KR101040787B1 - 분산장약을 이용한 수평 발파공법 - Google Patents

Abstract

분산장약을 이용한 수평발파공법은 (a) 굴착 대상에 다수의 장약공을 천공하는 단계; (b) 상기 다수의 장약공에 소정 간격으로 다수의 폭약을 장전하는 단계; (c) 상기 다수의 장약공에 장전된 모든 폭약을 상기 장약공의 깊이에 따라 다수의 단으로 구획하는 단계; (d) 상기 장약공을 기준으로 깊이가 가장 얕은 단에 속하는 모든 폭약을 순차적으로 발파하는 단계; (e) 상기 장약공을 기준으로 깊이가 다음으로 깊은 단에 속하는 모든 폭약을 순차적으로 발파하는 단계; 및 (f) 상기 다수의 장약공 내에 장전된 모든 폭약을 발파할 때까지 상기 (e) 단계를 반복하는 단계를 포함한다.

Description

분산장약을 이용한 수평 발파공법{BLASTING METHOD IN HORIZONTAL DIRECTION USING DECK CHARGE}

본 발명은 분산장약을 이용한 수평 발파방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 굴착 영역에 다수의 장약공을 형성한 후 상기 장약공들을 굴착 깊이에 따라 다수의 단으로 구획하여 각 단에 분산장약 방식으로 폭약을 장전한 후 모든 장약공의 폭약을 깊이가 작은 단으로부터 순차적으로 수평발파함으로써 시공효과와 시공속도를 높이고 안전율과 소음, 진동을 저감하기 위한 평지 상의 단일 자유면에 적용되는 발파방법에 관한 것이다.

일반적으로, 건설 및 토목공사에서는 암반을 파쇄하기 위해 발파작업을 빈번하게 수행한다. 폭약을 이용한 발파작업은 암반이나 기타 장애물을 폭약의 폭발력을 이용하여 손쉽게 제거한다는 장점이 있으나, 발파시 발생하는 진동과 소음이 주변의 건물이나 구조물에 영향을 미친다는 단점이 있다.

발파공정에서 폭원으로부터 전파되는 충격파는 거리에 따라 현저하게 감쇄하지만, 이때 발생하는 에너지의 일부는 탄성파의 형태로 변형되어 암반 내로 전파되면서 지반의 진동을 발생시킨다. 이때 발생하는 지반 진동을 발파진동(blast vibration)이라 부른다. 이러한 발파진동은 지진에 의한 진동에 비해 지속시간이 짧고 감쇠가 쉽게 일어나며 파형이 비교적 단순하다. 따라서 주변에 개활지가 형성된 작업장에서는 발파진동에 의한 문제가 거의 발생하지 않으나, 인근에 건물과 지하철 등과 같은 구조물이 있는 경우 발파진동은 심각한 문제를 야기할 수 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서 최근에는 분산장약(Deck Charge) 방식을 이용한 발파공법이 주로 사용되고 있다. 분산장약 방식은 하나의 천공 내에 다수의 폭약을 장전한 후 이를 순차적으로 발파하는 방식이다. 일반적으로 천공 내에서 폭약을 한 곳에 집중해서 장약하여 발파하면 발파진동이 크게 발생하여 지반이 크게 약화시키는 단점이 있다. 분산장약은 폭약을 여러 단으로 나누어 장전하고 폭약 사이를 모래 등의 전색물로 충진하여 분리한 후 발파함으로써 발파진동을 줄이고 지반 약화를 방지하는 공법이다.

이러한 분산장약 공법에서 종래에는 분리된 다수의 장약을 동시에 폭파하거나 천공 방향으로 순차적으로 폭파하는 방식을 사용하였다. 즉, 도 1에 도시된 것처럼, 암반에 다수의 천공을 형성한 후 각 천공에 깊이에 따라 다수의 폭약을 장전하고, 각 천공 내의 폭약을 천공의 깊이에 따라 얕은 곳에서 높은 곳으로 순차적으로 발파하는 것이다.

