KR20170112237A - 할암 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암반을 분할 및 파쇄함은 물론 할암된 암석을 용이하게 적재할 수 있는 할암 장치에 관한 것으로, 상세하게는 상기 할암 장치는, 굴착대상 암반을 일정 깊이로 천공하여 할암 공간을 형성하는 천공부; 및 상기 천공부의 후단에 연결되어 상기 천공부에 의해 형성되는 할암 공간에 삽입되되, 수직방향으로 절개되어 상호 대칭을 이루는 한 쌍의 유동모듈과, 상기 유동모듈 간을 이격시켜 상기 할암 공간 내에서 암반을 가압하는 확장모듈을 포함하여 암반을 분할 또는 파쇄하는 할암부;를 포함하는 것이 특징이다.

Description

할암 장치{A Rock Split device}

본 발명은 암반을 분할 및 파쇄함은 물론 할암된 암석을 용이하게 적재할 수 있는 할암 장치에 관한 것이다.

일반적으로 건설작업 현장에서 널리 사용되는 굴착기에는 구매자의 구사항에 따라 굴착기에 설치된 고유의 버킷을 포함하여 여러 가지 부가적인 작업기(option attachment)를 설치함으로써 굴착기의 용도를 다양화시킬 수 있도록 되어 있는 바, 이러한 옵션작업기는 굴착기 선단의 암에 체결용 핀과 속공 클램프에 의하여 장착되도록 되어 있다.

또한, 암반 굴착방식은 발파방식, 파워 브레이커(Power breaker)를 사용하는 기계식 천공 등이 주류를 이루고 있다.

그러나, 상기 발파방식은 매우 큰 소음, 진동, 분진 등을 유발하여 특수한 경우를 제외하면 특히 도심지에서 사용되지 않는다.

이때, 도심지에서 일반적으로 사용되는 굴착방식은 파워 브레이커공법으로 수압브레이커를 굴착기에 장착하여 굴착면에 치젤을 타격하여 암반을 파쇄하는 방법으로 굴착된 암석을 2차 소할 하는데도 사용된다.

그러나, 이러한 방식도 소음과 충격진동이 비교적 크기 때문에 민원을 유발하여 시가지의 장기적인 작업에는 부적합하다는 문제점이 있다.

그 외에도 종래의 암반 굴착방식들은 암반의 천공, 할암 및 상차 등을 각기 다른 장비로 수행함으로써 작업이 비효율적이고, 자유면이 없는 경우 할암 작업이 불가능한 등의 문제점이 있었다.

대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0317939호 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1014793호

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 할암 장치에 워터젯 원리를 이용한 천공부를 구비하여 암반을 굴착함에 있어 진동 및 소음 발생을 최소화하도록 하며, 일 장치를 통해 암반의 천공, 할암 및 암반의 상차 등을 수행하여 작업의 신속성, 편의성, 경제성이 우수한 할암 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 천공부가 워터젯노즐에서 분사되는 고압수에 의해 암반을 천공하고, 고압수의 반력으로 천공부가 회전함과 동시에 천공부의 하부에 장착된 드릴비트에 의해 미천공된 암반이 천공되게 함으로써 작업 효율이 우수한 할암 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 할암 장치는, 굴착대상 암반을 일정 깊이로 천공하여 할암 공간을 형성하는 천공부; 및 상기 천공부의 후단에 연결되어 상기 천공부에 의해 형성되는 할암 공간에 삽입되되, 수직방향으로 절개되어 상호 대칭을 이루는 한 쌍의 유동모듈과, 상기 유동모듈 간을 이격시켜 상기 할암 공간 내에서 암반을 가압하는 확장모듈을 포함하여 암반을 분할 또는 파쇄하는 할암부;를 포함하여 구성될 수 있다.

