KR100616305B1 - 가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법 - Google Patents

가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충진관, 주입 블록, 방출 블록, 차단판, 발열체로 이루어지는 가스압 파쇄장치를 제공하고, 이를 사용하여 암반 등의 대상물을 파쇄하는 방법을 제공한다. 충진관은 평행한 관형태로 형성되어 내부에 가스가 채워지는 중공의 캐비티를 갖는다. 주입 블록은 충진관의 일단에 분리가능하도록 결합되고, 캐비티와 연통되어 외부로 연장되므로써 외부로부터 충진관의 캐비티내로 가스가 공급되도록 하는 주입로가 형성된다. 방출 블록은 주입 블록의 반대측에 위치되도록 충진관의 타단에 분리가능하도록 결합되고, 캐비티와 연통되어 외부로 연장되므로써 충진관의 캐비티내로부터 팽창된 가스가 외부로 방출되도록 하는 방출로가 형성된다. 차단판은 방출 블록의 방출로와 충진관의 캐비티 사이에 위치되도록 결합되어 캐비티 내의 가스가 정해진 압력까지 방출로로 배출되지 않도록 한다. 발열체는 주입 블록에 결합되어 캐비티로 삽입되므로써 캐비티 상에 위치되고, 주입 블록을 통해 외부로부터 공급되는 전원을 입력받아 발열되어 캐비티내의 가스를 가열시켜 팽창되도록 한다. 한편 본 발명에 따른 대상물 파쇄방법은 대상물에 형성된 천공에 가스압 파쇄장치를 삽입시키고, 천공내에 물을 채운 뒤 발열체에 전원을 공급시키므로써 가스압 파쇄장치의 캐비티내의 가스가 팽창되어 방출되므로써 이루어지게 된다.

Description

가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법{GAS PRESSURE BREAKING SYSTEM AND TARGET BREAKING METHOD USING THE SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면;
도 2는 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법의 기술적 사상을 설명하기 위한 플로우챠트;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치를 보여주는 단면도들;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치에서 발열체의 일례를 보여주는 도면;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치에서 발열체를 지지하는 스페이서의 일례를 보여주는 도면;
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치를 사용하여 대상물을 파쇄하는 방법의 예를 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 가스압 파쇄장치 20 : 충진관
22 : 캐비티 24 : (충진관) 제 1 나사부
26 : (충진관) 제 2 나사부 30 : 주입 블록
32 : 주입로 34 : (주입 블록) 제 3 나사부
36 : (주입 블록) 제 4 나사부 38, 65 : 전원 라인로
40 : 방출 블록 42 : 방출로
44 : (방출 블록) 고정 나사부 46 : 차단판
48, 52, 72 : 실링 링 50 : 주입로 개폐구
60 : 발열체 62 : (발열체) 관
64 : (발열체) 고정 나사부 66 : 열선
69 : 전원 라인 80 : 스페이서
82 : (발열체) 삽입홀 84 : 연통홀
90 : 천공 밀폐링 92 : (충진관) 삽입홀
94 : (천공 밀폐링) 외주면 96 : 물 주입구
98 : 체크밸브
본 발명은 가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 각종 토목공사 또는 건설공사에서 가스압을 사용하여 암반 등을 제거하기 위해 사용되는 가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법에 관한 것이다.
각종 토목공사 또는 건설공사는 다양한 형태의 지반을 제거하여 소기의 목적을 달성하고 있다. 통상 터파기의 지반을 제거하는 경우에는 포크레인과 같은 범용 중장비가 적용되지만, 이들 범용 중장비를 적용하기 곤란한 암반 등의 제거에는 화약류를 적용한 파쇄작업을 행하거나 유압을 이용한 파쇄장치를 적용하고 있다. 이때 화약류를 사용한 파쇄작업은 과도한 진동, 소음 및 비석 발생으로 민원발생의 원인이 되고, 주변 구조물의 피해 및 안전사고의 우려가 있어 특히 도심지에서의 사용은 극히 제한적일 수 밖에 없다. 이와 같은 화약류를 사용한 파쇄작업의 문제점을 보완하기 위해 유압을 이용한 파쇄장치가 도입되고 있으나, 이와 같은 방법은 시공능률의 저하로 공사기간이 지연되고, 천공 직경이 90mm이상으로 많은 작업시간과 비용이 소요되며, 단순히 암석을 절개만하기 때문에 2차 파쇄를 위한 작업(브레이커 작업)으로 소음공해 유발 및 추가비용을 발생시키는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 파쇄하고자 하는 암반에 천공한 후 천공에 화약류(산화제와 가연제)를 장전하고, 전극 스파크를 이용하여 폭발시키므로써 암반을 파쇄하는 플라즈마 공법이 제안되어 있다. 이와 같은 플라즈마 공법을 응용한 기술에는 대한민국 등록특허공보 공고번호 특0184541 "골드슈미트 파암장치", 대한민국 등록특허공보 공고번호 제10-0243952호 "플라즈마 파암장비를 이용한 시공방법", 대한민국 등록특허공보 공고번호 제10-0213577호 "급팽창 금속혼합물" 및 공개특허공보 공개번호 특2003-0069696 "테르밋 파암장치" 등이 있다.
