KR20070008199A - 수직터널의 선진갱 확갱장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직터널의 선진갱 확갱장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 터널 및 장대터널등에 설치되는 환기갱 및 작업구를 확갱할 수 있도록 고유의 굴착장치를 이용한 수직터널의 선진갱 확장장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 수직터널의 선진갱 확갱장치에 의하면, 수평터널에서 수직으로 천공하기 위한 RBM공법, RC공법, Drill & Blast 공법 중 어느 한가지의 공법에 의해 ø2m - 3m 크기로 천공하여 선진갱을 형성시킨 수직터널을 확갱하는 확갱장치로서, 상기 선진갱의 상측 입구에 기계실을 설치되고, 상기 기계실에는 다수개의 호이스트가 설치 되어 있으며, 상기 기계실의 제어를 받는 확갱장치는 상기 기계실에 연결되어 상기 확갱장치를 상하로 작동시키도록 다수개의 윈치가 장착되어 있는 상부플렛폼과, 상기 상부플렛폼의 하부에 위치하여 선진갱에 장약공 및 무장약공을 천공하고, 발파 후 버럭을 처리하기 위하여 360도 선회하는 하부작업대를 포함하여 이루어지므로서 달성된다.

확갱, 수직터널, 선진갱, 발파, 버럭

Description

수직터널의 선진갱 확갱장치{shaft enlargement machine}

도 1은 본 발명에 따른 확갱장치를 이용하여 확갱을 수행하는 것을 도시한 작업상태도.

도 2는 본 발명에 적용된 기계실을 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 적용된 확갱장치를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 적용된 드릴가이드를 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 적용된 발파기법을 도시한 도면.

도 6은 발파 전 확갱장치를 상부로 도피시킨 상태를 보인 도면.

도 7은 발파 후 확갱장치를 하부로 하강시킨 상태를 보인 도면.

도 8은 본 발명에 적용된 확갱장치의 유압회로도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10: 기계실 12: 프레임

100: 선진갱 200: 확갱장치

210: 상부플렛폼 212: 윈치

214: 파워플랜트 216: 리프트

220: 하부플렛폼 230: 드릴가이드

232: 드릴머신 234: 제 1프레임

236: 제 1유압실린더 237: 제 1로드

238: 드릴머신몸체 240: 버켓붐

242: 버켓 244: 서포터

300: 확장갱

본 발명은 수직터널의 선진갱 확갱장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 터널 및 장대터널등에 설치되는 환기갱 및 작업구를 확갱할 수 있도록 고유의 굴착장치를 이용한 수직터널의 선진갱 확장장치에 관한 것이다.

오래 전부터 광산에서는 자재 및 작업인원의 입출갱용 수직구 내지 환기목적의 수직구가 횡갱도와 함께 굴착되었고, 특히 양수발전소에서는 전기사용이 적은 시간대에 대용량 원자력 및 화력발전소에서 생산된 여유전력으로 물을 상부저수지로 양수하였다가 전기소비가 많은 시간대에 물을 하부로 방류시키면서 전기를 생산하는 수직형태의 수압터널이 건설되고 있다.

최근에는 철도 및 도로시설의 확충 내지 변형에 따라 장대터널의 건설이 급증하고 있으며, 이에 따라 공사기간의 단축 등을 목적으로 굴착하는 작업갱 및 환 기목적의 수직구의 시공이 점차늘고 있다.

그러나, 이러한 종류들의 수직구를 시공하기 위해서는 다양한 굴착장비가 적용되어야 하나, 국내에서는 새롭게 개발되는 기계화 장비보다는 기존의 구식장비에 맞추어 설계 및 시공되고 있어 공사기간의 장기화 등으로 시공비용이 상승하는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 지름이 작은 소단면의 선진갱를 천공하고, 확갱장치를 이용해 ø7mm 이상의 대구경 수직터널로 확갱할 수 있는 수직터널의 확갱장치를 제공하는데 있다.

하나의 바람직한 실시 양태에 있어서 본 발명에 따른 수직터널의 확갱장치는 천공, 발파, 버럭반출, 라이닝타설을 반복하여 한번 굴착하는데 있어서 3m 깊이를 기준으로 선진갱을 천공한 후 하향식 굴착방법으로 수직터널의 입구에 윈치를 설치하고, 윈치에 의해 상승 및 하강하는 플렛폼이 설치된다.

본 발명의 확갱장치는, 플렛폼에 설치되어 토사의 굴착 및 버럭처리를 수행한다.

