KR102550484B1 - 2중 폭약 발파 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2중 폭약 발파 공법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 2중 폭약 발파 공법으로서, (1) 지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선과 천공간격을 구획하는 단계; (2) 상기 단계 (1)에서 구획된 저항선과 천공간격에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공을 천공하는 단계; (3) 상기 단계 (2)를 통해 천공된 다수의 발파공에 하부장약으로 에멀전폭약을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약과 전색물을 장전하는 단계; (4) 상기 다수의 발파공을 하부장약과 주상장약에 동일 순번의 뇌관을 각각 연결하고, 1열의 폭약을 2공 이상의 제발발파(동시발파)를 하는 단계; (5) 2열에서 상기 단계 (4)의 1열의 제발발파와 같이 순차적으로 제발발파를 하는 단계; 및 (6) 다수의 열의 발파공 내에 장전된 모든 폭약을 발파할 때까지 상기 단계 (5) 과정을 반복하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 2중 폭약 발파 공법에 따르면, 화강암 채석장에서의 조경석, 발파석 등의 대괴 생산을 위해 두 개 이상의 자유면을 가진 암반에 다수의 발파공을 천공하고 발파공당 2종류의 폭약류를 결속하되, 하부장약에는 에멀젼폭약을 장약하고, 주상장약에는 정밀폭약을 장약하여 발파공당 2종류의 폭약류를 결속하여 발파할 수 있도록 구성함으로써, 화강암 채석장에서의 암반의 물리적 특정에 맞는 발파로 조경석, 발파석 등 대량의 대괴를 효과적으로 생산할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 2중 폭약 발파 공법에 따르면, 화강암 채석장에서 암반의 물리적 특성에 맞는 발파공의 디카플링 지수를 결정하고, 정밀폭약량을 조절하여 발파공 기둥 부분에 균열과 부분파괴를 일으키게 하고, 발파공 하단부에 에멀젼폭약의 사용으로 발파공 하부가 암반 뿌리깎기 및 암괴의 이동이 쉽게 이루어지게 하여 대량의 대괴가 생산될 수 있도록 구성함으로써, 화강암의 물리적 특성인 이방성으로 발파충격에 의해 암반이 쉽게 쪼개지고, 파쇄되는 문제로 대괴 생산량이 적은 문제점을 해결하였고, 물리적 성질이 다른 각각의 암반에 대해 정밀폭약의 장약량을 쉽게 조절할 수 있어 현장 여건에 맞는 발파설계가 가능하도록 하여 화강암 채석장에서 대괴를 효과적으로 생산 가능하도록 할 수 있다.

Description

2중 폭약 발파 공법{DOUBLE EXPLOSIVE BLASTING METHOD}

본 발명은 2중 폭약 발파 공법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 화강암 채석장에서의 조경석, 발파석 등의 대괴 생산을 위해 두 개 이상의 자유면을 가진 암반에 다수의 발파공을 천공하고 발파공당 2종류의 폭약류를 결속하되, 하부장약(Bottom Charge)에는 에멀젼폭약을, 주상장약(Column Charge)에는 정밀폭약을 장약하여 대량의 대괴를 효과적으로 생산할 수 있도록 하는 2중 폭약 발파 공법에 관한 것이다.

일반적으로 조경석, 발파석이라 함은 토목용 석축 및 조경에 필요한 암괴로 ‘큰 돌덩어리’를 의미한다. 이는 상대적 크기에 따라 대괴, 소괴로 표현되며, 중소기업청 「중소기업자간 경쟁제품 직접생산확인 기준」에 의하면 0.06㎥ 내지 0.5㎥ 급의 부피를 가지는 부정형의 암괴로 규정하고 있다. 만약, 두 개 이상의 자유면을 가진 암반에 대해 암괴를 생산할 수 있는 기술적 요소로는 1. 체적당 장약량(㎏/㎥)을 줄인다.(0.2~0.25㎏/㎥의 약장약) 2. 저항선(W)과 천공간격(D)의 비(W/D)가 1 이상이여야 한다. 3. 제발발파(동시발파)로 한다. 로 지침 되어 있다.

그러나 화강암 채석장에서는 상기 기술적 적용에는 다소 무리가 있다. 화강암은 거시적으로 등방균질 재료로 취급되고 있으나, 어느 한 방향으로 쪼개지는 성질이 다른 방향보다 상대적으로 크게 나타나는 것이 일반적인 특성이다. 국내 화강암 채석장에서는 쪼개지기 쉬운 방향, 소위 결(rock cleavage)을 이용하여 정방형의 규격암괴를 채굴하고 있다. 결의 발달은 모든 화강암에 공통적인 현상이며, 이는 화강암 내에 존재하는 미소결함구조에 기인하는 것이고, 또, 이방성을 나타내는 것은 이들 결함구조가 선택적인 방향성을 가지고 있기 때문이다.

현재, 화강암 채석장에서 규격암괴 생산 외의 암반에 대해 상기 기술을 적용하여 대괴를 생산하고 있으나, 암반의 물리적 특성인 이방성 때문에 발파충격으로 암반이 쉽게 쪼개지고, 파쇄되어 대괴 생산량이 다른 분류의 암종에 비해 매우 적은 한계가 따르는 문제점이 있었다. 대한민국 등록특허공보 제10-1695384호가 선행기술 문헌으로 개시되고 있다.

