KR101658016B1

KR101658016B1 - 다분할 계단발파 공법과 여기에 사용되는 폭약용기 그리고 그의 시공방법

Info

Publication number: KR101658016B1
Application number: KR1020150180681A
Authority: KR
Inventors: 주영옥
Original assignee: 원하티앤알비(주); 주영옥
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2016-09-21

Abstract

본 발명은 다분할 계단발파 공법과 여기에 사용되는 폭약용기 그리고 그의 시공공법에 관한 것으로, 다분할 계단발파 공법은 2자유면의 계단식 암반발파에 있어서 각각의 자유면에 일정 간격을 두고 1차 발파공을 각각 한 쌍씩 복수 조를 천공하고 각 조의 1차 발파공들 사이에 2차 발파공을 균열권 내에 들도록 천공하여, 1차 발파공 및 2차 발파공으로 이루어지는 제1 천공부와 1차 발파공 및 2차 발파공으로 이루어지는 제2 천공부를 구성하고, 상기 제1 천공부와 제2 천공부 사이에 3차 발파공을 천공하여 제3 천공부를 구성하되, 상기 제1 및 제2 천공부는 3차 발파공에 대하여 균열권 내에 들도록 배치되며, 제1 내지 제3 천공부로 구성되는 발파공들은 적어도 1열 이상 배열되고, 상기 제1 천공부에서의 2차 발파공과 1차 발파공들 사이의 거리와 상기 제2 천공부에서의 2차 발파공과 1차 발파공들 사이의 거리는 각각 서로 동일하고, 상기 제3 천공부에서의 3차 발파공을 중심으로 양방향의 제1 및 제2 천공부들까지의 거리는 각각 서로 동일하되, 상기 제3 천공부와 제1 및 제2 천공부들 사이의 거리는 상기 제1 및 제2 천공부들에서의 발파공들 사이의 거리와 적어도 동일하거나 그보다 길다.

Description

다분할 계단발파 공법과 여기에 사용되는 폭약용기 그리고 그의 시공방법{MULTISECTED BENCH CUT BLASTING METHOD AND EXPLOSIVE CONTAINER USED THEREIN AND EXECUTION METHOD THEREOF}

본 발명은 암반 파쇄를 위한 발파공법과 폭약 및 시공에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자유면을 최대한 이용할 수 있도록 암반 표면을 여러 단위로 나누어 발파하는 다분할 계단발파공법과 여기에 사용되는 폭약용기 및 그의 시공방법에 관한 것이다.

인류는 20세기에 접어든 이후 약 100년에 불과한 짧은 기간 동안 엄청난 양의 사회간접자본을 일거에 구축하였으며, 국내에서도 60년대 이후 급속한 산업발달로 인해 도로와 항만, 철도, 공항 등 물류시설이 사회간접자본으로 꾸준히 건설되어 왔다. 특히, 건설과정에서 이루어지는 도로 및 철도의 노반공사, 댐공사, 택지조성공사, 터널개착공사, 석산개발 등은 일반적으로 발파공법에 의존하고 있으며, 통상적인 발파공법들에는 계단발파, 트렌치발파, 지하발파, 외곽공발파, 제어발파, 수중발파, 특수발파 등이 있다.

발파공법에 이용되는 폭약의 역사를 간단히 소개하면, 17세기 초 흑색화약이 소개되어 유럽의 광산업에서는 열에 팽창되어지는 암석의 물리적인 성질에 따라 불에 굽는 방법에서 발파용 폭약을 가지고 발파하는 방법으로 발전하였다. 광산업에는 흑색화약 도입이 비교적 급속히 진행되어 17세기 말 경에는 대부분의 유럽 광산업자들이 암석을 파괴하는데 흑색화약을 사용하였으며, 흑색화약은 건설업에도 광범위하게 사용되었다.

1831년 William Bickfod가 "광산안전 도화선"을 발명하기까지는 화약의 기폭은 위험한 작업이었다. 흑색화약을 기폭하는데 여러가지 위험한 방법이 이용되었으며, 안전한 도화선의 발명으로 발파자는 정확성과 신뢰성으로 흑색화약을 기폭할 수 있게 되었다. 1846년 이탈리아인 Ascanio Sobrero이 니트로글리세린을 발견하였고, 이후 스웨덴에서 알프레드 노벨(Alfred Nobel)과 그의 형제들에 의해 니트로글리세린을 이용한 폭약 제조회사인 "Nitroglycerin Aktiebolaget"가 설립되었다.

니트로글리세린의 문제점은 어떻게 해서 확실하게 기폭될 것인가 하는 것인데, 1867년 알프레드 노벨이 뇌홍뇌관(雷汞雷管)을 발명함으로써 이 문제는 해결되었다. 이 뇌관과 도화선을 사용하는 기폭법은 니트로글리세린 점화법이 되었다. 니트로글리세린은 급속도로 전세계로 퍼져나갔고, 세계 도처에 공장이 설립되었다. 그러나, 유럽과 미국에서 비참한 폭발이 일어나 사람들은 이 새로운 폭약을 제조하고 사용하는데 위험을 인식하게 되었고, 그 이후 니트로글리세린을 교반하여 종이약포에 포장한 다이너마이트(Dynamite)가 발명되었다. 그것은 흑색화약의 폭파력보다 무려 20배나 더 강한 폭파력을 가진 폭약이었다.

현재 일반적으로 사용되고 있는 폭약 종류로는 다이너마이트, 함수폭약, TNT, 질산 메틸아민 나이트레이트(MAN), 에멀젼 폭약 등이 있다.

토목에서 사용되는 뇌관은 모두 알프레드 노벨의 기본적인 생각에서 개발되었다. 대규모 발파에서 비석, 파쇄업도 지반지동의 제어를 가능하게 하는 새로운 발파기술의 발달로 MS 전기뇌관의 개발은 불가피하였다. 전기에 의한 기폭은 미국보다는 유럽에서 더 널리 받아들여졌고, 미국에서는 비전기식 점화방법이 더 흔히 사용되고 있다. 최근에 새로운 비전기적 Milli-Second(MS) 뇌관인 NONEL이 개발되어 널리 이용되고 있다.

다음으로 발파원리를 살펴보면, 암석은 폭약의 폭파에 의해 아래와 같이 3단계의 작용을 받는다.

첫 번째 단계에서는, 기폭지점에서 시작하여 발파공 벽을 부숴버림으로써 발파공이 팽창한다. 이것은 폭굉시의 고압에 기인한다.

두 번째 단계에서는, 압축응력파가 발파공에서 방사형으로 전주위에 암석의 탄성파 속도와 같은 속도로 확산된다. 압축응력파가 암석 자유표면에서 반사하면, 발파공과 자유표면 간의 암반에 인장력이 생긴다. 암석의 인장력이 클 경우에 정확하게 설계된 발파라면 저항선 부분의 암석은 파괴된다.

세 번째 단계에서, 방출된 다량의 기체가 고압으로 갈라진 균열 사이로 들어가서 그 균열을 팽창시킨다. 발파공과 자유면 사이의 거리가 정확하게 계산되어졌다면 발파공과 자유면 사이의 암석은 파괴되어 분출한다.

이제 본 발명과 직접적으로 관련된 계단발파에 대하여 설명한다.

계단발파(bench cut blasting)는 가장 흔히 이용되는 발파공법으로서, 수직이거나 수직에 가까운 1열 또는 여러 개의 열의 발파공을 자유면을 향해 발파하는 것으로 정의할 수 있으며, 계단면에서 떨어져 있을 수도 있고 계단면에 구속되어 있을 수도 있다.

현재 널리 사용되고 있는 계단발파는 천공형태에 따라 하향천공형과 수평천공형으로 구분할 수 있으며 용도에 따라 일반채석형과 토우형으로 구분할 수 있다.

하향천공형 계단발파 공법은 2자유면의 노천발파에서 가장 많이 활용되는 것으로, 주 천공방향이 지면에서 수직 하향 또는 경사방향이며 이 방법은 장비를 최대한 활용하여 대량 발파를 수행할 수 있으므로 채석장이나 부지정리, 터파기 등에 많이 활용하고 있다.

특히, 일반채석형으로서의 하향천공형 계단발파 공법은 암반에 형성된 계단의 지표면인 상부자유면에서 수직 내지 경사자유면과 평행하게 하향 천공하여 발파하는 것으로서, 공저 부분에 부분적으로 잔류공이 남아 지상의 발파면이 일정하지 않으므로 천공작업에 어려움이 있고 장비의 이동이 곤란하며 구조물의 신축시 바닥 기초 등에 부적합한 점 등과 같은 단점들이 있으나, 대량의 발파가 가능하므로 생산성이 높아 대단위 채석장에서 가장 많이 사용되고 있다.

