KR20010027924A

KR20010027924A - 에어튜브를 이용한 암반발파 방법

Info

Publication number: KR20010027924A
Application number: KR1019990039907A
Authority: KR
Inventors: 강대우
Original assignee: 강대우
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2001-04-06
Also published as: CN1119621C; CA2350332A1; AU766567B2; AU2696400A; US6330860B1; CN1321238A; CA2350332C; KR100316161B1; WO2001020248A1

Abstract

본발명은 암반발파시 일정길이의 공기주머니인 에어튜브(air tube)를 적어도 1개층이상 장약공내에 끼워 인공의 자유면을 갖는 공기층을 형성시킴으로써, 폭발시의 비표면적을 증가시켜 폭발력을 장약공내의 주변암반에 골고루 분산되게 하여 발파진동 및 폭음을 감쇠시킬 뿐만 아니라, 폭발시 자유면쪽의 암반에 투사면적이 확대되어 전압력을 증가시켜 암반을 파괴시킴으로써 전석의 발생을 줄여주며, 또한 폭약의 장전위치를 자유면 가까이 장전함으로써 암반발파시에 소요되는 폭약 사용량을 감소시켜 주는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법에 관한 것으로서, 절취하고자 하는 암반상에 소정깊이 및 소정배열로 구멍을 천공한 후, 이 천공된 구멍내에 뇌관 및 폭약을 장전하여 장약공을 형성한 후, 이 장약공을 전색물로 전색시킨 다음, 발파기로 기폭시킴으로써 암반을 절취하는 발파공법에 있어서, 상기 장약공내에 소정길이를 갖는 에어튜브를 적어도 1개층이상 끼워 자유면을 갖는 공기층을 형성한 후, 이 장약공의 입구를 일정부분 전색시켜 뇌관을 기폭시킴으로써 발파됨을 특징으로 한다.

Description

에어튜브를 이용한 암반발파 방법{Rock Blasting Method for using Air Tube}

본발명은 암반발파시 일정길이의 공기주머니인 에어튜브(air tube)를 적어도 1개층이상 장약공내에 끼워 인공의 자유면을 갖는 공기층을 형성시킴으로써, 폭발시의 비표면적을 증가시켜 폭발력을 장약공내의 주변암반에 골고루 분산되게 하여 발파진동 및 폭음을 감쇠시킬 뿐만 아니라, 폭발시 자유면쪽의 암반에 투사면적이 확대되어 전압력을 증가시켜 암반을 파괴시킴으로써 전석의 발생을 줄여주며, 또한 폭약의 장전위치를 자유면 가까이 장전함으로써 암반발파시에 소요되는 폭약 사용량을 감소시켜 주는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법에 관한 것이다.

종래 암반을 굴착하기 위한 발파 방법으로 널리 이용되는 방법은 천공구멍내에 단순히 폭약과 전색물로 양분하여 장전시켜 발파하는 일반발파방법과, 진동을 감소시키기 위해 천공구멍내에 폭약과 전색물을 교대로 배열하여 발파시키는 분산장약(Deck Charge)에 의한 발파방법, 법면정리 방법으로 선균열(Pre-Splitting) 발파방법등이 있다.

그중 일반발파 방법은 도1a에서 도시하는 바와 같이, 주로 노천의 암반채취 작업에서 계단을 형성시키기 위하여 장약공(1)내에 폭약(2) 및 뇌관(3)을 장전시키고 전색물(5)로 전색하여 발파하는 방식으로서, 장약공내에 장전되는 폭약(2)이 장약공(1)의 하부쪽으로 집중되어 발파됨으로써 진동과 폭음이 크게 발생되고, 비산의 위험이 있으며, 또한 천공깊이에 비하여 전색물(5)의 길이가 상대적으로 길어서 전색물 주변부의 암반에는 폭발력이 미치지 않게 되어 전석(=큰 암석덩어리)의 발생 가능성이 높은 발파방법이다.

상기 일반발파 방법이 갖고 있는 단점을 보완하여 도1b에서 도시하는 바와 같이, 분산장약(Deck Charge)에 의한 발파방법을 채택하기도 하나, 이 발파방법은 장약공(1)내에 폭약(2) 및 뇌관(3)을 장전하고, 전색물(5)로 전색하는 작업을 교대로 실시함으로써 층상장약에 뇌관(3)을 층상장약의 수만큼 개별로 장전하여 폭약이 동일 천공구멍내에서 시차를 두고 분리 폭발되어 암반을 발파시키는 방법이다.

이 방법은 층상장약의 개수만큼 뇌관이 추가로 소요되어 비용이 많이 들고, 또한 폭약(2)과 전색물(5)을 층상으로 교대로 장전하는 작업이 상당히 어려워 시공작업이 비효율적일 뿐만 아니라, 비경제적이고, 또한 동일한 폭약량이 사용되어야 하기 때문에 진동감쇠 효과도 그다지 높지 않은 발파방법이다.

한편, 도1c에서 도시하는 바와 같이, 도폭선(4)으로 폭약(2)들을 연결하여 장약공(1)내에 폭약(2)과 공간부(s)를 교대로 형성하도록 장전하여 뇌관(3)을 기폭시켜서 발파되는 선균열(Pre-Splitting) 발파방법도 폭약(2)과 공간부(s)를 장약공내에 교대로 장전시키는 장약방법이 대단히 어려워 시공현장에서 잘 적용하지 못하고 있으며, 또한 많은 폭약량이 사용되어 발파됨으로써 폭음(소음)이 크게 발생되는 문제점이 있었다.

