KR20150104134A - 무선 기폭 시스템, 무선 기폭 방법과, 이것에 사용되는 뇌관 및 폭약 유닛 - Google Patents

무선 기폭 시스템, 무선 기폭 방법과, 이것에 사용되는 뇌관 및 폭약 유닛 Download PDF

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Abstract

기폭부 (10A) 와, 기폭부에 접속되어 기폭부에 점화하는 제어부 (10B) 와, 기폭부와 제어부가 수용되는 관체 (10X) 와, 제어부가 무선 통신에서 사용하는 안테나로서 송신 전용 안테나 및 수신 전용 안테나를 따로 따로 갖지 않고 송수신에 사용할 수 있는 기폭측 안테나 (30) 를 구비하고 있는 무선 기폭 뇌관 (10) 으로서, 기폭측 안테나는 연자성체 코일 안테나이고, 제어부 (10B) 는, 기폭측 안테나 (30) 를 통해 100 KHz 이상 500 KHz 이하의 주파수인 조작 주파수의 송신 신호를 수신한다.

Description

무선 기폭 시스템, 무선 기폭 방법과, 이것에 사용되는 뇌관 및 폭약 유닛{WIRELESS DETONATION SYSTEM, WIRELESS DETONATION METHOD, AND DETONATOR AND EXPLOSIVE UNIT USED IN SAME}
본 발명은 터널 굴착 등을 위한 무선 기폭 시스템, 무선 기폭 방법과, 이것에 사용되는 뇌관 및 폭약 유닛에 관한 것이다.
종래에, 터널 굴착 현장 등에서의 폭파 작업에서는, 굴착면인 블라스팅면에 있어서 굴착 방향을 향해, 예를 들어 직경이 수 ㎝, 깊이가 수 m 정도인 발파공을 복수 삭공 (削孔) 하고, 각 발파공에 무선으로 기폭시킬 수 있는 폭약을 장전하고, 블라스팅면으로부터 떨어진 원격 위치로부터 기폭 신호를 무선으로 송신하여 폭파하는 발파 공법이 이용되었다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 2001-127511호 (문헌 1) 에 기재된 원격 무선 기폭 시스템용 송신 안테나에서는, 자계 에너지가 작아도, 블라스팅면의 발파공에 장전된 무선 기폭 뇌관의 전체가 안정된 에너지를 수신할 수 있게 되도록 기폭 신호의 송신기의 루프 안테나를, 전체 둘레에 걸쳐 굴 벽면에 근접 배치하였다.
또, 일본 공개특허공보 2001-153598호 (문헌 2) 에 기재된 원격 무선 기폭 장치에서는, 송신기로부터 개개의 무선 뇌관에 대해 전기 에너지의 축적 상태를 나타내는 답신 신호를 요구하는 제어 신호를 송신하고, 모든 무선 뇌관의 충전 완료를 확인한 후, 개개의 무선 뇌관에 대해 기폭 준비 지령 신호를 송신하고, 모든 무선 뇌관으로부터 기폭 준비 완료 신호를 수신한 후, 개개의 무선 뇌관에 기폭 신호를 송신하였다.
또한, 일본 공개특허공보 2001-330400호 (문헌 3) 에는, 터널 내의 지반에 고정시켜 설치된 원격 무선 기폭 시스템용 안테나에 관한 종래 기술이 개시되어 있다.
또, 일본 공개특허공보 평8-219700호 (문헌 4) 에 기재된 무선 뇌관에서는, 주파수가 10 kHz 이하이고, 코일의 감기 수가 100 ∼ 100000 회이고, 직경 φ35 ㎜ ∼ φ47 ㎜, 길이 5 ∼ 300 ㎜ 의 수신 코일을 사용하였다.
문헌 1 에 기재된 종래 기술에서는, 송신 안테나를 굴 벽면의 전체 둘레에 걸쳐 코일 형상으로 복수 회 감고 있고, 송신기로부터 송신되는 주파수가 10 kHz 이하이기 때문에, 50 감기 이하, 바람직하게는 30 감기 이하로 하고 있다. 전체 둘레에 걸쳐 굴 벽면에 근접 배치하는 루프 안테나를 30 회나 감고 연장하는 작업은 매우 시간과 인력이 필요함과 함께, 송신 안테나의 설치를 위해서 블라스팅면 근방에서의 작업 시간이 길어져, 블라스팅면 근방의 낙석이나 붕락 등이 갑자기 일어날 가능성이 높아지므로 바람직하지 않다. 또, 무선 기폭 뇌관의 안테나가 되는 수신 코일도, 10 kHz 이하의 주파수 신호를 수신하여 보다 큰 에너지를 취출하기 위해서, 후술하는 바와 같이, 고투자율이면서 또한 큰 페라이트 코어에 도선을 다수 회 감은 복잡한 것이 필요하다. 문헌 4 에는 구체예로서 코일의 감기 수가 100 ∼ 100000 회이고, 직경 φ35 ㎜ ∼ φ47 ㎜, 길이 5 ∼ 300 ㎜ 의 수신 코일이 개시되어 있다.
또한 문헌 2 에 기재된 종래 기술도, 송신기로부터의 송신 주파수는 10 kHz 미만의 주파수를 사용하고 있기 때문에, 문헌 1 과 동일한 송신 안테나를 필요로 하는 것으로 추정된다. 따라서, 문헌 1 과 마찬가지로 송신 안테나의 설치를 위해서 블라스팅면 근방에서의 작업 시간이 길어지는 것으로 추정되므로 바람직하지 않다.
또, 문헌 1 ∼ 4 에 기재된 종래 기술로부터 상정되는 조작기와 무선 기폭 뇌관에서는, 이하의 과제가 남는다.
조작기로부터 무선으로 송신되는 송신 신호를 무선 기폭 뇌관에서 수신하고, 무선 기폭 뇌관에서 보다 큰 에너지를 취출하기 위해서는, 조작기로부터의 송신 신호의 에너지를 보다 크게 하는 것과, 무선 기폭 뇌관에서 송신 신호를 수신할 때, 보다 효율적으로 수신하는 것이 필요하다.
조작기로부터의 송신 신호를 보다 큰 에너지로 출력하는 방법으로는, 조작기측의 안테나로의 전류를 보다 크게 하는 것과, 당해 안테나의 권회 수를 보다 많게 하는 것을 들 수 있다. 그러나, 전류를 늘려 가면 줄 열에 의한 손실이 증가되고, 최악의 경우에는 소손 (燒損) 되어 버린다. 또, 안테나선을 보다 저항값이 작고, 보다 굵은 선으로 할 필요가 있어, 실제로는 수 A 정도까지밖에 전류를 크게 할 수 없다. 또, 터널 내벽을 따라 권회하는 권회 수는, 겨우 40 회 ∼ 500 회 정도가 현실적이다. 이로써, 문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 40 ∼ 500 AT [암페어 턴] 이 실용적인 값이다.