수평천공형 계단발파 공법은 작업여건상 하부에서 상부방향으로 발파하여야 하는 터널 및 지하동굴의 계단발파에 주로 이용되는 것으로, 작업장에 많은 제한이 있어 하향천공형에 비해 생산성이 떨어지는 관계로 거의 사용되지 않고 있다.

특히, 일반채석형으로서의 수평천공형 계단발파 공법은 계단의 수직 내지 경사자유면에서 상부자유면과 평행하게 수평천공하여 발파하는 것으로서, 하향식 천공방법과 같이 공저 부분이 일정하게 발파되지 않는 단점이 있으며, 사용 개소는 제한된 터널이나 지하동굴의 계단발파에 주로 많이 사용되고 있다.

또한, 토우형 계단발파 공법은 하향천공형 계단발파 방법에서 발생되는 공저 부분을 비교적 일정하게 하기 위하여 주 천공방향의 끝부분인 공저 부분에 천공방향과 직각방향으로 토우공을 천공하여 발파함으로써 발파의 마무리면을 고르게 할 수 있게 되나, 상대적으로 많은 수의 천공을 하여야 하므로 작업시간이 길어지고 작업비용도 상승되는 단점이 있다.

한편, 종래의 계단발파 공법들은 주 발파방향을 상부 자유면 또는 수직 자유면의 한쪽 방향으로 일괄되게 천공하고 뇌관의 위치에 따라 봉상장약이나 분산장약을 실시하여 2자유면에서의 발파효과만을 이용하게 되는 것으로, 2자유면에서의 계단발파는 대부분 노천에서 이루어지므로 주위의 민가나 건물, 축사 및 어장 등에 많은 환경피해를 줄 수 있다.

노천발파시 나타나는 환경피해는 발파진동, 소음, 폭풍압, 비석 등으로서 이러한 원인은 천공된 암반에서 폭약이 폭발할 때 큰 에너지가 짧은 시간에 방출되는 강력한 화학반응으로부터 상당부분이 진동과 소음, 열 및 빛 등의 에너지로 손실되면서 주변암반이나 구조물에 손상을 입히게 된다.

환경피해 중 나타나는 발파진동은 밀폐된 장약공이 폭굉할 때 기폭 직후에 폭굉압이 최고치에 달하고 그 충격점 근처의 암석은 파쇄되지만 발파로 인하여 발생하는 총에너지 중에서 0.5 내지 20%는 탄성파로 변환되어 발파진동으로 소비되며, 이러한 탄성파가 암반 중으로 전파함으로써 지면에서는 진폭과 주기를 갖는 진동으로 나타난다.

또한, 환경피해 중 발파소음은 폭발에 의한 에너지 중 일부가 탄성파나 공중에 전파되는 발파음으로 주위에 전파하면서 소비되며 공중에 발생하는 파동은 폭원 근방에서는 충격파의 형태를 취하지만 폭원에서 어느 정도 떨어진 곳에서는 음파로 전파한다.

이러한 환경피해를 방지하기 위해서는 가능한 폭약의 폭발에너지가 암반의 파쇄에 많이 작용할 수 있도록 공간과 자유면의 수를 늘려줌으로써 적정 발파가 이루어지도록 할 필요가 있다.

아울러, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 미진동 발파공법인 팽창성 파쇄제, 미진동 파쇄기 및 유압 잭을 이용한 파쇄 공법들이 개발되어 산업현장에서 일반적으로 이용되고 있는데, 이러한 공법들은 나름대로 단점들이 있다.

먼저, 팽창성 파쇄 공법(한국특허등록 제0087640호 참조)은 석회계의 규산염을 주재료로 하여 경화 시 팽창되는 힘을 통해 암석을 파쇄하는 것으로, 진동과 소음 발생은 없지만 시공성이 떨어져 대규모 공사 현장에는 적용하기 어려우며, 특히 재질의 특성상 우기나 동절기에는 사용이 전혀 불가능한 문제점이 있다.

다음으로, 미진동 파쇄기 사용 공법(한국실용신안등록 제0319953호 참조)은 고열과 고압의 팽창력을 이용한 것으로서 진동이 발생되지 않으며, 또한 필요로 하는 곳, 즉 부분적인 파쇄가 가능한 장점이 있으나, 상기 공법은 균열이 있는 암반이나 혹은 시공시에 전색을 치밀히 수행하지 못할 경우 발파 자체가 불가능하며, 특히 발파시 암반이 비산됨으로 인해 안전사고의 위험이 크다. 또한, 전색을 하기 위해 사용되는 시멘트 모르타르의 경우 타설 후 30∼60분 이상의 경화시간을 필요로 하므로 작업능률이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 유압 잭(jack)을 이용한 파쇄공법(한국특허등록 제1439974호 참조)은 암석에 천공을 한 뒤, 금속 쐐기를 삽입하여 유압을 작동함으로써 쇄기가 팽창되는 원리를 이용한 것으로, 진동 및 비산이 없으며, 특히 시공이 안전하고 간편한 장점은 있으나, 상기 공법의 경우 2차적인 파쇄가 필요하며 시공성이 낮아 대규모 현장에는 적용할 수 없는 단점이 있다.

이에 본 출원인은 지난 30여년 동안 연구하고 경험한 발파지식을 근거로 발파진동과 소음, 비석, 폭풍압, 분진 등 발파공해를 최소화하고 암반의 안정성 확보와 안전한 작업이 가능한 다분할 계단발파 공법을 개발하게 되었으며, 따라서 본 발명은 천공 및 기폭 패턴을 조정하여 자유면을 최대한 이용하여 발파공해와 그에 의한 환경피해를 최소화할 수 있는 다분할 계단발파공법, 및 장약공 내 장약 분산을 통한 발파효율의 상승효과와 더불어 발파공해인 진동 및 소음을 줄이고, 또한 발파 후 대개(큰 파쇄석)를 줄일 수 있는 폭약용기와 그의 시공공법을 제공하는 목적을 갖는다.

일반적으로 노천발파에서 발생될 수 있는 환경공해는 발파진동, 소음, 폭풍압, 비석 등으로서, 이러한 원인은 천공된 암반에서 폭약이 폭굉할 때 큰 에너지가 짧은 큰 에너지가 짧은 시간에 방출되는 강력한 화학반응으로부터 상당부분이 진동과 소음, 열 및 빛 등의 에너지로 손실되면서 주변암반이나 구조물에 손상을 입히게 된다. 이렇게 손실된 폭발에너지를 가능한 한 암반의 파쇄에 많이 작용될 수 있도록 하기 위해서는 자유면의 수를 늘려주고 지발당 장약량을 줄여 적정발파가 되도록 하여야 한다. 또한, 발파공해에 대한 영향이 없는 구간에 대해서는 발파당 채석체적 및 충분한 파쇄도를 놓여 효율적인 암굴착 작업이 이루어져야 한다.

이에 따라 개발된 본 발명의 다분할 계단발파공법은 도심지 또는 지장물이 많은 지역의 암발파나 건물의 터파기발파, 터널의 주변공과 계단발파, 또는 도로의 암발파를 효과적이면서 가장 경제적으로 공사할 수 있는 계단발파로서, 발파개소 주위의 가옥, 구조물, 축사 및 어장 등에 나타나는 발파공해를 최소화하고 대절토구간의 사면안전성을 확보하여 슬라이딩을 방지할 수 있는 새로운 개념의 계단발파 공법이다.

본 발명에 따르면, 2자유면의 계단식 암반발파에 있어서 각각의 자유면에 일정 간격을 두고 1차 발파공을 각각 한 쌍씩 복수 조를 천공하고 각 조의 1차 발파공들 사이에 2차 발파공을 균열권 내에 들도록 천공하여, 1차 발파공 및 2차 발파공으로 이루어지는 제1 천공부와 1차 발파공 및 2차 발파공으로 이루어지는 제2 천공부를 구성하고, 상기 제1 천공부와 제2 천공부 사이에 3차 발파공을 천공하여 제3 천공부를 구성하되, 상기 제1 및 제2 천공부는 3차 발파공에 대하여 균열권 내에 들도록 배치되며, 제1 내지 제3 천공부로 구성되는 발파공들은 적어도 1열 이상 배열되고, 상기 제1 천공부에서의 2차 발파공과 1차 발파공들 사이의 거리와 상기 제2 천공부에서의 2차 발파공과 1차 발파공들 사이의 거리는 각각 서로 동일하고, 상기 제3 천공부에서의 3차 발파공을 중심으로 양방향의 제1 및 제2 천공부들까지의 거리는 각각 서로 동일하되, 상기 제3 천공부와 제1 및 제2 천공부들 사이의 거리는 상기 제1 및 제2 천공부들에서의 발파공들 사이의 거리와 적어도 동일하거나 그보다 길다.