그러나 이와 같은 플라즈마 공법은 화약류를 기폭시키기 위해서 사용되는 뇌관 대신 전기 스파크를 점화원으로 이용할 뿐 근본적으로 폭발성 성분의 화약류를 사용하기 때문에 극히 제한적으로 사용될 수 밖에 없다.
한편 PCT국제공개 국제공개번호 WO 97/25520 "APPARATUS FOR RETAINING A MATERIAL BREAKING DEVICE"는 파쇄장치의 캐비티내에 가스를 채우고 내부에 설치된 일회성 화약류 카트리지를 전기점화로 폭발시켜 가스를 일측으로 분출되도록 하므로써, 가스의 분출압에 의해 암반을 파쇄하는 장치를 제안하고 있다. 이와 같은 가스압 파쇄장치는 근본적으로 화약류에서 벗어나지 못한 플라즈마 공법과 달리 가스압에 의해 암반을 파쇄하여 진동, 소음 및 비석을 줄이고자 하였다.
그러나 이와 같이 종래 제안된 가스압 파쇄장치는 가스의 팽창을 위해 일회성 소모품인 화약류 카트리지를 적용하고 있어 사용시마다 매번 교체해야 하는 불편함과 동시에 많은 소모자재비용으로 경제성이 없다. 또한 종래 제안된 가스압 파쇄방법은 천공내부에서 분출된 가스압이 천공입구로 분출되어 소음이 크며, 1회 파쇄량이 파쇄장치 길이 이내로 한정되어 시공성이 극히 떨어지는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 도심지에서 터파기 및 터널현장의 암석 파쇄시 진동, 소음 및 비석에 의한 민원발생 및 주변 구조물의 피해가 없이 대상 암석을 효과적으로 파쇄할 수 있는 새로운 형태의 가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법을 제공하는데 있다. 특히 본 발명은 종래 가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법을 개선하여 일회 소모성 화약류 카트리지를 대체하여 경제적인 사용이 가능하고, 가스압 파쇄장치의 길이에 제한되는 파쇄량을 증대시킬 수 있는 새로운 형태의 가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법을 제공하는 것을 그 목적으 로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 평행한 관형태로 형성되어 내부에 가스가 채워지는 중공의 캐비티를 갖는 충진관과; 상기 충진관의 일단에 분리가능하도록 결합되고, 상기 캐비티와 연통되어 외부로 연장되므로써 외부로부터 상기 충진관의 캐비티내로 상기 가스가 공급되도록 하는 주입로가 형성되는 주입 블록과; 상기 주입 블록의 반대측에 위치되도록 상기 충진관의 타단에 분리가능하도록 결합되고, 상기 캐비티와 연통되어 상기 캐비티와 평행한 방향인 바닥 방향으로 방출로가 형성되어 상기 충진관의 캐비티내로부터 팽창된 가스가 외부로 수직되게 방출되도록 하는 방출로가 형성되는 방출 블록과; 상기 방출 블록의 방출로와 상기 충진관의 캐비티 사이에 위치되도록 결합되어 상기 캐비티 내의 가스가 정해진 압력까지 상기 방출로로 배출되지 않도록 하는 차단판 및; 상기 주입 블록에 결합되어 상기 캐비티로 삽입되므로써 상기 캐비티 상에 위치되고, 상기 주입 블록을 통해 외부로부터 공급되는 전원을 입력받아 발열되어 상기 캐비티내의 가스를 가열시켜 팽창되도록 하는 발열체를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치는 상기 캐비티내에서 상기 발열체의 일단을 지지하기 위한 스페이서를 더 포함하고, 상기 스페이서는 상기 결합되는 발열체 주위로 연통홀이 형성되도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치는 상기 충진관의 외주면에 결합되는 천공 밀폐링을 더 포함하고, 상기 천공 밀폐링의 외주면은 상기 주입 블록 방 향으로 증가하는 기울기를 갖도록 형성되어 천공의 상부를 밀폐시키도록 할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 평행한 관형태로 형성되어 내부에 가스가 채워지는 중공의 캐비티를 갖고, 일단에 내측으로 제 1 나사부가 형성되고, 타단에 내측으로 제 2 나사부가 형성되는 충진관과; 상기 충진관의 제 1 나사부에 결합되는 제 3 나사부가 일단의 외측에 형성되어 상기 충진관에 분리가능하도록 결합되고, 상기 캐비티와 연통되어 외부로 연장되므로써 외부로부터 상기 충진관의 캐비티내로 상기 가스가 공급되도록 하는 주입로가 형성되며, 상기 제 3 나사부와 동일한 일단에 내측으로 제 4 나사부가 형성되는 주입 블록과; 상기 충진관의 제 2 나사부에 결합되는 제 5 나사부가 일단의 외측에 형성되어 상기 주입 블록의 반대측에 위치되어 상기 충진관에 분리가능하도록 결합되고, 상기 캐비티와 연통되어 외부로 연장되므로써 상기 충진관의 캐비티내로부터 팽창된 가스가 외부로 방출되도록 하는 방출로가 형성되는 방출 블록과; 상기 충진관의 제 2 나사부내에서 상기 방출 블록의 방출로와 상기 충진관의 캐비티 사이에 위치되도록 결합되어 상기 캐비티 내의 가스가 정해진 압력까지 상기 방출로로 배출되지 않도록 하는 차단판 및; 상기 주입 블록의 제 4 나사부에 결합되는 제 6 나사부가 일단의 외측에 형성되어 상기 주입 블록에 결합되고, 타단에 열이 발생되는 열선이 설치되어 상기 캐비티로 삽입되므로써 