KR20020028505A - 비전기식 발파 시스템 - Google Patents

비전기식 발파 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비전기식 발파시스템에 관한 것으로, 본 발명의 발파시스템은 발파시 발파공까지의 기폭 전달용으로 사용되는 쇼크튜브; 상기 최소 하나의 쇼크튜브와 화염전파 가능하게 연결된 쇼크튜브 점화기; 및 상기 쇼크튜브 점화기로부터 상기 발파공 까지의 화염 전송을 동기화 하기 위한 동기화 수단을 포함하고, 상기 동기화 수단은, 상기 점화기 측의 화염 전송용 쇼크튜브 각각이 화염 확산용 분기 노드를 가지고 화염 분기용 복수개의 쇼크튜브에 대하여 상기 점화기측의 화염을 동기 전송하기 위한 연결클립을 포함하여, 발파공들간의 시간단차를 간편하게 조절 가능하다는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Description

비전기식 발파 시스템{NON-ELECTRIC FIRE SYSTEM}
본 발명은 비전기식 발파시스템에 관한 것으로, 비전기식 발파 현장에서 발파시 기폭신호 전달용으로 쇼크 튜브와 연결클립만을 사용하여 여러개의 연화를 동기 발사하는 비전기식 발파 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 연화발사는 도1에 도시된 바와 같이, 속화선(5)에 불을 붙여 사용하던 방식에서 도2의 점화옥(33)을 이용한 전기발사방식으로 발전하여 현재 대형 연화발사시에는 전기발파기를 이용한 전기발사방법을 주로 사용하고 있다.
상기한 속화선을 사용하는 기법은 속화선(5)에 직접 불을 붙여 연화발사포(1)를 통해 연화(3)를 발사하기 위하여 작업자가 직접 연화(3)에 점화원(25)을 가지고 불을 붙여야 하므로 발사작업 시, 사고의 위험이 항상 있었으며 또한 작업 시 마찰에 의한 발화사고 위험이나 우천에 의한 속화선(5)의 흡습으로 인한 불발 가능성이 높았다.
또한, 근래 들어 속화선(5)에 직접 불을 붙이는 방식의 발사기법 보다는 도2에 도시된 바와 같이, 속화선에 점화옥(33)을 연결하여 여기에 전기를 통하게 하여점화시켜 추진제(7)를 통해 원격으로 연화(3)에 점화하는 발사기법을 사용하고 있다.
일반적으로, 대형 연화(3) 발사시에는 전기발파기(31)를 이용한 전기발사 방법을 주로 사용하고 있는 바, 점화옥(33)과 전기발파기(31)를 이용한 발사방법은 고가의 발사장비 및 점화옥 및 전기발파기(31)를 연결하기 위한 도선 및 커넥터 장비를 필요로 한다.
또한, 2발이상 동시에 발사하기 위해서는 점화옥(33)끼리 연결을 해주어야 하며 작업 시, 누설전류에 의한 발화사고 위험이나 우천시 누전으로 인한 불발현상 발생 가능성이 잠재하고 있다.
이러한 점화옥과 전기 발파기를 이용한 발사기법은 고가의 발사장비 및 점화옥 및 전기 발사기를 연결한 전선 및 커넥터장비가 필요하였으며, 2발이상 동시에 발사하기 위해서는 점화옥끼리 연결을 해주어야 하며, 작업 시, 누설전류에 의한 발화사고 위험이나 우천 시, 누전으로 인한 불발현상 발생 가능성을 항시 내포하고 있었다.
한편, 다수개의 수평 또는 수직발파공을 비전기식으로 동시에 기폭시킬 경우 연결용 뇌관(trunk line delay)을 사용하면, 각 발파공간에 시간단차가 많이 발생하여 소기의 목적을 충족시키지 못하였다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 비전기식 발파 현장에서 발파시 기폭신호 전달용으로 쇼크 튜브와 연결클립만을 사용하더라도, 내수성의 문제에 따른 발화사고 및 누전에 따른 불발현상을 극력 억제함과 더불어, 여러 개의 연화를 동기 발사시킬 수 있는 비전기식 발파 시스템을 제공하는 데 있다.