이에 본 출원인은 발파시 적정 발파충격을 주어 화강암의 이방성으로 인한 쪼개짐 및 파쇄가 적게 일어나게 하여 대량의 대괴를 생산할 수 있도록 하는 발파 공법을 제안하고자 한다.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 화강암 채석장에서의 조경석, 발파석 등의 대괴 생산을 위해 두 개 이상의 자유면을 가진 암반에 다수의 발파공을 천공하고 발파공당 2종류의 폭약류를 결속하되, 하부장약에는 에멀젼폭약을 장약하고, 주상장약에는 정밀폭약을 장약하여 발파공당 2종류의 폭약류를 결속하여 발파할 수 있도록 구성함으로써, 화강암 채석장에서의 암반의 물리적 특정에 맞는 발파로 조경석, 발파석 등 대량의 대괴를 효과적으로 생산할 수 있도록 하는, 2중 폭약 발파 공법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 화강암 채석장에서 암반의 물리적 특성에 맞는 발파공의 디카플링 지수를 결정하고, 정밀폭약량을 조절하여 발파공 기둥 부분에 균열과 부분파괴를 일으키게 하고, 발파공 하단부에 에멀젼폭약의 사용으로 발파공 하부가 암반 뿌리깎기 및 암괴의 이동이 쉽게 이루어지게 하여 대량의 대괴가 생산될 수 있도록 구성함으로써, 화강암의 물리적 특성인 이방성으로 발파충격에 의해 암반이 쉽게 쪼개지고, 파쇄되는 문제로 대괴 생산량이 적은 문제점을 해결하였고, 물리적 성질이 다른 각각의 암반에 대해 정밀폭약의 장약량을 쉽게 조절할 수 있어 현장 여건에 맞는 발파설계가 가능하도록 하여 화강암 채석장에서 대괴를 효과적으로 생산 가능하도록 하는, 2중 폭약 발파 공법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 2중 폭약 발파 공법은,

2중 폭약 발파 공법으로서,

(1) 지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선과 천공간격을 구획하는 단계;

(2) 상기 단계 (1)에서 구획된 저항선과 천공간격에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공을 천공하는 단계;

(3) 상기 단계 (2)를 통해 천공된 다수의 발파공에 하부장약으로 에멀전폭약을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약과 전색물을 장전하는 단계;

(4) 상기 다수의 발파공을 하부장약과 주상장약에 동일 순번의 뇌관을 각각 연결하고, 1열의 폭약을 2공 이상의 제발발파(동시발파)를 하는 단계;

(5) 2열에서 상기 단계 (4)의 1열의 제발발파와 같이 순차적으로 제발발파를 하는 단계; 및

(6) 다수의 열의 발파공 내에 장전된 모든 폭약을 발파할 때까지 상기 단계 (5) 과정을 반복하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 단계 (1)에서는,

지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선과 천공간격을 구획하되, 자유면과 발파공 사이의 간격인 저항선과 천공간격의 비는 비교적 큰 암괴를 얻을 시 1 이상으로 하고, 비교적 작은 암괴를 얻을 시 1 이하로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 단계 (1)에서는,

지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선과 천공간격을 구획하는 천공패턴을 형성하되, 천공패턴은 저항선의 1열과 2열을 포함하는 다수의 열이 동일한 간격으로 하고, 천공간격 또한 동일한 천공간격을 유지하여 1열의 발파공과 2열의 발파공을 포함하는 다수의 열의 발파공이 동일선상에 위치하도록 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 단계 (1)에서는,

지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선과 천공간격을 구획하는 천공패턴을 형성하되, 저항선의 1열과 2열을 포함하는 다수의 열이 동일한 간격으로 하고, 천공간격 또한 동일한 천공간격을 유지하되, 1열의 발파공과 3열의 발파공을 포함하는 홀수 열의 발파공이 동일선상에 위치하고, 2열의 발파공과 4열의 발파공을 포함하는 짝수 열의 발파공이 동일선상에 위치하며, 짝수 열의 발파공은 홀수 열의 발파공 사이 중간에 위치하도록 천공패턴이 형성되도록 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 단계 (2)에서는,

구획된 저항선과 천공간격에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공을 천공하되, 다수의 발파공의 천공경은 65㎜, 75㎜, 85㎜ 중 하나로 구성할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 단계 (2)에서는,

구획된 저항선과 천공간격에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공을 천공하되, 다수의 발파공의 천공각도는 상부 자유면의 제2자유면의 수직방향에 대해 측면 자유면의 제1자유면 방향으로 경사지게 천공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 단계 (3)에서는,

천공된 다수의 발파공에 하부장약으로 에멀전폭약을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약과 전색물을 장전하되, 뿌리 깎기가 충분히 이루어지도록 암반높이 보다 더 깊은 추가천공(sub drilling)을 더 형성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 단계 (3)에서는,

천공된 다수의 발파공에 하부장약으로 에멀전폭약을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약과 전색물을 장전하되, 발파공에 대해 전색물이 장전되는 전색장은 저항선 크기와 천공장 깊이와 무관하게 깊이 최소 1.5 ~ 최대 2.5m 사이로 구성될 수 있다.