상기 주입 블록을 통해 연결되는 전원라인을 통해 외부로부터 공급되는 전원을 입력받아 상기 열선이 발열되므로써 상기 캐비티내의 가스를 가열시켜 팽창되도록 하는 발열체를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치는 상기 캐비티내에서 상기 발열체의 일단을 지지하기 위한 스페이서를 더 포함하고, 상기 스페이서는 상기 결합되는 발열체 주위로 연통홀이 형성되도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치는 상기 충진관의 외주면에 결합되는 천공 밀폐링을 더 포함하고, 상기 천공 밀폐링의 외주면은 상기 주입 블록 방향으로 증가하는 기울기를 갖도록 형성되어 천공의 상부를 밀폐시키도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치에서 상기 천공 밀폐링에는 상기 주입 블록 방향으로부터 상기 방출 블록 방향으로 관통되어 형성되는 물 주입구를 더 포함하고, 상기 물 주입구에는 체크밸브가 설치되므로써 상기 물 주입구를 통해 물을 공급했을 때 상기 방출 블록 방향으로만 공급되도록 할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 본 발명은 청구항 제5항에 따른 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법에 있어서, 파쇄시키고자 하는 대상물에 천공하는 단계와; 상기 천공에 상기 가스압 파쇄장치를 넣어 상기 가스압 파쇄장치의 천공 밀폐링이 천공의 입구에 걸리도록 상기 가스압 파쇄장치를 설치하는 단계와; 상기 천공 밀폐링의 물 주입구를 통해 물을 공급하여 상기 천공내에 물을 채우는 단계와; 상기 가스압 파쇄장치의 캐비티에 가스를 주입시키는 단계 및; 상기 가스압 파쇄장치의 발열체에 전원을 공급시키는 단계를 포함하여, 상기 캐비티내의 가스가 팽창하여 방출되므로써 발생되는 충격압이 상기 천공내에 채워진 물에 작용되어 수압에 의해 대상물이 파쇄되도록 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 본 발명은 평행한 관형태로 형성되어 내부에 가스가 채워지는 중공의 캐비티를 갖는 충진관의 일측에 상기 캐비티내로 상기 가스가 공급되도록 하는 주입로가 형성되는 주입 블록이 결합되고, 상기 충진관의 타측에 상기 캐비티와 연통되어 방출로가 형성되어 상기 충진관의 캐비티내로부터 팽창된 가스가 외부로 방출되도록 하는 방출로가 형성되는 방출 블록이 결합되며, 상기 주입 블록에 결합되어 상기 캐비티로 삽입되므로써 상기 캐비티 상에 위치되고 상기 주입 블록을 통해 외부로부터 공급되는 전원을 입력받아 발열되어 상기 캐비티내의 가스를 가열시켜 팽창되도록 하는 발열체를 갖고, 상기 충진관의 외주면에 결합되는 천공 밀폐링을 구비하여 이루어지는 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법에 있어서, 파쇄시키고자 하는 대상물에 천공하는 단계와; 상기 천공에 상기 가스압 파쇄장치를 넣어 상기 천공 밀폐링이 천공의 입구에 걸리도록 상기 가스압 파쇄장치를 설치하는 단계와; 상기 천공내에 물을 채우는 단계와; 상기 가스압 파쇄장치의 캐비티에 가스를 주입시키는 단계 및; 상기 가스압 파쇄장치의 발열체에 전원을 공급시키는 단계를 포함하여, 상기 캐비티내의 가스가 팽창하여 방출되므로써 발생되는 충격압이 상기 천공내에 채워진 물에 작용되어 수압에 의해 대상물이 파쇄되도록 한다.
본 발명은 열에너지에 의하여 부피가 팽창되는 액체 또는 기체 상태의 가스를 이용하여 목적하는 대상물을 경제적이고 안전하게 파쇄할 수 있는 가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법을 제공한다.
이와 같은 가스압 파쇄장치는 밀폐된 고강도 충진관의 캐비티내에 발열체를 장착하고, 여기에 가스를 충진한 후 전기를 인가하게 되면 내부 발열체는 순간적인 고열을 발생시키게 되어 내부에 충진된 가스는 급격한 부피팽창으로 고압의 가스압을 형성하게 되며, 이를 순간 방출시킴으로서 목적하는 대상물을 파쇄하는 것이다. 또한 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법은 가스압이 대상물을 바로 파쇄시키는 것이 아니라 물의 수압이 작용하여 파쇄시키도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법은 새로운 가스 주입과 차단판의 교체만으로 언제나 재사용 가능하므로 경제적으로 현장에서 적용할 수 있다. 또한 가스압 파쇄장치의 구조가 비교적 간단하고, 천공직경을 45mm-51mm로 비교적 적게 할 수 있어 작업시간과 비용이 적으며, 그를 사용한 대상물 파쇄방법은 수압이 암석 전체를 파쇄함으로서 2차적인 브레이커 작업이 요구되지 않아 2차 소음공해 및 파쇄비용을 발생시키지 않으므로, 도심지의 암석 파쇄시 파쇄에 사용되는 화약류의 문제점인 소음, 진동, 비석 및 화약류 사용에 따른 작업원의 위험성 없이 경제적이고, 안전하게 암석을 파쇄할 수 있을 뿐만 아니라 각종 시설물의 고형화된 분체를 쉽게 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면이다.