또한 수신측에서 보다 효율적으로 수신하는 방법으로는, 송신 신호의 파장 λ 에 비해 λ/2 의 길이에 더 가까운 안테나로 수신하는 것, 및 안테나를 다수 감기로 하여 취출한 에너지를 증폭시키는 것, 고투자율 코어를 사용하여 송신 신호를 집약시키는 것을 들 수 있다. 문헌 1 ∼ 4 에 기재된 종래 기술에서는, 송신 신호의 주파수가 10 kHz 이므로, λ ＝ v/f ＝ (30 * 107) m/(10 * 103) ＝ 30 ㎞ 이며, λ/2 ＝ 15 ㎞ 가 되고, 이 길이의 안테나를 무선 기폭 뇌관에 부착하는 것은 현실적이지 못하다. 그래서, 실제로는 50 ㎜ 직경 정도의 고투자율 코어에 도선을 수 100 ∼ 100000 권회하여, 원통형 폭약의 직경과 거의 동일한 직경의 코일 코어를 안테나로서 사용하고 있다. 이 경우, 코일 코어가 야구 공 정도의 크기가 되고, 중량도 수 100 g 이고, 도전선으로서 발파공 밖으로 늘어뜨리면 도전선이 끊어질 가능성이 있어, 코일 코어를 발파공 밖으로 늘어뜨리는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 문헌 1 및 4 의 코어 및 수신 코일에 기재되어 있는 바와 같이, 무선 기폭 뇌관의 선두부에 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 경우, 수신 안테나인 코일 코어가 발파공의 가장 안쪽에 배치되게 되므로, 송신 신호가 잘 닿지 않아 10 kHz 정도의 저주파인 경우, 수신 효율을 향상시키는 것이 곤란하다.
이와 같이 문헌 1 ∼ 4 로부터 상정되는 조작기와 무선 기폭 뇌관에서는, 조작기측으로부터 송신 신호를 송신하기 위한 안테나를 40 ∼ 500 회 정도로 권회할 필요가 있고, 무선 기폭 뇌관측에서 송신 신호를 수신하기 위한 안테나인 코일 코어를 발파공의 안쪽에 배치하고, 도선을 수 100 ∼ 100000 회 권회할 필요가 있다.
또한 문헌 1 ∼ 3 에 기재된 종래 기술에서는, 무선 기폭 뇌관으로부터 조작기에 무선으로 송신하는 응답 신호의 주파수는 10 MHz ∼ 60 MHz 로 하고 있다. 여기서 응답 신호의 주파수를 10 MHz 로 한 경우, 조작기측에서 수신하는 안테나에 있어서 가장 효율적으로 수신할 수 있는 길이는 λ/2 ＝ [(30 * 107)/(10 * 106)]/2 ＝ 15 m 이다. 또, λ 보다 긴 안테나를 사용하면 정재파가 발생하기 쉬우므로 바람직하지 않다. 그런데, 조작기로부터 송신 신호를 송신하는 안테나는, 상기 서술한 바와 같이, 터널 내벽을 따라 40 ∼ 500 권회하고 있으므로, λ (이 경우, 30 m) 를 가볍게 오버해 버린다. 따라서, 조작기에서 응답 신호를 수신하기 위한 안테나는, 문헌 3 에 기재되어 있는 바와 같이 수신 전용 반파장 다이폴 안테나가 필요하다. 또, 무선 기폭 뇌관으로부터 응답 신호를 송신할 때, 상기 코일 코어를 사용하면 발파공의 가장 안쪽으로부터 응답 신호를 발신하게 되어, 조작기에 닿는 에너지가 매우 작아져 버린다. 그래서 문헌 3 에 기재되어 있는 바와 같이, 무선 기폭 뇌관은 응답 신호의 송신 전용 선상 안테나를 발파공 밖으로 늘어뜨리고 있다.
이와 같이 문헌 1 ∼ 4 에 기재된 종래 기술로부터 상정되는 조작기와 무선 기폭 뇌관에서는, 무선 기폭 뇌관에 대해서는 수신 전용 안테나로서 대형 코일 코어가 필요하고, 송신 전용 안테나로서 선상 안테나가 필요하다. 또한 조작기에 대해서는, 송신 전용 안테나로서 터널 내벽을 따라 40 ∼ 500 권회한 안테나가 필요하고, 수신 전용 다이폴 안테나가 필요하다. 따라서, 조작기에 필요한 안테나를 설치하는 시간이 걸려, 블라스팅면 근방에 있어서의 작업 시간이 길어지므로 바람직하지 않다.
본 발명으로부터는 하나의 측면으로서 무선 기폭 뇌관이 얻어지고, 이 뇌관은, 기폭부와, 상기 기폭부에 접속되어 상기 기폭부에 점화하는 제어부와, 상기 기폭부와 상기 제어부가 수용되는 관체와, 상기 제어부가 무선 통신에서 사용하는 안테나로서 송신 전용 안테나 및 수신 전용 안테나를 따로 따로 갖지 않고 송수신에 사용할 수 있는 기폭측 안테나를 구비한다. 상기 기폭측 안테나는 연자성체 코일 안테나이고, 상기 제어부는, 상기 기폭측 안테나를 통해 100 kHz 이상 500 kHz 이하의 주파수인 조작 주파수의 송신 신호를 수신한다.
이것에 따르면, 무선 기폭 뇌관이 무선 통신으로 수신하는 주파수를 100 kHz 이상 500 kHz 이하의 주파수로 함으로써, 기폭측 안테나를 연자성체에 도선을 수 회 ∼ 수십 회, 권회한 연자성체 코일 안테나로 할 수 있다.
이로써, 매우 간소하고 소형인 연자성체 코일 안테나를 사용할 수 있게 되고, 상기 기폭측 안테나의 직경을, 폭약을 장전하는 발파공의 내경보다 작게 할 수 있게 되어, 무선 기폭 뇌관에 기폭측 안테나를 접속시킨 상태에서 발파공에 장전할 수 있으므로, 블라스팅면의 발파공으로의 무선 기폭 뇌관의 장전 시간을 보다 짧게 할 수 있다. 따라서, 블라스팅면 근방에 있어서의 작업 시간을 보다 짧게 할 수 있다.
또 상기 연자성체란, 자성체 중에서도 비교적 용이하게 자극이 소실되거나 반전되거나 하는 고투자율의 재료로서, 예를 들어 철, 규소 강, 퍼말로이, 센더스트, 퍼멘듀어, 페라이트, 아모르퍼스 자성 합금, 나노크리스탈 자성 합금 등이 포함되지만, 통상적으로는 페라이트가 사용된다.
또한 상기 기폭측 안테나를 연자성체 코일 안테나로 함으로써, 상기 기폭측 안테나의 방향을, 발파공의 축 방향을 따른 방향으로 용이하게 설정할 수 있다. 이로써, 개개의 안테나의 방향을 조정할 필요가 없어져, 블라스팅면 근방에 있어서의 작업 시간을 한층 더 단축시킬 수 있다.
상기 무선 기폭 뇌관에 있어서, 상기 기폭측 안테나는 상기 관체에 접촉되어 상기 관체의 축 상에, 혹은 상기 관체에 접촉되어 상기 관체의 주위에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 기폭측 안테나의 설치 위치를 적절한 위치로 할 수 있다. 또한, 관체와 기폭측 안테나가 일체화되어 있으므로, 블라스팅면의 발파공으로의 무선 기폭 뇌관의 장전 시간을 보다 짧게 할 수 있다.
상기 무선 기폭 뇌관에 있어서, 상기 기폭측 안테나는, 도전선을 통해 상기 관체와 접촉되지 않고 소정 방향으로 향해져 배치되어 있는 것이 바람직하다. 기폭측 안테나의 설치 자유도를 늘릴 수 있다. 예를 들어 발파공의 안쪽에 무선 기폭 뇌관을 설치한 경우에도, 발파공의 입구부에 기폭측 안테나를 설치할 수 있으므로 편리하다. 이 경우, 상기 기폭측 안테나는, 무선에 의한 급전 및 통신을 필요 충분하게 실시할 수 있는 방향 (소정 방향) 으로 향하도록 조정이 가능하다.
