KR102191732B1 - 변위 센서를 구비하는 락볼트 장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 락볼트 시스템은 외력에 의한 위치의 변화를 감지하기 위한 하나 이상의 변위 센서가 표면에 부착되어 있는 락볼트, 상기 변위 센서로부터 신호를 수집하고, 이를 분석하여 상기 락볼트의 변위를 계측하고, 계측값을 분석하여 위험 상태를 분석하되, 계측값이 미리 정해진 기준치를 초과하면 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, IoT 망을 통해 계측값과 위험 상태 정보를 실시간으로 외부 기기에 전송하는 단말 장치를 포함한다.
본 발명에 의하면, 락볼트 표면에 변위 센서를 부착하고, 이를 통해 락볼트의 상태를 알 수 있는 계측값과 위험상태 정보를 IoT 망을 통해 실시간으로 서버나 관리자의 스마트 폰으로 전송함으로써, 락볼트가 시공된 공학구조물의 상태를 상시 계측할 수 있고, 붕괴 위험을 사전에 예방할 수 있으며, 이에 따라 붕괴시 발생하는 사후 처리 비용을 절감할 수 있다는 효과가 있다.

Description

변위 센서를 구비하는 락볼트 장치 및 시스템{Rock bolt system and apparatus with displacement sensor}

본 발명은 락볼트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변위를 감지하는 변위 센서를 구비하는 락볼트 장치 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 산악지형 등에 개설된 도로변에는 암벽, 암반, 토사 등을 포함한 경사지면이 많고, 이들 도로는 경사지면으로부터 발생되는 사면 붕괴가 발생할 수 있다. 사면 붕괴라 함은 지진 또는 도로를 통행하는 차량 등에 의한 각종 충격 및 해빙기를 비롯한 풍우 작용과 중력 작용 등으로 인하여 그 지지 기반이 약해짐에 따라 붕괴되는 현상을 말한다.

따라서, 이러한 사면 붕괴의 위험을 최소화하기 위해 사면을 일정한 각도로 경사지게 하고, 아울러 경사면으로부터 도로로 낙석 및 토사가 흘러내리는 것을 방지하기 위해 다양한 형태의 사면 안정공사가 실시되고 있는 실정이다.

경사지면의 특정부위 붕괴가 심화되면, 붕괴에 의한 하중이 그 부위의 락볼트 보강부위에 집중되고, 이와 같이 붕괴 하중이 집중되는 락볼트 보강부위는 하중에 의해 변형 또는 파손되어 이후에 붕괴에 대하여 지지력을 상실하여 암반 붕괴로 이어지는 등 안전사고의 위험이 잔존하게 되는 문제가 있다.

도 1은 종래 터널용 락볼트의 설치상태를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 터널공사시 터널(10) 표면에 노출된 암반층은 공사시의 충격등으로 균열이 가기 쉬우며, 이러한 균열로 인해 노출암반층의 일부가 탈락될 우려가 있으므로 터널(10) 표면에서 심층암반부까지 천공하고 시멘트 몰타르(30)를 충전한 다음, 락볼트(21)를 삽입하고 너트(25)로 고정하여 노출암반층을 심층암반부에 기계적으로 고정하고 있다.

이처럼, 종래 경사지반, 터널 등의 시공시에 암반층에 락볼트를 삽입하여 지반 약화로 인한 붕괴를 예방하고 있다.

그러나, 락볼트를 삽입한 지반이라고 하더라도 지진, 공사의 부실, 오랜 시간이 경과함으로 인한 자연 풍화 등 다양한 원인으로 지반이 이동하여 붕괴가 발생할 수 있는 위험성이 있다.

기존에는 락볼트 설치 후에 대부분이 그대로 방치되고 있는 실정이다. 그래서, 지진이나 집중호우 등으로 인해 토목공사로 인한 절취사면이나 터널 등 공학구조시설물의 붕괴 위험이 있는 경우, 이를 알 수가 없다는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 10-1156501

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존에 지보재로 활용되는 락볼트 설치시, 스트레인 게이지와 같은 변위센서가 부착된 락볼트를 사용하고, 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 망을 이용하여, 변위 센서와 연결된 단말 장치에서 통신사업자가 제공하는 IoT 플랫폼을 통해 직접 서버나 관리자의 스마트 폰으로 계측 값 및 위험 상태 정보를 실시간으로 제공하는 락볼트 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 시공된 장소의 변위를 감지하여 붕괴 위험을 사전에 예방할 수 있도록 하는, 변위를 감지하는 변위센서를 포함하는 락볼트 장치를 제공하는데 그 다른 목적이 있다.

