KR102520570B1 - 진동저감형 수중 암반 굴착공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 진동저감형 수중 암반 굴착공법은: 수면 위로 노출된 암반을 제거하기 위하여 육상에서 발파 장약공을 천공하는 단계; 상기 발파 장약공 천공 단계 이후에 발파 장약공에 폭약을 장전하고 발파하여 수면에서 일정높이까지의 암반을 제거하는 육상 발파 단계; 상기 육상 발파 단계를 거쳐 제거된 암반 이외에 남은 암반의 사면 내측으로 외수의 유입이 방지되도록 가물막이 구조물을 설치하는 단계; 상기 가물막이 구조물에 의해 둘러싸인 암반을 제거하여 터파기 굴착이 이뤄지도록 암반에 발파 장약공을 천공하고 발파 장약공에 폭약을 장전 및 발파하여 터파기 발파가 이뤄지도록 하는 단계; 및, 상기 터파기 발파 단계 이후에 상기 가물막이 구조물 외측의 수중 암반이 제거되도록 수중발파용 전용 작업선을 이용하여 수중 발파가 이뤄지도록 하는 단계;를 포함하며,
상기 육상 발파 단계, 터파기 발파 단계 및 수중 발파 단계 중 적어도 어느 하나의 단계 이전에는 발파시 진동이 차단되도록 다수의 미세 발파를 이용한 프리스플리팅 발파 준비 단계가 더 포함되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 해상을 비롯한 수상으로 돌출된 섬과 같은 대규모의 암반을 육상과 수중에서 순차적으로 발파 및 굴착하여 안전하고 신속하게 암반이 제거되도록 할 수 있고, 제거 대상 암반의 주변에 등대나 LNG 플랜트 시설, 석유화학 플랜트 시설 등과 같은 보호 대상 구조물이 존재할 경우에는 발파시 보호 대상 구조물로 진동 전달이 차단되도록 하여 보호 대상 구조물의 피해가 발생 되지 않도록 할 수 있는 진동저감형 수중 암반 굴착공법을 제공할 수 있다.

Description

진동저감형 수중 암반 굴착공법 {vibration reduction type blasting a method of underwater base rock}
본 발명은 진동저감형 수중 암반 굴착공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상을 비롯한 수상으로 돌출된 섬과 같은 대규모의 암반을 육상과 수중에서 순차적으로 발파 및 굴착하여 안전하고 신속하게 암반이 제거되도록 할 수 있고, 제거 대상 암반의 주변에 등대나 LNG 플랜트 시설, 석유화학 플랜트 시설 등과 같은 보호 대상 구조물이 존재할 경우에는 발파시 보호 대상 구조물로 진동 전달이 차단되도록 하여 보호 대상 구조물의 피해가 발생 되지 않도록 할 수 있는 진동저감형 수중 암반 굴착공법에 관한 것이다.
해상 활동의 증가 및 물류 증대로 인하여 항만의 신설 및 항로준설 작업이 증대하고 있다. 이와 같은 항로의 준설은 해수면 위로 돌출된 암반이나 토사를 제거하거나 섬을 제거하는 등의 활동이 수반된다.
일반적으로 해수면 위로 돌출된 암반을 제거하는 공법은 대규모 쇄암 방법을 이용하거나 발파 공법(다이버를 이용한 수중 발파, 바지선을 이용한 천공 및 수중 발파)을 실시하게 된다.
한편, 수중에 교량 구조물이나 그 밖에 다른 다양한 토목 구조물들을 설치하기 위한 기초공사 및 특정목적의 해양구조물 구축, 또는 선박의 수로 조성, 항구나 항만의 구축시 등에는 그 구축장소의 수중(해저)에 돌출 암반이 존재할 경우 이를 미리 제거하여 평탄화하는 수중 암반 제거작업을 수행한 후 본 공사를 실시하게 된다.
이러한 수중 암반을 제거하는 방법은 암반에 천공작업을 실시한 후 천공된 장약구멍에 폭약을 장전하여 발파하는 작업을 통해 이루어지고 있으며, 이러한 수중에서의 천공작업 및 화약장전, 발파작업은 종래의 경우 잠수부에 의한 수작업이나 또는 특수장비가 설치된 전용선에 의한 기계적인 방법으로 양분된다.
상기 전자의 잠수부에 의한 수작업은 수중의 암반까지 잠수부들이 잠수하여 착암기를 이용하여 폭약을 설치하기 위한 구멍을 뚫고, 그 장약구멍에 폭약을 장전하여 폭발시킴으로써 그 작업이 매우 어려울 뿐만 아니라 작업능률이 저하되고, 천공작업에 많은 시간이 소요되며, 잠수부에 대한 인건비가 상승 되어 공사비가 증가하게 되고, 특히 잠수부들의 안전 사고의 발생 우려가 매우 높았다.
또한, 후자의 기계적인 방법은 수작업 상의 문제점을 해소하기 위해 바지선 위에서 수중의 암반을 천공할 수 있는 전용 천공기가 설치되고, 화약장전 및 측량 등을 수행할 수 있는 특수장비가 설치된 전용선이 사용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 양자의 방법은 공통적으로 암반을 천공한 후 그 장약구멍에 폭약을 장전하는 것이므로 상기 장약구멍에 토사 및 슬러지 등이 채워지는 문제점이 야기되며, 상기 토사나 슬러지 등이 채워짐에 따라 폭약의 정확한 장전이 이루어지지 않아 정작 발파시에는 화약이 불발하게 되는 심각한 문제점을 야기하게 된다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로 수중암반의 발파공법의 일 예가 대한민국 특허등록번호 제10-0284837호(2000년12월26일자 등록, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 개시되어 있다.