상기 무선 기폭 뇌관에 있어서, 상기 무선 기폭 뇌관에는, 당해 무선 기폭 뇌관을 식별할 수 있는 개체 정보가 표시된 표시 장치가, 당해 무선 기폭 뇌관에 직접 또는 케이블을 통해 부착되어 있는 것이 바람직하다. 무선 기폭 뇌관의 개체 정보가 표시 장치에 의해 확인할 수 있게 된다. 이로써, 어떠한 이상을 발생시킨 무선 기폭 뇌관을 특정할 수 있게 된다.
본 발명으로부터는 다른 측면으로서 상기 무선 기폭 뇌관과 폭약으로 이루어지는 프라이머리 차지를 포함하는 폭약 유닛이 얻어지고, 이 폭약 유닛은 상기 무선 기폭 뇌관은 상기 프라이머리 차지에 부착되어 있고, 상기 케이블을 통해 상기 표시 장치가 부착되어 있는 경우, 상기 케이블의 길이는 상기 폭약 유닛이 피폭파 개소에 삭공된 발파공에 장전되었을 때에, 상기 표시 장치가 상기 발파공 밖에 도달할 수 있는 길이로 설정되어 있다. 이것에 따르면, 적절한 폭약 유닛을 구성할 수 있다.
또, 상기 케이블을 통해 상기 표시 장치가 부착되어 있는 경우, 개체 정보가 표시된 표시 장치가 발파공 밖으로 나와 있으므로, 화약 장전 후에 무선 기폭 뇌관에 이상이 발생했을 때, 작업자는, 이상이 발생한 무선 기폭 뇌관을, 발파공으로부터 취출하지 않고 용이하게 특정할 수 있다.
본 발명으로부터는 또 다른 측면으로서 무선 기폭 시스템이 얻어지고, 이 시스템은, 상기 폭약 유닛과, 상기 발파공으로부터 떨어진 원격 위치에 배치되어 상기 무선 기폭 뇌관에 상기 송신 신호를 무선으로 송신하고, 상기 무선 기폭 뇌관으로부터의 응답 신호를 무선으로 수신하는 기폭 조작기와, 상기 기폭 조작기가 무선 통신에서 사용하는 안테나로서 송신 전용 안테나 및 수신 전용 안테나를 따로 따로 갖지 않고 송수신에 사용할 수 있는 조작측 안테나로 구성된다.
그리고, 상기 조작측 안테나는 대략 루프 형상이고, 상기 제어부는 상기 기폭 조작기로부터 상기 송신 신호를 수신하면, 수신된 상기 송신 신호에 대응하는 응답 신호를 작성하고, 작성된 상기 응답 신호를, 상기 조작 주파수보다 높은 주파수인 응답 주파수로 상기 기폭측 안테나를 통해 송신하고, 상기 응답 주파수는 상기 조작측 안테나의 루프 길이보다 긴 파장이 되는 주파수로 설정되어 있다.
이것에 따르면, 기폭 조작기로부터 무선 기폭 뇌관에 송신하는 신호의 주파수를 100 kHz 이상 500 kHz 이하로 함으로써, 10 kHz 인 경우와 비교하여 조작측 안테나의 감기 수를 1/10 혹은 그 이하까지 줄일 수 있다. 이로써, 블라스팅면 근방에 있어서의 조작측 안테나를 연장하는 작업 시간을 보다 짧게 할 수 있다. 따라서, 블라스팅면 근방에 있어서의 작업 시간을 보다 짧게 할 수 있다. 또한, 무선 기폭 뇌관으로부터의 응답 주파수를, 조작측 안테나의 길이보다 긴 파장의 주파수로 함으로써, 정재파의 발생을 방지하여 송수신의 신뢰성을 높일 수 있다. 여기서, 조작측 안테나의 루프 길이란, 대략 루프 형상으로 감겨진 조작측 안테나의 총 연장 길이를 말한다.
상기 무선 기폭 시스템에 있어서, 상기 응답 주파수는 상기 조작 주파수를 초과하고 또한 10 MHz 이하인 것이 바람직하다. 이것에 따르면, 정재파의 발생을 방지하는 응답 주파수를, 적절한 주파수로 할 수 있어 송수신의 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명으로부터는 또 다른 측면으로서 상기 폭약 유닛과, 무선 기폭 뇌관에 송신 신호를 무선으로 송신하고, 상기 무선 기폭 뇌관으로부터의 응답 신호를 무선으로 수신하는 기폭 조작기를 사용하여 피폭파 개소를 폭파하는 무선 기폭 방법이 얻어진다. 이 방법은, 상기 피폭파 개소에 발파공을 삭공하는 발파공 삭공 단계와, 상기 폭약 유닛을 상기 발파공에 장전하는 장전 단계와, 상기 기폭 조작기가 무선 통신에서 사용하는 안테나로서 상기 응답 신호의 주파수인 응답 주파수에 대응하는 파장보다 짧은 길이로 설정한 조작측 안테나를, 상기 피폭파 개소로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 대략 루프 형상으로 연장하는 조작측 안테나 연장 단계와, 상기 조작측 안테나를 통해 상기 기폭 조작기로부터 100 kHz 이상 500 kHz 이하의 주파수인 조작 주파수로 상기 무선 기폭 뇌관에 기폭 준비를 개시시키는 송신 신호인 준비 개시 신호를 송신하는 준비 개시 송신 단계와, 상기 기폭측 안테나를 통해 상기 준비 개시 신호를 수신했을 때에 제어부에서 기폭 준비를 개시하는 단계와, 준비가 완료되었을 때에 준비 완료를 나타내는 응답 신호인 준비 완료 신호를, 상기 조작측 안테나의 길이보다 긴 파장이 되는 상기 조작 주파수를 초과하고 또한 10 MHz 이하의 상기 응답 주파수로 상기 기폭측 안테나를 통해 상기 제어부로부터 상기 기폭 조작기에 송신하는 준비 완료 응답 단계와, 상기 조작측 안테나를 통해 상기 준비 완료 신호를 수신했을 때에 상기 기폭 조작기로부터 기폭의 실행을 지시하는 송신 신호인 기폭 실행 신호를 송신하는 기폭 실행 송신 단계와, 상기 기폭측 안테나를 통해 상기 기폭 실행 신호를 수신했을 때에 제어부에서 상기 기폭부에 점화하여 상기 기폭부 및 상기 프라이머리 차지를 기폭하는 기폭 단계를 갖는다.
이것에 따르면, 기폭 조작기로부터 무선 기폭 뇌관에 송신하는 조작 주파수를 100 kHz 이상 500 kHz 이하로 함과 함께, 기폭측 안테나로서 연자성체 코일 안테나를 사용함으로써, 기폭측 안테나의 지향성의 조정과, 장전 단계와, 조작측 안테나 연장 단계에 걸리는 시간, 즉 블라스팅면 근방에 있어서의 작업 시간을 보다 짧게 할 수 있는 무선 기폭 방법을 실현할 수 있다.
상기 무선 기폭 방법에 있어서, 상기 무선 기폭 뇌관에, 상기 표시 장치가 상기 발파공 밖에 도달할 수 있는 길이의 상기 케이블을 통해 상기 표시 장치가 부착되어 있는 경우, 상기 장전 단계에서 상기 표시 장치가 상기 발파공 밖에 도달하도록 상기 발파공에 상기 폭약 유닛을 장전하는 것이 바람직하다. 이것에 따르면, 무선 기폭 뇌관에 이상이 발생했을 때, 예를 들어 작업자는, 기폭 조작기에 표시된 개체 정보 (예를 들어 기폭 지연 시간이나 식별 번호 등) 와 발파공 밖의 표시 장치에 표시되어 있는 개체 정보를 비교함으로써, 이상이 발생된 무선 기폭 뇌관을 용이하게 특정할 수 있다. 이로써, 발파공에 화약 장전한 후에, 블라스팅면 근방에 있어서의 작업 시간을 보다 짧게 할 수 있다.