도1은 종래기술의 속화선에 불을 붙여 발파하는 기법의 배치도이며,
도2는 전기발파기를 사용하여 점화옥을 점화시키는 기법의 배치도이고,
도3은 본 발명에 따른 비전기식 발파시스템의 전체 배치도이며,
도4는 도3의 본 발명에 따른 연화 발사를 위한 쇼크튜브를 사용한 비전기식 발파시스템의 일실시예의 일부 배치도이고,
도5a - 5d는 본 발명의 연결클립의 바람직한 실시예들을 도시한 단면도이며,
도6은 본 발명에 따라 지연관이 연결된 비전기식 발파시스템의 전체 배치도이고,
도7는 도6의 본 발명에 따라 연화 발사를 위해 쇼크튜브간에 지연관이 연결된 비전기식 발파시스템의 일실시예의 일부 배치도이며,
도8은 본 발명에 따른 지연관의 단면도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1. 연화발사포 3. 연화
5. 속화선 7. 추진제
9. 점화플러그 11. 쇼크튜브
13. 연결클립 15. 쇼크튜브 지연관
17. 쇼크튜브 점화기 19. 발파공 (Blasting Hole)
41. 금속관체 43. 금속관
45. 지연착화제 47. 기폭약
49. 전폭약
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 비전기식 발파 시스템은, 발파시 발파공까지의 기폭 전달용으로 사용되는 쇼크튜브(11); 상기 최소 하나의 쇼크튜브와 화염전파 가능하게 연결된 쇼크튜브 점화기(17); 및 상기 쇼크튜브 점화기로부터 상기 발파공 까지의 화염 전송을 동기화 하기 위한 동기화 수단을 포함하고, 상기 동기화 수단은, 상기 점화기(17) 측의 화염 전송용 쇼크튜브 각각이 화염 확산용 분기 노드를 가지고 화염 분기용 복수개의 쇼크튜브(11)에 대하여 상기 점화기(17)측의 화염을 동기 전송하기 위한 연결클립(13)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
부호 '11'은 발파시 발파공(10)까지의 기폭 전달용으로 사용되는 쇼크튜브(11)이다.
또, 상기 최소 하나의 쇼크튜브(11)에는 점화플러그(9)를 구비한 쇼크튜브 점화기(17)가 화염전파 가능하게 연결되어 있다.
또한, 상기 쇼크튜브(11)에는 상기 쇼크튜브 점화기(17)로부터 상기 발파공(10) 까지의 화염 전송을 동기화 하기 위한 동기화 수단이 연결되는 바, 이동기화 수단은, 상기 점화기(17) 측의 화염 전송용 쇼크튜브(11) 각각이 화염 확산용 분기 노드를 가지고 화염 분기용 복수개의 쇼크튜브(11)에 대하여 상기 점화기(17)측의 화염을 동기 전송하기 위한 연결클립(13)을 포함한다.
도5a 내지 5b에 도시된 바와 같은, 여러 형상으로 구현 가능한 상기 연결클립(13)에는 20°내지 90°사이의 각으로 상기 화염 분기 전달용 복수개의 쇼크튜브(11)가 압력 끼워맞춤(force fitting)으로 끼워맞춰지도록, 삽입 계합부 또는 돌출 계합부가 형성되어 있다.
변형적으로, 도5c와 같이, 상기 연결클립(13)의 분기 점화를 위해, 튜브(12)가 분기관 내부에 삽입되어 복수 가지형태로 외부로 연장되어 이 연장된 튜브(12)의 단부에서 쇼크튜브(11)와 연결될 수도 있다.