본 발명에서 제안하고 있는 2중 폭약 발파 공법에 따르면, 화강암 채석장에서의 조경석, 발파석 등의 대괴 생산을 위해 두 개 이상의 자유면을 가진 암반에 다수의 발파공을 천공하고 발파공당 2종류의 폭약류를 결속하되, 하부장약에는 에멀젼폭약을 장약하고, 주상장약에는 정밀폭약을 장약하여 발파공당 2종류의 폭약류를 결속하여 발파할 수 있도록 구성함으로써, 화강암 채석장에서의 암반의 물리적 특정에 맞는 발파로 조경석, 발파석 등 대량의 대괴를 효과적으로 생산할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 2중 폭약 발파 공법에 따르면, 화강암 채석장에서 암반의 물리적 특성에 맞는 발파공의 디카플링 지수를 결정하고, 정밀폭약량을 조절하여 발파공 기둥 부분에 균열과 부분파괴를 일으키게 하고, 발파공 하단부에 에멀젼폭약의 사용으로 발파공 하부가 암반 뿌리깎기 및 암괴의 이동이 쉽게 이루어지게 하여 대량의 대괴가 생산될 수 있도록 구성함으로써, 화강암의 물리적 특성인 이방성으로 발파충격에 의해 암반이 쉽게 쪼개지고, 파쇄되는 문제로 대괴 생산량이 적은 문제점을 해결하였고, 물리적 성질이 다른 각각의 암반에 대해 정밀폭약의 장약량을 쉽게 조절할 수 있어 현장 여건에 맞는 발파설계가 가능하도록 하여 화강암 채석장에서 대괴를 효과적으로 생산 가능하도록 할 수 있다.

도 1은 화강암반의 이방성을 확인하기 위해 정밀폭약을 사용한 발파결과를 도시한 도면.
도 2는 화강암 채석장에서 종래의 발파기술로 대괴를 생산한 발파결과를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 흐름을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 측 단면도를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 정밀폭약을 묶음으로 테이핑해서 장약하는 모습을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 발파공 천공패턴의 일례의 평면도 구성을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 발파공 천공패턴의 다른 일례의 평면도 구성을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 발파공 천공패턴의 또다른 일례의 평면도 구성을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 발파공 천공패턴에 따른 발파결과를 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

디커플링 효과(decoupling effect)란, 발파공 벽과 폭약 사이에 상당한 공간을 두어, 폭약의 폭발 시 발생되는 폭굉 압력을 감소시키는 소위 쿠션(cushion)의 역할을 하는 것을 말한다. 이러한 디커플링 효과를 이용하는 발파를 제어발파(control blasting)라고 하며, 이에 사용되는 폭약이 정밀폭약이다. 공간이 완충제로 작용하기 때문에 폭약의 폭발에 의한 충격력이 약하게 되며, 피파괴물 벽면의 손상을 방지함과 동시에 소음이나 진동의 억제에도 유효한 효과를 갖는다. 여기서, 폭약의 직경(

e)에 대한 발파공의 직경(

b)의 비(

b/

e)를 디커플링 지수(Decoupling Index, D.I)라고 하며, 실제적으로 그 효과를 보기 위해서는 디커플링 지수가 2~3 범위여야 하지만, 화강암에서는 물리적 이방성 특성인 쪼개짐 현상으로 지수 값이 더 커진다.

또한, 정밀폭약은 터널의 외곽공에 모암 균열의 극소화, 여굴의 방지, 발파마무리 면의 미려함과 정밀성을 만족시킬 목적으로 개발된 조절발파용 폭약이다. 폭속이 4,200-4,400m/sec이고, 약장 500㎜, 약경 17㎜, 본당중량은 100g이다. 본체 포장은 합성수지 파이프(pipe)로 구성되어 있어 장약량에 따른 약포의 재단이 용이하며, 발파공 중심에 고정할 수 있는 날개에 연결구가 부착되어 있어 약포와 약포사이의 연결 작업이 용이하다.

현재, 화강암 채석장에서는 규격암괴 생산 외의 암반에 대해 종래 발파기술을 적용하여 대괴를 생산하고 있으나, 암반의 물리적 특성인 이방성으로 인해 암반이 쉽게 쪼개지고, 파쇄되어 대괴의 생산량이 매우 적다. 이를 해결하기 위해 고안 된 것이 발파공당, 2가지 폭약류를 순차적으로 연결하여 장약하는 2중 폭약 발파 공법이다.

도 1은 화강암반의 이방성을 확인하기 위해 정밀폭약을 사용한 발파결과를 도시한 도면이다. 수직 절리면이 암반 정면 좌측과 앞자유면(제1자유면) 암반 뒤로 9.5m거리 위치에 형성된 3자유면 화강암반에 천공경 65㎜, 수평천공장 9m, 공간격 1m, 공당장약량1.5㎏, 디카플링 지수 3.8일 때의 발파결과이다. 보통 그 효과를 보기 위해서는 디커플링 지수가 2~3 범위여야 하지만 도 1의 경우, 디카플링 지수가 큼에도 암반이 미려하게 수평으로 잘 쪼개졌다. 이는 화강암의 이방성을 잘 나타내는 결과이다.