그러나, 종래기술에 따른 수중암반의 발파공법에 의하더라도 천공된 암반 구멍에 공벽을 유지하기 위한 방법으로 케이싱에서 비트를 완전하게 분리시키는 작업 및 상기 케이싱에 별도의 합성수지 파이프를 끼우는 작업 등의 불필요한 공정이 추가로 소요되는 문제점이 있다.
또한, 공벽을 유지하는 합성수지 파이프가 수중에 그대로 노출됨으로써 상기 합성수지 파이프에 폭약을 장전하기 위해서는 반드시 잠수부가 수중으로 잠수해야 하기 때문에 종래의 잠수부에 의한 수작업에 따른 문제점을 그대로 답습하는 것에 지나지 않게 된다.
특히, 제거 대상 암반의 주변에 등대나 LNG 플랜트 시설, 석유화학 플랜트 시설 등이 존재할 경우에는 발파시 이들 구조물로 진동이 그대로 전달되어 미리 계획하지 못한 피해가 발생하게 될 수 있다는 문제점이 있다.
대한민국 특허등록번호 제10-0284837호(2000년12월26일자 등록)
본 발명의 목적은, 해상을 비롯한 수상으로 돌출된 섬과 같은 대규모의 암반을 육상과 수중에서 순차적으로 발파 및 굴착하여 안전하고 신속하게 암반이 제거되도록 할 수 있고, 제거 대상 암반의 주변에 등대나 LNG 플랜트 시설, 석유화학 플랜트 시설 등과 같은 보호 대상 구조물이 존재할 경우에는 발파시 보호 대상 구조물로 진동 전달이 차단되도록 하여 보호 대상 구조물의 피해가 발생 되지 않도록 할 수 있는 진동저감형 수중 암반 굴착공법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 진동저감형 수중 암반 굴착공법은: 수면 위로 노출된 암반을 제거하기 위하여 육상에서 발파 장약공을 천공하는 단계; 상기 발파 장약공 천공 단계 이후에 발파 장약공에 폭약을 장전하고 발파하여 수면에서 일정높이까지의 암반을 제거하는 육상 발파 단계; 상기 육상 발파 단계를 거쳐 제거된 암반 이외에 남은 암반의 사면 내측으로 외수의 유입이 방지되도록 가물막이 구조물을 설치하는 단계; 상기 가물막이 구조물에 의해 둘러싸인 암반을 제거하여 터파기 굴착이 이뤄지도록 암반에 발파 장약공을 천공하고 발파 장약공에 폭약을 장전 및 발파하여 터파기 발파가 이뤄지도록 하는 단계; 및, 상기 터파기 발파 단계 이후에 상기 가물막이 구조물 외측의 수중 암반이 제거되도록 수중발파용 전용 작업선을 이용하여 수중 발파가 이뤄지도록 하는 단계;를 포함하며,
상기 육상 발파 단계, 터파기 발파 단계 및 수중 발파 단계 중 적어도 어느 하나의 단계 이전에는 발파시 진동이 차단되도록 다수의 미세 발파를 이용한 프리스플리팅 발파 준비 단계가 더 포함되도록 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 프리스플리팅 발파 준비 단계는 제거 대상 암반 주변에 보호 대상 구조물이 존재할 경우 보호 대상 구조물의 주위로 다수의 미세 발파공을 천공하고, 상기 미세 발파공에 장약을 삽입하여 상기 육상 발파 단계, 터파기 발파 단계 및 수중 발파 단계 중 적어도 어느 하나의 단계에서 발파시 진동이 차단되게 미세 발파가 이뤄지도록 준비하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 수중 발파 단계는, 천공기가 구비된 수중발파용 전용 작업선을 수상에 고정하는 작업선 준비 단계와, 상기 작업선 준비 단계 이후에 수중 암반에 가이드 케이싱이 박히는 안착공을 상기 천공기를 이용하여 형성하는 안착공 형성 단계와, 상기 안착공에 가이드 케이싱이 박히도록 하는 가이드 케이싱 설치 단계와, 상기 가이드 케이싱의 내부로 상단에 부력체가 달리고 하단에 폭약 및 전자식 뇌관이 달린 기폭케이블을 집어넣어 폭약 및 전자식 뇌관이 수중 암반에 설치되도록 하는 장약부 설치 단계와, 상기 장약부 설치 단계 이후에 상기 안착공에서 상기 가이드 케이싱이 제거되도록 상기 가이드 케이싱을 뽑아 올려 상기 가이드 케이싱을 제거하는 단계와, 상기 기폭케이블에 원격발파제어기를 연결하여 원격발파를 준비하는 단계와, 상기 원격발파제어기의 조작에 의해 상기 기폭케이블을 통해 상기 전자식 뇌관이 신호를 받아 수중 암반에 설치된 폭약이 폭파되도록 하는 발파 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 해상을 비롯한 수상으로 돌출된 섬과 같은 대규모의 암반을 육상과 수중에서 순차적으로 발파 및 굴착하여 안전하고 신속하게 암반이 제거되도록 할 수 있고, 제거 대상 암반의 주변에 등대나 LNG 플랜트 시설, 석유화학 플랜트 시설 등과 같은 보호 대상 구조물이 존재할 경우에는 발파시 보호 대상 구조물로 진동 전달이 차단되도록 하여 보호 대상 구조물의 피해가 발생 되지 않도록 할 수 있는 진동저감형 수중 암반 굴착공법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진동저감형 수중 암반 굴착공법의 작업 흐름도,
도 2는 수상으로 돌출된 암반 부분이 도 1의 육상 발파 단계에 의해 제거되기 전 상태를 나타낸 도면,
도 3은 도 1의 육상 발파 단계에 의해 수면에서 일정높이까지의 암반이 제거된 상태를 나타낸 도면,
도 4 및 도 5는 도 1의 가물막이 설치 단계 및 터파기 발파 단계에 의해 수면 위의 암반이 점차 제거되도록 하여 수중 암반만 남도록 하는 과정을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 프리스플리팅 발파 준비 단계에 의해 보호 대상 구조물의 주위로 미세 발파공이 준비되도록 하는 일 예를 위에서 내려다본 평면도,
