KR101649888B1 - 워터젯 굴착기 및 이를 이용한 암반 굴착 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 워터젯 굴착기 및 이를 이용한 암반 굴착 공법에 관한 것으로서, 특히 굴착기의 암의 단부에 회전 가능하게 구비되고 복수의 굴착날을 포함하는 굴착장치와; 일단은 상기 굴착장치에 연결되고, 타단은 상기 굴착기의 암에 연결되며 유압에 의해 상기 굴착장치를 구동하는 구동장치와; 상기 굴착장치의 각 굴착날에 구비되고 서로 다른 방향으로 고압수를 분사하여 암반을 굴착하는 복수의 노즐로 구성된 워터젯으로 구성되어, 진동 및 소음 발생을 최소화하고, 천공, 할렬 및 굴착이 순차적으로 이루어지도록 하여 작업 편의성과 작업 신뢰도를 향상시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

워터젯 굴착기 및 이를 이용한 암반 굴착 공법{Water jet excavator and method of construction for rock excavition having water jet excavator}

본 발명은 워터젯 굴착기 및 이를 이용한 암반 굴착 공법에 관한 것이다.

일반적으로 건설작업 현장에서 널리 사용되는 굴착기에는 구매자의 요구사항에 따라 굴착기에 설치된 고유의 버킷을 포함하여 여러 가지 부가적인 작업기(option attachment)를 설치함으로써 굴착기의 용도를 다양화시킬 수 있도록 되어 있는 바, 이러한 옵션작업기는 굴착기 선단의 암에 체결용 핀과 속공 클램프에 의하여 장착되도록 되어 있다.

또한, 암반 굴착방식은 발파방식, 파워 브레이커(Power breaker)를 사용하는 기계식 천공, 할암기를 사용하는 무진동 굴착 방식이 주류를 이루고 있다.

그러나, 상기 발파방식은 매우 큰 소음, 진동, 분진 등을 유발하여 특수한 경우를 제외하면 특히 도심지에서 사용되지 않는다.

이때, 도심지에서 일반적으로 사용되는 굴착방식은 Power breaker공법으로 수압브레이커를 굴착기에 장착하여 굴착면에 치젤을 타격하여 암반을 파쇄하는 방법으로 굴착된 암석을 2차 소할 하는데도 사용된다.

그러나, 이러한 방식도 소음과 충격진동이 비교적 크기 때문에 민원을 유발하여 시가지의 장기적인 작업에는 부적합하다는 문제점이 있다.

또한, 할암기를 사용하는 무진동 굴착 방식은 암반을 유압 크롤러 드릴로 천공하고, 유압에 의해 수평 방향으로 팽창하는 돌기를 가진 할암봉을 천공내에 삽입하여 유압을 가하여 쐐기작용에 의하여 암반을 인장파괴 시키는 방법이다.

이때, 균열된 암반은 리퍼(Ripper)나 브레이커로 2차 파쇄한다.

그러나, 이 방법은 천공, 할암기를 작용한 암반 절개, 리퍼나 브레이커를 이용한 2차 파쇄 등의 순서를 거쳐야 하므로 작업이 번거롭고, 작업능률과 경제성이 떨어진다. 발파가 불가능한 지여겡 대하여 대안으로 사용이 가능하지만 크롤러드릴천공과 브레이커에 의한 2차 파쇄 문제로 인하여 소음과 진동에 대한 대책으로는 완전할 수 없다.

대한민국 공개실용신안 제20-2012-0001125호는 "너클 크레인용 절단장치"를 개시하고 있다. 상기 기술은 다단으로 굴절하며 회전하는 붐을 갖는 너클 크레인에 장착되는 너클 크레인용 절단장치에 있어서, 상기 붐의 선단에 고정핀에 의해 착탈 가능하게 결합되는 헤드와, 상기 헤드에 선회운동가능하게 결합되어, 상기 피절단물을 절단하는 블레이드부를 가지며 상기 블레이드부가 상호 교차하여 상기 피절단물을 절단하는 한 쌍의 커터와, 상기 한 쌍의 커터가 상호 접근 및 이격하도록 상기 각 커터를 선회운동시키는 한 쌍의 유체압실린더로 이루어진다.

