KR102590228B1

KR102590228B1 - 비전기뇌관용 발파기 및 이를 이용한 기폭 시스템

Info

Publication number: KR102590228B1
Application number: KR1020200061227A
Authority: KR
Inventors: 유시온
Original assignee: 유시온
Priority date: 2020-05-21
Filing date: 2020-05-21
Publication date: 2023-10-16
Also published as: KR20210144219A

Abstract

터널 및 지하굴착을 하는 발파현장에서는 주로 비전기뇌관을 사용하여 발파를 하는데 지금까지는 비전기뇌관을 기폭하는데 있어서 스타터뇌관과 격발기를 이용한 기폭방법과 스파크 기폭장치와 전기발파기를 이용한 기폭방법이 사용되었다.
그런데 스타터뇌관과 격발기를 이용한 기폭방법은 기폭비용이 비싸고 폐플라스틱이 남으며, 스파크 기폭장치와 전기발파기를 이용한 기폭방법은 비용이 저렴하지만 발파모선이 길어짐에 따라 전압이 강하되어 종종 발파를 실패하기도 하였다.
따라서 본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로, 전기발파기에 비전기뇌관을 직접 또는 간접으로 기폭할 수 있는 수단을 구성하고, 원거리에서 전기발파기를 작동할 수 있는 격발기를 구성하여 원거리에서 비전기뇌관을 적은 비용으로 안전하고 확실히 기폭할 수 있는 비전기뇌관용 발파기와 기폭 시스템을 제공한다.
비전기뇌관용 발파기 및 이를 이용한 기폭 시스템은 원거리에서 비전기뇌관을 저렴한 기폭비용으로 안전하고 확실히 기폭할 수 있는 효과가 있다.

Description

비전기뇌관용 발파기 및 이를 이용한 기폭 시스템{Blasting machine for non-electric detonator and ignition system using same}

본 발명은 비전기뇌관을 원거리에서 기폭하기 위한 비전기 뇌관용 발파기와 이를 이용한 기폭 시스템에 관한 것이다.

터널 및 지하굴착을 하는 발파현장에서는 주로 비전기뇌관을 사용하여 발파를 하는데 지금까지는 비전기뇌관을 기폭하는데 있어서 스타터뇌관과 격발기를 이용한 기폭방법과 스파크 기폭장치와 전기발파기를 이용한 기폭방법이 사용되었다.

그런데 스타터뇌관과 격발기를 이용한 기폭방법은 기폭비용이 비싸고 폐플라스틱이 남으며, 스파크 기폭장치와 전기발파기를 이용한 기폭방법은 비용이 저렴하지만 발파모선이 길어짐에 따라 전압이 강하되어 종종 발파를 실패하기도 하였다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 전기발파기에 비전기뇌관을 직접 또는 간접으로 기폭할 수 있는 수단을 구성하고, 원거리에서 전기발파기를 작동할 수 있는 격발기가 구성된 비전기뇌관용 발파기 및 기폭 시스템을 제공한다.

비전기뇌관용 발파기 및 이를 이용한 기폭 시스템은 원거리에서 비전기뇌관을 저렴한 기폭비용으로 안전하고 확실히 기폭할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 비전기뇌관 기폭 시스템의 구성도.
도 2는 비전기뇌관용 발파기를 이용한 기폭 시스템의 구성도.
도 3은 비전기뇌관용 발파기를 이용한 기폭 시스템의 전기회로를 설명하기 위한 개념도.

본 발명은 원거리에서 비전기뇌관을 안전하고 확실히 기폭할 수 있는 비전기뇌관용 발파기 및 이를 이용한 기폭 시스템에 관한 것이다.

첨부된 도면을 통하여 종래의 비전기뇌관 기폭 시스템의 문제점을 살펴보고 이를 개선하기 위한 본 발명의 발파기 및 기폭시스템에 대하여 설명하고자 한다.

도 1은 종래의 비전기뇌관 기폭 시스템의 구성도이다.