이와 같은 종래의 발파방법들은 도2에서 도시하는 바와 같이, 장약공(1)내에서 폭약의 폭발길이가 폭약 자체의 길이로 한정될 뿐만 아니라, 천공깊이에 비하여 전색물(5)의 길이(l₁)가 비교적 길게 되는 발파형태들로써, 폭약(2) 및 뇌관(3)이 장약공(1)의 하측으로 치우쳐서 자유면(F)으로부터 깊게 장전됨에 따라 지반진동을 크게 증가시키게 되며, 또한 폭약폭발시 파괴경계선(L)을 중심으로 하측으로는 소괴 발생부분(A)으로서 작은 암석형태로 파쇄가 되나, 파괴경계선(L)의 상측으로는 대괴 발생부분(B), 즉 전색물(5)의 주변부 암반으로는 폭발력이 미치지 않아 발파후 큰 암석덩어리의 형태인 전석들로 남아 이를 처리하기 위하여는 다시 2차파쇄를 하여야 할 뿐만 아니라, 발파비용이 추가적으로 소요되는 문제점이 있었다.

이하에서 "자유면"이라 함은 암반이 외계(공기나 물)와 접하는 면을 의미하며, 이 자유면은 발파에 큰 영향을 끼치는 것으로 발파효과는 자유면의 수와 폭약위치가 자유면과의 근접정도에 따라 증가하게 되는데, 그 이유는 자유면쪽은 저항이 없어서 폭발에너지가 암반에 미치는 응력이 많이 작용하기 때문이며, 한편, "전압력"이라 함은 단위폭약이 천공구멍내에 작용하는 힘을 말하며, "비표면적"이라 함은 폭발시 폭발력이 직접적으로 작용되는 암반의 면적을 의미하며, "순폭"이라 함은 1개의 폭약이 폭발했을 때 공기, 물, 기타의 매체를 통하여 다른 폭약이 감응폭발하는 현상을 의미하며, "저항선"이라 함은 자유면과 폭약 중심과의 최단거리를 의미한다.

본발명은 이러한 문제점들을 해결하는 방법으로 폭약의 폭발력이 최대한 암반의 파쇄에만 작용하도록 장약공내에 적어도 1개층이상의 일정길이를 갖는 에어튜브(air tube)를 끼워 인공의 자유면을 형성시킴으로써, 폭약폭발시 자유면쪽의 암반에 투사면적을 최대한 크게 하여 폭발력이 암반에 작용하는 비표면적의 확대로, 폭약의 폭발길이가 증가되어 미세한 차이로 장약공내에서 전압력을 최대한 증가시켜 암반을 파쇄하여 줄 수 있고, 또한 폭약이 자유면 가까이 장약되어 폭발됨으로 인하여 적은 량의 장약량으로도 발파가 가능함과 동시에 폭약의 진동이 자유면쪽으로 분산되어 발파진동을 저감시켜 주게 되며, 한편 폭약의 폭발길이가 증가됨으로 인하여 전색물의 길이를 짧게 할 수 있어 발파후 전석의 발생을 크게 감소시켜 주는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법을 제시하고자 하는 것이다.

즉, 본발명은 장약공내에 에어튜브를 끼우게 됨으로써 인공의 자유면을 형성시킴으로써 종래의 장약장의 폭발길이를 에어튜브의 길이만큼 증가시켜 장약의 폭발길이 증가에 따라 폭약의 폭발력을 공내에서 최대한 분산시키는 효과를 가져오게 할 뿐만 아니라, 발파진동을 에어튜브의 인공 자유면쪽으로 분산시킬 수 있고, 또한 전석 발생을 크게 감소시킬 수 있는 방법을 통하여 달성하고자 하는 것이다.

통상 일반적인 노천에서의 일반발파는 대개 2∼3 자유면을 갖고 있으므로 계단의 높이가 높을수록 2∼3 자유면에 가깝게 되어 자유면이 증가된 만큼 폭약의 폭발력이 암반에 작게 작용하여도 쉽게 암반이 파쇄될 수 있는데, 보통의 방법은 전색장이 길어 폭약의 폭발력이 충분히 암반에 작용되지 못하나, 본발명은 폭약을 장전시 체적당 장약량을 최소로 하면서 폭약이 폭발할 때 폭발길이를 최대한 증가시키는 방법으로 결과적으로 폭약이 장전되는 위치가 에어튜브에 의하여 2∼3 자유면 에 가까이 장약되도록 설계할 수 있어 진동을 크게 감쇠시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 일반적으로 ANFO 폭약 사용시 천공할 때 나타나는 천공기의 선단부 드릴이 반복적으로 천공됨으로 그 선단부가 닳게 되어 천공직경이 감소되는 비트 게이지 드롭(bit gage drop)현상이 발생된다.

이에 따라, 천공경이 천공구멍마다 다르면 장전되는 ANFO 폭약량의 체적이 각각의 구멍마다 다르게 됨에 따라 가루로 된 ANFO 폭약량의 조절이 기술적으로 어렵게 되나, 본발명은 이러한 전색장의 차이를 에어튜브의 길이조절로 극복할 수 있는 유일한 장약방법이 될 수 있다.

따라서, 본발명의 목적은 장약공내에 일정길이의 에어튜브를 적어도 1개층이상 삽입시켜 인공 자유면을 형성함으로써, 장약의 폭발길이를 확대시킴과 동시에 폭약이 자유면에 가깝게 장약되어 비표면적을 증가시켜 폭약의 폭발력이 장약공내에서 자유면으로 분산되어 발파진동 및 폭음을 감쇠시킬 뿐만 아니라, 폭발시 자유면쪽으로의 투사면적이 확대되어 전압력을 증가시켜 암반의 파괴가 용이하도록 한 에어튜브를 이용한 암반발파 방법을 제공하는데 있다.