도 2는 화강암 채석장에서 종래의 발파기술로 대괴를 생산한 발파결과를 도시한 도면이다. 전반적으로 대괴 생산량이 적고 거의 대부분 쪼개지고, 파쇄된 형태이다. 이는 화강암의 물리적 특성인 이방성으로 인한 결과이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 흐름을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법은, 지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선과 천공간격을 구획하는 단계(S110), 구획된 저항선과 천공간격에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공을 천공하는 단계(S120), 천공된 다수의 발파공에 하부장약으로 에멀전폭약을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약과 전색물을 장전하는 단계(S130), 다수의 발파공을 하부장약과 주상장약에 동일 순번의 뇌관을 각각 연결하고, 1열의 폭약을 2공 이상의 제발발파(동시발파)를 하는 단계(S140), 2열에서 단계 S140의 1열의 제발발파와 같이 순차적으로 제발발파를 하는 단계(S150), 및 다수의 열의 발파공 내에 장전된 모든 폭약을 발파할 때까지 단계 S150의 과정을 반복하는 단계(S160)를 포함하여 구현될 수 있다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 2중 폭약 발파 공법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 측 단면도를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 정밀폭약을 묶음으로 테이핑해서 장약하는 모습을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 발파공 천공패턴의 일례의 평면도 구성을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 발파공 천공패턴의 다른 일례의 평면도 구성을 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 발파공 천공패턴의 또다른 일례의 평면도 구성을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 발파공 천공패턴에 따른 발파결과를 도시한 도면이다.

단계 S110에서는, 지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선(W)과 천공간격(D)을 구획한다. 이러한 단계 S110에서는 지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선(W)과 천공간격(D)을 구획하되, 자유면과 발파공 사이의 간격인 저항선(W)과 천공간격(D)의 비(W/D)는 비교적 큰 암괴를 얻을 시 1 이상으로 하고, 비교적 작은 암괴를 얻을 시 1 이하로 할 수 있다. 즉, 자유면과 발파공 사이의 간격인 저항선(W)과 천공간격(D)의 비(W/D)가 클수록 큰 암괴를 얻을 수 있도록 한다.

또한, 단계 S110에서는 지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선(W)과 천공간격(D)을 구획하는 천공패턴을 형성하되, 천공패턴은 저항선(W)의 1열과 2열을 포함하는 다수의 열이 동일한 간격으로 하고, 천공간격(D) 또한 동일한 천공간격을 유지하여 1열의 발파공과 2열의 발파공을 포함하는 다수의 열의 발파공(10)이 동일선상에 위치하도록 할 수 있다.

또한, 단계 S110에서는 지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선(W)과 천공간격(D)을 구획하는 천공패턴을 형성하되, 저항선(W)의 1열과 2열을 포함하는 다수의 열이 동일한 간격으로 하고, 천공간격(D) 또한 동일한 천공간격을 유지하되, 1열의 발파공과 3열의 발파공을 포함하는 홀수 열의 발파공이 동일선상에 위치하고, 2열의 발파공과 4열의 발파공을 포함하는 짝수 열의 발파공이 동일선상에 위치하며, 짝수 열의 발파공은 홀수 열의 발파공 사이 중간에 위치하도록 천공패턴이 형성되도록 할 수 있다. 즉, 짝수 열의 발파공을 홀수 열의 발파공 사이 중간에 위치하도록 천공패턴을 설계하면 발파충격이 암반에 골고루 전달되어 선 열거한 천공패턴보다 소할 처리비가 적고 같은 비용으로 더 작은 암괴를 얻을 수 있다. 또한, 장약량을 줄여 선 열거한 천공패턴과 같은 규모의 대괴를 얻을 수 있으나, 이방성 성질이 강한 암반에는 쪼개짐 현상이 쉽게 발생하기 때문에 적용 여부를 적절히 판단해야 한다.

단계 S120에서는, 단계 S110에서 구획된 저항선(W)과 천공간격(D)에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공(10)을 천공한다. 이러한 단계 S120에서는 구획된 저항선(W)과 천공간격(D)에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공(10)을 천공하되, 다수의 발파공(10)의 천공경은 65㎜, 75㎜, 85㎜ 중 하나로 구성할 수 있다. 이때, 다수의 발파공(10)의 천공경은 65㎜와 75㎜ 천공경이 가장 이상적이며, 폭약류는 약경17㎜ 정밀폭약, 약경 50㎜ 에멀젼폭약이 사용될 수 있다. 여기서, 0.5㎥ 급 이하의 대괴 생산이 목적이므로 천공패턴 즉, 저항선 간격과 천공간격은 암반의 물리적 특성에 따라 각각 1.5∼2.5m가 사용될 수 있다.

또한, 단계 S120에서는 구획된 저항선(W)과 천공간격(D)에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공(10)을 천공하되, 다수의 발파공(10)의 천공각도는 상부 자유면의 제2자유면(S2)의 수직방향에 대해 측면 자유면의 제1자유면(S1)방향으로 경사지게 천공할 수 있다. 여기서, 다수의 발파공(10)의 천공각도의 경사각은 10~20°로 설정될 수 있다.

