KR20160095767A - 발파용 금속혼합조성물, 이를 수용하는 방수패킷 및 이를 이용한 발파공법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 발파용 금속혼합조성물은,
마그네슘, 철, 구리, 알루미늄, 니켈 등 환원제로 사용가능한 금속 중에서 선택되는 10 내지 20 중량 %의 금속분말과,
상기 금속분말을 산화시키기 위하여 사용되는 황산염, 크롬산염, 아질산염 및 금속 산화물 중에서 선택되는 50 내지 60 중량 %의 금속염과,
연소산화 반응 물질로서 클루코스, 디에칠 파이로 카보네이트 및 우레아 중에서 선택되는 10 내지 30 중량 %의 분말형 탄화수소계 화합물 및
연소산화반응에 관여하고 점화를 도와주는 5 내지 15 중량 %의 액상 탄화수소로 조성된 것을 특징으로 한다.

Description

발파용 금속혼합조성물, 이를 수용하는 방수패킷 및 이를 이용한 발파공법{ metallic compound for blasting}

본 발명은 발파용 금속혼합조성물, 이를 수용하는 방수 패킷 및 이를 이용한 발파공법에 관한 것으로 보다 상세하게는 산소 공급원인 금속염과 금속분말 및 탄화수수계 화합물의 혼합물로 이루어져 발파작업에 사용되는 금속혼합조성물과 이를 방수 상태로 수용하기 위하여 내 외면에 방수코팅 처리되고, 양 단에 금속캡으로 밀폐된 방수 패킷과 이를 이용한 발파공법에 관한 것이다.

일반적으로 토목공사에서 암반파쇄 등에 사용되는 화약류 및 폭약류는 내부의 혼합물이 약간의 열 충격에 의해 화학적으로 반응하게 되고 이 화학 반응이 일어나는 순간 대량의 기체 팽창을 일으켜 암반 등의 목적물을 파쇄한다.

그러나 이러한 화학 및 폭약류는 매우 불안정한 물질이어서 미세한 충격과 마찰 및 열 등에 매우 민감하게 반응하는 불안정한 물질이며, 폭약의 폭발속도는 4,500m/s 이상 7,000m/s 정도의 속도를 가져, 발파작업에 상당한 위험요소를 제공할 뿐만 아니라 소음, 진동, 먼지 비산 등의 환경문제를 야기하고 있다.

또한, 이러한 극팽창 물질의 취급에는 많은 안전사고의 위험이 존재하므로, 보관시 매운 안정적인 물질이면서 폭발시엔 큰 폭발력을 얻거나 또는 필요한 정도의 폭발력을 얻도록 조절 가능한 폭발 물질의 개발이 요구되고 있다.

이러한 폭발 물질로는 한국 특허 등록 제213577호에 개시되어 있는 급팽창 금속 혼합물을 들 수 있는데 이는 산화제인 금속질산염과, 그 금속질산염에 의해 산화하면서 발열하여 부피를 증가시키는 금속분말과, 그 금속질산염과 금속분말의 산화반응을 촉진시키는 반응촉진제를 적정비율로 배합하여 제조된 것으로 소음이 작고 파편 비산이 적은 효과가 있다고 주장되고 있으나, 제조된 팽창제가 습기에 취약하여 저장시 변질이 쉽게 발생되고 반응이 잘 쉽게 일어나지 않게 되는 문제점을 안고 있다.

또한, 종래의 금속혼합물을 이용한 폭발 또는 팽창물질은 초고압상태를 발생시키기 위해서 응압조건이 유지되어야 하므로 시멘트 몰타르나 급결재 등의 특수한 적색물을 사용하게 되거나, 고온의 유지가 필수적인 반면 폭발 반응시 발생되는 고온의 열이 주변 암반층으로 쉽게 전도되어 기화 팽창압의 손실을 가져오게 되어 파암효과가 저하되는 문제점이 있어 왔다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 금속분말의 혼함물을 최적의 화학적 조성비로 혼합하여 사용함으로써 탄화수소계 화합물의 산화 연소 반응을 일으켜 이중산화 및 연소반응을 일으켜 폭약의 폭발 시 소음과 진동 발생을 최소화 하고 암반의 파쇄효과는 극대화하는 금속혼합조성물을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 금속분말혼합물을 방수 처리된 패킷 내부에 수용하여 발파천공장 내부에 스며든 물에 의해 발파작업에 영향을 받지 않고, 장기간 보관이 가능하며 발파작업의 능률을 증가시키는 방수 패킷 및 이를 이용한 발파공법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발파용 금속혼합조성물은,