본 발명의 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 되고, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수평터널에서 수직으로 천공하기 위한 RBM공법, RC공법, Drill & Blast 공법 중 어느 한가지의 공법에 의해 ø2m - 3m 크기로 천공하여 선진갱을 형성시킨 수직터널을 확갱하는 확갱장치로서, 상기 선진갱의 상측 입구에 기계실을 설치되고, 상기 기계실에는 다수개의 호이스트가 설치 되어 있으며, 상기 기계실의 제어를 받는 확갱장치는 상기 기계실에 연결되어 상기 확갱장치를 상하로 작동시키도록 다수개의 윈치가 장착되어 있는 상부플렛폼과, 상기 상부플렛폼의 하부에 위치하여 선진갱에 장약공 및 무장약공을 천공하고, 발파 후 버럭을 처리하기 위하여 360도 선회하는 하부플렛폼을 포함하여 이루어지므로서 달성된다.

또한, 상기 호이스트 중의 어느 하나는 리프트가 장착되어 상기 상부플렛폼을 향하여 상하로 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부작업대에는 상기 선진갱에 장약공 및 무장약공을 천공하기 위한 드릴머신이 장착되어 있고, 상기 드릴머신의 작업위치를 변경시킬 수 있도록 다수개의 관절로 이루어지고, 유압실린더에 의해 작동하는 드릴가이드가 장착되어 있으며, 발파된 토사를 버럭처리 하도록 버켓이 장착된 버켓붐을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 드릴가이드에는 천공작업시 상기 드릴가이드를 고정시키는 고정비트가 선단에 다수개로 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 드릴머신은 유압력에 의해 회전하되, 회전시 드릴을 안내하는 가 이더에 의해서 회전안내를 받는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 드릴은 35mm - 72mm의 굴착경을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 드릴머신은 3.2m - 7.2m 사이의 작업반경을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도면에 걸쳐 기능적으로 동일하거나, 유사한 부분에는 동일한 부호를 부여한다.

도 1은 본 발명에 따른 확갱장치를 이용하여 확갱을 수행하는 것을 도시한 작업상태도이다.

먼저, 본 발명에 적용되는 선진갱(100)을 천공하기 위한 천공공정에 대하여 간략히 설명하면, 통상 선진갱(100)을 천공하기 위한 굴착공법은 크게 하향식 굴착공법과 상향식 굴착공법으로 나뉘며 특히 본 발명에 적용될 수 있는 하향식 굴착공법은 드릴 앤 블라스트(Drill & Blast)와 같은 숏스텝(Short Step)공법으로 1스텝을 1.2mm - 2.5m로 짧게 굴착 후 즉시 복공하는 방법으로 지반이 양호한 구간은 지보공이 필요 없고 배치플렌트(Batch Plant)설비가 필요하다.

상향식 굴착 공법을 적용하는 경우 RC(Raise Climber)공법을 적용하며, 스웨덴 알리막(ALIMAK)사에서 개발한 알리막RC(Alimak Raise Climber)을 사용하여 대략 단면적 3m의 파이롯갱을 상향으로 천공, 발파에 의해 선시공 후 하향으로 확공 발파하여 굴착하는 방식을 취한다.

또한, RBM(Raise Boring Machine)공법을 적용할 수 있으며, 이는 소구경 유도공을 하향 천공 후 회전, 압쇄에 의해 직경 2.4m - 3m로 상향 확공하고 소요 단면적이 클때는 하향으로 추가 발파를 시행하여 확공하는 방식을 취하고, 위와 같은 선진갱(100)을 굴착공법을 적용하기 위하여는 먼저 버럭반출의 용이성, 용수처리, 시공성 및 경제성공사기간, 안전성, 지반상태 등을 다각적으로 고려해야 함은 당연하다.

바람직하게 통상적으로 적용되는 선진갱(100) 굴착공법 중 RBM공법을 일예로 설명한다.

먼저, 유도공 천공을 위하여 지하환기소 굴착 완료 후 수직갱 하부에 기계실(Machine Room)을 설치하여 RBM을 안착시킨 후 소구경(ø 311mm)의 드릴로 굴착하면서 드릴파이프를 연속적으로 연결하여 유도공을 관통시키고, 유도공 천공이 완료되면 하부 지하환기소에서 드릴을 제거한 후 리머(Reamer)를 부착하여 상향으로 끌어올리면서 확공시킨다.