단계 S130에서는, 단계 S120을 통해 천공된 다수의 발파공(10)에 하부장약으로 에멀전폭약(20b)을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약(20a)과 전색물(30)을 장전한다. 이러한 단계 S130에서는 천공된 다수의 발파공(10)에 하부장약으로 에멀전폭약(20b)을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약(20a)과 전색물(30)을 장전하되, 뿌리 깎기가 충분히 이루어지도록 암반높이 보다 더 깊은 추가천공(sub drilling)(10a)을 더 형성할 수 있다. 여기서, 정밀폭약(20a)과 전색물(30)은 주상장약으로 디카플링 지수를 결정하여 설계된다.

또한, 단계 S130에서는 천공된 다수의 발파공(10)에 하부장약으로 에멀전폭약(20b)을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약(20a)과 전색물(30)을 장전하되, 발파공(10)에 대해 전색물(30)이 장전되는 전색장은 저항선 크기와 천공장 깊이와 무관하게 깊이 최소 1.5 ~ 최대 2.5m 사이로 구성될 수 있다.

또한, 단계 S130에서 정밀폭약(20a)은 자체적으로 파쇄능력은 없지만, 디카플링 지수가 작아질수록 이방성을 갖는 화강암에는 균열과 부분파괴 효과를 얻을 수 있다. 따라서 암반특성에 따라 주상장약에 디카플링 지수를 결정하고 설계한 정밀폭약량을 묶음으로 테이핑해서 장약한다. 하부장약은 정밀폭약(20a)의 폭발로 바닥부분을 깎아내어 암괴의 이동(moving)을 얻을 수 없으므로, 발파공(10) 하부의 암반이 충분히 파쇄(일명, 뿌리깎기)되어 이동할 수 있도록 발파공(10) 하부에 에멀젼폭약(20b)을 보조적 역할로 사용할 수 있다. 즉, 발파공 주상장약 부분에 디카플링 지수에 따라 결정된 정밀폭약량으로 기둥 부분에 균열과 부분파괴를 일으키고, 발파공 하단부에 에멀젼폭약을 사용하여 발파공 하부가 암반의 뿌리깎기 및 암괴의 이동이 이루어짐으로서 대량의 대괴가 생성되도록 할 수 있다.

또한, 다수의 발파공(10)에 주상장약과 하부장약에는 동일 순번의 뇌관을 각각 연결하고 뇌관초시는 초시가 정해진 전기뇌관과 비전기뇌관 그리고 임의로 초시를 정해 사용할 수 있는 전자뇌관 등으로 폭발하도록 설치되며, 각 열에는 최소 2공 이상의 제발발파가 이루어지도록 초시별 뇌관을 배열할 수 있다.

단계 S140에서는, 다수의 발파공(10)을 하부장약과 주상장약에 동일 순번의 뇌관을 각각 연결하고, 1열의 폭약을 2공 이상의 제발발파(동시발파)를 한다.

단계 S150에서는, 2열에서 단계 S140의 1열의 제발발파와 같이 순차적으로 제발발파를 한다.

단계 S160에서는, 다수의 열의 발파공(10) 내에 장전된 모든 폭약을 발파할 때까지 단계 S150 과정을 반복한다.

이와 같은 2중 폭약 발파 공법은, 두 개 이상의 자유면을 가진 암반에 다수의 발파공을 천공하고 발파공당 2종류의 폭약류를 결속하는 발파공법으로서, 발파공의 맨 아랫부분에 집중된 장약을 하부장약(Bottom Charge)이라 하며, 이는 발파공 하부의 암반이 충분한 파쇄(일명, 뿌리깎기)를 얻고, 암괴가 이동할 수 있도록 에멀젼폭약이 사용된다. 또한, 발파공의 기둥부분에 장약된 폭약을 주상장약(Column Charge)이라 하며, 정밀폭약이 사용된다. 이때, 정밀폭약은 화강암의 물리적 특성에 따라 디카플링 지수(Decoupling Index, D.I)를 조절하고 그 장약량을 결정하여 발파시 적정 충격을 주어 화강암의 이방성으로 인한 쪼개짐 및 파쇄가 최소화될 수 있게 하고, 대량의 대괴를 생산할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 측 단면도를 개략적으로 나타내고 있다. 즉, 화강암의 상대적 물리적 특성과 고유의 이방성 특징에 따라 정밀폭약의 양을 조절하여 발파공 기둥부분에 균열과 부분파괴를 일으키고, 발파공 하단부에 약경 50㎜ 에멀젼폭약을 보조적으로 사용하여 발파공 하부가 암반 뿌리깎기 및 암괴의 이동이 쉽게 이루어지게 하여 대량의 대괴가 생산될 수 있도록 한다. 각각의 암반마다 물리적 특성이 다르고, 특히, 암반파괴에 영향을 미치는 이방성 특징에 따라 발파공당 디카플링 지수를 결정하고 도 5에 도시된 바와 같이, 정밀폭약량을 묶음으로 테이핑하여 쉽게 조절(주상장약)할 수 있으며, 발파공 하단부 또한 암반의 하단 파쇄 및 이동에 따른 에멀젼폭약의 장약량 조절(하부장약)이 가능하여 시험발파를 통해 천공패턴 및 장약량의 조절, 대괴 생산 결과를 예측할 수 있다.

