KR101384820B1 - 에어갭을 구비한 폭약 튜브관 및 이를 이용한 암반 발파 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암반에 천공된 발파공에 폭약이 충진된 복수 개를 서로 연결 삽입한 후 폭약을 발파시켜 암반을 파쇄하는데 이용되는 튜브관으로서, 내부에 폭약이 충진되는 충진공간을 구비한 충진관; 및 상기 충진관 위에 일체로 형성되고, 상부에 다른 튜브관이 연결되어 내측에 에어갭의 공간이 형성되며, 바닥에 상기 충진공간으로 폭약이 투입되는 투입공이 형성된 에어관;을 포함하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관 및 이를 이용한 암반 발파 공법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 튜브관의 상부에 에어갭을 형성시킴으로써, 폭약을 정량화하고 폭약의 사용량을 감소시켜 발파 효율을 높이는 동시에 비용을 크게 절감할 수 있고, 동일한 약량 대비 폭약의 폭발 길이가 연장되고 폭발시 투사면적이 확대되어 발파효과가 증대되며, 쿠션블라스팅(cushion blasting) 공법을 적용하여 발파시 발생하는 폭풍압, 비산석, 진동 및 소음 등의 발파공해를 감소시키는 효과가 있다.

Description

에어갭을 구비한 폭약 튜브관 및 이를 이용한 암반 발파 공법{TUBE CHARGED OF EXPLOSIVES POWDER WITH AIR GAP AND METHOD OF CONSTRUCTING METHOD FOR BLASTING BEDROCK USING THAT}

본 발명은 폭약을 충진시키는 튜브관 및 암반 발파 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암반에 구멍을 뚫고 그 속에 폭약이 장전된 튜브관을 삽입하여 암반을 파쇄하는데 이용되는 폭약 튜브관 및 이를 이용한 암반 발파 공법에 관한 것이다.

일반적으로 발파 공사(blasting construction)란 광산이나 채석장의 원석 절취을 비롯하여 암반 지대의 터널 공사, 콘크리트 구조물의 절취 공사 및 도로개설 공사 등에서 암반 등을 파쇄하는 공사를 의미하고, 최근에는 빌딩의 지하 터파기 공사, 전력구 및 관로 공사 및 지하철 공사 등 도심지에서도 빈번히 이루어지고 있다.

이러한 발파 공사를 위한 작업에는 큰 덩어리의 암석을 잘게 부수는 것에서부터 일시에 수천에서 수만톤에 이르는 암석을 폭파하는 대규모의 것까지 있으며, 이들은 각 패턴별로 정의된 공법을 갖는 설계를 적용하여 시공이 이루어지고 있다.

종래에 널리 이용되던 암반 발파 방법으로는 암반에 발파공을 천공하고 발파공의 내부에 폭약과 전색물을 충진하여 발파하는 일반 발파방법과, 진동 감소를 위하여 천공된 구멍 내에 폭약과 전색물을 교대로 배열하여 발파하는 분산장약에 의한 발파방법과, 법면을 정리할 목적으로 하는 선균열 발파방법 등이 있다.

그리고, 발파시 안포 폭약, 벌크 폭약(bulk explosive), 함수 폭약 등이 사용되고 있는데, 이 중 안포(ANFO) 폭약은 질산암모늄을 주성분으로 하여 연료유를 혼합한 일종의 초안폭약으로서 경제적이어서 가장 일반적으로 사용되고 있으나, 전폭약(primer, booster)이 필요하고, 흡수성이 있어 장기 저장이 어려우며, 내수성이 약하다.

도 1a는 종래의 폭약에 의한 일반 발파공법을 나타낸 단면도인데, 암반의 장약공(1) 내부에 기폭약(2), 뇌관(3), 안포 폭약 또는 벌크 폭약 등의 폭약(4)을 장전하고, 나머지 공간을 전색물(5)로 전색시킨 후에 발파하는 방법이다. 다만, 이는 장약공(1) 내부에 장전되는 기폭약(2)이 장약공(1)의 하부쪽으로 집중되어 발파됨으로써 진동과 폭음이 크게 발생되고, 비산의 위험이 있으며, 천공 깊이에 비하여 전색물(5)의 길이가 상대적으로 길어서 전색물 주변의 암반에는 폭발력이 미치지 않게 되어 큰 암석덩어리인 전석의 발생 가능성이 높고, 과장약으로 인하여 폭약이 과다하게 사용되어 비경제적이며, 역기폭(indirect priming)이어서 각선의 길이가 길어지고 안포 폭약의 경우 정전기 위험성이 있는 문제가 있다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 도 1b의 종래의 폭약에 의한 분산장약에 의한 발파공법을 나타낸 단면도와 같이, 분산 장약(deck charge)에 의한 발파 방법을 채택하는 경우, 장약공(1) 내부에 기폭약(2), 뇌관(3), 안포 폭약 또는 벌크 폭약 등의 폭약(4)을 장전하고, 전색물(5)로 전색하는 작업을 교대로 실시하여 층상 장약을 형성하게 되며, 뇌관(3)을 층상 장약의 수만큼 개별로 장전하여 폭약이 동일한 천공 구멍 내에서 시차를 두고 분리 폭발되어 암반을 파쇄시킨다. 다만, 이는 층상 장약의 갯수만큼 뇌관이 추가로 소요되어 비용이 많이 들고 번거로우며, 또한 폭약(4)과 전색물(5)을 교대로 장전하는 작업이 곤란하여 작업이 비효율적, 비경제적이고, 동일한 폭약량이 사용되어야 하기 때문에 진동이나 폭음의 감쇠 효과도 그리 높지 않은 문제가 있다.

