KR102418199B1 - 충격파 응답형 전단농화유체 전색재 및 이를 이용한 발파 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격파 응답형 전단농화유체 전색재 및 이를 이용한 발파 공법에 관한 것으로, 전단농화유체를 이용하여 폭약의 둘레부와 장약공 사이를 밀장전 분위기로 조성하기 위하여 공극이 없고 전단력에 대하여 마찰력이 증가하는 유체형 전색재로서 이러한 전단농화유체를 전색함으로써 장약실내에서 폭약의 화학적 반응 증가와 폭발가스의 유효시간을 연장시켜 발파효율을 극대화하고 아울러, 전단농화유체의 재료분리와 변질(부패, 결빙 등)을 막아 전단농화유체의 특성이 정상적으로 발현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재는, 전분류로 이루어지는 베이스, 상기 베이스와 비중 차이를 갖고 있으며 상기 베이스를 분산시키는 분산매의 혼합물에 대하여, 상기 베이스와 분산매의 비중 차이를 줄이고 상호 결속을 통해 상기 베이스와 분산매의 재료분리를 막아주는 비중조절제와 증점제가 혼합되며, 상기 전단농화유체 전색재는 분산매 100중량부를 기준으로 상기 베이스 80~140중량부, 비중조절제 20~90중량부 및 증점제 0.1~5중량부의 혼합으로 이루어진다.

Description

충격파 응답형 전단농화유체 전색재 및 이를 이용한 발파 공법{Shockwave responsive Shear Thickening Fluid Stem and Blasting method using the same}

본 발명은 전단농화유체 전색재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폭약 장전 후 장약공에 형성된 빈 공간 및 전색부를 전단농화유체로 충진하여 입자 공극을 제거하여 발파효율 저하를 방지함과 동시에 전색재(Stemming material)를 기존의 모래나 쇄석골재를 이용하여 발파(노천 발파, 수중 발파)한 경우 발생되는 전색재와 가스 유출(Blown out shot)을 방지하여 장약실내에서 폭약의 화학적 반응 증가와 폭발가스의 유효시간(장약실에 작용하는 폭발가스압력의 작용시간)을 연장시켜 발파효율을 극대화하고, 전단농화유체의 변질(재료분리, 부패, 결빙 등)을 막아 전단농화유체의 특성을 정상적으로 발현하는 충격파 응답형 전단농화유체 전색재 및 이를 이용한 발파 공법에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

발파는 구조물의 파쇄, 해체 용도로도 활용되고 있으나, 토목공사, 광산 채석장 등에서 암석을 파괴하기 위해서 실시하는 발파가 가장 많고 규모도 크다. 발파는 암석에 구멍을 뚫고 그 속에 폭약을 장전해서 폭파하는 것이 보통이다. 폭약을 장전하는 장약공(발파구멍)을 천공하기 위해서 천공기(유압드릴& 점보드릴 등)를 사용한다. 보통 발파에서는 지름 수 cm, 깊이 수 m의 구멍이 사용되지만, 대규모 발파에서는 지름 30cm, 깊이 20m나 되는 발파구멍이 사용될 때도 있다. 사용하는 폭약의 종류와 양, 기폭되는 발파구멍의 수 및 배치 등은 암석의 성질, 발파의 목적 등에 따라 충분히 고려한 후에 결정한다.

일반적으로 발파공에서 폭발에 의해 충격파가 생성됨으로써 발파공 주위로 파쇄영역이 형성되며, 많은 균열이 발파 공벽에서 형성된다. 충격파가 발파 공벽에 영향을 미친 후 높은 온도와 압력 및 속도를 갖는 폭발가스에 의해 계속해서 균열을 형성하며 균열을 넓히게 되는데 이것을 쐐기효과라고 한다.

발파에서는 쐐기효과를 얻기 위하여 전색은 반드시 필요하며 암석 발파에서 상당히 중요하게 취급되어 왔다. 전색재료와 발파공벽 사이의 점착력과 마찰저항의 전색재료의 구조와 물리적 특성은 현장에서의 효율적인 발파작업을 위하여 중요한데 발파공에서 적절한 전색은 폭약의 화학적 반응 증가, 암석 비산의 감소, 발파공 내에서 유효 파괴에너지 증가 및 폭발가스의 유효시간을 연장시킬 수 있으므로 폭약과 발파효과의 활용도를 증가시킬 수 있다. 최적의 전색은 발파 효과, 즉 에너지 사용의 효율성에서 300% 이상 증가되는 것으로 학계에서 보고하고 있다. 불충분한 전색 시 공발의 위험성이 있을 수 있으며, 화약의 에너지가 발파대상물에 제대로 전달되지 못하여 발파 실패로 이어질 수 있다.

