KR200237333Y1 - 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 지중에 부존된 지하수·온천수·석유 또는 천연가스 등을 획득하고자 지반을 수직으로 천공·시추하는 시추공 등에서, 지중내 일정 위치의 천공벽면을 발파하는 특수발파방법의 하나인 개구발파에 사용되는 발파장치에 관한 것으로, 특히 관정내의 암반의 절리 및 층리 등에 형성된 수맥(水脈)등 대수층의 집수구멍이나 지반내의 유전층 또는 가스층에서 석유나 가스가 유출되는 유출통로인 개구부에 폭발력을 수평방향으로 집중시켜 개구부를 확개시킴으로써 지중내에서 수평공을 형성 및/또는 확장시켜 주는 폭발방사기에 관한 것으로서, 중앙부 소정위치에 관통구멍(11)이 수평하게 형성되고, 상하 양단부에 각각 연결고리가 구비되어 상기 관통구멍을 감싸면서 일정 크기의 단면형태를 갖는 금속재질의 몸체(10)와, 상기 몸체의 관통구멍(11)내에 장착되는 지발뇌관(22) 및 성형폭약(20)과, 상기 몸체 (10)의 상하단부에 적어도 어느 일측에 구비되어 견인줄(70)에 연결되는 연결수단 (50)으로 구성되어서, 관통구멍내에 장착된 성형폭약(20)의 폭발력이 관통구멍(11)을 통하여 수평방향으로 일정 위치에 집중되게 작용되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기{Blasting Apparatus for Forming a Horizontal Underground Cavity}

본 고안은 지중에 부존된 지하수·온천수·석유 또는 천연가스 등을 획득하고자 지반을 수직으로 천공·시추하는 시추공 등에서 수직공의 지중내 일정 위치의 공벽면상의 개구부(갈라진 틈이나 구멍)를 발파하는 특수발파방법의 하나인 개구발파(開口發破)에 사용되는 폭발장치에 관한 것으로, 특히 관정내의 지반(암반)의 절리 및 층리 등에 형성된 수맥(水脈)등 대수층의 집수구멍이나 지중내의 유전층 또는 가스층에서 석유나 가스가 유출되는 유출통로인 개구부 위치에서 폭발장치를 폭발시켜 수평방향으로의 폭발력의 집중과 지속적인 작용으로 개구부를 확개시킴으로써 수직공의 지중내에서 수평공을 형성 및/또는 확장시켜 주는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기에 관한 것이다.

지중속의 대수층, 유전층 또는 가스층 등의 유체층(F)으로부터 지하수, 온천수, 석유, 가스가 장기에 걸쳐 유출되면 관정내로 채취되는 경로상의 유출통로 부분에서 유출되는 유체의 흐름과 함께 쇄석, 점토 또는 찌꺼기 등의 불순물질이 통로를 막아 좁게 되어 점차적으로 유체(流體)의 채취량이 점차적으로 적어지거나 심지어는 그 유출통로가 막혀 버려서 관정 등이 폐쇄되는 문제점 등이 발생한다.

이에 따라, 대수층·유전층 또는 가스층 등의 유체층(F)으로부터 유출되는 유체의 양을 증가시키기 위해서, 종래에는 첫째, 지표로부터 별도로 재천공하거나, 둘째, 천공된 수직공(H)내 유체가 유출되는 유출구 부근의 공중(孔中)에 폭약을 위치시켜 폭발시킴으로써 폭발압력에 의하여 유출통로의 개방에 의한 재생을 도모하는 2가지의 방법이 사용되어져 왔다.

그런데, 별도로 재천공하게 되는 경우에는 재천공비용(7∼15만원/m:천공 직경의 크기에 비례)이 추가적으로 소요될 뿐만 아니라, 부대시설·설비의 이전 및 재설치가 불가피하게 수반되므로 매우 비경제적이고, 또한 천공된 수직공(H)의 공중(孔中)에 폭약을 위치시켜 폭발시키는 방법의 경우에도 수직공(H)의 공벽면이 허물어져서 대부분의 수직공(H)이 오히려 함몰되는 사례가 보통이기 때문에 사실상 개구발파 효과가 없거나 매우 미약함은 물론, 재생 자체를 기대하기가 곤란하므로 그 실효성이 없다.

종래 지중속에 부존하고 있는 유체의 유출통로인 천공벽면의 개구부를 개방시켜 주기 위한 지중 발파방법과 관련된 기술로서, 도1a 내지 도1c에서 도시하는 바와 같이 별도의 장치없이 단순히 지발뇌관(2)이 장전된 폭약(1)을 폭약묶음줄(4)에 의해 고리(5)에 연결하고 이 고리를 견인줄(6)의 고리에 연결하여 이 폭약을 견인줄에 의하여 지중 수직공(H)내로 하강시켜서 불순물질(I)에 의해 유체의 흐름경로(P)를 막고 있는 암반절리대의 개구부 부근의 공중(孔中)(=천공된 구멍의 중심부)에 거치시킨 후에 폭발하는 형태를 통상적으로 실시하고 있다.

상기의 폭발형태는 공중(孔中) 또는 수중(水中) 및 공중(空中)에서와 같이 외계(外界)에 노출되어진 상태에서 폭발되는 형태(예: 空中爆發=허공속의 폭발)로 이루어지는데, 이하 이를 '개방형의 폭발형태'라고도 한다.

따라서, 이러한 개방형의 폭발형태에 따른 발파방법은 수직공(H)의 공중(孔中)에 폭약을 위치시켜 공내에서 개방되어진 상태로 폭발되는 형태로써 도1b에서 도시하는 바와 같이, 폭발력이 공중(孔中)에서 분산되어 빈 공간으로의 폭발력 손실이 크고, 폭발력의 방향성이 없어 상하좌우로 균등압력이 작용케 되어 암반절리대의 유체의 흐름경로(P)상의 막힌 곳까지 압력이 미치지 못하여 사실상 암반 또는 지반의 절리 및 층리에 강력한 압력과 충격을 가하지 못하기 때문에 개구(開口)효과가 없을 뿐만 아니라, 사실상 발파효과가 없거나 매우 미약한 현상을 띄게 된다.

또한, 도1c에서 도시하는 바와 같이, 수직공(H)의 공내에서 폭발력이 작용하는 압력분포의 범위가 넓게 되어 천공된 수직공(H)의 공벽에 광범위한 외력을 가하게 되므로 공벽면이 패이거나 허물어져서 공벽의 변형이 초래되어 천공된 수직공 (H)이 아예 함몰되거나, 폐공이 되어 유체의 유출통로의 재생 자체를 기대하기가 곤란하므로 개구발파의 실효성이 없는 재래식의 초보적 기술에 불과한 실정이다.

즉, 상기와 같은 개방형(開放形)의 폭발형태는 수직공(H)의 공중(孔中)에서 폭약이 위치되어 폭발되어지기 때문에 폭발력이 폭약 주변의 공(孔)의 상·하부 열린 곳으로 분산되어 폭발시 작용하는 압력이 넓게 분포되어 작용함으로써 폭발압력의 손실이 크게 되어 실제로 필요로 하는 지점으로 폭발력을 집중시키기가 곤란하였다.

또한, 지중속의 유체의 유출통로상의 막힌 곳까지 폭발시의 압력이 집중되도록 영향을 주어야 하나, 폭발시의 폭발력이 순간 균등압력의 분산작용(개방형의 폭발형태이므로)으로 인하여 압력이 지속적으로 작용되는 시간이 짧게 되어 소요 압력이 미달됨으로써 유체의 흐름을 차단시킨 불순물질(I)들을 밀어내지 못하여 막혀 있는 유출통로를 터주지 못하고, 오히려 공벽이 붕괴되거나 훼손되어 개구발파의 효과가 아주 미약하다는 문제점을 갖고 있었다.

또한, 단순히 수직공(H)내의 지중속으로 폭발장치를 1회 삽입하고 1회 폭발시키는 1회의 발파효과로 제한될 수밖에 없고, 특히 수직공(H)내의 지하수가 장애물로 작용하게 되므로 개구부를 확개시켜 주는 발파효과가 감소될 뿐만 아니라, 수직공(H)내에서 지중속의 발파위치로 하강시 폭약의 비중이 1.1∼1.3 정도로 물보다 약간 높아 부력을 받으면서 하강됨으로써 장전되는 시간이 길게 되므로, 작업속도가 느려 시공의 효율성이 낮게 되는 큰 문제점을 갖고 있었다.

