KR20100003347A - 비전기식 뇌관을 기폭하기 위한 전력증폭장치 및 이를 이용한 비전기식 뇌관의 기폭방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터널 및 지하굴착을 하기 위하여 실시하는 비전기식 뇌관을 이용한 발파에 있어서 전기뇌관을 사용하지 않고도 먼 거리에서 저렴한 비용으로 안전하게 비전기식 뇌관을 기폭하기 위한 전력증폭장치 및 이를 이용한 비전기식 뇌관의 기폭방법에 관한 것이다.
터널 및 지하철 등의 지하굴착공사에서 사용되는 굴착장비들은 매연 및 분진발생을 최소화하기 위하여 고압전기를 동력으로 사용하는데 이곳에서 실시하는 전기뇌관을 이용한 발파방법은 필연적으로 전기적인 위험에 노출될 수밖에 없었다.
이에 근래에는 비전기식 뇌관이 개발되어 이용되고 있으나 비전기식 뇌관을 기폭시기기 위하여 선행되어야 할 쇼크튜브의 기폭방법에 있어서 안전보다는 비용문제를 우선시하여 또다시 전기뇌관을 이용하고 있어 여전히 위험한 발파가 시행되고 있으며 이와 같이 전기뇌관을 이용하는 기폭방법은 오히려 전체 막장이 전기뇌관인 경우보다 훨씬 위험도를 증가시키는 것으로 본 발명은 일반적으로 사용하는 전기발파기와 수백 미터 길이의 발파모선과 강력한 스파크를 일으키는 전력증폭장치를 이용하여 상기와 같은 전기뇌관의 위험요인을 제거하고 적은 비용으로도 안전하게 비전기식 뇌관을 기폭 시킬 수 있는 방법을 제시하고자 한 것이다.
비전기뇌관, 노넬, 비전기, 전기뇌관, 비전기튜브, 쇼크튜브
Description
터널 및 지하철 등의 지하굴착공사에서 실시하는 발파는 전기적인 안전문제로 전기뇌관을 사용하지 않고 비전기식 뇌관을 사용하는데 비전기식 뇌관을 기폭시키기 위하여 선행되어야 할 쇼크튜브의 기폭방법에 있어서 안전보다는 비용을 우선시하여 여전히 전기뇌관을 이용하고 있어 안전상 심각한 문제점을 안고 있었다.
이에 본 발명은 상기의 전기뇌관을 이용한 쇼크튜브의 기폭방법을 대체하고자 한 것으로 비전기식 뇌관의 쇼크튜브를 저렴한 비용으로 전기적인 위험이 없이 안전하고 확실하게 비전기식 뇌관을 기폭하기 위한 전력증폭장치 및 이를 이용한 비전기식 뇌관의 기폭방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
터널 및 지하철 등의 지하굴착공사에서 사용되는 굴착장비들은 매연 및 분진발생을 최소화하기 위하여 고압전기를 동력으로 사용하는데 이곳에서 실시하는 전기뇌관을 이용한 발파방법은 필연적으로 전기적인 위험에 노출될 수밖에 없었다.
이에 근래에는 이러한 전기적인 위험요소로부터 안전하게 발파를 할 수 있도 록 비전기식 뇌관이 개발되어 이용되고 있으나 비전기식 뇌관을 기폭시기기 위하여 선행되어야 할 쇼크튜브의 기폭방법에 있어서 매우 안전한 방법이 있음에도 불구하고 안전보다는 비용문제를 우선시하여 또다시 전기뇌관을 이용하고 있어 먼 거리에서도 저렴한 비용으로 안전하고 확실하게 비전기식 뇌관을 기폭 할 수 있는 방법이 요구되어왔다.
이에 실용신안 출원번호 20-2006-0009831호에 게재된 "발파기용 전선과 비전기튜브 연결구조"에서는 전기발파기에 연결된 발파모선의 2선을 일부 박피하여 세밀한 간격으로 틈을 만든 후 쇼크튜브에 끼워넣어 전기발파기로 스파크를 일으켜 쇼크튜브를 기폭시키는 방법을 제시하였으나 전기발파기로부터 연결되는 발파모선의 두께 및 길이에 따른 전기저항값의 증가에 따라 스파크의 크기가 급격히 작아져 발파가 실패되는 경우가 많아 실제 발파 현장에서는 실용화할 수가 없었다.
이에 본 발명은 비전기식 뇌관을 기폭하는데 있어서 먼 거리에서도 안전하고 확실하게 쇼크튜브를 기폭 할 뿐만 아니라 기폭 비용이 저렴하여 전기뇌관을 이용한 비전기식 뇌관의 기폭방법을 대체하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 기구적인 구성은 통상의 전기발파기와, 통상의 발파모선과, 스파크단자가 부착된 전력증폭장치로 구성됨을 특징으로 한다.