도 7은 도 6의 또 다른 실시예에 따른 프리스플리팅 발파 준비 단계에 의해 보호 대상 구조물의 주위로 그래핀 진동 차단막이 구비된 것을 도시한 평면도,
도 8은 도 1의 수중 발파 단계에서 사용되는 수중발파용 전용 작업선을 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 가이드 케이싱 설치 단계에서 설치된 가이드 케이싱의 내부로 기폭케이블이 삽입되어 폭약 및 전자식 뇌관이 수중 암반에 설치된 상태를 도시한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 뇌관유실방지수단 준비 단계에서 수중발파용 전용 작업선 상에서 뇌관유실방지수단이 가이드 케이싱의 외주면으로 감싸지도록 하는 상태를 도시한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 기폭케이블 회수 단계에서 수중발파용 전용 작업선의 내부에 구비된 안전작업부에서 작업자가 견인 로프를 잡아당기면서 뇌관유실방지수단으로 기폭케이블을 회수하는 상태를 도시한 도면,
도 12는 본 발명에 따른 장약부 설치 단계에서 설치되는 전자식 뇌관의 구성을 도시한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 원격발파 준비 단계에서 기폭케이블에 연결되는 원격발파제어기의 일 예를 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뇌관유실방지수단에 기폭케이블이 걸리도록 하여 기폭케이블이 회수되는 것을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 진동저감형 수중 암반 굴착공법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 수면 위로 노출된 암반을 제거하기 위하여 육상에서 발파 장약공을 천공하는 단계(S10)와, 상기 발파 장약공 천공 단계(S10) 이후에 발파 장약공에 폭약을 장전하고 발파하여 수면에서 일정높이까지의 암반을 제거하는 육상 발파 단계(S20)와, 상기 육상 발파 단계(S20)를 거쳐 제거된 암반 이외에 남은 암반의 사면 내측으로 외수의 유입이 방지되도록 가물막이 구조물(50)을 설치하는 단계(S30)와, 상기 가물막이 구조물(50)에 의해 둘러싸인 암반을 제거하여 터파기 굴착이 이뤄지도록 암반에 발파 장약공을 천공하고 발파 장약공에 폭약을 장전 및 발파하여 터파기 발파가 이뤄지도록 하는 단계(S40)와, 상기 터파기 발파 단계(S40) 이후에 상기 가물막이 구조물(50) 외측의 수중 암반이 제거되도록 수중발파용 전용 작업선(100)을 이용하여 수중 발파가 이뤄지도록 하는 단계(S50)를 포함한다.
여기서, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진동저감형 수중 암반 굴착공법은 상기 육상 발파 단계(S20), 터파기 발파 단계(S40) 및 수중 발파 단계(S50) 중 적어도 어느 하나의 단계 이전에 이들 단계에서의 발파시 진동이 차단되도록 다수의 미세 발파를 이용한 프리스플리팅(pre-splitting) 발파를 준비하는 단계가 더 포함되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 해상을 비롯한 수상으로 돌출된 섬과 같은 대규모의 암반을 육상과 수중에서 순차적으로 발파 및 굴착하여 안전하고 신속하게 암반이 제거되도록 할 수 있고, 제거 대상 암반의 주변에 등대나 LNG 플랜트 시설, 석유화학 플랜트 시설 등과 같은 보호 대상 구조물(10)이 존재할 경우에는 발파시 보호 대상 구조물(10)로 진동 전달이 차단되도록 하여 보호 대상 구조물(10)의 피해가 발생 되지 않도록 할 수 있는 진동저감형 수중 암반 굴착공법을 제공할 수 있다.
좀더 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 육상 발파 단계(S20) 이전에 수상으로 돌출된 섬과 같은 대규모의 암반은 수면 위로 돌출된 부분이 대략 산의 형태를 이루며 울퉁불퉁한 지형을 이루도록 형성된다.
이때, 도 2에 도시된 수면 위로 노출된 암반에는 상기 육상 발파 장약공 천공 단계(S10)에서 육상에 다수의 발파 장약공을 천공하게 된다.
다음에, 상기 육상 발파 장약공 천공 단계(S10)에서 천공된 발파 장약공에 폭약을 장전하고 발파하여 상기 육상 발파 단계(S20)를 수행하게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 수면에서 일정높이까지의 암반이 제거되고, 그 이하의 수면에 인접한 부분은 평탄한 지면을 이루며 균일한 높이로 남게 된다.
도 3에 도시된 수면에서 일정높이까지의 암반이 제거된 육상 부분에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙 부분에서 굴착 심도까지 굴착을 수행하고 굴착에 의해 형성된 작업공간의 주위 사면에는 가물막이 구조물(50)을 설치하여 이후 터파기 발파 단계(S40)의 수행 등으로 외부로부터 사면의 내측으로 물 유입이 차단되도록 하는 가물막이 설치 단계(S30)를 수행한다.
이때, 상기 가물막이 구조물(50)에 의해 보호되는 작업공간으로는 굴삭기와 같은 장비들이 이동 및 작업을 수행할 수 있도록 작업공간은 일정 폭을 갖도록 형성된다.