이때, 굴착원리는 유압에 의한 트러스트와 회전토크의 합성으로 이루어지며 암석파쇄는 리머에 장착된 커터의 압축과 회전력을 가하여 암반에 균열과 파쇄를 일으켜 선진갱(100)의 시공을 완료하게 되고, 라이닝 및 중간 격벽 내지 콘크리트의 연속 타설은 통상적으로 적용되는 공법에 의하며, 최종단면은 발파공법으로 상부에서 하부로 확공실시되며 버럭처리는 기굴착된 선진갱(100)을 통해 수평터널에서 처리된다.

이를 위한, 수직터널의 선진갱 확갱장치는 수평터널에서 수직으로 천공하기 위한 RBM공법, RC공법, Drill & Blast 공법 중 어느 한가지의 공법에 의해 ø2m - 3m 크기로 천공하여 선진갱(100)을 형성시킨 수직터널을 확갱하는 확갱장치(200)로서, 상기 선진갱(100)의 상측 입구에 기계실(10)을 설치되고, 상기 기계실(10)에는 다수개의 윈치(212)가 설치 되어 있으며, 상기 기계실(10)의 제어를 받는 확갱장치(200)는 상기 기계실(100)에 연결되어 상기 확갱장치(200)를 상하로 작동시키는 상부플렛폼(210)과, 상기 상부플렛폼(210)의 하부에 위치하여 선진갱(100)에 장약공 및 무장약공을 천공하고, 발파 후 버럭을 처리하기 위하여 360도 선회하는 하부플렛폼(220)을 포함한다.

선진갱(100)은 전술한 다양한 공법에 의해서 미리 시공된 갱도로서, 후술하는 버럭을 처리하기 위한 투출구의 역할을 동시에 수행한다.

선진갱(100)의 상부에 기계실(10)이 설치되어 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 기계실(10)은 프레임(12)으로 조립되어 있다.

한편, 기계실(10)을 설치하기 전 인력에 의해 선진갱(100)은 ø7m 의 넓이로 확갱하는 1차 확갱공정을 수행된다.

이는 후술하는 기계실(10) 및 확갱장치(200)를 설치하기 위한 것으로, 1차 확갱공정은 인력에 의한 터파기와 같은 모습으로 ø7m 의 둘레와 깊이를 갖추게 되고, 이렇게 1차로 확갱된 선진갱(100)의 상부로 프레임(12)을 결합시켜 기계실(10)을 설치한다.

기계실(10)은 후술하는 확갱장치(200)를 상하로 작동하도록 제어하는 역할과 선진갱(100)을 보호하는 지붕의 역할을 수행한다.

여기에는 다수개의 윈치(212)가 장착되어 있고, 윈치(212)는 바람직하게 3개가 설치되어 있으며, 모터와, 프레임, 와이어(w) 권취된 드럼, 감속기로 구성되어 있고, 특히 모터는 30kw X 440v X 4P로서 ED 25% 이상인 고기동토크모터가 적용되며, 동력이 차단되면 브레이크가 작동되는 형식이 적용됨이 바람직하다.

더욱 바람직하게 윈치 중 3개는 확갱장치(200)와 연결되어 있으며, 1개는 후술하는 리프트(216)에 연결되어 있다.

위와 같이 기계실(10)이 설치되고, 1차 확갱된 확장갱(300)으로 확갱장치(200)가 투입되면 확갱장치(200)에 의해 장약공과 무장약공을 천공하여 장약하여 발파하는 발파공정을 수행하게 된다.

이를 위하여 확갱장치(200)는 전술한 기계실(10)에 매달리는 구조로 이루어지며, 하향으로 하강하여 발파공정을 위한 준비를 한다.

특히, 도 3에 도시된 바와 같이 확갱장치(200)는 상부플렛폼(210)과, 상기 상부플렛폼(210)의 하부에 위치하여 선진갱에 장약공 및 무장약공을 천공하고, 발파 후 버럭을 처리하기 위하여 360도 선회하는 하부플렛폼(220)으로 이루어져 있다.

바람직하게 상부플렛폼(210)은 반경 6.5m로 이루어진 구조물로서, 파워플랜트(214)가 설치되어 각종 유압장치, 전기장치에 동력을 공급하며, 낙하물로부터 작업자를 보호하는 역할을 수행한다.

바람직하게 2개의 윈치(212)는 전술한 기계실(10)에 연결되어 있어 발파시 확갱장치(200)를 상부로 도피시키는 역할과, 작업자 내지 각종 장비를 상, 하부플렛폼(210, 220)으로 공급시키는 역할을 수행한다.