도 1를 참조하면, 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치(10)는 충진관(20), 주입 블록(30), 방출 블록(40), 차단판(46) 및 발열체(60)로 이루어진다. 물론 본 발명 에 따른 가스압 파쇄장치(10)에는 도시하지는 않았지만, 주입 블록(30)을 통해 가스를 공급하기 위한 가스 공급장치와 발열체(60)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급장치와 연계되어 사용된다.
충진관(20)은 평행한 관형태로 형성되어 내부에 가스가 채워지는 중공의 캐비티(22)를 갖는다. 이와 같은 충진관(20)은 가스가 안전하게 충진될 수 있도록 고강도 재질로 이루어진다. 충진관(20)의 일단에는 주입 블록(30)이 분리가능하도록 결합되고, 타단에는 방출 블록(40)이 분리가능하도록 결합된다. 충진관(20)과 주입 블록(30) 및 방출 블록(40)의 결합구조는 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 나사결합구조로 할 수 있을 것이다.
주입 블록(30)은 충진관(20)의 캐비티(22)와 연통되어 외부로 연장되므로써 외부로부터 충진관(20)의 캐비티(22)내로 가스가 공급되도록 하는 주입로(32)가 형성된다. 이와 같은 주입 블록(30)에는 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 발열체(60)를 체결하기 위한 구성, 발열체(60)에 전원을 공급할 수 있도록 하는 구성, 주입로(32)를 차단하기 위한 구성이 설치된다. 또한 주입로(32)의 입구에는 가스 공급장치와 접속시키기 위한 커넥터 등이 설치될 수 있을 것이다.
방출 블록(40)은 주입 블록(30)의 반대측에 위치되어 충진관(20)에 결합된다. 이와 같은 방출 블록(40)은 캐비티(22)와 연통되어 외부로 연장되므로써 충진관(20)의 캐비티(22)내로부터 팽창된 가스가 외부로 방출되도록 하는 방출로(42)가 형성된다. 방출로(42)는 팽창되어 분출되는 가스가 장치의 바닥 방향{캐비티(22)와 평행한 방향}으로 방출될 수 있도록 캐비티(22)와 평행하게 외부로 관통되어 형 성된다.
차단판(46)은 방출 블록(40)의 방출로(42)와 충진관(20)의 캐비티(22) 사이에 위치되도록 결합되어 캐비티(22) 내의 가스가 정해진 압력까지 방출로(42)로 배출되지 않도록 한다. 이와 같은 차단판(46)은 분출되는 가스압이 소실되지 않고 암석에 작용될 수 있도록 하는 것으로, 차단판(46)의 두께 및 재질은 요구되는 가스압을 고려하여 선택된다.
발열체(60)는 주입 블록(30)에 결합되어 캐비티(22)로 삽입되므로써 캐비티 (22)상에 위치되고, 주입 블록(30)을 통해 외부로부터 공급되는 전원을 입력받아 발열되어 캐비티(22)내의 가스를 가열시켜 팽창되도록 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스압 팽창장치(10)는 충진관(20)과 평행하게 양측에 배치되어 분리가능하도록 결합되는 주입 블록(30)과 방출 블록(40)을 갖도록 구성되고, 가스가 충진되는 캐비티(22)상에 열선 등에 의해 전기를 공급받아 가스를 가열시키는 발열체(60)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명에 따른 가스압 팽창장치(10)는 그 구성이 비교적 단순하고 간단하여 사용하기 편리하고, 작업을 연속적으로 반복할 경우도 새로운 가스주입과 차단판(46)의 교체만으로 언제나 재사용 가능하다. 또한 별도의 화약류를 적용하지 않으므로 화약류 취급에 따른 안전사고를 배제시킬 수 있어 누구나 손쉽게 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 액체 또는 기체 상태의 가스 종류는 장비 내구 력 및 작업안전을 고려하여 N2, Ar, CO2 등의 불활성 가스를 사용하는 것이 바람직하나, 온도에 따라 부피팽창이 이루어지는 성질을 가지는 것이면 무엇이든지 사용가능하다. 특히 CO2 가스는 가격이 낮아 경제적이면서도, 불활성 가스로서 화재 및 주변재료와 화학적 반응을 하지 않기 때문에 매우 안전하며, 액상의 CO2 가스는 열에너지에 의하여 순간 600배까지 부피팽창이 이루어져 가장 효과적으로 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법의 기술적 사상을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법은 먼저 암반 또는 절개토 등의 대상물에 천공(S500)하고, 이 천공에 가스압 파쇄장치를 삽입하여 설치(S510)한 후, 천공내에 물을 채워(S520) 파쇄작업을 진행하는 것을 특징으로 한다. 물론 파쇄작업은 가스압 파쇄장치에 가스를 충진(S530)하고 발열체에 전원을 공급(S540)하므로써 이루어진다.