다른 예로, 상기 1차 발파공을 하향공인 2차 발파공의 공저 하부에 일정거리를 유지한 채 수평공으로 천공하거나 상기 2차 발파공을 하향공인 1차 발파공의 공저 하부에 일정거리를 유지한 채 수평공으로 천공하여, 하향공 1개에 수평공 2개 또는 수평공 1개에 하향공 2개를 각각 1개조로 천공하는 방법이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명은 암반 표면에 천공된 장약공 내부의 장약을 분산시켜 발파하기 위해 상기 장약공 내부의 장약들 사이에 설치되는 폭약용기와 그의 시공 및 발파공법을 제공하는 것으로, 상기 폭약용기는 장약을 수용하는 일정 크기의 공간부를 갖는 용기 몸체와, 상기 공간부에의 장약 충전을 위해 상기 용기 몸체의 적어도 일 단부에 개폐가능하게 결합되는 마개를 포함하고, 상기 용기 몸체의 일 단부에 결합되는 상기 마개의 결합돌기 단부에는 용기 내부에 장약 기폭수단으로서의 뇌관이 장착되도록 뇌관홈이 형성되며, 상기 뇌관홈에 대응하여 상기 마개의 외측 단부는 또 다른 용기의 일 단부가 결합가능하도록 상기 결합돌기의 안쪽으로 오목한 체결홈으로 이루어져 있다. 한 예로, 상기 용기 몸체는 하나의 외부 몸체와 상기 외부 몸체에 슬라이딩 인출가능하게 삽입되는 하나의 내부 몸체로 구성되고, 상기 외부 몸체와 상기 내부 몸체의 대응 끝단들에는 상기 내부 몸체의 슬라이딩 인출시 상호 걸림이 가능하도록 홈과 돌기가 각각 형성된 구조를 갖출 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 용기 몸체는 일 단부가 밀폐되고 타 단부는 개방되어 마개가 개폐가능하게 결합되거나 양 단부 모두 개방되어 마개가 개폐가능하게 결합되는 구조이며, 상기 일 단부가 밀폐된 구조인 경우 상기 일 단부에 상기 마개의 체결홈에 억지끼움 또는 나사결합하기 위한 체결돌기가 형성되고, 상기 양 단부 모두 개방된 구조인 경우 상기 체결홈을 갖는 마개에 억지끼움 또는 나사결합 가능하도록 다른 하나의 마개에 체결돌기가 형성된 것일 수 있으며, 뇌관홈의 바닥면에는 뇌관으로부터 연장된 전선이 통과할 수 있도록 구멍이 천공될 수 있고, 이 구멍을 통과한 전선은 뇌관홈과 대응하는 체결홈을 통해 장약공의 외부로 연장하여 인출될 수 있다.

본 발명의 폭약용기는 상기 장약공 내부의 장약들 사이에 개재되어 장약 상층부와 장약 하층부로 분리하고, 상기 용기 몸체의 표면 상단 및 하단에 각각 하나 이상의 장약 지지판들을 구비하여 상부의 장약 지지판이 장약 상층부를 지지하고 하부의 장약 지지판이 장약 하층부를 지지하며 상기 장약 상층부와 장약 하층부가 서로 이격되도록 하여 상기 장약의 상층부와 하층부 사이에 일정한 크기의 공기층을 형성함과 동시에 상기 용기 몸체를 통해서는 장약 상층부와 장약 하층부를 이어주도록 구성되되, 상기 장약 지지판들은 용기 몸체 표면에 일체로 형성되거나 각각의 장약 지지판의 상,하단에 위치하는 용기 몸체 표면상에 각각 하나 이상의 고정수단을 끼움 배치하는 것에 의해 설치되고, 상기 고정수단은 탄성력과 마찰력을 함께 갖는 링 형상의 부재가 제공된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 다분할 계단발파공법은 도심지 또는 지장물이 많은 지역의 암발파나 건물의 터파기발파, 터널의 주변공과 계단발파, 또는 도로의 암발파를 효과적이면서 가장 경제적으로 공사할 수 있는 공법으로서, 최대한 파쇄효율을 높일 수 있고, 또한 발파개소 주위의 가옥, 구조물, 축사 및 어장 등에 나타나는 발파공해를 최소화하고 대절토구간의 사면안전성을 확보하여 슬라이딩을 방지할 수 있는 새로운 개념의 발파방법을 제공한다. 아울러, 본 발명은 진동제어 측면이나 발파당 채석체적을 증가시키는 측면 등 양자 모두에서 적용가능한 공법으로서 정부 발주공사의 예산절감은 물론 현재 시공중에 있는 현장에서의 민원발생에 사전에 대처할 수 있는 유용한 공법이다. 또한, 본 발명은 암반 표면에 천공된 장약공 내부의 장약들 사이에 폭약용기를 개재시킴으로써 장약 상층부와 장약 하층부로 각각 장약 분산을 유도하여 발파하는 것으로, 이를 통해 종래에 비해 훨씬 적은 양의 폭약 사용이 가능할 뿐만 아니라 이러한 분산 이격된 장약층들을 연결하여 장폭은 늘려줌으로써 기존 방식과 실질적으로 동일한 파쇄효과는 물론 대개(큰 파쇄석)의 발생을 최소화할 수 있다. 더욱이, 장약 상층부와 장약 하층부 사이에 형성된 공기층에 의해 장약 폭발시 발파공해인 소음과 진동을 더욱 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태로서 1열 천공패턴의 다분할 계단발파공법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태로서 2열 천공패턴의 다분할 계단발파공법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 폭약용기의 구조와 그 사용예들을 도시한 것으로, 도 3a는 폭약용기의 분해사시도, 도 3b는 폭약용기의 제1 설치상태도, 도 3c는 폭약용기의 제2 설치상태도, 도 3d는 폭약용기의 제3 설치상태도, 도 3e는 폭약용기의 제4 설치상태도이다.
도 4는 도 3의 폭약용기의 제1 변형례로서, 도 4a는 폭약용기의 분해 사시도, 도 4b는 폭약용기의 제1 설치상태도, 도 4c는 폭약용기의 제2 설치상태도이다.
도 5은 도 3의 폭약용기의 제2 변형례로서, 도 5a는 폭약용기의 분해사시도, 도 5b는 폭약용기의 제1 설치상태도, 도 5c는 폭약용기의 제2 설치상태도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.

본 발명의 계단발파공법은 기존에 시행하고 있는 2자유면 발파의 한계성과 발파면에 대한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 천공방향과 발파방법을 다분할하여 각각 구분발파가 되게 하는 독특한 발파메커니즘을 제공한다.

이 방법은 먼저 실시되는 1차 발파공의 발파를 통해 2차 발파공 주위에 많은 균열과 공간을 확보하여 줌과 동시에 자유면의 수를 늘려주어, 이어서 실시되는 확장공 발파가 원활히 이루어질 수 있도록 하고, 2차 발파공이 발파되면 성곽 형태의 완벽한 4자유면이 형성되므로 주변의 환경피해를 최소화하고 비장약량을 개선하여 발파효율을 증대시킬 수 있는 새로운 개념의 발파공법을 말한다.

이 공법의 내용을 살펴보면, 2자유면의 계단식 암반발파에 있어서 각각의 자유면에 1차 발파공과 확장공으로 구분되는 2,3차 발파공들을 천공하여 2단계 또는 3단계로 발파하는 방법이며, 천공배열은 병렬식과 직렬식으로 현장조건에 따라 다르게 적용할 수 있다.

여기서, 직렬식은 각각의 자유면에 1차 발파공과 확장공을 같은 자유면에 두는 방법을 말한다. 1차 발파공은 2차 발파공에 대해 파쇄권 내지 균열권 내에 천공해야 하는 특징을 가지고 있으며, 발파작업은 1차 발파공을 먼저 발파하여 주위의 암반을 균열시켜 많은 공간이나 자유면을 만든 다음 2차 발파공을 단계적으로 발파한 후 최종적으로 3차 발파공을 발파하는 공법이다. 이에 대해 병렬식은 1차 발파공을 확장공인 하향공의 공저 하부에 일정거리를 유지한 수평공을 천공한다던가 발파방향에 따라 하향공 1개에 수평공 2개 또는 수평공 1개에 하향공 2개를 1개조로 천공하는 방법이다.

도시된 예는 직렬식 천공배열을 기초로 구성한 것으로, 도 1은 본 발명의 제1 실시형태로서 1열 천공패턴의 다분할 계단발파를 보인 것이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시형태로서 2열 천공패턴의 다분할 계단발파를 보인 것이다.