상기 가물막이 설치 단계(30)에서 설치된 가물막이 구조물(50)의 내측과 외측에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 터파기 발파 단계(S40)에서 터파기 발파를 수행하여 가물막이 구조물(50)이 설치되는 작업공간이 더욱 확장되도록 하고, 확장된 작업공간의 주위 사면에는 가물막이 구조물(50)이 다시 설치되도록 하며, 상기 가물막이 설치 단계(30)와 터파기 발파 단계(S40)는 수면 위로 노출된 암반 부분이 완전히 제거될 때까지 육상의 중앙 부분에서 시작해 외측을 향해 반복적으로 수행되도록 하여 최종적으로는 수중 암반만 남도록 한다.
본 발명의 일실시예로서, 상기 육상 발파 단계(S20) 및 터파기 발파 단계(S40)는 발파시 변위와 진동이 실시간으로 정확히 계측되고 발파가 정밀하게 제어되도록 전자식 뇌관에 의해 발파가 이뤄지도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 프리스플리팅 발파 준비 단계는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제거 대상 암반 주변에 등대나 LNG 플랜트 시설, 석유화학 플랜트 시설 등과 같은 보호 대상 구조물(10)이 존재할 경우 보호 대상 구조물(10)의 주위로 다수의 미세 발파공(710)을 천공하고, 상기 미세 발파공(710)에 장약(711)을 삽입하여 상기 육상 발파 단계(S20), 터파기 발파 단계(S40) 및 수중 발파 단계(S50) 중 적어도 어느 하나의 단계에서 발파시 진동이 차단되게 미세 발파가 이뤄지도록 준비하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 육상 발파 단계(S20), 터파기 발파 단계(S40) 및 수중 발파 단계(S50)에서 발파나 굴착을 통한 암반의 제거시 다수의 미세 발파공(710)들을 통해 미세 발파가 이뤄져 폭굉에너지가 다수의 미세 발파공(710)으로 집중 및 증폭되게 유도함으로써, 보호 대상 구조물(10)로의 진동 전달이 효과적으로 차단되도록 하여 보호 대상 구조물(10)의 피해가 발생 되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 프리스플리팅 발파 준비 단계에서의 미세 발파공(710)은 3자유면을 갖는 장공(700)의 주위에 형성되고, 장공(700)과 다수의 미세 발파공(710)들의 사이에는 이들을 이어주는 연결홈(720)이 형성되며, 연결홈(720)의 내부에는 화약이 삽입되고, 미세 발파공(710) 각각에 삽입된 장약(711)의 주위로는 다각뿔 형상을 이루도록 여러 개의 금속 파편들이 느슨하게 결합된 다수의 연쇄폭발쐐기(730)들이 설치되며, 연쇄폭발쐐기(730)의 내부에는 가연성이면서 산소를 함유하는 폭발성 물질 또는 금속칼륨, 금속나트륨, 탄화칼슘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발화성 물질을 갖는 연쇄기폭제(740)가 구비된 것이 바람직하다.
이에 따라, 프리스플리팅 발파 준비 단계 이후 미세 발파가 이뤄지게 되면 장약(711)이 폭발하면서 연결홈(720) 내의 화약과 함께 폭발성 물질이 연쇄작용으로 폭발하며 장공(700)으로의 폭굉에너지의 집중 및 증폭이 더욱 크게 유도되도록 할 수 있고, 장약(711)이 폭발하면 각각의 미세 발파공(710) 내에 다수 개로 설치된 연쇄폭발쐐기(730)들도 폭파 충격에 의해 미세 발파공(710) 주위로 연쇄적으로 퍼져나가며 암반을 파괴하여 폭굉에너지가 장공(700)을 향해 증폭되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 프리스플리팅 발파 준비 단계는 미세 발파공(710)들이 배치된 구역과 보호 대상 구조물(10)과의 사이에서 보호 대상 구조물(10)을 에워싸는 동심원의 형태로 그래핀 진동 차단막(750)이 추가로 구비되는 단계를 더 포함하도록 할 수도 있다.
상기 그래핀 진동 차단막(750)은 미세 발파시 전달되는 미세 진동까지도 상쇄 및 감쇄되어 제거되게 탄소 원자들이 2차원 형태의 평면을 이루도록 마련된다.
이에 따라, 프리스플리팅 발파 준비 단계 이후 미세 발파의 수행시 보호 대상 구조물(10)로 전달될 수도 있는 미세 진동까지도 그래핀 진동 차단막(750)에 의해 효과적으로 차단되어 보호 대상 구조물(10)이 더욱 확실히 보호되도록 할 수 있다.
한편, 상기 수중 발파 단계(S50)는, 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 천공기(110)가 구비된 수중발파용 전용 작업선(100)을 수상에 고정하는 작업선 준비 단계와, 상기 작업선 준비 단계 이후에 수중 암반에 가이드 케이싱(200)이 박히는 안착공(300)을 천공기(110)를 이용하여 형성하는 안착공 형성 단계와, 상기 안착공(300)에 가이드 케이싱(200)이 박히도록 하는 가이드 케이싱 설치 단계와, 상기 가이드 케이싱(200)의 내부로 상단에 부력체(410)가 달리고 하단에 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)이 달린 기폭케이블(400)을 집어넣어 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)이 수중 암반에 설치되도록 하는 장약부 설치 단계와, 상기 장약부 설치 단계 이후에 안착공(300)에서 가이드 케이싱(200)이 제거되도록 가이드 케이싱(200)을 뽑아 올려 가이드 케이싱(200)을 제거하는 단계와, 상기 기폭케이블(400)에 원격발파제어기(600)를 연결하여 원격발파를 준비하는 단계와, 상기 원격발파제어기(600)의 조작에 의해 기폭케이블(400)을 통해 전자식 뇌관(430)이 신호를 받아 수중 암반에 설치된 폭약(420)이 폭파되도록 하는 발파 단계를 포함한다.
