KR20140022193A - 폭압 분출억제장를 이용한 고효율 장공발파공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 긴 구멍을 뚫어 폭파하는 장공발파(長孔發破)시 무장약공의 입구를 막아 발파력을 극대화하면서도 발파에 파쇄된 암석의 비산을 감소시키며, 소음·진동 및 분진의 발생을 획기적으로 저감하는 혁신적인 폭압 분출억제장치 및 이를 이용한 고효율 장공발파공법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 장약공에는 폭약과 전색물을 교대로 반복하면서 장전한 상태에서 무장약공의 입구에 폭압 분출억제장치를 설치한 후 전색을 하여 발파작업시 외부로 폭압가스의 과도한 유출을 방지함은 물론 파쇄 암석의 비산방지 및 진동, 소음과 분진발생을 줄일 수 있도록 하고, 상기 무장약공 내에 제2 자유면을 효과적으로 형성시켜 발파효율을 높이고자 함을 발명의 특징으로 한다.

Description

폭압 분출억제장치 및 이를 이용한 고효율 장공발파공법{Blast pressure effusion inhibition device and method for blasting the vast hole using the same}

본 발명은 긴 구멍을 뚫어 폭파하는 장공발파(長孔發破)시 무장약공의 입구를 막아 발파력을 극대화하면서도 발파에 파쇄된 암석의 비산을 감소시키며, 소음·진동 및 분진의 발생을 획기적으로 저감하는 혁신적인 기술에 관한 것이다.

광산이나 토목공사 등에서 암석을 폭파하는 가장 일반적인 방법은 암석에 작은 구멍을 뚫고, 그 속에 폭약을 채워서 폭파하는 방법이다. 이것을 발파라고 하는데 그 중에서도 특별히 긴 구멍을 뚫어 폭파하는 방법을 장공발파라고 하며, 천공장이 통상 4.5m 이상이라면 장공발파라고 볼 수 있다.

이와 같은 장공발파는 짧은 폭파구멍을 사용할 경우에 비해 1회의 폭파로 파괴되는 암석의 양이 많다는 장점이 있으나, 긴 구멍을 뚫는 방법과, 사용하는 폭약의 성능 등에 대한 숙련된 기술이 필요할 뿐만 아니라 특히, 발파에 수반되는 진동이나 소음 및 인명사고 등에 대한 확실한 대처가 확보되어야만 원활한 발파작업이 이루어질 수 있게 된다.

상기한 장공발파공법에 대한 종래의 기술은 모든 공이 자유면을 수직으로 하여 평행하게 천공하는 공법으로서, 무장약공을 간격을 두고 격자형으로 천공하고, 상기 무장약공의 사이사이에 긴 길이의 장약공을 천공하게 된다. 이때 상기 무장약공은 장약공이 기폭되면 제2 자유면으로 활용되어 파쇄된 암석이 무장약공으로 이동하면서 원활한 발파가 이루어진다.

그러나 종래의 장공발파공법은 제2 자유면을 형성하기 위해 천공한 무장약공이 외부 굴착방향 자유면과 직접적으로 개방됨으로써 발파작업시 수반되는 강력한 폭압가스가 외부로 유출되면서 발파력이 현저하게 약해지고, 이와 동시에 파쇄된 암석이 외부로 비산되면서 작업현장에 설치한 시설물(H빔, 케이블, 전기선 등)과 주변건물 등에 손상을 입히며, 작업자의 부상과 인명사고를 초래하는 문제점이 야기될 수 있다.

아울러 발파에 수반되는 진동, 소음과 분진이 외부로 더욱 심하게 확산됨으로써 환경적 피해가 발생함은 물론, 또한 그 피해를 호소하는 민원이 발생할 우려가 크며 이로 인하여 공사가 지연되는 경우가 빈발하므로 현재까지 당업계에서는 장공발파가 왕성하게 시행되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래의 장공발파공법이 내포하고 있는 제반 문제점을 적극적으로 해소하기 위한 것으로, 장약공에는 폭약과 전색물을 교대로 반복하면서 장전한 상태에서 무장약공의 입구에 폭압 분출억제장치를 설치한 후 전색을 하여 발파작업시 외부로 폭압가스의 과도한 유출을 방지함은 물론 파쇄 암석의 비산방지 및 진동, 소음과 분진발생을 줄일 수 있도록 함을 발명의 해결과제로 하고, 아울러 제2 자유면을 효과적으로 형성시켜 발파효율을 높이고자 함이다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 수단으로 에어 주입구가 형성된 에어볼 마개의 상단에 마개줄을 일체로 연결하는 기술구성을 통해 폭압 분출억제장치를 구현하는 기술을 강구한다.