하부플렛폼(220)은 상부플렛폼(210)에 수직으로 축이음되어 있으며, 반경 3.5m의 작업공간을 확보하고 있고, 여기에는 발파를 위한 드릴가이드(230)와 버켓붐(240)이 장착되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 드릴가이드(230)에는 선진갱(100)에 장약공 및 무장약공을 천공하기 위한 드릴머신(232)이 장착되어 있고, 드릴가이드(230)는 드릴머신(232)의 작업위치를 변경시킬 수 있도록 다수개의 관절로 이루어지고, 유압실린더에 의해 작동하는 특징으로 가지고 있다.

드릴가이드(230)은 하부플렛폼(220)에 수평으로 설치되되, 360도로 선회가능하게 설치되어 있는 제 1프레임(234)과, 제 1프레임(234)에 힌지 결합되어 있는 제 1유압실린더(236)와, 제 1유압실린더(236)의 몸체에 결합되어 제 1로드(237)의 작동에 의해 90도의 각도로 회동하는 드릴머신몸체(238)로 이루어져 있다.

제 1프레임(234)은 전후로 작동하여 최대 4m의 반경을 가지고 있으며, 전술한 축이음된 축선상에 회전가능하게 위치하고 있고, 전술한 드릴가이드(230)는 최대 7.2m의 작업반경을 가지고 있으며, 특히 감속기에 의해 0.1rpm의 속도로 선회한다.

이를 위하여 제 1프레임(234)의 선단으로는 제 1유압실린더(236)의 몸체가 힌지(h)에 의해 회동가능하게 결합되어 있으며, 결합된 위치는 다양하게 변형가능하여 작업반경을 변경시킬 수도 있다.

제 1유압실린더(236)는 드릴머신(232)가 장착된 드릴머신몸체(238)에 결합되어 있으며, 제 1로드(237)의 작동에 따라 전술한 힌지(h)를 지점으로 90도의 각도로 회동한다. 이 역시 다양하게 회동시켜 작업반경을 변경시킬 수도 있다.

드릴머신몸체(238)은 드릴머신(232)과 항시 수평을 이루고 있으며, 드릴머신(232)에 탑재될 드릴(232a)을 항시 일방향으로 안내하는 역할을 수행한다.

특히, 본 발명에 적용되는 드릴머신(232)은 220/440v의 사용전압으로 150 - 195 ㎏f/㎠의 사용전압과 압력을 갖는 유압펌프에 의해 작동되며 토출압은 16 - 45cc/rev, 굴착경은 35 - 72mm, 굴착깊이는 3.3m의 성능을 가지고 있다.

드릴(232a)은 회전수 0 - 300rpm, 175N의 회전력을 가지고 있어 암반도 쉽게 천공할 수 있다.

또한 천공작업시 드릴(232a)을 고정하기 위하여 고정비트(239)가 드릴머신몸체(238)의 선단에 설치되어 있다.

이는 확장갱(300)의 천공작업전 측면에 고정되어 드릴머신몸체(238)의 흔들림을 방지하여 정확한 천공위치에서 작업이 수행되도록 한다.

다시, 도 4에 도시된 바와 같이 드릴머신몸체(238)는 파워플랜트(214)에서 다양한 각도와 길이로 제어하여 발파를 위한 장약공 및 무장약공을 천공한다.

드릴머신(232)에 의해 천공된 장약공 및 무장약공은 계획된 발파 기법에 따라 배치되며, 바람직하게는 도 5에 도시된 바와 같다.

즉, 천공계획은 예정된 굴착예정선을 따라 다수개의 장약공 및 무장약공을 천공하여 선진갱(100)에 인공적인 파단면을 형성시키며, 당연하지만 무장약공에는 장약을 하지 않고, 자유면과 굴착예정선 사이에 장약공을 천공시켜 장약하여야 하며, 특히 발파 후 버럭처리의 편리함을 위해 장약공과 무장약공 사이에 일정한 경사를 이루도록 천공한다.

위와 같이 발파준비가 종료되면 도 6에 도시된 바와 같이, 확갱장치(200)를 윈치(212)에 의해 상부로 끌어올리고, 작업자 및 각종 장비는 전술한 리프트(216)에 탑승 내지 탑재시켜 도피시키고, 발파공정을 수행한다. 이때, 발파되는 선진갱(100)의 깊이는 3m - 4m 사이가 적당하다.

