KR101971693B1 - 검사 가능한 스파크 점화장치 및 전용 검사기기와 이를 이용한 발파방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널굴착 및 지하굴착 등의 발파 현장에서 사용되는 비전기뇌관을 점화하기 위한 비전기뇌관용 스파크 점화장치 및 이를 이용한 발파시공 방법에 관한 것이다.
본 발명은 스파크 점화장치의 이상 유무를 확인하기 위하여 스파크 점화장치의 전기회로에 전기를 차단하는 회로차단 스위치를 내장하여 스위치를 끊어 커패시터로 인가되는 전기를 임시 차단한 후 검사기기로 고전압의 낮은 전류를 스파크단자에 인가하여 스파크 발생 유무를 확인할 수 있도록 하였고, 조임 뚜껑도 몸체와 분리되지 않도록 하여 결선과정도 간편하게 하였다.
이러한 구성의 스파크 점화장치는 사용자가 제품의 이상 유무를 확인한 후 결선함으로써 발파 실패를 줄일 수 있고, 발파가 실패한 경우라도 원인파악이 용이하여 쉽게 대처할 수 있으며, 사용자가 제품 이상 유무를 직접 확인한 후 결선함으로써 심리적인 안정감을 주고, 결선과정이 간편한 효과가 있다.

Description

검사 가능한 스파크 점화장치 및 전용 검사기기와 이를 이용한 발파방법{The inspectable Spark ignition device, dedicated tester and blasting method using thereof}

본 발명은 터널굴착 및 지하굴착 등의 발파 현장에서 사용되는 비전기뇌관의 시그널 튜브를 점화하기 위한 스파크 점화장치 및 이 점화장치의 이상 유무를 검사하기 위한 전용 검사기기와 이를 이용한 발파방법에 관한 것이다.

본 발명은 선원기술인 특허등록 제10-1230156호 "스파크 기폭기를 이용한 비전기식 뇌관의 기폭장치 및 이를 이용한 발파시공방법"을 기초로 하며, 이 기술을 터널 발파현장에서 실시함에 있어 몇 가지 개선사항이 발견되어 이것을 해결하고 그 내용을 게시하기 위함이다.

상기 선원기술의 가장 큰 문제점은 스파크 점화장치를 이용하여 발파할 때 발파가 실패한 경우 발파회로의 문제인지 점화장치의 문제인지 또는 비전기뇌관의 시그널 튜브가 불량인지 또는 발파기 용량이 부족한지 실패 원인을 파악하기가 어려워 이를 확인하여 재발파하는데 상당한 시간이 할애되었고, 시그널튜브를 스파크 점화장치와 연결하는 과정에서도 조임 뚜껑(바이스 캡)과 몸체를 분리한 후 결선해야하는데 약간 불편함이 있어 스파크 점화장치의 이상 유무를 쉽게 판단할 수 있고 결선하기도 간편한 개선제품이 요구되었다. 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 스파크 점화장치에 회로차단 스위치를 내장하여 커패시터로 인가되는 전기를 임시 차단한 후 전용 검사기기로 고전압의 낮은 전류를 스파크단자에 인가하여 스파크 발생 유무를 확인할 수 있도록 개선하였다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고전압의 전기발파기로부터 전류를 공급받아 두 개의 전극으로 이루어진 스파크단자에서 스파크를 발생시켜 비전기뇌관의 시그널튜브를 점화하는 스파크 점화장치에 있어서, 스파크 점화장치 몸체 내부의 전자기판에는 발파모선과 연결되는 두 개의 리드선을 따라 전기회로가 구성되고, 이 전기회로에는 병렬로 연결된 안전저항, 커패시터 및 스파크단자가 구비되며, 상기 커패시터에 연결되는 회로에는 상기 시그널튜브를 점화시키기 전에 스파크 점화장치의 이상 유무 검사를 하도록 커패시터로 흐르는 전류를 차단하는 회로차단 스위치를 포함하되, 상기 이상 유무 검사시 스파크단자의 전극 사이의 검사 전류와 검사 전압은 상기 스파크단자의 전극 사이에서 시그널튜브를 점화시키는 발파 전류와 발파전압보다 낮다.