더불어, 대한민국 등록특허공보 제10-0882851호(2009. 2.10. 공고)에는 장약공의 내부에 폭약과 폭약 사이 또는 폭약과 전색물 사이에 에어데크 공간을 형성시킨 암석으로 충진된 에어데크를 이용한 암반발파방법에 관하여 개시되어 있으나, 이는 폭약과 전색물을 장약공의 내부에 직접 충진시키는 방식으로, 내수성이 약한 안포 폭약을 사용하는 경우 지하수나 공동이 많은 우리나라의 지형에는 쉽게 적용할 수 없으며, 폭약의 정량화가 곤란한 문제가 있다.

또한, 일반적으로 발파 작업은 암반을 파쇄하는데 있어 과도하게 하부 집중적으로 장약할 수 밖에 없고, 기존의 쿠션블라스팅(cushion blasting) 방식도 도폭선을 활용하여 도폭선에 화약을 일정 간격으로 묶어 발파하는 방법이어서 작업이 번거롭고 도폭선의 가격 부담으로 인해 비경제적이어서 널리 사용되고 있지는 않다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 튜브관의 상부에 에어갭을 형성시킴으로써, 폭약을 정량화하고 폭약의 사용량을 감소시켜 발파 효율을 높이는 동시에 비용을 크게 절감할 수 있고, 동일한 약량 대비 폭약의 약장 길이가 증가되고 폭발시 투사면적이 확대되어 발파효과가 증대되며, 쿠션블라스팅(cushion blasting) 공법을 적용하여 발파시 발생하는 폭풍압, 비산석, 진동 및 소음 등의 발파공해를 감소시키는데 그 목적이 있다.

또한, 폭약의 충진량과 충진위치를 다양하게 설정할 수 있어 발파의 강약 조절 등 암반의 특성에 맞추어 발파의 정밀제어가 가능하고, 설계 이상으로 암반이 파괴되는 여굴(back break)을 방지하며, 자유면을 적극 활용하여 적은 폭약량으로도 암반의 효율적인 파쇄가 이루어지는 것에도 그 목적이 있다.

그리고, 튜브관의 내부에 뇌관 삽입으로 뇌관이 분리되지 않고, 정량화된 폭약을 미리 제작하여 천공된 구멍에 삽입 빼내기가 용이하여 보다 안전하고 편리하며, 마개로 투입공을 차단하여 방수성이 증대되는 것에도 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 암반에 천공된 발파공에 폭약이 충진된 복수 개를 서로 연결 삽입한 후 폭약을 발파시켜 암반을 파쇄하는데 이용되는 튜브관으로서, 내부에 폭약이 충진되는 충진공간을 구비한 충진관; 및 상기 충진관 위에 일체로 형성되고, 상부에 다른 튜브관이 연결되어 내측에 에어갭의 공간이 형성되며, 바닥에 상기 충진공간으로 폭약이 투입되는 투입공이 형성된 에어관;을 포함하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관을 제공한다.

이때, 상기 튜브관은 외주에 발파 진행 방향을 유도하기 위한 유도홈이 길이 방향을 따라 형성되어 있는 것이 바람직하다.

게다가, 상기 충진관은 하부에 무게추가 삽입 설치되고, 외주면에 눈금이 표시되어 있는 것이 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 충진관은 하단 모서리 부분이 라운드지게 형성된 것이 바람직하다.

더불어, 상기 에어관은 내주면이 하측으로 테이퍼지게 형성된 것이 바람직하다.