또한, 수압 등의 영향으로 인한 폭발안정성의 위험요소(불폭·반폭 및 안전사고등 우려)와, 외계에 노출된 상태의 폭약장전 형태로 성형폭약 등의 폭발효과 응용이 곤란하였으며, 이 폭약을 발파시킬 위치로 하강시키는 도중에 수직공(H)의공벽면과 부딪치게 되는 등 취급의 불안전 요소가 상존하는 문제점들이 있었다.

본 고안자는 상기와 같은 종래기술상의 문제점들을 해결하기 위하여 폭약폭발시 폭발력의 방향성·집중성·지속성·공벽의 보호 등 폭발의 효과와 힘의 작용원리를 고려한 폐쇄형(閉鎖形)의 폭발 형태, 즉 외계와 폐쇄·차단되어진 상태에서 한정된 공간에서에서의 닫혀진 폭발(예: 소총의 탄환이 약실내에서 뇌관의 폭발로 내부 강선을 따라 발사되는 폭발)형태를 갖도록 성형폭약의 폭발효과와 힘의 작용원리를 응용한 지중 수평공을 형성 및/또는 확장하기 위한 폭발방사기를 새로이 창안하게 되었다.

본 고안의 폭발방사기는 그 구조에 있어 일정한 단면두께의 금속재질의 몸체와 이 몸체의 중앙부에서 수평으로 관통하는 관통구멍을 형성하여 이 관통구멍내에 성형폭약 및 지발뇌관을 장착시켜 폭발시 관통구멍의 수평방향으로 폭발력이 집중 작용하도록 하는 내부구조 형태를 구비하게 된다.

또한, 폭발력의 작용방향을 수평방향으로 전환시키는 폭발방사기를 이용하여 지중속의 공내에서 유체가 유출되는 개구부에 위치시켜 1회 내지 수회 연속적으로 폭발시켜 집중적이고도 반복적으로 개구부의 유출구를 개방 또는 확개시킴으로써 수량(水量)·석유량 또는 가스량 등을 더 많이 채취하도록 하는 특별한 폭발도움기구, 즉 폭발방사기에 의한 기능과 성형폭약의 폭발효과를 결합시켜 개구부 확개 발파방법을 제안하게 된 것이다.

이하 본 고안의 명세서에서 표기되는 용어인 '개구부(開口部)'라 함은 천공된 수직공(H)내의 암반 절리대 또는 층리에 형성되어 있는 갈라진 틈(fracture)이나, 유체가 유출되는 구멍을 의미하는 것으로 해석하는 것이 바람직하다.

또한, '폭발방사기(爆發放射機)'는 중앙부에서 수평으로 관통되는 관통구멍이 형성되고 이 관통구멍을 감싸는 금속재질의 몸체와, 이 관통구멍내에 성형폭약을 장전시킨 발파장치로서, 천공된 수직공(H)의 내부로 삽입하여 공내의 일정위치에 거치시켜 폭발시킴으로써 폭발시의 폭발압력을 수평으로 전환시켜 주는 폭발장치를 의미하는 것으로서, 일명 「지중 대포」라고도 할 수 있다.

'성형폭약(shaped charge)'은 파괴되는 부분의 영역이 작게 되도록 하는데 사용되는 폭약으로서, 폭약의 양단부의 형상이 중앙부로 오목하게 들어가는 원추형으로 성형되어진 폭약으로서, 노이만 효과에 의해 폭약의 폭발력이 중앙부로 집중되게 하는 집중효과를 도모하기 위한 폭약을 의미하며, 경우에 따라서는 원추형의 금속제 라이너를 구비하여 강력한 집중파괴력을 발휘시킬 수도 있다.

'폐압(閉壓)차단링'은 폭발방사기 몸체의 관통구멍의 양단부에서 토출되는 폭발압력을 일정한 방향으로 작용시키기 위하여 폭발방사기의 몸체의 삽입홈내에 장전되어 있다가 돌출되어 공벽면에 밀착되는 것으로서, 외부의 주변 공간부와 차단되어서 그 내부 공간부에 폭발시의 폭발력을 가두어 폭발력의 집중성을 갖게 하는 링을 의미하며, '방사구(放射口)'는 폭약의 폭발시 폭발압력을 토해내는 몸체의 중앙부에 형성된 관통구멍의 양단부를 의미한다.

'개구발파(開口發破)'라 함은 암반의 막힌 구멍 또는 수맥을 열어주는 특수발파의 한 종류를 의미하며, '개구압력(開口壓力)'은 불순물질에 의해 유체의 흐름경로상에 막힌 위치까지 폭발력이 작용하여 그 막힌 통로를 열어주는 힘을 말한다.

'노이만 효과(Neumann effect)'는 일명 「먼로 효과(Munro effect)」라고도 하며, 폭발시 폭발력이 중앙부로 집중되는 효과를 의미하며, 폭약에 원추 또는 반구형의 오목형 금속성 라이너를 넣은 폭약을 폭굉시키면 라이너의 붕괴와 함께 금속미립자가 방출되어 제트를 형성하고, 이 제트는 목표물에 충돌하여 중앙부에 깊은 천공을 만들게 되는 현상으로 특수한 천공작업에 응용되어진다.

본 고안의 목적은 지중속에서 폭발력이 작용되는 범위를 집중시키기 위하여 외계와 폐쇄·차단되어진 한정된 약실 공간에서 폐쇄형의 폭발을 유도하여 폭발시의 압력이 수직의 천공구멍과 직각방향, 즉 수평방향으로 작용되도록 방향성과 집중성을 가짐으로써, 천공 벽면의 붕괴를 방지하면서 안정적인 개구부의 확개 발파가 가능할 뿐만 아니라, 시공의 효율성 및 안전성을 증대시켜 주는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 지하수공, 온천수공, 천연가스 및 석유시추공의 기존의 관정에서 장기간 유체를 채취하는 도중에 유출되는 유체량이 감소되거나 통로가 막혀 고갈되어진 경우 또는 천공의 효과가 미흡하거나 미달된 경우에 그 천공 구멍을 활용하여 별도로 재천공을 하지 않고서도 기존의 밀폐된 유체통로를 열어 유출량을 증가시킴으로써 관정을 재생시켜 주는 경제성이 뛰어난 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기를 제공하는데 있다.

본 고안의 또다른 목적은 지하수공, 온천수공, 천연가스 및 석유시추공의 새로운 시추공을 개발하는 경우에 천공의 효과가 미흡하거나 미달된 경우에 부존되어진 위치에서 폭발력이 수평으로 작용하는 방향성과 반복적인 재발파의 형태로 인하여 채굴방식이 지점 채굴형식이 아닌 방사상의 영역 채굴형식으로 이루어짐으로써 유체의 채굴될 확률을 높혀 주는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기를 제공하는데 있다.

본 고안의 또다른 목적은 지하수의 채취, 석유 또는 가스의 채굴을 위하여 지반을 무분별하게 천공하여 그 천공구멍을 통한 환경의 오염을 최소화시키고, 또한 가급적 천공 남발을 억제하는 환경성을 고려한 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기를 제공하는데 있다.

도1a는 종래의 폭발장치를 수직공내에 거치시킨 상태의 도면

도1b는 종래기술에 따른 개구부 발파시의 작용도

도1c는 종래기술에 따른 개구부 발파후의 작용도

도2a는 본 고안의 제1실시예에 따른 폭발방사기의 분해사시도

도2b는 본 고안의 제1실시예에 따른 폭발방사기를 수직공내에 삽입시켜 거치시킨 상태의 단면도

도2c는 본 고안의 제1실시예에 따른 폭발방사기를 이용한 개구부 발파시의 작용도

도2d는 본 고안의 제1실시예에 따른 폭발방사기의 폭발에 의해 개구부를 확개시킨 상태를 나타내는 도면

도3a는 본 고안의 제2실시예에 따른 폭발방사기의 분해사시도

도3b는 본 고안의 제2실시예에 따른 폭발방사기를 수직공내에 삽입시켜 거치시킨 상태의 단면도

도3c는 본 고안의 제2실시예에 따른 폭발방사기를 이용한 개구부 발파시의 작용도

도3d는 본 고안의 제2실시예에 따른 폭발방사기의 폭발에 의해 개구부를 확개시킨 상태를 나타내는 도면

도4는 본 고안에 따른 폭발방사기를 복수개 연결시켜 개구부를 다단계로 발파시키는 상태를 나타내는 도면

도5 내지 도9는 본 고안의 폭발방사기를 이용하여 수평공을 형성하는 발파시공 단계를 나타내는 도면으로서,

도5는 폭발방사기의 현수단계를 나타내는 도면

도6은 폭발방사기의 각선과 발파모선을 연결하는 상태를 나타내는 도면

도7은 폭발방사기의 수직공내 삽입단계를 나타내는 도면

도8은 폭발방사기가 폭발되어지는 발파단계를 나타내는 도면

도9는 폭발방사기의 수직공내 발파후의 상태를 나타내는 도면

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10:몸체 11:관통구멍 12:연결고리

13:방사구 14:삽입홈 15:삽입구멍

16,17:삽입구멍 20:성형폭약 21:원추형 홈

22:라이너 23:지발뇌관 24:각선

25:커버 30:추진용 장약 31,32:지발뇌관

33,34:각선 40:폐압차단링 50:연결수단

51:사슬고리 60:발파모선 70:견인줄

H:수직공 F:유체층 P:유출통로

I:불순물질 S:밀폐공간부 W₁:견인장치

W₂:권취기 C:캐리어

본 고안의 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기의 기술구성을 첨부도면에 의하여 설명한다.