특히 상기 구성물 중 전력증폭장치는 전기발파기에 연결된 수백 미터 또는 수 킬로미터의 발파모선에 의하여 누적되는 전기저항에 따른 손실된 전류를 보정하여 스파크단자에 충분한 불꽃방전이 일어날 수 있게 하는 핵심장치로써, 그 구성은 전류를 임시로 저장하는 캐패시터와, 불꽃방전을 일으키는 스파크단자와, 캐패시터에 저장된 전류를 일정시간 동안 방전시키는 전기저항으로 이루어지며 발파모선의 길이 및 두께에 따라 소실된 전류를 보정하여 비전기식 뇌관의 쇼크튜브에 강력한 스파크가 발생하도록 하여 비전기식 뇌관의 쇼크튜브를 기폭시키는 장치이다.
본 발명은 터널 및 지하공간 등의 비전기식 발파현장에서 위험을 감수하고 암암리에 사용되었던 전기뇌관을 대체하여 먼 거리에서도 적은 비용으로 보다 안전하고 확실하게 비전기식 뇌관을 기폭 시킬 수 있게 함으로써 발파기술자들의 불안을 해소하고 발파비용을 절감할 수 있게 하는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 비전기식 뇌관의 구조도이다.
비전기식 뇌관은 겉보기에 폭약이 내장된 알루미늄관체(41)와 플라스틱의 얇은 긴 관으로 이루어진 쇼크튜브(40)로 구성되어 있다.
쇼크튜브에는 옥토겐폭약(40-1)이 미세하게 도포되어 있으며 고압의 전기에 의한 스파크충격 또는 화약의 폭발에 의한 폭발충격에 의하여 폭굉하고, 폭굉속도는 약 2000m/sec에 달한다.
도 2는 스타터를 이용하여 비전기식 뇌관을 기폭시키는 방법을 도시한 예시도로 상기에서 설명한 바와 같이 고압의 전기에 의한 스파크충격 또는 화약에 의한 폭발충격을 주어 기폭시키는 방법을 두 개의 그림을 통하여 상세히 표시하였다.
도 2 [가]는 스파크충격기(11)를 이용하여 비전기식 뇌관을 기폭하는 방법을 도시한 예시도로 터널막장(50)에서 수십 발 혹은 수백 발의 비전기식 뇌관을 한데 모아 도폭선으로 연결한 후 300m길이의 쇼크튜브(40)를 갖는 스타터라는 비전기식 뇌관에 결선하여 스파크충격기(11)로 쇼크튜브에 고압의 스파크를 발생시켜 쇼크튜브를 기폭시키는 방법을 그림으로 설명하였다.
상기 스파크충격기는 고압발생콘덴서와 조밀한 플러스(+) 및 마이너스(-)의간극을 갖는 스파크단자로 구성되며 이 스파크단자는 본 발명에서 실시하고자 하는 전력증폭장치에서도 응용된다.
도 2 [나]는 폭약충격기(12)를 이용하여 비전기식 뇌관을 기폭하는 방법을 도시한 예시도로 300m길이의 쇼크튜브를 권총 크기의 폭약충격기(12)에 삽입한 후 공포탄과 같은 화약을 폭발시켜 쇼크튜브를 기폭시키는 방법을 도시하였다.
상기의 도 2 [가, 나]의 방법은 쇼크튜브를 기폭시키는데 있어서 전기뇌관을 사용하지 않기 때문에 매우 안전한 방법이나 터널막장(50)으로부터 최소 300m 이상의 쇼크튜브가 필요하기 때문에 매 발파시 고가의 기폭비용이 발생하게 되어 실제 발파현장에서는 이 방법을 기피할 뿐만 아니라 환경적인 차원에서도 매 발파시 발생하는 300m 길이의 플라스틱 쇼크튜브를 처리하는데에 부담이 될 수밖에 없다.
도 3은 발파모선을 이용하여 비전기식 뇌관을 기폭시키는 방법을 도시한 예시도로 종래의 전기뇌관을 이용하여 기폭시키는 방법과 본 발명이 실시하고자 하는 전력증폭장치를 이용한 기폭방법 비교하여 그림으로 나타내었다.
도 3 [가]는 전기뇌관(35)을 이용하여 비전기식 뇌관을 기폭하는 예시도로 터널막장(50) 앞에서 3~5m의 길이를 갖는 쇼크튜브에 전기뇌관을 테이핑한 후 300m 이상의 길이를 갖는 발파모선(20)에 연결하여 안전거리까지 이동한 후 일반발파에서 사용하는 전기발파기(10)로 쇼크튜브를 기폭하는 방법을 그림으로 도시하였다.