도 1 은 터널 굴착 현장에서의 블라스팅면 (41) 을 폭파하기 위한 무선 기폭 시스템 (1) 을 설명하는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 II 부분에 나타내는 블라스팅면 (41) 에 삭공된 발파공 (40) 에 폭약 유닛 (20) 을 장전한 상태를 설명하는 도면이다.
도 3 은 폭약 유닛 (20) 구조의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4 는 도 3 의 IV 부분에 나타내는 무선 기폭 뇌관 (10) 구조의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5 는 도 4 의 V 부분에 나타내는 제어부 (10B) 구조의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 6 은 무선 기폭 방법의 처리 순서를 설명하는 플로우 차트이다.
도 7 은 기폭부 및 제어부가 수용되어 있는 관체에 대한 기폭측 안테나의 배치예를 설명하는 도면이다.
도 8 은 기폭측 안테나의 다른 배치예를 설명하는 도면이다.
도 9 는 기폭측 안테나의 또 다른 배치예를 설명하는 도면이다.
이하에, 터널 굴착 현장에서의 본 발명의 각종 실시예를, 도면을 이용하여 설명한다.
[무선 기폭 시스템의 전체 구성 (도 1) 과 발파공으로의 폭약 유닛의 장전 상태 (도 2)]
무선 기폭 시스템 (1) 은, 블라스팅면 (41) 에 삭공 (削孔) 된 발파공 (40) 에 장전되는 폭약 유닛 (20) 과, 발파공 (40) 으로부터 떨어진 원격 위치에 배치되어 폭약 유닛 (20) 에 대해 무선으로 송수신을 실시하는 기폭 조작기 (50) 와, 블라스팅면 (41) 의 근방에 연장된 조작측 안테나 (60) 로 구성되어 있다.
발파공 (40) 은, 예를 들어 직경 D1 이 5 ㎝ 정도, 깊이 D2 가 2 m 정도로 삭공된 구멍이지만, 이 수치에 한정되는 것은 아니다.
무선 기폭 뇌관 (10) 은, 도 3, 4 에 나타내는 바와 같이, 기폭부 (10A) 와, 제어부 (10B) 와, 기폭부 (10A) 와 제어부 (10B) 를 수용하는 관체 (10X) 와, 안테나부 (10C) 로 구성되고, 안테나부 (10C) 는, 대략 루프 형상의 기폭측 안테나 (30) 와, 일방 단이 제어부 (10B) 에 접속되고 타방 단이 기폭측 안테나 (30) 에 접속된 도전선 (31) 으로 구성되어 있다. 그리고 무선 기폭 뇌관 (10) 은, 발파공 (40) 에 장전될 때의 선두가 되는 폭약 (13) 으로서 무선 기폭 뇌관 (10) 이 삽입되어 있는 폭약 (13) 인 프라이머리 차지 (13A) 와, 프라이머리 차지 (13A) 에 대해 적절히 증감되는 폭약 (13) 인 세컨더리 차지 (13B) 와 함께 발파공 (40) 에 장전된다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 폭약 유닛 (20) 은 폭약 (13) 과 무선 기폭 뇌관 (10) 으로 구성되어 있고, 폭약 유닛 (20) 은 프라이머리 차지 (13A) 만, 혹은 프라이머리 차지 (13A) 에 세컨더리 차지 (13B) 가 추가된 상태의 것이다. 또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 폭약 유닛 (20) 의 선단에는, 고무 등의 탄성체로 형성된 보호 캡 (21) 이 끼워넣어져 발파공 (40) 에 장전되고, 폭약 유닛 (20) 의 후단에는 점토 등의 전색물 (22) 로 덮인다. 그리고, 도전선 (31) 의 길이는, 폭약 유닛 (20) 을 발파공 (40) 에 장전했을 때에 기폭측 안테나 (30) 가 발파공 (40) 밖에 도달할 수 있는 길이로 설정되어 있어도 되고, 도 2 에 나타내는 바와 같이 기폭측 안테나 (30) 를 발파공 (40) 내에 배치할 수 있는 길이여도 된다. 또는, 도 7, 8 에 나타내는 바와 같이 도전선 (31) 이 없고, 기폭측 안테나 (30) 가 관체 (10X) 에 접촉되어 관체 (10X) 의 축 상, 혹은 관체 (10X) 에 접촉되어 관체 (10X) 의 주위에 있어도 된다. 또, 보호 캡 (21) 은, 도전선 (31) 을 보호함과 함께 장전시의 쇼크를 완화시키는 것이지만, 생략해도 된다.
또한 표시 장치 (72) 는, 작업자가 무선 기폭 뇌관 (10) 을 식별할 수 있는 개체 정보 (예를 들어 기폭 지연 시간이나 식별 번호) 가 표시된 것이고, 케이블 (71) 을 통해 무선 기폭 뇌관 (10) 에 부착되어 있다. 그리고 케이블 (71) 의 길이는, 프라이머리 차지 (13A) 가 발파공 (40) 에 장전되었을 때에, 표시 장치 (72) 가 발파공 (40) 밖에 도달할 수 있는 길이로 설정되어 있다. 따라서 도 2 에 나타내는 바와 같이, 표시 장치 (72) 는, 프라이머리 차지 (13A) 가 발파공 (40) 에 장전된 경우, 발파공 (40) 밖에 배치된다. 또한, 케이블 (71) 과 표시 장치 (72) 는 생략해도 된다.
기폭 조작기 (50) 에는, 발파 모선 (62) 과 보조 모선 (61) 을 통해 조작측 안테나 (60) 가 접속되어 있다. 또한, 조작측 안테나 (60) 와 보조 모선 (61) 은 폭파할 때마다 새롭게 연장된다. 조작측 안테나 (60) 는, 블라스팅면 (41) 으로부터 예를 들어 1 m 정도의 거리 L1 만큼 떨어진 위치에, 굴 바닥 (42), 굴 측벽 (43), 굴 천정 (44) 을 따라 연장되어 있다. 발파 모선 (62) 의 선단으로부터 블라스팅면 (41) 까지의 거리 L2 는 예를 들어 30 m 정도이다. 발파 모선 (62) 의 선단으로부터 기폭 조작기 (50) 까지의 거리 L3 은 예를 들어 70 m 정도이다.
기폭 조작기 (50) 는, 발파 모선 (62) 과 보조 모선 (61) 과 조작측 안테나 (60) 를 통해 무선 통신으로 송신 신호를 송신하고, 송신 주파수인 조작 주파수는 100 kHz 이상 500 kHz 이하로 하고 있다. 또, 조작 주파수를 500 kHz 보다 높게 하면, 터널 내에서 정재파가 발생하기 쉬우므로 그다지 바람직하지 않다.
또한 기폭 조작기 (50) 는, 무선 기폭 뇌관 (10) 의 제어부 (10B) 로부터의 응답 신호를, 조작측 안테나 (60) 와 보조 모선 (61) 과 발파 모선 (62) 을 통해 수신한다. 또, 무선 기폭 뇌관 (10) 으로부터의 응답 신호의 주파수인 응답 주파수는, 상기 조작 주파수를 초과하고 또한 10 MHz 로 하고 있다.