도 1[A]는 가장 보수적인 비전기뇌관 기폭 시스템에 관한 그림으로 비전기뇌관으로 폭약을 장약한 발파막장(100), 발파막장의 비전기뇌관이 한 개의 비전기뇌관으로 최종 결선되는 번치뇌관(10), 번치뇌관을 기폭하기 위한 기폭뇌관(20), 비산되는 발파암석으로부터 안전거리까지 대피하기 위한 시그널튜브(25), 시그널 튜브를 최초 기폭하기 위한 격발기(40)로 구성된다.

이 구성에서 번치뇌관을 기폭하기 위한 기폭뇌관(20)과 안전거리까지 대피하기 위한 3000m 이상의 시그널튜브(25)는 통상적으로 하나의 제품군으로 구성되는데 이를 스타터뇌관(30)이라 부르며 발파막장으로부터 격발기까지 이르는 모든 뇌관은 시그널튜브가 기폭력을 전달하는 비전기뇌관으로 구성된다.

상기와 같은 구성은 전기적인 위험으로부터 매우 안전하나 안전거리를 확보하기 위한 스타터뇌관의 비용이 비싸고 매 발파 때마다 폐플라스틱 시그널튜브가 발생하여 실제 현장에서는 이러한 보수적인 기폭방법을 기피하고 있다.

도 1[B]는 상기에 나타난 문제점을 해결하기 위한 대안으로 제시된 스파크 기폭장치를 이용한 비전기뇌관 기폭시스템의 구성도이다.

이 구성을 상세히 살펴보면 비전기뇌관으로 장약한 발파막장(100), 발파막장의 비전기뇌관을 최종 1개로 묶어 결선하는 번치뇌관(10), 번치뇌관 또는 스타터뇌관의 쇼크튜브에 접속시켜 연결하는 스파크 기폭장치(200), 스파크 기폭장치에 연결하여 발파시 최소한의 안전거리를 확보하기 위한 발파모선(300), 발파모선의 끝단을 연결하여 고압의 전류를 흘려 보내는 발파기(400)로 구성된다.

그러나 스파크 기폭장치를 이용한 기폭방법은 기폭비용이 저렴한 반면 발파막장으로부터 발파위치까지 거리가 멀어질 수록 발파모선의 저항이 커지고 이음부가 많아 누설전류가 발생하기 쉬워 간혹 발파를 실패하는 단점이 있다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로 원거리에서 기폭비용을 낮추고 발파 실패를 줄이며 안전하고 확실히 비전기뇌관을 기폭하기 위한 비전기뇌관용 발파기와 이를 이용한 발파 시스템을 제공하기 위한 것이다.

도 2는 비전기뇌관용 발파기를 이용한 기폭 시스템의 구성도이다.

본 발명은 비전기뇌관용 발파기를 발파막장으로부터 최소 안전거리의 위치에 두고, 원거리에서 전용 격발기를 이용하여 비전기뇌관용 발파기를 작동시켜 비전기뇌관을 기폭하는 기폭 시스템을 제공하기 위한 것이다.

도 2[A]는 발파막장(100)에 최종 결선되는 번치뇌관(10), 번치뇌관과 연결하여 안전거리를 확보하는 스타터뇌관(30), 상기 스타터뇌관(30)의 시그널튜브를 꽂아 고전압의 스파크를 일으켜 시그널튜브를 기폭시키는 스파크단자(401)가 구성된 비전기뇌관용 발파기(400), 발파기로부터 발파위치까지 추가 안전거리를 확보하는 제2 발파모선(450), 제2 발파모선에 연결하여 발파기에 격발신호를 보내는 전용 격발기(500)로 구성되는 기폭시스템의 구성도이다.

상기 비전기뇌관용 발파기에는 스타터뇌관의 시그널튜브를 직접 기폭하기 위한 스파크 단자(401)가 교체 가능하도록 구성되며, 스파크 단자는 확대 그림과 같이 양극 단자(a), 간극 절연체(b), 음극 단자(c), 플라스틱 또는 금속의 하우징(d)으로 조립되어 체결된다.