본 고안의 폭발방사기는 도2a 내지 도2d에 도시하는 바와 같이, 중앙부 소정위치에 관통구멍(11)이 수평하게 형성되고, 상하 양단부에 각각 연결고리(12)가 구비되어 상기 관통구멍을 감싸면서 일정 크기의 단면형태를 갖는 금속재질의 몸체 (10)와, 상기 몸체(10)의 상하단부에 적어도 어느 일측에 구비되어 견인줄(70)에연결되는 연결수단(50)과, 상기 몸체의 관통구멍(11)내에 장착되는 지발뇌관(23)이 장전된 성형폭약(20)으로 구성되어서, 관통구멍내에 장착된 성형폭약(20)의 폭발력이 관통구멍(11)을 통하여 수평방향으로 집중되게 작용되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 도3a 내지 도3d에 도시하는 바와 같이, 상기 몸체(10)상에 관통구멍 (11)으로부터 일정간격으로 이격되는 관형의 삽입홈(14)을 형성하고 그 삽입홈(14)에 지발뇌관(31,32)이 장전된 폭약(30)과 플래스틱 재질의 폐압차단링(40)을 순차적으로 장착한 구성을 더 포함함을 특징으로 한다.

또한, 성형폭약(20)의 단부에 금속재질의 라이너(22)가 추가적으로 포함되어진 구성을 특징으로 한다.

또한, 도4에서 도시하는 바와 같이, 상기 연결수단(50)에 의하여 일정간격으로 다수개의 몸체(10)들을 연결함으로써 다단계의 폭발이 가능한 폭발방사기 조립체를 제공함을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징으로 이루어진 본 고안의 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기의 발파 원리에 대하여 설명한다.

수직으로 천공된 천공벽면에 수평의 보조공을 뚫기 위해서는 공벽면에 직각 방향으로 폭발력이 작용하도록 역학적인 힘의 방향을 전환시키는 것이 필수적이다. 그런데, 지하 수십m 내지 수천m의 심부내에서 천공기계와 같은 어떤 기계적 장치로도 직각방향으로의 효율적인 힘의 방향전환이 불가능하다.

따라서, 본 고안은 소총(또는 대포)의 발사시 탄환(또는 포탄)이 밀폐된 총신(또는 포신)의 내부 강선을 따라 탄착지점인 점표적을 향하여 방향성을 갖고 날아가는 경우와 같이, 지중속에서 공벽에 직각방향으로의 파괴력이 작용되게 폭약의 폭발력이 수평방향으로 힘(폭발력)의 전환이 가능하도록 일정 단면형태를 갖는 강도가 큰 금속재질의 몸체 내부의 중앙부에 수평의 관통구멍을 형성하고, 그 관통구멍내의 중앙부에 성형폭약을 장착시켜 폭발시킴으로써, 폐쇄된 상태에서의 폭발형태를 갖기 때문에 폭발력이 방향성을 갖고 관통구멍이 형성된 수평방향으로 토출되어 집중되어짐으로써 지중속의 천공 벽면상에서 수평공을 형성 및/또는 확장하게 되는 원리를 이용한 것이다.

아울러, 필요한 공벽 부위에 집중적인 압력을 가할 수 있도록 성형폭약에 의한 폭발효과, 즉 노이만 효과(Neumann effect, 'Con effect'라고도 함)에 의한 폭발효과(전차의 철갑을 뚫는 대전차용 고폭탄에서 응용되는 기술임)를 이용하여 폭발력을 중앙부로 집중시키고, 또한 성형폭약의 폭발시 순간적이나마 폭발력의 울타리 역할을 하도록 폭발방사기의 몸체로부터 공벽에 밀착되게 하는 폐압차단링의 구성을 추가하여 폭발압력의 누출없이 일정방향으로 일정시간 동안 강력하고도 집중적인 폭발력이 작용되도록 한 것이다.

즉, 본 고안은 천공·시추된 천공의 수직공(H)내 지중속에서 유체가 유출되는 지점 또는 유출되어질 확률이 높은 지점에 본 고안의 몸체의 중앙부 관통구멍내에 성형폭약이 장전되어진 폭발방사기를 위치시켜서 폭발시 발생되는 폭발에너지를천공방향에 직각의 횡압력으로 전환시켜 그 횡압력을 공벽면에 작용시켜 지중 수평공을 형성시키는 뛰어난 기술이라고 할 수 있다.

본 고안의 주요 구성에 대하여 도면을 참고로 하여 구체적으로 설명한다.

상기 몸체(10)는 도2a에서 도시하는 바와 같이, 그 좌우단면부 중앙부에 수평으로 소정 직경의 관통구멍(11)을 형성하고, 그 상하단부에 연결고리(12)가 구비되어 관통구멍(11)을 감싸면서 장약 및 장전속도의 배가를 위하여 강도가 큰 금속재질로 일정한 단면 형태, 바람직하기는 달갈형의 구조를 가지며, 또한 관통구멍 (11)이 형성된 몸체(10)의 중앙부 좌우 단면부가 수직공(H)의 벽면상에 근접되는 돌출부의 형태를 갖도록 공장제품으로 일체로 제작되어진다.

도2b에서 도시하는 바와 같이, 상기 몸체(10)의 형태가 달걀형으로 형성되는 이유는, 추후 수직공(H)내 삽입시 무게 중심을 유지하면서 끝이 둥근 형상으로 이루어져서 공벽면과의 접촉되는 면적을 적게 하여 충돌을 감소시키고, 또한 천공된 수직공(H)내에서 상하 좌우 이동간 유체(예를 들어, 수직공(H)내의 지하수)와의 마찰저항을 작게 하여 지하수의 부력을 적게 받도록 함으로써 몸체가 수직공(H)내에서 어느 정도 빠르게 하강되도록 하기 위함이다.

물론, 상기 몸체의 단면형태로써, 원추형·6각형 또는 8각형 등 여러 형태의 변형도 가능하나, 이들은 설계적인 변경에 불과한 것이기 때문에 상술한 바와 같이 달걀형으로 하는 것이 가장 바람직하다.

한편, 몸체(10) 자체가 강도가 큰 금속재질로 일정한 단면 형태를 갖는 이유는 추후 성형폭약(20)이 관통구멍(11)내에 장전되어 폭발시 관통구멍을 감싸고 있는 몸체(10)가 폭발력에 견디면서 파괴되지 않도록 하기 위해서이며, 또한 개구발파가 완료된 이후에 몸체(10)를 회수하여 재활용할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 몸체의 중앙부에 관통구멍(11)이 수평으로 형성되어진 좌우단면부가 수직공(H)의 벽면상에 근접되는 돌출부의 형태를 갖는 이유는, 추후 관통구멍(11)내 장전되는 성형폭약의 폭발력이 공벽면과 가까운 거리에서 작용되도록 하고, 또한 관통구멍(11)을 통하여 공벽에 투사되는 폭발력의 작용 범위를 최소한의 범위로 한정시켜서, 즉 폭발력이 작용되는 범위가 작게 됨으로써 폭발력의 집중성을 도모하고자 하기 위함이다.

한편, 상기 몸체(10)의 폭 두께는 천공된 수직공(H)의 크기에 따라 정해지는 것으로 대략 수직공(H) 직경의 80∼90%의 크기로 형성되는데, 이는 지중에 수직으로 천공·시추되는 천공의 직경보다 작아야 수직공(H)내로 몸체의 삽입이 용이하게 이루어지기 때문이다.