본발명의 다른 목적은 장약공내에서 에어튜브에 의해 장전된 폭약의 폭발길이가 확대됨으로써 폭약폭발시 폭발력이 암반에 작용하는 면적(=비표면적)을 증가시키게 되고, 공기층의 추가 자유면이 확보되어 폭약의 사용량을 줄일 수 있으며, 또한 전색물의 길이도 짧게 되어 전색물 길이 때문에 발생되는 전석의 크기를 최대한 줄일 수 있는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법을 제공하는데 있다.

본발명의 또다른 목적은 장약공내에서 폭약이 복수개로 장전되는 층상장약의 형태로 이루어진 경우, 폭약이 갖고 있는 순폭도를 이용하면 폭약이 미세한 시차를 두고 연속적으로 폭발되게 함으로써 발파진동을 분산시킬 수 있으며, 또한 장약공내에서 에어튜브 또는 폭약의 상측에 고무마개를 끼워 밀폐시킴으로써 폭음을 차단시켜 폭음도 감쇠시키면서 폭발력이 암반의 파쇄에만 작용하도록 하는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법을 제공하는데 있다.

도1a는 종래기술의 카트리지 폭약에 의한 발파공 장약방법 단면도

도1b는 종래기술의 분산장약에 의한 발파공 장약방법 단면도

도1c는 종래의 선균열 발파에서의 발파공 장약방법 단면도

도2는 종래의 발파방법에 따른 장약공내에서의 발파개념을 설명하는 도면

도3a 및 도3b는 본발명의 발파방법에 따른 장약공내에서의 발파개념을 설명하는 도면

도4a 내지 도4g는 장약공내 여러 위치에 에어튜브가 끼워지는 다양한 실시예를 나타내는 단면도

도5는 본발명의 에어튜브를 이용한 선균열 발파에 따른 다른 실시예를 나타내는 단면도

도6a 내지 도6d는 본발명의 에어튜브와 고무마개가 설치되는 또다른 실시예를 나타내는 단면도

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞

1:장약공 2:폭약 2a:카트리지폭약

2b:ANFO폭약 3:뇌관 4:도폭선

5:전색물 6:에어튜브 7:고무마개

8:지지대 s:공간부 l₁,l₂:전색물의 길이

l₃:에어튜브의 길이 F:자유면 L:파괴경계선

A:소괴발생부분 B:대괴(전석)발생부분

본발명의 기술구성을 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

도4a 내지 도6d에서 도시하는 바와 같이, 절취하고자 하는 암반상에 소정깊이 및 소정배열로 구멍을 천공한 후, 이 천공된 구멍내에 뇌관(3) 및 폭약(2)을 장전하여 장약공(1)을 형성한 후, 이 장약공(1)을 전색물(5)로 전색시킨 다음, 발파기로 기폭시킴으로써 암반을 절취하는 발파방법에 있어서, 상기 장약공(1)내에 소정길이를 갖는 에어튜브(6)를 적어도 1개층이상 끼워 인공 자유면(F)을 갖는 공기층을 형성한 후, 이 장약공(1)의 입구를 일정부분 전색시켜 발파기로 뇌관(3)을 기폭시켜 발파되게 함을 특징으로 한다.

즉, 본발명은 장약공(1)내에서 폭약(2)의 폭발력이 에어튜브(6)에 의해 변형된 형태로 폭발되는 발파방법을 특징으로 하는데, 도3a 내지 도3b에서 도시하는 바와 같이, 장약공(1)내의 폭약(2) 상측으로 장전되어진 에어튜브(6)는 공기층을 형성하여 소자유면의 역할을 함으로써 발파진동을 크게 줄여 줄 수 있을 뿐만 아니라, 폭약(2)의 폭발시 이 에어튜브(6) 때문에 폭약(2)의 폭속이 늦어져서 진동을 감쇠시켜 주게 되며, 또한 폭발시 파괴경계선(L)이 에어튜브(6)의 길이(l₃)만큼 상측으로 올라가게 되어 자유면(F)쪽의 암반에 투사면적을 최대한 크게 하여 장약공내의 전압력이 커지게 되므로 암반의 파쇄량을 증가시킬 수 있으며, 전색물(5)의 전색길이도 짧게 됨으로써 발파시 전석의 크기를 크게 감소시켜 주는 것을 본발명의 핵심적인 기술사상으로 하는 것이다.

즉, 에어튜브(6)로 인하여 파괴경계선(L)이 상측으로 올라가서 비표면적이 증가하여 폭약(2)의 폭발에너지가 암반파괴에 많이 작용하므로 종래의 발파방법보다 적은 에너지가 암반에 남게 되어 진동이 크게 감소되고, 또 에어튜브(6) 자체가 작은 자유면의 역할도 하기 때문에 이로 인한 진동 감쇠효과도 있게 된다.

또한, 장약공(1)내의 폭약(2)상부에 에어튜브(6)를 삽입하게 되면 전색물(5)의 길이(l₂)도 줄여 줄 수 있게 됨으로써, 장약공(1) 주변 암반의 파괴경계선(L)이 에어튜브(6)의 길이(l₃)만큼 상측으로 올라가게 되고 폭약(2)이 자유면(F)에 가까이 장약되는 관계로 소요되는 적은 폭약량이라 하더라도 암반을 용이하게 파괴시켜 주게 된다. 또, 에어튜브(6)의 길이(l₃)만큼 전색물(5)의 전색길이를 짧게 함으로써 발파시 전석의 크기를 크게 감소시켜 주게 된다.