또한, 본 발명은 암반에 무장약공 및 장약공을 천공하는 단계와, 상기 장약공에 폭약과 전색물을 교대로 반복하면서 장전하는 단계와, 상기 에어볼 마개에 에어를 주입하는 단계와, 상기 에어볼 마개를 무장약공의 입구에 막음 설치하는 단계와, 상기 에어볼 마개의 상부에 전색을 하는 단계와, 상기 장약공에 장전된 폭약을 발파하는 단계를 포함하는 장공발파공법을 구현하는 기술을 강구한다.

본 발명에 따르면, 장공발파시 외부로 개방된 무장약공의 입구를 폭압 분출억제장치를 이용하여 막아줌으로써 상기 무장약공을 통해 외부로 폭압이 유출됨을 방지하여 발파효율을 더욱 극대화하는 효과를 제공함은 물론 파쇄된 암석이 비산됨을 방지하여 작업현장에 가설된 시설물과 주변건물에 손상을 최소화하는 효과를 제공한다.

또한, 상기 무장약공에는 제2 자유면이 더욱 효과적으로 형성됨으로써 발파효율을 가일층 향상하는 효과를 제공한다.

아울러 발파에 수반되는 진동, 소음과 분진이 외부로 확산됨을 획기적으로 줄여주어 환경친화적이며, 민원발생을 최소화하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 무장약공 및 장약공이 암반에 천공된 상태의 평면도
도 2는 도 1의 A-A선 단면도
도 3은 본 발명이 적용된 폭압 분출억제장치의 종단면도
도 4는 본 발명의 에어볼 마개에 에어가 충진된 상태의 종단면도
도 5는 본 발명의 무장약공에 양수관이 삽입된 상태의 종단면도
도 6은 본 발명의 무장약공 및 장약공의 상부에 케이싱이 설치된 상태의 확대단면도
도 7은 본 발명에 따른 장공발파공법을 순차적으로 나타낸 블럭도

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결수단을 보다 구체적으로 구현하기 위한 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폭압 분출억제장치(D)의 전체적인 기술구성을 첨부된 도면에 의거 개략적으로 살펴보면, 일측에 에어 주입구(11)가 형성된 에어볼 마개(10)와; 상기 에어볼 마개(10)의 상단에 연결 설치된 마개줄(20)의 유기적인 결합구성으로 이루어짐을 알 수 있다.

이하, 상기 개략적인 구성으로 이루어진 본 발명을 실시 용이하도록 좀더 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 암반에 긴 구멍을 뚫어 폭파하는 장공발파(長孔發破)시 무장약공(40)의 입구를 폭압 분출억제장치(D)를 이용하여 막아주는 것을 특징적인 요지로 하는 것으로, 상기 에어볼 마개(10)는 내부에 에어를 공급할 수 있도록 일측에 에어 주입구(11)가 형성됨으로써 에어가 다 주입되면 원형 볼의 형태를 유지함에 따라 무장약공(40)의 입구를 막아줄 수 있게 된다.

상기 에어볼 마개(10)에 형성된 에어 주입구(11)는 내측 선단에 에어의 주입시 일시적으로 개방되는 차단판(11-1)이 개폐 가능하도록 부분적으로 일체화 고정 설치되고, 외측 선단에는 상기 에어 주입구(11)에 일측이 일체로 연결된 주입구 마개(11-2)가 막음 설치됨으로써 상기 주입구 마개(11-2)를 개방한 후 에어를 간편하게 주입할 수 있게 된다.

상기 에어볼 마개(10)의 상단에는 무장약공(40)에 상기 에어볼 마개(10)를 투입할 때 작업자가 외부에서 이를 지지할 수 있는 마개줄(20)이 일체로 연결 설치된다.

여기에서 마개줄(20)은 도 3과 같이 상기 무장약공(40)의 입구에 막음 설치되는 에어볼 마개(10)의 정확한 위치를 작업자가 육안으로 쉽게 확인할 수 있도록 다양한 색상으로 표현된 색상눈금(21)이 표시됨으로써 폭압 분출억제장치(D)를 작업자가 원하는 정확한 깊이의 위치에 설치할 수 있게 된다.