마그네슘, 철, 구리, 알루미늄, 니켈 등 환원제로 사용가능한 금속 중에서 선택되는 10 내지 20 중량 %의 금속분말과,

상기 금속분말을 산화시키기 위하여 사용되는 황산염, 크롬산염, 아질산염 및 금속 산화물 중에서 선택되는 50 내지 60 중량 %의 금속염과,

연소산화 반응 물질로서 클루코스, 디에칠 파이로 카보네이트 및 우레아 중에서 선택되는 10 내지 30 중량 %의 분말형 탄화수소계 화합물 및

연소산화반응에 관여하고 점화를 도와주는 5 내지 15 중량 %의 액상 탄화수소로 조성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 금속혼합조성물을 수용하는 방수패킷은,

내부에 수용 공간을 가지는 펄프재질의 원형 튜브의 내면과 외면에 합성수지재 방수코팅층이 형성되고, 양 단에는 금속캡에 의해 밀봉되어 물이 침투된 발파공에 노출되어도 내부의 금속혼합조성물이 젖지 않도록 보호하는 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 발파공법은, 전기 뇌관이 장착된 다이너마이트 폭약, 에멀젼 폭약 중에서 선택되는 폭발물과, 제1항의 금속혼합조성물을 이용하여 장약하고 발파하되,

상기한 발파천공장에는 상기 폭발물이 수용된 폭발물 패킷과, 상기 금속혼합조성물이 수용된 방수패킷을 교대로 삽입시켜 장약하고, 폭발물에 장착된 전기 뇌관에 전기적인 충격을 가하여 먼저 상기 폭발물이 폭발되고, 폭발물의 반응에 의해 상기 금속혼합 조성물이 폭발되는 순서로 발파작동이 일어나도록 구성되되,

상기 폭발물과 금속혼합조성물의 중량비는,

폭발물 45 내지 55 중량 %, 금속혼합조성물 45 내지 55 중량 %의 비율로 장약되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 다이너마이트폭약이나 에멀젼폭약과 같이 폭발반응이 민감하고 폭발속도가 빠른 폭발물이 수용된 패킷과 과 이보다는 폭발반응이 둔감하고 폭발속도가 느린 금속혼합조성물 패킷을 교대로 삽입 장약하고 발파시공하면, 폭발진동과 폭발소음을 줄일 수 있으며, 비산석의 발생을 억제하는 등의 효과가 있다.

또한, 기존의 폭약발파공법과 같이 폭발물에 장착되어 있는 전기뇌관에 전기적인 충격을 가하는 방법으로 발파작업을 진행할 수 있으므로 발파시공비용을 절감시키는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 금속혼합조성물 패킷은 외부와 금속혼합조성물이 완전차단되므로, 오랜 보관에도 변질되지 않아 수년간 보관할 수 있고, 화재시에도 폭발을 일으키지 않아 비교적 안전하며, 물이 스며든 천공장에도 별도의 조치없이 바로 사용이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 발파를 시행하는 것을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 따라 발파 후 암반 파쇄 상태를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 방수패킷의 사시도.
도 4는

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

설명에 앞서, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예(들)에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시 예(들)은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.

하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시 예(들)을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 전기식 파암용 팽창제 조성물은 불꽃 산화반응물질인 금속염과 금속분말의 혼합물과 연소 산화반응성분인 탄화수소계 화합물 분말로 이루어져 있다.

상기 금속염은 상기 금속 분말을 산화시키는 목적으로 사용되는 것으로서 황산염, 크롬산염, 질산염, 아질산염, 등이 사용되거나, 상기 금속분말을 산화시킴과 동시에 산화 반응 속도를 조절하기 위하여 금속 산화물이 사용되고 있다.

상기 금속염 중에서 황산염은 황산구리(CuSO4), 황산칼슘(CaSO4), 황산바륨(BaSO4), 등 기타 금속 황산염의 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질이며, 크롬산염은 중크롬산 암모늄(NH4)2Cr2O7 , 중크롬산칼륨(K 2Cr2O7) 등이며, 질

산 염은 질산칼륨(KNO3), 질산구리(Cu(NO3)2, 질산암모늄(NH4NO 3), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 질산바륨(Ba(NO3)2 등 기타 질산염의 그룹중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질이고, 아질산 염은 아질산 나트륨(NaNO2), 아진산 칼륨(KNO2)등 이다.