여기에서, 에어튜브(6)를 사용하는 가장 주된 이유는 장약공(1)내에서 인위적인 자유면(F)을 형성시켜 암반의 파괴를 용이하게 하고, 발파진동을 제어하기 위함이며, 이러한 자유면(F)의 증가와 동시에 자유면 가까이 폭약을 장전시켜 폭발시킴에 따라 암반을 파괴하기 위한 폭약(2)의 사용량이 많이 소요되지 않으므로, 즉 체적당 장약량을 감소시킬 수 있게 되며, 이에 따라 장약량을 감소시킬 수 있음으로 인하여 발파시 발생하는 진동 및 폭음의 감쇠효과를 더욱 높혀 주게 하기 위해서이다.

상기에서 전색물(5)은 통상 모래를 담아 놓은 모래포대로서, 폭약이 장전된 장약공(1)의 입구를 밀폐시켜 폭음을 차단시켜 주는 역할을 하며, 이 전색물(5)의 길이는 공경에 직접적으로 관계되는데, 외국의 실험사례에서 공경 25㎜, 50㎜, 70㎜에 대해 전색물의 길이는 각각 18㎝, 45㎝, 50㎝가 필요하다는 근거에 의거 정해지나, 일반발파시의 전색물의 길이에 비하여 본발명의 에어튜브발파에서의 전색물 (5)의 길이는 그보다 짧게 정해질 수 있다.

상기 장약공(1)내에 끼워지는 에어튜브(6)는 그 재질이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 폴리아미드의 합성수지제로서, 소정의 두께 및 길이로 선단부에 2개의 시트상의 공기주입구가 형성되어 제작된 것으로 그 제작비용이 저렴하여 발파비용을 절감시켜 주게 된다.

상기의 에어튜브(6) 선단부의 2개의 시트상으로 이루어진 공기주입구를 통하여 공기를 주입시키면 원통형으로 부풀어서 시트가 밀착되어 밀폐된 후 장약공(1)내에 끼워지게 되는데, 이 에어튜브(6)는 공기주입 및 천공구멍내 삽입작업등 취급이 용이한 장점을 갖고 있다. 그리고 에어튜브(6)는 기계적인 대량 생산이 가능하므로 가격의 저가성, 제작의 편리성, 사용상의 범용성이 확보될 수 있다.

이와 같은 에어튜브(6)는 공기가 주입된 상태에서의 직경이 장약공(1)의 직경에 비하여 최소한 같거나 작게 형성되어 장약공(1)내에 끼우기가 용이하게 되는데, 이 에어튜브(6)를 천공구멍내로 단순히 삽입시키게 되면 에어튜브(6) 상측으로 폭약(2), 전색물(5) 또는 고무마개(7)등의 하중에 의하여 천공구멍의 하측으로 또한 천공구멍의 내벽에 밀착되어진다.

한편, 천공작업시 직경 75㎜의 천공구멍 20개공을 천공하는 경우, 이 천공기의 비트가 닳아져서 직경이 65㎜의 직경으로까지 작아짐에 따라 장약공(1)의 체적이 작아져서, 이에 따라 전색물(5)의 길이도 달라지게 되는데, 전색물(5)의 길이가 일정하지 않으면 발파후 암반의 파쇄도가 일정하지 않게 되므로, 본발명은 이 전색물(5)의 길이 차이를 극복할 수 있는 방법으로 에어튜브(6)의 길이를 조절함으로써 가능하게 된다.

한편, 층상장약으로 이루어진 발파방법에서는 폭약(2)과 폭약(2) 사이에 에어튜브(6)를 끼울 시 순폭도를 이용하면 뇌관(3)이 추가적으로 소요되지 않는 장점이 있다.

이 순폭은 폭약(2)사이의 간격과 폭약(2)의 약경에 의하여 정해지는데, 일반적인 폭약의 순폭도는 순폭도(n)=S/d (여기에서, S:최대거리(㎜), d:약포지름(㎜)임)로 공기 속에서는 n 값이 2.5배이나, 공내에서는 n 값이 훨씬 높아져서 현장에서 실험한 결과, 공경 45㎜∼165㎜의 공내에서 32㎜∼50㎜ 약경의 폭약은 50㎝이상으로 나타나 n 값이 10∼16배까지 가능하며, 이에 따라 에어튜브(6)의 길이(l₂)는 50∼300㎝까지 가능하도록 공기 층상을 구성할 수 있다.

상기 장약공(1)내에 폭약(2)과 에어튜브(6)의 공기층이 교대로 층상배열 형태로 이루어지면, 즉 도4c, 도4e 내지 도5 또는 도6c의 도시와 같이, 폭약(2)과 폭약(2)사이에 에어튜브(6)가 놓이게 되면 밀폐된 공내 자유면(F)에서는 폭약(2)사이의 간격이 많이 떨어져도 폭약폭발시 순폭을 이용하여 인접폭약(2)이 연속적으로 폭발되어지므로 폭약(2)마다 뇌관(3)을 장전할 필요가 없게 되며, 이에 따라 발파비용을 줄여 줄 수 있게 된다.

한편, 본발명에 사용되는 폭약(2)은 일반발파 작업에 사용되는 모든 화약류가 가능하며, 뇌관(3)은 전기식 또는 비전기식의 뇌관(3)을 사용하여도 된다.

하기 표1에서 나타난 지발당 장약량 4.75㎏은 일실시예의 실험치로서, 본발명의 에어튜브발파에 의하여 발파시, 장약되는 장약량의 최대 지발당 장약량은 0.100∼2,000㎏의 범위내로 정해져 발파할 수 있음을 밝혀둔다.

한편, 도6a 내지 도6d에서 도시하는 바와 같이, 장약공(1)내에 끼워진 최상측의 에어튜브(6) 상부에 고무마개(rubber plug)(7)를 끼워 밀폐시킬 수 있는데, 이 고무마개(7)는 폭발시 발생하는 폭음을 차단하기 위한 것으로, 소음을 감소시켜 주는 기능을 하게 된다.