이에 따라, 바지선과 같은 전용 작업선(100)을 이용하여 해상을 비롯한 수상에서 가이드 케이싱(200)을 통해 암반에 이물질이 침투되지 않도록 장약 구멍을 형성함은 물론 잠수부가 수중으로 직접 들어가지 않고 상기 가이드 케이싱(200)을 통해 장약 구멍에 화약을 안전하고 정확하게 장전하도록 할 수 있으며, 누전과 같은 전기적 요인 등에 의한 폭발 화재 등과 같은 안전사고의 발생을 방지할 수 있고, 다수의 장약 구멍에 화약이 장전되어 발파 회로를 구성시에도 비전기식과는 달리 발파 전에 미리 사전 테스트 작업이 용이하게 수행되도록 하여 불발 등이 발생 될 확률도 완전히 제거되도록 할 수 있으며, 발파시 진동의 정밀 제어 또한 용이 해져 미진동 무 소음 발파가 이뤄지도록 할 수 있다.
상기 작업선 준비 단계는, 도 8에 도시된 바와 같이, 천공기(110)가 구비된 수중발파용 전용 작업선(100)을 해상을 비롯한 수상에 고정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 작업선 준비 단계에서 준비되는 수중발파용 전용 작업선(100)은, 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 소정의 면적을 갖도록 마련되며 수상에 정박 가능하게 구비되는 선체(101)와, 선체(101)의 둘레부분에서 수중 바닥으로 연장되어 선체(101)가 수상에 고정되도록 하는 지지 기둥(105)과, 선체(101)의 상부에서 하부로 연장되게 구비되어 수중 암반에 장약부 설치를 위한 가이드 케이싱(200)이 박히도록 수중 암반에 안착공(300)을 형성하는 천공기(110)와, 선체(101)의 내부에서 중심부의 관통 공간을 제외한 둘레 부분에 마련되어 작업자가 기폭케이블(400)의 결선 작업을 수행하는 공간을 제공하는 안전작업부(120)를 포함한다.
이에 따라, 도 11에 도시된 바와 같이, 가이드 케이싱(200)의 제거 후 수중발파용 전용 작업선(100)의 안전작업부(120)에서 작업자가 기폭케이블(400)을 용이하게 회수하여 후술할 원격발파제어기(600)와 기폭케이블(400)을 연결하는 결선 작업을 안전하게 수행하도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 안전작업부(120)에는 작업자가 결선 작업을 수행하는 중에 발 헛디딤 등에 의해 추락사고 등이 발생하게 되는 위험을 방지하도록 난간이 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수중발파용 전용 작업선(100)의 천공기(110)에 의해 수중 암반에 형성된 안착공(300)으로 설치되는 장약부는 상단에 부력체(410)가 매달리고 하단에 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)이 연결된 기폭케이블(400)을 포함한다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 수중발파용 전용 작업선(100)의 천공기(110)는 수중 암반에 안착공(300)을 형성한 후에, 가이드 케이싱(200)이 안착공(300)에 박히도록 위에서 아래로 하강 타격 압력이 작용 되도록 유압 실린더 또는 공압 실린더와 같은 액추에이터로 구성된 가이드 케이싱 설치부(111)를 포함한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 수중발파용 전용 작업선(100)에 구비된 천공기(110)를 통해 수중 암반에 안착공(300)이 형성되면 가이드 케이싱 설치부(111)에 의해 안착공(300)에 가이드 케이싱(200)이 용이하게 박히며 설치되도록 할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 수중발파용 전용 작업선(100)의 천공기(110)는 후술할 뇌관유실방지수단(500)이 가이드 케이싱(200)의 둘레를 감싸며 수중으로 하강 되도록 한 후에는 가이드 케이싱(200)이 수면 위로 뽑아 올려져 회수되도록 가이드 케이싱(200)을 잡고서 상부로 인발 하는 유압 실린더 또는 공압 실린더와 같은 액추에이터로 구성된 가이드 케이싱 회수부(113)를 더 포함한다.
이에 따라, 가이드 케이싱(200)의 내부로 하단에 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)이 매달린 기폭케이블(400)을 집어넣어 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)이 수중 암반에 설치되도록 한 후에는 가이드 케이싱 회수부(113)에 의해 인발력이 작용 되도록 하여 가이드 케이싱(200)이 안착공(300)에서 뽑히며 수면 위로 뽑아 올려져 용이하게 회수되도록 할 수 있다.
상기 안착공 형성 단계는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 작업선 준비 단계 이후에 수중 암반에 가이드 케이싱(200)이 박히게 되는 안착공(300)을 수중발파용 전용 작업선(100)의 천공기(110)를 이용하여 형성하는 단계를 포함한다.
상기 가이드 케이싱 설치 단계는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 안착공(300)에 가이드 케이싱(200)이 박히도록 가이드 케이싱 설치부(111)에 의해 가이드 케이싱(200)을 안착공(300) 측으로 타격 가압하여 박히도록 하는 단계를 포함한다.
여기서, 가이드 케이싱(200)은 상부와 하부가 개방된 원통 형상의 기둥 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 장약부 설치 단계는, 도 9에 도시된 바와 같이, 가이드 케이싱(200)의 내부로 상단에 부력체(410)가 달리고 하단에 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)이 달린 기폭케이블(400)을 집어넣어 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)이 수중 암반에 설치되도록 하는 단계를 포함한다.