이러한 종래의 수직방향 순차발파 방식은 발파진동을 억제한다는 점에서는 유리하지만 한 천공 내에서 발파된 폭약의 발파효과가 주변으로 확산되지 못한다는 단점이 있다. 즉, 천공 내에 심도가 높은 곳에 위치한 폭약이 폭파하는 경우 인근 천공 중 미발파 상태의 천공에서는 모든 폭약이 미발파 상태이므로 암반이 단단한 상태를 유지하고 있어 발파효과가 미약하다는 단점이 있다. 따라서 부족한 발파력을 만회하기 위해서는 장약을 늘리거나 천공수를 늘려야 하는데, 이는 시공비를 증가시키고 시공기간을 지연시키는 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 굴착 대상에 형성된 다수의 천공에 다수의 폭약을 장전한 후 모든 천공 내의 폭약을 천공 깊이에 따라 여러 단으로 분류하여 천공 깊이가 얕은 곳에서 높은 쪽으로 각 단의 폭약을 수평으로 순차적으로 발파함으로써 발파효과를 높이고 시공속도를 향상시키며 소음과 진동을 저감시킬 수 있는 분산장약을 이용한 수평발파공법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 굴착 대상에 다수의 장약공을 천공하는 단계; (b) 상기 다수의 장약공에 소정 간격으로 다수의 폭약을 장전하는 단계; (c) 상기 다수의 장약공에 장전된 모든 폭약을 상기 장약공의 깊이에 따라 다수의 단으로 구획하는 단계; (d) 상기 장약공을 기준으로 깊이가 가장 얕은 단에 속하는 모든 폭약을 순차적으로 발파하는 단계; (e) 상기 장약공을 기준으로 깊이가 다음으로 깊은 단에 속하는 모든 폭약을 순차적으로 발파하는 단계; 및 (f) 상기 다수의 장약공 내에 장전된 모든 폭약을 발파할 때까지 상기 (e) 단계를 반복하는 단계를 포함하는 분산장약을 이용한 발파공법을 제공한다.

바람직하게, 상기 (d) 단계 내지 상기 (f) 단계에서 동일한 단 내에 속하는 폭약을 발파할 때 상기 폭약은 상기 굴착 대상의 일측 단부에서 타측 단부로 순차적으로 발파된다.

이때, 상기 (a) 단계에서 상기 장약공은 상기 굴착 대상에 매트릭스 형태로 천공되고, 상기 (d) 단계 내지 상기 (f) 단계에서 동일한 단 내에 속하는 폭약을 발파할 때 상기 폭약은 상기 매트릭스 구조의 한 쪽 구석으로부터 지그재그 형태로 순차적으로 발파될 수 있다. 이 방식은 노천발파 또는 터파기 또는 수직구 및 각종터널에 적용될 수 있다.

다른 예로, 상기 (a) 단계에서 상기 장약공은 상기 굴착 대상에 동심원 형상으로 천공되고, 상기 (d) 단계 내지 상기 (f) 단계에서 동일한 단 내에 속하는 폭약을 발파할 때 상기 폭약은 상기 동심원 형상의 중앙으로부터 외곽으로 나선형으로 발파될 수 있다. 이때 상기 굴착 대상은 수직구이고, 상기 다수의 장약공의 외곽에는 다수의 라인 드릴링공이 소정 간격으로 형성될 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 굴착 대상은 터널이고, 상기 (a) 단계에서 상기 장약공은 수평방향으로 천공되는 것도 가능하다.

본 발명의 분산장약을 이용한 발파공법에 따르면, 다수의 장약공에 장전된 폭약을 장약공의 깊이에 따라 다수의 단으로 나누어 깊이가 얕은 단으로부터 순차적으로 발파함으로써 같은 깊이에 있는 다수의 장약공에서 순차적인 발파가 수행되기 때문에, 폭약의 발파력이 주변으로 쉽게 확산되어 폭약의 장약량과 진동 및 소음을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명의 분산장전을 이용한 수평발파공법에서는 굴착 범위 내의 모든 영역에서 장약공의 깊이에 따라 굴착 대상의 순차적 발파가 이루어지기 때문에, 장약공을 깊게 형성하여 다수의 폭약을 장전하더라고 깊이에 따른 단의 개수를 늘리기만 하면 충분히 안전한 발파작업이 가능하다. 따라서 본 발명의 발파공법은 시공효과를 높이고 시공속도를 향상시킴은 물론, 소음, 진동을 감소시키는데 크게 도움이 된다.