먼저, 도 1에 따르면, 2자유면으로 된 벤치(bench)에서 일정 간격을 두고 하향공인 1차 발파공을 각각 한 쌍씩 복수 조를 천공하고, 각 조의 1차 발파공들 사이에 2차 발파공을 균열권 내에 들도록 천공한다. 이와 같이 하여 제1 천공부(G₁)를 1차 발파공(1,2)과 2차 발파공(3)으로 구성하고, 제2 천공부(G₂)를 1차 발파공(4,5)과 2차 발파공(6)으로 구성한다. 또한, 제1 천공부(G₁)와 제2 천공부(G₂) 사이에 3차 발파공(7)을 천공하고 제3 천공부(G₃)을 구성한다. 여기서, 제1 및 제2 천공부들(G₁)(G₂)은 3차 발파공(7)에 대해 균열권 내에 들도록 배치함이 바람직하다. 이때, 제1 천공부(G₁)에서 2차 발파공(3)과 1차 발파공(1,2) 사이의 거리는 각각 S₁이고, 제2 천공부(G₂)에서 2차 발파공(6)과 1차 발파공(4,5) 사이의 거리도 각각 S₁로서 서로 동일하다. 또한, 제3 천공부(G₃)에서 3차 발파공(7)을 중심으로 양방향의 제1 및 제2 천공부들(G₁)(G₂)까지의 거리는 각각 S₂로서 서로 동일하다. 참고로, 제3 천공부(G₃)에서의 거리(S₂)는 제1 및 제2 천공부(G₁)(G₂)에서의 거리(S₁)와 적어도 동일하거나 그보다 큰 것이 바람직하다.

도시하진 않았지만, 제1 천공부(G₁)의 타측 방향으로 그리고 제2 천공부(G₂)의 타측 방향으로 각각 거리(S₂)를 두고 추가의 3차 발파공들이 천공될 수 있으며 또한 그 너머에 상술한 제1 및 제2 천공부(G₁)(G₂)와 같은 방식으로 제4 및 제5의 천공부들을 구성할 수 있음은 물론이다.

한편, 전술한 상태에서 제1 천공부(G₁)의 1차 발파공(1,2) 및 2차 발파공(3)과 제2 천공부(G₂)의 1차 발파공(4,5) 및 2차 발파공(6)에 각각 약 장약을 하고, 아울러 제3 천공부(G₃)의 3차 발파공(7)에도 약 장약을 한다. 이때, 제1 천공부(G₁) 내 1차 발파공(1,2)과 제2 천공부(G₂) 내 1차 발파공(4,5)에는 각각 동일한 양의 장약을 장입하고, 이들 사이의 2차 발파공들(3)(6)에는 1차 발파공들(1,2)(4,5)에 비해 다소 많은 양의 장약을 장입한다. 또한, 제1 및 제2 천공부(G₁)(G₂)에서의 거리(S₁)들에 비해 제3 천공부(G₃)에서의 거리(S₂)가 긴 것이 보다 바람직하므로, 본 발명에서는 제3 천공부(G₃)의 3차 발파공(7)에 상기 2차 발파공들(3)(6)에의 투입량보다 다소 많은 양의 장약을 장입한다.

이와 같이 장약 주입이 완료하면 각 발파공에 연결된 뇌관을 터트려 계단발파를 시행하게 되는데, 이때 발파순서는 제1 천공부(G₁), 제2 천공부(G₂) 및 제3 천공부(G₃) 순으로 이루어지며, 필요에 따라 제1 천공부(G₁)와 제2 천공부(G₂)를 동시에 발파할 수도 있다.

제1 천공부(G₁)에서는 1차 발파공(1,2)을 먼저 터트린 후 2차 발파공(3)을 터트리고, 제2 천공부(G₂)에서는 1차 발파공(4,5)을 먼저 터트린 후 2차 발파공(6)을 터트린다. 1차 발파공들(1,2)(4,5)은 2차 발파공들(3)(6)에 대해 균열권 내에 들므로 2차 발파공에 의해 인장응력파가 되돌아올 때 전단 파괴가 일어나게 되는데, 양자유면에서 되돌아온 인장응력파와 시차가 발생되어 2차 발파공 주위에 격자 형태의 많은 균열과 작은 공간이 발생된다. 이때 2차 발파공을 발파하므로써 제1 천공부(G₁)와 제2 천공부(G₂)에서의 효과적인 발파를 실시할 수 있게 된다.

또한, 제1 천공부(G₁)와 제2 천공부(G₂)는 3차 발파공(7)에 대해 균열권 내에 들므로 3차 발파공에 의해 인장응력파가 되돌아올 때 전단 파괴가 일어나게 되는데, 양자유면에서 되돌아온 인장응력파와 시차가 발생되어 3차 발파공 주위에 격자 형태의 많은 균열과 작은 공간이 발생된다. 이때 3차 발파공을 발파하므로써 제3 천공부(G₃)에서의 효과적인 발파를 실시할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 2자유면에서의 계단발파는 도 1c에 도시하는 바와 같이 발파과정에서 완벽한 4자유면 발파가 시행되므로 발파진동을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 매우 효율적이고 경제적인 발파가 이루어질 수 있다.

반면, 일반적인 계단발파의 경우, 천공 간격과 장약량이 일정하고 2자유면의 벤치 중앙에서 시작되어 3자유면으로 발파가 실시되며, 순서에 의해 발파가 이루어지므로 폭력이 혼합되어 비석이 진행방향으로 발생되며 발파 중 절리에 의해 암반이 이완되어 공발이 발생할 수 있고, 천공장에 따라 버력이 크게 산출된다.

이와 같이 본 발명의 다분할 계단발파공법은 일반적인 계단발파공법에 비해 뛰어난 효과를 제공하는 것으로, 이 공법에 의하면, 일반 발파의 1개공을 3개공으로 나눈 1차 발파에서 2차 발파공 양측의 1차 발파공을 지발당 최소 장약량으로 발파하여 2차 발파공 주위에 많은 균열을 발생시켜 암반의 구속력을 완화시킨다. 이후, 2차 발파공 주위의 느슨한 암반에 대해 최소 장약량으로 발파를 실시하여 버력을 이동시킨다. 3차 발파공 양측의 1차 발파가 완료되면 3차 발파공 주위에 성곽 형태의 4자유면이 형성되게 되어 곧이어 적정 장약량으로 발파를 실시한다.

도 2에 따르면, 제2 실시형태로서의 2열 천공패턴의 다분할 계단발파공법이 도시되어 있다. 2자유면으로 된 벤치(bench)에서 일정 간격을 두고 하향공인 1차 발파공을 각각 한 쌍씩 복수 조를 천공하고, 각 조의 1차 발파공들 사이에 2차 발파공을 균열권 내에 들도록 천공한다. 이와 같이 하여 제1열에 제1 천공부(G₁)를 1차 발파공(1,2)과 2차 발파공(3)으로 구성하고 제2 천공부(G₂)를 1차 발파공(4,5)과 2차 발파공(6)으로 구성한다. 또한, 제2열에 제1 천공부(G₁)를 1차 발파공(8,9)과 2차 발파공(10)으로 구성하고 제2 천공부(G₂)를 1차 발파공(11,12)과 2차 발파공(13)으로 구성한다. 또한, 제1열에서 제1 천공부(G₁)와 제2 천공부(G₂) 사이에 3차 발파공(7)을 천공하고 제2열에서 제1 천공부(G₁)와 제2 천공부(G₂) 사이에 3차 발파공(14)을 천공하여 제3 천공부(G₃)을 구성한다. 여기서, 제1 및 제2열의 제1,2 천공부들(G₁)(G₂)은 3차 발파공들(7)(14)에 대해 균열권 내에 들도록 배치함이 바람직하다.

제1열과 제2열의 제1 및 제2 천공부들(G₁)(G₂)에서 2차 발파공과 1차 발파공 사이의 거리는 각각 S₁으로서 서로 동일하고, 제1열과 제2열의 제3 천공부(G₃)에서 3차 발파공을 중심으로 양방향의 제1 및 제2 천공부들(G₁)(G₂)까지의 거리는 각각 S₁으로서 서로 동일하며, 이들 제1 및 제2 천공부들(G₁)(G₂)에서의 거리와 제3 천공부(G₃)에서의 거리가 서로 동일하도록 구성할 수 있다. 물론, 제1열과 제2열의 제3 천공부(G₃)에서의 거리(S₁)는 도 1에 도시한 것처럼 제1 및 제2 천공부들(G₁)(G₂)에서의 거리(S₁)보다 긴 거리(S₂)로 구성할 수도 있다.

제1열과 제2열의 제1 및 제2 천공부들(G₁)(G₂)에서 1차 발파공들 및 2차 발파공들에 각각 약 장약을 하고 제3 천공부(G₃)의 3차 발파공에도 약 장약을 한다. 이때, 제1 천공부(G₁) 내 1차 발파공들(1,2)(8,9)과 제2 천공부(G₂) 내 1차 발파공들(4,5)(11,12)에 각각 동일한 양의 장약을 장입하고, 이들 사이의 2차 발파공들(3)(6)(10)(13)에도 1차 발파공들(1,2)(4,5)(8,9)(11,12)과 동일한 양의 장약을 장입하며, 또한 제3 천공부(G₃)의 3차 발파공들(7)(14)에도 1차 발파공들(1,2)(4,5)(8,9)(11,12) 및 2차 발파공들(3)(6)(10)(13)과 동일한 양의 장약을 장입한다.