이에 따라, 기존의 전기식이 아닌 전자식으로 뇌관(430)이 마련되어 누전과 같은 전기적 요인 등에 의한 폭발 화재 등과 같은 안전사고의 발생을 방지할 수 있고, 다수의 장약 구멍에 화약이 장전되어 발파 회로를 구성시에도 비전기식과는 달리 발파 전에 미리 사전 테스트 작업이 용이하게 수행되도록 하여 불발 등이 발생 될 확률도 완전히 제거되도록 할 수 있으며, 발파시 진동의 정밀 제어 또한 용이 해져 미진동 무 소음 발파가 이뤄지도록 할 수 있다.
좀더 구체적으로, 상기 장약부 설치 단계에서 수중 암반에 설치되는 전자식 뇌관(430)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 외관을 형성하며 기폭케이블(400)이 내측으로 끼워진 상태가 고정되도록 하는 주름 플러그(433)가 상단에 구비된 뇌관 본체(431)와, 뇌관 본체(431)의 내부에서 기폭케이블(400)이 연결되어 원격발파제어기(600)로부터 발파 신호의 수신시 시간이 지연되어 기폭이 이뤄지도록 제어하는 기폭 지연 회로부(435)와, 뇌관 본체(431)의 내부에서 기폭 지연 회로부(435)에 연결되어 기폭 지연 회로부(435)의 제어에 의해 점화가 이뤄지게 되는 점화부(437)와, 뇌관 본체(431)의 내부에서 점화부(437)의 점화에 의해 기폭이 이뤄지게 되는 기폭부(439)를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 기폭 지연 회로부(435)는 내부에 IC 칩으로 구성된 인쇄회로기판(PCB)을 포함하여 초소형의 점화 지연 회로를 이루도록 마련된다.
이에 따라, 기존의 불꽃 지연 방식(Pyrotechnic type)의 지연제가 구비된 전기식이나 비전기식이 아닌 전자식으로 뇌관(430)이 구비되도록 함으로써, 발파 이전에 미리 계획한 대로 발파가 제대로 이뤄질 지의 여부를 미세 전류의 통전 여부만을 확인하는 사전 테스트 작업을 통해 정확하고 용이하게 확인하도록 할 수 있으며, 정밀한 시간 차이로 각각의 발파 공간에서의 진동이 용이하게 분리되도록 하여 기존의 시차 오차 등으로 인한 발파 공간에서의 진동 오버랩(over lap) 현상 등이 확실하게 방지되도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 주름 플러그(433)의 재질은 종래의 열가소성 엘라스토머(TPE-V)가 아닌 STEH 계열의 합성고무 재질로 마련된 것이 바람직하다.
이에 따라, 기폭케이블(400)과 뇌관 본체(431) 간의 융착성이 강화되도록 할 수 있다.
또한, 주름 플러그(433)의 외경은 6.3 mm로 마련되고, 길이는 11.5 mm로 마련된 것이 바람직하다.
이에 따라, 종래의 주름 플러그의 외경이 6.1 mm로 마련되고, 길이는 9.5 mm로 마련된 것과는 달리 주름 플러그(433)의 규격이 기폭케이블(400)과 뇌관 본체(431) 간의 결합 밀도와 결합 면적이 증대되게 마련되도록 할 수 있다.
아울러, 주름 플러그(433)의 파형을 이루는 협소부의 직경이 종래의 5.6 mm와는 달리 5.0 mm로 마련됨으로써, 뇌관 본체(431)의 내부로 이물질이 침투되는 것을 방지하도록 할 수 있다.
한편, 기폭케이블(400)의 심선은 심선의 산화를 방지하고 솔더링 품질이 개선되도록 주석(Sn)으로 도금되도록 하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 기폭케이블(400)과 기폭 지연 회로부(435) 간의 납땜(soldering) 품질이 개선되도록 함으로써, 각선과 같은 기폭케이블(400)의 이탈을 방지하여 전류 값 개선을 비롯한 제조 불량률이 개선되도록 할 수 있다.
또한, 기폭케이블(400)의 심선은 종래의 경동(HDCC) 재질이 아닌 연동 재질로 마련된 것이 바람직하다.
이에 따라, 기폭케이블(400)의 결합시 부하가 감소 되고 피로도가 낮춰지도록 할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 전자식 뇌관(430)의 전류 알람 기준은 기존의 15 mA에서 150 mA로 최적화하여 누설 전류 및 단락(short) 알람의 기준이 최적화되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 가이드 케이싱 제거 단계는 상기 장약부 설치 단계 다음의 후술할 뇌관유실방지수단 준비 단계 이후에 상기 안착공(300)에서 가이드 케이싱(200)이 제거되도록 가이드 케이싱 회수부(113)에 의해 가이드 케이싱(200)을 뽑아 올려 가이드 케이싱(200)을 제거하는 단계를 포함한다.
이에 따라, 상기 가이드 케이싱 제거 단계를 통해 안착공(300)에서 가이드 케이싱(200)이 제거되고 나면 가이드 케이싱(200)을 감싸고 있던 뇌관유실방지수단(500)은 수중에서 그대로 남게 되며, 기폭케이블(400)은 상단의 부력체(410)에 의해 수중에서 세워진 상태가 유지되기 때문에, 파도나 조수 등이 밀려오기 전에 기폭케이블(400)은 뇌관유실방지수단(500)에 의해 감싸진 상태로 되어 안전작업부(120)에서 작업자가 뇌관유실방지수단(500)에 연결된 후술할 견인 로프(510)를 잡아당기기만 하면, 기폭케이블(400)은 뇌관유실방지수단(500)에 자연스럽게 걸리게 되어 뇌관유실방지수단(500)이 수면 위로 들어 올려질 때에 점차 오므라지게 되는 뇌관유실방지수단(500)에 의해 기폭케이블(400)이 걸려 회수되도록 하여 종래처럼 기폭케이블(400)이 파도나 조수 등에 의해 휩쓸려 떠내려가게 됨이 없이 기폭케이블(400)이 연결된 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)의 유실이 방지되도록 할 수 있다.