이와 같은 본 발명의 발파공법은 노천발파, 터파기, 수직구 굴착, 터널 굴착 등에 광범위하게 적용될 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 수직방향 순차발파방식을 이용하여 장약을 기폭하는 종래의 분산장약 발파공법을 도시하는 개략도.
도 2는 단계별 수평방향 순차발파방식을 이용하여 장약을 기폭하는 본 발명에 따른 분산장약에 의한 수평 발파공법을 도시하는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 분산장약 발파공법을 노천발파에 적용한 경우의 응용예를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 분산장약 발파공법을 수직구 형성에 적용한 경우의 응용예를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 분산장약 발파공법을 터널 형성에 적용한 경우의 응용예를 도시하는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 평지 상의 단일 자유면에 적용되는 분산장약 발파공법을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 분산장약에 의한 수평 발파공법을 개략적으로 도시한다. 도 2를 참조하면, 먼저 굴착 대상인 암반(1)에는 다수의 장약공(10)이 천공된다. 장약공의 직경, 개수 등은 굴착 대상의 종류 및 형상에 따라 변경될 수 있으므로 여기서는 특별히 한정하지는 않는다. 또한 장약공 주변에는 폭약이 장전되지 않는 비장약공이 형성될 수도 있으며 이 또한 본 발명의 범주에 속한다.

다만 장약공(10)은 대략 0.5m 내지 15m의 길이를 가지며, 그 길이는 필요에 따라 더 연장될 수 있다.

이와 같은 장약공(10) 내에는 다수의 폭약(20)이 장전된다. 폭약(20)은 분산장약 방식으로 장전된다. 즉, 폭약(20)은 장약공(10)의 깊이 방향으로 소정의 간격을 두고 장전되며, 폭약(20) 사이에는 모래와 같은 전색물(30)이 채워진다.

이와 같이 장약공(10) 내에 폭약(20)이 장전되고 전색물(30)이 채워지면 발파공정이 수행된다. 본 발명에서 발파공정은 모든 장약공(10)에 대해서 깊이가 얕은 곳에 위치한 폭약(20)을 먼저 발파하고 그 후에 깊은 쪽의 폭약을 발파한다.

이를 위해서 먼저 모든 장약공(10)에 장전된 폭약(20)을 장약공의 깊이에 따라 다수의 단(3, 5, 7)으로 임의로 구획한다. 그 후 깊이가 가장 얕은 단(3)에 속하는 모든 폭약(도 2에서 폭약1~폭약4)을 소정 방향(화살표 방향)으로 순차적으로 발파한다. 이때 동일한 단(3) 내에서 폭약을 발파하는 순서는 임의로 정할 수 있으며 바람직하게는 굴착 대상(1)의 일측 단부에서 타측 단부로 순차적으로 발파된다.

해당 단(3)에 속한 폭약을 모두 발파하면, 깊이가 다음으로 깊은 단(5)에 속하는 폭약(도 2에서 폭약5~폭약8)을 순차적으로 발파(화살표 방향으로 발파)하고, 다음으로 깊은 단(7)에 속하는 폭약(도 2에서 폭약9~폭약12)을 순차적으로 발파(화살표 방향으로 발파)한다. 이러한 발파과정은 모든 장약공(10) 내에 장전된 폭약(20)이 모두 발파될 때까지 반복된다.

이와 같이 폭약(20)을 장약공(10)의 깊이에 따라 다수의 단으로 나누어 깊이가 얕은 단으로부터 순차적으로 발파하게 되면, 같은 깊이에 있는 다수의 장약공에서 순차적인 발파가 수행되기 때문에 폭약의 발파력이 주변으로 쉽게 확산되어 폭약의 장약량을 줄일 수 있게 되며 제1단의 발파가 모두 끝난후 2단의 발파가 시행되므로 소음과 진동을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

또한 본 발명의 분산장전을 이용한 수평발파공법에서는 굴착 범위 내의 모든 영역에서 장약공의 깊이에 따라 굴착 대상의 순차적 발파가 이루어지기 때문에, 장약공을 깊게 형성하여 다수의 폭약을 장전하더라도 깊이에 따른 단의 개수를 늘리기만 하면 충분히 안전한 발파작업이 가능하다. 따라서 본 발명의 발파공법은 시공효과를 높이고 시공속도를 향상시키며 소음과 진동을 저감시키는데 크게 도움이 된다.