물론, 도 1b에 도시된 것처럼, 2차 발파공들(3)(6)(10)(13)에는 1차 발파공들(1,2)(4,5)(8,9)(11,12)에 비해 다소 많은 양의 장약을 장입할 수도 있고, 또한 제3 천공부(G₃)의 3차 발파공들(7)(14)에 상기 2차 발파공들(3)(6)(10)(13)에서의 투입량보다 다소 많은 양의 장약을 장입할 수도 있다.

이와 같이 장약 주입이 완료하면 각 발파공에 연결된 뇌관을 터트려 계단발파를 시행하게 되는데, 이때 발파순서는 제1열의 제1 천공부(G₁), 제2 천공부(G₂) 및 제3 천공부(G₃)와 제2열의 제1 천공부(G₁), 제2 천공부(G₂) 및 제3 천공부(G₃) 순으로 이루어지며, 필요에 따라 제1 및 제2열의 제1 천공부(G₁)를 동시에 발파한 후 제1 및 제2열의 제2 천공부(G₂)를 동시에 발파하거나, 제1열의 제1 천공부(G₁)와 제2 천공부(G₂)를 동시에 먼저 발파한 후 제2열의 제1 천공부(G₁)와 제2 천공부(G₂)를 동시에 발파하거나, 또는 제1 및 제2열의 제1 천공부(G₁)와 제2 천공부(G₂)를 모두 동시에 발파할 수도 있다.

한편, 본 발명의 장점이 되는 진동감소 요인과 경제성 발생요인들을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 진동감소 요인의 요인으로, 본 발명의 다분할 계단발파공법은 벤치의 초기발파에서 지발당 장약량을 줄이기 위해 3개공을 근접 천공하여 발파를 실시하고, 다시 1개공을 건너뛰어 똑같은 방식으로 3개공을 근접 천공하여 기폭시키면 나머지는 4자유면이 형성된다. 따라서, 동일 지발당 폭약량이라 하더라도 자유면수가 많으면 암반의 구속력이 약화되므로 진동의 발생은 감소하게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 다분할 계단발파공법이 기존의 일반적인 계단발파공법에 비해 경제성이 발생되는 요인은 크게 환경공해 저감 측면과 발파효율 측면에서 찾아볼 수 있다. 전자의 경우는 앞서 설명한 진동제어 관점에서 설명되고 후자의 경우는 파쇄체적의 증가부분을 통해 설명된다. 이는 발파진동의 영향이 우려되지 않는 장소에서는 진동제어 관점보다는 파쇄 체적 내지는 파쇄도에 보다 중점적인 관리가 요망되기 때문이다.

먼저, 진동제어 관점에서 다분할 계단발파공법은 정밀진동제어방법이며, 발파진동을 규제하기 위해서는 지발당 폭약량을 감소시키고 약장약 내지는 과장약을 피해야 하며 자유면 효과를 최대한 살려야 한다. 지발당 폭약량의 감소, 표준장약의 실시 등은 일반발파 수준에서도 제어가 가능하지만 자유면 효과에 대해서는 본 발명의 다분할 계단발파공법만이 발생시킬 수 있는 특징이다. 예를 들면, 일반적인 계단발파에서 자유면의 수는 2~3개가 발생되나, 다분할 계단발파공법의 경우에는 4자유면까지 자유면수를 늘려 발파작업이 가능하므로 이에 따른 진동의 감소효과를 기대할 수 있는 것이다. 이 경우, 다분할 발파패턴은 주로 소구경의 천공경(φ38mm~45mm)으로 천공작업이 이루어질 수 있으며, 일부는 거리에 따라 대구경(φ76mm)의 천공장비가 사용되기도 한다.

발파진동의 감소는 현장여건에 따라 다소 차이는 있지만, 일반발파에 비하여 약 30~40% 정도까지 감소효과를 기대할 수 있으며, 동일 조건에서 일반 발파보다 근접하여 발파작업이 가능하고, 또한 천공깊이를 증가시켜서 발파작업이 가능하므로 경제성이 발생되는 요인 중의 하나로 판단된다.

또한, 파쇄체적의 증가 관점에서 다분할 계단발파공법은 4자유면까지 자유면수를 늘리어 발파작업이 가능하므로 이 부분에서 공간격을 증대시켜도 충분한 발파작업이 가능하며 결과적으로 동일조건의 일반 발파보돠 파쇄체적의 증가를 기대할 수 있다. 일반적으로 발파작업의 경제성은 원/㎥로 비교되며, 이 때 동일조건의 투입원가에서 파쇄체적이 증가함에 따라 굴착단가는 감소하게 된다. 다분할 계단발파공법의 경우에는 자유면 효과에 따른 파쇄 체적을 증가시킬 수 있으므로 진동제어가 필요없는 구간에 대해서는 결과적으로 투입원가의 감소를 기대할 수 있다. 또한, 이 경우 대구경(φ76mm)의 천공장비를 이용하여 충분한 파쇄가 이루어질 수 있도록 발파가 이루어지는 것이 바람직하다.

다음은 본 발명의 다분할 계단발파공법의 발파패턴 설계에 대하여 설명한다.

공당 장약량 및 천공패턴의 설계방법에는 Hauser, Langefors, Gustafsson 등 여러 학자들이 제시한 식들이 있으나, 발파장소마다 수반되는 조건이 상이하므로, 이 식들을 일률적으로 적용하는 것보다는 우선 비슷한 조건의 발파를 행하였던 발파의 경험치와 지금까지 정립된 이론을 바탕으로 계획을 세우고 작업을 해가면서 작업에 의한 데이터를 정리하여 조건에 맞는 발파패턴을 수립하는 것이 적절하다.

따라서, 본 설계에서는 국내에서 일반적으로 쓰이는 몇가지 장약량 산출식을 검토해보고 적절한 부분을 선택하여 적용하였다. 그러나, 장약량 계산과정에서 정확한 현장 상황을 반영하기는 어려우므로 초기의 지질자료와 상이한 곳에서는 시험발파를 통하여 설계한 장량량에 대한 확인 및 보완작업을 반드시 수행하도록 한다. 다만, 대부분의 문헌에는 공당장약량 계산시에 Column sharge와 Bottom charge로 구분하여 설계가 이루어지지만 현장시공의 편의상 Bottom charge를 기준으로 계산하도록 한다.

일반적인 설계에서는 약포가 다짐이 안된 상황에서 이루어지므로 설계시의 장약장 및 전색장은 실제 계산식으로 구하여진 장약장 및 전색장과 차이가 있을 수 있다. 즉, 도상에서 장약약포는 다짐이 이루어지지 않은 경우이고, 계산식의 경우는 장약밀도 수정계수가 나타내는 수치만큼 다짐이 이루어진 것으로 생각하면 된다. 그러나, 공당 장약량에는 변함이 없으므로 현장에서 적용하는 경우에는 계산식에 의해서 구하여진 공당 장약량을 장악한 다음 나머지 부분을 메지로 전색하도록 한다.

1) 1차 발파공 및 2차 발파공:

천공장(H) = [벤치높이)/Sin(천공각도)] = Sub-drilling장

2) 3차 발파공:

천공장(H) = [벤치높이)/Sin(천공각도)] = Sub-drilling장

3) 공당 장약량의 산출

공당 장약량은 다분할 정밀진동제어발파와 다분할 암석절취(크롤러드릴)의 2가지 패턴으로 산출하게 되며, 전자의 경우는 암석의 파쇄도보다 진동제어 쪽에 중점관리가 이루어지는 반면, 후자의 경우는 진동제어보다는 암석의 파쇄도에 중점관리가 이루어지므로 각각의 목적에 맞게 적절히 선택 적용할 수 있다.

① 다분할 정밀진동제어발파

1차 발파공 - 진동제어를 목적으로 하는 경우 1차 발파공의 역할은 암반을 파쇄시키는 것이 아니라 2차 발파공이 발파되기 전에 선행발파(제발발파)되어 많은 균열을 발생시켜 암반을 이완시키는데 있으므로 암반에 균열권을 생성시킬 정도의 장약량이라면 충분하다. 바람직하게는 기존의 일반적인 계단발파공법의 공당장약량의 50~80%로 장약한다.

2차 발파공 - 1차 발파공의 선행발파로 암반의 구속력이 완화된 상태에서 2차 발파공의 발파가 이루어지므로 기존의 일반적인 계단발파공법의 공당장약량의 약80~90%로 장약한다.

3차 발파공 - 2차 발파공의 발파이후 2자유면에서 4자유면으로 자유면수가 증가하게 되므로 기존의 일반적인 계단발파공법의 공당장약량의 약90~100%로 장약한다.