일 실시 예로써, 상기 확장모듈은 수직 방향을 따라 승강 구동하며 그 직경이 하부로 갈수록 작아지게 구성되는 승강롤러를 포함하며, 상기 유동모듈은 상기 승강롤러의 하부에 위치하며 하강 구동하는 승강롤러를 수용하되 그 내경이 상기 승강롤러의 직경보다 작게 구성되는 내부 공간을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 상기 승강롤러는 회전력을 부여받아 회전 구동하며, 상기 승강롤러의 외주면과 상기 유동모듈의 내주면은 각각 동일한 피치 간격을 갖는 수나사산과 암나사산이 구성될 수 있다.

다른 실시 예로써, 상기 확장모듈은 상기 유동모듈의 내부에 위치하며, 회전력을 부여받아 회전 구동하는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 축 방향을 따라 일정 간격으로 구비되며 장축과 상기 장축보다 지름이 짧은 단축을 갖는 타원형의 확장돌기를 포함하며, 상기 유동모듈은 상기 확장모듈의 회전축을 수용하는 내부 공간과, 상기 내부 공간과 연통하며 각각의 확장돌기를 수용할 수 있도록 장축과 상기 장축보다 지름이 짧은 단축을 갖는 복수의 확장 공간을 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 상기 할암부는 상기 한 쌍의 유동모듈 간을 연결하는 하나 이상의 복원 스프링을 더 포함할 수 있다.

하나의 예로써, 상기 천공부는 상기 할암부의 전방에서 회전 가능하게 구비되는 워터젯하우징과, 상기 워터젯하우징 전방에 구비되는 한 쌍의 워터젯노즐 및 복수의 드릴 비트를 포함하되, 상기 워터젯하우징은 전방의 직경선상에 형성되는 전방유로와, 상기 전방유로와 연결되고 상기 워터젯하우징의 측면에 형성되는 측면유로를 포함하고, 상기 한 쌍의 워터젯노즐은 상기 워터젯하우징의 중심축의 양쪽에 동일한 간격으로 이격되어 상기 전방유로 상에 구비되며 그 분사방향은 상기 워터젯하우징의 중심축과 나란한 방향에서 서로 엇갈리는 방향으로 20 내지 70도 경사지게 구성되며, 상기 한 쌍의 워터젯노즐에서 분사되는 고압수에 의해 암반이 천공되면서 고압수의 반력으로 워터젯천공부가 회전하고 동시에 상기 드릴비트에 의해 미천공된 암반이 천공되는 것일 수 있다.

하나의 예로써, 상기 천공부와 할암부를 수용하는 수용 공간이 구성되며 상기 천공부와 할암부를 상기 수용 공간으로부터 전, 후 방향으로 승강시키기 위한 이송 수단이 구비된 외부 케이싱 및 상기 외부 케이싱의 측면에 나란히 결합되는 그랩을 포함한 단위 유닛을 구성하며, 상기 단위 유닛은 상기 그랩이 굴착기의 암의 축으로부터 동일한 평면상에서 회전 구동하도록 적어도 3개 이상이 결합될 수 있다.

상술한 해결 수단에 의해 본 발명의 할암 장치는, 할암 장치에 워터젯 원리를 이용한 천공부를 구비하여 암반을 굴착함에 있어 진동 및 소음 발생을 최소화하도록 하며, 단일 굴착 시스템으로 암반의 천공, 할암 및 암반의 상차 등을 수행하여 작업의 신속성, 편의성, 경제성이 우수한 효과가 있다.

또한, 천공부가 워터젯노즐에서 분사되는 고압수에 의해 암반을 천공하고, 고압수의 반력으로 천공부가 회전함과 동시에 천공부의 하부에 장착된 드릴비트에 의해 미천공된 암반이 천공되게 함으로써 작업 효율이 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할암부의 구조를 설명하기 위한 측단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 할암부의 구조를 설명하기 위한 측단면도.
도 3은 도 2에 도시된 유동모듈을 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 육면체형 할암 장치를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원형 할암 장치를 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 천공부의 구조를 설명하기 위한 측단면도.
도 7은 도 6에 도시된 천공부의 저면을 나타내는 도면.
도 8은 도 6에 도시된 A-A'단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단위 유닛이 굴착기에 장착된 예를 나타내는 도면.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단위 유닛을 나타내는 사시도.
도 11a 내지 도 11e은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할암 장치의 암반 굴착 과정을 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 할암 장치(10)는 굴착 대상 암반(1)을 파쇄 내지 분할하기 위한 것으로, 독립적인 하나의 장치로 굴착 공정을 수행하거나 굴착기(40)의 암(400) 등에 장착되어 굴착 공정을 수행할 수 있도록 구성된다.