이와 함께, 상기 에어관은 상기 충진관에 폭약을 충진시킨 후 상기 투입공을 차단하는 마개를 더 포함하는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 튜브관과 튜브관의 사이를 연결하는 연결관을 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 충진관의 내부에 안포 폭약과 에멀젼계 폭약을 혼합하여 충진시킨 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 내부에 폭약이 충진되는 충진공간을 구비한 충진관과 상기 충진관 위에 일체로 형성되고 바닥에 폭약이 투입되는 투입공이 형성된 에어관을 포함하는 튜브관을 암반에 천공된 발파공에 복수 개를 서로 연결 삽입한 후 폭약을 발파시켜 암반을 파쇄하는데 공법으로서, 암반에 소정의 배열과 깊이로 복수 개의 발파공을 천공하는 발파공 천공 단계; 복수 개의 튜브관에 상기 투입공을 통하여 상기 충진공간으로 폭약을 충진시키는 폭약 충진 단계; 폭약이 충진된 복수 개의 튜브관을 서로 연결시키되, 튜브관의 상부에 다른 튜브관이 연결되어 에어관의 내측에 에어갭의 공간이 형성되는 튜브관 연결 단계; 복수 개의 튜브관을 발파공의 내부로 삽입시키는 튜브관 삽입 단계; 발파공에 삽입된 튜브관의 충진관 내부 또는 발파공의 가장 위에 삽입된 튜브관의 상측에 뇌관이 연결된 전폭약을 삽입하는 전폭약 삽입 단계; 발파공의 남은 공간에 전색물을 충진시키는 전색물 충진 단계; 및 외부에서 발파기로 상기 뇌관을 기폭하여 암반을 파쇄하는 기폭 단계;를 포함하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관을 이용한 암반 발파 공법을 제공한다.

또한, 본 발명은 내부에 폭약이 충진되는 충진공간을 구비한 충진관과 상기 충진관 위에 일체로 형성되고 바닥에 폭약이 투입되는 투입공이 형성된 에어관을 포함하는 튜브관을 암반에 천공된 발파공에 복수 개를 서로 연결 삽입한 후 폭약을 발파시켜 암반을 파쇄하는데 공법으로서, 암반에 소정의 배열과 깊이로 복수 개의 발파공을 천공하는 발파공 천공 단계; 복수 개의 튜브관에 상기 투입공을 통하여 상기 충진공간으로 폭약을 충진시키는 폭약 충진 단계; 폭약이 충진된 복수 개의 튜브관을 서로 연결시키되, 튜브관의 상부에 다른 튜브관이 연결되어 에어관의 내측에 에어갭의 공간이 형성되는 튜브관 연결 단계; 복수 개의 튜브관을 발파공의 내부로 삽입시키는 튜브관 삽입 단계; 발파공에 삽입된 튜브관의 충진관 내부에 뇌관을 삽입 설치하는 뇌관 설치 단계; 발파공의 남은 공간에 전색물을 충진시키는 전색물 충진 단계; 및 외부에서 발파기로 상기 뇌관을 기폭하여 암반을 파쇄하는 기폭 단계;를 포함하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관을 이용한 암반 발파 공법을 제공한다.

여기서, 상기 폭약 충진 단계의 수행 후, 마개로 상기 투입공을 차단하는 투입공 차단 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

게다가, 튜브관 연결 단계는, 상기 튜브관과 튜브관의 사이에 연결관을 개재시켜 연결하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 충진관의 내부에 안포 폭약과 에멀젼계 폭약을 혼합하여 충진시킨 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 튜브관의 상부에 에어갭을 형성시킴으로써, 폭약을 정량화하고 폭약의 사용량을 감소시켜 발파 효율을 높이는 동시에 비용을 크게 절감할 수 있고, 동일한 약량 대비 폭약의 약장 길이가 증가되고 폭발시 투사면적이 확대되어 발파효과가 증대되며, 쿠션블라스팅(cushion blasting) 공법을 적용하여 발파시 발생하는 폭풍압, 비산석, 진동 및 소음 등의 발파공해를 감소시키는 효과가 있다.

또한, 폭약의 충진량과 충진위치를 다양하게 설정할 수 있어 발파의 강약 조절 등 발파의 정밀제어가 가능하고, 설계 이상으로 암반이 파괴되는 여굴(back break)을 방지하며, 암반의 파쇄방향을 향해 집중적인 파쇄가 이루어지는 효과가 있다.

더불어, 마개로 투입공을 차단하여 방수성이 증대되므로, 지하수나 공동이 많은 지형에도 쉽게 적용 가능하다.

부가적으로, 뇌관을 발파공의 입구에 위치시켜 정기폭(direct priming)으로 발파하는 경우, 충격파가 자유면에 도달하는 시간이 빠르게 되어 발파 위력이 커지고, 뇌관 삽입과 각선 배치가 쉽고 편리하다.

