KR102062839B1 - 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 테르밋 반응에 의한 동적 충격 압력과 금속의 해리를 통한 가스압력 및 증기압력을 통해 발파력을 제공하는 둔감성 파쇄 조성물을 이용하여 암판을 파쇄하는 발파 공법에 관한 것으로, 파쇄 대상의 암반의 형상에 따라 지면에 대하여 수직, 수평 또는 경사를 갖는 발파공을 소정의 간격으로 천공하되, 복수의 발파공을 하나의 모임으로 그룹화하여 그룹공을 소정의 간격으로 천공하는 단계; 상기 그룹공들 중 서로 이웃하는 그룹공들의 사이에 적어도 하나의 발파공으로 이루어지는 연결공을 천공하는 단계; 상기 발파공 각각에 설정된 수량의 상기 둔감성 파쇄 조성물을 장약하는 단계; 상기 둔감성 파쇄 조성물에 발화기구를 각각 설치하는 단계; 상기 발파공의 입구를 전색하는 단계; 및 상기 발파공 각각의 상기 발화기구를 연결하여 상기 둔감성 파쇄 조성물을 발파하는 단계를 포함한다.

Description

둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법{BLASTING METHOD OF LOW SENSITIVE FRACTURING COMPOSITION}

본 발명은 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 암반에 형성되는 발파공들을 그룹화하여 형성하고, 금속 테르밋 반응에 의한 동적 충격 압력과 금속의 해리를 통한 가스압력 및 증기압력을 통해 발파력을 제공하는 둔감성 파쇄 조성물을 발파공에 설치하여 발파함으로써 진동이나 소음을 감소시키면서도 파쇄효율을 향상시킬 수 있는 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법에 관한 것이다.

일반적으로 건물의 기초터파기나 도로확장공사 등에서 암반을 파쇄하는 데에 흔히 쓰였던 화약발파는 천공기 등으로 암반에다 발파공을 복수 개로 뚫어 놓고서 화약을 장입한 후, 이 화약에다 외부의 전원과 이어지는 뇌관을 설치하여 발파스위치의 조작으로 발파하도록 하는 기술이다.

그런데, 상기와 같은 화약발파는 발파에 따른 암반의 파쇄로 말미암은 충격을 완충할 수단이 없어 발파시에 파쇄된 표면의 암반조각이 비산하는 등의 일이 흔하고, 또 발파에 따른 진동과 굉음으로 인근 건축물이나 기타 시설에 균열을 일으키거나 소음공해를 일으키는 문제점이 있다.

특히, 시내의 건물의 터파기나 지하철공사, 농촌의 축산농가 인근에서 공사를 하는 경우에는 화약발파방식으로 암반을 파쇄하는 데에 많은 제한을 받을 수 밖에 없어서 브레이커(breaker) 등을 이용하여 기계식 파쇄를 하였으나, 이러한 기계식 파쇄는 소음이 지속적으로 발생하고 고가의 비용이 소요되는 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 저폭속 폭약을 통해 미진동 발파를 구현할 수 있는 방법들이 사용되고 있다.

상기와 같이 저폭속 폭약을 이용하여 발파작업을 수행할 경우에는 암반에 바둑판 형태로 격자형을 이루도록 발파공을 천공하고, 각각의 발파공에 저폭속 폭약을 투입하여 수행하였다.

그런데, 상기와 같은 기존의 공법은 발파진동, 소음, 비산 및 발파 경계면 손상 등의 문제가 발생되고, 공발 발생시 발파 효과를 크게 저하시키고, 미파쇄 등의 문제가 발생하였다.

구체적으로, 상기와 같은 바둑판식 배열의 천공방식은 단수의 발파공이 균일한 간격을 유지하면서 격자형태로 배열됨으로써 파쇄 시 인접된 발파공끼리의 거리가 가까워서 컷오프의 원인이 되며, 발생한 컷오프는 다음 파쇄에 큰 영향을 주어 파쇄실패로 이어지는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같은 종래의 공법은 폭약을 발파함에 있어서 각각의 발파공에 투입된 폭약을을 동시에 발파하고 있으므로 진동이나 소음이 증가하며, 진동의 간섭이 발생하면서 발파효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 선행기술의 문제점을 극복할 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0767740호 대한민국 등록특허공보 제10-0682049호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 발파공들을 그룹화하여 형성하고 둔감성 파쇄 조성물의 충격 압력과 가스압력 및 증기압력을 통해 소음을 감소시키면서 파쇄 효율을 향상시킬 수 있는 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 서로 이웃하는 그룹공들의 사이에 연결공을 천공함으로써 인위적인 균열대가 형성될 수 있도록 함으로써 파쇄 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법을 제공하는 것이 그 목적이다.