계속하여 발파로 인한 분진 및 가스가 제거되면 다시 확갱장치(200)를 도 7에 도시된 바와 같이 하강시킨다.

하강된 확갱장치(200)는 토사로 변형된 암석 등을 버럭처리하여 선진갱(100)으로 투입하여 외부로 반출하여야 한다.

이러한 버럭처리를 수행하는 버럭공정은 확갱장치(200)에 설치된 버켓붐(240)에 의해서 달성된다.

버켓붐(240)은 유압셔블을 응용한 것으로 자유롭게 360도회전이 가능하고, 버켓(242)에 의해서 토사를 퍼올려 선진갱(100)으로 투입하여 반출한다.

도시된 바와 같이, 버켓붐(240)은 드릴가이드(230)의 하측에 위치하고 있으며, 축이음된 축에 회전가능하고, 버켓(242)에 의한 버럭작업시 버켓붐(240)을 안정시키는 서포터(244)가 장착되어 있다.

이러한 서포터(244)는 제 2유압실린더(246)에 의해 작동되어 암벽에 견고히 고정되고, 위와 같은 확갱장치(200)는 도 8에 도시된 바와 같은 유압회로에 의해서 정밀하게 작동한다.

한편, 확갱장치(200)는 통상 10.9ton 이상의 고장력볼트와 너트에 의해 걀합되어 있으며, 기타 연결핀과 같은 종류는 SCM재질을 적용시켜 다양한 충격에 견디도록 한다.

그리고, 위와 같은 발파공정과 버럭공정을 반복적으로 수행하여 확장갱(300)을 완성시켜 소망하는 수직터널을 완성한다.

즉, 전기 설명으로부터 명확해지듯이, 이 발명은 수직터널의 선진갱 확갱장치를 제공하여 선진갱(100)의 확갱을 무리없이 완전하게 이루어지게 한다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직터널의 선진갱 확갱장치에 의하면, 지름이 작은 소단면의 선진갱를 천공하고, 확갱장치를 이용해 ø7mm 이상의 대구경 수직터널로 확갱할 수 있는 수직터널의 확갱장치를 제공하여 수 입에 의존하고 있는 확갱장치를 국산화시켜 수입대체효과와 복잡한 시공이 적용되는 확갱공법을 쉽게 시공할 수 있어 시공의 신뢰성이 월등하게 향상되는 작용효과가 있다.

Claims (7)

1. 수평터널에서 수직으로 천공하기 위한 RBM공법, RC공법, Drill & Blast 공법 중 어느 한가지의 공법에 의해 ø2m - 3m 크기로 천공하여 선진갱을 형성시킨 수직터널을 확갱하는 확갱장치로서, 상기 선진갱의 상측 입구에 기계실을 설치되고, 상기 기계실에는 다수개의 윈치가 설치되어 있으며, 상기 기계실의 제어를 받는 확갱장치는 상기 기계실에 연결되어 상기 확갱장치를 상하로 작동시키도록 하는 상부플렛폼과, 상기 상부플렛폼의 하부에 위치하여 선진갱에 장약공 및 무장약공을 천공하고, 발파 후 버럭을 처리하기 위하여 360도 선회하는 하부작업대를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직터널의 선진갱 확갱장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 호이스트 중의 어느 하나는 리프트가 장착되어 상기 상부플렛폼을 향하여 상하로 작동되는 것을 특징으로 하는 수직터널의 선진갱 확갱장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하부작업대에는 상기 선진갱에 장약공 및 무장약공을 천공하기 위한 드릴머신이 장착되어 있고, 상기 드릴머신의 작업위치를 변경시킬 수 있도록 다수개의 관절로 이루어지고, 유압실린더에 의해 작동하는 드릴가이드가 장착되어 있으며, 발파된 토사를 버럭처리 하도록 버켓이 장착된 버켓붐을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직터널의 선진갱 확갱장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 드릴가이드에는 천공작업시 상기 드릴가이드를 고정시키는 고정비트가 선단에 다수개로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 수직터널의 선진갱 확갱장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 드릴머신은 유압력에 의해 회전하되, 회전시 드릴을 안내하는 드릴가이더에 의해서 회전안내를 받는 것을 특징으로 한다.
6. 제 5항에 있어서, 상기 드릴은 35mm - 72mm의 굴착경을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 수직터널의 선진갱 확갱장치.
7. 제 3항에 있어서,

   상기 드릴머신은 3.2m - 7.2m 사이의 작업반경을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 수직터널의 선진갱 확갱장치.

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