유체는 공극이 없고 충격과 에너지의 전달력이 우수하여 전색재료로서 효과적인 재료라 할 수 있다.

현재 주로 사용하는 흙, 모래, 골재 등 입상형 재료는 구조상 입자와 공극으로 이루어져 있고 입자간의 결합력이 없기 때문에 압축상태에서 공극의 양 만큼 수축현상이 발생하고 내부마찰력도 떨어지므로 폭발에너지가 암반 파쇄에 집중되지 않고 일부 외부로 소실되며 비산이나 소음의 원인이 되고 있다.

즉, 발파공정에서의 전색(stemming)은 발파공 내 폭약의 완전폭발을 가능하게 하고 암 파쇄(폭발에너지) 효율을 향상하기 위한 중요한 공정이다. 전색이 불량할 시 발파실패로 이어질 수 있으며, 발파석 비산에 의한 안전사고 및 소음ㅇ진동에 의한 민원이 추가로 발생 할 수 있고, 재시공, 미굴, 대괴발생 등으로 인한 2차 작업량 증가 등 비용증가 문제로 이어진다.

종래 전색은 시멘트, 모래, 자갈, 물 등을 채우는 방법으로 이루어진다.

시멘트는 친환경적이지 못한 재질의 특성으로 인하여 규제를 받을 수밖에 없으면서 별도의 선별처리를 요구받기도 하고 현장에서 배합과 교반작업이 필요하여 작업시간이 크게 증가하고 급결제를 사용한다고 하여도 소요강도를 위한 경화시간이 필요하여 현장에서의 사용빈도는 매우 낮다.

모래나 쇄석골재는 입자의 특성상 40%의 공극을 포함하여 압축 저항성이 없고, 공벽과의 마찰도 작아 전색재의 흡출비산으로 인한 공발과 가스압의 외부 누출로 인한 폭발에너지의 공내 지속 시간이 짧아 폭발 에너지 효율이 저하되어 발파 효과는 매우 떨어진다.

또한, 발파현장에서는 기반암내에 존재하는 불연속면, 파쇄대, 절리 등 예측할 수 없는 현장암반 여건에 따라 발파공발의 가능성이 항시 존재하며, 공발현상 발생 시 비산과 발파진동ㅇ소음은 수십 배 증폭되어 주변에 전파하여 큰 문제를 야기할 수 있다.

또한, 발파결과의 불확실성 및 발파실패에 대한 책임회피를 위해 현장기술자 결정에 의한 과장약(over charge)시공이 빈번하게 이루어지고 있는 것이 현장에서의 고질적 문제이다.

결국, 발파설계방법의 개선보다는 현장시공 과정에서의 근본적인 문제해결을 위한 시공 장치(신개념 전색물질이 적용된 플러그 장치)개발로서의 접근이 시급한 실정이다.

본 발명의 배경기술을 확인할 수 있는 특허문헌으로 등록특허 제10-1252138호는 발파공을 형성하기 위해 천공작업을 수행하는 단계와, 상기 발파공의 내부에 방수비닐을 삽입하는 단계와, 상기 방수비닐의 내부에 전폭약포를 삽입하여 뇌관을 연결하고 상부에 순차로 폭약을 장약하는 단계와, 상기 방수비닐의 내부에 물을 주입한 후 모래로 전색하는 단계와, 상기 전폭약포를 기폭시켜 대상암반을 파쇄토록 하는 단계를 포함하여 이루어지는 워터파우치 발파공법에 있어서, 상기 방수비닐에 물을 주입한 후, 방수비닐을 발파공의 내부로 밀어 넣어 폭약을 완전히 포집시켜 천공경과 장약경의 차이에 의한 영향으로 폭굉 압이 소실되지 않도록 함과 동시에 장약실과 전색부를 구분시키도록 구성한 워터파우치 발파공법으로서, 폭약과 장약공 사이의 빈 공간을 채우는 것은 가능하지만 방수처리가 쉽지 않고 장약공 안에 설치하는 과정 중에 장약공의 공벽에 부딪치거나 미끄러질 때 방수처리가 쉽게 손상되어 물이 유실되므로 사용이 용이하지 못하고 장약공 안에 설치한 후에는 물이 유실된 것을 확인할 수가 없기 때문에 팽창수압 없이 발파가 이루어지는 문제점이 있다.