그리고 금속염의 일종인 상기 금속 산화물로는 산화크롬(CrO3) 산화칼륨망간(KMnO4), 산화망간(MnO4), 산화납(Pb3O4), 삼산화 이철(Fe2O3), 산화구리(CuO), 산화 티타늄(TiO2) 등이 사용된다.

상기 금속 분말은 마그네슘, 철, 구리, 알루미늄, 니켈등 기타 환원제로 사용가능한 단위 금속 또는 혼합물로 이루어져있다.

상기 액상 탄화수소는 흔히 석유로 불리는 액상 탄화수소를 사용할 수 있다. 휘발유, 경유, 등유 중 어느 한 종류의 기름 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 액상 탄화수소는 연소산화반응을 촉진시키고 점화를 도와주는 역할을 한다. 또한, 분말형의 다른 성분들과 혼합되어 금속혼합조성물이 일정한 점성을 가져 뭉쳐질 수 있도록 하는 역할을 하며, 금속혼합조성물의 안정성을 높이는 역할을 하게 된다.

금속염과 금속분말의 연소 산화 반응 물질로서 탄화수소계혼합물이 첨가되는데 탄화수소화합물중에 구조적으로 안정한 글루코스(C6H12O6), 디에칠 파이로 카본 네이트(C6H10O5), 우레아(CO(NH2)2)등의 사용이 적합하며, 금속염 및 금속분말과 사용가능한 분말로 혼합됨으로써 폭발시에 열 분해반응을 하여 반응 초기에 섭씨1,200도이상의 반응온도를 유지하게 되며, 이때 제한적 가스발생량을 조절할 수 있는 최적의 조성비(Optimization of Multi Component Mixture ratio)로 혼합하게 되는데, 그 혼합 비율은 상기 금속염은 50~60중량%이고, 상기 금속분말은 10~20중량%이며, 상기 분말형 탄화수소계 화합물은 10~30중량%, 상기 액상 탄화수소는 5~15중량%가 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 금속혼합조성물의 제조방법을 설명한다. 먼저 다수의 금속 분말 중 1종 또는 2종이상의 금속분말 , 탄화수소계 화합물 중 1종의 분말을 각각 잘게 분쇄한다. 분말의 크기는 수 마이크로 내지 수십 마이크로 정도의 크기를 가지도록 미세한 분말로 파쇄한다. 다음 다수의 금속염 중 1종 또는 2종 이상의 금속염을 미세하게 분쇄한다. 분쇄된 금속분말, 탄화수소계 화합물, 금속염을 상기한 비율로 혼합 용기에서 혼합하여 분쇄기에 의해 혼합물을 다시 분쇄한다. 여기에 액상 탄화수소를 일정비율로 첨가하고 잘 섞이도록 교반한다.

다음, 제조된 금속혼합조성물을 본 발명에 따른 발파용 방수패킷에 넣는다. 방수패킷은 내측면와 외측면이 합성수지재가 코팅(21,23)되어 있다. 방수패킷의 일측 금속캡(30a)을 가압하여 밀봉한 상태에서 금속혼합조성물을 넣고 내부에 충분한 양이 들어가도록 반복적으로 눌러준다. 정해진 용량의 금속혼합조성물이 채워지면 타측 금속캡(30b)을 가압하여 밀봉한다. 밀봉된 상태에서는 외부의 공기 및 수분에 전혀 노출되지 않으며 외부와 내부가 완전히 격리된다.

다음으로, 상기 설명한 바와 같이 제작된 금속혼합조성물이 수용된 발파용 방수패킷을 이용하여 발파작업을 하는 과정을 설명한다.

사용을 원하는 발파 공사 현장에서는 기존에 설계되어 있는 공당 장약량을 50%만 준비하고 동량의 금속혼합조성물이 수용된 발파용 방수패킷을 준비하여 설계된 암반 천공 홀에 뇌관이 장착된 폭발물(1)을 먼저 삽입하고 그 다음 금속혼합조성물이 수용된 발파용 방수패킷(2)을 삽입한다. 설치된 뇌관의 각 선을 순서대로 결선하여 50M 이상 떨어진 곳까지 발파모선을 연결하여 발파기와 연결한 후 주변경계를 확인하고 발파기를 작동하여 발파한다.