도4a 내지 도6d는 장약공(1)내에 폭약(2), 에어튜브(6) 또는 고무마개(7)가 장전되는 장약방법에 대한 다양한 실시예들의 도면들이다.

도4a는 폭약 최하부에 에어튜브를 넣는 실시예, 도4b는 폭약 최상부에 에어튜브를 넣는 실시예, 도4c는 폭약과 폭약사이에 에어튜브를 넣는 실시예, 도4d는 폭약의 최하부 및 폭약의 최상부에 에어튜브들을 넣는 실시예, 도4e는 폭약의 최하부, 폭약과 폭약 사이에 에어튜브들을 넣는 실시예, 도4f는 폭약의 상측부위마다 에어튜브들을 넣는 실시예, 도4g는 폭약의 최하부, 폭약과 폭약사이, 폭약의 최상부에 에어튜브들을 넣는 실시예이다.

도5는 에어튜브(6)에 의한 선균열(Pre-Splitting) 발파에 따른 실시예로서, 폭약(2)과 에어튜브(6)의 공기층이 교대로 층상으로 이루어져서 최상측부위의 폭약(2)에는 지지대(8)를 설치하여 공내벽에 지지되도록 하고 뇌관(3)은 최하단의 폭약(2)에만 1개를 장전시켜 순폭을 이용하여 발파시키는 발파방법이다.

이 발파방법은 폭약(2)의 순폭을 이용하여 연속적으로 미세한 차이를 두고 층상장약을 발파시키게 하는 것으로, 단지 뇌관(3)이 1개만이 사용됨으로 발파 소요비용을 상당히 줄여 주며, 종래의 선균열(Pre-Splitting) 발파방법에서 도폭선을 이용하여 발파시키는 것에 비하여, 본발명의 에어튜브(6)를 층상으로 삽입하여 발파하는 경우 폭약의 순폭을 이용하기 때문에 도폭선 사용이 필요하지 않아 도폭선 사용으로 인한 폭음 공해와 위험을 감소시켜 안전하고 저폭음의 선균열(Pre-Splitting) 발파가 가능하다.

도6a는 폭약 상부에 에어튜브 및 고무마개를 설치하는 실시예, 도6b는 폭약 의 상하측에 에어튜브들을 설치하고 상측의 에어튜브 위쪽으로 고무마개를 설치하는 실시예, 도6c는 폭약과 폭약사이, 상측폭약의 상부에 에어튜브들을 설치하고 상측 에어튜브위로 고무마개를 설치하는 실시예, 도6d는 카트리지 폭약과 ANFO폭약의 상부로 에어튜브 및 고무마개를 설치한 실시예로서, 이들 실시예들은 에어튜브(6)와 고무마개(7)에 의하여 발파진동을 감쇠시키고, 폭음을 저감시켜 주는 발파방법들이다.

상기와 같이 에어튜브(6)를 이용하여 폭약 및 뇌관을 장전시키는 장약방법은 다양하게 변형되어 실시할 수 있는데, 예를 들어 인접공끼리 에어튜브 및 폭약의 위치가 서로 어긋나게 배치되도록 장약되는 것들은 본발명의 범주에 속하는 것임을 밝혀 둔다.

이들은 일반발파기에 모선을 연결하여 발파하게 되는데, 이때 사용되는 뇌관(3)의 종류는 시차를 갖고 있는 전기 및 비전기식 뇌관중 어느 것을 사용하여도 발파가 가능하며, 뇌관(3)의 시차 단수는 에어튜브(6)와 폭약(2)이 교대로 층상으로 장약되는 발파공에서는 가능한 폭넓게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본발명은 종래의 일반발파 방법, 분산장약(Deck Charge) 발파방법 및 선균열(Pre-Splitting)발파방법과 달리 에어튜브(6)를 장약공내에 쉽게 장착할 수 있고, 특히 종래의 분산장약(Deck Charge)발파방법의 경우에는 동일 발파공내에 상부와 하부에 각각의 기폭 뇌관(3)을 설치하고 중간층에 모래로 전색을 하였기 때문에 기폭 뇌관을 1개씩 더 추가하여 사용해야 하는 단점이 있으나, 본발명에서는 뇌관 1개만을 사용하여도 순폭을 이용하여 폭발됨으로써 발파비용을 절감시킬 수 있게 된다.

또한, 암석 체적당 장약량을 최소화함으로써 발파시에 발생되는 진동과 폭음을 크게 감소시킬 수 있으며, 따라서 시공원가를 절약할 수 있는 발파공법이다.

이하 에어튜브를 장약공내에 삽입하여 발파하는 본발명의 실시예 및 기존의 발파방법에 의한 비교예를 통하여 본발명을 좀 더 구체적으로 살펴 보지만 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

먼저 에어튜브의 발파방법에 대한 실시예로서, 도4b의 도시와 같은 장약방법의 형태로 하기 표1에 나타낸 실시예1, 그리고 도4f의 도시와 같은 장약방법의 형태로 실시예2와 같이 천공한 다음, 에어튜브(6) 및 폭약(2)을 장전한 후, 전색물 (5)로 전색시킨 다음, 뇌관(3)을 기폭시켜 발파하였다.

이들 실시예1 및 2에 대비되는 비교예로서, 도1a의 장약방법과 같은 일반발파 형태로 하기 표1에 나타낸 비교예1 및 2와 같이 천공한 다음, 폭약을 장전하여 전색물(5)로 전색시킨 후 발파하였다.