또한, 물은 폭발 전까지는 폭약과 장약공 사이를 채울 수 있지만 폭약의 폭발 시에도 액체 상태를 유지하기 때문에 밀장전 효과가 약하다.

또한, 발파 시 폭약과 장약공의 입구 사이의 빈 공간을 전색재로 전색하고 있으나, 종래의 전색재로 사용되는 모래와 자갈 등은 전색 능력이 약하기 때문에 폭발에너지가 장약공의 입구를 통해 외부로 소산되어 발파효율이 저하되는 문제점이 있다.

특허문헌(CN 108844423 A)은 발파공을 녹말과 물이 혼합된 현탁액으로 충진하는 정도에 불과하여 재료분리의 문제점(노화), 온도(동절기, 하절기)에 따른 변질의 문제점, 제조의 문제점, 불균일한 공별 밀장전의 문제점 등이 있다.

다른 특허문헌으로 등록특허 제10-2121045호는 피파쇄물 안에 장약공을 천공하고, 상기 장약공 안에 폭약 장전 후 상기 폭약과 장약공 사이의 빈 공간 및 전색부 중 일측 이상을 전단농화유체에 의한 밀장전 분위기로 조성한 후, 상기 폭약을 기폭시켜 상기 폭약의 폭발에너지가 손실없이 상기 전단농화유체의 점탄성 거동을 통해 상기 장약공 주변의 암반에 전달되도록 하고, 상기 전단농화유체는 불림 물에 전분을 불려 수화하는 전처리 공정을 거친 수화 전분과 혼합수가 혼합되어 사용되는 전단농화유체를 이용한 발파 공법으로서, 재료분리의 미약, 재료의 변질 및 현장작업의 어려움이 있다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 콜로이드나 현탁액상으로 전분과 물이 혼합된 후 일정시간 외력이 가해지지 않는 상태가 지속됐을 때 전분과 물은 상호간의 계면에너지(Interfacial energy)와 비중 차이 및 중력에 의하여 입자 상호간에 상분리를 일으키게 되고(도 1 참고, 재료가 물과 분리되어 가라앉은 상태), 이와 같은 재료 분리로 복소응력(Complex stress)의 저장탄성률(Storage modulus)과 손실탄성률(Loss modulus) 비율이 변화하고 재료의 성상이 불균질하여 전색의 효과가 떨어지는 문제가 발생한다.

전단농화유체 기반 전색재는 유기물 복합체로서 도 2와 같이, 장기보관 시 곰팡이와 세균 등의 증식으로 발파 기재로서의 특성을 상실한다.

재료분리와 부패를 방지하기 위해 현장에서 전색패키지(벌크타입)를 제조하여 투입할 경우에는 별도의 배합시간이 추가로 소요되고 공내 투입과정에서 투입속도를 조절해야 하므로 전색시간이 일반전색시간의 2배 이상의 시간이 소요되는 등 작업효율성의 문제가 있다.

콜로이드 유체 특성상 수평 발파공(터널등)에서 공구부분으로 흘러나오거나 암반내의 절리나 균열대로 소실이 발생하여 완전한 전색효과를 기대하지 못할 수 있다. 또한 표준화된 발파패턴의 설계가 어렵고, 각공의 폭발위력의 편차가 발생되어 과파쇄(Over-break) 또는 후방파쇄(Back-break)등의 문제가 발생되어 발파효율이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 재료들을 분산매에 교반하는 경우에 다량의 기포가 발생하게 되고 콜로이드상에서 기포를 쉽게 제거하지 못하기 때문에 시간 경과에 따라 상부로 공기층이 형성된다.

