문제가 있어 경제성이 낮은 한계를 지니고 있다.

이러한 종래 암반파쇄를 위한 화약방식을 대체하기 위하여 최근에 제안되고 있는 것이 도 2에 도시된 대전력을 이용한 전력 충격 파암장치이다.

전력 충격 파암장치는 전해물질(30)과, 상기 전해물질(30) 내부의 전극(20)과, 상기 전극(20) 및 전해물질(30)을 수용하는 용기인 카트리지(10)로 이루어진다.

외부전원(80)으로부터 커패시터(60)에 충전된 전류가 스위치(70)의 개방에 의하여 일시에 전극(20)으로 유입되면, 유입된 전기에너지에 의하여 상기 카트리지(10) 내부의 전해물질(30)은 매우 짧은 시간 동안에 고온 고압의 전력 충격 상태가 되며, 이때 발생되는 압력이 암반을 파쇄시키는 작동구성을 가진다.

상기와 같은 전력 충격 파암장치는 에너지 효율이 높으며, 진동 및 암석의 비산이 적고, 또한 소음이 상대적으로 작은 장점이 가지고 있으며, 최근의 공해문제와 연계되어 유해 기체발생이 없다는 점에서 화약을 대체할 수 있는 암반파쇄 방법의 하나로서 주목받고 있다.

그런데 이러한 뛰어난 장점을 가지는 전력 충격 파암장치는 그 특성상 대전류를 사용하여야 하는데 그 제어가 용이하지 않다는 문제점을 동시에 가지고 있어 화약방식을 대체할 수 있는 또 다른 암반파쇄 방식에 대한 요구가 제기되어 왔었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 고안된 것으로서, 화약방식을 사용함에 있어 단점으로 지적되어온 진동 및 비산의 문제점을 해결할 수 있는 암반파쇄장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전력 충격 파암장치의 사용에 있어서 용이하지 않던 제어의 곤란성을 해결함으로서 시공성이 월등히 향상된 파암장치를 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 카트리지와, 상기 카트리지 내부에 충진되는 전해물질과, 상기 전해물질을 작동시키기 위해 상기 전해물질 내부에 장착되는 뇌관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전해물질은 금속분말과 금속산화물로 이루어진 혼합물인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 뇌관은 화약인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 뇌관의 작동은 전기방식 또는 비전기방식 중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같은데, 동일한 명칭에 대해서는 도면부호만을 달리하여 사용하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 일실시예인 테르밋 파암장치의 단면도 및 개략적인 주변 장치를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 테르밋 파암장치(100)의 바람직한 구성은 카트리지(120)와, 상기 카트리지(120) 내부에 충진된 전해물질(160)과, 상기 전해물질(160)에 둘러싸여 있으며 상기 전해물질(160)을 작동시키는 뇌관(140)으로 이루어진다.

상기 전해물질(160)은 금속분말과 금속산화물의 혼합물로서 이루어지는데, 상기 금속분말로는 알루미늄(Al), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 등 다양한 종류의 금속들이 가능하며, 상기 금속산화물로는 산화구리(CuO), 중크롬산칼륨(K2Cr2O7) 등이 있다.

본 발명의 금속분말과 금속산화물은 상기에 열거된 금속과, 금속산화물 중에서 선택된 어떠한 조합에 의하더라도 무방하나 단위질량 당 반응열이 상대적으로 높은 알루미늄과 값이 비교적 저렴한 산화구리가 바람직하다.

상기 뇌관(140)은 상기 전해물질(160)을 이루는 알루미늄과 금속산화물간에 테르밋 반응이 일어날 수 있을 정도의 에너지를 상기 전해물질(160)에 전달하면 무방하므로 일반적으로 뇌관으로 사용되는 것이면 족한데, 그 중에서도 쉽게 구할 수 있으며, 시공 시 사용되는 전해물질의 양에 따라 적절하게 조절이 용이한 화약이 바람직하다.

본 발명에 따른 뇌관(140) 작동방식에는 외부에 장착된 트리거장치에 의해 전기적으로 뇌관을 작동시키는 전기방식과, 뇌관에 연결된 도화선 또는 도화튜브 등의 한쪽 끝을 점화시켜 다른 쪽 끝에 장치한 뇌관을 작동시키는 비전기방식 중에서 작업환경을 고려하여 어느 하나를 선택할 수 있는데, 도 3 및 도 4는 이중에서 전기방식에 따른 실시예를 보여주고 있다.

도 3과 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 작동구성을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 파쇄하려는 암반에 천공을 한 이후에 본 발명에 따른 테르밋 파암장치(100)를 천공된 구멍에 삽입하고, 천공된 구멍의 부피에서 상기 테르밋 파암장치(100)가 차지하는 부분을 제외한 여분의 공간을 전색재(400)를 이용하여 채운다.