특히, 본 발명은 발파공들을 소정의 시차를 간격으로 발파함으로써 진동 및 소음 발생을 감소시킬 수 있는 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법을 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 하나의 실시예에 따른 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법은, 금속 테르밋 반응에 의한 동적 충격 압력과 금속의 해리를 통한 가스압력 및 증기압력을 통해 발파력을 제공하는 둔감성 파쇄 조성물을 이용하여 암판을 파쇄하는 발파 공법에 있어서, 파쇄 대상의 암반의 형상에 따라 지면에 대하여 수직, 수평 또는 경사를 갖는 발파공을 소정의 간격으로 천공하되, 복수의 발파공을 하나의 모임으로 그룹화하여 그룹공을 소정의 간격으로 천공하는 단계; 상기 그룹공들 중 서로 이웃하는 그룹공들의 사이에 적어도 하나의 발파공으로 이루어지는 연결공을 천공하는 단계; 상기 발파공 각각에 설정된 수량의 상기 둔감성 파쇄 조성물을 장약하는 단계; 상기 둔감성 파쇄 조성물에 발화기구를 각각 설치하는 단계; 상기 발파공의 입구를 전색하는 단계; 및 상기 발파공 각각의 상기 발화기구를 연결하여 상기 둔감성 파쇄 조성물을 발파하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 그룹공을 소정의 간격으로 천공하는 단계는, 상기 그룹공의 중심축을 중심으로 둘 이상의 상기 발파공을 소정의 간격으로 형성하여 하나의 그룹공을 형성하는 단계; 및 상기 하나의 그룹공의 중심축과 소정의 이격거리를 갖는 다른 그룹공을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 연결공을 천공하는 단계는, 상기 그룹공을 구성하는 발파공의 내경과 다른 크기를 갖는 적어도 하나의 발파공으로 형성할 수 있다.

또한, 상기 둔감성 파쇄 조성물을 장약하는 단계는, 상기 발파공 각각에 적어도 하나의 상기 둔감성 파쇄 조성물을 투입하되, 이웃하는 다른 발파공의 둔감성 파쇄 조성물과 단차를 이루도록 투입할 수 있다.

또한, 상기 발파하는 단계는, 상기 발파공들에 설치된 상기 발화기구들을 소정의 시차를 간격으로 작동시켜 발파할 수 있다.

또한, 상기 발화기구는, 상기 둔감성 파쇄 조성물에 매립된 상태로 설치되는 발화하우징; 상기 발화하우징에 내장되어 상기 둔감성 파쇄 조성물에 대면하며, 고열과 충격압을 발생시켜 상기 둔감성 파쇄 조성물을 반응시키는 고온고열발생제; 상기 고온고열발생제와 이격상태를 이루면서 상기 발화하우징에 내장되며, 발화에 의해 상기 고온고열발생제를 감응시키는 발화제; 및 상기 발화제의 중심에 배치되어 도선에 의해 발열하면서 상기 발화제를 발화시키는 발화선을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법은, 그룹화를 이루는 발파공들에 둔감성 파쇄 조성물이 투입되어 발파되므로 소음을 감소시키되는 동시에 파쇄 효율을 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 둔감성 파쇄 조성물을 구성하는 금속고체가 금격히 금속증기로 해리되어 체적이 팽창하면서 충격압이 발생되며 균열을 발생시키고 동시에 결정수가 열에 의해 기화 분해되어 증기압이 발생되면서, 증기압이 균열틈을 더욱 확장시킴으로써 그룹공내의 발파공들 간의 균열대가 원활히 조성되고 모임공들 간의 균열대가 연결되면서 암반의 원활한 파쇄를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 발파공들을 소정의 시차를 간격으로 발파함으로써 발파시 진동의 간섭이 최소화되면서 발파효과가 향상될 수 있다.

또한, 본 발명은 서로 이웃하는 그룹공들의 사이에 연결공을 천공함으로써 그룹공들의 사이에도 인위적인 균열대가 형성될 수 있도록 함으로써 파쇄 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 발파공들의 간격이 입구측에서 반대편으로 갈수록 점점 넓어지도록 형성되므로 천공 과정에서 발파공들이 서로 연결되는 것이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명은 발파공들에 투입되는 둔감성 파쇄 조성물이 이웃하는 발파공의 다른 둔감성 파쇄 조성물과 단차를 이루면서 투입될 경우에는 발파시 발파공들 간의 균열대가 단차만큼의 경사방향으로 형성됨으로써 더욱 원활한 파쇄를 도모할 수 있다.