CN 108844423 A 등록특허 제10-2121045호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전단농화유체를 이용하여 폭약의 둘레부와 장약공 사이를 밀장전 분위기로 조성하고 장약실내에서 폭약의 화학적 반응 증가와 폭발가스의 유효시간을 연장시켜 발파효율을 극대화하고 아울러, 전단농화유체의 재료분리와 변질(부패, 결빙 등)을 막아 전단농화유체의 특성이 정상적으로 발현하는 충격파 응답형 전단농화유체 전색재 및 이를 이용한 발파 공법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재는, 전분류로 이루어지는 베이스, 상기 베이스와 비중 차이를 갖고 있으며 상기 베이스를 분산시키는 분산매의 혼합물에 대하여, 상기 베이스와 분산매의 비중 차이를 줄이고 상호 결속을 통해 상기 베이스와 분산매의 재료분리를 막아주는 비중조절제와 증점제가 혼합되는 것을 특징으로 한다.

상기 전단농화유체 전색재는 분산매 100중량부를 기준으로 상기 베이스 80~140중량부, 비중조절제 20~90중량부 및 증점제 0.1~5중량부의 혼합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재 및 이를 이용한 발파 공법에 의하면, 전단농화 유체(Shear Thickening Fluid)를 전색재료로 사용하여 발파공 내에서 폭발에너지의 지속시간을 늘릴 수 있고, 파쇄효율 및 굴진율 향상, 진동 및 소음의 저감, 암석 비산발생 감소 등의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 효과를 수치로 표현하면, 발파효율(파쇄성능) 85% 달성이 가능(현재 60% 수준)하고, 발파 공발현상 제로 퍼센트 실현으로 2차 소할작업이 거의 불필요하며, 지발당 장약량 감소로 발파진동을 최대 20% 저감함으로써 보안건물의 손상과 민원을 방지하고, 발파공사비를 10% 이상으로 절감하는 효과가 있다.

도 1은 종래 전단농화유체 전색재의 재료분리를 보인 사진.
도 2는 종래 전단농화유체 전색재의 부패를 보인 사진.
도 3은 본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재를 보인 사진.
도 4는 본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재가 파우치에 담긴 예시도.
도 5와 도 6은 본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재의 사용 예시도.
도 7은 본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재에 적용된 플러그를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재를 이용한 발파 패턴의 예시도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재는, 전분류로 이루어지는 베이스와 분산매를 주재료로 하며, 주재료의 재료분리(베이스와 분산매가 서로 분리되는 현상)를 막기 위하여 비중조절제와 증점제가 사용되며, 여기에 산도조절제, 방부제 및 소포제가 필요에 따라 선택되어 사용된다.

전단농화유체(shear thickening fluid)는 평소에는 콜로이드 상태로 존재하지만 충격이 가해지면 수 밀리 초 이내에 유체 내에 분산된 미세한 입자들 사이의 거리가 가까워져서 분자 사이의 상호작용이 증가하여 일시적으로 고체와 같이 단단해지는 특성을 갖는 비뉴턴유체이며, 이러한 특성을 통해 폭발 시 점탄성 거동하여 폭약의 폭발에너지를 주변의 암반에 전달하는 것이며, 본 발명에서 기재한 베이스이다.

베이스는 전분류(옥수수, 타피오카, 밀, 쌀, 감자, 고구마 등)로 이루어지며, 상기 재료는 1종류 이상이 사용되며, 2종류 이상이 혼합 사용되는 경우 혼합비율 안에서 자유로운 비율로 혼합된다.

베이스는 분산매 100중량부에 대하여 80~140중량부를 혼합비율로 하며, 80중량부 미만의 경우 전단농화유체로서의 효율이 약하고 140중량부를 초과하는 경우 유체의 성질의 잃고 작업성이 좋지 못하며 효율의 큰 변화가 없다.

분산매는 베이스의 균일한 분산을 목적으로 하며 물, 글리세롤(글리세롤 단독 또는 글리세롤을 물에 녹인 희석액), 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 중 하나 이상이 사용되고, 2종류 이상의 사용 시 혼합비율 안에서 자유로운 비율로 혼합된다.

분산매는 100중량부에 대하여는 20~50중량부를 혼합비율을 차지하며, 알코올류를 혼합비율이 증가할수록 전단농화유체의 특성이 약해진다.