도 1a는 종래의 폭약에 의한 일반 발파공법을 나타낸 단면도.
도 1b는 종래의 폭약에 의한 분산장약에 의한 발파공법을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 튜브관의 구성을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 튜브관의 구성을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 튜브관의 종류를 예시한 도면으로, 도 4(a)는 직경 50mm, 도 4(b)는 직경 34mm, 도 4(c)는 직경 25mm
도 5는 본 발명에 따른 복수 개의 튜브관이 연결된 구성을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 연결관이 개재되어 튜브관이 연결된 구성을 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 튜브관의 구성을 나타낸 평면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 암반 발파 공법의 플로우 차트.
도 9는 암반체 천공된 복수 개의 발파공에 본 발명에 따른 튜브관을 사용하는 사용 상태도.
도 10a는 튜브관 외부에 전폭약과 뇌관을 설치한 사용 상태도, 도 10b는 튜브관 내부에 전폭약과 뇌관을 설치한 사용 상태도, 도 10c는 튜브관 내부에 뇌관을 설치한 사용 상태도.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 구성에 대하여 실시예를 중심으로 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 에어갭을 구비한 폭약 튜브관(T)은 암반(R)에 천공된 발파공(H)에 폭약(E)이 충진된 복수 개를 서로 연결하여 삽입한 후 폭약(E)을 발파시켜 암반(R)을 파쇄하는데 이용되는 것으로서, 이러한 튜브관(T)은 충진관(10)과 에어관(20)이 일체로 연결되어 이루어진다.

이때, 상기 튜브관(T)은 상측이 개방되고, 길이 방향을 따라 길게 형성된 튜브 형상으로 이루어지고, 내수성이 약한 폭약이 발파공(2)의 내부에서 지하수 등의 물에 의해 녹는 것을 방지할 수 있으며, 재질은 PP, PE 등의 투명한 합성수지로 이루어질 수 있으나 반드시 여기에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 튜브관(T)은 발파공(H)의 직경과 깊이에 맞게 재단하여 제조할 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이 발파공(H)의 직경에 대응되게 여러 가지 크기로 규격화되어 선택적으로 사용될 수도 있으며, 발파공(H)의 깊이에 대응되게 다양한 길이로 규격화되어 선택적으로 사용될 수도 있다. 여기서, 상기 튜브관(T)의 직경은 발파공(H)의 직경에 비하여 작은 크기로 제조된다.

이러한 튜브관(T)의 내부에는 폭약의 종류와 배치 구성을 달리하여 다양한 방법으로 폭약을 충진하여 구성할 수 있는데, 예컨대 도 4(a)와 같이 안포 폭약만으로 충진한 경우로서 일반적으로 폭속은 3,200m/sec, 가스발생량 540ℓ/kg로 보고, 가비중이 낮고 저폭속의 특징을 가지며, 가스압을 이용한 정적효과를 갖고, 연암이나 보통암의 발파시 유리하다.

또한, 도 4(b)와 같이 뇌관이 연결된 에멀젼계 폭약을 튜브관(T)의 하부에 배치하고 튜브관(T)의 나머지 공간에 안포 폭약을 충진한 경우로서 안포 폭약만을 사용할 때보다 안포 폭약 자체의 반응속도를 높여 폭속 및 위력을 증가시키고 에멀젼계 폭약만을 사용할 때보다 가스압은 증가되고 위력은 상대적으로 낮으며 보통암이나 경암의 발파에 적용될 수 있다.

이와 함께, 도 4(c)와 같이 튜브관(T)의 내부를 에멀젼계 폭약만으로 충진시키거나 에멀젼계 폭약에 소량의 안포 폭약을 충진한 경우로서 폭속과 위력이 크게 증가하고 동적효과의 특성을 가지며 경암에 대한 발파시 유리하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 튜브관(T)은 길이 방향을 따라 유도홈(G)이 형성되어, 발파시 상기 유도홈(G) 쪽으로 발파 진행방향을 유도하고, 설계 이상으로 암반이 파괴되는 여굴(back break)이 방지되며, 암반의 파쇄방향을 향하여 집중적인 파쇄가 이루어질 수 있도록 한다.

상기 충진관(10)은 내부에 폭약(E)이 충진되는 충진공간(11)을 구비하고, 이때 폭약(E)은 안포 폭약, 벌크 폭약(bulk explosive) 및 함수 폭약 등이 사용될 수 있으나 반드시 여기에 한정되는 것은 아니다.

이때, 상기 충진관(10)은 하부에 무게추(12)가 삽입 설치되는 것이 바람직한 바, 상기 무게추(12)는 튜브관(T)을 발파공(H)의 바닥면까지 삽입하는 것을 용이하게 하고, 특히 발파공(H)의 내부에 지하수 등의 물이 존재하는 경우에도 물에 비하여 비중이 작은 안포 폭약이 담긴 튜브관(T)을 용이하게 삽입할 수 있다. 이러한 무게추(12)는 중량체인 금속 또는 암석 등으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 충진관(10)의 외주면에는 눈금(13)이 표시되는 것이 바람직하고, 상기 눈금(13)은 상기 충진공간(11)에 충진되는 폭약(E)의 양을 확인할 수 있어 폭약을 정량화하고 폭약의 사용량을 감소시킬 수 있다.