상기 전색재(400)는 화약의 충격력이 외부로 빠져나가는 것을 방지하기 위한 것으로서 모래, 몰타르, 진흙 등 다양한 종류에서 선택되어 질 수 있다.

일단 테르밋 파암장치(100)가 전색재(400)에 의해서 덮이게 되면 외부전원을 포함하는 트리거 장치(300)에 의해서 뇌관을 기폭시키게 된다.

상기 트리거 장치(300)에 의해 전달되어 뇌관(140)이 기폭되면, 상기 뇌관(140)의 기폭에 의한 에너지가 상기 뇌관(140)을 둘러싸고 있는 전해물질(160)에 전달되는데, 상기 전해물질(160)은 뇌관(140)의 기폭으로 전달되는 에너지에 의해 테르밋 반응을 하게 되는 바 본 발명에 따른 전해물질을 금속은 알루미늄(Al), 그리고 금속산화물을 산화구리로 선택하는 경우를 상정하여 전해물질의 반응식을 살펴보면 다음과 같다.

반응물 : 2Al + 3CuO + △E

→ Al₂O₃ + 3Cu + 1207kJ : 생성물

상기 △E는 뇌관(140)의 기폭에 의해 전해물질(160)로 전달되는 에너지이며, 알루미늄과 산화구리를 전해물질로 사용하는 경우의 몰량비는 2 : 3, 그리고 질량비는 대략 1 : 4.4이나 이는 금속분말로서 알루미늄(Al), 금속산화물로서 산화구리(Cuo)를 사용하는 경우에 한정된 것에 불과하며 철(Fe), 마그네슘(Mg) 등 기타 금속을 사용하는 경우에는 화학당량에 맞추어서 몰량 또는 질량비가 결정됨은 자명하다.

상기에서 알 수 있듯이 테르밋 반응은 다량의 에너지를 동반하게 되는 바, 카트리지(120) 내부에 충진된 대량의 전해물질(160)들의 반응에 따른 에너지가 충격파가 되어 주변 암반을 파쇄시키게 되는 것이다.

더욱이 상기 반응에 있어 발생되는 파쇄에너지를 제외하고는 고체(Al₂O₃, 3Cu)만이 생성물로서 남게 되는데 이는 전체 반응물의 부피를 급격하게 감소시켜 암반파쇄시 발생 가능한 진동 및 비산을 극소화시킨다.

또한, 암반파쇄의 대상에 따라 전해물질 및 뇌관을 적절하게 조절함이 용이하여 시공패턴을 설계함에 있어서 유동성을 부여할 수 있음도 물론이다.

상술한 도 3, 도 4는 뇌관의 작동에 있어 전기방식에 대한 일실시예에 한정하여 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 도화선 또는 도화튜브 등을 이용하여 뇌관을 작동시키는 비전기방식에도 적용가능함은 물론이다.

나아가 파쇄의 대상인 암반 등의 규모와, 현장의 여건에 따라 동일한 구성요소로서 이루어지는 테르밋 파암장치가 복수 개 직렬 또는 병렬로 연결되어 시공될 수 있음도 당업자에게 자명하다 할 것이다.

따라서 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 수정 및 설계변경이 가능하며 이는 본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

본 발명에 의하면 전해물질의 테르밋 반응에 의한 에너지를 이용함으로서 종래 화약에 의해 암반파쇄를 하는 경우에는 발생 가능한 진동파에 의한 주변 구조물의 균열 및 생명체에의 영향을 억제할 수 있는 이점이 있다.

또한, 전해물질의 테르밋 반응 후에 생성되는 생성물이 고체로 환원되기 때문에 화약방식에서 문제시되던 암석파쇄시의 비산을 최소화할 수 있어 보다 환경 친화적인 암반 파쇄방법을 제공할 수 있게 해준다.

더욱이 본 발명에 의하면 시공패턴 또는 시공현장의 여건에 따라 전해물질 및 뇌관을 적절하게 조절이 가능하여 그 제어가 용이하며, 시공에 있어 효율적인 대처가 뛰어난 장점을 가지게 된다.

도 1은 화약을 이용하는 파암장치의 개략도.

도 2는 종래 전력 충격 파암장치의 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 바람직한 테르밋 파암장치의 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 테르밋 파암장치의 설치도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 화약 10, 120 : 카트리지

20 : 전극 30, 160 : 전해질

140 : 뇌관 400 : 전색재

Claims (7)

1. 카트리지와:

   상기 카트리지 내부에 충진되고, 금속분말과 금속산화물의 혼합물로 이루어진 전해물질과:

   상기 전해물질을 반응시키기 위해 상기 전해물질 내부에 장착되고, 화약을 포함하며, 전기방식과 비전기방식 중 선택된 하나의 방식으로 작동되는 뇌관

   을 포함하는 테르밋 파암장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 테르밋 파암장치는 복수 개 구비되어 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 테르밋 파암장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 테르밋 파암장치는 복수 개 구비되어 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 테르밋 파암장치.