비중조절제는 베이스와 분산매의 비중차이를 줄여 재료분리를 막는 재료이며, 베이스는 비중이 대략 1.62인데 반해 분산매(예를 들어 물)는 비중이 1이고, 결국 이들 비중의 차이를 줄여(약 1.4~1.5로 비중을 높임)줌으로써 재료분리를 줄여준다. 물론, 본 발명은 베이스와 분산매의 비중을 동일 수준으로 조절하는 비중조절제 단독도 포함된다.

비중조절제는 염화마그네슘, 염화나트륨, 질산나트륨, 산화마그네슘 중 하나 이상이 분산매 100중량부에 대하여 20~90중량부로 혼합 사용되며, 2종류 이상의 혼합 시 상기 혼합비율 안에서 자유롭게 혼합된다.

상기 비중조절제의 예들은 살균과 부패 방지에도 도움을 주고 또한 동절기 결빙 방지에도 도움을 준다.

증점제는 재료의 점도를 증가시켜 베이스와 분산매를 서로 결속하는 것이며, 즉, 비중조절제는 비중 차이를 줄여 재료분리를 막는 것인데 반해 증점제는 재료가 분리되지 않도록 결속함으로써 재료분리를 막는 것이다.

증점제는 알긴산, 카제인, 잔탄검, 팩틴, 구아감, 타라감, 토카스트 빈 껌, 한천, 젤라틴, 카나기난, 제란감, 타마린드 시드감, 다이유 탄껌, 카드 런, 스크시노그리칸, CMC(카복시메틸 셀룰로오스), HM-HPMC(소수화 히드록시 프로필 메틸 셀룰로오스), 발효 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈, 실리콘계 증점제 등이 분산매 100중량%에 대하여 0.1~5중량부의 혼합비율로 사용되고, 1종류 또는 1종류 이상의 혼합(상기 혼합비율 안에서 자유로운 혼합비율로 혼합)이 사용 가능하다.

본 발명은 산도조절제, 방부제, 소포제가 추가된다.

산도조절제는 PH 조절제이며 인산염, 수산화나트륨, 구연산, 사과산, 염산, 푸마르산 중 1개 이상이 사용되며 장기 보관 시 부패를 막아주며, 상기 분산매 100중량부에 대하여 0.2~5중량부를 혼합비율로 하고, 0.2중량부 미만은 산도 조절을 할 수 없고 5중량부 초과는 전단농화유체 특성을 떨어뜨릴 수 있다.

방부제는 미생물의 증식으로 인한 부패나 변질을 막는 것을 목적으로 하며, 데히드로초산, 소르빈산칼륨, 소르빈산칼슘, 안식향산나트륨, 안식향산칼륨, 안식향산칼슘, 파라옥시안식향산메틸, 파라옥시안식향산프로필, 프로피온산나트륨, 프로피온산칼슘 중 1개 이상이 상기 분산매 100중량부에 대하여 0.1~5중량부로 혼합되어 사용된다.

소포제는 바람직하게 실리콘계 소포제이며 재료의 혼합 시 발생하는 기포를 줄여주고, 상기 분산매(예를 들어 물) 100중량부에 대하여 0.001~0.03중량부가 혼합된다.

본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재는 파우치 사용과 벌크 사용 모두가 가능하다.

상기 파우치 사용은 파우치 안에 전단농화유체 전색재를 담아 사용하는 것이며(도 4는 파우치에 본 발명의 충격파 응답형 전단농화유체 전색재가 담긴 예를 보인 것이다), 상기 파우치는 취급 과정에서 전단농화유체 전색재가 손실되지 않도록 밀폐형으로 구성되며, 전단농화유체 전색재를 통해 폭약의 폭발에너지를 암반에 전달하도록 즉, 폭발에너지의 다양한 방향과 크기에 따른 전단농화유체 전색재의 점탄성 거동을 간섭하지 않도록 유연성이 있거나 개방부(PVC, 철, 구리나 알루미늄 등의 비철금속)를 갖는 형태이고, 비닐에 의한 랩핑도 가능하다.

또한, 상기 파우치의 유연성은 폭약과 장약공의 크기와 형태의 다양성을 감안할 때 유용하며, 즉, 폭약과 장약공의 크기와 형태가 다양하여 이들 사이의 간격이 다양하더라도 이 간격을 공기 없이 밀실하게 전단농화유체로 충진하는 것이 가능하다.