이러한 구성의 스파크 점화장치는 사용자가 제품의 이상 유무를 확인한 후 결선함으로써 발파 실패를 줄일 수 있고, 발파가 실패한 경우라도 원인파악이 용이하여 쉽게 대처할 수 있으며, 사용자가 제품 이상 유무를 직접 확인한 후 결선함으로써 심리적인 안정감을 주고, 결선과정이 간편한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 사용 예에 따른 발파 구성도.
도 2는 검사 가능한 스파크 점화장치의 외형 사시도.
도 3은 스파크 점화장치의 바이스 부를 상세히 도시한 평면도.
도 4는 검사 가능한 스파크 점화장치의 내부 부품 분해 사시도.
도 5는 검사 가능한 스파크 점화장치의 스위칭 회로도.
도 6은 스파크 점화장치 전용 검사기기의 구성을 나타낸 정면도 및 사시도.
도 7은 스파크 점화장치와 발파회로의 검사 및 발파과정을 도시한 예시도.
도 8은 스파크단자가 별도 구성된 검사 가능한 스파크 점화장치의 구성도.

본 발명은 동일 출원인에 의해 선출원 된 특허등록 제10-1230156호 "스파크 기폭기를 이용한 비전기식 뇌관의 기폭장치 및 이를 이용한 발파시공방법"을 현장에서 실시하면서 결선과정에서 나타난 불편함을 해소하고 제품의 이상 유무를 확인할 수 있는 검사 가능한 스파크 점화장치를 제공하고 이에 따른 검사기기와 검사방법 및 발파방법을 제시하기 위한 것이다.

이하 도면 부호 및 용어는 위 선원기술과 혼동을 피하기 위하여 가급적 기존 도면부호 및 용어와 일치하도록 서술하였고 추가된 구성 및 설명을 용이하게 하기 위하여 부득이 일부 도면 부호를 첨가하거나 정정하였다.

첨부된 도면을 통하여 본 발명의 상세한 내용을 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시 사용 예에 따른 발파 구성도이다.

스파크 점화장치(300)는 터널 막장(100)에 최종 결선 된 비전기뇌관의 시그널튜브(200)에 연결한 후 발파모선(400)에 결선하여 비석 및 풍압으로부터 안전한 장소에서 전기발파기(500)에 의해 작동한다.

이러한 작업을 하는 과정에서 필수로 터널 내의 막장 앞과 결선 후 발파위치에서 발파회로 및 스파크 점화장치의 이상 유무를 검사기기(50)를 이용하여 확인하여야 하는데 지금까지는 스파크 점화장치의 이상 유무를 검사하는 방법 및 검사기기가 없어 제품에 이상이 없다고 믿고 발파하는 방법 외에는 다른 수단이 없었다.

따라서 본 발명은 이러한 검사수단을 제공하고 나아가 스파크 점화장치를 발파회로에 쉽고 빠르게 연결하기 위한 것이 목적이다.

도 2는 검사 가능한 스파크 점화장치의 외형 사시도다.

검사수단이 구성된 스파크 점화장치(300)의 외부 구성은 조임 뚜껑(31), 상하 몸체(30), 리드선(35)으로 구성되며 몸체 상단에는 제품의 이상 유무를 검사하기 위한 회로차단 스위치(37)가 추가로 구성된다.

회로차단 스위치는 내부의 전자기판에 연결되어 전기회로를 임의로 차단하기 위해 사용되는데 상세한 기능과 역할은 내부 회로도에서 다시 설명하기로 하고 시그널튜브(200)와 스파크 점화장치(300)를 간편하게 연결하기 위한 개선된 연결구조에 대하여 먼저 살펴보기로 한다.

도 3은 스파크 점화장치의 바이스 부를 상세히 도시한 평면도이다.

종래에는 조임 뚜껑(31)이 몸체와 별도로 구성되어 시그널튜브를 연결할 경우 반드시 조임 뚜껑을 몸체로부터 분리한 후 조임 뚜껑에 시그널튜브를 끼워 넣은 다음 바이스 부(30-B)에 시그널 튜브를 끼운 후 조임 뚜껑을 돌려 시그널튜브가 빠지지 않도록 결속하였다.