상기 원격발파 준비 단계는 후술할 기폭케이블 회수 단계에서 회수된 기폭케이블(400)을 작업자가 안전작업부(120)에서 도 13에 도시된 원격발파제어기(600)에 연결되도록 결선 작업을 수행하여 원격발파를 준비하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 원격발파제어기(600)는, 다양한 종류의 발파 소프트웨어의 적용이 가능하고, 외부로 여러 조작 키가 마련되며, 단일 모드에서는 최대 3,000발까지 운용이 가능하고, 다중 발파시에는 최대 63,000발까지 운용이 가능해지도록 마련된 것이 바람직하다.
상기 발파 단계는 상기 원격발파 준비 단계에서 기폭케이블(400)과 연결된 원격발파제어기(600)를 조작하여 수중 암반에 설치된 폭약(420)이 폭파되도록 하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 폭약(420)은 상기 원격발파제어기(600)의 조작에 의해 기폭케이블(400)을 통해 신호를 받아 기폭 되는 전자식 뇌관(430)을 통해 폭파가 이뤄지게 된다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 장약부 설치 단계와 상기 가이드 케이싱 제거 단계의 사이에는 체인과 같이 사슬구조로 마련된 금속재질의 뇌관유실방지수단(500)이 가이드 케이싱(200)의 외주면을 감싸도록 뇌관유실방지수단(500)을 가이드 케이싱(200)에 끼워 가이드 케이싱(200)의 연직방향을 따라 수중으로 하강 되도록 하는 뇌관유실방지수단 준비 단계가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 이후 상기 가이드 케이싱 제거 단계에서 가이드 케이싱(200)의 제거시 기폭케이블(400)이 파도 등에 의해 휩쓸려 쉽게 유실되는 것을 뇌관유실방지수단(500)에 의해 기폭케이블(400)이 용이하게 회수되도록 함으로써, 기폭케이블(400)과 전자식 뇌관(430)의 유실이 확실히 방지되도록 할 수 있다.
여기서, 뇌관유실방지수단(500)은 금속재질로 사슬의 형태를 이루도록 마련되어 수중발파용 전용 작업선(100)의 선체(101)의 선상에서 가이드 케이싱(200)을 감싸도록 한 뒤에 선체(101)의 내부 중앙부의 관통 공간을 통해 수중으로 내려뜨려 놓게 되면 자중으로 인해 수중으로 계속 하강하게 되며 수중의 바닥 지면까지 내려가게 된다.
이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수중발파용 전용 작업선(100)의 선체(101)의 선상에는 선체(101)의 내부에서 안전작업부(120)에 의해 에워싸이며 수면을 향해 뚫린 관통 공간으로 연통되어 가이드 케이싱(200)이 수중으로 관통 설치되고 뇌관유실방지수단(500)이 가이드 케이싱(200)을 감싼 상태로 수중으로 하강 되도록 하는 삽입공(102)이 천공 형성된 것이 바람직하다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 케이싱 제거 단계와 상기 원격발파 준비 단계의 사이에는 뇌관유실방지수단(500)을 수중발파용 전용 작업선(100)에서 들어올려 기폭케이블(400)이 수면 위로 회수되도록 하는 기폭케이블 회수 단계가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 기폭케이블 회수 단계는, 도 11에 도시된 바와 같이, 수중발파용 전용 작업선(100)의 내부에 구비된 안전작업부(120)에서 작업자가 뇌관유실방지수단(500)에 연결된 견인 로프(510)를 잡아당기면서 뇌관유실방지수단(500)에 기폭케이블(400)이 걸리도록 하여 기폭케이블(400)이 회수되도록 하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 작업자가 안전작업부(120) 상에서 견인 로프(510)를 잡아당기면서 뇌관유실방지수단(500)에 의해 기폭케이블(400)을 회수하도록 함으로써, 기폭케이블(400)의 회수 작업이 안전하게 이뤄지도록 할 수 있고, 바다와 같은 곳에서는 물의 유속과 조류 흐름 등에 따른 전자식 뇌관(430)의 유실이 확실히 방지되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 14에 도시된 바와 같이, 기폭케이블(400)에는 자기력에 반응하여 끌리게 되는 철과 같은 자성 금속 재질로 마련된 자력 부착부(440)가 다수 연결 구비되고, 뇌관유실방지수단(500)에는 전기 인가에 의해 강한 자기력을 띠게 되는 전자석으로 마련된 자력 발생부(520)가 다수 연결 구비되도록 할 수도 있다.
이에 따라, 뇌관유실방지수단(500)에 걸려 회수되는 기폭케이블(400)의 걸림 높이가 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)이 연결된 기폭케이블(400)의 하단부와 너무 가까워지게 되어 수중 암반에 이미 설치된 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)까지 함께 끌려 나오게 되는 것을 방지하기 위하여, 가이드 케이싱(200)의 제거 후 뇌관유실방지수단(500)에 전기 인가시 자력 발생부(520)에 자력 부착부(440)가 자력(磁力)으로 끌리며 부착되게 함으로써, 뇌관유실방지수단(500)에 걸려 회수되는 기폭케이블(400)의 걸림 높이가 미리 적정한 위치에 정해지도록 하여 기폭케이블(400)이 장약부의 설치 상태에 전혀 영향을 주지 않고 원활하고 손쉽게 회수되도록 할 수 있다.