이러한 할암 장치(10)는 굴착대상 암반(1)을 천공하기 위한 천공부(20) 및 상기 천공부(20)에 의해 천공된 공간에 삽입되어 굴착대상 암반(1)을 할암 즉 암반의 파쇄나 분할 공정을 수행하는 할암부(30)로 구성될 수 있다.

상기 천공부(20)는 굴착대상 암반(1)을 일정 깊이로 천공하여 할암 공간(200)을 형성하는 것으로, 공지 기술을 적용하여 다양하게 실시될 수 있으나 본 발명에서는 일 실시 예로서 고압의 물을 분사하도록 구성되는 워터젯(water jet) 원리를 적용하여 천공 시 발생할 수 있는 진동 및 소음을 최소화할 수 있도록 한다.

상기 할암부(30)는 상기 천공부(20)의 후단에 연결되어 상기 천공부(20)에 의해 형성되는 할암 공간(200)에 삽입되어 굴착대상 암반(1)에 대한 할암 공정을 수행하는 바, 천공과 할암을 일 장치를 통해 연속적으로 실시할 수 있어 시공 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

그리고 상기 할암부(30)는 상기 할암 공간(200) 내로 삽입되어 암반의 측면과 인접하게 되며 인접한 암반의 측면을 가압함으로써 할암 공정을 수행하게 된다.

이러한 할암부(30)는 수직방향으로 절개되어 상호 대칭을 이루는 한 쌍의 유동모듈(300)과, 상기 유동모듈(300) 간을 이격시켜 상기 할암 공간(200) 내에서 인접한 암반을 가압하는 확장모듈을 포함하여 암반을 분할 또는 파쇄할 수 있다.

이때 상기 유동모듈(300)은 그 형상에 있어 한정되지 않으나 바람직하게는 원통형보다는 하나 이상의 측면을 갖는 육면체형으로 구성될 수 있으며, 상기 확장모듈의 구동에 의해 절개 부위를 중심으로 양측으로 이격되어 원상태 둘레보다 확장됨으로써 인접한 암반을 가압하게 되는 것이다.

이하에서는 도면을 참조하여 상기 할암부(30)의 실시 예들을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할암부의 구조를 설명하기 위한 측단면도이다.

먼저 본 발명의 일 실시 예에 따른 할암부(30)는 도 1에서 도시한 한 쌍의 유동모듈(300)과 상기 유동모듈(300)의 내부 공간(320)에 삽입되어 한 쌍의 유동모듈(300) 간을 이격시키는 확장모듈로 구성될 수 있다.

본 실시 예의 확장모듈은 도면에 도시된 바 없으나 외부로부터 부여되는 구동력에 의해 수직 방향을 따라 승강 구동하며, 그 직경이 하부로 갈수록 작아지게 구성되는 승강롤러(310)를 포함하며, 상기 유동모듈(300)은 상기 승강롤러(310)의 하부에 위치하며 하강 구동하는 승강롤러(310)를 수용하되 그 내경이 상기 승강롤러(310)의 직경보다 작게 구성되는 내부 공간(320)을 포함할 수 있다.

즉, 본 실시 예에 따른 할암부(30)의 구조에 의하면 상기 확장모듈의 승강롤러(310)와 상기 유동모듈(300)의 내부 공간(320)은 서로 동일한 기울기를 갖는 테이퍼(taper) 형상을 갖는 것으로, 이때 상기 내부 공간(320)의 내경은 상기 승강롤러(310)의 직경보다 작게 구성됨으로써 승강롤러(310)가 상기 내부 공간(320)에 삽입하는 과정에서 한 쌍의 유동모듈(300)은 상호 외측 방향으로 이격되어 확장될 수 있는 것이며, 이러한 확장에 의해 인접한 암반의 측면을 가압하여 할암 공정을 수행하게 되는 것이다.