이렇게 결속과정이 조임 뚜껑을 풀고 조이는 과정이 되풀이되고 시그널튜브를 조임 뚜껑(31)과 바이스 부(30-B)에 각각 다시 넣어야 하는 번거로움이 있어 이를 개선할 필요가 생겼다.

이러한 불편을 해소하기 위하여 몸체에 형성된 바이스 부(30-B)의 바이스 끝단(30-1)에 호크(Hook)를 형성하여 제조과정에서 미리 체결한 조임 뚜껑(31)이 특별한 조작이 없이는 빠지지 않고 자유스럽게 움직이도록 개선함으로써 사용자가 시그널튜브를 바이스 부(30-B)에 끼우고 조임 뚜껑을 조이기만 하면 쉽게 결속되도록 구성하였다.

도 4는 검사 가능한 스파크 점화장치의 내부 부품 분해 사시도다.

내부 중요 부품은 0.1mm 이내의 간극을 갖는 스파크단자(32), 전기를 충전하였다가 일시에 방전하는 커패시터(33), 방전이 되지 못할 경우 커패시터의 전기를 열로 방출하는 안전저항(34), 발파모선과 결선하는 리드선(35), 각 부품이 연결되는 전자기판(36), 불꽃방전검사를 하기 위한 회로차단 스위치(37)가 구성된다.

특히 본 명세서에 추가로 구성되는 회로차단 스위치(37)는 현장에서 매우 중요한 기능을 수행할 것으로 판단된다.

스파크단자(32)는 발파기의 출력전압에 의해 강력한 스파크를 일으킬 수 있도록 두 개의 전극 사이가 0.1mm 이내의 매우 작은 간극을 갖도록 제조되는 이렇게 전기회로가 끊어져 있는 구조는 원칙적으로 전기뇌관 발파회로 검사기기(도통시험기 또는 저항측정기)로는 스파크 점화장치의 이상 유무를 검사할 방법이 없다.

만약 두 개의 전극이 제조하는 과정 또는 유통과정에서 합선이 된 경우라면 스파크가 발생하지 않고 전기가 바로 흘러버리고 검사기기도 합선상태를 나타내므로 상기 발파모선(400)을 포함한 스파크 점화장치까지 연결되는 발파회로를 검사하기 위해 두 전극에 연결되는 전자기판의 회로에 적당한 크기의 저항값을 갖는 안전저항(34)을 병렬로 연결하여 합선시킴으로써 발파회로의 이상 유무를 도통시험기로 검사할 수 있도록 구성한 바 있다.

이때 안전저항의 적당한 크기는 저항이 너무 클 경우 저항을 통해 방출되는 전기손실이 적기 때문에 스파크단자에서 스파크는 크게 발생하지만 발파회로 검사기기로는 측정범위를 벗어나 도통시험을 할 수 없고, 반대로 저항이 너무 작은 경우 도통시험은 용이하나 커패시터의 전기를 스파크단자에 전달하기도 전에 쉽게 방출함으로써 스파크 크기가 작아 시그널 튜브를 점화시킬 수 없기 때문에 현재 스파크 점화장치에 사용되는 안전저항의 크기는 약 20KΩ이 사용되고 있다.

그런데 스파크단자의 두 전극이 합선은 되지 않은 상태라 할지라도 전극의 간격이 너무 크거나 단자 내부에 이물질이 있는 경우 실제로는 스파크를 일으킬 수 없는 상태인데도 불구하고 저항값은 정상수치를 가리키기 때문에 실제 현장에서는 이를 정상제품이라고 오인하여 이를 연결하여 발파하는 경우가 있는데 발파는 실패할 수밖에 없고 발파 실패 후 실패 원인을 다른 요인에서 찾기 때문에 수차례 발파를 시도하면서 많은 시간을 할애해야만 했다.

본 발명은 현장에서 종종 나타나는 이러한 심각한 문제를 해결하여 사용자가 눈으로 스파크 점화장치의 이상 유무를 직접 확인한 후 안심하고 사용할 수 있도록 검사수단과 검사방법을 제공하기 위함이다.