따라서, 상기와 같이 에어가 주입된 폭압 분출억제장치(D)를 이용하여 도 2와 같이 무장약공(40)의 입구를 막아줌으로써 장공발파시 상기 무장약공(40)을 통해 외부로 폭압이 유출됨을 효율적으로 방지하여 발파효율을 더욱 극대화하고, 암반의 비산을 방지하며, 진동, 소음 및 분진을 최소화하는 특별한 효과를 제공할 수 있게 된다.

다음으로, 상기한 폭압 분출억제장치(D)를 이용하여 장공을 발파하기 위한 고효율 장공발파공법에 대해 설명하기로 한다.

1) 천공단계( S100 )

우선적으로 장공발파의 기본요건인 장약공(30)과 상기 장약공(30)보다 큰 직경을 갖는 무장약공(40)을 도 1과 같이 암반에 장공의 형태로 천공한다.

이를 위해 암반에 다수의 무장약공(40)을 격자형으로 천공하고, 상기 무장약공(40)의 사이사이에는 다수의 장약공(30)을 천공한다.

이때 천공방향은 현장여건 및 상황에 따라 평행하거나 또는 다양한 각도로 시공하여야하고, 상기 무장약공(40)은 장약공(30)의 크기보다 크게 천공을 하는 것이 효과가 더욱 크며, 상기 무장약공(40)과 장약공(30)이 같은 크기일 경우 무장약공(40)을 여러개 천공하는 것이 효과적이다.

아울러 본 발명은 상기 무장약공(40)을 천공한 후 상기 무장약공(40)에는 외부의 양수펌프(50)와 연결된 양수관(51)을 바닥까지 도달하도록 투입함으로써 상기 무장약공(40)의 내부로 스며든 암반수를 외부로 전량 배수하며, 이러한 배수작업은 발파단계를 완료할 때까지 지속한다.

이는 상기 무장약공(40)이 긴 길이의 깊이로 천공됨에 따라 지하의 암반수가 무장약공(40) 내로 스며들 우려가 있고, 이 경우 상기 무장약공(40)은 제2 자유면의 역할을 제대로 수행할 수 없기 때문에 이를 미연에 방지하기 위한 조치에 해당한다.

한편, 본 발명은 갯벌이나 바닷속의 암반과 같은 특수한 지역의 장공발파를 할 경우에 암반의 상부에 위치한 모래층이나 점토층이 허물어지면서 상기 무장약공(40) 및 장약공(30)의 상부를 막아버리는 현상이 발생함을 십분 고려하는 기술이 추가로 접목된다.

이를 위해 상기 무장약공(40) 및 장약공(30)의 상부에는 도 6과 같이 무장약공(40) 및 장약공(30)의 상측 내경에 밀착되는 케이싱(60)을 삽입 설치함으로써 모래층이나 점토층이 허물어지는 현상을 방지하여 구멍의 형태를 유지할 수 있는 특별한 효과를 제공한다.

2) 장약공 폭약장전단계(S200)

상기 장약공(30)은 매우 긴 길이로 천공됨에 따라 폭약을 한꺼번에 발파할 경우 진동이나 폭압이 매우 강력하므로 상기 폭약(70)을 시차 발파할 수 있는 형태로 장전하는 것이 바람직하다.

이를 위해 상기 장약공(30)에는 폭약(70)과 전색물(80)을 상호 교대로 반복하면서 장전하고, 상기 각각의 폭약(70)과 연결된 뇌관의 뇌관선은 장약공(30)의 외부로 노출하여 원활한 발파가 이루어질 수 있도록 한다.

3) 에어 주입단계(S300)

상기 폭압 분출억제장치(D)의 에어볼 마개(10)에 에어를 주입함으로써 상기 에어볼 마개(10)는 팽창하면서 원형 볼의 형태로 이루게 되고, 상기 에어볼 마개(10)는 무장약공(40)의 입구를 충분하게 막아줄 수 있는 체적을 구비하게 된다.

4) 폭압 분출억제장치 설치단계(S400)

상기한 에어주입이 완료된 에어볼 마개(10)를 무장약공(40)의 상부에 막음 설치하되, 작업자는 외부로 노출시킨 마개줄(20)을 고정시킨 상태에서 색상눈금(21)을 확인하면서 소망하는 깊이의 위치까지 정확하게 에어볼 마개(10)를 밀어 넣어 막음 설치한다.