도 3은 본 발명의 분산장약을 이용한 수평발파공법을 실제로 적용한 예를 도시한다. 도 3의 예는 노천발파 또는 터파기에 해당하며 이때 굴착 대상(1a)은 평면이고 장약공(10a)은 수직방향으로 형성된다.

도 3의 경우 장약공(10a)은 굴착 대상(1a)에 매트리스 형태로 천공되는 것이 바람직하다. 즉 다수의 장약공(10a)이 굴착 대상(1a)에 소정의 간격을 두고 가로/세로 방향으로 배열되도록 천공되고, 각 장약공(10a) 내에는 소정 간격으로 정해진 깊이에 다수의 폭약(20a)이 각각 채워진다. 물론 각 폭약(20a) 사이에는 전색물(30a)이 채워진다.

이러한 구조에서 모든 장약공(10a) 내의 폭약(20a)은 장약공(10a)의 깊이에 따라 다수의 단(3a, 5a, 7a, 9a)으로 구획되고, 깊이가 얕은 단으로부터 순차적으로 발파된다.

이때, 각 단(3a, 5a, 7a, 9a)에서 폭약의 발파순서는 특별히 제한하지는 않으나 매트릭스 구조의 한 쪽 구석으로부터 지그재그 방향으로 순차적으로 발파(예를 들어, 장약공의 번호 순서에 따라 발파)되는 것이 바람직하다. 이 경우 동일한 깊이에 장전된 폭약의 발파력이 인접한 장약공으로 지속적으로 전달되며 폭약이 발파하기 때문에 적은 양의 폭약으로도 발파력을 극대화할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 분산장약을 이용한 발파공법을 실제로 적용한 다른 예를 도시한다. 도 4의 예는 원통형 수직구에 해당하며 이때 굴착 대상(1b)은 평면이고 장약공(10b)은 수직방향으로 형성된다.

도 4의 경우 장약공(10b)은 굴착 대상(1b)에 동심원 형상으로 천공되는 것이 바람직하다. 즉 다수의 장약공(10b)이 굴착 대상(1b)의 중심으로부터 소정 간격을 두고 외곽으로 동심원을 형성하도록 천공되는 것이다. 대안으로는 장약공(10b)은 동심원이 아닌 나선형을 형성하도록 천공될 수도 있다. 또한 각 장약공(10b) 내에는 소정 간격으로 정해진 깊이에 다수의 폭약(20b)이 각각 채워진다. 각 폭약(20b) 사이에는 전색물(30b)이 채워진다.

이때 필요한 경우 굴착 대상(1b)의 중심에 심빼기 구간(50)을 형성할 수도 있으며, 이때 장약공(10b)의 위치는 적용하는 공법에 맞춰 적절하게 조절할 수 있음은 물론이다.

또한 굴착 대상(1b)의 외곽, 즉 상기 다수의 장약공(10b)의 외곽에는 다수의 라인 드릴링 공(40)을 소정 간격으로 형성할 수도 있다. 라인 드릴링 공(40)은 1열 또는 2열 또는 그 이상이 될 수 있으며, 적용하는 공법에 맞추어 적절히 선택 가능하다.

이러한 구조에서 모든 장약공(10b) 내의 폭약(20b)은 장약공(10b)의 깊이에 따라 다수의 단(3b, 5b, 7b, 9b)으로 구획되고, 깊이가 얕은 단으로부터 순차적으로 발파된다.

이때, 각 단(3b, 5b, 7b, 9b)에서 폭약의 발파순서는 특별히 제한하지는 않으나 동심원 구조의 중앙으로부터 외곽으로 나선형으로 순차적으로 발파(예를 들어, 장약공의 번호 순서대로 발파됨)되는 것이 바람직하다. 이 경우 동일한 깊이에 장전된 폭약의 발파력이 인접한 장약공으로 지속적으로 전달되며 폭약이 발파하기 때문에 적은 양의 폭약으로도 발파력을 극대화할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 분산장약 발파공법이 적용된 또 다른 예를 도시한다. 도 5의 예에서 굴착 대상(1c)은 터널이다.