계측 값과 위험 상태 정보를 제공함에 있어서, 사물 인터넷 망 대신에 기존의 네트워크 통신 방식을 이용할 수도 있다. 즉, 센서로부터 센서노드까지 유선으로 연결되고, 센서노드부터 중계기나 게이트웨이까지는 촘촘한 메쉬방으로 구현되고, 인터넷에 연결된 서버까지는 무선랜이나 CDMA, LTE 등으로 연결되어 구성되는 복잡한 구조의 네트워크 통신망을 이용할 수도 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 락볼트 시스템은 외력에 의한 위치의 변화를 감지하기 위한 하나 이상의 변위 센서가 표면에 부착되어 있는 락볼트, 상기 변위 센서로부터 신호를 수집하고, 이를 분석하여 상기 락볼트의 변위를 계측하고, 계측값을 분석하여 위험 상태를 분석하되, 계측값이 미리 정해진 기준치를 초과하면 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, IoT 망을 통해 계측값과 위험 상태 정보를 실시간으로 외부 기기에 전송하는 단말 장치를 포함한다.

상기 변위 센서는 스트레인 게이지로 구현될 수 있다.

본 발명의 천공된 암반에 설치되는 락볼트 장치에 있어서, 원통형으로 암반에 삽입되는 부분으로서, 길이 방향을 따라 하나 이상의 홈이 형성되어 있는 몸체 및 상기 몸체의 일단에 형성되는 헤드를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 홈의 일부에 외력에 의한 위치의 변화를 감지하기 위한 변위 센서가 각각 구비되고, 상기 홈을 따라 구비되는 전선에 의해 상기 변위 센서와 상기 헤드가 전기적으로 연결되며, 상기 헤드는 상기 변위 센서로부터 신호를 수신하여 상기 락볼트 장치의 변위를 측정하고, 변위가 미리 정해진 기준치를 초과하면, 알람을 표출한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 변위 센서와 전선을 포함하여 상기 홈 내부가 실링(sealing) 처리될 수 있다.

상기 헤드는, 상기 변위 센서로부터 신호를 수신하기 위한 신호수신부, 빛을 발광시키기 위한 발광부, 음향을 출력시키기 위한 스피커부 및 상기 신호수신부에서 수신된 변위 신호를 이용하여 상기 락볼트 장치의 변위를 측정하고, 변위가 미리 정해진 기준치를 초과하면, 상기 발광부를 통해 빛을 발광시키고, 상기 스피커부를 통해 알람음이 출력되도록 제어하는 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 헤드는 통신망에 접속하여 외부 기기와 통신하기 위한 통신부를 더 포함하며, 상기 제어부는 변위가 미리 정해진 기준치를 초과하면, 상기 통신망을 통해 외부 기기에 알람 메시지를 전송할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 몸체와 헤드의 하우징은 유리섬유강화폴리머(glass fiber reinforced polymer) 소재로 제조될 수 있다.

본 발명에 의하면, 락볼트 표면에 변위 센서를 부착하고, 이를 통해 락볼트의 상태를 알 수 있는 계측값과 위험상태 정보를 IoT 망을 통해 실시간으로 서버나 관리자의 스마트 폰으로 전송함으로써, 락볼트가 시공된 공학구조물의 상태를 상시 계측할 수 있고, 붕괴 위험을 사전에 예방할 수 있으며, 이에 따라 붕괴시 발생하는 사후 처리 비용을 절감할 수 있다는 효과가 있으며, 더 나아가서 국민의 생명과 재산을 보호할 수 있을 것으로 기대된다.