개시되는 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 개시되는 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발파공의 천공 상태를 나타내는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발파공의 천공 상태를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법에 적용되는 발화기구를 나타내는 구성도이다.

이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발파공의 천공 상태를 나타내는 설명도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발파공의 천공 상태를 나타내는 종단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법에 적용되는 발화기구를 나타내는 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발파 공법은 화약이 아닌 둔감성 파쇄 조성물을 이용하여 암반을 파쇄하기 위한 공법이다.

여기서, 둔감성 파쇄 조성물(20)은 화약과는 다른 팽창압력을 통해 발파력을 제공하는 것으로, 예컨대 팽창 증기압을 제공함으로써 암반을 인장 파괴시키도록 조성된 조성물이며, 후술되는 발파공(10)과 그룹공(100)의 천공 형태와 함께 진동 및 소음이 감소된 미진동 발파 공법을 제공할 수 있다.

구체적으로, 둔감성 파쇄 조성물(20)은 산화제, 환원제, 해리압제 및 조연제를 함유할 수 있으며, 또한 산화제, 환원제, 해리압제 및 점결제를 함유할 수 있고, 또한 산화제, 환원제, 해리압제, 조연제 및 점결제를 함유할 수 있다.

여기서, 둔감성 파쇄 조성물(20) 중 산화제로는 금속 산화물이 사용되고, 그 구체적인 예로는 산화제이구리, 이산화망간, 산화제이철, 사산화삼철 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 바람직하게는 산화제로서 산화제이구리를 사용할 수 있다. 이러한 산화제는 둔감성 파쇄 조성물(20)의 총 중량을 기준으로 35 내지 45 중량% 범위의 양으로

또한, 둔감성 파쇄 조성물(20) 중 환원제로는 금속 분말이 사용되고, 그 구체적인 예로는 알루미늄 분말, 마그네슘 분말 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.바람직하게는 환원제로서 산소의 공급을 받아 높은 열에너지로서의 연료 역할을 하는 알루미늄 분말을 사용하는 것이 좋다. 이러한 환원제는 둔감성 파쇄 조성물(20)의 총 중량을 기준으로 8 내지 12 중량% 범위의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 둔감성 파쇄 조성물(20) 중 해리압제는 산화제와 환원제의 고온 발열과 충격으로 인하여 열분해된 가스압을 급속도로 빠르게 방출하는 정적인 추진적 작용의 기능을 갖게 되고, 동적 충격압 작용에 의하여 취성 물체의 균열 틈으로 열분해되어 해리된 다량의 가스압이 확산되어 암석을 이동시키면서 재차 파쇄하는 작용을 하게 된다. 이러한 해리압제의 열 해리압은 산화제와 환원제의 열원에 의하여 발생한 온도가 높을수록 높다. 따라서, 가스 발생량이 클수록 파암 효과가 커지므로 단위 중량당 열분해 가스 발생량이 큰 것이 바람직하다.

이러한 해리압제로는 과탄산나트륨(2Na2CO3·3H2O2), 아지화나트륨(NaN3), 오붕산암모늄 사수화물(NH4B5O8·4H2O), 황산마그네슘 칠수화물(MgSO4·7H2O), 황산제일철 칠수화물(FeSO4·7H2O), 옥살산암모늄 일수화물[(NH4)2C2O4·H2O] 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 바람직하게는 해리압제로서 황산마그네슘 칠수화물 (에프솜염)을 사용할 수 있다.

이러한 해리압제는 상기 둔감성 파쇄 조성물(20)의 총 중량을 기준으로 42 내지 55 중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 둔감성 파쇄 조성물(20) 중 조연제는 둔감성 파쇄 조성물의 발화점을 낮추어 착화와 연소를 용이하게 하고, 순폭도를 높이는 역할을 하는 것으로서, 황, 경유, 중유, 등유 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 조연제는 상기 둔감성 파쇄 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 5 중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 둔감성 파쇄 조성물(20) 중 점결제는 산화제, 환원제 및 조연제의 혼합물을 비활성 물질인 해리압제 입자주위로 결합시키고 이들의 일정한 성분 비율을 유지시킴으로써 균등한 산소 공급을 통하여 산소 평형을 유지함과 동시에 연소를 용이하게 해주고, 연속적인 분해 반응을 통하여 미반응물 없는 완전 연소와 순폭도 향상을 달성하는 역할을 한다.