상기의 방법은 발파모선의 1회 설치로 영구히 발파를 할 수 있고 또한 발파모선의 단선을 제외하고는 확실히 쇼크튜브를 기폭할 수 있어 현장에서는 이 방법을 주로 이용하고 있으나 터널막장(50)에 설치된 고가의 비전기식 뇌관이 한 발의 전기뇌관에 의하여 전기뇌관으로 바뀌게 하는 결과를 낳을 뿐만 아니라, 단 1발의 전기뇌관이 수십 또는 수 백발의 전기뇌관이 직렬로 연결된 것보다 전기저항이 적 어 작은 전류에도 폭발할 수 있어 오히려 전체 막장이 전기뇌관인 경우보다 더 위험하므로 이 방법은 반드시 사라져야 할 기폭방법인 것이다.
도 3 [나]는 전력증폭장치(30)를 이용하여 비전기식 뇌관을 기폭하는 예시도로 앞서 설명한 전기뇌관을 전력증폭장치로 대체한 기폭방법이다.
이 방법은 본 발명이 실시하고자 하는 방법으로 먼 거리에서도 쇼크튜브를 기폭시킬 수 있을 뿐만 아니라 누설전류에 대하여 안전하고 기폭비용이 적어 전기뇌관을 이용한 기폭방법을 충분히 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
본 방법은 도 3 [가]의 전기뇌관을 이용하여 비전기식 뇌관을 기폭하는 방법과 매우 비슷하나 발파기에 있어서 전기발파기(10)는 물론 스파크충격기(11)를 이용할 수 있다는 것과 전기뇌관 대신 전력증폭장치(30)가 이용된다는 점이 다르다.
그러므로 본 발명은 전력증폭장치(30)로 귀결되며 본 발명을 실시하기 위한 핵심장치인 전력증폭장치의 구성과 작용을 세세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 전력증폭장치를 이용한 발파회로도이다.
회로의 구성은 크게 종래의 전기발파기(10) 또는 스파크충격기(11)와 같이 고압전류를 충전하였다가 스위치를 누름과 동시에 방전시키는 전력충전부(15)와, 방전된 전류를 이송하는 발파모선(20)과, 손실된 전류를 보정하여 불꽃방전을 일으키는 전력증폭장치(30)로 구성되며, 전력증폭장치는 스파크단자(30-1)와 콘덴서라 불리는 캐패시터(30-2)와 전기저항(30-3)으로 구성된다.
각 구성품의 작용을 알아보면 전력충전부(15)에서 충전된 고압의 전기가 발파키를 누르는 순간 짧게는 300m 길게는 수 킬로미터 길이의 발파모선(20)을 통하 여 흐르게 되는데 필연적으로 발파모선의 두께 및 길이에 따른 저항이 커져서 전력손실이 생길 수밖에 없게 된다.
이때 전력증폭장치의 캐패시터(30-2)는 손실된 전력을 보정해 주어 전류를 임시로 축전시켰다가 방전시키는데 이때 발생한 고압의 전류는 스파크단자(30-1)에 전달되어 고압의 불꽃방전을 일으키면서 쇼크튜브를 기폭시키게 된다.
도 5는 전력증폭장치의 부품구성도이다.
전력증폭장치는 상기에서 설명한 바와 같이 크게 스파크단자와 캐패시터와 전기저항으로 구성되며 각 부품의 역할을 상세히 설명하면 다음과 같다.
첫째, 스파크단자(30-1)는 스파크팁(30-1-1)과 스파크잭(30-1-2)으로 구성되고 스파크팁은 고압의 전류에 의해 스파크를 일으킬 수 있도록 0.5mm이내의 조밀한 간극을 갖는 전극(30-1a, 30-1b)으로 구성되며 전극은 쇼크튜브에 삽입되어 쇼크튜브에 미세하게 도포된 옥토겐폭약(40-1)을 폭굉시킨다.
둘째, 캐패시터(30-2)는 발파기에서 발생한 전기를 임시로 충전한 후 방전을 일으키는 장치로 콘덴서라고도 하며 플러스(+) 마이너스(-)의 극성이 있는 전해콘덴서는 직류를 이용하는 전기발파기(10)의 극성에 영향을 받으므로 사용할 수 없고 극성이 없는 무극성의 캐패시터가 이용된다.
캐패시터는 발파모선을 통과하면서 손실된 전력을 보정하여 스파크단자에 일정한 전력이 흐르도록 하는 전력보정기구로 그 용량과 성능은 쇼크튜브를 기폭할 만한 집전용량과 발파기의 전압에 파손이 되지 않을 정도이어야 하나 캐패시터의 용량이 과다한 경우 불꽃방전을 일으키지 않고 전하를 충전하기만 하므로 적정용량 을 선택하여야 한다.