상기에 의해 설명되고 첨부된 도면에서 그 기술적인 면이 기술되었으나, 본 발명의 기술적인 사상은 그 설명을 위한 것이고, 그 제한을 두는 것은 아니며 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술적인 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적인 사상을 이하 후술 될 특허청구범위에 기재된 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 보호 대상 구조물 50 : 가물막이 구조물
100 : 수중발파용 전용 작업선 110 : 천공기
120 : 안전작업부 200 : 가이드 케이싱
300 : 안착공 400 : 기폭케이블
410 : 부력체 420 : 폭약
430 : 뇌관 500 : 뇌관유실방지수단
510 : 견인 로프 600 : 원격발파제어기
700 : 장공 710 : 미세 발파공
711 : 장약 720 : 연결홈
730 : 연쇄폭발쐐기 740 : 연쇄기폭제
750 : 그래핀 진동 차단막

Claims (3)

  1. 수면 위로 노출된 암반을 제거하기 위하여 육상에서 발파 장약공을 천공하는 단계(S10);
    상기 발파 장약공 천공 단계(S10) 이후에 발파 장약공에 폭약을 장전하고 발파하여 수면에서 일정높이까지의 암반을 제거하는 육상 발파 단계(S20);
    상기 육상 발파 단계(S20)를 거쳐 제거된 암반 이외에 남은 암반의 사면 내측으로 외수의 유입이 방지되도록 가물막이 구조물(50)을 설치하는 단계(S30);
    상기 가물막이 구조물(50)에 의해 둘러싸인 암반을 제거하여 터파기 굴착이 이뤄지도록 암반에 발파 장약공을 천공하고 발파 장약공에 폭약을 장전 및 발파하여 터파기 발파가 이뤄지도록 하는 단계(S40); 및
    상기 터파기 발파 단계(S40) 이후에 상기 가물막이 구조물(50) 외측의 수중 암반이 제거되도록 수중발파용 전용 작업선(100)을 이용하여 수중 발파가 이뤄지도록 하는 단계(S50);
    를 포함하며,
    상기 육상 발파 단계(S20), 터파기 발파 단계(S40) 및 수중 발파 단계(S50) 중 적어도 어느 하나의 단계 이전에는 발파시 진동이 차단되도록 다수의 미세 발파를 이용한 프리스플리팅 발파 준비 단계가 더 포함되도록 하고,
    상기 프리스플리팅 발파 준비 단계는 제거 대상 암반 주변에 보호 대상 구조물(10)이 존재할 경우 보호 대상 구조물(10)의 주위로 다수의 미세 발파공(710)을 천공하며, 상기 미세 발파공(710)에 장약(711)을 삽입하여 상기 육상 발파 단계(S20), 터파기 발파 단계(S40) 및 수중 발파 단계(S50) 중 적어도 어느 하나의 단계에서 발파시 진동이 차단되게 미세 발파가 이뤄지도록 준비하는 단계를 포함하고,
    상기 수중 발파 단계는, 천공기(110)가 구비된 수중발파용 전용 작업선(100)을 수상에 고정하는 작업선 준비 단계와, 상기 작업선 준비 단계 이후에 수중 암반에 가이드 케이싱(200)이 박히는 안착공(300)을 상기 천공기(110)를 이용하여 형성하는 안착공 형성 단계와, 상기 안착공(300)에 가이드 케이싱(200)이 박히도록 하는 가이드 케이싱 설치 단계와, 상기 가이드 케이싱(200)의 내부로 상단에 부력체(410)가 달리고 하단에 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)이 달린 기폭케이블(400)을 집어넣어 폭약(420) 및 전자식 뇌관(430)이 수중 암반에 설치되도록 하는 장약부 설치 단계와, 상기 장약부 설치 단계 이후에 상기 안착공(300)에서 상기 가이드 케이싱(200)이 제거되도록 상기 가이드 케이싱(200)을 뽑아 올려 상기 가이드 케이싱(200)을 제거하는 단계와, 상기 기폭케이블(400)에 원격발파제어기(600)를 연결하여 원격발파를 준비하는 단계와, 상기 원격발파제어기(600)의 조작에 의해 상기 기폭케이블(400)을 통해 상기 전자식 뇌관(430)이 신호를 받아 수중 암반에 설치된 폭약(420)이 폭파되도록 하는 발파 단계를 포함하며,
    상기 장약부 설치 단계와 상기 가이드 케이싱 제거 단계의 사이에는 사슬구조로 마련된 금속재질의 뇌관유실방지수단(500)이 상기 가이드 케이싱(200)의 외주면을 감싸도록 뇌관유실방지수단(500)을 상기 가이드 케이싱(200)에 끼워 상기 가이드 케이싱(200)의 연직방향을 따라 수중으로 하강 되도록 하는 뇌관유실방지수단 준비 단계가 구비되도록 하고,
    상기 가이드 케이싱 제거 단계와 상기 원격발파 준비 단계의 사이에는 상기 뇌관유실방지수단(500)을 상기 수중발파용 전용 작업선(100)에서 들어올려 상기 기폭케이블(400)이 수면 위로 회수되도록 하는 기폭케이블 회수 단계가 구비되도록 하며,
    상기 기폭케이블 회수 단계는 상기 수중발파용 전용 작업선(100)의 내부에 구비된 안전작업부(120)에서 작업자가 상기 뇌관유실방지수단(500)에 연결된 견인 로프(510)를 잡아당기면서 상기 뇌관유실방지수단(500)에 상기 기폭케이블(400)이 걸리도록 하여 상기 기폭케이블(400)이 회수되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동저감형 수중 암반 굴착공법.

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