하나의 실시예로서 조작 주파수를 100 kHz 이상 500 kHz 이하로 함으로써, 조작측 안테나 (60) 의 감기 횟수를, 1 회 혹은 수 회 정도로 할 수 있다. 또, 당해 조작 주파수의 송신 신호로 무선 기폭 뇌관 (10) 의 제어부 (10B) 에 급전함과 함께 점화용 에너지를 축전시킨다. 제어부 (10B) 의 급전 및 축전을 위한 송신시의 전력은, 수 10 W ∼ 수 100 W 정도의 비교적 작은 전력으로 실시할 수 있다. 또, 기폭측 안테나 (30) 는, 송신 전용 안테나 및 수신 전용 안테나를 따로 따로 준비할 필요가 없고, 송수신용 1 개의 연자성체 코일 안테나로 기폭측 안테나 (30) 를 구성할 수 있다. 또, 기폭측 안테나 (30) 의 직경은 발파공의 직경 이하로 할 수 있다.
예를 들어 조작 주파수가 200 kHz 인 경우, 무선 기폭 뇌관에서 가장 효율적으로 수신할 수 있는 안테나의 길이인 λ/2 는, λ/2 ＝ [v/f]/2 ＝ [(30 * 107)/(200 * 103)]/2 ＝ 750 m 이지만, 연자성체에 도선을 수십 회 정도, 권회한 매우 경량이면서 소형인 연자성체 코일 안테나여도, 충분한 에너지를 취출할 수 있다. 또한 연자성체란, 자성체 중에서도 비교적 용이하게 자극이 소실되거나 반전되거나 하는 고투자율의 재료이고, 예를 들어 철, 규소 강, 퍼말로이, 센더스트, 퍼멘듀어, 페라이트, 아모르퍼스 자성 합금, 나노크리스탈 자성 합금 등으로서, 통상적으로는 페라이트가 사용된다.
또, 기폭측 안테나 (30) 의 하나의 실시예인 연자성체 코일 안테나는, 종래와 비교하여 매우 효율적으로 에너지를 취출할 수 있다. 또한 조작 주파수가 높기 때문에, 종래와 비교해서 파장 λ 가 짧아 에너지를 취출하기 쉽다. 그리고 무선 기폭 뇌관측의 수신 효율이 양호하므로, 송신 신호의 출력 에너지도 종래만큼의 에너지를 필요로 하지 않고, 1 ∼ 수 회 정도 권회하는 조작측 안테나여도 된다.
또한, 무선 기폭 뇌관으로부터 기폭 조작기에 송신하는 응답 신호의 송신용 안테나는, 발파공의 연자성체 코일 안테나를 겸용할 수 있다. 그리고 응답 주파수를 10 MHz 로 한 경우, 기폭 조작기의 수신용 안테나의 길이는, 응답 주파수의 파장 λ (이 경우, 30 m) 를 초과하지 않는 길이로 하는 것이 바람직하고, 1 ∼ 수 회 감기의 조작측 안테나를 겸용할 수 있다.
조작 주파수가 10 kHz 이하인 종래의 방법에서는, 이미 설명한 바와 같이 송신 신호를 송신하기 위한 조작측 안테나의 감기 수가 40 ∼ 500 회 정도 필요하고, 무선 기폭 뇌관으로부터의 응답 신호를 수신하기 위한 다이폴 안테나가 필요하고, 블라스팅면 근방에 있어서 매우 긴 작업 시간이 필요하였다. 본 발명의 실시예에 따르면, 조작측 안테나 (60) 의 감기 수가 1 회 ∼ 수 회 정도여도 되고, 또한 수신 전용 다이폴 안테나도 불필요하므로, 블라스팅면 근방에 있어서의 조작측 안테나 (60) 를 연장하는 작업을, 종래와 비교해서 매우 단시간에 마치게 할 수 있다.
또, 조작 주파수가 10 kHz 이하인 종래의 방법에서는, 이미 설명한 바와 같이, 50 ㎜ 직경 정도의 페라이트 코어에 도선을 다수 회 감은 복잡하면서 또한 중량이 큰 것을 발파공의 가장 안쪽에 배치하고, 또한 선상 안테나를 발파공 밖으로 늘어뜨릴 필요가 있었다. 본 발명의 실시예에 따르면, 연자성체 코일 안테나로서 페라이트 바에 도선을 수십 회 정도, 권회한 매우 경량이면서 소형인 페라이트 바 안테나가 부착된 무선 기폭 뇌관을 폭약에 삽입하고, 프라이머리 차지가 된 폭약을 발파공에 삽입하는 것만이어도 된다. 또한 실시예에서는, 기폭측 안테나 (30) 의 직경을 발파공의 직경 이하로 할 수 있기 때문에, 기폭측 안테나가 방해가 되지 않아, 기폭측 안테나를 부착한 상태에서 무선 기폭 뇌관 (10) 을 장전 장치에 세트할 수 있다. 그리고, 발파공 (40) 에 대한 무선 기폭 뇌관 (10) 의 장전 작업을, 보다 단시간에 마치게 할 수 있다.
[무선 기폭 뇌관의 구조 (도 3 ∼ 5) 와 무선 기폭 방법의 처리 순서 (도 6)]
다음으로 도 3 ∼ 5 를 사용하여, 무선 기폭 뇌관 (10) 의 상세한 구조에 대해서 설명한다. 발파공 (40) 에 장전될 때의 선두가 되는 폭약 (13) 은, 무선 기폭 뇌관 (10) 이 삽입되고, 무선 기폭 뇌관 (10) 에서 직접 폭파되는 프라이머리 차지 (13A) 가 된다. 발파공 (40) 에 장전될 때에 프라이머리 차지 (13A) 의 후방에 배치되는 폭약 (13) 은, 프라이머리 차지 (13A) 의 폭파에 연동되어 폭파되는 세컨더리 차지 (13B) 가 된다. 세컨더리 차지 (13B) 의 수는 원하는 폭파 에너지에 따라 적절히 증감된다.
도 4 에 나타내는 무선 기폭 뇌관 (10) 은 단면도를 나타내고 있으며, 무선 기폭 뇌관 (10) 은, 관체 (10X) 내에 기폭부 (10A) 와 제어부 (10B) 가 수용되어 폐색 마개 (10Z) 로 밀봉되어 있다. 또 기폭부 (10A) 는, 절연 슬리브 (11A), 점화 구슬 (11B), 내관 (11C), 기폭약 (11D), 첨장약 (添裝藥) (11E) 등을 갖고 있다. 또 제어부 (10B) 는, 송수신 수단 (12B), CPU (12A), 축전 수단 (12C), 축전 상태 검출 수단 (12D), 스위치 수단 (12E), 점화 수단 (12F), ID 기억 수단 (12G) 등을 갖고 있다.
이하, 도 6 에 나타내는 플로우 차트를 사용하면서, 제어부 (10B) 의 각 구성 요소의 동작에 대해서 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 기폭 조작기 (50) 로부터의 송신 신호의 주파수인 조작 주파수를 200 kHz 로 설정하고, 무선 기폭 뇌관 (10) 으로부터의 응답 신호의 주파수인 응답 주파수를 10 MHz 로 설정한 실시예에서 설명한다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 작업자는, 단계 S10 의 발파공 삭공 단계에서, 삭공 등을 사용하여 블라스팅면 (41) 에 복수의 발파공 (40) 을 삭공하고, 단계 S20 으로 진행된다.