아래의 [표 1]은 발파공 직경에 대해 정밀폭약의 묶음 수에 따라 환산한 폭약지름에 대한 디카플링 지수를 나타낸 표이다.(디카플링 지수는 정밀폭약 장약장 내 구간만 산출한 것이고, 정밀폭약 장약장 내에 정밀폭약의 약포와 약포를 연결하여 장약장 바닥까지 밀장전 했을 시 정밀폭약 1묶음이다.)

(폭약 날개부분은 지름에서 제외, 폭약 날개부분 돌출로 인해 발파공이 65㎜ 일때는 최대 5묶음, 발파공이 75㎜ 일때는 최대 8묶음 까지 장약 가능함.)

상기에 따른 실험결과, 발파공 직경이 65㎜ 일 때 정밀폭약의 묶음 수는 3과 4묶음 수 사이에서, 발파공 직경이 75㎜ 일 때 정밀폭약의 묶음 수가 4와 5묶음 수 사이에서 즉, 디카플링 지수가 2 전후에서 가장 효과적인 대괴 생산이 이루어졌다.

바람직하게는 화강암 채석장에서 0.5㎥ 급 이하의 대괴를 생산하기 위한 천공패턴은 암반의 물리적 특성과 생산 대괴의 규격에 따라 유동적이지만 천공패턴 즉, 저항선 간격과 천공간격은 각각 1.5∼2.5m 범위에 있으며, 비장약량은 0.2∼0.3㎏ 범위에, 발파공당 하부장약은 에멀젼폭약이 2∼4㎏, 주상장약은 정밀폭약량이 디카플링 지수 2 전후 일 때, 대괴 생산에 매우 효과적이다. 이는 공법 적용시 비장약량 0.25㎏, 하부장약시 에멀젼폭약3㎏, 주상장약시 디카플링 지수 2인 정밀폭약량으로 시험발파를 실시하면 현장 적용에 쉽게 접근할 수 있다.

본 발명에서는 암반의 파쇄가 아니라 암괴 형성이 목적으로, 암괴를 멀리 이동시켜 암괴에 2차 충격을 가할 필요가 없고, 정밀폭약에 의한 균열과 부분파괴, 에멀젼폭약에 의한 뿌리깎기 및 암괴의 이동에 따른 전도, 붕괴가 목적이므로 천공각을 크게 할 필요가 없다. 측면에서 발파결과 형태를 보면, 하단부의 암괴가 제일 멀리 이동하고, 발파공의 하단부에서 상단부로 갈수록 암괴의 이동거리는 짧아지며 상단부 쪽으로 갈수록 암괴의 전도, 붕괴가 뚜렷해진다. 실험결과 10~20°의 천공각도가 대괴 생산에서 가장 바람직하다. 이때, 뿌리깎기가 충분히 이루어지고 쉽게 암괴가 이동하도록 암반높이 보다 더 깊게 추가천공 할 수 있다.

실험결과, 저항선 간격과 천공간격이 각각 1.5∼2.5m 범위에 있고 비장약량이 0.2∼0.3㎏ 범위이며 정밀폭약이 비교적 저폭속류의 폭약으로 그 충격과 위력이 에멀젼폭약에 현저히 미치지 못하기 때문에 전색장은 저항선 크기와 천공장 깊이와 무관하게 깊이 최소 1.5m에서 최대 2.5m 사이가 가장 바람직하다.

도 4에서 발파공당 하부장약과 주상장약에 동일 순번의 뇌관을 각각 연결하고 뇌관초시는 초시가 정해진 전기뇌관과 비전기뇌관 그리고 임의로 초시를 정해 사용할 수 있는 전자뇌관 등으로 폭발하도록 설치되며, 각 열에는 최소 2공 이상의 제발발파가 이루어지도록 초시별 뇌관을 배열한다. 여기서, 발파공당 동일순번의 뇌관을 2개 연결하는 이유는 측벽효과(Channel Effect)에 의해 정밀폭약이 폭발하지 않고 잔류할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다. 동일 발파공에서는 폭약지름이 클수록 폭발력이 커진다. 폭굉압력은 기폭지점으로부터 폭약 내를 전달해 감과 동시에 폭약의 측면과 발파공 내의 벽사이의 틈새를 통해서 전달해 가는데, 공기 중에 전달해 가는 충격파의 속도는 폭약속에서의 속도보다 느리기 때문에 발파공 안의 공기 속을 통해 간 느린 충격파가 폭약 속의 충격파를 방해하여 둔감하게 함으로써 완전폭발을 하지 못하고 잔류하게 되는데 이를 측벽효과라 한다.