5) 무장약공 전색단계(S500)

상기 폭압 분출억제장치(D)의 설치가 완료되면, 상기 에어볼 마개(10)와 외부 사이의 무장약공(40)에 진동, 소음 및 비산을 방지할 수 있도록 모래나 점토 등의 전색물(80)을 빈틈없이 충진한다.

6) 발파단계(S600)

상기 무장약공(40)에 전색이 완료되면, 전기발파 또는 도폭선에 의하여 멀리 떨어진 장소에서 폭약(70)을 발파한다.

이때 상기 장약공(30)에 장전된 다수의 폭약(70)과 연결된 각각의 뇌관은 시차를 두어 순차적으로 기폭함으로써 한꺼번에 강력한 진동이나 폭압이 발생하지 않도록 한다.

따라서, 발파에 수반된 폭압가스와 폭압은 상기 폭압 분출억제장치(D)에 의해 외부로 유출하지 못하고 무장약공(40) 내에 집중함으로써 발파효율이 극대화되면서 암반이 더욱 작은 입자로 부서질 수 있게 된다.

D: 폭압 분출억제장치 10: 에어볼 마개
11: 에어 주입구 11-1: 차단판
11-2: 주입구 마개 20: 마개줄
21: 색상눈금 30: 장약공
40: 무장약공 50: 양수펌프
51: 양수관 60: 케이싱
70: 폭약 80: 전색물

Claims (7)

1. 일측에 에어 주입구(11)가 형성된 에어볼 마개(10)와;
   상기 에어볼 마개(10)의 상단에 연결 설치된 마개줄(20)로 이루어진 것을 특징으로 하는 폭압 분출억제장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   에어 주입구(11)는 내측 선단에 차단판(11-1)이 개폐가능하게 부분적으로 일체화 고정 설치되고, 외측 선단에는 상기 에어 주입구(11)에 일측이 일체로 연결된 주입구 마개(11-2)가 막음 설치된 것을 특징으로 하는 폭압 분출 억제장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   마개줄(20)은 무장약공(40)에 설치되는 폭압 분출억제장치(D)의 깊이를 확인할 수 있도록 다양한 색상의 색상눈금(21)이 표시된 것을 특징으로 하는 폭압 분출억제장치.
   
4. 암반에 격자상으로 다수의 무장약공(40)을 천공하고, 상기 무장약공(40)의 사이사이에 다수의 장약공(30)을 천공하는 천공단계(S100)와;
   상기 장약공(30)에 폭약(70)과 전색물(80)을 교대로 반복하면서 장전하는 장약공 폭약장전단계(S200)와;
   상기 에어볼 마개(10)에 에어를 주입하는 에어 주입단계(S300)와;
   상기 에어볼 마개(10)의 마개줄(20)을 외부로 노출하여 고정시킨 상태로 에어볼 마개(10)를 무장약공(40)의 입구에 막음 설치하는 폭압 분출억제장치 설치단계(S400)와;
   상기 에어볼 마개(10)와 외부 사이의 무장약공(40)에 전색물을 충진하는 무장약공 전색단계(S500)와;
   상기 장약공(30)에 장전한 폭약을 발파하는 발파단계(S600)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폭압 분출억제장치를 이용한 고효율 장공발파공법.
   
5. 제 4항에 있어서,
   무장약공(40)을 천공한 후 상기 무장약공(40)에는 양수펌프(50)와 연결된 양수관(51)을 바닥까지 투입하여 상기 무장약공(40) 내의 암반수를 외부로 배수하는 작업을 발파단계를 완료할 때까지 추가로 지속하는 것을 특징으로 하는 폭압 분출억제장치를 이용한 고효율 장공발파공법.
   
6. 제 4항에 있어서,
   천공단계(S100)는, 갯벌이나 바닷속 암반의 장공발파시 상기 장약공(30) 및 무장약공(40)의 상측 내경에 케이싱(60)을 삽입 설치하여 암반 상부의 모래층이나 점토층이 흐물어지면서 상기 장약공(30) 및 무장약공(40)을 막는 현상을 방지하면서 구멍의 형태를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 폭압 분출억제장치를 이용한 고효율 장공발파공법.
   
7. 제 1항에 있어서,
   발파단계(S600)는 상기 장약공(30)에 장전된 다수의 폭약(70)과 연결된 각각의 뇌관을 시차를 두어 순차적으로 기폭시키는 것을 특징으로 하는 폭압 분출억제장치를 이용한 고효율 장공발파공법.

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