이러한 점결제로는 메틸셀룰로오스 (MC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스 (HPMC), 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 점결제는 상기 둔감성 파쇄 조성물(20)의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 1.8 중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하고, 사용시 점결제를 아세톤, 물, 에틸알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 용매에 용해시켜 액체 상태로 사용할 수 있다.

본 발명의 둔감성 파쇄 조성물(20)은 산화제, 환원제, 해리압제 및 조연제를 혼합기에 투입하여 혼합한 후 배출된 혼합물을 진동체를 통하여 사분하여 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 둔감성 파쇄 조성물(20)은 산화제, 환원제 및 해리압제를 혼합기에 넣고, 점결제를 용매에 용해시켜 점결제액을 준비하여 이를 상기 혼합기에 넣고 혼합한 후, 배출된 혼합물을 진동체를 통하여 사분한 후 건조시켜 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 둔감성 파쇄 조성물(20)은 산화제, 환원제, 해리압제 및 조연제를 혼합기에 넣고, 점결제를 용매에 용해시켜 점결제액을 준비하여 이를 상기 혼합기에 넣고 혼합한 후, 배출된 혼합물을 진동체를 통하여 사분한 후 건조시켜 제조할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미진동 발파 공법은 발파공을 천공하는 단계(S100), 연결공을 형성하는 단계(S150), 발파공에 둔감성 파쇄 조성물을 장약하는 단계(S200), 발파공의 입구를 전색하는 단계(S300) 및 발파하는 단계(S400)를 포함하여 수행할 수 있다.

상기 발파공을 천공하는 단계(S100)는 파쇄 대상의 암반에 둔감성 파쇄 조성물(20)이 투입될 수 있는 발파공(10)을 암반에 형성하는 단계이다.

구체적으로, 발파공(10)은 복수 개가 하나의 그룹을 이루면서 소정의 간격으로 암반에 천공될 수 있다.

즉, 발파공(10)은 도 2 에 도시된 바와 같이 3개가 하나의 그룹공(100)을 이루면서 그룹공(100)들이 소정의 간격으로 천공될 수 있으며, 이와 달리 2개 또는 4개 이상이 하나의 그룹공(100)을 이루면서 천공될 수 있다.

또한, 발파공(10)은 복수 개가 하나의 그룹공(100)을 이루면서 수평 또는 사선의 일직선으로 배치될 수도 있다.

여기서, 그룹공(100)을 구성하는 발파공(10)의 개수는 파쇄 대상 암반의 경도에 따라 다르게 형성될 수 있다.

즉, 그룹공(100)을 구성하는 발파공(10)의 개수는 파쇄 대상 암반의 경도가 높을수록 수량이 증가할 수 있다.

또한, 그룹공(100)을 형성하는 발파공(10)은 파쇄대상 암반의 형상에 따라 지면에 대하여 수직, 수평 또는 경사를 갖도록 형성될 수 있다.

구체적으로, 그룹공(100)을 소정의 간격으로 천공하는 단계(S100)는 도 1에 도시된 바와 같이 그룹공(100)의 가상의 중심축을 중심으로 둘 이상의 발파공(10)을 소정의 간격으로 천공하여 하나의 그룹공(100)을 형성(S110)한 후, 그룹공(100)의 중심축과 소정의 이격거리를 갖도록 또 다른 발파공(10)들을 형성하여 다른 그룹공(100)을 반복적으로 형성(S120)할 수 있다.

여기서, 발파공(10)을 형성할 때에는 통상적인 천공기를 통해 천공작업이 수행될 수 있다.

또한, 하나의 그룹공(100)을 형성할 때에는 그룹공(100)을 구성하는 발파공(10)들을 서로 평행하도록 형성할 수 있다.

한편, 다른 그룹공(100)을 형성할 때에는 이웃하는 그룹공(100)과 발파공(10)의 개수를 서로 달리하여 형성할 수도 있다.

예컨대, 2개의 발파공(10)으로 이루어진 그룹공(100)의 이웃에는 3개의 발파공(10)으로 이루어진 그룹공(100)을 형성함으로써 서로 교번적으로 배치되도록 형성할 수도 있다.