또한 상기 승강롤러(310)는 승강 구동뿐만 아니라 외부로부터 부여되는 회전력에 의해 회전 구동할 수 있으며, 상기 승강롤러(310)의 외주면과 상기 유동모듈(300)의 내주면은 각각 동일한 피치 간격을 갖는 수나사산(330)과 암나사산(340)이 구성되어 승강롤러(310)가 유동모듈(300)의 내부 공간(320)에 나사 결합 방식으로 삽입하면서 한 쌍의 유동모듈(30))이 확장되게 함으로써 상대적으로 부하를 저감시키고 안정적인 구동을 제공할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 할암부의 구조를 설명하기 위한 측단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 회전축과 확장돌기를 나타내는 사시도이다.

그리고 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 육면체형 할암 장치를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원형 할암 장치를 나타내는 사시도이다.

한편 상기 할암부(30)의 또 다른 실시 예로서 본 발명은 도 2 내지 도 3의 구조를 제시할 수 있다.

본 실시 예의 확장모듈은 상기 유동모듈(300)의 내부에 위치하면서 회전력을 부여받아 회전 구동하는 회전축(350)과, 상기 회전축(350)의 외주면에 축 방향을 따라 일정 간격으로 구비되는 타원형의 확장돌기(360)를 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 확장돌기(360)는 장축(361)과, 상기 장축(361)보다 지름이 짧은 단축(362)을 갖는 타원형으로 구성되며, 회전축(350)의 회전 구동에 의해 장축(361)과 단축(362)이 동일 지점을 교번으로 접하게 된다.

그리고 상기 유동모듈(300)의 경우 앞서 실시 예와 동일하게 한 쌍으로 절개되며 상기 확장모듈에 의해 상호 이격되는 것으로, 그 내부에 있어 상기 확장모듈의 회전축(350)을 수용하는 내부 공간(370)과, 상기 내부 공간(370)과 연통하며 각각의 확장돌기(360)를 수용하는 복수의 확장 공간(380)을 포함할 수 있다.

이때 상기 유동모듈(300)의 확장 공간(380) 역시 상기 확장돌기(360)와 대응하도록 장축과 상기 장축보다 지름이 짧은 단축을 갖는 타원형으로 구성된다.

본 실시 예에 따른 할암부(30)의 작동 상태를 도 2를 참조하여 설명하면, 회전축(350)과 연동하는 확장돌기(360)는 회전축(350)의 회전 구동에 의해 장축(361)과 단축(362)이 교번으로 일 지점을 접하게 되는데, 상기 한 쌍의 유동모듈(300)의 경우 도 2의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 원래 상태에는 확장공간(380)의 장축이 확장돌기(360)의 장축(361)을, 그리고 확장공간(380)의 단축이 확장돌기(360)의 단축(362)을 각각 수용하고 있지만, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 회전 구동하는 회전축(350)에 의해 확장돌기(360)의 장축(361)과 단축(362)의 위치가 교번으로 변화함에 따라 확장공간(380)의 단축이 확장돌기(360)의 장축(361)과 접할때마다 상기 유동모듈(300)은 상호 이격되는 바, 이에 확장과 원상태를 반복하는 과정을 실시하게 된다.

이러한 과정을 통해 천공된 할암 공간(200) 내에서 상기 할암부(30)에 의한 반복적인 가압 및 충격을 가하게 됨으로써 보다 암반에 대한 할암 공정을 보다 용이하게 수행할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 실시 예의 할암 장치(10)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 유동모듈(300)의 외형에 있어 직육면체 형상 또는 원형의 형상을 가질 수 있어 천공부(20)에 의해 형성되는 할암 공간(200)을 고려하여 선택적으로 적용될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 한 쌍의 유동모듈(300)이 확장과 원위치를 반복함에 따라 한 쌍의 유동모듈(300) 간을 연결하는 하나 이상의 복원스프링(390)을 구비함으로써 확장된 한 쌍의 유동모듈(300)이 용이하게 원위치할 수 있도록 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 천공부의 구조를 설명하기 위한 측단면도이며, 도 7은 도 6에 도시된 천공부의 저면을 나타내는 도면이며, 도 8은 도 6에 도시된 A-A'단면도이다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 천공부(20)는 앞서 설명한 바와 같이 고압의 물을 분사하도록 구성되는 워터젯(water jet) 원리를 적용하여 소음과 진동을 최소화함에 특징이 있다.