예를 들면, 통상적으로 지하수, 석유 또는 가스를 채취하기 위하여 천공되는 천공구멍(穿孔)의 직경이 100∼2,000㎜이내이므로, 상기 몸체의 폭은 수직공(H)내 삽입이 용이하도록 이보다 작은 80∼1,800㎜의 범위내의 폭을 갖도록 제작되어지며, 또한, 상기 몸체(10)의 중량은 50∼500㎏의 범위(천공의 크기별로 폭발방사기의 크기도 다양하게 제작됨.)를 가지며, 관통구멍(11)의 크기는 Φ50㎜∼250㎜를갖는 것이 바람직하다.

상기 관통구멍(11)의 내부 공간부는 추후 장착되는 지발뇌관(23) 및 성형폭약(20)을 장전하는 일종의 약실(chamber) 역할을 하는 것이며, 폭약이 장전된 공간부 이외의 양측 개방부는 장전된 성형폭약의 폭발력이 토출되도록 유도하는 방사구 (13)의 역할을 하게 된다. 따라서, 관통구멍내 폐쇄된 상태에서의 폭발이 가능하기 때문에 폭발력이 방향성을 갖고 수평방향으로 토출되어 폭발력의 집중이 가능하다.

상기 연결고리(12)는 몸체의 상하단부에서 각각 몸체(10)와 일체로 고정되어지는데, 이 연결고리(12)는 몸체의 외부로 용착시켜 이 연결고리에 연결수단(50)을 끼울 수도 있으며, 도시하지는 않았으나, 몸체(10)의 상반부 또는 하반부의 단부 부근에 수평으로 관통되는 구멍(이때는 몸체의 중량이 가벼워지게 됨)을 뚫어 그 구멍을 관통하면서 꿰어지게 할 수도 있음을 밝혀 둔다.

한편, 도2b 및 도2c에서 도시하는 바와 같이, 상기 몸체(10)의 상반부 표면 소정위치로부터 관통구멍(11)의 중심으로 통하는 삽입구멍(15)이 형성되어 이 삽입구멍을 통하여 각선(24)이 관통구멍(11)내로 인출되어 지발뇌관(23)에 연결되어서 성형폭약(20)에 장전되는 것이 가능하며, 또한 이 각선(24)은 관통구멍(11)의 양측방을 통하여 설치할 수도 있음을 밝혀 둔다.

즉, 각선(24)의 일단이 지발뇌관(23)과 연결되어 성형폭약(20)과 함께 관통구멍(11)내의 중앙부에 장전되고, 타단은 상기 삽입구멍(15)의 외부로 인출되어 추후 수직공(H)내로 몸체를 삽입하기 직전에 발파모선에 연결된다.

한편, 장전되어지는 지발뇌관(23)은 MS지발뇌관 또는 LP지발뇌관 등을 사용하게 되며, 이 지발뇌관에 연결되어 삽입구멍(15)의 외부로 인출되는 각선(24) 사이에는 틈이 형성되는데, 추후 몸체(10)가 수직공(H)내에 삽입되었을 때 이 틈사이로 지하수 등이 스며들어 지발뇌관의 기폭시 불발이 발생되지 않도록 각선(24)과 삽입구멍 (15)의 틈사이를 실링재로 채워 밀폐시킨다.

한편, 도2b 및 도2c에서 도시하는 바와 같이, 상기 성형폭약(20)은 그 좌우측 단부의 단면형태가 중앙부쪽으로 움푹 들어가는 원추형 홈(21)이 형성되어진 폭약으로서, 폭발시 개스화될 때의 일효율유지 및 파괴력 확보를 고려한 최소의 유효에너지로 작용될 수 있도록 하고, 한정된 관통구멍의 공간내에서 방사기 몸체의 손상이 없는 정도의 파괴력을 가져야 하므로 그 장약량은 0.1∼1㎏의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

이러한 장약량의 범위를 갖는 이유는, 관통구멍에 장전되는 성형폭약의 장약량이 0.1㎏보다 작으면 폭발력의 강도와 개스압이 기준치에 미달되어 확개발파의 효과가 기대이하로 감소되는 문제가 있으며, 1㎏이상인 경우에는 폭발방사기의 몸체가 파괴되거나 공벽이 파괴되는 문제가 있기 때문이다.

여기에서 성형폭약의 좌우측 단부의 단면형태가 중앙부쪽으로 움푹 들어가는 원추형 홈(21)이 형성되는 이유는 폭약의 폭발시 노이만 효과에 의한 힘의 벡터합에 의하여 원추형 홈의 중심으로 폭발력이 강력하게 집중되게 하기 위해서이다.

즉, 이 노이만 효과를 응용한 기술인 전차의 철갑을 뚫는 대전차 고폭탄의 경우(철판 35㎝까지 관통)와 마찬가지로, 도2c 및 도2d에서 도시하는 바와 같이, 지중속에서 수평의 누두공(폭약의 폭발에 의해 형성된 원추형의 구멍)을 형성하면서, 폭발력(개구압력)이 암반 또는 암반의 절리대 속으로 강력하게 작용하여 지속적으로 깊숙히 침투(영향권:수십m)가 가능하게 되어 불순물질(I)을 밀어내어 막혀 있던 유출통로(P)를 개방시켜 주게 되며, 또한 폭발력이 유체가 유출되는 공벽의 유출구 표면을 확개시켜 지중속에서 수평공을 형성시켜 줌으로써 유체의 흐름을 원활하게 해주게 된다.

한편, 상기에서 상술한 바와 같이, 단순히 원추형 홈(21)이 형성된 성형폭약 (20)의 폭발시 노이만 효과에 의한 파괴력이 집중되어져 소정의 발파효과를 기대할 수도 있으나, 더욱 바람직하기는 도2a 내지 도2c에서 도시하는 바와 같이, 성형폭약(20)의 좌우 단부의 원추형 홈(21)에 깔대기 형상의 금속재 라이너(22)를 추가적으로 장착시켜서 강력한 파괴력의 집중을 도모할 수도 있음을 밝혀둔다. 이 라이너의 형태는 일반적으로 원추형태로서 재질은 강(steel) 또는 동(銅)으로서 두께는 대략 1㎜정도로 제작된다.

한편, 상기 몸체(10)에 성형폭약(20)의 장전이 완료되면 관통구멍의 양단부 단턱부에 각각 유리제 또는 플래스틱제의 카버(25)를 접착제로 접착시켜 밀폐시킨다. 이는 장전된 성형폭약(20)이 수압으로부터의 영향을 최소화하기 위해서이다.

한편, 도3a는 도2a에 도시된 몸체의 변형예를 도시하는 것으로서, 몸체(10)상에 관통구멍(11)으로부터 일정간격으로 이격되면서 관통구멍(11)을 중심으로 좌우 양측에 대칭되게 관형의 삽입홈(14)이 추가적으로 형성되어서, 상기 삽입홈(14)의 저부로부터 지발뇌관(31,32)들을 장전한 원형의 추진용 장약(30)과 플래스틱 재질의 폐압차단링(40)을 순차적으로 장전되게 하는 몸체의 구조를 나타내고 있다.

또한, 도3b는 상기 삽입홈(14)의 저부에서 몸체(10)의 상반부쪽 표면으로 관통되는 삽입구멍(16,17)들이 형성되어서, 추후 이 삽입구멍(16,17)들을 통하여 지발뇌관(31,32)들 및 발파모선에 연결되는 각선(33,34)들이 삽입홈(14)의 저부에 위치되는 추진용 장약(30)에 장전되어진 구조를 나타내고 있다.

이와 같은 구조는 도2b에서 도시하는 몸체(10) 구조의 변형된 형태의 구조로, 이는 추진용 장약(30)의 1차폭발후, 성형폭약(20)이 2차폭발되어져서 그 폭발형태가 2단계로 이루어지는 몸체의 구조를 갖는다.

상기 추진용 장약(30)은 삽입홈(14)의 저부에서 뇌관(31,32)과 함께 장전되어 1차폭발되어 플래스틱제의 폐압차단링(40)을 공벽면 쪽으로 밀어내기 위한 장약으로서, 도3a의 도시와 같이, 원형의 형태로 도시되어 있으나, 단위장약들을 일정간격으로 배치하고 이들 단위장약들을 도폭선으로 감아 끼워서(미도시) 기폭시켜도 좋다.

그 장약량은 대략 10∼30g의 범위를 가지며, 다만, 그 장약량은 폭발후 폐압차단링(40)을 밀어내서 공벽면에 접촉되어 밀착되는 정도의 장약량이면 족하므로 소량으로 장전된다.