도5a 내지 도5d에 도시된 바와 같이, 상기 연결클립(13)의 분기구들은 어느 한 분기구를 통해 화염이 전파되어 들어올 때, 다른 분기구들에 대하여 압력 변동을 일으키면서 후단 쇼크튜브(11)로 전달될 수 있도록 내부가 벤튜리관형으로 형성되어 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 지연관을 연결하지 않은 장비 및 쇼크튜브(11)간의 연결방식에 대하여 설명한다.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 쇼크튜브(11)의 최초 점화를 위하여 쇼크튜브점화기(17)를 사용하며, 각 쇼크튜브(11)간의 연결에는 Y자형 또는 T자형 분기관을 사용하여 자유자재로 쇼크튜브(11)를 분기 연결하고, 쇼크튜브(11) 내의 화염이 전파될 수 있게 한다.
a. 쇼크튜브(11)는 아이노머(Ionomer) 수지를 외경 4mm, 내경 1.2mm 크기로 압출시켜 HMX,AL파우더(HMx:Al=90:10 W%)를 m당 0.02g씩 수지 내부관에 도포시켜 폭속이 2000m/s인 튜브를 제조 사용한다.
b. 점화플러그(9)는 내경 3.5mm, 외경 6mm, 길이 30mm 앞쪽에 직경2mm의 구멍이 뚫린 고무튜브에 로단연(Pb(SCN)₂),염소산칼륨(KClO₃),버들탄(C)을 0.3g 도포하여 건조시킨다.
c. T자형 분기관은 내경 4mm, 외경10mm,길이 35mm,높이 22mm의 물림장치가 있는 플라스틱관을 사용한다.
d. 점화기(17)는 순간전압 2,000V의 고전압을 낼 수 있는 장치를 사용한다.
상기의 상세조건에 의하여 제조한 비전기식 쇼크튜브 지연관(40)에 대한 종합적인 품질평가 결과는 다음에 기술한 바와 같이, 종래의 점화옥식 전기 발사기 기법의 연화발사에 비해 월등히 안전하고도 정확한 점화를 유도할 수 있는 것으로 판명되었다.
<시험 1> 점화플러그의 속화선 및 흑색화약 추진제 완폭성 평가결과
구분 속화선 연결시험 흑색화약추진제 연결시험 완폭율
시료수 185발 115발 100%
여기에서, 시료 전부가 완폭되어 점화플러그 제조조건이 적합한 것임을 알 수 있다.
<시험 2> 분기관 연결 기폭성능 평가결과
T형 분기관 Y형 분기관 비고
시험 구분 a 기폭방향 b 기폭방향 c 기폭방향 시험결과:완폭수/시료수
시험 결과 100 / 100 100 / 100 100 / 100
여기에서, 화염이 100% 전달됨으로써, T 또는 Y형 연결클립의 제조조건이 적합함을 알 수 있다.
<시험 3> 환경 기폭성능 시험
시험 구분 고온 (+54℃에서 4시간) 처리후 저온 (-40℃에서 4시간) 처리후
시험 결과 100 / 100 (완폭수/시료수) 100 / 100 (완폭수/시료수)
여기에서, 연결클립(13) 및 지연관(40)의 고온 및 저온 시험결과시 연결상태는 적합한 것임을 알 수 있다.
<시험 4> 연결클립(13) 연결 후 방수 시험
시험 구분 수압 8Kg에서 1시간 방치후 기폭
시험 결과 100 / 100 (완폭수/시료수)
여기에서, 연결클립(13)의 방수 시험 결과시 연결상태는 적합한 것임을 알 수 있다.
<시험 5>
T형 연결클립 10개와 Y형 연결클립 10개를 이용, 각 분기부의 입·출력 노즐 부분에 쇼크튜브(11)를 조합하여, 20발의 연화(3)에 각각 연결시킨 후, 쇼크튜브 점화기(17)를 사용하여 점화시킨 결과, 20발의 연화(3)가 거의 시간단차없이 정확하게 점화와 함께 동기 발사됨을 알 수 있었다.
<시험 6>
T형 연결클립 10개와 Y형 연결클립 10개를 이용, 각 분기부의 입·출력 노즐 부분에 쇼크튜브(11)를 조합하여, 20발의 비전기식 기폭용 뇌관(DHD)에 각각 연결시켜, 발파패턴 형태로 구성한 다음, 쇼크튜브 점화기(17)를 사용하여 점화시킨 결과, 20발의 기폭용 뇌관(DHD)이 거의 동시에 기폭됨을 확인하였다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른, 장비 및 쇼크튜브(11)간의 연결방식에 대하여 설명한다.