상기 파우치는 폭약의 둘레부를 감싸도록 구성되어야 하고, 그 형태로는 내부에 폭약이 삽입되는 관형, 판의 형태이면서 폭약의 둘레부에 감긴 후 밴드로 고정되는 판형, 폭약의 둘레부에 코일 형태로 감기는 코일형 등이 가능하다.

또한, 상기 파우치는 전단농화유체가 담기는 수용공간이 단일형도 가능하지만, 이 경우 폭약의 폭발 전의 취급 과정(보관, 설치 등)에서 파우치의 일부분이 찢어지는 등 손상되는 경우 모든 전단농화유체 전색재가 외부로 누출될 수 있으며, 이를 보완하기 위하여 파우치는 내부가 다수의 공간으로 구획되어 각각의 공간에 전단농화유체 전색재가 독립적으로 충진되도록 구성되고 또는 파우치를 얇은 막대(원형, 사각형 등)로 형성하여 2개 이상을 일렬로 배열한 후 연결끈으로 고정하는 형태로 한다. 다수의 파우치가 연결된 형태는 폭약의 둘레부에 감긴 후 밴드로 고정될수 있고, 물론, 원통형으로 형성되는 것도 가능하다.

또한, 전단농화유체 전색재는 공입구의 1개소에 단독 사용, 다른 전색재(기존에 사용되는 전색재로서 모래 등)와 교대로 반복되는 조합 사용이 가능하고, 후자의 경우 공입구쪽에는 전단농화유체 전색재가 사용된다.

<실시예>

1. 조성.

구분	베이스 (감자)	분산매 (물)	비중조절제	증점제	산도 조절제	방부제	소포제
실시예1	48	40	15	0.2	-	-	-
실시예2	52	40	10	0.2	0.2	0.1	0.0012

실시예 1,2 : 분산매 100중량부를 기준으로 하는 중량비.

2. 테스트.

실시예 1,2를 투명의 파우치(비닐봉지)에 담아 24시간 방치한 후 확인한 결과 재료분리가 확인되지 않았으며(도 3 참고), 영하 15℃에서 5시간 동안 냉동 보관 후 결빙 없이 콜로이드 상태가 유지된 것을 확인하였고, 곰팡이나 세균이 확인되지 않았다.

본 발명에 의한 전단농화유체를 이용한 발파 공법은 다음과 같다.

1. 장약공 천공.

암반의 발파를 위하여 발파 패턴(장약공의 형태, 천공경, 천공장, 폭약 제원 등)을 설계하고, 천공 장비를 이용하여 발파 패턴으로 장약공을 천공한다.

도 8은 본 발명에 의한 발파 패턴의 예를 보인 정면도와 단면도이다.

2. 장약.

상기 장약공 안에 폭약을 설치하고, 이 과정에서 폭약의 둘레부와 장약공 사이의 빈 공간을 밀장전 분위기로 조성하고, 예를 들어 폭약의 둘레부를 전단농화유체 전색재(파우치)로 감싼 후 폭약과 패커의 조립체를 장약공 안에 삽입 설치한다. 이 과정에서 전단농화유체 전색재는 겔 상태를 유지하기 때문에 장약공이 직선형과 동일 천공경을 유지하지 못한 불규칙 상태이더라도 수축 또는 팽창되면서 장약공의 공저까지 삽입 설치가 가능하다.

따라서, 장약공은 폭약과 전단농화유체 전색재로 채워지기 때문에 밀장전 분위기로 조성된다.

전단농화유체 전색재는 장약공의 형태를 따라 유연성 있게 변형되면서 장약공을 밀장전하고, 베이스와 분산매가 재료분리를 일으키지 않아 균일한 농도를 유지하며, 부패와 결빙의 변질이 없다.

3. 전색.

상기 장약공 안에 폭약의 기폭선을 배선함과 아울러 상기 장약공의 남은 공간을 전단농화유체 전색재로 전색한다.

도 5와 도 6은 각각 장약과 전색의 예를 보인 것이며, 도면에서 1은 폭약, 2는 일반 전색재(모래 등), 3은 충격파 응답형 전단농화유체 전색재, 4는 발파공(장약공)이며, 도 6에서 보이는 것처럼, 본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재(3)는 단독 사용, 일반 전색재(2)와 조합 사용이 가능하고, 조합의 경우 다양한 위치에 적용 가능하다.