그리고, 상기 충진관(10)은 하단 모서리가 라운드지게 형성된 라운드부(14)를 구비하고, 상기 라운드부(14)는 암반(R)에 천공된 발파공(H)의 내부로 튜브관(T)을 삽입할 때에 하단 모서리가 발파공(H)의 내측으로 돌출된 부분에 걸려 파손되는 것을 방지한다.

상기 에어관(20)은 상기 충진관(10)의 위에 일체로 형성되는 것이 바람직하고, 입구는 개방 형성되고 바닥의 출구는 상기 충진공간(11)으로 폭약이 투입되는 투입공(22)이 형성된다. 또한, 상기 충진공간(11)에 폭약(E)을 충진시킨 후 상기 투입공(22)을 마개(23)로 차단하여 방수성이 증가시킬 수 있다.

이때, 상기 에어관(20)은 내주면이 상광하협의 형상이면서 하측으로 테이퍼지게 형성되고 일단면이 역사다리꼴로 이루어지며, 이로써 상기 투입공(22)과 연통된 충진공간(11)으로의 폭약의 투입 및 충진이 용이해 진다.

더불어, 도 5에 도시된 바와 같이 튜브관(T)의 상부에 또 다른 튜브관(T)이 연결되어 에어관(20)의 내측에 에어가 포획되어 머무르는 에어갭(21)의 공간이 형성된다. 이와 같이, 상기 에어갭(21)은 일종의 쿠션블라스팅(cushion blasting) 공법이 적용된 것으로, 발파시 발생하는 폭풍압, 비산석, 진동 및 소음 등의 발파공해를 감소시켜 주어 발파의 정밀제어가 이루어진다.

일반적으로 쿠션블라스팅이란 주로 노천발파에 사용되는 것으로, 장약을 적게 그리고 완전히 전색된 공간에 잘 배분하여 주발파공을 발파한 후에 쿠션 발파공을 점화시켜 이루어지고, 전색물은 암반에 대하여 폭발로부터 가해지는 충격을 흡수하여 크래킹과 텐션을 최소화하며, 장약의 균질한 폭발력에 의하여 암반을 균질하게 절단하여 깨끗한 절단면을 형성한다.

다만, 일반적인 쿠션블라스팅은 쿠션 발파공을 점화하기 전에 주발파를 마쳐야 하므로, 본 발명의 에어갭을 구비한 폭약 튜브관(T)을 이용한 발파와는 차이가 있다.

통상적으로 발파를 통한 굴착은 화약의 폭발시 발생하는 충격압과 가스압을 이용하여 굴착 단면의 암반을 제거하게 되는데, 이러한 충격압과 가스압은 암반 깊숙히 탄성파의 형태로 전파되어 지반의 진동을 유발하게 되고, 진동과 함께 폭풍압과 소음 등의 발파 공해가 발생하게 된다.

이러한 발파 공해를 제어하기 위해서는 발파 설계, 장약량의 제한, 점화 방법의 분할, 저폭속 폭약의 사용, MS뇌관의 사용 등을 사용하는데, 본 발명의 에어갭을 구비한 폭약 튜브관(T)은 암반(R) 발파에 필요한 정량의 폭약(E)만을 충진하여 사용할 수 있으므로 폭약의 사용량을 크게 감소시켜 발파 효율을 높이는 동시에 폭약 비용을 크게 절감할 수 있고, 발파공(H)에 삽입되는 복수 개의 튜브관(T)에 있어서 폭약(E)의 충진량과 충진위치를 다양하게 설정할 수 있어 위치에 따른 발파의 강약 조절과 균일 분배로 발파의 정밀제어가 가능하며, 저폭속 폭약인 안포 폭약을 이용한 발파시 동일한 약량 대비 폭약의 폭발 길이가 연장되어 폭발시 투사면적이 확대되어 발파효과가 증대되므로, 발파시 발생하는 폭풍압, 비산석, 진동 및 소음 등의 발생을 억제할 수 있는 것이다.

아울러, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 튜브관과 튜브관의 사이를 연결하는 연결관(30)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 연결관(30)은 상부연결부(31)와 하부연결부(32)를 구비하고, 상기 상부 연결부(31)의 직경이 상기 하부 연결부(32)의 직경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 상부연결부(31)에는 상측에 배치되는 튜브관(T)이 내측에 연결되고, 상기 하부연결부(32)에는 하측에 배치되는 튜브관(T)이 외측에 연결되며, 연결 방식은 끼움 방식을 사용하는 것이 바람직하나, 반드시 여기에 한정되는 것은 아니고 나사 연결 방식, 돌기와 홈의 연결 방식 등 공지되어 있는 다양한 연결 방식들이 적용될 수 있다.