이와 같은 본 발명에 따르면 가스압 파쇄장치는 다양한 형태가 적용될 수 있으나, 바람직하게는 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치를 적용하므로써 효과적인 작업이 이루어지도록 한다. 예컨대 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치는 이와 같은 파쇄방법에 유용하게 적용할 수 있도록 방출로가 물의 수면과 수직되도록 형성되어 수면에 충격파가 효과적으로 작용하도록 한다. 또한 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치와 같이 천공 밀폐링을 통해 천공의 입구가 닫히도 록 하므로써 수압이 파쇄면에 효과적으로 작용하도록 한다.
본 발명에 따른 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법은 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치뿐만아니라 본 발명에 따른 기본적인 가스압 파쇄장치를 적용하여 이루어질 수 있는 것이다. 이와 같은 가스압 파쇄장치는 주입 블록, 충진관, 방출 블록, 발열체 및 천공 밀폐링을 구비하여 이루어지고, 이를 사용한 대상물의 파쇄방법은 파쇄시키고자 하는 대상물에 천공하는 단계, 이 천공에 가스압 파쇄장치를 넣어 천공 밀폐링이 천공의 입구에 걸리도록 가스압 파쇄장치를 설치하는 단계, 천공내에 물을 채우는 단계, 가스압 파쇄장치의 캐비티에 가스를 주입시키는 단계, 가스압 파쇄장치의 발열체에 전원을 공급시키는 단계로 이루어져 가스압 파쇄장치의 캐비티내의 가스가 팽창하여 방출되므로써 발생되는 충격압이 천공내에 채워진 물에 작용되어 수압에 의해 대상물이 파쇄되도록 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 3a 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명하며, 도 1 내지 도 6에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면에서 주 요소들의 결합ㆍ고정을 위한 보강 리브(판), 볼트 및 나사, 홀, 와셔, 너트 등의 도시는 간략히 하거나 생략하였으며, 가스압 파쇄장치의 기본적인 구성, 작용 및 설치에서 이 분야의 종사자들이 통상적으로 알 수 있는 부분들의 도시는 생략하고, 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다. 특히, 요소들 사이의 크기 비가 다소 상이 하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 사이의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면의 표현 차이는 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치를 보여주는 단면도들이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치에서 발열체의 일례를 보여주는 도면이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치에서 발열체를 지지하는 스페이서의 일례를 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치의 사용예를 보여주는 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치(10)는 충진관(20), 주입 블록(30), 방출 블록(40) 및 발열체(60)를 구비하여 이루어진다.
충진관(20)은 평행한 관형태로 형성되어 내부에 가스가 채워지는 중공의 캐비티(22)를 갖고, 일단에 내측으로 제 1 나사부(24)가 형성되고, 타단에 내측으로 제 2 나사부(26)가 형성된다.
주입 블록(30)은 충진관(20)의 제 1 나사부(24)에 결합되는 제 3 나사부(34)가 일단의 외측에 형성되어 충진관(20)에 분리가능하도록 결합된다. 그리고 주입 블록(30)은 캐비티(22)와 연통되어 외부로 연장되므로써 외부로부터 충진관(20)의 캐비티(22)내로 가스가 공급되도록 하는 주입로(32)가 형성된다. 이와 같은 주입로(32)에는 주입로 개폐구(50)가 설치되어 가스의 주입 후 작업이 이루어지기까지 캐비티(22)내의 가스압이 유지되도록 한다. 물론 도시하지는 않았지만, 주입로(32)의 입구에는 가스 공급장치의 공급라인을 접속시키기 위한 커넥터 등이 설치된다. 그리고 충진관(20)과 주입 블록(30)의 맞닿는 부분에는 오링과 같은 실링 링(52)을 개재시켜 가스압의 유실이 없도록 한다. 또한 주입 블록(30)의 중심에는 제 4 나사부(36)가 형성된다. 이 제 4 나사부(36)는 제 3 나사부(34)와 동일한 일단에 내측으로 형성되어 발열체(60)를 고정하도록 한다. 그리고 제 4 나사부(36)의 끝단으로부터 외측으로는 전원 라인로(38)가 형성되어 제 4 나사부(36)에 결합되는 발열체(60)의 전원 라인을 외부로 연장시킬 수 있도록 한다.
방출 블록(40)은 충진관(20)의 제 2 나사부(26)에 결합되는 제 5 나사부(44)가 일단의 외측에 형성되어 주입 블록(30)의 반대측에 위치되어 충진관(20)에 분리가능하도록 결합된다. 이와 같은 방출 블록(40)은 캐비티(22)와 연통되어 외부로 연장되므로써 충진관(20)의 캐비티(22)내로부터 팽창된 가스가 외부로 방출되도록 하는 방출로(42)가 형성된다. 방출로(42)는 바람직하게 캐비티(22)와 평행하게 형성되어 파쇄장치(10)가 설치되는 상태의 바닥 방향을 향하도록 하므로써 시공시 방출로(42)를 통해 가스가 분출될 때 그 충격압이 채원진 물에 효과적으로 작용하도록 한다.