상기 폐압차단링(40)은 도3b 및 도3c에서 도시하는 바와 같이, 플래스틱 재질의 링형상으로 제작되어 삽입홈(14)의 저부에 장전된 추진용 장약(30)을 전색시키면서 삽입홈(14)내에 끼워지는 것으로서, 이 추진용 장약(30)의 폭발에 의하여 삽입홈(14)으로부터 돌출되어 공벽에 밀착되어 거치됨으로써, 몸체(10)와 공벽면 사이에 관통구멍(11)과 공벽사이의 공간부를 그 상하측의 공간부와 분리시켜 독립된 밀폐공간부(S)를 형성하는 부재이다.

이 폐압차단링(40)은 성형폭약(20)의 폭발시 방사구(13)로부터 토출되는 폭발력이 공의 상하 열려 있는 곳(=폐압차단링의 외부)으로 누출되지 않도록 순간적이나마 가두어 두는 울타리 기능을 하기 때문에, 폭발력이 밀폐공간부(S)내에서 암반절리대 또는 층리 쪽으로 폭발압력의 집중과 지속적인 작용이 가능하고, 또한 수압차단기능과 안전폭발이 이루어지게 하는 기능을 갖는다.

도3c에서 도시하는 바와 같이, 이 폐압차단링(40)은 몸체(10)와 공벽사이에 밀폐공간부(S)를 형성함에 있어서, 삽입홈(14)으로부터 빠져 나오지 않도록 적절한 크기로 제작되어지며, 이후 성형폭약(20)의 폭발시 유체가 유출되는 공벽의 개구부를 확개시켜 주는 도중에, 밀폐공간부(S)내에서의 폭발압력이 최대압력에 도달되면 이 플래스틱 재질의 폐압차단링(40)은 깨어져서 흩어지게 된다.

도3d에서 도시하는 바와 같이, 폭발작용이 완료되면 유체가 유출되는 지중속의 공벽면 개구부에 누두공을 형성하면서 이 개구부를 집중적으로 확개시켜 수평의 확개공이 형성되어 유체의 흐름을 원활하게 해주게 된다.

이러한 구조는 도2a에서 도시하는 것보다 외계와 차단된 상태에서 폭발되는 형태로 성형폭약의 폭발력이 분산되지 않고, 더한층 암반절리대의 유체의 유출통로 (P)쪽으로 집중됨으로써, 또한 지속적으로 작용함으로써 유출통로내 깊숙히 개구압력이 작용하면서 불순물질(I)들을 밀어내게 되어 더욱 효과적인 개구발파가 가능함을 밝혀 둔다.

한편, 상기 연결수단(50)은 몸체(10)와 몸체(10)사이의 연결과, 몸체(10)와 견인장치(W₁)의 견인줄(70)에 연결되는 구조로서, 몸체(10)간 상하단이 이동간 꼬이지 않도록 연결되는 일정길이의 사슬고리(51)의 구조로 이루어지는 것으로서, 몸체의 상하단부에 형성된 연결고리(12)와 견인줄(70)의 단부에 연결되는 구조부재이다.

한편, 발파모선(60)은 지상의 권취기(W₂)에 감겨 있다가 성형폭약(20)이 장전되어진 몸체(10)가 수직공(H)내 삽입되기 직전에 몸체(10)의 외부로 인출된 각선 (24)들에 각각 연결되는 것으로서, 폭발방사기의 연결수단인 사슬고리(51)내에 끼워져서 폭발방사기와 함께 수직공(H)내의 지중속으로 인입될 시 권취기(W₂)로부터풀려지며, 몸체가 지중속의 관정내 소정 위치에 셋팅되면 권취기(W₂)에 감겨 있는 발파모선(60)의 말단은 발파기에 연결된다.

본 고안의 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기의 제1실시예에 대하여 설명한다.

이 제1실시예는 그 몸체(10)의 구조가 도2a의 도시와 같이, 단순히 몸체의 중앙부에 관통구멍(11)이 형성되고, 몸체의 상하 양단부에 연결고리(12)가 일체로 고정되어진 구조로서, 그 관통구멍(11)내에 지발뇌관(23) 및 금속재 라이너(22)가 장착된 성형폭약(20)을 장전하고, 각선은 발파모선(60)에 연결되고, 발파모선은 발파기에 연결되어 폭발되게 하는 실시예이다.

각선(24)의 일단은 몸체의 상반부의 삽입구멍(15)을 통하여 관통구멍(11)내로 인출되어서 관통구멍의 외부에서 지발뇌관(23)에 연결되어 성형폭약(20)과 함께 관통구멍(11)내의 중앙부에 장전되며, 타단은 지상에서 발파모선(60)에 연결 설치되는데, 이 발파모선(60)은 폭발방사기와 함께 지중속의 관정내로 인입되면서 권취기(W₂)로부터 풀려지게 된다. 기타의 구조는 상술한 바와 같기 때문에 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이 실시예는 1단계의 폭발형태로 이루어지는 것으로서, 단순히 성형폭약(20)의 폭발력이 관통구멍(11)의 양단부에 부착된 커버(25)를 깨뜨리고 천공의 수직방향과 직각의 수평방향으로 폭발력이 집중되어 토출되는 실시예이다.

본 고안의 다른 실시예로서, 제2실시예에 대하여 설명한다.

이 제2실시예는 몸체(10)내 단순히 관통구멍(11)만이 형성된 제1실시예와 달리, 몸체(10)의 구조가 약간 변형된 형태로써, 도3a에서 도시하는 바와 같이, 몸체 (10)상에 추가적으로 관통구멍(11)으로부터 일정간격으로 이격되는 관형의 삽입홈 (14)이 관통구멍(11)을 중심으로 좌우 양측에 대칭되게 형성되고, 상기 삽입홈(14)에는 도3b에서 도시하는 바와 같이, 지발뇌관(31,32)을 장전한 원형의 추진용 장약 (30)과 플래스틱 재질의 폐압차단링(40)을 순차적으로 장착시킨 것으로서, 기타의 구성은 상기 제1실시예의 구성과 동일한 것임을 밝혀 둔다.

이 제2실시예는 2단계의 폭발형태로 이루어지는 것으로서, 도3c에서 도시하는 바와 같이, 삽입홈(14)내의 저부에 장전된 추진용 장약(30)의 1차폭발에 의하여 폐압차단링(40)이 지중속의 공벽면상에 밀착되어 몸체(10)와 공벽면 사이에 밀폐공간부(S)를 형성한 후에, 성형폭약(20)이 2차폭발되는 실시예이다.

이 제2실시예는 성형폭약(20)의 폭발력이 폐압차단링(40)에 의하여 외계로 누출되지 않도록 하면서 천공의 수직방향과 직각의 수평방향으로 폭발력이 방사되는 측면에서 상이하다. 따라서, 상기 제1실시예에 비하여 개구발파에 있어 더욱 효과적인 발파라 할 수 있다.

이들 제1실시예 및 제2실시예는 각각 깔대기 형상의 금속제 라이너(22)가 추가적으로 구비된 성형폭약(20)을 장착하여 폭발하는 형태를 가짐으로써 지중속의공벽면상의 개구부를 강력하게 타격하여 지중 수평공을 형성시킬 수 있음은 물론이다.

한편, 본 고안의 폭발방사기를 다수개 연결하는 형태로써, 도4에서 도시하는 바와 같이, 연결수단(50)에 의하여 일정간격으로 다수개의 몸체(10)들을 연결하여 설치한 다단계의 폭발이 가능한 폭발방사기에 대한 실시예로서, 순차적으로 다음 단계의 폭발방사기를 지중속의 수평공 형성이 요청되는 지점의 개구부에 위치시켜 반복적으로 폭발시킬 수 있도록 하는 형태로써 발파효과를 더욱더 증대시켜 주는 형태이다.

상기 다수개의 폭발방사기들을 사용하는 형태는 2가지의 형태로 나뉘어지는데, 첫번째는 연결수단(50)으로 일정한 간격으로 다수개가 연결되어 설치되어진 폭발방사기들이 각각 몸체(10)의 관통구멍(11)의 방향이 동일한 방향으로 설치되도록 한 제3실시예이다.

이러한 제3실시예는 지중속에서 공벽상의 동일 지점을 반복적으로 폭발시키는데 사용하는 실시예로서, 유체가 유출되는 통로가 확실히 확인된 경우에 사용되는 실시예이다.

둘째는, 연결수단(50)으로 일정한 간격으로 다수개가 연결되어 설치되어진 폭발방사기들이 최하단부의 폭발방사기들로부터 순차적으로 몸체(20)의 관통구멍(11)의 방향이 90°각도로 방향을 엇갈리게 설치되도록 한 제4실시예이다.