이 경우에는 상대적으로 적은 발파공(10)의 분포를 갖는 그룹공(100)과 상대적으로 많은 발파공(10)의 분포를 갖는 그룹공(100)이 교번적으로 배치됨으로써 발파 시 각 그룹공(100)의 균열대가 서로 다르게 균열하면서도 서로 연결되어 원활하게 파쇄될 수 있다.

한편, 발파공(10)을 형성할 때에는 도 3에 도시된 바와 같이 발파공(10)들을 소정의 간격(L1)으로 이격시켜 하나의 그룹공(100)을 형성하는 동시에, 그룹공(100)들을 소정의 간격(L2)로 이격시켜서 복수열의 그룹공(100)들을 형성할 수 있다.

구체적으로, 하나의 그룹공(100)을 이루는 발파공(10)들의 간격(L1) : 그룹공(100)들 간의 간격(L2)은 1 : 3 ~ 5의 비율을 갖도록 형성할 수 있다.

예컨대, 발파공(10)들의 간격(L1)은 0.5m 내지 0.6m로 형성하는 것이 바람직하며, 그룹공(100)들 간의 간격(L2)은 1.8m 내지 2.2m로 형성하는 것이 바람직하다.

여기서, 그룹공(100)들 간의 간격(L2)는 파쇄 대상 암반의 경도에 따라 서로 다른 비율로 형성될 수 있다.

예컨대, 그룹공(100)들 간의 간격(L2)는 파쇄 대상 암반의 경도가 높을 경우 발파공(10)들의 간격(L1)에 대하여 3 ~ 5 중 상대적으로 작은 값을 갖는 비율로 형성되면서 상대적으로 좁게 형성될 수 있다.

또한, 그룹공(100)들 간의 간격(L2)는 파쇄 대상 암반의 경도가 낮을 경우 발파공(10)들의 간격(L1)에 대하여 3 ~ 5 중 상대적으로 큰 값을 갖는 비율로 형성되면서 상대적으로 넓게 형성될 수 있다.

한편, 발파공(10)들 간의 간격(L1)은 도 3에 도시된 바와 같이 발파공(10)의 입구측 반대편의 단부의 간격을 의미할 수 있다.

즉, 발파공(10)들 간의 간격(L1)은 둔감성 파쇄 조성물(100)이 투입되어 배치되는 부분인 발파공(10)의 입구측 반대편 하단부의 간격일 수 있다.

또한, 그룹공(100)을 형성하는 단계(S110)에서는 도 3에 도시된 바와 같이 발파공(10)들 간의 간격이 입구 측에서 반대편 방향으로 갈수록 점점 넓어지도록 형성할 수 있다.

즉, 하나의 그룹공(100)을 이루는 발파공(10)들은 입구의 반대편 방향으로 갈수록 서로 멀어지도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 발파공(10)들은 간격이 입구측에서 반대편으로 갈수록 벌어지도록 형성되므로 천공 과정에서 서로 연결되는 것이 방지될 수 있다.

상기 연결공을 형성하는 단계(S150)는 그룹공(100)들의 사이에 연결공(150)을 형성함으로써 그룹공(100)들의 사이에 인위적인 균열대를 형성하는 단계이다.

구체적으로, 상기 연결공을 형성하는 단계(S150)는 도 2에 도시된 바와 같이 그룹공(100)들 중 서로 이웃하는 그룹공(100)들의 사이에 적어도 하나의 발파공으로 이루어지는 연결공(150)을 형성할 수 있다.

이러한 연결공(150)은 암반의 경도나 형태에 따라 단수 또는 복수로 천공될 수 있다.

상기 둔감성 파쇄 조성물을 장약하는 단계(S200)는 전술한 발파공(10)들 각각에 둔감성 파쇄 조성물(20)을 투입하는 단계이다.

이때, 둔감성 파쇄 조성물(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 발파공(10)의 하단부에 배치되도록 투입될 수 있으며, 암반의 경도에 따라 서로 다른 용량이나 서로 다른 수량으로 투입될 수 있다.

즉, 둔감성 파쇄 조성물(20)은 암반의 경도가 높을 경우 고용량의 파쇄율을 갖는 폭약이 투입될 수 있으며, 설정된 용량의 폭약이 복수개로 투입될 수도 있다.

한편, 둔감성 파쇄 조성물(20)은 그룹공(100)을 구성하는 발파공(10) 각각에 투입되면서 도 3에 도시된 바와 같이 이웃하는 다른 발파공(10)에 투입된 다른 둔감성 파쇄 조성물(20)과 단차(H)를 갖도록 투입될 수도 있다.