실시예 1∼2 및 비교예 1∼2

구분	천공수(1회)	천공장(m)	지발당 장약량(㎏)	총장약량(㎏)	장약장(m)	전색장(모래)(m)	천공경(㎜)	저항선(m)	공간격(m)	에어튜브장(m)	에어튜브경(㎜)
실시예1	5	2.5	0.648	3.24	0.8	0.7	45	1.0	1.2	1.0	40
실시예2	10	6.0	4.75	47.5	3.1	1.5	75	1.0	1.1	1.5상부:1.0하부:0.5	50
비교예1	5	2.5	0.81	4.05	0.8	0.7	45	1.0	1.2	-	-
비교예2	10	6.0	6.0	60.0	2.6	3.4	75	1.0	1.1	-	-

본발명은 상기와 같이 천공개수 5개공 또는 10개공만이 아니라, 연속적으로 많은 공수의 발파공을 발파시켜도 장약공내 에어튜브(6)를 적어도 1개층이상 장착시키면 일반발파와 달리 진동과 폭음을 감쇠하고, 체적당 장약량을 감소시킬 수 있고 전석의 발생량도 크게 감소시키는 새로운 발파방법이다.

본발명의 에어튜브발파와, 종래의 일반발파에 따른 진동 및 폭음 계측결과를 각각 비교하여 그 결과를 하기 표2 내지 표12에 나타내었다.

A지역 진동/폭음 계측결과 단위:㎝/sec(=KINE)/㏈(A)

측정거리구분	32m지점	41m지점	60m지점	70m지점(A)	70m지점(B)	100m지점	비고
1회 (일반)	1.80/93.8	1.101/89.1	0.291/85.5	1.473/78.5	0.586	0.108/69.3
2회 (일반)	1.41/89.4	1.298/93.4	0.238/83.2	0.687/76.5	N/A	0.073/70.1
3회 (에어튜브)	1.88/93.4	1.036/81.1	0.135/83.2	0.927/77.1	0.365	N/A /68.4	도4b
4회 (에어튜브)	1.17/90.2	0.976/79.6	0.394/80.2	0.648/75.1	0.648	0.097/67.8	도4c

B지역 진동/폭음 계측결과(8월 2일) 단위:㎝/sec(=KINE)/㏈(A)

측정거리구분	20m지점	30m지점	50m지점	90m지점	비고
1회 (에어튜브)	1.59	0.786	0.291-0.432/70.2	0.050/65.2	도4e
2회 (에어튜브)	1.54	0.845	0.298-0.789/72.8	0.076/66.2	도4e
3회 (일반)	1.56	0.375	0.324-0.532/72.5	0.046/64.7
4회 (일반)	1.72	N/A	0.416-0.398/75.3	0.068/65.6

B지역 진동 계측결과(8월 6일) 단위:㎝/sec(=KINE)/㏈(A)

측정거리구분	50m지점	60m지점	70m지점	90m지점(A)	90m지점(B)	비고
1회 (일반)	0.522	0.674	0.265/81.4	0.055	0.044
2회 (일반)	0.586	0.498	0.289/82.4	0.044	0.044
3회 (일반)	0.638	0.786	0.319/82.6	0.055	0.054
4회 (일반)	0.410	0.378	0.225/81.2	0.038	0.039
5회 (일반)	0.433	0.413	0.286/82.0	0.042	0.044
6회 (에어튜브)	0.321	0.245	0.225/81.2	0.030	0.031	도4e

B지역 폭음 계측결과(8월 6일) 단위:㏈(A)

측정거리구분	50m지점	60m지점	90m지점(A)	비고
1회 (일반)	80.2	81.5	75.2
2회 (일반)	85.2	82.9	76.4
3회 (에어튜브)	83.2	82.3	73.6	도4e
4회 (에어튜브)	82.2	83.2	73.2	도4e

B지역 진동 계측결과(8월 7일) 단위:㎝/sec(=KINE)

측정거리구분	40m지점	50m지점	60m지점	90m지점	비고 1	비고 2
1회 (일반)	1.43	0.884	0.687	0.0476		지하철구조물내에서측정함
2회 (일반)	1.29	0.733	0.985	0.027
3회 (에어튜브)	1.08	0.578	0.768	0.036	도6d
4회 (에어튜브)	0.416	0.313	0.587	N/A	도6d

B지역 폭음 계측결과(8월 7일) 단위:㏈(A)

측정거리구분	50m지점	60m지점	비고 1	비고 2	비고 3
1회 (일반)	81.2	82.3		고무마개 사용안함	지하철구조물내에서측정함
2회 (일반)	82.6	82.1		고무마개 사용안함
3회 (에어튜브)	75.3	76.3	도6d	고무마개 사용함
4회 (에어튜브)	74.3	75.7	도6d	고무마개 사용함

B지역 진동 계측결과(8월 9일) 단위:㎝/sec(=KINE)/㏈(A)

측정거리구분	40m지점	50m지점	60m지점	비고 1	비고 2
1회 (일반)	0.721/93.8	0.675	0.879		지하철구조물내에서측정함
2회 (일반)	0.597/94.2	0.491	0.786
3회 (일반)	0.572/93.8	0.489	0.765
4회 (일반)	0.805/95.2	0.495	0.769
5회 (일반)	1.250/96.6	0.521	0.875
6회 (에어튜브)	0.597/94.2	0.613	0.658	도6d
7회 (에어튜브)	0.676/93.6	0.772	0.698	도6d

B지역 진동 계측결과(8월 13일) 단위:㎝/sec(=KINE)/㏈(A)

측정거리구분	30m지점(A)	30m지점(B)	30m지점(C)	30m지점(D)	비고
1회 (일반)	0.194	0.202/73.0	0.324	0.879
2회 (일반)	0.432	0.276/73.0	0.508	0.712
3회 (에어튜브)	0.287	0.318/72.8	0.384	0.426	도4f
4회 (에어튜브)	0.348	0.294/73.0	0.470	0.547	도4f