② 다분할 암석절취(클롤러)

이 경우에는 진동제어 관점보다 자유면 효과를 최대한 활용하여 채석체적을 늘리고 파쇄도를 높이는데 주목적이 있으므로, 전체적으로 약량의 배분을 선균열이 아닌 완전한 파쇄가 이루어지도록 실시한다. 보편적으로 1차 발파공 및 2차 발파공은 기존의 일반적인 계단발파공법의 80~90%, 3차 발파공은 90~100% 정도이나, 보다 높은 파쇄도를 요하는 경우에는 모든 발파공을 기존의 일반적인 계단발파공법의 100%까지 상향조정하여 발파작업을 수행할 수도 있다.

발파설계(실시설계): 장약량별 표준발파패턴 선정

구분	타입1	타입2	타입3	타입4	타입5	타입6
발파공법	미진동 굴착공법	정밀진동 제어발파	소규모 진동제어	중규모 진동제어	일반발파	대규모발파
허용지발당 장약량(kg/delay)	0.125 이하	0.125~0.5	0.5~1.6	1.6~5.0	5.0~15.0	15.0이상
설계지발당 장약량(kg/delay)	0.125 이하	0.25	1.0	3.0	7.5	20.0

위 표 1에 기재된 바와 같이 타입 2 내지 4 및 6은 다분할 계단발파공법에 있어서의 발파패턴별 장약량을 나타낸 것으로, 여기서 타입 2는 소량의 폭약으로 암반에 균열을 발생시킨 후 대형 브레이커에 의한 2차 파쇄를 실시하는 정밀진동 제어발파방식이다.

이 경우, 주 사용폭약 또는 화공품은 에멀젼 계열 폭약을 사용하고, 지발당 장약량 범위는 0.125kg 이상 0.5kg 미만으로 하며, 천공직경은 51mm 이내, 이격거리는 V(진동속도 cm/sec)= 0.1인 경우 40m~80m가 바람직하다.

타입 3은 발파영향권 내에 보안물건이 존재하는 경우 “시험발파” 결과에 의해 발파설계를 실시하여 규제기준을 준수할 수 있는 소규모 진동제어발파방식이다. 이 경우, 주 사용폭약 또는 화공품은 에멀젼 계열 폭약이고, 지발당 장약량 범위는 0.5kg 이상 1.6미만으로 하며, 천공직경은 51mm 이내, 이격거리는 V(진동속도 cm/sec)=0.1인 경우 80m~140m가 바람직하다.

타입4는 발파영향권 내에 보안물건이 존재하는 경우 “시험발파” 결과에 의해 발파설계를 실시하여 규제기준을 준수할 수 있는 중규모 진동제어발파방식으로서, 이 경우 주 사용폭약 또는 화공품은 에멀젼 계열 폭약이고, 지발당 장약량 범위는 1.6kg 이상 5.0kg 미만으로 하며, 천공직경은 76mm, 이격거리는 V(진동속도 cm/sec)=0.1인 경우 140m~260m가 바람직하다.

타입5는 1개공당 최대 장약량이 발파 규제기준을 충족시킬 수 있을 만큼 보안물건과 이격된 영역에 대해 적용하는 일반발파방식으로서, 이 경우 주 사용폭약 또는 화공품은 에멀젼 계열 폭약이고, 지발당 장약량 범위는 5.0kg 이상 15.0kg 미만으로 하며, 천공직경은 76mm, 이격거리는 V(진동속도 cm/sec)=0.1인 경우 260m~450m가 바람직하다.

타입6은 발파영향권 내에 보안물건이 전혀 존재하지 않는 산간 오지 등에서 발표효율 만을 고려하는 대규모 발파방식으로서, 이 경우 주폭약은 초유폭약이고 기폭약: 에멀젼이며, 지발당 장약량 범위는 15.0kg 이상으로 하고, 천공직경은 76mm 이상, 이격거리는 V(진동속도 cm/sec)=0.1인 경우 450m 이상이 바람작하다.

도 3은 본 발명의 다분할 계단발파공법에 적용하기 위한 폭약용기의 구조와 그 사용예들을 도시한 것으로, 도 3a는 폭약용기의 분해사시도, 도 3b는 폭약용기의 제1 설치상태도, 도 3c는 폭약용기의 제2 설치상태도, 도 3d는 폭약용기의 제3 설치상태도, 도 3e는 폭약용기의 제4 설치상태도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 폭약용기는 일정한 직경과 길이를 갖는 케이스 구조물에 장약(T)과 뇌관(D)을 수용할 수 있도록 구성한 것으로, 일 단부가 밀폐되고 내부에 장약(T)을 수용하는 일정 크기의 공간부를 갖는 용기 몸체(10)와, 이 몸체 내 공간부에의 장약 충전을 위해 용기 몸체(10)의 타 단부에 개폐가능하게 결합되는 마개(12)를 포함한다.

마개(12)는 용기 몸체(10)의 타 단부, 바람직하게는 몸체(10)의 후단에 억지끼움 또는 나사결합 방식으로 결합할 수 있도록 구성되며, 용기 몸체(10)의 내부로 끼워지는 마개(12)의 결합돌기(12a) 단부에는 용기 내부에 장약 기폭수단으로서의 뇌관(D)이 장착되도록 뇌관홈(12c)이 형성된다. 나사결합 방식의 결합을 위해 결합돌기(12a)의 표면은 도 3a에 도시된 바와 같이 용기 몸체(10)의 후단에 대응하여 나사산을 갖는 형태일 수 있다. 또, 상기 뇌관홈(12c)에 대응하여 마개(12)의 외측 단부는 상기 결합돌기(12a)의 안쪽으로 오목한 체결홈(12b; 도 3b 참조)으로 이루어져 또 다른 폭약 용기의 몸체 일 단부, 바람직하게는 용기 몸체(10)의 앞단이 끼워지도록 구성된다.

본 발명의 폭약용기의 밀폐된 몸체 일 단부, 즉 용기 몸체(10)의 앞단은 마개(12)의 체결홈(12b)에 억지끼움 또는 나사결합 방식으로 결합될 수 있으며, 특히 나사 결합 방식을 위해 용기 몸체(10)의 앞단은 도 3a에 도시된 바와 같이 마개(12)의 체결홈(12b)에 대응하는 나선형 돌기(11)가 형성된 형태로 제공될 수 있다. 이를 통해 본 발명의 폭약용기는 도 3d에 도시하는 바와 같이 원하는 길이만큼 복수의 용기 몸체(10)들을 계속 연결하여 사용할 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 뇌관홈(12c)의 바닥면에는 뇌관(D)으로부터 연장된 전선(L)이 통과할 수 있도록 구멍이 천공될 수 있으며, 이 구멍을 통과한 전선(L)은 뇌관홈(12c)과 대응하는 체결홈(12b)을 통해 장약공(H;발파공)의 외부로 연장하여 인출된다.

또한, 본 발명의 폭약용기는 장약공(H) 내부의 장약(T)을 분산시켜 발파하기 위한 것으로, 장약공(H) 내부에 채워진 장약(T)을 분산시키기 위해 본 발명의 폭약 용기는 장약공(H) 내부의 장약(T)들 사이에 개재된 형태로 설치하며, 이를 통해 장약 상층부와 장약 하층부로 분리한다. 이러한 설치를 위해, 폭약용기는 용기 몸체(10)의 표면 상단 및 하단에 각각 하나 이상의 장약 지지판(P₁)(P₂)들이 구비될 수 있으며, 상부의 장약 지지판(P₁)은 장약 상층부를 지지하고 하부의 장약 지지판(P₂)은 장약 하층부를 지지하여 장약(T)의 상층부와 하층부가 서로 이격되도록 하고 이를 통해 장약(T)의 상층부와 하층부 사이에 일정한 크기의 공기층을 형성한다. 이러한 공기층은 장약공 내부에 장약 집중을 분산시키는 기능을 하여 장약 폭발에 따른 발파공해인 진동과 소음을 줄임은 물론 발파 후 파쇄석을 줄이는 효과에도 기여한다.

도면 중 미설명된 부호 "S"는 천공된 장약공에 일정량의 폭약을 넣고 그 위에 메지(모래 등)를 채워 전색을 구성한 것을 나타낸다. 일반적으로 "전색"의 기능으로는, 첫째 발파시 화염이 비산하는 것을 차단하고, 둘째 화약이 밖으로 튀어나가지 않고 내부(중간)에서 터지도록 함으로써 폭발력을 높이는데 있다.