즉, 발파공(10)들에 투입된 둔감성 파쇄 조성물(20)들은 동일한 레벨이 아닌 단차를 갖도록 투입됨으로써 발파 시 균열대를 단차방향으로 경사지게 형성함으로써 균열범위를 확장시킬 수도 있다.

이때, 둔감성 파쇄 조성물(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 스페이서(15)와 함께 투입되면서 이웃하는 다른 둔감성 파쇄 조성물(20)과 단차(H)를 이룰 수 있다.

여기서, 스페이서(15)는 소정의 길이를 갖는 캡슐형태로 형성될 수 있으며, 폴리에틸렌과 같은 유체가 내장되거나 가스가 내장될 수도 있다.

상기 발화기구를 설치하는 단계(S250)는 발파공(10)에 투입된 둔감성 파쇄 조성물(20)에 발화기구(200)를 각각 설치하여 발파를 준비하는 단계이다.

여기서, 발화기구(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 발화하우징(210), 고온고열발생제(220), 발화제(230) 및 발화선(240)을 포함하여 구성될 수 있다.

발화하우징(210)은 대략 용기형태로 형성되어 둔감성 파쇄 조성물(20)에 매립될 수 있다.

고온고열발생제(220)는 후술되는 발화제(230)의 발화에 의해 고열과 충격압을 발생시켜 둔감성 파쇄 조성물을 반응시키는 것으로 발화하우징(210)에 내장되면서 둔감성 파쇄 조성물에 대면할 수 있다.

이러한 고온고열발생제(220)는 산화제와 환원제의 총 중량을 기준으로 산화제 75 내지 85 중량% 및 환원제 15 내지 25 중량%를 함유하는 것이 바람직하며, 착화가 용이하도록 조연제를 더 함유할 수 있다.

조연제의 사용량은 상기한 산화제 및 환원제의 총 중량을 기준으로 05 내지 15 중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 산화제, 환원제 및 조연제를 함유하는 고온고열발생제(220)는 07 내지 2 g의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 산화제로는 금속산화물이 사용되고, 그 구체적인 예로는 산화제이구리, 이산화망간, 산화제이철, 사산화삼철 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 바람직하게는 산화제로서 산화제이구리를 사용하는 것이 좋다.

상기 환원제로는 금속 분말이 사용되고, 그 구체적인 예로는 알루미늄 분말, 마그네슘 분말 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 바람직하게는 환원제로서 알루미늄 분말을 사용하는 것이 좋다.

상기 조연제로는 질소량 12% 미만의 면약 (nitrocellulose), 황 (S) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 고온고열발생제(220)는 산화제, 환원제, 조연제 등을 일정량 계량 혼합하여 준비하고 그 혼합물을 발화하우징(10) 속의 바닥에 충진한다.

이러한 고온고열발생제를 본 발명의 발화 기구에 충진함에 있어서, 본 발명의 둔감성 파쇄 조성물의 착화 능력을 높여주고, 위력을 증대하기 위해 30 kg/cm² 내지 150 kg/cm²의 압력으로 가압 충진하여 밀도를 높임으로써 단위 체적당 중량을 크게 하고, 반응 속도와 발생 압력을 높여 둔감성 파쇄조성물의 여폭 능력을 높일 수 있다.

상기 발화제(230)는 고온고열발생제(220)와 이격상태를 이루면서 발화하우징(210)에 내장되어 후술되는 발화선(240)의 발화에 의해 고온고열발생제(220)를 감응시키는 구성요소이다.

이러하 발화제(230)는 후술되는 발열선(240)의 발열에 의해 용이하게 발화할 수 있도록 발화점이 낮은 레졸신염이 바람직하며, 이러한 발화 물질로는 니트로기가 1개인 모노니트로레졸신납, 니트로기가 2개인 디니트로레졸신납 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 레졸신염은 모두 발화점이 300 ℃ 이하로서, 발열선의 발열량에 의해 발화제가 발화됨과 동시에 고온고열발생제(220)를 감응시켜 착화시키는 여폭 (donor)의 기능을 가진다.

또한, 상기한 발화제(230)는 발화 연소시 충분한 산소 공급을 통하여 연소 반응이 원활하게 이루어지도록 하고 여폭 기능을 더욱 크게 하도록 산소 공급제를 발화 물질과 혼합하여 사용할 수 있다.