B지역 진동 계측결과(8월 14일) 단위:㎝/sec(=KINE)/㏈(A)

측정거리구분	30m지점(A)	30m지점(B)	30m지점(C)	30m지점(D)	비고
1회 (일반)	0.429	0.401/73.0	0.365	0.879
2회 (일반)	0.489	0.396/73.2	0.426	0.523
3회 (일반)	0.398	0.368/72.8	0.401	0.426
4회 (일반)	0.523	0.396/72.8	0.395	0.687
5회 (일반)	0.463	0.324/73.0	0.423	0.547
6회 (일반)	0.398	0.360/72.6	0.452	0.684
7회 (일반)	0.369	0.321/72.6	0.532	0.532
8회(에어튜브)	0.356	0.310/73.4	0.396	0.435	도4g
9회(에어튜브)	0.342	0.303/72.1	0.369	0.469	도4g
10회(에어튜브)	0.326	0.296/72.4	0.368	0.423	도4g

C지역 진동 계측결과(8월 16일) 단위:㎝/sec(=KINE)

측정거리구분	150m지점(A)	200m지점(B)	300m지점(C)	비고
1회 (일반)	0.813	0.273	0.326
2회 (에어튜브)	0.806	0.252	0.296	도6d

C지역 폭음 계측결과(8월 16일) 단위:㏈(A)

측정거리구분	150m지점(A)	200m지점(B)	비고 1	비고 2
1회 (일반)	76.8	71.4		고무마개 사용안함
2회 (에어튜브)	52.4	42.4	도6d	고무마개 사용함

여기에서, 발파진동의 총 측정횟수는 A, B, C 3개지역에서 각각 장약방법을 달리하여 총 41회로 하였고, 폭원과 측점간의 거리는 20m∼300m이며, 최대 지발당 장약량은 0.648㎏∼4.75㎏으로써 장약량을 약 20정도 줄이기도 하였으나, 이때 에어튜브발파에 따른 진동속도의 크기는 A지역의 경우 0.097∼1.17㎝/sec로써 전체적으로 일반발파보다는 30∼50정도 진동감소를 나타내고 있으며, 상기 표들에서 N/A로 기재된 것은 진동이 작아 측정기계가 감지할 수 없는 것을 나타내고 있다.

따라서, 이들 측정데이타들로부터 일반발파의 진동크기보다 본발명의 에어튜브발파가 진동이 크게 감소함을 알 수 있고, 암반의 파쇄도가 양호하며 전석의 발생량도 현저히 감소됨을 알 수 있다.

이때, 측정횟수별 진동 측정치의 상대적인 크기의 차이는 폭원으로부터의 거리, 지발당 장약량 외에도 자유면과 측정위치 및 현지 암반조건에 기인한 것으로 추정된다.

한편, 폭음의 크기는 고무마개를 설치하지 않으면 약간 증가하나, 폭음도 고무마개를 설치한 후에는 5㏈∼10㏈정도 감소하기 때문에 도심지에서 발파할 때는 폭음감소를 위해 에어튜브(6)의 최상부에 고무마개(7)를 삽입하는 것이 바람직하다.

그러나, 폭음발생이 주변에 큰 영향을 끼치지 않는 대규모 발파를 하는 골재 채취장이나 노천 채석장에서는 고무마개를 별도로 사용하지 않아도 된다.

표 13에 나타낸 것과 같이, 본발명의 에어튜브발파는 장약공(1)내 에어튜브 (6)가 끼워져 인공 자유면(F)을 형성시킴으로써 진동감소의 효과와 에어튜브 장착으로 인한 자유면쪽으로 폭약의 폭발길이의 증가로 전석의 발생을 크게 감소시켜 발파효과를 증대시킬 뿐만 아니라, 폭약량을 최소한 20이상 감소시켜도 감소시키기 전의 발파효과보다 우수하여 민원의 대상이 되고 있는 진동제어에 훌륭한 발파방법이고, 특히 대규모 채석장에서 전석의 발생을 최대한 줄일 수 있는 방법임을 입증할 수 있었다.

종래의 노천에서의 일반발파와 본발명의 에어튜브발파와의 결과 비교

구 분	종래 노천에서의 일반발파	본발명의 에어튜브발파
천공형태	일반발파의 천공간격 저항선	일반발파의 천공간격 저항선
발파조건	천공수 10개공기준	동일	동일
	지발당 장약량	6.0㎏(표1)	4.75㎏ (약 20감소)(표1)
	체적당 장약량	0.9㎏/㎥	0.71㎏/㎥ (약 22)
	에어튜브 길이	없음	50㎝ (2개) 총:1.0m
	총 뇌관수	일반발파시:10개분산장약발파시:20개	10개(분산장약발파시:10개)
측정거리	50∼70m	50∼70m
계측결과	진동속도	1.473㎝/sec(표2)	0.927㎝/sec(표2)
	소 음	70.2(㏈/A)(표3)	75.3(㏈/A)(표3)
	파쇄도	불량	극히 양호
사용 폭약량의 증감	동일	동일 또는 감소

표 14에서 나타낸 바와 같이, 본발명은 발파할 암반의 일반발파의 천공상태를 전혀 변경시키지 않고 적용가능하여 폭약의 폭발력을 공내에서 최대한 분산기폭시켜 발파함으로써 발파진동을 최대한 제어할 수 있으며, 분산장약(Deck Charge) 발파방법의 경우보다 공당 뇌관 1개를 절약할 수 있고, 장약장이 증가함에 따라 전석의 발생을 최대한 줄일 수 있다. 따라서 일반 노천발파보다 경제적인 발파방법임을 명확히 알 수 있다.