도 6은 자유면과 발파공 사이의 간격인 저항선(W)과 천공간격(D)의 비(W/D)가 1 이상을 나타내고 있으며, 도 7은 저항선(W)과 천공간격(D)의 비(W/D)가 1 이하를 나타내고 있다. 도 6의 패턴의 경우 비교적 큰 암괴를 얻을 시 사용되며, 도 7의 패턴의 경우는 비교적 작은 암괴가 요구될 시 사용된다. 즉, 도 6과 도 7은 천공패턴이 저항선의 1열과 2열, 다수의 열이 동일한 간격으로 하고, 천공간격 또한 동일한 천공간격을 유지하며, 1열의 발파공과 2열의 발파공, 다수의 열의 발파공이 동일선상에 위치한다.

또한, 도 6 및 도 7과 동일한 비장약량과 천공간격의 비(W/D)에서 저항선의 1열과 2열, 다수의 열이 동일한 간격으로 하고, 천공간격 또한 동일한 천공간격을 유지하되, 도 8에 도시된 바와 같이, 1열의 발파공과 3열의 발파공, 홀수 열의 발파공이 동일선상에 위치고, 2열의 발파공과 4열의 발파공, 짝수 열의 발파공이 동일선상에 위치하며, 짝수 열의 발파공은 홀수 열의 발파공 사이 중간에 위치하도록 천공패턴을 설계하면 발파충격이 암반에 골고루 전달되어 선 열거한 천공패턴보다 소할 처리비가 적고 같은 비용으로 더 작은 암괴를 얻을 수 있다. 또한, 장약량을 줄여 선 열거한 천공패턴과 같은 규모의 대괴를 얻을 수 있으나, 이방성 성질이 강한 암반에는 쪼개짐 현상이 쉽게 발생하기 때문에 적용 여부를 적절히 판단해야 한다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법의 발파공 천공패턴에 따른 발파결과로서, 도 6의 발파 결과물이 상부 도면이고, 도 7의 발파 결과물이 하부 도면이다. 상부 도면의 대괴 크기가 하부 도면의 대괴 크기보다 상대적으로 큼을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 2중 폭약 발파 공법은, 화강암 채석장에서의 조경석, 발파석 등의 대괴 생산을 위해 두 개 이상의 자유면을 가진 암반에 다수의 발파공을 천공하고 발파공당 2종류의 폭약류를 결속하되, 하부장약에는 에멀젼폭약을 장약하고, 주상장약에는 정밀폭약을 장약하여 발파공당 2종류의 폭약류를 결속하여 발파할 수 있도록 구성함으로써, 화강암 채석장에서의 암반의 물리적 특정에 맞는 발파로 조경석, 발파석 등 대량의 대괴를 효과적으로 생산할 수 있도록 할 수 있으며, 특히, 화강암 채석장에서 암반의 물리적 특성에 맞는 발파공의 디카플링 지수를 결정하고, 정밀폭약량을 조절하여 발파공 기둥 부분에 균열과 부분파괴를 일으키게 하고, 발파공 하단부에 에멀젼폭약의 사용으로 발파공 하부가 암반 뿌리깎기 및 암괴의 이동이 쉽게 이루어지게 하여 대량의 대괴가 생산될 수 있도록 구성함으로써, 화강암의 물리적 특성인 이방성으로 발파충격에 의해 암반이 쉽게 쪼개지고, 파쇄되는 문제로 대괴 생산량이 적은 문제점을 해결하였고, 물리적 성질이 다른 각각의 암반에 대해 정밀폭약의 장약량을 쉽게 조절할 수 있어 현장 여건에 맞는 발파설계가 가능하도록 하여 화강암 채석장에서 대괴를 효과적으로 생산 가능하도록 할 수 있게 된다.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 발파공(천공장)
10a: 추가천공(sub drilling)
20a: 정밀폭약
20b: 에멀젼폭약
30: 전색물(전색장)
S1: 제1자유면
S2: 제2자유면
W: 저항선
D: 천공간격
S110: 지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선과 천공간격을 구획하는 단계
S120: 구획된 저항선과 천공간격에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공을 천공하는 단계
S130: 천공된 다수의 발파공에 하부장약으로 에멀전폭약을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약과 전색물을 장전하는 단계
S140: 다수의 발파공을 하부장약과 주상장약에 동일 순번의 뇌관을 각각 연결하고, 1열의 폭약을 2공 이상의 제발발파(동시발파)를 하는 단계
S150: 2열에서 단계 S140의 1열의 제발발파와 같이 순차적으로 제발발파를 하는 단계
S160: 다수의 열의 발파공 내에 장전된 모든 폭약을 발파할 때까지 단계 S150의 과정을 반복하는 단계

Claims (8)