차단판(46)은 충진관(20)의 제 2 나사부(26)내에서 방출 블록(40)의 방출로(42)와 충진관(20)의 캐비티(22) 사이에 위치되도록 결합된다. 이와 같은 차단판(46)은 캐비티(22) 내의 가스가 정해진 압력까지 방출로(42)로 배출되지 않도록 한다. 그리고 차단판(46)과 충진관(20)의 맞닿는 부분에는 오링과 같은 실링 링(48) 을 개재시켜 가스압의 유실이 없도록 한다.
발열체(60)는 주입 블록(30)의 제 4 나사부(34)에 결합되는 제 6 나사부(64)가 일단의 외측에 형성되어 주입 블록(30)에 결합된다. 물론 발열체(60)와 주입 블록(30)의 맞닿는 부분에는 오링과 같은 실링 링(72)을 개재시켜 가스압의 유실이 없도록 한다. 그리고 발열체(60)의 타단에는 열이 발생되는 열선(66, 도4 참조)이 설치되어 캐비티(22)로 삽입되므로써 주입 블록(30)을 통해 연결되는 전원라인(69)을 통해 외부로부터 공급되는 전원을 입력받아 열선(66)이 발열되므로써 캐비티(22)내의 가스를 가열시켜 팽창되도록 한다. 이와 같은 발열체(60)는 도 4에서 보는 바와 같이 구성할 수 있다. 즉 발열체(60)는 세라믹 재질의 코어에 Ni-Cr합금(최대 1,200℃), Fe-Cr합금(최대 1,400℃) 등의 저항체인 열선(66)을 감아 외부에서 전기를 공급받을 수 있도록 열선(66)과 전력공급선(69)을 용접한 후, 스테인레스 스틸(Stainless steel), 인코로이(Incoloy) 등의 관(62)내에 장착하고, 열전도 및 고온 절연저항 특성이 우수한 고순도 MgO 등의 절연체를 압축하여 구성한다. 그리고 열선(66)은 전력밀도를 20W/㎠ 이상으로 최대한 높여 짧은 시간에 많은 열을 발생시킬 수 있도록 한다. 본 실시예에서 발열체(60)는 주입 블록(30)과 나사구조의 결합방식을 적용하므로써 추후 유지보수를 용이하게 하고, 도 5에서 보는 바와 같이, 외부충격에 의한 발열체(60)의 흔들림을 방지하기 위하여 가스의 유동이 가능하도록 다수의 연통홀(84)이 형성된 스페이서(80)를 고정장치로 사용한다. 즉 도 5에서 보는 바와 같이, 본 실시예에서 발열체(60)는 캐비티(22)내에서 일단이 스페이서(80)에 의해 지지되는 것이다. 이와 같은 스페이서(80)는 발열체(60)가 삽입 되는 삽입홀(82)이 형성되고, 그 주위로 다수개의 연통홀(84)이 형성되도록 하여 결합되는 발열체(60) 주위로 연통홀(84)이 배치되도록 하는 것이다. 이와 같은 스페이서(80)에 의해 발열체(60)는 가스의 분출 또는 작업 대상물로부터 가해지는 충격에도 그 위치가 효과적으로 유지되는 것이다.
한편 본 실시예에 따른 가스압 파쇄장치(10)는 충진관(20)의 외주면에 천공 밀폐링(90)이 설치된다. 본 실시예에서 천공 밀폐링(90)은 링형태로 별도 가공되어 충진관(20)에 용접 등을 통해 결합되도록 하였다. 이와 같은 천공 밀폐링(90)은 충진관(20)이 결합되는 삽입홀(92)이 중심에 형성되고, 경사진 외주면(94)이 형성된다. 이때 외주면(94)은 주입 블록(30) 방향으로 증가하는 기울기를 갖도록 형성되도록 하여, 도 6에서 보는 바와 같이, 천공의 상부를 밀폐시키도록 하므로써 분출된 가스압과 수압이 천공 입구로 분출되는 것을 방지하고, 소음을 효과적으로 감쇄시킬 수 있도록 한다. 이와 같은 천공 밀폐링(90)에는 본 발명에 따른 대상물 파쇄방법을 더욱 편리하게 진행하도록 하기 위한 물 주입구(96)가 형성되는데, 이 물 주입구(96)는 주입 블록(30) 방향으로부터 방출 블록(40) 방향으로 관통되어 형성되므로써, 도 6과 같이, 천공에 가스압 파쇄장치(10)를 설치한 상태에서도 천공내에 물을 주입시킬 수 있도록 한다. 그리고 이와 같은 물 주입구(96)에 체크밸브(98)를 설치하여 물 주입구(96)를 통해 물을 공급했을 때 방출 블록(40) 방향 즉 천공내로만 공급되도록 하고, 추후 파쇄시 천공내의 물이 천공입구로 나가는 것을 방지하도록 한다.