이러한 종래의 너클 크레인용 절단장치는 너클 크레인의 붐 선단에 간편하게 착탈하여 암반과 같은 피절단물을 절단할 수 있고, 너클 크레인의 작업범위를 증대시키며, 작업시간을 줄일 수 있게 한다.

그러나, 상기 기술은 암반 굴착 시 천공기, 할암기, 브레이커, 굴착기와 같은 장비와 인력이 필요하기 때문에 비효율적이며, 작업 편의성과 작업 신뢰도가 저하되는 동시에 진동 및 소음이 발생하게 되는 문제점이 있다.

특허 1 : 대한민국 공개실용신안 20-2012-0001125

본 발명은 굴착장치의 각 굴착날에 구비된 워터젯에 의해 고압수를 분사시켜 암반을 굴착함으로써, 진동 및 소음 발생이 최소화되는 워터젯 굴착기 및 암반 굴착 공법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 하나의 워터젯 굴착기로 암반의 굴착, 할렬 및 암반의 상차 등을 수행함으로써, 작업의 신속성, 편의성, 경제성이 우수한 워터젯 굴착기 및 암반 굴착 공법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 워터젯의 복수의 노즐을 선택적으로 작동할 수 있게 함으로써, 암반의 형상이나 위치에 관계없이 굴착이 가능한 워터젯 굴착기 및 암반 굴착 공법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 굴착날에 쐐기보호대를 구비함으로써, 굴착날을 보호함과 동시에 굴착된 암반을 할렬시키는 것이 용이한 워터젯 굴착기 및 암반 굴착 공법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 워터젯으로부터 고압수 분사가 가능한 초고압수파워팩(UHP<Ultra High Pressure water jet> Power pack)을 구비함으로써, 신속한 암반 굴착이 가능한 워터젯 굴착기 및 암반 굴착 공법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 굴착날의 형상을 원호 형상으로 함으로써, 굴착공으로 굴착날의 삽입이 용이하고 또한 굴착함과 동시에 굴착부를 암반으로부터 분리할 수 있는 워터젯 굴착기 및 암반 굴착 공법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 복수의 노즐로 암반을 굴착하고 굴착날로 할암함으로써, 자유면이 있는 경우뿐만 아니라 자유면이 없는 경우에도 용이하게 굴착할 수 있는 워터젯 굴착기 및 암반 굴착 공법을 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 굴착기의 암의 단부에 회전 가능하게 구비되고 복수의 굴착날을 포함하는 굴착장치와; 일단은 상기 굴착장치에 연결되고, 타단은 상기 굴착기의 암에 연결되며 유압에 의해 상기 굴착장치를 구동하는 구동장치와; 상기 굴착장치의 각 굴착날에 구비되고 서로 다른 방향으로 고압수를 분사하여 암반을 굴착하는 복수의 노즐로 구성된 워터젯;을 포함함으로써 달성된다.

상기 굴착날은 총 4개이며 2개씩 쌍으로 이루어지되, 상기 암의 단부 일측에 한 쌍의 상기 굴착날이 연결핀을 통해 회전 가능하게 연결되고, 상기 암의 단부 타측에 다른 한 쌍의 상기 굴착날이 연결핀을 통해 회전 가능하게 연결되며, 상기 각 굴착날들은 1/4원호형상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 각 굴착날의 내부에는 굴착날을 보호하고, 굴착된 암반을 할렬시키는 쐐기보호대가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 굴착날의 외면에는 길이 방향으로 슬롯이 형성되며, 상기 슬롯에는 상기 복수의 노즐들에 고압수를 공급하는 압력배관이 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 압력배관은 상기 복수의 노즐들 각각에 연결되도록 복수로 구성되고, 상기 노즐들은 선택적으로 개폐가 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 워터젯은, 상기 각 굴착날의 전방에 구비되어 상기 굴착날의 전방으로 고압수를 분사하는 제1노즐과; 상기 각 굴착날의 내측면에 구비되어 상기 굴착날의 내측면방향으로 고압수를 분사하는 제2노즐과; 상기 각 굴착날 내면에 구비되어 상기 굴착날 내면방향으로 고압수를 분사하는 제3노즐;을 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 워터젯은, 상기 각 굴착날의 외측면에 구비되어 상기 굴착날의 외측면방향으로 고압수를 분사하는 제4노즐을 더 포함할 수 있다.