이로써, 발파공(H)의 깊이에 대응되게 복수 개의 튜브관을 발파공(H)의 길이 방향을 따라 연속적으로 연결하여 발파 전 중간에서 쉽게 분리되지 않을 뿐만 아니라, 에어갭(21)의 공간을 증대시켜 준다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 암반 발파 공법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 에어갭을 구비한 폭약 튜브관을 이용한 암반 발파 공법은 내부에 폭약이 충진되는 충진공간을 구비한 충진관(10)과 상기 충진관 위에 일체로 형성되고 바닥에 폭약이 투입되는 투입공(22)이 형성된 에어관(20)을 포함하는 튜브관을 암반에 천공된 발파공에 복수 개를 서로 연결 삽입한 후 폭약을 발파시켜 암반을 파쇄하는데 공법이다.

이는 도 8의 플로우차트에 도시된 바와 같이, 발파공 천공 단계(S10), 폭약 충진 단계(S20), 투입공 차단 단계(S30), 튜브관 연결 단계(S40), 튜브관 삽입 단계(S50), 전폭약 삽입 단계(S60), 전색물 충진 단계(S70), 기폭 단계(S80)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 지형, 지질, 지반 조건과 발파 방법, 주변 여건 등의 변수에 따라 파쇄하고자 하는 암반에 대한 발파 설계를 수립한다. 이때, 발파 설계의 적합성 여부의 검증과 발파 설계의 보정을 위하여 사전에 시험발파를 실시하여 결과를 분석한 후 진동추정식을 산출하여 발파 현장에 부합되는 설계인지 검토할 수도 있다.

그리고, 상기 발파 설계에 따라서 암반(R)에 소정의 배열과 깊이로 복수 개의 발파공(H)을 천공하는 발파공 천공 단계(S10)를 수행한다.

상기 발파공 천공 단계(S10)는 도 9와 같이 착암기나 드릴을 사용하여 수 센티미터(cm)에서 수 미터(m)의 직경을 갖는 복수 개의 발파공(H)들을 소정의 공간격으로 소정의 깊이로 천공하여 천공배치하게 되고, 이때 자유면의 형태에 따라서 수직 천공, 경사 천공, 수평 천공 등을 사용할 수 있다.

상기 발파공 천공 단계(S10)의 수행 후 복수 개의 튜브관(T)에 투입공(22)을 통하여 충진공간(11)으로 폭약(E)을 충진시키는 폭약 충진 단계(S20)를 수행한다.

상기 폭약 충진 단계(S20)는 재래의 방법인 다짐봉을 이용하거나 폭약 장전기(charger)를 이용하여 폭약을 충진관(10)의 충진공간(11) 내부에 충진시킨다.

이때, 폭약의 충진량과 충진위치를 다양하게 설정하여 위치에 따른 발파의 강약을 조절할 수 있다.

상기 폭약 충진 단계(S20)의 수행 후 마개(23)로 에어관(20) 출구 바닥에 형성된 투입공(22)을 차단하는 투입공 차단 단계(S30)를 수행한다.

상기 투입공 차단 단계(S30)는 고무나 실리콘 등 씰링재로 이루어진 마개(23)로 투입공(22)을 막아 지하수 등의 물의 유입을 차단하여 방수성을 증가시키는 것이다.

상기 투입공 차단 단계(S30)의 수행 후 폭약이 충진된 복수 개의 튜브관(T)을 서로 연결시키는 튜브관 연결 단계(S40)를 수행한다.

이때, 튜브관(T)의 상부 개구에 다른 튜브관(T)이 연결되어 에어관(20)의 내측에 에어갭(21)의 공간이 형성된다.

또한, 튜브관(T)과 튜브관(T)의 사이에 연결관(30)이 연결되어 개재될 수 있고, 이로써 발파공(H)의 깊이에 대응되게 복수 개의 튜브관을 발파공(H)의 길이 방향을 따라 연속적으로 연결하여 중간에서 쉽게 분리되지 않도록 할 수 있다.

상기 튜브관 연결 단계(S40)의 수행 후 복수 개의 튜브관(T)을 발파공(H)의 내부로 삽입시키는 튜브관 삽입 단계(S50)를 수행한다.

그리고, 도 10a 또는 도 10b에 도시된 바와 같이, 발파공(H)에 삽입된 튜브관(T)의 충진관(10) 내부 또는 발파공(H)의 가장 위에 삽입된 튜브관(T)의 상측에 뇌관(D)이 연결된 전폭약(P)을 삽입하는 전폭약 삽입 단계(S60)를 수행한다.

일반적으로 안포 폭약의 경우 일반 상태에서는 뇌관만으로는 완전히 폭발시키기 어려워 뇌관과 본체 폭약 사이에 폭굉압이 큰 전폭약을 넣고, 먼저 전폭약을 폭발시켜 그 폭력으로 본체 폭약을 확실하게 폭발시키는 것이다.