상기 내부부품에서 선행 기술구성에 추가로 구성된 회로차단 스위치(37)는 검사수단으로 중요한 기능을 하며 이하 첨부된 도면으로 회로차단 스위치의 기능과 전용 검사기기의 구성 및 검사방법을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 검사 가능한 스파크 점화장치의 스위칭 회로도다.

도 5 상단의 그림은 종래의 스파크 점화장치의 기본 부품을 전기부호로 간략히 표시한 것으로 전자기판(36)에 스파크단자(32), 커패시터(33), 안전저항(34) 및 리드선(35)이 구성된 회로도이며 이하 하단은 상기의 회로에 회로차단 스위치(37)를 다양한 방식으로 연결하여 커패시터의 회로를 임의로 끊을 수 있도록 구성한 본 발명의 회로도이다.

만약 사용자가 스파크 점화장치가 스파크를 일으킬 수 있는 정상제품인지 아닌지를 확인하기 위하여 본 발파에 앞서 높은 전압과 큰 전류를 갖는 발파기로 스파크 점화장치를 시험해본다면 정상제품일 경우 스파크단자에서 스파크가 크게 발생하여 스파크단자가 파손되거나 그을음이 발생하게 되고 이렇게 시험한 제품을 본 발파에서 사용한다면 스파크가 다시 정상적으로 발생한다는 보장이 없을 것이다.

그러므로 스파크 발생 여부를 시험하기 위해서는 발파기보다 낮은 전압과 미량의 전류를 출력하는 검사기기를 사용하여 스파크 발생 여부를 확인하여야 한다.

그러나 스파크단자에 영향을 주지 않을 미량의 작은 전류는 커패시터가 스파크단자로 방전하지 않고 대부분 흡수한 후 안전저항을 통하여 방출하기 때문에 스파크 점화장치의 이상 여부를 확인할 수 없게 된다.

그러므로 작은 전류를 스파크단자에 흘려보내기 위해서는 반드시 커패시터로 연결되는 전기회로를 끊어야 하는데 이것이 회로차단 스위치가 구성된 이유이다.

회로차단 스위치(37)는 수동소자인 일반 스위치(37-1)를 이용한 방법과 전기적인 스위칭소자(37-2)를 이용하여 끊는 방법을 들 수 있다.

도 5[A]는 커패시터에 연결되는 전기회로에 수동소자인 일반 스위치(37-1)를 구성한 회로도이다.

이 구성은 터널 안에서 스위치를 끄고 스파크 발생 여부를 검사한 후 스위치를 다시 켜지 않고 밖으로 나와 발파를 하고자 발파회로를 검사할 경우 안전저항의 저항값이 측정되기 때문에 정상상태의 발파회로로 오인할 우려가 있는 구성이다.

그러므로 스파크 발생 여부를 검사한 후에는 잊지 않고 반드시 다시 스위치를 켰는지 확인하여야만 한다.

도 5[B]는 상기와 같은 오인이 발생하지 않도록 커패시터와 안전저항에 연결되는 전기회로에 일반 스위치를 구성한 것으로 제품 이상 유무를 확인한 후 설령 스위치를 켜지 않고 터널 밖으로 나왔다 하더라도 발파회로를 검사하면 단선상태로 나타나기 때문에 발파를 하지 않고 발파회로를 다시 점검할 수 있게 하는 안정적인 구성이다.

도 5[C]는 일반 스위치를 대신하여 배리스터(Varistor)와 같은 전기적인 스위칭소자를 커패시터의 한 선에 구성한 회로도이다.

예를 들어 500V의 전압에서 스파크단자가 스파크를 일으킬 수 있다면 500V보다 높고 발파기 출력전압 1400V보다는 낮은 전압에서 작동하는 1000V 전압의 스위칭 소자를 커패시터 전단에 연결하여 500V 이상 1000V 미만을 출력하는 검사기기로 스파크 발생 여부를 시험한다면 커패시터로는 전류가 흐르지 못하고 스파크단자로 전류가 흘러 작은 스파크를 일으키게 되고 발파기로 발파할 경우 스위칭소자보다 높은 전압이 흐르기 때문에 커패시터로 전류가 흐른 후 충전 및 방전하며 스파크단자에 강력한 스파크가 일어나게 된다.