단계 S20 의 장전 단계에서, 작업자는 장전 장치 등을 사용하여, 삭공된 발파공 (40) 의 각각에, 기폭측 안테나 (30) 가 효율적으로 송수신할 수 있는 방향으로 향해 발파공 (40) 의 입구부에 위치하도록 폭약 유닛 (20) 을 장전하고, 단계 S30 으로 진행된다. 또 이상에서 설명한 것에서는, 기폭측 안테나를 발파공의 입구부에 배치한 실시예를 설명했지만, 기폭측 안테나는 발파공의 입구부에 한정되지 않고, 발파공 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다.
또, 케이블 (71) 및 표시 장치 (72) 가 있는 경우, 상기 장전 단계에 있어서, 표시 장치 (72) 가 발파공 (40) 밖에 도달하도록, 발파공 (40) 에 프라이머리 차지를 포함하는 폭약 유닛 (20) 을 장전하고, 단계 S30 으로 진행된다. 이 경우, 케이블 (71) 의 길이는, 프라이머리 차지를 포함하는 폭약 유닛이 발파공에 장전되었을 때에, 표시 장치가 발파공 밖에 도달할 수 있는 길이로 설정되어 있다.
단계 S30 의 조작측 안테나 연장 단계에서, 작업자는 블라스팅면 (41) 으로부터 거리 L1 만큼 떨어진 위치의 굴 바닥, 굴 측벽, 굴 천정에, 조작측 안테나 (60) 를 연장하고, 조작측 안테나 (60) 와 보조 모선 (61) 과 발파 모선 (62) 과 기폭 조작기 (50) 를 접속시키고, 단계 S40 으로 진행된다. 또한, 조작측 안테나 (60) 의 길이는, 무선 기폭 뇌관 (10) 의 응답 주파수에 대응하는 파장보다 짧은 길이로 설정한다. 요컨대, 응답 주파수는 조작측 안테나의 루프 길이보다 긴 파장이 되는 주파수로 설정되어 있다. 또, 조작측 안테나의 루프 길이란, 대략 루프 형상으로 감겨진 조작측 안테나의 총 연장 길이를 말한다.
예를 들어 응답 주파수가 10 MHz 인 경우, λ ＝ v/f 로부터 파장 ＝ 광속/응답 주파수 ＝ 300,000 (km/s)/10 * 106 (1/s) ＝ 30 m 이다. 따라서, 응답 주파수가 10 MHz 인 경우에는, 30 m 보다 짧은 길이로 설정한 조작측 안테나 (60) 를 대략 루프 형상으로 연장한다. 이로써, 정재파의 발생을 억제하여 무선 통신의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다. 또, 이 길이이면, 1 회 혹은 수 회 감는 것만으로, 터널의 굴 바닥, 굴 측벽, 굴 천정으로 전체 둘레에 걸쳐 조작측 안테나 (60) 를 연장할 수 있으므로, 매우 단시간에 조작측 안테나 연장 작업을 완료시킬 수 있다. 또, 응답 주파수를 결정하고 나서 조작측 안테나 (60) 의 길이를 결정하는 것이 아니라, 조작측 안테나 (60) 의 길이를 결정하고 나서 응답 주파수를 결정해도 된다.
그리고 단계 S40 에서, 작업자는 기폭 조작기 (50) 의 조작을 개시한다. 이하, 단계 S40 의 작업자의 조작에 의한 기폭 조작기 (50) 의 동작과 무선 기폭 뇌관 (10) 의 제어부 (10B) 의 동작에 대해서 설명한다.
기폭 조작기 (50) 는, 단계 S110 에서, 작업자로부터 모든 무선 기폭 뇌관 (10) 에 대해 기폭 준비를 개시시킬 준비 개시 신호의 송신 지시가 입력되었는지의 여부를 판정한다. 작업자로부터 지시가 입력된 경우 (예 (Yes)) 에는 단계 S120 으로 진행되고, 지시가 입력되지 않은 경우 (아니오 (No)) 에는 단계 S110 으로 되돌아와 입력을 기다린다.
단계 S120 으로 진행된 경우, 기폭 조작기 (50) 는, 발파 모선 (62) 과 보조 모선 (61) 과 조작측 안테나 (60) 를 통해 조작 주파수 (이 경우, 200 kHz) 의 준비 개시 신호를 무선으로 송신하고, 단계 S130 으로 진행된다.
준비 개시 송신 단계에는, 이상의 단계 S110 과 단계 S120 을 포함시킬 수 있다.
무선 기폭 뇌관 (10) 의 제어부 (10B) 의 CPU (12A) 는, 단계 S210 에서 기폭 조작기 (50) 로부터의 준비 개시 신호를 수신했는지의 여부를 판정한다. 준비 개시 신호를 수신한 경우 (예) 에는 단계 S220 으로 진행되고, 수신하지 않은 경우 (아니오) 에는 단계 S210 으로 되돌아와 입력을 기다린다. 이 경우, 도 5 에 나타내는 송수신 수단 (12B) 은, 기폭측 안테나 (30) 로부터 직접, 혹은 기폭측 안테나 (30) 와 도전선 (31) 을 통해 입력된 기폭 조작기 (50) 로부터의 송신 신호 (이 경우, 준비 개시 신호) 를 검출하여 CPU (12A) 에 출력한다. 또 송수신 수단 (12B) 은, 수신된 조작 주파수 (이 경우, 200 kHz) 의 신호를 전력으로 변환시켜 제어부 (10B) 내에서 사용하는 전력과 축전 수단 (12C) 에 축전되는 전력을 공급한다.
단계 S220 으로 진행된 경우, CPU (12A) 는, 수신된 준비 개시 신호에 의거하여, 기폭을 위한 준비인 축전 수단 (12C) 으로의 축전을 개시하여 단계 S230 으로 진행된다. 축전 수단 (12C) 은 콘덴서 등이고, CPU (12A) 로부터의 제어 신호에 의거하여 전하를 축적할 수 있다. 또, CPU (12A) 는, 축전 상태 검출 수단 (12D) 을 통해 축전 수단 (12C) 의 축전 상태를 검출할 수 있다.
단계 S230 에서, CPU (12A) 는 축전 상태 검출 수단 (12D) 으로부터의 검출 신호에 의거하여, 축전 수단 (12C) 의 축전량이 미리 설정된 축전량에 도달했는지의 여부를 판정한다. 설정된 축전량에 도달한 경우 (예) 에는 단계 S240 으로 진행되고, 도달하지 않은 경우 (아니오) 에는 단계 S220 으로 되돌아온다.
단계 S240 으로 진행된 경우, CPU (12A) 는, 준비 (축전) 완료를 나타내는 정보를 포함하는 응답 신호인 준비 완료 신호를 송수신 수단 (12B) 에 출력하고, 단계 S250 으로 진행된다. 또 준비 완료 신호에는, ID 기억 수단 (12G) 으로부터 판독된 ID 정보도 포함되어 있다. 이 ID 정보 (미리 각 제어부 (10B) 에 고유하게 배정된 ID) 를 사용함으로써, 기폭 조작기 (50) 는 어느 무선 기폭 뇌관의 준비 (축전) 가 완료되었는지, 적절히 인식할 수 있다. 또 송수신 수단 (12B) 은, CPU (12A) 로부터의 응답 신호를 응답 주파수 (이 경우, 10 MHz) 로 도전선 (31) 과 기폭측 안테나 (30) 를 통해 기폭 조작기 (50) 를 향해 출력한다.
준비 완료 응답 단계에는, 이상의 단계 S210 ∼ 단계 S240 을 포함시킬 수 있다.