상기 기폭시스템의 구성에서 가장 특징적이고 주의하여야 할 구성은 발파기와 격발기를 연결하는 제2 발파모선(450)의 두 선이 서로 단락되더라도 발파기에서 격발이 되지 않는 구조여야 한다.

그러므로 제2 발파모선은 발파기의 발파스위치를 단순히 길게 연결한 구조가 아니라 별도 전원을 갖는 격발기의 전류와 명령을 발파기에 전달하고 발파기의 상태를 격발기에 전달하는 일종의 통신선으로 특정한 전류와 명령이 없이는 발파기가 격발할 수 없도록 전기회로가 구성된다.

이러한 특징을 갖는 비전기뇌관용 발파기 및 기폭 시스템의 전기회로에 대하여는 다시 상세히 설명하기로 하고 본 도면의 설명에서는 생략하기로 한다.

도 2[B]는 발파막장의 최종 시그널튜브에 연결되는 스파크 기폭장치(200), 기폭장치에 연결하여 안전거리를 확보하는 제1 발파모선(300), 제1 발파모선을 연결하는 모선 접속단자(402)가 구비된 비전기뇌관용 발파기(400), 발파기로부터 발파위치까지 연결하는 제2 발파모선(450), 제2 발파모선에 연결하여 발파기에 격발신호를 보내는 전용 격발기(500)로 구성되는 기폭 시스템의 구성도이다.

도 2[C]는 제2 발파모선을 무선으로 대체한 비전기뇌관용 무선발파기 및 무선격발기가 구성된 기폭시스템에 관한 것으로, 무선기폭시스템은 스타터뇌관(30)을 기폭하기 위한 스파크 단자(401)와 스파크 기폭장치에 연결된 제1 발파모선을 연결하기 위한 모선 접속단자(402)가 복합적으로 구성된 무선발파기(400-A), 무선격발기(500-A) 및 발파사고를 예방하기 위한 안전키(500-B)로 구성된다.

상기 구성에서 안전키(500-B)는 발파 실패시 급박하게 무선격발기를 휴대한 채로 장약된 막장에 접근할 수가 있는데 실수로 격발기의 스위치가 눌러지는 경우 예기치 않는 발파사고가 발생할 수 있어 무선격발기가 발파 위치를 벗어난 경우에는 절대로 작동하지 못하도록 하기 위한 안전장치로써 쉽게 구현가능한 방법은 안전키(500-B)에 격발기의 밧데리를 내장하여 발파위치에 비치하고 발파할 경우에만 격발기와 케이블로 연결하는 방식을 예로들 수있다.

도 3은 비전기뇌관용 발파기를 이용한 기폭 시스템의 전기회로를 설명하기 위한 개념도이다.

도 3[A]는 비전기뇌관용 발파기가 구성된 기폭 시스템의 전체 구성을 도시한 것으로 설명의 편의를 위하여 비전기뇌관용 발파기에는 스타터뇌관(30)의 시그널튜브를 끼워 기폭하기 위한 스파크 단자(401)와 스파크 기폭장치에 연결되는 제1 발파모선을 연결하는 모선 접속단자(402)를 복합적으로 구성하여 도시하였다.

상기 기폭 시스템의 구성을 살펴보면 발파막장의 최종 비전기뇌관인 스타터뇌관(30) 또는 스파크 기폭장치가 결선된 제1 발파모선(300), 상기 스타터뇌관 또는 제1 발파모선이 연결되는 단자(스파크 단자, 모선 접속단자)에 고압의 전류를 출력하는 비전기뇌관용 발파기(400), 발파기에서 발파위치까지 유선으로 연결하는 제2 발파모선(450), 상기 제2 발파모선을 통해 발파기에 신호를 보내 발파기를 충전시키고 격발시키는 전용 격발기(500)가 차례로 연결하여 구성되고, 발파기와 격발기가 무선통신을 하는 시스템인 경우 발파사고를 예방하기 위하여 격발기를 구동하는 건전지가 별도로 내장된 안전키(500-B)가 추가로 구성된다.