이때, 전폭약(P)으로는 최근 많이 사용되고 있는 에멀젼계 폭약을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 발파공(H)의 내부에 다수의 튜브관(T)이 연결 설치되기 때문에, 기폭점의 위치를 자유롭게 선택하여 정기폭(direct priming), 중기폭 및 역기폭(indirect priming)으로 모두 실시할 수 있으나, 발파공(H)의 입구 쪽에 기폭점을 두는 정기폭(direct priming)을 사용하는 것이 바람직하다.

이로써, 충격파가 자유면에 도달하는 시간이 빠르고, 자유면에서 반사하는 반사판의 세기가 커서 발파 위력이 크며, 뇌관(D)의 삽입과 각선(L)의 배치가 쉽고 편리하며, 각선(L)의 길이가 짧아져 경제적인 효과가 있다.

반면에, 도 10c에 도시된 바와 같이, 전폭약(P)이 필요 없이 뇌관(D)만으로 기폭이 가능한 경우에는 상기 전폭약 삽입 단계(S60)를 수행하지 않고, 대신에 발파공(H)에 삽입된 튜브관(T)의 충진관(10) 내부에 뇌관(D)을 삽입 설치하는 뇌관 설치 단계(S60')를 수행할 수도 있다.

상기 전폭약 삽입 단계(S60) 또는 뇌관 설치 단계(S60')의 수행 후 발파공(H)의 남은 공간에 전색물(tamping; A)을 충진시키는 전색물 충진 단계(S70)을 수행한다.

상기 전색물(A)은 폭약이 장전되고 남은 부분에 불인화성 물질을 채워 넣어 폭력의 손실을 방지하고, 소음의 발생을 감소시키는 역할을 하는 것으로, 모래나 진흙, 쇄석 등을 사용한다.

상기 전색물 충진 단계(S70)의 수행 후 외부에서 발파기(blasting machine)로 뇌관(D)을 기폭하여 암반(R)을 파쇄하는 기폭 단계(S80);를 수행하고, 상기 발파기는 뇌관을 기폭시키는 기구로서 전기식과 비전기식이 있으며, 안포 폭약의 경우에는 정전기 문제로 인하여 비전기식 뇌관을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 암반 발파 공법에 있어서, 발파공(H)의 내부에 튜브관(T)과 전폭약(P), 폭약(E)을 삽입하거나 충진하는 순서는 발파의 종류, 암반의 특성 및 주변 환경 등을 고려하여 다양하게 변경 적용될 수 있다.

예컨대, 발파공(H)의 상부에 뇌관(D)이 연결된 전폭약(P)을 배치하거나, 발파공(H)의 하부에 뇌관이 연결된 전폭약(P)을 배치하고 튜브관(T)을 삽입하거나, 발파공(H)의 중간에 뇌관(D)이 연결된 전폭약(P)을 배치하는 등 다양한 구조로 변경하여 기폭시킬 수도 있으며, 발파공(2) 내부가 아닌 튜브관(T)의 내부에 뇌관(D)을 직접 연결하는 방식으로도 구성할 수 있다.

결국, 튜브관의 상부에 에어갭을 형성시킴으로써, 폭약을 정량화하고 폭약의 사용량을 감소시켜 발파 효율을 높이는 동시에 비용을 크게 절감할 수 있고, 동일한 약량 대비 폭약의 약장 길이가 증가되고 폭발시 투사면적이 확대되어 발파효과가 증대되며, 쿠션블라스팅(cushion blasting) 공법을 적용하여 발파시 발생하는 폭풍압, 비산석, 진동 및 소음 등의 발파공해를 감소시키고, 또한, 폭약의 충진량과 충진위치를 다양하게 설정할 수 있어 발파의 강약 조절 등 발파의 정밀제어가 가능하고, 설계 이상으로 암반이 파괴되는 여굴(back break)이 방지되며, 암반의 파쇄방향을 향해 집중적인 파쇄가 이루어지고, 더불어, 마개로 투입공을 차단하여 방수성이 증대되므로, 지하수나 공동이 많은 지형에도 쉽게 적용 가능하고, 부가적으로, 뇌관을 발파공의 입구에 위치시켜 정기폭(direct priming)으로 발파하는 경우 충격파가 자유면에 도달하는 시간이 빠르게 되어 발파 위력이 커지고, 뇌관 삽입과 각선 배치가 쉽고 편리한 것이다.