본 발명에 의하면, 변위센서를 구비하는 락볼트 장치를 제공함으로써, 락볼트가 시공된 지반의 붕괴 위험을 인지하고, 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 근거리 무선통신망이나 이동통신망을 통하여, 락볼트 장치가 시공된 지반의 붕괴 위험을 사용자가 소지하는 단말에 알릴 수 있으므로, 사용자의 편의에 기여하며, 조기에 붕괴 위험을 인지하여 대형 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 터널용 락볼트의 설치상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 락볼트 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 락볼트 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 암반을 천공하고, 이에 의해 천공된 암반에 설치되는 락볼트 장치에 대한 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 락볼트 장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 락볼트 장치는 헤드(100) 및 몸체(200)로 구성된다.

헤드(100)는 몸체(200)의 일단에 형성된다.

몸체(200)는 원통형으로 암반에 삽입되는 부분으로서, 길이 방향을 따라 하나 이상의 홈(230)이 형성되어 있다.

변위 센서(210)는 홈(230)의 일부에 구비되며, 외력에 의한 위치의 변화를 감지하는 역할을 한다. 예를 들어, 변위 센서(210)는 스트레인 게이지(Strain gauge)로 구현될 수 있다.

본 발명에서 홈(230)을 따라 구비되는 전선(220)에 의해 변위 센서(210)와 헤드(100)가 전기적으로 연결된다.

헤드(100)는 변위 센서(210)로부터 신호를 수신하여 락볼트 장치의 변위를 측정하고, 변위가 미리 정해진 기준치를 초과하면, 알람을 표출한다.

도 2의 실시예에서는 총 네 개의 홈이 형성되어 있고, 각 홈에 변위 센서가 각각 구비되어 총 네 개의 변위 센서가 구비되는 예이다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라서 홈의 수와 변위 센서의 수를 다양하게 구현할 수 있음은 당연하다.

또한, 도 2의 실시예에서 변위 센서가 홈에 위치하는 위치가 각각 다르게 구현될 수 있으며, 이에 따라 변위 센서가 위치하는 지점에서의 변위를 각각 감지할 수 있으며, 이에 따라 보다 정밀하고 정확한 변위 측정이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에서 변위 센서(210)와 전선(220)을 포함하여 홈(230) 내부가 실링(sealing) 처리되어 구현될 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 변위 센서(210)와 전선(220)이 외부에 존재하는 몰타르와 직접 접촉되지 않게 되어, 전기적 불량이나 오작동을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 몸체(200)와 헤드(100)의 하우징은 유리섬유강화폴리머(glass fiber reinforced polymer) 소재로 제조될 수 있다. 유리섬유강화폴리머는 유리섬유(Glass Fiber)를 주보강재로 하여 다양한 수지를 함침 가공한 복합 구조재로서, 알루미늄보다 가볍고 철보다 강하며, 내식, 내열 및 내부식성이 우수한 반영구적인 소재로 매우 높은 강도를 지니고 있다. 그러나 소재는 유리섬유강화폴리머로 한정되는 것은 아니고 철근과 같이 소정 강도를 지닌 다른 금속 및 비금속 소재가 이용될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드의 내부 구성을 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 헤드(100)는 신호수신부(110), 제어부(120), 발광부(130), 스피커부(140), 통신부(150)를 포함한다.

신호수신부(110)는 변위 센서(210)로부터 신호를 수신하는 역할을 한다.

발광부(130)는 빛을 발광시키는 역할을 한다. 예를 들어, 발광부(130)는 LED로 구현될 수 있다.

스피커부(140)는 음향을 출력시키는 역할을 한다.

제어부(120)는 신호수신부(110)에서 수신된 변위 신호를 이용하여 락볼트 장치의 변위를 측정하고, 변위가 미리 정해진 기준치를 초과하면, 발광부(130)를 통해 빛을 발광시키고, 스피커부(140)를 통해 알람음이 출력되도록 제어한다.

통신부(150)는 통신망에 접속하여 외부 기기와 통신하도록 통신 기능을 지원하는 역할을 한다. 여기서 외부 기기는 사용자의 스마트 폰 등 단말로 구현될 수 있다.

본 발명에서 제어부(120)는 변위가 미리 정해진 기준치를 초과하면, 통신망을 통해 외부 기기에 알람 메시지를 전송할 수 있다.

본 발명은 기존에 지보재로 활용되는 락볼트 설치시, 스트레인 게이지와 같은 변위센서가 부착된 락볼트를 사용하고, 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 망을 이용하여, 변위 센서와 연결된 단말 장치에서 통신사업자가 제공하는 IoT 플랫폼(Platform)을 통해 직접 서버나 관리자의 스마트 폰으로 계측 값 및 위험 상태 정보를 실시간으로 제공하는 락볼트 시스템을 제안한다.