상기 시스템의 발파기는 스타터뇌관을 연결하여 기폭하기 위한 스파크 단자(401) 또는 스파크 기폭장치가 연결된 제1 발파모선을 연결하기 위한 모선 접속단자(402), 제2 발파모선의 접속단자(403), 충전스위치(400-a), 발파스위치(400-b) 등이 구성되는데 무선기폭 시스템인 경우 제2 발파모선이 연결되는 통신선 접속단자(403)는 무선 안테나로 대체된다.
물론 제조사양에 따라 발파기를 간편하고 작게 만들기 위하여 스파크 단자(401) 또는 제1 발파모선 접속단자(402)를 단독으로 구성할 수도 있고, 충전스위치와 발파스위치가 노출되지 않도록 구성할수도 있겠으나 이는 얼마든지 변형 가능한 것으로 특허의 주요 특징으로는 다루지 아니한다.

전용 격발기(500)는 별도 전원인 건전지(500-c)를 이용하여 펄스신호를 만들어 발파기에 송신하고 발파기의 상태를 수신할 수 있는 회로가 내장되며, 발파기를 충전할 수 있는 충전스위치(500-a)와 발파를 실행하는 발파스위치(500-b)가 기본적으로 구성된다.

안전키(500-B)는 전용 격발기를 작동하는 건전지(500-c)를 내장하거나 또는 격발기의 전기회로를 연결하는 스위치의 구조로 유선 기폭시스템인 경우 격발기와 일체로 구성되지만 무선 기폭시스템인 경우 반드시 별도로 구성하여 무선 격발기를 휴대한 채로 발파 막장에 접근하더라도 절대 발파가 실시되지 않도록 하여야 한다.

도 3[B]는 상기 시스템의 구성을 전기회로로 표현한 그림으로 본 구성의 가장 중요한 특징은 발파기와 격발기 사이의 제2 발파모선이 합선상태가 되더라도 충전 중인 발파기가 격발될 수 없는 구조의 회로여야 한다.

그러므로 제2 발파모선은 단순히 두 선을 단락함으로써 원거리에서 발파기의 발파스위치(400-b)를 스위칭하는 스위치선이 아니라 발파스위치를 작동하기 위한 별도의 전류와 전기신호를 발파기의 MCU에 전달하는 통신선이어야 한다.

전용 발파기(400)의 내부에는 발파스위치(400-b)에 병렬로 릴레이 스위치(R-2)가 형성되고, 이 릴레이 스위치는 통신수단이 구비된 MCU에 연결되고, 상기 MCU는 제2 발파모선(통신선)을 연결하는 통신선 접속단자(403)와 연결되며, 상기 접속단자(403)에 연결된 제2 발파모선(450)은 발파위치의 격발기(500)와 연결된다.

그러므로 격발기가 없는 상태에서 제2 발파모선이 만약 단락된 경우라도 릴레이 스위치(R-2)가 작동하지 않기 때문에 격발이 이루어 질 수 없다.

이와 같은 기본 구성의 회로에 발파기의 충전스위치(400-a)에 병렬로 릴레이 스위치(R-1)를 구성하여 발파기의 MCU에 연결한 후 격발기에서 충전스위치(500-a)를 누르면 이 신호를 전달받아 발파기의 MCU는 릴레이 스위치(R-1)를 작동시켜 발파기를 충전시킬 수 있도록 구성한다면 전용 격발기로 원거리에서 발파기를 충전하여 격발시킬 수 있는 구성이 된다.

또한 상기 회로를 갖는 발파기와 격발기의 제2 발파모선을 연결하는 접속단자에 무선 통신모듈을 구성하여 상호 설정된 전파신호에 따라 발파기에 내장된 MCU 및 릴레이 스위치를 제어하는 무선기폭시스템을 구현할 수 있으며 무선격발기는 안전키(500-B)를 연결한 경우에만 작동되도록 회로를 구성하여야 한다.