기폭 조작기 (50) 는, 단계 S130 에서, 무선 기폭 뇌관 (10) 으로부터의 준비 완료 신호를 수신했는지의 여부를 판정한다. 복수의 무선 기폭 뇌관 (10) 의 각각에는, 고유의 ID 가 미리 배정되어 있고, 준비 완료 신호에는 ID 정보가 포함되어 있다. 기폭 조작기 (50) 는, 모든 무선 기폭 뇌관으로부터의 준비 완료 신호를 수신했는지의 여부를 판정한다. 모든 무선 기폭 뇌관 (10) 으로부터의 준비 완료 신호를 수신한 경우 (예) 에는 단계 S140 으로 진행되고, 그렇지 않은 경우 (아니오) 에는 단계 S130 으로 되돌아와, 모든 무선 기폭 뇌관 (10) 으로부터 준비 완료 신호를 수신할 때까지 기다린다. 또, 소정 시간 경과해도 모든 무선 기폭 뇌관으로부터의 준비 완료 신호를 수신할 수 없는 경우에는, 작업자의 조작에 의해 도시하지 않은 중단 등의 처치가 실시된다.
단계 S140 으로 진행된 경우, 기폭 조작기 (50) 는 작업자로부터의 기폭 실행의 지시가 입력되었는지의 여부를 판정한다. 작업자로부터의 기폭 실행의 지시 입력이 있는 경우 (예) 에는 단계 S150 으로 진행되고, 지시 입력이 되어 있지 않은 경우 (아니오) 에는 단계 S140 으로 되돌아와 입력을 기다린다.
단계 S150 으로 진행된 경우, 기폭 조작기 (50) 는 기폭의 실행을 지시하는 송신 신호인 기폭 실행 신호를, 발파 모선 (62) 과 보조 모선 (61) 과 조작측 안테나 (60) 를 통해 조작 주파수로 송신한다.
기폭 실행 송신 단계에는, 이상의 단계 S130 ∼ 단계 S150 을 포함시킬 수 있다.
각각의 무선 기폭 뇌관 (10) 의 CPU (12A) 는, 단계 S250 에서 기폭 실행 신호를 수신했는지의 여부를 판정한다. 이 경우, 송수신 수단 (12B) 이 기폭측 안테나 (30) 로부터 직접, 혹은 기폭측 안테나 (30) 와 도전선 (31) 을 통해 입력된 기폭 조작기 (50) 로부터의 송신 신호 (이 경우, 기폭 실행 신호) 를 검출하여 CPU (12A) 에 출력하고, CPU (12A) 는 송수신 수단으로부터 수취한 신호가 기폭 실행 신호인지의 여부를 판정한다. 기폭 실행 신호를 수신한 경우 (예) 에는 단계 S260 으로 진행되고, 수신하지 않는 경우 (아니오) 에는 단계 S250 으로 되돌아와, 기폭 실행 신호가 송신되는 것을 기다린다. 또, 소정 시간 경과해도 기폭 실행 신호가 송신되어 오지 않은 경우에는, 타임 아웃으로 판정하여 축전 수단 (12C) 에 축전된 에너지를 파기하여 종료한다.
단계 S260 으로 진행된 경우, CPU (12A) 는 기폭부 (10A) 에 점화하여 무선 기폭 뇌관 (10) 을 기폭시킨다. 이 경우, CPU (12A) 는, 스위치 수단 (12E) 을 조작하여 축전 수단 (12C) 에 축적된 에너지를 점화 수단 (12F) 에 공급하여 기폭부 (10A) 를 기폭시켜 프라이머리 차지 (13A) 및 세컨더리 차지 (13B) 를 기폭시킨다.
이상, 도 1 ∼ 5 를 이용하여 설명한 무선 기폭 시스템의 실시예에서는, 기폭 조작기 (50) 로부터 송신되는 신호의 주파수를 100 kHz 이상 500 kHz 이하로 하고 있으므로, 기폭측 안테나 (30) 의 구조를, 연자성체를 사용한 경량이면서 소형인 연자성체 코일 안테나로 할 수 있고, 발파공의 직경 이하로 할 수 있다. 이로써, 발파공 내의 임의의 위치에 기폭측 안테나를 설치 혹은 발파공 밖으로 늘어뜨릴 수 있다. 또 도 7 ∼ 9 에 나타내는 바와 같이, 무선 기폭 뇌관 (10) 이 폭약 (13) 에 부착되어 발파공에 장전될 때, 기폭측 안테나 (30) 는 무선 기폭 뇌관 (10) 을 구성하고 있는 기폭부 (10A) 및 제어부 (10B) 를 수용하고 있는 관체 (10X) 에 접촉되어 관체 (10X) 의 축 상 (도 7 참조), 혹은 관체 (10X) 에 접촉되어 관체 (10X) 의 주위 (도 8 참조), 또는 도전선을 통해 관체 (10X) 와 접촉되지 않는 떨어진 위치로서 발파공 내에 소정 방향 (효율적으로 송수신을 실시할 수 있는 방향이고, 무선에 의한 급전 및 통신을 필요 충분하게 실시할 수 있는 방향) 으로 향해져 설치되어 있다.
이로써, 기폭측 안테나 (30) 의 방향을, 발파공의 축 방향을 따른 방향으로 용이하게 설정할 수 있으므로, 발파공 밖으로 안테나를 늘어뜨리는 경우와 비교해서 기폭측 안테나의 방향을 개개로 조정할 필요가 없다. 따라서, 블라스팅면 근방에 있어서의 작업 시간을 보다 단축시킬 수 있다. 또, 기폭측 안테나 (30) 를 발파공 밖으로 늘어뜨려도 된다.
또, 당해 연자성체 코일 안테나에서 송신 신호의 수신과 응답 신호의 송신을 겸용시킬 수 있어, 종래와 같이 송신 신호의 수신 전용 안테나 및 응답 신호의 송신 전용 안테나를 필요로 하지 않는다. 이로써, 무선 기폭 뇌관 (10) 을 구비한 프라이머리 차지 (13A) 를, 발파공 (40) 에 장전하는 작업 시간을 보다 짧게 할 수 있다.
또한, 무선 기폭 뇌관 (10) 으로부터의 응답하는 신호의 주파수를 1 MHz 이상 10 MHz 이하로 설정하고, 조작측 안테나 (60) 의 길이도, 굴 바닥, 굴 측, 굴 천정을 따라 1 회 혹은 수 회 감을 정도의 길이여도 된다. 또한, 조작측 안테나 (60) 에서 송신 신호의 송신과 응답 신호의 수신을 겸용시킬 수 있어, 종래와 같이 송신 신호의 송신 전용 안테나 및 응답 신호의 수신 전용 다이폴 안테나를 필요로 하지 않는다. 이로써, 조작측 안테나를 연장하는 작업 시간도 보다 짧게 할 수 있다.
또, 조작측 안테나 (60) 는 발파에 의해 눈에 보이지 않는 손상이 내부에 발생할 가능성이 있으므로, 안전을 위해서 발파마다 다시 연장하고 있다. 그래서, 본원과 같이 1 회 ∼ 수 회 감기의 간소한 조작측 안테나 (60) 는, 종래의 40 ∼ 500 회 감기의 안테나 ＋ 다이폴 안테나와 비교해서 안테나를 연장하는 작업 시간을 매우 단시간으로 할 수 있고, 발파 작업의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한 도 6 을 이용하여 설명한 무선 기폭 방법의 실시예에 따르면, 블라스팅면 근방에 있어서의 작업 시간을 보다 짧게 할 수 있고, 보다 안전하게 블라스팅면을 폭파시킬 수 있다.