이 경우 앞선 예들과는 달리 장약공은 수평 방향으로 천공되며, 장약공 내에 장전된 폭약은 앞선 예들과는 달리 수직 방향으로 다수의 단(3c, 5c, 7c, 9c)으로 구획된다. 상기 다수의 단은 화살표 방향을 따라 순차적으로 발파된다. 그러나 이와 같이 장약공이 수평 방향으로 천공되더라도 폭약은 장약공의 깊이 방향으로 구분하여 구획한다는 점에서 본 발명의 본질은 동일하다.

또한 본 실시예에서도 굴착 대상(1c)의 중심에는 심빼기 구간(50c)이 형성될 수 있으며, 이는 앞선 실시예와 실질적으로 동일하다.

1, 1a, 1b, 1c: 굴착 대상
3, 5, 7, 9: 단
10, 10a, 10b: 장약공
20, 20a, 20b: 폭약
30, 30a, 30b: 전색물
40: 라인 드릴링 공
50, 50c: 심빼기 구간

Claims (7)

1. 평지 상의 단일 자유면에 적용되는 분산장약을 이용한 발파공법에 있어서,
   (a) 굴착 대상에 다수의 장약공을 천공하는 단계;
   (b) 상기 다수의 장약공 각각에 깊이에 따라 소정 간격으로 폭약을 장전하는 단계;
   (c) 상기 다수의 장약공에 장전된 모든 폭약을 상기 장약공의 깊이에 따라 세 개 이상의 단으로 구획하는 단계;
   (d) 상기 장약공을 기준으로 깊이가 가장 얕은 단에 속하는 모든 폭약을 순차적으로 발파하는 단계;
   (e) 상기 장약공을 기준으로 깊이가 다음으로 깊은 단에 속하는 모든 폭약을 순차적으로 발파하는 단계; 및
   (f) 상기 다수의 장약공 내에 장전된 모든 폭약을 발파할 때까지 상기 (e) 단계를 반복하는 단계를 포함하고,
   상기 (d) 단계 내지 상기 (f) 단계에서 동일한 단 내에 속하는 폭약을 발파할 때 상기 폭약은 하나의 폭약에서 인접한 다른 폭약으로 순차적으로 발파되는 것을 특징으로 하는 분산장약을 이용한 수평발파공법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 (d) 단계 내지 상기 (f) 단계에서 동일한 단 내에 속하는 폭약을 발파할 때 상기 폭약은 상기 굴착 대상의 일측 단부에서 타측 단부로 순차적으로 발파되는 것을 특징으로 하는 분산장약을 이용한 수평발파공법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 (a) 단계에서 상기 장약공은 상기 굴착 대상에 매트릭스 형태로 천공되고,
   상기 (d) 단계 내지 상기 (f) 단계에서 동일한 단 내에 속하는 폭약을 발파할 때 상기 폭약은 상기 매트릭스 구조의 한 쪽 구석으로부터 지그재그 형태로 순차적으로 발파되는 것을 특징으로 하는 분산장약을 이용한 수평발파공법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 굴착 대상은 노천발파 또는 터파기인 것을 특징으로 하는 분산장약을 이용한 수평발파공법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 (a) 단계에서 상기 장약공은 상기 굴착 대상에 동심원 형상으로 천공되고,
   상기 (d) 단계 내지 상기 (f) 단계에서 동일한 단 내에 속하는 폭약을 발파할 때 상기 폭약은 상기 동심원 형상의 중앙으로부터 외곽으로 나선형으로 발파되는 것을 특징으로 하는 분산장약을 이용한 수평발파공법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 굴착 대상은 수직구이고,
   상기 다수의 장약공의 외곽에는 다수의 라인 드릴링공이 소정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분산장약을 이용한 수평발파공법.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 굴착 대상은 터널이고,
   상기 (a) 단계에서 상기 장약공은 수평방향으로 천공되는 것을 특징으로 하는 분산장약을 이용한 수평발파공법.

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