상기 굴착기에 고압수를 발생시키는 UHP(Ultra High Pressure water jet) Power Pack을 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 워터젯 굴착기를 이용한 암반 굴착 공법에 있어서, 상기 굴착장치를 암반상에 거치하는 거치단계; 상기 각 굴착날에 구비된 복수의 노즐 중 하나 이상으로 고압수를 분사하면서 상기 구동장치를 구동하여 상기 굴착장치를 회전시키는 굴착단계; 상기 각 굴착날에 구비된 복수의 노즐 중 하나 이상으로 고압수를 계속 분사하면서 상기 구동장치를 구동하여 상기 굴착날이 굴착공 내로 삽입되게 함으로써, 미굴착된 암반을 할렬시키는 할렬단계; 및 상기 할렬된 암반을 상기 굴착기의 암으로 들어서 이동시키는 이동단계;를 포함함으로써 달성된다.

본 발명을 통해 굴착장치의 각 굴착날에 구비된 워터젯에 의해 고압수를 분사시켜 암반을 굴착함으로써, 진동 및 소음 발생이 최소화되는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 하나의 워터젯 굴착기로 암반의 굴착, 할렬 및 암반의 상차 등을 수행함으로써, 작업의 신속성, 편의성, 경제성이 우수한 효과를 제공할 수 있다.

또한, 워터젯의 복수의 노즐을 선택적으로 작동할 수 있게 함으로써, 암반의 형상이나 위치에 관계없이 굴착이 가능한 효과를 제공할 수 있다.

또한, 굴착날에 쐐기보호대를 구비함으로써, 굴착날을 보호함과 동시에 굴착된 암반을 할렬시키는 것이 용이한 효과를 제공할 수 있다.

또한, 워터젯으로부터 고압수 분사가 가능한 초고압수파워팩(UHP<Ultra High Pressure water jet> Power pack)을 구비함으로써, 신속한 암반 굴착이 가능한 효과를 제공할 수 있다.

또한, 굴착날의 형상을 원호 형상으로 함으로써, 굴착공으로 굴착날의 삽입이 용이하고 또한 굴착함과 동시에 굴착부를 암반으로부터 분리할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 복수의 노즐로 암반을 굴착하고 굴착날로 할암함으로써, 자유면이 있는 경우뿐만 아니라 자유면이 없는 경우에도 용이하게 굴착할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 워터젯 굴착기를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 워터젯 굴착기의 굴착장치를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 워터젯 굴착기의 굴착장치를 도시하는 측면도,
도 4는 본 발명의 워터젯 굴착기의 굴착장치를 도시하는 정면도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 워터젯 굴착기의 굴착장치에 구비된 슬롯과 압력배관을 도시하는 도면,
도 7 및 도 8은 본 발명의 워터젯 굴착기의 워터젯을 형성하는 노즐을 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 워터젯 굴착기의 굴착 실시예를 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 워터젯 굴착기에서 제1노즐에 의한 굴착 영역을 도시하는 평면도와 측면도,
도 11은 본 발명의 워터젯 굴착기에서 제2노즐에 의한 굴착 영역을 도시하는 평면도와 측면도,
도 12는 본 발명의 워터젯 굴착기에서 제3노즐에 의한 굴착 영역을 도시하는 평면도와 측면도,
도 13은 본 발명의 워터젯 굴착기에서 제1 내지 3노즐에 의한 굴착 영역을 도시하는 평면도와 측면도,
도 14는 본 발명의 암반 굴착 공법을 도시하는 흐름도,
도 15a~c는 본 발명의 암반 굴착 공법에서 자유면이 없는 경우의 암반 굴착 단계를 도시하는 도면,
도 16a~c는 본 발명의 암반 굴착 공법에서 자유면이 있는 경우의 암반 굴착 단계를 도시하는 도면.
도 17, 도 18은 본 발명의 암반 굴착 공법에서 자유면이 있는 경우의 암반 굴착 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합", "접속" 또는 "구비"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합, 접속 또는 구비될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합", "접속" 또는 "구비"될 수도 있다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 워터젯 굴착기는 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 굴착기(10)의 암(11)에 구비되고 복수의 굴착날(110)로 구성되는 굴착장치(100)와, 굴착장치(100)를 구동시키는 구동장치(120)와, 굴착날(110)에 구비되고 복수의 노즐을 포함하는 워터젯(131)을 포함한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 굴착장치(100)는 굴착기(10)의 암(11)의 단부에 회전 가능하게 구비되며, 복수의 굴착날(110)을 포함하여 구성된다.