종래 노천에서의 일반발파 방법과 본발명의 에어튜브발파 방법의 장·단점 비교

구분	종래의 노천에서의 일반발파 방법	본발명의 에어튜브발파 방법
장점	·장약방법이 본발명보다 비교적 간단하다.	·진동은 30∼50정도 감소한다.·폭음은 5∼10㏈정도 감소한다.·전석의 발생을 50이상 크게 감소시킨다.·시공원가를 절감한다.(폭약량은 체적당 20∼30감소할 수 있고, 분산장약발파의 경우 공당 뇌관1개를 절약할 수 있기 때문이다)·동일 폭약량의 폭발길이가 길어진다.·공내 자유면을 형성시킨다.·저항선을 크게 할 수 있다.
단점	·진동 및 폭음의 조절이 어렵다.·전석의 발생량을 조절할 수 없다.·비경제적이다.·폭약을 과다 사용할 위험이 있다.	·에어튜브 제작 초기에 비용이 많이 든다.(대량 제작시 일반 매질인 모래보다 염가로 할 수 있음)

상기와 같은 본발명은 첫째, 장약공내에 일정길이의 에어튜브를 적어도 1개층이상 삽입시켜 인공 자유면을 형성함으로써, 장약의 폭발길이를 확대시킴과 동시에 폭약이 자유면에 가깝게 장약되어 비표면적을 증가시켜 폭약의 폭발력이 장약공내에서 자유면으로 분산되어 발파진동 및 폭음을 감쇠시켜 주는 효과가 있다.

둘째, 장약공내에서 폭약이 복수개로 장전되는 층상장약의 형태로 이루어진 경우, 폭약이 갖고 있는 순폭도를 이용하면 폭약이 미세한 시차를 두고 연속적으로 폭발되게 함으로써 발파진동을 분산시킬 수 있으며, 또한 장약공내에서 에어튜브 또는 폭약의 상측에 고무마개를 끼워 밀폐시킴으로써 폭음을 차단시켜 소음도 감쇠시키는 효과가 있다.

셋째, 장약공내에서 에어튜브에 의해 장전된 폭약의 폭발길이가 확대됨으로써 폭발시 자유면쪽으로의 투사면적이 확대되어 전압력을 증가시켜 폭발력이 암반의 파쇄에만 작용하도록 하여 암반파괴가 용이하게 이루어지는 발파효과가 있다.

넷째, 폭약폭발시 폭발력이 암반에 닿게 하는 면적(=비표면적)을 증가시키게 되고, 공기층의 추가 자유면이 확보됨과 동시에, 자유면 가까이 장전되는 관계로 폭약의 체적당 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

기타, 에어튜브를 끼움으로 인하여 전색물의 길이가 상대적으로 짧게 되어 전색물 길이 때문에 발생되는 전석의 크기를 최대한 줄일 수 있으며, 특히 대규모 채석장에서는 2차발파(옥석발파) 작업이 불필요하므로 2차발파로 인한 공해(폭음)가 발생되지 않으며, 또 2차발파에 소요되는 경비를 절감시킴으로써 원가절감이 가능하여 시공원가를 절약할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본발명은 암반발파시 일정길이의 공기주머니인 에어튜브(air tube)를 적어도 1개층이상 장약공내에 끼워 인공의 자유면을 갖는 공기층을 형성시킴으로써, 폭발시의 비표면적을 증가시켜 폭발력을 장약공내의 주변암반에 골고루 분산되게 하여 발파진동 및 폭음을 감쇠시킬 뿐만 아니라, 폭발시 자유면쪽의 암반에 투사면적이 확대되어 전압력을 증가시켜 암반을 파괴시킴으로써 전석의 발생을 줄여주며, 또한 폭약의 장전위치를 자유면 가까이 장전하게 됨으로써 암반발파시에 소요되는 폭약 사용량을 감소시켜 주는 유용한 발명이다.

Claims

절취하고자 하는 암반상에 소정깊이 및 소정배열로 구멍을 천공한 후, 이 천공된 구멍내에 뇌관(3) 및 폭약(2)을 장전하여 장약공(1)을 형성한 후, 이 장약공(1)을 전색물(5)로 전색시킨 다음, 발파기로 기폭시킴으로써 암반을 절취하는 발파공법에 있어서, 상기 장약공(1)내에 소정길이의 에어튜브(6)를 적어도 1개층이상 끼워 자유면(F)을 갖는 공기층을 형성한 후, 이 장약공의 입구를 일정부분 전색시킨 후 뇌관을 기폭함으로써 발파됨을 특징으로 하는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법.
제1항에 있어서, 상기 장약공(1)내 에어튜브(6)가 끼워져 에어튜브의 길이(l₂)만큼 전색길이를 짧게 함으로써 폭발시 자유면쪽의 암반 투사면적을 증가시켜서 발파됨을 특징으로 하는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법.
제1항에 있어서, 상기 장약공(1)내에 장전된 폭약(2)과 에어튜브(6)의 공기층이 교대로 층상배열 형태로 이루어져서 발파됨을 특징으로 하는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 장약공(1)내에 끼워진 최상측의 에어튜브(6) 상부에 고무마개(7)로 밀폐시켜서 발파됨을 특징으로 하는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법.
제1항에 있어서, 상기 에어튜브(6)는 그 직경이 장약공(1)의 직경에 비하여 최소한 같거나 작게 형성된 것을 장약공(1)내에 끼워 발파시킴을 특징으로 하는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법.
제1항 내지 제5항중 어느 한항에 있어서, 상기 에어튜브(6)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 폴리아미드중 어느 하나의 재질로 제작된 것을 장약공(1)내에 끼워 발파시킴을 특징으로 하는 에어튜브를 이용한 암반발파 방법.