이 구성은 사용자가 일부러 스위치를 켜거나 끌 필요가 없는 간략한 회로지만 스위칭소자 자체의 전기손실과 오차가 있어 이를 극복하는 것이 과제라 하겠다.

다음은 상기 스위칭 회로를 이용하여 스파크 점화장치를 검사하는 전용 검사기기(50)의 구성과 기능을 살펴보면 다음과 같다.

도 6은 스파크 점화장치 전용 검사기기의 구성을 나타낸 정면도 및 사시도 이며 통상적으로 전기뇌관 발파시 발파회로를 검사하는 도통시험기 또는 저항측정기의 기능이 내장되고 고전압의 작은 전류를 발생시켜 스파크 점화장치의 전극 상태를 검사하여 확인할 수 있는 전압발생기가 추가로 내장된다.

전용 검사기기(50)의 외부 구성을 살펴보면 리드선(35) 또는 발파모선(400)을 연결하기 위한 연결단자(50-1), 제품의 상태를 표시하는 LED 표시등(50-2), 저항 측정값 및 회로상태를 표시하는 표시창(50-3), 저항측정버튼(50-4), 스파크를 발생시키는 전압발생버튼(50-5)으로 구성된다.

내장되는 전압발생기는 건전지를 이용한 DC-DC 인버터 또는 라이터 등에 사용되는 압전소자(50-6)를 이용함으로써 쉽게 구현할 수 있고 압전소자를 스파크단자에 연결하여 시험해 본 결과 스파크단자에 아무런 영향을 주지 않으면서도 육안으로 식별될 만큼의 스파크가 발생하였다.

그런데 굴착이 진행되는 터널 안에서 미량의 전류로 희미하게 발생한 스파크를 육안으로 확인하기 어렵기 때문에 검사기기가 미량의 스파크가 발생하면 이를 전기신호로 감지하여 LED 표시등(50-2)에 불이 들어오거나 표시창(50-3)에 식별할 수 있는 기호 또는 소리로 출력되도록 하여야 한다.

이러한 기능의 전자기기는 이와 관련된 통상의 전기지식이 있는 자라면 기존의 기술을 바탕으로 쉽게 구현할 수 있고 이러한 기능을 단독 또는 다양한 방법으로 얼마든지 변형하여 구현할 수 있으므로 본 발명은 이러한 세세한 기능과 구성에 대하여 본 발명의 권리에 포함된다고 주장할 수는 없겠으나 스파크 점화장치에서 발생한 스파크를 전기신호로 감지하여 사용자에게 스파크 발생 여부를 표시하는 전용 검사기기 및 이를 이용한 스파크 점화장치의 검사방법과 이들을 이용한 발파방법은 본 발명의 특허범위에 속함을 밝혀둔다.

도 7은 스파크 점화장치와 발파회로의 검사 및 발파과정을 도시한 예시도로 상기에서 설명한 전용 검사기기를 이용하여 스파크 점화장치를 검사하는 방법 및 발파과정을 도시한 그림이다

발파에 앞서 스파크 점화장치를 결선하기 전에 터널 막장에서는 전용 검사기기를 이용하여 스파크단자의 이상 유무를 확인하는 검사(이하 불꽃방전검사)가 이루어지고 터널 밖 또는 발파위치에서는 전체 발파회로의 이상 유무를 확인하는 발파회로 검사가 이루어진다.

도 7[A] 및 7[B]의 그림은 터널 막장에서 하는 불꽃방전검사를 도시한 것으로 내부 전자기판에 연결되는 회로차단 스위치(37)를 꺼서 커패시터의 전기회로를 차단한 후 두 개의 리드선(35)을 검사기기(50)에 연결하여 전압발생버튼(50-5)을 눌러 불꽃방전검사를 하고 이상이 없으면 회로차단 스위치를 켜서 커패시터의 회로를 연결하고 스파크 점화장치를 시그널튜브와 발파모선(400)에 결선한 후 발파위치로 이동한다.