굴착날(110)은 1/4원호 형상으로 형성된 총 4개가 구비이며 2개씩 한 쌍으로 이루어진다. 한 쌍의 굴착날(110)은 굴착기(10)의 암(11) 단부 일측에 연결핀(111)을 통해 회전 가능하게 연결되고, 다른 한 쌍의 굴착날(110)은 굴착기(10)의 암(11) 단부 타측에 연결핀(111)을 통해 회전 가능하게 연결되며, 두 쌍의 굴착날(110) 각각이 연결핀(111)을 중심으로 회전하는 경우 암반을 대략 반원기둥 형상으로 굴착하게 된다.

구동장치(120)는 일단은 굴착장치(100)에 연결되고, 타단은 굴착기(10)의 암(11)에 연결되어 유압에 의해 굴착장치(100)를 연결핀(111)을 중심으로 회전 구동시킨다. 즉 구동장치(120)가 유압에 의해 작동할 때, 연결핀(111)에 결합된 두 쌍의 굴착날이 원호 형상으로 회전하게 된다.

도 2, 도 3에 도시된 바와 같이 굴착날(110)의 내부에는 쐐기보호대(112)가 구비된다. 이 쐐기보호대(112)는 굴착날(110)이 암반을 굴착해 들어갈 때 암반으로부터 굴착날(110)을 보호하고, 또한 굴착날(110)이 굴착공 속으로 억지 삽입될 때 암반의 덜 굴착된 부분을 할렬(割裂, splitting)시킨다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 굴착날(110)의 외면에는 길이 방향으로 슬롯(113)이 형성되며, 슬롯(113)에는 복수의 노즐들에 고압수를 공급하는 압력배관(114)이 설치된다.

이 압력배관(114)은 하나의 관으로 구성되어 복수의 노즐들 모두에 고압수를 공급하거나, 또는 복수의 관으로 구성되고 이들이 복수의 노즐들에 각각 연결됨으로써 노즐들에 선택적으로 고압수를 공급할 수도 있다. 고압수를 선택적으로 공급하는 것은 굴착하고자 하는 암반의 상황에 따라 필요한 방향으로만 고압수를 공급하기 위함이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 워터젯(131)은 굴착장치(100)의 각각의 굴착날(110)의 단부에 구비되어 암반을 굴착하나, 필요한 경우 굴착날(110)의 중간에 구비될 수도 있다.

워터젯(131)은 복수의 노즐을 포함하도록 하여 서로 다른 방향으로 고압수를 분사시킬 수 있게 함으로써 암반 굴착이 가능하게 한다.

워터젯(131)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 각각의 굴착날(110) 전방에 구비되어 굴착날(110)의 전방으로 고압수를 분사하는 제1노즐(131a)과, 각각의 굴착날(110) 내측면에 구비되어 굴착날(110)의 내측면방향으로 고압수를 분사하는 제2노즐(131b)과, 각각의 굴착날(110) 내면에 구비되어 굴착날(110) 내면방향으로 고압수를 분사하는 제3노즐(131c)로 이루어지도록 한다.

또한, 워터젯(131)은, 각각의 굴착날(110) 외측면에 구비되어 굴착날(110)의 외측면방향으로 고압수를 분사하는 제4노즐(131d)을 더 포함할 수도 있다.

이때, 워터젯(131)에 구비된 각각의 노즐은 초고압수파워팩(UHP<Ultra High Pressure water jet> Power pack)(140)과 연결되도록 하여 고압수가 분사되도록 한다.