이때, 발파기 전원에 의하여 점화된 뇌관이 기폭 되면서 화약이 폭발하고 화약의 폭발에 의해서 본 발명의 금속혼합조성물이 순폭되면서 화약의 폭발력을 둔감하게 만들어 폭음과 진동을 감소시켜, 진동이 전달되는 파장거리를 감소킬 수 있게 된다.

또한, 발파 후 파쇄된암반의 크기도 기존의 화약 발파 때보다 더 잘게 파쇄되므로 2차 파쇄 비용을 줄일 수 있으며 폭발성인 화약을 사용할 때 발생했던 발파암의 비산에 의한 사고를 크게 줄일 수 있다.

<실시예1>

아래와 같은 조건에서 발파시험을 수행하였다.

공사명 : 건물 지하암반 터파기 발파공사

암반의 종류 : 화강암 극 경암

천공패턴 : 천공깊이 2.8M, 천공간격 0.8M X 0.8M

공당장약량 : 0.5kg(화약250g, 금속혼합조성물250g)

총발파공수 : 100공

상기와 같이 발파작업을 준비하여 암반에 클로라드릴을 이용하여 100공을 천공하고 공당 화약250g, 본 발명에 따른 금속혼합조성물 250g을 삽입하고 전색제로 전색한 후 뇌관선과 발파 모선을 결선하고 발파매트를 설치한 후, 발파원에서 25M 이격된 거리에서 발파기를 작동하여 발파를 시행하였다. 이때 비산석이 전혀 발생하지 않았으며, 주변 5M~20M 이격 거리의 건물에는 진동수치가 0.2cm/sec 이하로 계측되었다. 이는 종래 폭약 만으로 발파작업을 하는 경우에 대비하여 진동수치가 70% 이상 감소한 수치이다.

Claims (4)

1. 폭약과 함께 발파에 사용되는 금속혼합조성물로서,
   마그네슘, 철, 구리, 알루미늄, 니켈 등 환원제로 사용가능한 금속 중에서 선택되는 10 내지 20 중량 %의 금속분말과,
   상기 금속분말을 산화시키기 위하여 사용되는 황산염, 크롬산염, 아질산염 및 금속 산화물 중에서 선택되는 50 내지 60 중량 %의 금속염과,
   연소산화 반응 물질로서 클루코스, 디에칠 파이로 카보네이트 및 우레아 중에서 선택되는 10 내지 30 중량 %의 분말형 탄화수소계 화합물 및
   연소산화반응에 관여하고 점화를 도와주는 5 내지 15 중량 %의 액상 탄화수소로 조성된 것을 특징으로 하는 발파용 금속혼합조성물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속염 중에서 황산염은
   황산구리, 황산칼슘, 황산바륨 등 금속 황산염의 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질이며,
   상기 아질산염은 아질산나트륨, 아질산칼륨, 중에서 선택된 어느 하나이상의 물질이며,
   상기 크롬산염은 중크롬산암모늄, 중크롬산칼륨 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발파용 금속혼합 조성물
   
3. 제1항의 금속혼합조성물을 수용하는 방수패킷으로서,
   내부에 수용 공간을 가지는 펄프재질의 원형 튜브의 내면과 외면에 합성수지재 방수코팅층이 형성되고, 양 단에는 금속캡에 의해 밀봉되어 물이 침투된 발파공에 노출되어도 내부의 금속혼합조성물이 젖지 않도록 보호하는 발파용 금속혼합물 방수패킷.
   
4. 전기 뇌관이 장착된 다이너마이트 폭약, 에멀젼 폭약 중에서 선택되는 폭발물과, 제1항의 금속혼합조성물을 이용하여 발파천공장에 장약하고 발파시키는 발파공법에 있어서,
   상기한 발파천공장에는 상기 폭발물이 수용된 폭발물 패킷을 먼저 장약하고, 상기 금속혼합조성물이 수용된 방수패킷을 그 다음 삽입시켜 장약하며,
   폭발물에 장착된 전기 뇌관에 전기적인 충격을 가하여 먼저 상기 폭발물이 폭발되고, 폭발물의 반응에 의해 상기 금속혼합 조성물이 폭발되는 순서로 발파작동이 일어나도록 구성되되,
   상기 폭발물과 금속혼합조성물의 중량비는,
   폭발물 45 내지 55 중량 %, 금속혼합조성물 45 내지 55 중량 %의 비율로 장약되는 것을 특징으로 하는 발파공법.
   

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