이러한 제4실시예는 지중속에서 방사상 방향으로 공벽을 폭발시키는 실시예로서 유체가 유출되는 통로가 불확실한 경우에 유체의 유출되는 확률을 증대시키기 위하여 사용되는 실시예이다.

즉, 이들 제3실시예 및 제4실시예에서 성형폭약(20)에 장전되는 지발뇌관 (23)으로부터 몸체 외부로 빠져 나오는 각선(24)들과, 후술하는 추진용 장약(30)에 장전되는 지발뇌관(31,32)으로부터 빠져 나오는 각선(33,34)들이 폭발방사기가 수직공(H)내 지중속으로 삽입되기 전에 지상에서 권취기(W₂)로부터 풀려지는 발파모선 (60)에 연결설치되는데, 각각의 폭발방사기마다 설치되는 각선들은 각각의 발파모선(폭발방사기마다 별도의 발파모선이 연결됨)에 연결되면서 수직공(H)내 하측으로 삽입되어진다.

이때, 발파모선(60)들이 성형폭약(20)이 장전되는 관통구멍(11)과 교차되지 않게, 관통구멍(11)의 방향과 90°각도의 몸체(10)의 외측 위치에서 연결수단(50)의 사슬고리(51)내를 각각 통과하여 연장되는 것이 바람직하다.

이는 관통구멍(11)으로 토출되는 폭발력에 영향을 받지 않게 하면서 폭발방사기들에 연결되는 발파모선(60)들이 꼬이거나 단선되지 않도록 하여 불폭을 방지하기 위함이다.

한편, 상기에서 연결수단에 의한 일정한 간격, 즉 인접하는 상하측의 폭발방사기들 사이의 간격은 순폭(감응폭발)을 고려한 거리를 가지면 되는데, 바람직하기는 최소 1m의 간격을 갖도록 하는 것이 좋다.

상기와 같이 구성되는 본 고안의 폭발방사기(지중 대포)들에 의한 개구발파는 폭발력의 방향성 및 지속성과, 노이만 효과에 의한 폭발압력의 집중성으로 폭발시 폭발력의 투사범위가 천공벽면의 일부 한정된 범위내에 집중 작용하여 지중속에서 수평의 누두공을 형성시키면서 공벽의 붕괴·함몰을 최소화하고, 그 폭발력에 의하여 개구부내로 깊숙히 개구압력이 작용하게 되어 유출통로상의 불순물질들을 밀어내게 된다.

또한, 폭발과 동시에 개구부내로 투사되는 폭발개스로 인하여 발생되는 거품(기포)이 개구부내에 주입되었다가 막혀 있던 유출통로를 터주면서 빠져 나오게 되는데, 그 때 유출통로상의 유체를 함께 끌어내는 사이폰 효과의 기능을 하게 되어 유체의 유출을 원활하게 해주게 된다.

이와 같은 폭발방사기는 연속시공과 반복사용을 위하여 다수개의 몸체(10)를 일정한 간격으로 필요한 수(바람직하기는 10개미만)만큼, 연결하여 순차적으로 장전 및 견인·거치시켜 수회에 걸쳐 반복하여 폭발시킴으로써, 암반절리대에서 유체의 유출통로에 대한 개구 확률을 극대화시킴은 물론, 시공의 효율성을 향상시킨 것으로, 이는 일명 '연발식 지중 대포'라고 요약 표현할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 폭발방사기를 이용하여 지중 수평공을 형성하기 위한 발파방법에 대한 기술구성에 대하여 도4 내지 도9를 참고로 하여 설명한다.

본 고안의 폭발방사기를 이용하여 지중 수평공을 형성하는 발파방법은, 지중속으로부터 유체를 채취하는 관정 부근의 지표면에서 금속제로 된 달걀형 폭발방사기의 몸체(10)의 중앙부 내부를 관통하는 수평의 관통구멍(11)내에 각선(24), 지발뇌관(23) 및 성형폭약 (20)을 장전하는 장전단계;

상기 성형폭약(20)이 장전된 폭발방사기의 몸체(10)의 연결고리(12)와 견인장치(W₁)의 견인줄(70)사이에 연결수단(50)을 연결하여 견인장치(W₁)의 구동에 의하여 폭발방사기를 매다는 현수단계;

견인줄에 매달린 폭발방사기를 하강시켜 천공구멍내 삽입직전에 몸체(10) 외부로 인출된 각선과 지상에 설치된 권취기(W₂)에 감겨 있는 발파모선(60)을 연결하는 연결단계;

몸체 외부로 인출된 각선에 연결되어진 발파모선과 폭발방사기를 함께 관정의 지중속 하부로 인입시켜 유체가 유출되는 개구부 위치로 하강시키는 하강단계;

지중내의 개구부에 위치된 폭발방사기의 성형폭약(20)을 폭발시켜 폭발력이 관통구멍(11)을 통하여 천공 벽면의 개구부쪽의 수평방향으로 집중되어 작용되게 하는 발파단계;

발파된 폭발방사기의 몸체(10)를 견인장치(W₁)로 승강시켜 회수하는 회수단계;로 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 본 고안의 폭발방사기를 이용하여 지중 수평공을 형성하는 발파방법은, 상기 발파단계에서 먼저 폭발방사기의 관통구멍(11)으로부터 일정 간격으로 이격된 관형의 삽입홈(14)에 장전된 지발뇌관 및 추진용 장약(30)을 1차폭발시켜, 추진용 장약을 전색하고 있는 플래스틱 재질의 폐압차단링(40)을 지중속의 천공구멍의 벽면상으로 근접 밀착시켜 외계와 차단시킨 후, 관통구멍(11)내에 장착된 성형폭약(20)을 2차폭발시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 발파단계에서 수직공(H)의 지중내 삽입되어진 복수개의 폭발방사기의 조립체를 사용하여 폭발시키는 경우에는 최하단부에 설치되는 폭발방사기부터 순차적으로 내리면서 동일한 위치 또는 방사상으로 수회에 걸쳐 폭발시킴을 특징으로 한다.

즉, 상기 발파단계에서 연결수단(50)으로 일정한 간격으로 연결되어 지중속에 설치되어진 다수개의 폭발방사기들은 각각 몸체(10)의 관통구멍(11)의 방향이 동일한 각도로 연결 설치되어진 폭발방사기를 단계별로 내리면서 일정한 위치에서 반복적으로 폭발시켜 지중내 공벽상의 개구부에 폭발력을 집중시키도록 한다.

또한, 상기 발파단계에서, 연결수단(50)으로 일정한 간격으로 연결되어 지중속에 설치되어진 다수개의 폭발방사기들은 최하단부의 폭발방사기들로부터 순차적으로 몸체(20)의 관통구멍(11)의 방향이 90°각도로 엇갈리게 연결 설치된 폭발방사기를 단계별로 내리면서 방사상으로 폭발시키도록 한다.

또한, 상기 발파단계시 지상에서 원격조정기에 의하여 지발뇌관을 점화시켜성형폭약(20)을 발파시킴을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 고안의 폭발방사기를 이용하여 지중 수평공을 형성하는 발파 시공순서에 대하여 설명한다.

먼저, 도4 및 도5에서 도시하는 바와 같이, 공장에서 제작되어 운반된 폭발방사기의 몸체(10)를 대차 또는 캐리어(C)상의 홀더에 거치시켜서 그 폭발방사기의 몸체(10)의 관통구멍(11)의 내부 공간부에 지발뇌관(23)·각선(24) 및 성형폭약 (20), 또한 금속제의 라이너(22)를 장전시킨다. 이때, 폭발방사기의 몸체(10) 구조의 형태에 따라 추진용 장약(30), 폐압차단링(40), 지발뇌관(31,32) 또는 각선 (33,34) 등을 추가적으로 장전시킨다.

이들 장전방법은 몸체(10)의 상반부쪽에서 관통구멍(11)의 중앙부로 관통되어진 각선 삽입구멍(15)에 각선(24)의 일단을 삽입하여 관통구멍(11)의 외부로 인출시켜 지발뇌관(23)들에 연결하고, 그 지발뇌관을 성형폭약(20)과 함께 관통구멍 (11)내의 중앙부로 장전시킨다. 한편, 각선의 타단은 삽입구멍으로부터 몸체의 외부로 인출시킨다.

마찬가지로 몸체(10)의 상반부쪽에서 삽입홈내로 관통되어진 각선 삽입구멍 (15)에 각선(33,34)의 일단을 삽입하여 삽입홈의 외부로 인출시켜 지발뇌관(31,32) 들에 연결하고 그 지발뇌관들을 추진용 장약(30)과 함께 삽입홈의 저부에 장전시키고, 폐압차단링(40)으로 전색시킨다. 한편, 각선의 타단은 삽입구멍으로부터 몸체의 외부로 인출시킨다.