도6 내지 도8에 도시된 바와 같이, 쇼크튜브(11)에는, 금속관(43)에 지연착화제(45) 및 기폭약(47), 전폭약(49)을 충전하여 만든 지연관(40)을 사용하여 각각의 연화(3)에 시간단차를 주어 연화(3)를 발사하기 위해, 상기 쇼크튜브(11) 간의 시간지연을 위하여 쇼크튜브(11)에 의하여 지연착화제(45)를 점화시켜 일정시간 지연이 된 다음 기폭약(47) 또는 전폭약(49)의 폭발력으로 쇼크튜브(11)가 점화되도록 금속관체(41) 양쪽이 중간 연결되어 있다.
또, 상기 지연관(40) 끝부분의 플러그(5)에 점화약을 도포하여 속화선(5) 및 추진제(7)에 화염을 전달하여 연화(3)를 발사시키도록 구성되어 있다.
또한, 쇼크튜브(11)의 최초 점화를 위하여 쇼크튜브점화기(17)를 사용하며, 각 쇼크튜브(11)간의 연결에는 Y자형 또는 T자형 분기관을 사용하여 자유자재로 쇼크튜브(11)를 분기 연결하고, 각각의 연화(3)간 또는 발파공간에 원하는 시간단차 만큼의 쇼크튜브 지연관(40)을 사용하여, 연화발사 및 발파의 지연시간을 조절한다.
a. 쇼크튜브(11)는 아이노머(Ionomer) 수지를 외경 4mm, 내경 1.2mm 크기로 압출시켜 HMX, AL파우더(HMx:Al=90:10 W%)를 m당 0.02g씩 수지 내부관에 도포시켜 폭속이 2000m/s인 튜브를 제조사용한다.
b. 점화플러그(9)는 내경 3.5mm, 외경 6mm, 길이 30mm 앞쪽에 직경2mm의 구멍이 뚫린 고무튜브에 로단연(Pb(SCN)₂),염소산칼륨(KClO₃),버들탄(C)을 0.3g 도포하여 건조시킨다.
c. T자형 분기관은 내경 4mm, 외경10mm,길이 35mm,높이 22mm의 물림장치가 있는 플라스틱관을 사용한다.
d. 점화기(8)는 순간전압 2,000V의 고전압을 낼 수 있는 장치를 사용한다.
상기의 상세조건에 의하여 제조한 비전기식 쇼크튜브 지연관(40)에 대한 종합적인 품질평가결과는 다음에 기술한 바와 같이 나타난다.
<시험 1> 분기관 및 1000 ms 지연관 연결시 최소 착화길이 시험
시험 구분 10Cm 20Cm 30Cm 40Cm 50Cm
불폭/시료수 1/100 0/100 0/100 0/100 0/10
여기에서, 분기관(27) 및 지연관(40)의 연결시 최소 착화거리는 20Cm이상이 적합한 것임을 알 수 있다.
<시험 2> 지연관의 환경 기폭성능시험
시험 구분 고온 (+54℃에서 4시간) 처리후 저온 (-40℃에서 4시간) 처리후
시험 결과 0 / 100 (완폭수/시료수) 0 / 100 (완폭수/시료수)
이 시험에서, 분기관(27) 및 지연관(40)의 고온 및 저온 시험결과시 연결상태는 적합한 것임을 알 수 있다.
<시험 3> 분기관 및 1000 ms 지연관 연결 후 방수 시험
시험 구분 수압 8Kg에서 1시간 방치후 기폭
시험 결과 100 / 100 (완폭수/시료수)
여기에서, 분기관(27) 및 지연관(40)의 방수 시험결과시 연결상태는 적합한 것임을 알 수 있다.