본 발명의 비전기뇌관용 발파기 및 이를 이용한 기폭 시스템은 발파 실패를 줄이고 더욱 먼 거리에서도 안전하고 확실히 비전기뇌관을 기폭할 수 있다.

10: 번치뇌관 30: 스타터뇌관
200: 스파크기폭장치 300: 제1 발파모선
400: 비전기뇌관용 발파기 400-A: 무선발파기
450: 제2 발파모선 500: 격발기
500-A: 무선격발기 500-B: 안전키

Claims

발파현장에서 비전기뇌관을 기폭하는 비전기뇌관용 발파기에 있어서,
상기 비전기뇌관용 발파기의 외부에는 시그널튜브가 연결되는 스파크단자(401) 또는 안전거리를 확보하기 위한 제1 발파모선이 연결되는 모선 접속단자(402)와;
발파위치에 있는 전용 격발기의 펄스신호를 발파기에 전달하는 제2 발파모선이 연결되는 통신선 접속단자(403)를 포함하고;
상기 발파기 내부에는 발파스위치(400-b)와 릴레이 스위치(R-2)가 서로 병렬로 연결되고, 충전스위치(400-a)와 릴레이 스위치(R-1)가 서로 병렬로 연결되며, 상기 릴레이 스위치(R-1)와 릴레이 스위치(R-2)를 동작시키는 MCU를 더 포함하며;
상기 MCU는 전용 격발기(500)에서 송출되는 펄스신호를 전송받으면 릴레이 스위치(R-1)와 릴레이 스위치(R-2)를 동작시키고; 상기 릴레이 스위치(R-1)가 동작된 이후에 충전하는;
비전기뇌관용 발파기.
제1항에 있어서,
스파크단자(401)는 양극 단자(a), 간극 절연체(b), 음극 단자(c), 플라스틱 또는 금속의 하우징(d)으로 조립되어 교체 가능하도록 구성되는 것이 특징인 비전기 뇌관용 발파기.
제 1항의 비전기뇌관용 발파기를 포함하는 비전기뇌관 기폭 시스템에 있어서,
발파막장(100)에 최종 결선되는 번치뇌관(10), 번치뇌관과 연결하여 안전거리를 확보하는 스타터뇌관(30), 상기 스타터뇌관(30)의 시그널튜브를 꽂아 고전압의 스파크를 일으켜 시그널튜브를 기폭시키는 스파크단자(401)가 구성된 비전기뇌관용 발파기(400), 비전기뇌관용 발파기(403)로부터 발파위치까지 추가 안전거리를 확보하는 제2 발파모선(450), 제2 발파모선에 연결하여 발파기에 격발신호를 보내는 전용 격발기(500)로 구성되는 것이 특징인 비전기뇌관 기폭시스템.
제1항의 발파기를 이용한 비전기 뇌관 기폭시스템에 있어서,
발파막장의 최종 시그널튜브에 연결되는 스파크 기폭장치(200), 기폭장치에 연결하여 안전거리를 확보하는 제1 발파모선(300), 제1 발파모선을 연결하는 모선 접속단자(402)가 구비된 비전기뇌관용 발파기(400), 발파기로부터 발파위치까지 연결하는 제2 발파모선(450), 제2 발파모선에 연결하여 발파기에 격발신호를 보내는 전용 격발기(500)로 구성되는 것이 특징인 비전기뇌관 기폭시스템.
제3항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 발파모선은 통신선인 것이 특징인 비전기뇌관 기폭시스템.
제3항에 있어서,
상기 전용 격발기(500) 및 비전기뇌관용 발파기(403)는 서로 무선으로 통신되며;
상기 전용 격발기(500)는 발파위치에 설치된 안전키(550)를 연결한 경우에만 격발신호를 전송하는 비전기뇌관 기폭시스템.
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