상기와 같이 폭약이 장전된 이후에는 몸체의 삽입구멍으로부터 인출된 각선 (24)(33,34)과 삽입구멍(15)(16,17)의 틈사이에 실링재를 충진시켜 밀폐시키고, 관통구멍(11)의 양단부 몸체의 단턱부에 접착제로 커버(25)를 접착시킴으로써 모든 장전이 완료된다.

상기와 같이 폭발방사기의 몸체에 폭약장전이 완료된 이후에는 도5에서 도시하는 바와 같이, 대차 또는 캐리어(C)를 이용하여 관정의 위치로 폭발방사기를 이동시켜 견인장치(W₁)의 견인줄의 연결고리에 폭발방사기의 상단 연결고리를 걸어 현수시킨다.

첫번째의 폭발방사기를 현수시킨 이후에 그 다음의 폭발방사기를 관정위치로 이동시켜 연결수단인 사슬고리를 상측 폭발방사기의 하단 연결고리에 연결하고 연결된 사슬고리의 하단 연결고리에 하측의 폭발방사기의 상단 연결고리를 연결하여 현수시킨다.

상기와 같이 견인장치(W₁)의 견인줄과 폭발방사기 사이의 연결 및 폭발방사기 간의 연결작업과 현수작업을 반복함으로써 수개의 폭발방사기를 수직공(H)의 상부에 현수시키게 된다.

도6에서 도시하는 바와 같이, 수직공(H)의 상부에 현수된 최하단의 폭발방사기를 하강시켜 관정의 수직공(H) 입구 위치에 정지시켜 폭발방사기의 몸체의 상반부로부터 외부로 인출된 각선들을 발파모선(60)에 연결시키고, 연결작업이 끝난 폭발방사기는 수직공(H)내 지중속으로 삽입하여 하강시키고, 그 다음에 현수되어진 폭발방사기를 다시 수직공(H)의 입구에 위치시키고, 다시 각선들과 발파모선을 연결하는 연결작업과 수직공(H)내 지중속으로 삽입하여 하강시키는 단계를 반복적으로 실시한다.

이때, 발파모선(60)은 수직공(H)내 지중속의 하측부로 하강되는 폭발방사기의 몸체(10)와 함께 지중속으로 인입되도록 권취기(W₂)로부터 풀려진다. 한편, 복수개의 폭발방사기의 조립체인 경우에는 각선들이 설치된 폭발방사기마다 각각의 발파모선(60)들에 연결 장착되므로 즉, 여러개의 발파모선들이 발파기에 연결되므로이들을 잘 구별하여 연결설치함을 특히 유의하여야 한다.

폭발방사기의 각선들이 발파모선과의 연결작업이 완료되면, 도7에서 도시하는 바와 같이, 현수되어 수직공(H)내 지중속으로 삽입된 폭발방사기를 하강시키는 단계로서, 견인장치(W₁)의 견인줄(70)을 풀어내려서 수직공(H)내에 삽입된 폭발방사기를 지중내 소요지점의 개구부 위치까지 하강시킨다. 이때 각선(24)(33,34)들을 연결한 발파모선(60)들이 폭발방사기의 하강위치까지 함께 풀려져서 지중속으로 인입되며, 폭발방사기들이 폭발되어질 개구부의 위치에 셋팅되면 발파모선들을 발파기들에 연결시켜 발파준비를 완료한다.

다음 단계는 발파단계로서, 도4 및 도8에서 도시하는 바와 같이, 발파기로 지발뇌관을 점화시킴으로써 성형폭약(20)을 폭발시켜 그 폭발력이 관통구멍의 양단부에서 수평방향으로 집중되게 토출됨으로써 지중속의 공벽상에 수평의 누두공을 형성하면서 유체의 유출통로인 개구부를 확개 발파시키게 된다.

도2a에 도시된 제1실시예의 폭발방사기를 사용하여 폭발시키는 경우에는 단순히 성형폭약(20)만을 폭발시키면 되기 때문에, 그 발파방법에 있어서 각선을 설치하여 발파기에 의하여 점화시킬 수도 있으나, 각선을 설치하지 않고서도 지상에서 원격조정기에 의하여 지발뇌관을 점화시켜 성형폭약(20)을 폭발시킬 수도 있음을 밝혀둔다.

한편, 도3a에 도시된 제2실시예의 폭발방사기를 사용하여 폭발시키는 경우에는 먼저 추진용 장약(30)을 1차폭발시켜 폐압차단링(40)을 먼저 공벽으로 밀착시켜 외계와 차단시킨 다음에, 2차적으로 성형폭약(20)을 폭발시키게 되므로 각선들을 설치하여 발파기에 의하여 점화시켜야 한다.

상기의 제1실시예 및 제2실시예는 1개의 폭발방사기만에 의하여 폭발시키는 경우이나, 복수개의 폭발방사기들의 조립체를 사용하여 폭발시키는 경우에는 순차적으로 최하단부의 폭발방사기로부터 순차적으로 내리면서 동일한 위치 또는 방사상으로 재차 폭발을 시킬 수 있는데, 그 폭발형태는 2가지가 있다.

즉, 도4에 도시된 제3실시예의 성형폭약이 장착된 폭발방사기들의 몸체(10)의 관통구멍(11)이 폭발방사기들마다 각각 동일한 방향으로 설치된 경우로서, 유체의 유출되는 지점을 확실히 확인할 수 있는 경우에 지중속 공벽의 동일한 위치에서 반복적으로 폭발시켜 폭발력을 집중시키고자 할 때 사용하는 것이다.

또한, 도시하지는 않았으나, 제4실시예로서, 성형폭약이 장착된 폭발방사기들의 몸체(10)의 관통구멍(11)들이 상단 폭발방사기들로부터 순차적으로 각각 90°각도로 엇갈리게 설치된 경우로서, 유체의 유출지점이 정확히 확인되지 않은 경우에 지중속의 공벽면에서 방사상의 방향으로 폭발시키도록 할 때 사용하는 것이다.

이들 제3실시예 및 제4실시예는 폭발방사기의 수만큼 여러 차례 반복적으로 폭발시키는 형태에서 사용하게 된다.

도9에서 도시하는 바와 같이, 폭발방사기의 폭발이 완료되어 지중내 수평공을 형성한 이후에는 수직공(H)내 지중속에 위치된 견인줄(70)에 지지되어 있는 폭발방사기와 권취기(W₂)로부터 지중속으로 인입되어 풀려진 발파모선(60)들을 승강시켜 지표면의 외부로 들어내어 폭발방사기의 몸체를 회수하게 되며, 재발파를 위하여 성형폭약 등을 장전하여 다시 사용할 수 있게 된다.

상기와 같이 폭발방사기를 이용하여 지중 수평공을 형성하는 발파방법은 폭발력 집중기능, 폭발력 지속작용 기능과, 가스 또는 물에 의한 거품발생으로 내부의 유체를 함께 끌어내는 사이폰 효과의 조성 기능을 갖는 폭발방사기들을 수직공 (H)내 지중속으로 삽입시켜 폭발시킴으로써, 폭발력의 투사범위가 지중속 천공벽면의 일부 한정된 범위내에 집중 작용하여 수평의 누두공을 형성시키면서 그 폭발력에 의하여 개구부내로 깊숙히 개구압력이 작용하여 유출통로상의 불순물질들을 밀어내어 유체의 유출을 원활하게 해주게 된다.

상기와 같은 폭발방사기를 이용하여 지중 수평공을 형성하는 발파방법은 힘의 작용과 반작용에 의한 평형과 폭발력의 방향성을 갖는 공내 폐쇄형 발파형태로 압력집중의 폭발효과, 노이만 효과(Neumann effect)를 응용하여 발파시키는 것으로서, 최소 장약으로 소요 폭발력을 제공함으로써 수직공(H)의 지중속 공벽면의 개구부에 폭발력이 집중 작용되어서 개구부를 확개시켜 주게 된다.

한편, 폭발력에 의하여 지중속의 공벽면에서 수평으로 원추형의 누두공, 즉 수평확개공이 원형으로 형성됨으로써 지중속의 공벽의 지지력 강화 및 붕괴를 방지하고, 그 폭발력이 공벽의 필요한 최소한의 부위(절리 및 층리등 부위)에 작용하게 되는 암반의 역학적 성질에 의하여 수직공(H)이 함몰되거나 붕괴되는 것을 방지하여 주게 된다.