셋째, 전기저항(30-3)은 매우 중요한 안전장치로 캐패시터에 충전된 전류가 스파크단자(30-1)의 전극 불량이나 또는 이물질에 의하여 불꽃방전을 일으키지 못한 경우 캐패시터에 축전 된 전류를 방전시키는 역할을 한다.
만약 스파크단자가 불꽃방전을 일으키지 못한 경우 발파실패로 인하여 화약류작업자가 터널막장(50)에 접근하여 이상유무를 살피게 되는데 이때 스파크단자가 정상적으로 작동하여 캐패시터에 저장된 전류가 방전된다면 예기치 않는 사고가 발생할 수도 있을 것이다.
그러므로 전기저항은 캐패시터에 축전 된 전류를 방전시키는 중요한 역할을 하는 안전장치로 전기저항의 적정크기는 캐패시터의 전류가 저항을 통하여 쉽게 방전되지 않고 스파크단자를 통하여 불꽃방전이 되도록 적정크기 이상이어야 하며 실험을 통하여 알아본 저항의 적정크기는 대략 1메가 옴(1,000,000옴) 이상으로, 이 정도 크기의 저항은 스파크단자에 불꽃방전을 충분히 일으키고 만약 스파크단자의 이상으로 불꽃방전이 일어나지 않은 경우 1초 이내에 전기저항을 통하여 전류를 방전시키는 결과를 낳았다.
상기에서 설명한 바와 같이 전력증폭장치 및 이를 이용한 비전기식 뇌관의 기폭방법은 수백 미터 혹은 수 킬로미터의 거리에서도 쇼크튜브를 기폭시킬 수 있을 뿐 만 아니라 기폭비용이 저렴하고 안전하여 지하굴착을 하는 발파현장에서 유효히 사용될 것이다.
도 1은 비전기식 뇌관의 구조도
도 2는 스타터를 이용하여 비전기식 뇌관을 기폭시키는 방법의 예시도
도 3은 발파모선을 이용하여 비전기식 뇌관을 기폭시키는 방법의 예시도
도 4는 전력증폭장치를 이용한 발파회로도
도 5는 전력증폭장치의 부품구성도
<도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명>
10: 전기발파기
15: 전력충전부 [11: 스파크충격기, 12: 폭약충격기]
20 : 발파모선 [20-1: 주모선, 20-2: 보조모선]
30: 전력증폭장치 [30-1: 스파크단자, 30-2: 캐패시터, 30-3: 전기저항]
30-4: 전력증폭장치케이스
30-1: 스파크단자 [30-1-1: 스파크팁, 30-1-2: 스파크잭]
35: 전기뇌관
45: 비전기식 뇌관 [40: 쇼크튜브, 41: 뇌관관체]
40-1: 옥토겐폭약
41: 뇌관관체 [41-1: 연시장치, 41-2: 기폭약, 41-3: 첨장약]
50: 터널막장
Claims (2)
- 통상의 전기발파기(10) 또는 스파크충격기(11)로부터 발생한 고압의 전류를 발파모선(20)을 통하여 비전기식 뇌관의 쇼크튜브(40)에 불꽃방전을 일으켜 비전기식 뇌관을 기폭시키는 장치에 있어서,비전기식 뇌관의 쇼크튜브(40)에 삽입되어 고압의 전류에 의해 불꽃방전을 일으는 조밀한 간극의 전극(30-1a, 30-1b)이 형성된 스파크단자(30-1)와,전기발파기(10) 또는 스파크충격기(11)로부터 발생한 고압의 전류를 충전한 후 상기의 스파크단자에(30-1)에 방전시키는 캐패시터(30-1)와,캐패시터(30-1)에 병렬연결되며 스파크단자(30-1)를 통하여 방전되지 못한 전류를 방전시키는 전기저항(30-2)으로 구성됨을 특징으로 하는 비전기식 뇌관을 기폭하기 위한 전력증폭장치.
- 통상의 전기발파기 및 스파크충격기와 같이 고압의 전류를 충전한 후 스위치를 통하여 방전시키는 전력충전부(15)와,상기의 전력충전부에 연결되며 안전거리를 확보하게 하는 발파모선(20)과,발파모선에 연결되며 스파크단자(30-1)와 캐패시터(30-2)와 전기저항(30-3)으로 이루어진 전력증폭장치(30)가 구성됨을 특징으로 하는 전력증폭장치를 이용한 비전기식 뇌관의 기폭방법
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