즉, 본 발명에서 굴착장치(100)는 4개의 굴착날(110)로 구성되며, 각각의 굴착날(110)에는 굴착날(110)의 전방(굴착날과 나란한 방향), 내측면 방향(한 쌍의 굴착날이 서로 마주 보는 방향) 및 내면 방향(굴착날이 형성하는 원의 중심 방향)으로 형성되는 3종의 노즐, 또는 외측면 방향까지 포함하는 4종의 노즐을 포함하는 워터젯(131)이 구비되고, 굴착날(110) 내부에 쐐기보호대(112)가 형성되어 굴착날(110)을 보호하고, 동시에 굴착되지 않은 암반 부분을 할렬시킨다.

굴착날(110)의 외면에는 길이 방향으로 슬롯(113)이 형성되며, 이 슬롯(113)은 배치된 압력배관(114)이 암반에 의해 파손되는 것을 방지함과 동시에, 절삭되는 암석 조각과 물의 배출 통로로 사용된다. 여기서, 굴착날(110)은 굴착기(10)의 유압라인에 연결된 구동장치(120)에 의하여 구동된다.

즉, 본 발명에서 굴착된 암석 조각과 워터젯(131)으로 사용된 물은 굴착날(110)의 외면에 길이 방향으로 형성된 슬롯(113)을 통해 배출되도록 하여 천공 및 절단 시 수압에 의한 효율 저하를 방지할 수 있게 한다. 또한, 제1노즐(131a), 제2노즐(131b), 제3노즐(131c) 및 제4노즐(131d)에 의한 굴착 공간도 굴착되는 암석 조각과 워터젯(131)에 사용된 물의 배출 통로로 사용된다.

한편, 굴착날(110)은 1/4원호 형상으로 이루어지고, 연결핀(111)을 중심으로 서로 마주보며 회전하면서 암반을 굴착함으로써 워터젯(131)의 제1노즐(131a)에 의해 천공된 구멍을 따라 삽입된다. 따라서 굴착날(110)이 삽입될 때 특별히 마찰저항이 발생하지 아니한다.

도 9 및 도 13에 도시된 바와 같이 굴착날(110)의 직경은 굴착날(110) 끝단부터 약 1/2 부분까지 원활한 삽입을 위해 제1노즐(131a)에 의한 천공경인 50mm 보다 작게 하되, 후미로 갈수록 단면이 점차 증가하도록 한다. 또한 후미에는 쐐기보호대(112)를 결합하여 굴착날(110)의 전체 단면이 천공경보다 점차 증가하게 하여 구동장치(120)의 가압으로 천공경에 굴착날(110)을 계속 압입하는 경우 워터젯(131)에 의하여 미굴착된 암반 블록이 할렬되게 된다.

여기서, 굴착날(110)은 일반 구조용 압연 강재(SS-400)와 동등 이상의 재질을 사용하여야 하며, 내마모강(Anti Resistant Plate)이 가장 적합하다. 특히 암반 굴착 시 암반 표면과 접촉하여 강한 압력을 가하여야 하는 쐐기보호대(112)는 내마모강을 사용하는 것이 좋다.

한편, 고압수를 발생시키는 UHP Power pack(140)은 압력 3,200bar 이상의 고수압과 유량 1,000 l/min 이상의 대유량을 발생시킬 수 있게 한다.

제1노즐(131a), 제2노즐(131b), 제3노즐(131c) 및 제4노즐(131d)로 이루어진 워터젯(131)은 각각의 굴착날(110) 내부에 설치되어 굴착 시 암반과의 마찰에 의해 손상이 발생하지 않도록 하되, 노즐의 직경과 수량은 암반의 강도, UHP Power pack(140)의 작동압력 및 유량, 천공 및 굴착 속도에 따라 변경될 수 있게 한다.

도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이 제1노즐(131a)은 4개의 굴착날(110)의 전방에 설치되어 굴착날(110)을 삽입하는 경로를 만드는 기능을 수행한다.