또한, 성형폭약의 폭발력의 집중원리를 응용한 전차의 철갑을 뚫는 대전차 고폭탄의 경우(철판 35㎝까지 관통)와 마찬가지로, 지중속의 지반(암반) 또는 지반(암반)의 절리 및 층리에 개구압력이 강력하게 작용하여 지속적으로 유체의 유출통로 깊숙히 침투함(영향권:수십m)으로써 개구발파의 목적인 기존 개구부의 확장, 공간의 확보로 지하수, 석유 등의 유체를 다시 용출시키게 되어 관정을 재생시켜 주게 된다.

지중속의 한정된 천공벽면상에서 원추형의 수평 확장공(보조공)을 형성시킴으로써 수직공의 함몰·붕괴가 미연에 방지되고, 공중(孔中)에서 폭발하는 방식과 같은 폭발압력의 손실 또는 천공의 훼손이 없으므로 20%정도의 소량의 폭약으로도 더 큰 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 폭발도움기구인 폭발방사기를 이용하여 폭약의 장전, 수직공(H)내 삽입 등 작업속도의 신속성과, 시공의 용이성을 제공함으로써, 1회 장전으로 수회의 발파시공이 가능할 뿐만 아니라, 반복적인 재활용이 가능하여 본 고안의 지중 수평공을 형성하는 개구발파의 실효성이 확보된다.

상기와 같이 구성된 본 고안은 종래기술의 단점을 완벽히 해결하도록 하는 폭발방사기를 이용하여 지중 수평공을 형성하기 위한 발파방법을 제공함으로써, 수직공의 지중속 공벽면에서 폭발력이 작용되는 범위를 최소한의 범위로 집중시키고, 몸체의 관통구멍내 한정된 약실 공간에서 또는 외계와 폐쇄·차단되어진 폐쇄상태에서 방향성을 갖는 폭발을 유도함으로써, 폭발시 천공방향에 직각방향으로 폭발력을 집중 작용시키고, 또 폭발압력의 지속적 작용(압력지속시간의 배가)을 유지시킴으로써 지중내 필요한 공벽부위에 강력하고도 집중적인 압력을 가하게 되어 수직공의 공벽면의 붕괴를 방지하면서 안정적인 지중 수평공을 형성하는 개구발파가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 고안은 최소의 장약으로 최대의 폭발압력을 지속적으로 작용시켜 폐쇄영역내의 수직공(H)내 지하수가 물대포의 역할을 수행함으로써 고압가스와 고압수가 동시에 작용하여 최소의 장약으로 최대 폭발압력을 제공·유지시켜 유체의 유출통로에 깊숙히 장시간동안 개구(開口)응력의 전달(유압작용시 수십m까지 영향력을 발휘)작용을 하므로 유체의 유출을 원활하게 해주는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 지하수공, 온천수공, 천연가스 및 석유시추공의 기존의 관정에서 장기간 유체를 채취하는 도중에 관정의 지중내에서 유출되는 유체량이 감소되거나 통로가 막혀 고갈되어진 경우 별도로 재천공을 하지 않고서도 그 천공 구멍을 활용하여 기존의 밀폐된 유체통로를 열어 유출량을 증가시켜 관정을 재생시킴으로써, 추가 천공에 따른 천공비용은 물론, 더 큰 부대시설·설비의 이전·재설치 등에 따른 비용의 손실을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 경제성이 뛰어난 효과가 있다.

또한, 본 고안은 지하수공, 온천수공, 천연가스 및 석유시추공의 새로운 시추공을 개발하는 경우에 부존되어진 지중속의 위치에서 폭발력이 수평으로 작용하는 방향성과, 반복적인 재발파, 방사상 방향의 발파가 가능하기 때문에 지중내에서의 발파효과의 유효범위를 확대시켜 천공·시추의 성공확률, 즉 개구(開口)확률을 극대화시켜 주는 효과가 있다.

또한, 본 고안의 폭발방사기는 강도가 큰 금속재질의 몸체로 성형되어 있기 때문에 재활용이 가능할 뿐만 아니라, 수회의 연속시공을 가능케 하여 장전속도의 배가로 연속적 시공이 가능케 되어 시공의 효율성은 물론, 수압등에 의한 불폭·반폭등 우려가 없고, 또한 취급이 안전하여 발파의 안전성을 증대시켜 주는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 환경성을 고려한 기술로서, 지하수의 채취, 석유 또는 가스의 채굴을 위하여 지반을 무분별하게 천공하게 되는 천공 남발로 인하여 그 천공구멍을 통한 지중환경의 오염을 최소화시키고, 또한 천공·시추의 남발을 억제시켜 주게 되므로 환경 보전에도 기여하는 효과가 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 고안은 폭발시 폭발력의 방향성과 집중성, 지속성을 갖도록 제작된 폭발방사기에 의하여 폭발력의 집중원리를 응용하여 지중내 수평공을 형성 및/또는 지중 공벽면의 개구부를 확개시켜 줄 뿐만 아니라, 1회의 장전으로 수회의 폭발효과와 반복적으로 재활용이 가능하기 때문에 시공의 효율성 및 경제성을 증대시켜 주는 우수한 기술이다.

Claims (15)

1. 중앙부 소정위치에 관통구멍(11)이 수평하게 형성되고, 상하 양단부에 각각 연결고리(12)가 구비되어 상기 관통구멍을 감싸면서 일정 크기의 단면형태를 갖는 금속재질의 몸체(10)와, 상기 몸체의 관통구멍(11)의 내부 공간부에 장착되는 지발뇌관(23) 및 성형폭약(20)과, 상기 몸체(10)의 상하단부에 적어도 어느 일측에 구비되어 견인줄(70)에 연결되는 연결수단(50)으로 구성되어서, 관통구멍내에 장착된 성형폭약(20)의 폭발력이 관통구멍(11)을 통하여 수평방향으로 일정 위치에 집중되게 작용되도록 한 것을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
2. 제1항에 있어서, 상기 몸체(10)상에는 관통구멍(11)으로부터 일정간격으로 이격되는 관형의 삽입홈(14)을 형성하고 그 삽입홈(14)에 지발뇌관(31,32)이 장전된 추진용 장약(30)과 플래스틱 재질의 폐압차단링(40)을 순차적으로 장착한 구성을 더 포함함을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 몸체(10)의 형태는 수직공(H)내 삽입시 상하 좌우 이동간 유체와의 마찰저항이 적도록 달걀형으로 형성된 것임을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 몸체(10)의 폭두께는 삽입되어지는 수직공(H) 직경의 80∼90%의 크기로 형성된 것임을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 몸체(10)의 상반부에 지발뇌관(23) 및 성형폭약(20)이 장전되는 관통구멍(11)의 중앙부로 연통되는 각선(24)의 삽입구멍 (15)이 형성된 것을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
6. 제2항에 있어서, 상기 몸체(10)의 상반부에 추진용 장약(30)이 장전되는 삽입홈(14)으로 연통되는 각선(33,34)의 삽입구멍(16,17)이 형성된 것을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 몸체(10)는 그 중량이 50∼500㎏의 중량범위를 갖는 것을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형폭약(20)은 그 좌우측단부의 단면형태가 중앙부를 향하여 움푹 들어가는 원추형 홈(21)이 형성된 것임을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형폭약(20)의 좌우 양단에 형성된 원추형 홈(21)의 외면에 각각 깔대기 형상의 라이너(22)가 장착되는 구성을 더 포함함을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형폭약(20)의 장약량은 0.1∼1㎏의 범위를 갖는 것임을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형폭약(20)이 장전된 관통구멍(11)의 양단에 형성된 몸체(10)의 단턱부에 접착제로 커버(25)를 부착시킨 것을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연결수단(50)은 몸체(10)의 상하단이 이동간 꼬이지 않도록 하는 사슬고리(51)의 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
13. 제1항에 있어서, 상기 폭발방사기는 연결수단(50)을 통해 다수개가 일정간격으로 연결되어 하나의 조립체로 완성되어 설치되는 것을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
14. 제13항에 있어서, 상기 폭발방사기들은 각각 몸체(10)의 관통구멍(11)의 방향이 동일한 방향으로 조립되어서 설치되는 것을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.
15. 제13항에 있어서, 상기 폭발방사기들은 최하단부의 폭발방사기들로부터 순차적으로 몸체(20)의 관통구멍(11)의 방향이 90°각도로 엇갈리게 조립되어서 설치되는 것을 특징으로 하는 지중 수평공을 형성하기 위한 폭발방사기.