본 발명에서 상기 실시 형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

1. 장약공 2. 기폭약
3. 뇌관 4. 폭약
5. 전색물 10. 충진관
11. 충진공간 12. 무게추
13. 눈금 14. 라운드부
20. 에어관 21. 에어갭
22. 투입공 23. 마개
30. 연결관 31. 상부연결부
32. 하부연결부 A. 전색물
D. 뇌관 E. 폭약
G. 유도홈 H. 발파공
L. 각선 P. 전폭약
R. 암반 T. 튜브관

Claims (13)

1. 암반에 천공된 발파공에 폭약이 충진된 복수 개를 서로 연결 삽입한 후 폭약을 발파시켜 암반을 파쇄하는데 이용되는 튜브관으로서,
   내부에 폭약이 충진되는 충진공간을 구비한 충진관; 및
   상기 충진관 위에 일체로 형성되고, 상부에 다른 튜브관이 연결되어 내측에 에어갭의 공간이 형성되며, 바닥에 상기 충진공간으로 폭약이 투입되는 투입공이 형성된 에어관;을 포함하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 튜브관은 외주에 발파 진행 방향을 유도하기 위한 유도홈이 길이 방향을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 충진관은 하부에 무게추가 삽입 설치되고, 외주면에 눈금이 표시되어 있는 것을 특징으로 하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 충진관은 하단 모서리 부분이 라운드지게 형성된 것을 특징으로 하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 에어관은 내주면이 하측으로 테이퍼지게 형성된 것을 특징으로 하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 에어관은 상기 충진관에 폭약을 충진시킨 후 상기 투입공을 차단하는 마개를 더 포함하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 튜브관과 튜브관의 사이를 연결하는 연결관을 더 포함하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 충진관의 내부에 안포 폭약과 에멀젼계 폭약을 혼합하여 충진시킨 것을 특징으로 하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관.
   
9. 내부에 폭약이 충진되는 충진공간을 구비한 충진관과 상기 충진관 위에 일체로 형성되고 바닥에 폭약이 투입되는 투입공이 형성된 에어관을 포함하는 튜브관을 암반에 천공된 발파공에 복수 개를 서로 연결 삽입한 후 폭약을 발파시켜 암반을 파쇄하는데 공법으로서,
   암반에 소정의 배열과 깊이로 복수 개의 발파공을 천공하는 발파공 천공 단계;
   복수 개의 튜브관에 상기 투입공을 통하여 상기 충진공간으로 폭약을 충진시키는 폭약 충진 단계;
   폭약이 충진된 복수 개의 튜브관을 서로 연결시키되, 튜브관의 상부에 다른 튜브관이 연결되어 에어관의 내측에 에어갭의 공간이 형성되는 튜브관 연결 단계;
   복수 개의 튜브관을 발파공의 내부로 삽입시키는 튜브관 삽입 단계;
   발파공에 삽입된 튜브관의 충진관 내부 또는 발파공의 가장 위에 삽입된 튜브관의 상측에 뇌관이 연결된 전폭약을 삽입하는 전폭약 삽입 단계;
   발파공의 남은 공간에 전색물을 충진시키는 전색물 충진 단계; 및
   외부에서 발파기로 상기 뇌관을 기폭하여 암반을 파쇄하는 기폭 단계;를 포함하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관을 이용한 암반 발파 공법.
   
10. 내부에 폭약이 충진되는 충진공간을 구비한 충진관과 상기 충진관 위에 일체로 형성되고 바닥에 폭약이 투입되는 투입공이 형성된 에어관을 포함하는 튜브관을 암반에 천공된 발파공에 복수 개를 서로 연결 삽입한 후 폭약을 발파시켜 암반을 파쇄하는데 공법으로서,
    암반에 소정의 배열과 깊이로 복수 개의 발파공을 천공하는 발파공 천공 단계;
    복수 개의 튜브관에 상기 투입공을 통하여 상기 충진공간으로 폭약을 충진시키는 폭약 충진 단계;
    폭약이 충진된 복수 개의 튜브관을 서로 연결시키되, 튜브관의 상부에 다른 튜브관이 연결되어 에어관의 내측에 에어갭의 공간이 형성되는 튜브관 연결 단계;
    복수 개의 튜브관을 발파공의 내부로 삽입시키는 튜브관 삽입 단계;
    발파공에 삽입된 튜브관의 충진관 내부에 뇌관을 삽입 설치하는 뇌관 설치 단계;
    발파공의 남은 공간에 전색물을 충진시키는 전색물 충진 단계; 및
    외부에서 발파기로 상기 뇌관을 기폭하여 암반을 파쇄하는 기폭 단계;를 포함하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관을 이용한 암반 발파 공법.
    
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 폭약 충진 단계의 수행 후, 마개로 상기 투입공을 차단하는 투입공 차단 단계;를 더 포함하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관을 이용한 암반 발파 공법.
    
12. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    튜브관 연결 단계는, 상기 튜브관과 튜브관의 사이에 연결관을 개재시켜 연결하는 것을 특징으로 하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관을 이용한 암반 발파 공법.
    
13. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 충진관의 내부에 안포 폭약과 에멀젼계 폭약을 혼합하여 충진시킨 것을 특징으로 하는 에어갭을 구비한 폭약 튜브관을 이용한 암반 발파 공법.
    

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