여기서 제1노즐(131a)의 굴착 직경은 10cm 굴착 깊이에서 5cm로 설정하고, 천공속도는 국내 암반의 평균적인 인장강도 5 ~ 20 MPa, 압축강도 50 ~ 250 MPa 인 경우 1m/min 정도로 설정하며, 굴착 깊이는 200 ~ 600mm로 한다. 다만, 천공 속도는 노즐의 직경과 수량, 암반의 강도, UHP Power pack(140)의 작동압력 및 유량 등에 따라 달라질 수 있게 한다.

또한, 도 8 및 도 11에 도시된 바와 같이 제2노즐(131b)은 제1노즐(131a) 후미에 두 개씩 마주보도록 굴착날(110)의 내측면에 설치되어 굴착되는 암반 블록의 외주면을 최대한 절단하는 기능을 수행한다.

여기서 제2노즐(131b)의 굴착 직경은 20cm 굴착 깊이에서 5cm 로 하여 두 개의 제2노즐(131b)이 서로 마주보며 고압수가 분사되어 도 11에 도시된 바와 같이 두 노즐 사이 암반이 굴착이 가능하도록 한다. 다만, 절단 속도는 노즐의 직경과 수량, 암반의 강도, UHP Power pack(140)의 작동압력 및 유량 등에 따라 달라질 수 있게 한다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 제3노즐(131c)은 제2노즐(131b) 후미에 굴착날(110)의 내면에 설치된다.

제3노즐(131c)은 도 12에 도시된 바와 같이 암반의 굴착이 용이하도록 굴착되는 암반 블록의 양 측면을 절단하며, 굴착 직경은 20cm 굴착 깊이에서 5cm 로 하며, 절단 속도는 노즐의 직경과 수량, 암반의 강도, UHP Power pack(140)의 작동압력 및 유량 등에 따라 달라질 수 있게 한다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 필요에 따라 제4노즐(131d)이 추가로 구비될 수도 있다. 이 제4노즐(131d)은 굴착날(110)이 자유면 근처에 삽입되는 경우 제3노즐(131c)을 사용하지 아니하고, 제1, 2 및 4노즐 만을 사용함으로써 암석을 굴착하는 경우에 사용할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 설명한다.

종래에는 암반 굴착 시 크롤러 드릴에 의한 천공, 할암기에 의한 암반 할암, 브레이커에 의한 굴착암 소할, 굴착기에 의한 굴착암의 상차(덤프트럭)를 하므로 다수의 장비와 인원 및 많은 시간이 소요되었으나, 본 발명인 워터젯 굴착기는 굴착(drilling), 덜 굴착된 암반 블록의 절단 또는 할렬(rock splitting), 분리된 암반의 이동 또는 제거(mucking) 작업을 하나의 장비로 수행함으로써, 진동 및 소음의 발생이 최소화되고, 굴착작업이 매우 신속할 뿐 아니라 효율적이고 경제적이다.

본 발명의 워터젯 굴착기를 이용한 암반 굴착 공법은 도 14에 도시된 바와 같이, 굴착장치(100)를 암반에 거치시키는 거치단계(S10)와, 고압수를 분사하면서 굴착장치(100)를 회전시키는 굴착단계(S20)와, 미굴착된 암반을 할렬시키는 할렬단계(S30)와, 굴착 및 할렬된 암반을 굴착기(10)의 암(11)으로 이동시키는 이동단계(S40)를 포함한다. 한편, 워터젯 굴착기와 관련된 구성은 도 1 내지 도 7을 참조하도록 한다.

거치단계(S10)는 굴착장치(100)를 암반 상에 거치시켜 암반 굴착 작업을 준비하는 단계이다. 이는 굴착하고자 하는 암반의 형상, 위치 등을 고려하여 거치하게 된다.

굴착단계(S20)는 각 굴착날(110)에 구비된 복수의 노즐로 고압수를 분사하면서 구동장치(120)를 구동하여 굴착장치(100)를 회전시킨다. 이 경우 제1 내지 4노즐 중 어느 노즐을 사용할 것인지는 암반의 형상이나 굴착하고자 하는 위치 등에 따라 결정하게 된다.

할렬단계(S30)는 각 굴착날(110)에 구비된 복수의 노즐로 고압수를 계속 분사하면서 굴착기(10)에 구비된 구동장치(120)를 구동시켜 굴착날(110)에 형성된 쐐기보호대(112)가 굴착공 내로 삽입되게 하여 미굴착된 암반을 할렬시키는 단계이다. 이 단계에서는 노즐의 고압수에 의해 굴착이 되지 않은 나머지 부분을 할렬하게 된다.