1. 2중 폭약 발파 공법으로서,
   (1) 지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선(W)과 천공간격(D)을 구획하는 단계;
   (2) 상기 단계 (1)에서 구획된 저항선(W)과 천공간격(D)에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공(10)을 천공하는 단계;
   (3) 상기 단계 (2)를 통해 천공된 다수의 발파공(10)에 하부장약으로 에멀전폭약(20b)을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약(20a)과 전색물(30)을 장전하는 단계;
   (4) 상기 다수의 발파공(10)을 하부장약과 주상장약에 동일 순번의 뇌관을 각각 연결하고, 1열의 폭약을 2공 이상의 제발발파(동시발파)를 하는 단계;
   (5) 2열에서 상기 단계 (4)의 1열의 제발발파와 같이 순차적으로 제발발파를 하는 단계; 및
   (6) 다수의 열의 발파공(10) 내에 장전된 모든 폭약을 발파할 때까지 상기 단계 (5) 과정을 반복하는 단계를 포함하되,
   상기 단계 (1)에서는,
   지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선(W)과 천공간격(D)을 구획하되, 자유면과 발파공 사이의 간격인 저항선(W)과 천공간격(D)의 비(W/D)는 비교적 큰 암괴를 얻을 시 1 이상으로 하고, 비교적 작은 암괴를 얻을 시 1 이하로 하고,
   상기 단계 (2)에서는,
   구획된 저항선(W)과 천공간격(D)에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공(10)을 천공하되, 다수의 발파공(10)의 천공각도는 상부 자유면의 제2자유면(S2)의 수직방향에 대해 측면 자유면의 제1자유면(S1)방향으로 경사지게 천공하며,
   상기 단계 (3)에서는,
   천공된 다수의 발파공(10)에 하부장약으로 에멀전폭약(20b)을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약(20a)과 전색물(30)을 장전하되, 뿌리 깎기가 충분히 이루어지도록 암반높이 보다 더 깊은 추가천공(sub drilling)(10a)을 더 형성하고,
   상기 단계 (1)에서는,
   지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선(W)과 천공간격(D)을 구획하는 천공패턴을 형성하되, 천공패턴은 저항선(W)의 1열과 2열을 포함하는 다수의 열이 동일한 간격으로 하고, 천공간격(D) 또한 동일한 천공간격을 유지하여 1열의 발파공과 2열의 발파공을 포함하는 다수의 열의 발파공(10)이 동일선상에 위치하도록 하며,
   상기 단계 (1)에서는,
   지면의 자유면에 암반높이와 수요 대괴 규격을 고려하여 저항선(W)과 천공간격(D)을 구획하는 천공패턴을 형성하되, 저항선(W)의 1열과 2열을 포함하는 다수의 열이 동일한 간격으로 하고, 천공간격(D) 또한 동일한 천공간격을 유지하되, 1열의 발파공과 3열의 발파공을 포함하는 홀수 열의 발파공이 동일선상에 위치하고, 2열의 발파공과 4열의 발파공을 포함하는 짝수 열의 발파공이 동일선상에 위치하며, 짝수 열의 발파공은 홀수 열의 발파공 사이 중간에 위치하도록 천공패턴이 형성되고,
   상기 단계 (2)에서는,
   구획된 저항선(W)과 천공간격(D)에 기초한 지면의 자유면에 다수의 발파공(10)을 천공하되, 다수의 발파공(10)의 천공경은 65mm, 75mm, 85mm 중 하나로 구성하며,
   상기 단계 (2)에서는,
   다수의 발파공(10)의 65mm와 75mm 천공경에서, 폭약류는 약경17mm 정밀폭약, 약경 50mm 에멀젼폭약이 사용되고, 0.5㎥ 급 이하의 대괴 생산을 위한 천공패턴으로 저항선 간격과 천공간격은 암반의 물리적 특성에 따라 각각 1.5∼2.5m가 사용되고,
   상기 단계 (2)에서는,
   다수의 발파공(10)의 천공각도의 경사각은 10~20°로 설정되며,
   상기 단계 (3)에서는,
   천공된 다수의 발파공(10)에 하부장약으로 에멀전폭약(20b)을 사용하고, 주상장약으로 정밀폭약(20a)과 전색물(30)을 장전하되, 발파공(10)에 대해 전색물(30)이 장전되는 전색장은 저항선 크기와 천공장 깊이와 무관하게 깊이 최소 1.5 ~ 최대 2.5m 사이로 구성되고,
   상기 단계 (3)에서는,
   정밀폭약(20a)과 전색물(30)은 주상장약으로 디카플링 지수를 결정하며,
   상기 단계 (3)에서는,
   상기 정밀폭약(20a)은 암반특성에 따라 주상장약에 디카플링 지수를 결정하고 설계한 정밀폭약량을 묶음으로 테이핑해서 장약되고, 하부장약은 발파공(10) 하부의 암반이 충분히 파쇄(일명, 뿌리깎기)되어 이동할 수 있도록 발파공(10) 하부에 에멀젼폭약(20b)을 보조적 역할로 사용하여 발파공 주상장약 부분에 디카플링 지수에 따라 결정된 정밀폭약량으로 기둥 부분에 균열과 부분파괴를 일으키고, 발파공 하단부에 에멀젼폭약을 사용하여 발파공 하부가 암반의 뿌리깎기 및 암괴의 이동이 이루어져 대량의 대괴가 생성되도록 기능하고,
   상기 단계 (3)에서는,
   다수의 발파공(10)에 주상장약과 하부장약에는 동일 순번의 뇌관을 각각 연결하고 뇌관초시는 초시가 정해진 전기뇌관과 비전기뇌관 그리고 임의로 초시를 정해 사용할 수 있는 전자뇌관 등으로 폭발하도록 설치되며, 각 열에는 최소 2공 이상의 제발발파가 이루어지도록 초시별 뇌관을 배열하는 것을 특징으로 하는, 2중 폭약 발파 공법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images