계측 값과 위험 상태 정보를 제공함에 있어서, 사물 인터넷 망 대신에 기존의 네트워크 통신 방식을 이용할 수도 있다. 즉, 센서로부터 센서노드까지 유선으로 연결되고, 센서노드부터 중계기나 게이트웨이까지는 촘촘한 메쉬방으로 구현되고, 인터넷에 연결된 서버까지는 무선랜이나 CDMA, LTE 등으로 연결되어 구성되는 복잡한 구조의 네트워크 통신망을 이용할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 락볼트 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 락볼트 시스템은 락볼트(400) 및 단말 장치(500)를 포함한다.

락볼트(400)는 외력에 의한 위치의 변화를 감지하기 위한 하나 이상의 변위 센서(410)가 표면에 부착되어 있다. 예를 들어, 변위 센서(410)는 스트레인 게이지로 구현될 수 있다.

본 발명에서 변위 센서(410)는 락볼트(400)의 길이 방향으로 따라 일직선으로 부착될 수 있으며, 이러한 구조로 인하여 어떤 부분에서 변위가 발생한 것인지를 용이하게 측정할 수 있다.

단말 장치(500)는 변위 센서(410)로부터 신호를 수집하고, 이를 분석하여 락볼트(400)의 변위를 계측하고, 계측값을 분석하여 위험 상태를 분석하되, 계측값이 미리 정해진 기준치를 초과하면 붕괴 위험이 있는 것으로 판단하고, IoT 망을 통해 계측값과 위험 상태 정보를 실시간으로 외부 기기(600)에 전송한다. 여기서 외부 기기(600)는 서버, 사용자의 스마트 폰 등이 될 수 있다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

100 헤드 200 몸체
210, 410 변위 센서 220 전선
230 홈 110 신호수신부
120 제어부 130 발광부
140 스피커부 150 통신부
400 락볼트 500 단말 장치

Claims (3)

1. 천공된 암반에 설치되는 락볼트 장치에 있어서,
   원통형으로 암반에 삽입되는 부분으로서, 길이 방향을 따라 둘 이상의 홈이 형성되어 있는 몸체;
   상기 각 홈의 일부에 각각 위치하여 외력에 의한 위치의 변화를 감지하기 위한 둘 이상의 변위 센서; 및
   상기 몸체의 일단에 형성되는 헤드를 포함하여 구성되며,
   상기 홈을 따라 구비되는 전선에 의해 상기 각 변위 센서와 상기 헤드가 전기적으로 연결되고,
   상기 헤드로부터 상기 각 변위 센서가 위치한 지점까지의 거리가 각각 다르게 되도록 상기 각 변위 센서가 위치되며,
   상기 헤드는 상기 각 변위 센서로부터 신호를 수신하여 상기 락볼트 장치의 변위를 측정하고, 측정된 변위 중에서 정해진 기준치를 초과하는 것이 있으면, 알람을 표출하고,
   상기 몸체와 헤드의 하우징은 유리섬유강화폴리머(glass fiber reinforced polymer) 소재로 제조되고,
   상기 각 변위 센서와 전선을 포함하여 상기 각각의 홈 내부가 개별적으로 실링(sealing) 처리되어 있되, 상기 몸체 하우징의 유리섬유강화폴리머 소재 표면이 노출되어 있으며,
   상기 헤드는,
   상기 변위 센서로부터 신호를 수신하기 위한 신호수신부;
   빛을 발광시키기 위한 발광부;
   음향을 출력시키기 위한 스피커부;
   통신망에 접속하여 외부 기기와 통신하기 위한 통신부; 및
   상기 신호수신부에서 수신된 변위 신호를 이용하여 상기 락볼트 장치의 변위를 측정하고, 변위가 미리 정해진 기준치를 초과하면, 상기 발광부를 통해 빛을 발광시키고, 상기 스피커부를 통해 알람음이 출력되도록 제어하고, 변위가 미리 정해진 기준치를 초과하면, 상기 통신망을 통해 외부 기기에 알람 메시지를 전송하도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 락볼트 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제

Images