이동단계(S40)는 할렬된 암반을 굴착기(10)의 암(11)으로 들어서 옆으로 이동시키거나 트럭 등에 상차하는 단계이다.

종래에는 자유면이 없는 경우 할암기로 압력을 가하더라도 구속압에 의하여 할암이 이루어지지 않으므로 암반에 자유면을 형성하여야 했으나 본 발명에서는 자유면이 있는 경우뿐만 아니라 자유면이 없는 경우에도 용이하게 굴착이 가능하며, 이에 대한 설명은 아래와 같다.

먼저, 도 15a~c에 도시된 바와 같이 암반에 자유면이 없는 경우 워터젯 굴착기의 굴착장치(100)를 암반의 상부 굴착 위치에 정치한 후 워터젯(131)을 분사하여 암반을 굴착한다. 즉, 자유면이 없는 경우, 암반에 굴착장치(100)를 위치시킨 후 워터젯(131)을 분사, 즉 제1노즐(131a), 제2노즐(131b), 및 제3노즐(131c) 만으로 고압수를 분사하면서 구동장치(120)를 작동시키면 반원기둥 형상의 암반으로 굴착할 수 있다.

또한, 도 16a~c에 도시된 바와 같이 암반에 자유면(수직면)이 있는 경우 워터젯 굴착기의 굴착장치(100)를 자유면의 모서리에 정치한 후 워터젯(131)을 분사, 즉 제1노즐(131a), 제2노즐(131b), 및 제3노즐(131c) 만으로 고압수를 분사하면서 구동장치(120)를 작동시키면 1/4원기둥 형상의 암반으로 굴착할 수 있다.

또한, 도 17에 도시된 바와 같이 암반에 자유면이 있는 경우에 상술한 방법과 다른 방법으로 굴착할 수도 있다. 즉 자유면에서 조금 떨어진 안쪽에 굴착장치(100)를 자유면과 나란하게 위치시킨 후 자유면에 가까운 쪽의 굴착날(110)은 제1노즐(131a), 제2노즐(131b), 및 제4노즐(131d) 만을 작동시키고, 자유면에서 먼 쪽의 굴착날(110)은 제1노즐(131a), 제2노즐(131b), 및 제3노즐(131c) 만을 작동시키면 반원기둥 형상으로 암반을 굴착할 수 있다.

또한, 도 18에 도시된 바와 같이 한 쪽의 굴착날(110)의 내측면이 자유면에 접하도록 설치한 후, 자유면 쪽의 굴착날(110)은 제2노즐(131b)만을 작동시키고, 자유면에서 먼 쪽의 굴착날은 제1노즐(131a), 제2노즐(131b), 및 제3노즐(131c) 만을 작동시키면 반원기둥 형상으로 암반을 굴착할 수 있다.

결국 본 발명은 암반의 형상과 굴착하고자 하는 위치에 따라 제1노즐(131a), 제2노즐(131b), 제3노즐(131c) 및 제4노즐(131d)을 선택적으로 작동시킴으로써 편리하고 효율적으로 굴착할 수 있는 장점이 있다.

한편, 굴착된 암반 블록의 크기는 굴착암의 소할이 불필요하도록 직경 30cm 이내가 되도록 하는 것이 좋고, 굴착암의 크기가 큰 경우에도 1회 또는 2회의 최소 타격으로 굴착암이 직경 30cm 이내가 되도록 굴착날(110) 크기를 규정하도록 하는 것이 좋다.