본 발명의 폭약용기는 상부의 장약 지지판(P₁)과 하부의 장약 지지판(P₂)에 의해 장약공(H) 내부의 장약(T)들을 장약 상층부와 장약 하층부로 분산 지지함과 동시에 용기 몸체(10)를 통해서는 장약 상층부와 장약 하층부를 이어준다. 이와 같이 장약공 내 집중된 폭약을 분산 배치하여 기존의 장약량에 비해 총 폭약량을 줄여줌으로써 발파공해인 진동을 더욱 줄일 수 있게 되고, 또한 본 발명의 폭약용기와 같이 직경이 작은 폭약을 통해 장폭을 늘려줌으로서 파쇄효과를 극대화할 수 있게 된다.

또한, 이러한 장약 지지판(P₁)(P₂)은 용기 몸체(10) 표면에 일체로 형성될 수도 있으나, 도 3a 및 1b의 한 예시에 따를 경우, 용기 몸체(10)의 상,하단에서의 장약 지지판(P₁)(P₂)의 설치는 각각의 장약 지지판의 상,하단에 위치하는 용기 몸체(10) 표면상에 각각 하나 이상의 고정수단(R₁,R₂)을 끼움 배치하는 것으로 이루어질 수 있다. 고정수단(R₁,R₂)은 탄성력과 마찰력을 동시에 갖춘 고무 또는 실리콘 등의 재질로 이루어진 링 형상의 부재일 수 있으며, 이를 통해 장약 지지판(P₁)(P₂)이 장약(T)의 하중에 의해 용기 몸체(10)의 상ㅇ하 방향으로 이동하지 않고 안정적인 결합상태를 유지할 수 있게 된다.

본 발명의 폭약용기는, 도 3d와 같이 복수의 용기를 상하 연결시켜 사용하는 것만이 아니라, 도 3c와 같이 다수의 개별 용기들을 상,하 일정간격을 두고 이격 배치하여 장약공 내부의 장약들을 다수 층으로 분산시킬 수 있으며, 이를 통해 형성된 다수의 장약층들 사이에 다수의 공기층을 형성함으로써 장약 폭발에 따른 발파 소음과 진동을 더욱 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 폭약용기는 도 3e와 같이 뇌관을 용기 몸체로부터 제거하여 외부에 설치할 수도 있으며, 이 경우에도 발파성능은 실질적으로 동일하게 제공될 수 있다. 또한, 이 경우, 도시하지는 않았지만 마개(12)의 결합돌기(12a)는 도면과 달리 뇌관홈(12c)이 제거된 구조로도 제공될 수 있다.

도 4는 도 3의 폭약용기의 제1 변형례로서, 도 4a는 폭약용기의 분해 사시도, 도 4b는 폭약용기의 제1 설치상태도, 도 4c는 폭약용기의 제2 설치상태도이다.

본 실시예에서 폭약용기의 용기 몸체(10')는 상단과 하단이 각각 개방된 형태로 상부 마개(11')와 하부 마개(12)에 의해 개폐가 가능하도록 구성될 수 있다. 상부 마개(11')와 하부 마개(12)는 용기 몸체(10')의 양 단부, 즉 몸체 앞단과 후단에 각각 억지끼움 또는 나사결합 방식으로 결합되는 결합돌기(11b)(12a)들을 갖는다. 나사결합 방식의 결합을 위해 각 결합돌기(11b)(12a)들의 표면은 도 4a에 도시된 바와 같이 용기 몸체(10)의 앞단 및 후단에 대응하여 나사산을 갖는 형태일 수 있다.

하부 마개(12)의 결합돌기(12a) 단부에는 용기 내부에 장약 기폭수단으로서의 뇌관(D)이 장착되도록 뇌관홈(12c)이 형성되고, 이 뇌관홈(12c)에 대응하여 하부 마개(12)의 외측 단부는 도 3b와 마찬가지로 상기 결합돌기(12a)의 안쪽으로 오목한 체결홈(12b)으로 이루어져 또 다른 폭약 용기의 앞단, 바람직하게는 상부 마개(11')의 앞단이 끼워지도록 구성된다. 상부 마개(11')의 앞단은 또 다른 폭약 용기의 하부 마개(12)의 체결홈(12b)에 억지끼움 또는 나사결합 방식으로 결합될 수 있으며, 특히 나사 결합 방식을 위해 상부 마개(11')의 앞단은 도 4a에 도시된 바와 같이 하부 마개(12)의 체결홈(12b)에 대응하는 나선형 돌기(11a)를 갖는 구조로 제공될 수 있다. 이를 통해 본 발명의 폭약용기는 도 4c에 도시하는 바와 같이 원하는 길이만큼 복수의 용기 몸체(10')들을 계속 연결하여 사용할 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 뇌관홈(12c)의 바닥면에는 뇌관(D)으로부터 연장된 전선(L)이 통과할 수 있도록 구멍이 천공될 수 있으며, 이 구멍을 통과한 전선(L)은 뇌관홈(12c)과 대응하는 체결홈(12b)을 통해 장약공(H)의 외부로 연장하여 인출된다.

본 실시예에서 폭약용기는 장약공 내부의 장약(T)을 장약 상층부와 장약 하층부로 분리시키기 위해 도 4a에 도시된 바와 같이 용기 몸체(10')의 표면 상단 및 하단에 각각 하나 이상의 장약 지지판(P₁)(P₂)들을 구비할 수 있으며, 이를 통해 상부의 장약 지지판(P₁)은 장약 상층부를 지지하고 하부의 장약 지지판(P₂)은 장약 하층부를 지지하여 장약(T)의 상층부와 하층부가 서로 이격되고 용기 몸체(10')를 통해서는 장약 상층부와 장약 하층부를 이어주는 구조로 장약 상층부와 장약 하층부 사이에 일정한 크기의 공기층을 형성한다. 이러한 공기층은 전술한 바와 같이 장약공 내부에 장약 집중을 분산시키는 기능을 하여 장약 폭발에 따른 발파공해인 진동과 소음을 줄임은 물론 발파 후 파쇄석을 줄여주는 효과를 발휘하게 된다.

또한, 이러한 장약 지지판(P₁)(P₂)은 용기 몸체(10') 표면에 일체로 형성될 수도 있으나, 도 4a 및 2b의 한 예시에 따를 경우, 용기 몸체(10')의 상,하단에서의 장약 지지판(P₁)(P₂)의 설치는 각각의 장약 지지판(P₁)(P₂)을 용기 몸체(10')의 상,하단에 끼워 걸친 상태로 상부 마개(11')와 하부 마개(12)를 각각 결합하여 고정할 수 있으며, 이를 통해 장약 지지판(P₁)(P₂)이 장약(T)의 하중에 의해 용기 몸체(10')의 상·하 방향으로 이동하지 않고 안정적인 결합상태를 유지할 수 있게 된다.

이상의 구성과 같이 폭약용기는 장약공 내부에 집중된 폭약을 장약 상층부와 장약 하층부로 분산시켜 기존에 비해 훨씬 적은 폭약량을 사용하는 반면, 이러한 분산 이격된 장약층들을 연결하여 장폭은 늘려줌으로써 기존 방식과 실질적으로 동일한 파쇄 효과를 거둘 수 있다. 이 경우, 디커플링 지수(decoupling index)를 약 2.5 내외로 하는 것이 바람직한데, 이를 통해 장약량을 줄이고 전폭을 원활하게 한다. 또한, 그 밖에도 장약 상층부와 장약 하층부 사이에 형성된 공기층에 의해 장약 폭발시 발파공해인 소음과 진동을 더욱 줄일 수 있게 된다.

도 5은 도 3의 폭약용기의 제2 변형례로서, 도 5a는 폭약용기의 분해사시도, 도 5b는 폭약용기의 제1 설치상태도, 도 5c는 폭약용기의 제2 설치상태도이다.

본 실시예에 따르면, 폭약용기는 용기 몸체가 외부 몸체(10a)와 이 외부 몸체에 슬라이딩 인출가능하게 삽입되는 내부 몸체(10b)로 구성될 수 있다. 외부 몸체(10a)와 내부 몸체(10b)의 대응 끝단들에는 내부 몸체(10b)의 슬라이딩 인출시 상호 걸림이 가능하도록 서로 대응하는 홈(13a)과 돌기(13b)가 선택적으로 형성된다. 이들 홈(13a) 및 돌기(13b)는 도 5b의 도시에 한정하지 않고 서로 대응되게 외부 몸체(10a)와 내부 몸체(10b) 중 어느 곳에 형성되어도 좋다. 또한, 용기 몸체는 이의 양 끝단을 형성하는 외부 몸체(10a)의 일단부와 내부 몸체(10b)의 일단부가 각각 개방되어 도 4에서와 같이 양 끝단이 모두 마개에 의해 개폐가능하게 구성될 수도 있고, 도 5에 예시로 보인 바와 같이 외부 몸체(10a)의 단부를 밀폐형으로 구성하고 내부 몸체(10b)의 단부는 개방형으로 마개(12)가 개폐가능하게 결합되는 구조로 제공할 수도 있다.