도 3b, 도 6을 참조하면, 이와 같은 본 실시예에 따른 가스압 파쇄장치를 사 용한 대상물 파쇄방법은 먼저 주입 블록(30)의 주입로(32)를 통하여 액체 또는 기체상태의 가스를 충진한다. 가스가 충진되면 주입로 개폐구(50)를 사용하여 가스를 밀폐한다. 다음 파쇄를 목적으로 하는 암석(대상물)에 소정의 배열로 천공한 후 여기에 가스압 파쇄장치(10)를 삽입한다. 이때 천공 밀폐링(90)이 천공의 입구를 막도록 삽입시킨다. 그리고 천공 밀폐링(90)의 물 주입구(96)를 통해 물을 공급하여 천공내에 물이 채워지도록 한 후, 전원을 연결하고 전기를 공급한다. 전기가 공급되면 발열체(60)가 순간 고온발열을 시작하고, 충진부(20)의 캐비티(22)에 충진된 가스가 급속히 부피팽창을 하며 차단판(46)에 의하여 암석파쇄에 필요한 고압의 가스를 형성한다. 이와 같은 과정을 통해 목적하는 가스압이 형성되면, 차단판(46)이 파괴되면서 방출로(42)를 통하여 수면으로 충격압이 작용하게 되고 그에 의해 발생되는 수압에 의해 암석은 파쇄되게 된다.
이와 같이 본 발명은 종래 가스압 파쇄장치를 개선하여 일회 소모성 화약류 카트리지를 지속적으로 사용가능한 전기 발열체로 대체함으로써 매우 경제적이며, 수압파쇄의 원리 및 천공 밀폐링을 적용하여 소음을 최소화시킬 수 있고, 가스압을 수압으로 변화시켜 천공내부의 공기층에 의한 압력감소없이 암석 등의 대상물을 직접 파쇄가능하므로써 장치의 길이와 무관하게 1회 파쇄량을 증가시킬 수 있는 것이다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내 에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 가스압 파쇄장치 및 그를 사용한 대상물 파쇄방법에 의하면, 새로운 가스 주입과 차단판의 교체만으로 언제나 재사용 가능하므로 경제적으로 현장에서 적용할 수 있다. 또한 가스압 파쇄장치의 구조가 비교적 간단하고, 천공직경을 45mm-51mm로 비교적 적게 할 수 있어 작업시간과 비용이 적으며, 그를 사용한 대상물 파쇄방법은 수압이 암석 전체를 파쇄함으로서 2차적인 브레이커 작업이 요구되지 않아 2차 소음공해 및 파쇄비용을 발생시키지 않으므로, 도심지의 암석 파쇄시 파쇄에 사용되는 화약류의 문제점인 소음, 진동, 비석 및 화약류 사용에 따른 작업원의 위험성 없이 경제적이고, 안전하게 암석을 파쇄할 수 있을 뿐만 아니라 각종 시설물의 고형화된 분체를 쉽게 제거할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법은 수압파쇄의 원리 및 천공 밀폐링을 적용하여 소음을 최소화시킬 수 있고, 가스압을 수압으로 변화시켜 천공내부의 공기층에 의한 압력감소없이 암석 등의 대상물을 직접 파쇄가능하므로써 장치의 길이와 무관하게 1회 파쇄량을 증가시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 평행한 관형태로 형성되어 내부에 가스가 채워지는 중공의 캐비티를 갖는 충진관과;
    상기 충진관의 일단에 분리가능하도록 결합되고, 상기 캐비티와 연통되어 외부로 연장되므로써 외부로부터 상기 충진관의 캐비티내로 상기 가스가 공급되도록 하는 주입로가 형성되는 주입 블록과;
    상기 주입 블록의 반대측에 위치되도록 상기 충진관의 타단에 분리가능하도록 결합되고, 상기 캐비티와 연통되어 상기 캐비티와 평행한 방향인 바닥 방향으로 방출로가 형성되어 상기 충진관의 캐비티내로부터 팽창된 가스가 외부로 수직되게 방출되도록 하는 방출로가 형성되는 방출 블록과;
    상기 방출 블록의 방출로와 상기 충진관의 캐비티 사이에 위치되도록 결합되어 상기 캐비티 내의 가스가 정해진 압력까지 상기 방출로로 배출되지 않도록 하는 차단판 및;
    상기 주입 블록에 결합되어 상기 캐비티로 삽입되므로써 상기 캐비티 상에 위치되고, 상기 주입 블록을 통해 외부로부터 공급되는 전원을 입력받아 발열되어 상기 캐비티내의 가스를 가열시켜 팽창되도록 하는 발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스압 파쇄장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티내에서 상기 발열체의 일단을 지지하기 위한 스페이서를 더 포함하고, 상기 스페이서는 상기 결합되는 발열체 주위로 연통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스압 파쇄장치.