도 7[C], 7[D], 7[E]의 그림은 터널 밖 또는 발파위치에서 발파회로의 이상 유무를 검사하는 그림으로 발파모선을 전용검사기의 연결단자에 연결하여 저항측정버튼(50-4)을 눌러 스파크 점화장치(300)에서부터 발파모선(400)에 이르는 발파회로의 단선, 합선, 정상상태를 검사기기로 확인한 후 발파회로에 이상이 없으면 발파기(500)에 발파모선을 연결하여 발파한다.

도 8은 스파크단자가 별도 구성된 스파크 점화장치의 구성도이다.

이 그림은 스파크 점화장치 내부에 스위치를 구비하지 않고 이를 대치하여 스파크단자를 별도 구성함으로써 검사기기에 스파크단자를 꽂아 불꽃방전검사를 한 후 이상이 없으면 스파크단자를 몸체와 조립하여 사용하도록 구성한 것이다.

스파크단자(32)는 스파크 점화장치의 몸체 부(30-A)와 분리되도록 구성된 바이스 부(30-B)에 별도 구성되고, 전용 검사기기는 바이스 부에 구성된 스파크단자를 수용할 수 있도록 구성하여 검사기기에 스파크단자를 꽂아 불꽃방전검사를 하여 이상이 없는 경우 사용자가 직접 스파크 점화장치의 몸체 부(30-A)와 바이스 부(30-B)를 조립하여 스파크 점화장치를 사용할 수 있도록 하였다.

이상에서 설명한 바와 같이 전기회로 및 스파크단자의 이상 유무를 확인할 수 있도록 구성된 검사 가능한 스파크 점화장치와 전용 검사기기는 스파크 점화장치를 이용하여 발파를 하는 사용자에게 신뢰감을 주고, 나아가 발파 실패를 줄일 수 있으며, 발파 실패시 원인을 쉽게 찾아 대처할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 고전압의 전기발파기로부터 전류를 공급받아 두 개의 전극으로 이루어진 스파크단자에서 스파크를 발생시켜 비전기뇌관의 시그널튜브를 점화하는 스파크 점화장치에 있어서,
   스파크 점화장치 몸체 내부의 전자기판에는 발파모선과 연결되는 두 개의 리드선을 따라 전기회로가 구성되고,
   이 전기회로에는 병렬로 연결된 안전저항, 커패시터 및 스파크단자가 구비되며,
   상기 커패시터에 연결되는 회로에는 상기 시그널튜브를 점화시키기 전에 스파크 점화장치의 이상 유무 검사를 하도록 커패시터로 흐르는 전류를 차단하는 회로차단 스위치를 포함하되,
   상기 이상 유무 검사시 스파크단자의 전극 사이의 검사 전류와 검사 전압은 상기 스파크단자의 전극 사이에서 시그널튜브를 점화시키는 발파 전류와 발파전압보다 낮은 검사 가능한 스파크 점화장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 회로차단 스위치는 단자가 외부로 노출되는 수동소자인 스위치인 검사 가능한 스파크 점화장치.
   
3. 제1항에 있어서 ,
   스파크 점화장치는 시그널튜브를 고정하는 바이스 부가 형성되고, 바이스 부 끝단에는 호크(Hook)가 형성되는 검사 가능한 스파크 점화장치.
   
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항의 검사가능한 스파크 점화장치에 스파크를 일으키도록 내부에 전압발생기가 내장되고, 스파크 점화장치와 전기적으로 연결되어, 스파크단자에서 발생된 스파크를 전기신호로 감지하여 LED로 표출 또는 소리로 출력하여 스파크 발생 여부를 표시하며,
   시그널튜브를 점화시키기 전에 스파크 점화장치의 이상유무 검사를 하도록 시그널튜브를 점화시키는 발파전압보다 낮은 검사전압을 상기 스파크 점화장치에 제공하는 검사 가능한 스파크 점화장치 전용 검사기기.
   
6. 삭제
7. 제1항에 있어서 ,
   상기 회로차단 스위치는 전기적인 스위칭 소자인 검사 가능한 스파크 점화장치.
   

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