4. 발파.

폭약을 기폭시켜 발파하며, 상기 폭약의 폭발에너지는 전단농화유체 전색재에 전달되고, 이 때, 전단농화유체는 폭발에너지를 트리거(trigger)로 하여 고체화되며 즉, 장약공은 밀장전 상태가 되므로 공극에 의한 디커플링 효과없이 폭발에너지(폭굉압)가 주변의 암반에 전달되어 암반이 파쇄된다.

한편, 도 7에서 보이는 것처럼, 본 발명에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재(3)는 플러그(10)가 함께 사용될 수 있다. 플러그(10)는 상기 공정 중에서 3. 전색 공정에서 결합되어 사용된다.

플러그(10)는 충격파 응답형 전단농화유체 전색재(3)가 파우치를 통해 포장된 상태로 사용될 때 장약공의 공벽에 밀착되지 못하는 상황으로 인하여 폭파 시 공입구쪽으로 밀리는 것을 방지하고 또한 폭파 압력을 주변으로 유도하도록 구성되며, 충격파 응답형 전단농화유체 전색재(3)에 고정(예를 들어 삽입)되는 고정부(11), 충격파 응답형 전단농화유체 전색재(3)에서부터 점진적으로 벌어지는 각도로 형성되어 폭파 압력을 주변으로 유도하는 경사형 유도부(12)를 포함하는 구조이다.

플러그(10)는 경사형 유도부(12)를 갖는 몸체가 깔때기 형태처럼 내부가 빈 구조 및 채워진 구조 모두가 가능하고, 전자의 경우 빈 부분 안에 일반 전색재가 충진됨으로써 지지력을 더 크게 확보하고 결국 압력 유도 효과를 높일 수 있다.

플러그(10)는 충격파 응답형 전단농화유체 전색재(3)의 공입구쪽에서만 결합된 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 아니하고 충격파 응답형 전단농화유체 전색재(3)의 앞쪽(공저쪽)에도 적용 가능하다.

1 : 폭약, 2 : 일반 전색재
3 : 충격파 응답형 전단농화유체 전색재
4. 발파공, 10 : 플러그

Claims (7)

1. 전분류로 이루어지는 베이스, 상기 베이스와 비중 차이를 갖고 있으며 상기 베이스를 분산시키는 분산매인 물의 혼합물로서,
   상기 베이스와 분산매의 비중 차이를 줄이고 상호 결속을 통해 상기 베이스와 분산매의 재료분리를 막아주는 비중조절제와 증점제의 혼합으로 이루어지되,
   상기 분산매 100중량부를 기준으로 상기 베이스 80~140중량부, 비중조절제 20~90중량부 및 증점제 0.1~5중량부의 혼합으로 이루어지고, 상기 비중조절제는 상기 물의 비중을 높이는 염화마그네슘, 염화나트륨, 질산나트륨, 산화마그네슘 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 충격파 응답형 전단농화유체 전색재.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 분산매 100중량부에 대하여 산도조절제 0.2~5중량부, 방부제 0.1~5중량부 및 소포제 0.001~0.03중량부 중 하나 이상이 더 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격파 응답형 전단농화유체 전색재.
4. 삭제
5. 삭제
6. 암반 안에 장약공을 천공하는 제1단계와;
   상기 장약공 안에 폭약을 장약하는 제2단계와;
   상기 장약공의 빈 공간을 청구항 1에 의한 충격파 응답형 전단농화유체 전색재를 채워 전단농화유체에 의한 밀장전 분위기로 조성하는 제3단계와;
   상기 폭약을 기폭시켜 상기 폭약의 폭발에너지가 손실 없이 상기 전단농화유체의 점탄성 거동을 통해 상기 장약공 주변의 암반에 전달되도록 하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격파 응답형 전단농화유체 전색재를 이용한 발파 방법.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 제3단계는 상기 전단농화유체 전색재의 공입구쪽과 공저쪽 중 일측 이상에 플러그를 결합하여 결합되며 상기 전단농화유체 전색재의 밀림을 방지하고 폭파 압력을 주변으로 유도하는 것을 특징으로 하는 충격파 응답형 전단농화유체 전색재를 이용한 발파 방법.
   
   
   

Images