또, 무선 기폭 뇌관에 표시 장치를 부착하고, 발파공 밖으로 표시 장치를 나오게 함으로써, 작업자는, 발파공에 장전 후, 무선 기폭 뇌관에 이상이 발생했을 때, 기폭 조작기에 표시된 (이상이 발생한 무선 기폭 뇌관의) 개체 정보와, 발파공 밖에 늘어 뜨러져 있는 표시 장치에 표시되어 있는 개체 정보를 비교함으로써, 이상이 발생된 무선 기폭 뇌관을 용이하게 특정할 수 있으므로, 작업 시간을 보다 짧게 할 수 있다.
본 발명의 각종 실시예를 구체적인 형태로 언급하면서 설명했는데, 당업자라면 본 발명의 무선 기폭 시스템, 무선 기폭 방법과, 이것에 사용되는 무선 기폭 뇌관, 폭약 유닛이 여기서 설명한 외관, 구조, 구성, 처리 등에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러 변경, 추가, 삭제가 가능한 것은 분명할 것이다.
또 이상에서 설명한 무선 기폭 시스템과 무선 기폭 방법은, 터널 굴착 현장에 한정되지 않고, 여러 현장의 폭파에 적용할 수 있다.
또한 이상의 설명에서는, 무선 기폭 뇌관 (10) 에 케이블 (71) 을 통해 표시 장치 (72) 를 부착한 실시예를 설명했는데, 표시 장치 (72) 를 무선 기폭 뇌관 (10) 에 직접 부착해도 된다. 표시 장치를 무선 기폭 뇌관에 직접 부착한 경우, 작업자는 발파공에 장전한 후에 표시 장치를 확인할 수는 없지만, 발파공에 장전할 때에 표시 장치를 확인하면서 장전할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기폭부와,
    상기 기폭부에 접속되어 상기 기폭부에 점화하는 제어부와,
    상기 기폭부와 상기 제어부가 수용되는 관체와,
    상기 제어부가 무선 통신에서 사용하는 안테나로서 송신 전용 안테나 및 수신 전용 안테나를 따로 따로 갖지 않고 송수신에 사용할 수 있는 기폭측 안테나를 구비하고 있는 무선 기폭 뇌관으로서,
    상기 기폭측 안테나는 연자성체 코일 안테나이고,
    상기 제어부는, 상기 기폭측 안테나를 통해 100 kHz 이상 500 kHz 이하의 주파수인 조작 주파수의 송신 신호를 수신하는, 무선 기폭 뇌관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기폭측 안테나는, 상기 관체에 접촉되어 상기 관체의 축 상에, 혹은 상기 관체에 접촉되어 상기 관체의 주위에 설치되어 있는, 무선 기폭 뇌관.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기폭측 안테나는, 도전선을 통해 상기 관체와 접촉되지 않고 소정 방향으로 향해져 배치되어 있는, 무선 기폭 뇌관.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 기폭 뇌관에는, 당해 무선 기폭 뇌관을 식별할 수 있는 개체 정보가 표시된 표시 장치가, 당해 무선 기폭 뇌관에 직접 또는 케이블을 통해 부착되어 있는, 무선 기폭 뇌관.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 무선 기폭 뇌관과 폭약으로 이루어지는 프라이머리 차지를 포함하는 폭약 유닛으로서,
    상기 무선 기폭 뇌관은 상기 프라이머리 차지에 부착되어 있고,
    상기 케이블을 통해 상기 표시 장치가 부착되어 있는 경우, 상기 케이블의 길이는 상기 폭약 유닛이 피폭파 개소에 삭공 (削孔) 된 발파공에 장전되었을 때에, 상기 표시 장치가 상기 발파공 밖에 도달할 수 있는 길이로 설정되어 있는, 폭약 유닛.
  6. 제 5 항에 기재된 폭약 유닛과,
    상기 발파공으로부터 떨어진 원격 위치에 배치되어 상기 무선 기폭 뇌관에 상기 송신 신호를 무선으로 송신하고, 상기 무선 기폭 뇌관으로부터의 응답 신호를 무선으로 수신하는 기폭 조작기와,
    상기 기폭 조작기가 무선 통신에서 사용하는 안테나로서 송신 전용 안테나 및 수신 전용 안테나를 따로 따로 갖지 않고 송수신에 사용할 수 있는 조작측 안테나로 구성된 무선 기폭 시스템으로서,
    상기 조작측 안테나는 대략 루프 형상이고,
    상기 제어부는, 상기 기폭 조작기로부터 상기 송신 신호를 수신하면, 수신된 상기 송신 신호에 대응하는 응답 신호를 작성하고, 작성된 상기 응답 신호를, 상기 조작 주파수보다 높은 주파수인 응답 주파수로 상기 기폭측 안테나를 통해 송신하고,
    상기 응답 주파수는, 상기 조작측 안테나의 루프 길이보다 긴 파장이 되는 주파수로 설정되어 있는, 무선 기폭 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 응답 주파수는 상기 조작 주파수를 초과하고 또한 10 MHz 이하인, 무선 기폭 시스템.
  8. 제 5 항에 기재된 폭약 유닛과,
    상기 무선 기폭 뇌관에 송신 신호를 무선으로 송신하고, 상기 무선 기폭 뇌관으로부터의 응답 신호를 무선으로 수신하는 기폭 조작기를 사용하여 피폭파 개소를 폭파하는 무선 기폭 방법에 있어서,
    상기 피폭파 개소에 발파공을 삭공하는 단계와,
    상기 폭약 유닛을 상기 발파공에 장전하는 단계와,
    상기 기폭 조작기가 무선 통신에서 사용하는 안테나로서 상기 응답 신호의 주파수인 응답 주파수에 대응하는 파장보다 짧은 길이로 설정한 조작측 안테나를, 상기 피폭파 개소로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 대략 루프 형상으로 연장하는 단계와,
    상기 조작측 안테나를 통해 상기 기폭 조작기로부터 100 kHz 이상 500 kHz 이하의 주파수인 조작 주파수로 상기 무선 기폭 뇌관에 기폭 준비를 개시시키는 송신 신호인 준비 개시 신호를 송신하는 단계와,
    상기 기폭측 안테나를 통해 상기 준비 개시 신호를 수신했을 때에 제어부에서 기폭 준비를 개시하는 단계와,
    준비가 완료되었을 때에 준비 완료를 나타내는 응답 신호인 준비 완료 신호를, 상기 조작측 안테나의 길이보다 긴 파장이 되는 상기 조작 주파수를 초과하고 또한 10 MHz 이하의 상기 응답 주파수로 상기 기폭측 안테나를 통해 상기 제어부로부터 상기 기폭 조작기에 송신하는 단계와,
    상기 조작측 안테나를 통해 상기 준비 완료 신호를 수신했을 때에 상기 기폭 조작기로부터 기폭의 실행을 지시하는 송신 신호인 기폭 실행 신호를 송신하는 단계와,
    상기 기폭측 안테나를 통해 상기 기폭 실행 신호를 수신했을 때에 제어부에서 상기 기폭부에 점화하여 상기 기폭부 및 상기 프라이머리 차지를 기폭하는 단계를 갖는, 무선 기폭 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 무선 기폭 뇌관에, 상기 표시 장치가 상기 발파공 밖에 도달할 수 있는 길이의 상기 케이블을 통해 상기 표시 장치가 부착되어 있는 경우, 상기 표시 장치가 상기 발파공 밖에 도달하도록 상기 발파공에 상기 프라이머리 차지를 장전하는, 무선 기폭 방법.
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