여기서, 산소 공급제는 다량의 산소를 발생시켜 연소를 촉진시키는 동시에, 발화시 발생하는 불꽃을 크게 하여 고온고열발생제의 감응(Aceptor) 능력을 높여주는 역할을 한다. 이와 같이 발화 물질과 혼합 사용되는 산소 공급제로는 과망간산칼륨, 이산화망간 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이러한 산소 공급제를 발화제(230) 중량을 기준으로 5 내지 70 중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 산소 공급제를 함유하는 발화제(230)는 발화에 의해 발생한 화염 크기 및 화염 지속 시간이 고온고열발생제(220)의 착화에 영향을 미치게 되므로 이를 10 mg 내지 35 mg의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 발화선(240)는 도 4에 도시된 바와 같이 도선(250)의 단부에 구비된 상태로 발화제(230)의 중심에 배치되어 도선(250)에 의해 발열하면서 발화제(230)를 발화시키는 구성요소이다.

이러한 발화선(240)은 비저항이 클수록 발열량은 커지나 단위길이당 저항값 역시 커지므로 일정한 값의 범위 내의 비저항값을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 발화 기구(200) 중의 발화제(230)를 발열시키기 위하여 바람직한 발열선(240)의 비저항은 184 μohm·cm 내지 134 μohm·cm 가 바람직하다.

상기 발파공의 입구를 전색하는 단계(S300)는 둔감성 파쇄 조성물(20)이 제각기 투입된 발파공(10)들의 입구를 밀봉하는 단계이다.

이때에는 각각의 발파공(10)에 급결 모르타르와 같은 전색제를 투입하고 다짐하여 발파공(10)을 밀봉할 수 있다.

이와 달리, 발파공(10)의 내경에 대응하도록 형성되는 미도시된 전색마개를 각각의 발파공(10)에 투입한 후, 그 상부에 전색제를 투입 및 다짐하여 발파공(10)을 밀봉할 수도 있다.

이때, 각 둔감성 파쇄 조성물(20)에 연결된 도선(250)은 발파공(10)의 외부로 인출시킨 상태로 발파공(10)을 밀봉할 수 있다.

상기 발파하는 단계(S400)는 발파공(10) 각각의 발화기구(200)를 연결하여 둔감성 파쇄 조성물(20)을 발파하는 단계로 각 발파공(10)의 외부로 인출된 도선(250)을 직렬 또는 병렬로 연결하고, 점화기를 통해 점화시켜서 발파하게 된다.

여기서, 발파하는 단계(S400)에서는 각 발파공(10)에 설치된 발화기구(200)들을 소정의 시차를 간격으로 작동시켜 발파시킬 수 있으며, 예컨대, 1/1000 초 단위의 시차를 간격으로 발화기구(200)들을 발파시킬 수 있다.

이에 따라, 둔감성 파쇄 조성물(20)은 소정의 시차를 간격으로 발파됨으로써 진동의 상호 간섭효과로 발파효과가 저하되지 않고 진동 감소효과를 얻을 수 있다.

특히, 둔감성 파쇄 조성물(20)은 금속고체가 금격히 금속증기로 해리되어 체적이 팽창하면서 충격압이 발생되며 균열을 발생시키고 동시에 결정수가 열에 의해 기화 분해되어 증기압이 발생되면서, 증기압이 균열틈을 더욱 확장시킴으로 모임공내의 발파공들 간의 균열대가 원활히 조성되고 모임공들 간의 균열대가 연결되면서 암반의 원활한 파쇄를 도모할 수 있다.

한편, 둔감성 파쇄 조성물을 장약하는 단계(S200)의 이전에는 미도시된 할암봉을 발파공(10)에 투입하여 암을 파쇄하는 단계를 수행할 수도 있다.

할암봉은 유압에 의한 벌어짐을 이용하여 암을 파쇄하는 구성요소이다.

즉, 발파공(10)을 할암봉의 유압을 통해 미리 파쇄할 수 있으며, 파쇄되지 않은 발파공(10)에만 자폭속 폭약을 장약하여 발파할 수도 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 일 실시예에 따른 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 미진동 발파공법에 의하면, 금속고체가 금격히 금속증기로 해리되어 체적이 팽창하면서 충격압이 발생되며 균열을 발생시키고 동시에 결정수가 열에 의해 기화 분해되어 증기압이 발생되면서, 증기압이 균열틈을 더욱 확장시킴으로써 그룹공내의 발파공들 간의 균열대가 원활히 조성되고 모임공들 간의 균열대가 연결되면서 암반의 원활한 파쇄를 도모할 수 있으며, 특히 발파공(10)들을 소정의 시차를 간격으로 발파함으로써 발파시 진동의 간섭이 최소화되면서 발파효과가 향상될 수 있다.