  3. 평행한 관형태로 형성되어 내부에 가스가 채워지는 중공의 캐비티를 갖고, 일단에 내측으로 제 1 나사부가 형성되고, 타단에 내측으로 제 2 나사부가 형성되는 충진관과;
    상기 충진관의 제 1 나사부에 결합되는 제 3 나사부가 일단의 외측에 형성되어 상기 충진관에 분리가능하도록 결합되고, 상기 캐비티와 연통되어 외부로 연장되므로써 외부로부터 상기 충진관의 캐비티내로 상기 가스가 공급되도록 하는 주입로가 형성되며, 상기 제 3 나사부와 동일한 일단에 내측으로 제 4 나사부가 형성되는 주입 블록과;
    상기 충진관의 제 2 나사부에 결합되는 제 5 나사부가 일단의 외측에 형성되어 상기 주입 블록의 반대측에 위치되어 상기 충진관에 분리가능하도록 결합되고, 상기 캐비티와 연통되어 외부로 연장되므로써 상기 충진관의 캐비티내로부터 팽창된 가스가 외부로 방출되도록 하는 방출로가 형성되는 방출 블록과;
    상기 충진관의 제 2 나사부내에서 상기 방출 블록의 방출로와 상기 충진관의 캐비티 사이에 위치되도록 결합되어 상기 캐비티 내의 가스가 정해진 압력까지 상기 방출로로 배출되지 않도록 하는 차단판과;
    상기 주입 블록의 제 4 나사부에 결합되는 제 6 나사부가 일단의 외측에 형 성되어 상기 주입 블록에 결합되고, 타단에 열이 발생되는 열선이 설치되어 상기 캐비티로 삽입되므로써 상기 주입 블록을 통해 연결되는 전원라인을 통해 외부로부터 공급되는 전원을 입력받아 상기 열선이 발열되므로써 상기 캐비티내의 가스를 가열시켜 팽창되도록 하는 발열체 및;
    상기 캐비티내에서 상기 발열체의 일단을 지지하고, 상기 결합되는 발열체 주위로 연통홀이 형성되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스압 파쇄장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충진관의 외주면에 결합되는 천공 밀폐링을 더 포함하고, 상기 천공 밀폐링의 외주면은 상기 주입 블록 방향으로 증가하는 기울기를 갖도록 형성되어 천공의 상부를 밀폐시키는 것을 특징으로 하는 가스압 파쇄장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 천공 밀폐링에는 상기 주입 블록 방향으로부터 상기 방출 블록 방향으로 관통되어 형성되는 물 주입구를 더 포함하고, 상기 물 주입구에는 체크밸브가 설치되므로써 상기 물 주입구를 통해 물을 공급했을 때 상기 방출 블록 방향으로만 공급되도록 하는 것을 특징으로 가스압 파쇄장치.
  6. 청구항 제5항에 따른 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법에 있어서,
    파쇄시키고자 하는 대상물에 천공하는 단계와;
    상기 천공에 상기 가스압 파쇄장치를 넣어 상기 가스압 파쇄장치의 천공 밀폐링이 천공의 입구에 걸리도록 상기 가스압 파쇄장치를 설치하는 단계와;
    상기 천공 밀폐링의 물 주입구를 통해 물을 공급하여 상기 천공내에 물을 채우는 단계와;
    상기 가스압 파쇄장치의 캐비티에 가스를 주입시키는 단계 및;
    상기 가스압 파쇄장치의 발열체에 전원을 공급시키는 단계를 포함하여, 상기 캐비티내의 가스가 팽창하여 방출되므로써 발생되는 충격압이 상기 천공내에 채워진 물에 작용되어 수압에 의해 대상물이 파쇄되도록 하는 것을 특징으로 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법.
  7. 평행한 관형태로 형성되어 내부에 가스가 채워지는 중공의 캐비티를 갖는 충진관의 일측에 상기 캐비티내로 상기 가스가 공급되도록 하는 주입로가 형성되는 주입 블록이 결합되고, 상기 충진관의 타측에 상기 캐비티와 연통되어 방출로가 형성되어 상기 충진관의 캐비티내로부터 팽창된 가스가 외부로 방출되도록 하는 방출로가 형성되는 방출 블록이 결합되며, 상기 주입 블록에 결합되어 상기 캐비티로 삽입되므로써 상기 캐비티 상에 위치되고 상기 주입 블록을 통해 외부로부터 공급되는 전원을 입력받아 발열되어 상기 캐비티내의 가스를 가열시켜 팽창되도록 하는 발열체를 갖고, 상기 충진관의 외주면에 결합되는 천공 밀폐링을 구비하여 이루어지는 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법에 있어서,
    파쇄시키고자 하는 대상물에 천공하는 단계와;
    상기 천공에 상기 가스압 파쇄장치를 넣어 상기 천공 밀폐링이 천공의 입구에 걸리도록 상기 가스압 파쇄장치를 설치하는 단계와;
    상기 천공내에 물을 채우는 단계와;
    상기 가스압 파쇄장치의 캐비티에 가스를 주입시키는 단계 및;
    상기 가스압 파쇄장치의 발열체에 전원을 공급시키는 단계를 포함하여, 상기 캐비티내의 가스가 팽창하여 방출되므로써 발생되는 충격압이 상기 천공내에 채워진 물에 작용되어 수압에 의해 대상물이 파쇄되도록 하는 것을 특징으로 가스압 파쇄장치를 사용한 대상물 파쇄방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20080083375A (ko) * 2007-03-12 2008-09-18 원연호 밀폐장치가 마련된 파쇄장치
CN103418475A (zh) * 2013-09-04 2013-12-04 刘玉龙 碎石器
KR101722240B1 (ko) * 2015-11-02 2017-04-03 한국철도기술연구원 팽창재를 이용한 파쇄방법
KR102042432B1 (ko) * 2018-10-18 2019-11-08 (주)태평양기술산업 무진동 파쇄장치
CN113266352A (zh) * 2021-06-28 2021-08-17 中北大学 一种基于大功率电脉冲的煤层动态压裂方法及压裂器

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