이처럼, 본 발명은 굴착장치(100)를 암반상에 거치하는 거치단계(S10)와, 각 굴착날(110)에 구비된 복수의 노즐 중 하나 이상으로 고압수를 분사하면서 구동장치(120)를 구동하여 굴착장치(100)를 회전시키는 굴착단계(S20)와, 각 굴착날(110)에 구비된 복수의 노즐 중 하나 이상으로 고압수를 계속 분사하면서 구동장치(120)를 구동하여 쐐기보호대(112)가 굴착공 내로 삽입되게 함으로써, 미굴착된 암반을 할렬시키는 할렬단계(S30)와, 할렬된 암반을 굴착기(10)의 암으로 들어서 이동시키는 이동단계(S40)로 이루어져 굴착, 할렬 및 이동이 순차적으로 이루어지도록 하여 작업 편의성과 작업 효율성을 향상시키고, 암반 굴착 시 진동 및 소음 발생을 최소화시킬 수 있게 한다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 구성되거나 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 굴착기 11 : 암
100 : 굴착장치 110 : 굴착날
111 : 연결핀 112 : 쐐기보호대
113 : 슬롯 114 : 압력배관
120 : 구동장치 131 : 워터젯
131a : 제1노즐 131b : 제2노즐
131c : 제3노즐 131d : 제4노즐
140 : UHP power pack
S10 : 거치단계 S20 : 굴착단계
S30 : 할렬단계 S40 : 이동단계

Claims (9)

1. 굴착기의 암의 단부에 회전 가능하게 구비되고 복수의 굴착날을 포함하는 굴착장치와;
   일단은 상기 굴착장치에 연결되고, 타단은 상기 굴착기의 암에 연결되며 유압에 의해 상기 굴착장치를 구동하는 구동장치와;
   상기 굴착장치의 각 굴착날에 구비되고 서로 다른 방향으로 고압수를 분사하여 암반을 굴착하는 복수의 노즐로 구성된 워터젯;을 포함하고,
   상기 굴착날은 총 4개이며 2개씩 쌍으로 이루어지되, 상기 암의 단부 일측에 한 쌍의 상기 굴착날이 연결핀을 통해 회전 가능하게 연결되고, 상기 암의 단부 타측에 다른 한 쌍의 상기 굴착날이 연결핀을 통해 회전 가능하게 연결되며,
   상기 각 굴착날들은 1/4원호형상이고,
   상기 워터젯은,
   상기 각 굴착날의 전방에 구비되어 상기 굴착날의 전방으로 고압수를 분사하는 제1노즐과;
   상기 각 굴착날의 내측면에 구비되어 상기 굴착날의 내측면방향으로 고압수를 분사하는 제2노즐과;
   상기 각 굴착날 내면에 구비되어 상기 굴착날 내면방향으로 고압수를 분사하는 제3노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯 굴착기.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 굴착날의 내면에는 굴착날을 보호하고, 굴착된 암반을 할렬시키는 쐐기보호대가 구비되는 워터젯 굴착기.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 굴착날의 외면에는 길이 방향으로 슬롯이 형성되며,
   상기 슬롯에는 상기 복수의 노즐들에 고압수를 공급하는 압력배관이 구비되는 워터젯 굴착기.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 압력배관은 상기 복수의 노즐들 각각에 연결되도록 복수로 구성되고,
   상기 노즐들은 선택적으로 개폐가 가능한 워터젯 굴착기.
   
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 워터젯은,
   상기 각 굴착날의 외측면에 구비되어 상기 굴착날의 외측면방향으로 고압수를 분사하는 제4노즐을 더 포함하는 워터젯 굴착기.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 굴착기에 고압수를 발생시키는 UHP(Ultra High Pressure water jet) Power Pack을 더 포함하는 워터젯 굴착기.
   
9. 청구항 1, 3 내지 5, 7, 8 중 어느 한 항의 워터젯 굴착기를 이용한 암반 굴착 공법에 있어서,
   상기 굴착장치를 암반상에 거치하는 거치단계;
   상기 각 굴착날에 구비된 복수의 노즐 중 하나 이상으로 고압수를 분사하면서 상기 구동장치를 구동하여 상기 굴착장치를 회전시키는 굴착단계;
   상기 각 굴착날에 구비된 복수의 노즐 중 하나 이상으로 고압수를 계속 분사하면서 상기 구동장치를 구동하여 상기 굴착날이 굴착공 내로 삽입되게 함으로써, 미굴착된 암반을 할렬시키는 할렬단계; 및
   상기 할렬된 암반을 상기 굴착기의 암으로 들어서 이동시키는 이동단계;를 포함하는 암반 굴착 공법.

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