<시험 4> 지연관의 약량별 지연시간 시험
구 분/시료수 10발 10발 10발 10발 10발
지연약량(mg) 75 250 450 650 850
지연시간(ms) 1000 2500 4000 5500 7000
여기에서, 지연관(40)의 약량별 지연시간은 7.5 ms/mg의 일정비로 나타남을 알 수 있다.
<시험 5> 분기관(27) 10개와 1000 ms 지연관(40) 10개를 이용하여 실제 상황의 5인치 연화 발사시험을 3회 실시한 결과 연화발사에 이상이 없는 것으로 판명되었다.
앞에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 비전기식 발파 시스템에 의하면, 대량의 연화를 순차적으로 또는 동시에 여러 부분에서 원하는 단차를 주어 발사할 수 있는 완벽하고 무제한적인 쇼크튜브 지연식 연화 발사기법을 구현함과 동시에, 일반적인 발파에 있어서도 쇼크튜브 지연식 발파방법을 적용할 경우, 발파공들간의 시간단차를 간편하게 조절 가능하다는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 연화를 발포하기 위한 비전기식 발파 시스템에 있어서,
    발파시 발파공까지의 기폭 전달용으로 사용되는 쇼크튜브;
    상기 최소 하나의 쇼크튜브와 화염전파 가능하게 연결된 쇼크튜브점화기; 및
    상기 쇼크튜브 점화기로부터 상기 발파공 까지의 화염 전송을 동기화 하기 위한 동기화 수단을 포함하고,
    상기 동기화 수단은,
    상기 점화기 측의 화염 전송용 쇼크튜브 각각이 화염 확산용 분기 노드를 가지고 화염 분기용 복수개의 쇼크튜브에 대하여 상기 점화기측의 화염을 동기 전송하기 위한 연결클립을 포함하는 것을 특징으로 하는 비전기식 발파 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결 클립은 20°내지 90°사이의 각으로 상기 화염 분기 전달용 복수개의 쇼크튜브가 압력 끼워맞춤(force fitting)으로 끼워맞춰지도록 내부 삽입 계합부를 구비한 것을 특징으로 하는 비전기식 발파 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연결 클립은 20°내지 90°사이의 각으로 상기 화염 분기 전달용 복수개의 쇼크튜브가 압력 끼워맞춤(force fitting)으로 끼워맞춰지도록 외부 돌출 계합부를 구비한 것을 특징으로 하는 비전기식 발파 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 금속관에 지연착화제 및 기폭약, 전폭약을 충전하여 만든 지연관을 사용하여 각각의 연화에 시간단차를 주어 연화를 발사하기 위해, 상기 쇼크튜브 간의 시간지연을 위하여 튜브에 의하여 지연착화제를 점화시켜 일정시간 지연이 된 다음 기폭약 또는 전폭약의 폭발력으로 쇼크튜브가 점화되도록 금속관체 양쪽에 쇼크튜브를 연결한 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비전기식 발파 시스템.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 지연관 끝부분의 플러그에 점화약을 도포하여 속화선 및 추진제에 화염을 전달하여 연화를 발사시키도록 구성된 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비전기식 발파 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속관은 Al, Zn 또는 Pb 로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 제조된 것을 특징으로 하는 비전기식 발파 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 쇼크튜브 내부에는 HMX, AL파우더가 도포된 것을 특징으로 하는 비전기식 발파 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 지연착화제는 금속원료(Mn,B,Zr,), 산화제(Fe₂O3,BaCrO₄,PbCrO₄) 및 바인더로 이루어진 것을 특징으로 하는 비전기식 발파 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 금속관은 기폭약과 전폭약을 5∼50mg을 충전한 것을 특징으로 하는 비전기식 발파 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 점화플러그부분의 점화약으로 Pb계 ,염소산카리계, 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 붕소(B), 산화철(Fe₂O₃)로부터 적어도 1종 이상 선택된 산화제와 환원제로 사용한 것을 특징으로 하는 비전기식 발파 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 연결 클립의 분기구들은 어느 하나의 분기구에 대하여 압력 변동을 일으키도록 벤튜리관형으로 서로 분기 형성된 것을 특징으로 하는 비전기식 발파시스템.
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