상술된 실시예들은 예시를 위한 것이며, 상술된 실시예들이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술된 실시예들이 갖는 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 명세서를 통해 보호받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 발파공
20 : 둔감성 파쇄 조성물
15 : 스페이서
100 : 그룹공
150 : 연결공
200 : 발화기구
210 : 발화하우징
220 : 고온고열발생제
230 : 발화제
240 : 발화선
L1 : 그룹공을 이루는 발파공들 간의 간격
L2 : 그룹공들 간의 간격

Claims (6)

1. 금속 테르밋 반응에 의한 동적 충격 압력과 금속의 해리를 통한 가스압력 및 증기압력을 통해 발파력을 제공하는 둔감성 파쇄 조성물을 이용하여 암반을 파쇄하는 발파 공법에 있어서,
   파쇄 대상의 암반의 형상에 따라 지면에 대하여 수직, 수평 또는 경사를 갖는 발파공을 소정의 간격으로 천공하되, 복수의 발파공을 하나의 모임으로 그룹화하여 그룹공을 소정의 간격으로 천공하는 단계;
   상기 그룹공들 중 서로 이웃하는 그룹공들의 사이에 적어도 하나의 발파공으로 이루어지는 연결공을 천공하는 단계;
   상기 발파공 각각에 설정된 수량의 상기 둔감성 파쇄 조성물을 장약하는 단계;
   상기 둔감성 파쇄 조성물에 발화기구를 각각 설치하는 단계;
   상기 발파공의 입구를 전색하는 단계; 및
   상기 발파공 각각의 상기 발화기구를 연결하여 상기 둔감성 파쇄 조성물을 발파하는 단계를 포함하며,
   상기 그룹공을 소정의 간격으로 천공하는 단계는,
   상기 그룹공의 중심축을 중심으로 둘 이상의 상기 발파공을 소정의 간격으로 형성하여 하나의 그룹공을 형성하는 단계; 및
   상기 하나의 그룹공의 중심축과 소정의 이격거리를 갖는 다른 그룹공을 형성하는 단계를 포함하되,
   상기 다른 그룹공을 형성할때에는 이웃하는 상기 그룹공과 상기 발파공의 개수를 서로 달리하여 형성하되, 상대적으로 적은 상기 발파공의 분포를 갖는 상기 그룹공과 상대적으로 많은 상기 발파공의 분포를 갖는 상기 그룹공을 교번적으로 배치하며,
   상기 그룹공을 이루는 상기 발파공들의 간격 : 상기 그룹공들 간의 간격은 1 : 3 ~ 5의 비율로 형성하고,
   상기 둔감성 파쇄 조성물을 장약하는 단계는,
   상기 발파공 각각에 적어도 하나의 상기 둔감성 파쇄 조성물을 투입하되, 이웃하는 다른 발파공의 둔감성 파쇄 조성물과 단차를 이루도록 하는 스페이서와 함께 투입하되, 상기 스페이서는 소정의 길이를 갖는 캡슐형태로 형성되어 폴리에틸렌 유체 또는 가스가 내장되는 것을 특징으로 하는 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결공을 천공하는 단계는,
   상기 그룹공을 구성하는 발파공의 내경과 다른 크기를 갖는 적어도 하나의 발파공으로 형성하는 것을 특징으로 하는 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 발파하는 단계는,
   상기 발파공들에 설치된 상기 발화기구들을 소정의 시차를 간격으로 작동시켜 발파하는 것을 특징으로 하는 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 발화기구는,
   상기 둔감성 파쇄 조성물에 매립된 상태로 설치되는 발화하우징;
   상기 발화하우징에 내장되어 상기 둔감성 파쇄 조성물에 대면하며, 고열과 충격압을 발생시켜 상기 둔감성 파쇄 조성물을 반응시키는 고온고열발생제;
   상기 고온고열발생제와 이격상태를 이루면서 상기 발화하우징에 내장되며, 발화에 의해 상기 고온고열발생제를 감응시키는 발화제; 및
   상기 발화제의 중심에 배치되어 도선에 의해 발열하면서 상기 발화제를 발화시키는 발화선을 포함하는 둔감성 파쇄 조성물을 이용한 발파 공법.

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