예를 들어, 도 4에서처럼 용기 몸체의 양 단부, 즉 외부 몸체(10a)의 단부와 내부 몸체(10b)의 단부를 마개(미도시)로 개폐가능하게 결합한 구조에서는 외부 및 내부 몸체(10a)(10b)의 각 끝단에 장약 지지판(P₁)(P₂)을 끼워 걸친 상태로 각각 마개를 체결함으로써 장약 지지판(P₁)(P₂)을 안정적으로 고정할 수 있다. 반면, 도 5에 예시된 구조에서는 도 3에서처럼 용기 몸체의 양 단부, 즉 외부 및 내부 몸체(10a)(10b)의 각 단부에 장약 지지판(P₁)(P₂)을 장착한 상태로 이 장약 지지판(P₁)(P₂)의 상,하단이 위치하는 외부 및 내부 몸체(10a)(10b)의 표면상에 각각 하나 이상의 고정수단(R₁,R₂)을 끼움 배치하여 장약 지지판(P₁)(P₂)이 장약(T)의 하중에 의해 용기 몸체(10)의 상·하 방향으로 이동하지 않고 안정적인 결합상태를 유지하도록 한다. 물론, 이 경우에도 고정수단(R₁,R₂)은 탄성력과 마찰력을 동시에 갖춘 고무 또는 실리콘 등의 재질로 이루어진 링 형상의 부재일 수 있다.

한편, 마개는 도 4에서처럼 용기 몸체의 양 단부, 즉 외부 몸체(10a)의 단부와 내부 몸체(10b)의 단부가 모두 개방된 구조일 경우(미도시)에는 도 4의 상부 마개(11') 및 하부 마개(12)의 구조와 동일할 수 있으며, 따라서 이 경우의 각각의 마개에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 5의 예시와 같이 외부 몸체(10a)의 끝단이 밀폐형이고 내부 몸체(10b)의 끝단이 개방형인 경우, 마개(12)는 도 3의 마개의 구조와 동일할 수 있으며 내부 몸체(10b)의 끝단에 억지끼움 또는 나사결합 방식으로 결합될 수 있다. 내부 몸체(10b)의 내부로 끼워지는 마개(12)의 결합돌기(12a)의 단부에는 용기 내부에 장약 기폭수단으로서의 뇌관(D)이 장착되도록 뇌관홈(12c)이 형성되고, 마개(12)의 외측 단부에는 이 결합돌기(12a)의 안쪽으로 오목한 체결홈(12b)이 형성되어 또 다른 용기의 외부 몸체(10a)의 끝단이 끼워지도록 구성된다. 이를 위해 밀폐된 외부 몸체(10a)의 끝단은 마개(12)의 체결홈(12b)에 억지끼움 또는 나사결합 방식으로 결합되도록 구성될 수 있으며, 바람직하게는 마개(12)의 체결홈(12b)과 나사결합 가능하도록 몸체(10a) 끝단에 나선형 돌기(11)가 형성된다. 따라서, 이러한 구성을 통해 폭약용기는 원하는 길이만큼 계속 연결하여 사용할 수 있다.

이상 다양한 실시예와 작동형태들을 통해 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하였으나, 지금까지 설명한 내용들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 그 일부를 예시한 정도에 불과하다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 범위내에서 발명의 요지를 변경시키지 않고 본 발명에 대하여 다양한 변형을 가할 수 있음은 물론이다.

Claims

2자유면의 계단식 암반 발파 공법의 적용에서 암반 표면에 천공된 장약공 내부의 장약을 분산시켜 발파하기 위해 상기 장약공 내부의 장약들 사이에 설치되는 폭약용기로서,
장약을 수용하는 일정 크기의 공간부를 갖는 용기 몸체와, 상기 공간부에의 장약 충전을 위해 상기 용기 몸체의 적어도 일 단부에 개폐가능하게 결합되는 마개를 포함하고, 상기 용기 몸체의 일 단부에 결합되는 상기 마개의 결합돌기에 대응하여 상기 마개의 타 단부는 또 다른 용기의 일 단부가 결합가능하도록 상기 결합돌기의 안쪽으로 오목한 체결홈으로 이루어지고,
상기 용기 몸체는 일 단부가 밀폐되고 타 단부는 개방되어 마개가 개폐가능하게 결합되거나 양 단부 모두 개방되어 마개가 개폐가능하게 결합되는 구조이며, 상기 일 단부가 밀폐된 구조인 경우 상기 일 단부에 상기 마개의 체결홈에 억지끼움 또는 나사결합하기 위한 체결돌기가 형성되고, 상기 양 단부 모두 개방된 구조인 경우 상기 체결홈을 갖는 마개에 억지끼움 또는 나사결합 가능하도록 다른 하나의 마개에 체결돌기가 형성되며,
상기 장약공 내부의 장약들 사이에 개재되어 장약 상층부와 장약 하층부로 분리하고, 상기 용기 몸체의 표면 상단 및 하단에 각각 하나 이상의 장약 지지판들을 구비하여 상부의 장약 지지판이 장약 상층부를 지지하고 하부의 장약 지지판이 장약 하층부를 지지하며 상기 장약 상층부와 장약 하층부가 서로 이격되도록 하여 상기 장약의 상층부와 하층부 사이에 일정한 크기의 공기층을 형성함과 동시에 상기 용기 몸체를 통해서는 장약 상층부와 장약 하층부를 이어주도록 구성된 폭약용기.
제 1항에 있어서,
상기 용기 몸체는 하나의 외부 몸체와 상기 외부 몸체에 슬라이딩 인출가능하게 삽입되는 하나의 내부 몸체로 구성되고, 상기 외부 몸체와 상기 내부 몸체의 대응 끝단들에는 상기 내부 몸체의 슬라이딩 인출시 상호 걸림이 가능하도록 홈과 돌기가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 폭약용기.
제 1항에 있어서,
상기 결합돌기의 단부에 장약 기폭수단으로서의 뇌관이 장착되도록 뇌관홈이 형성되고, 상기 뇌관홈의 바닥면에는 뇌관으로부터 연장된 전선이 통과할 수 있도록 구멍이 천공되며, 상기 구멍을 통과한 전선은 상기 뇌관홈과 대응하는 상기 체결홈을 통해 장약공의 외부로 연장하여 인출되는 것을 특징으로 하는 폭약용기.
제 1항에 있어서,
상기 장약 지지판들은 용기 몸체 표면에 일체로 형성되거나 각각의 장약 지지판의 상,하단에 위치하는 용기 몸체 표면상에 각각 하나 이상의 고정수단을 끼움 배치하는 것에 의해 설치되고, 상기 고정수단은 탄성력과 마찰력을 함께 갖는 링 형상의 부재인 것을 특징으로 하는 폭약용기.
제 1항에 따른 폭약용기를 2자유면의 계단식 암반 표면에 천공된 장약공 내 장약들 사이에 개재하여 상기 장약공 내부에 집중된 상태로 있는 장약들을 분산시켜 발파하는 공법으로서,
각각의 자유면에 일정 간격을 두고 1차 발파공을 각각 한 쌍씩 복수 조를 천공하고 각 조의 1차 발파공들 사이에 2차 발파공을 균열권 내에 들도록 천공하여, 1차 발파공 및 2차 발파공으로 이루어지는 제1 천공부와 1차 발파공 및 2차 발파공으로 이루어지는 제2 천공부를 구성하고, 상기 제1 천공부와 제2 천공부 사이에 3차 발파공을 천공하여 제3 천공부를 구성하되, 상기 제1 및 제2 천공부는 3차 발파공에 대하여 균열권 내에 들도록 배치하는 것을 특징으로 하는 다분할 계단발파공법.
제 5항에 있어서,
제1 내지 제3 천공부로 구성되는 발파공들은 적어도 1열 이상 배열되고, 상기 제1 천공부에서의 2차 발파공과 1차 발파공들 사이의 거리와 상기 제2 천공부에서의 2차 발파공과 1차 발파공들 사이의 거리는 각각 서로 동일하고, 상기 제3 천공부에서의 3차 발파공을 중심으로 양방향의 제1 및 제2 천공부들까지의 거리는 각각 서로 동일하되, 상기 제3 천공부와 제1 및 제2 천공부들 사이의 거리는 상기 제1 및 제2 천공부들에서의 발파공들 사이의 거리와 적어도 동일하거나 그보다 긴 것을 특징으로 하는 다분할 계단발파공법.
제 5항에 있어서,
상기 1차 발파공을 하향공인 2차 발파공의 공저 하부에 일정거리를 유지한 채 수평공으로 천공하거나 상기 2차 발파공을 하향공인 1차 발파공의 공저 하부에 일정거리를 유지한 채 수평공으로 천공하여, 하향공 1개에 수평공 2개 또는 수평공 1개에 하향공 2개를 각각 1개조로 천공하는 것을 특징으로 하는 다분할 계단발파공법.
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