구체적으로, 상기 천공부(20)는 상기 할암부(30)의 전방에 위치하여 회전하면서 암반을 천공하는 것으로, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 워터젯하우징(210)과, 워터젯하우징(210) 전방에 구비되는 한 쌍의 워터젯노즐(220) 및 상기 워터넷하우징(210) 전단에 구성되는 복수의 드릴비트(230)를 포함한다.

상기 워터젯하우징(210)은 전방의 직경선상에 형성되는 전방유로(240)와, 전방유로(240)와 연결되고 워터젯하우징(210)의 측면에 형성되는 측면유로(250)를 포함하고, 한 쌍의 워터젯노즐(220)은 상기 워터젯하우징(210)의 중심 양쪽에 동일한 간격으로 이격되어 전방유로(240) 상에 구비된다.

상기 전방유로(240)와 측면유로(250)는 천공 작업 시 발생되는 암분을 외부로 유출시키는 배출통로로 사용되는 것으로, 도면에 도시된 바 없으나 외부로부터 유입되는 배출라인과 연통하도록 구성되어 있다.

상기 한 쌍의 워터젯노즐(220)은 상호 엇갈리는 방향으로 고압수를 분사함으로써, 고압수에 의해 암반이 천공되고 동시에 고압수의 반력에 의해 천공부(20)가 회전 구동하게 되는 것으로, 이때 복수의 드릴비트(230)에 의해 미천공된 암반이 천공된다. 따라서 워터젯노즐(220)의 분사방향은 천공부(20)의 중심축을 통과하는 평면과 일정한 각도로 경사지게 되는데, 이때 분사방향은 워터젯하우징(210)의 중심축과 나란한 방향에서 20 내지 70도, 바람직하게는 30 내지 60도, 가장 바람직하게는 40 내지 50도 경사지게 하는 것이 좋다.

즉, 한 쌍의 워터젯노즐(220)에서 서로 엇갈린 방향으로 분사되는 고압수에 의해 암반이 천공되고, 고압수의 반력으로 천공부(20)가 회전하며, 이 회전시 천공부(20) 저면에 형성된 드릴비트(230)에 의해 미천공된 암반이 천공(분쇄)되는 것이다.

여기서 상기 한 쌍의 워터젯노즐(220)의 분사방향의 각도를 크게 하면 천공부(20)의 회전은 잘 되나 천공방향이 너무 외측으로 향하게 되고, 분사방향의 각도를 적게 하면 천공부(20)의 회전이 잘 되지 않아 결국 드릴비트(230)에 의해 천공이 불리하게 되므로, 분사방향의 각도를 위에서 한정한 범위 내에서 선택하는 것이 바람직하다.

또한 상기 한 쌍의 워터젯노즐(220)로 고압수를 공급하기 위한 워터젯라인이 구비될 수 있는 바, 이러한 워터젯라인은 도면에 도시된 바 없으나 상기 할암부(30)의 측면에 형성되거나 상기 할암부(30)의 내부를 관통하여 상기 천공부(20)로 유입됨으로써 상기 워터젯노즐(220)과 연통할 수 있다.

한편, 상기 천공부(20)는 상기 할암부(30)에 전단에서 나사 결합될 수 있으며, 중앙에 상기 워터젯라인과 연통되는 유로가 구비된 회전축(260)과, 회전축(260) 전방에 구비되어 고압수 누수를 방지하는 부시(270)와, 상기 회전축(260) 둘레 측면에 구비되어 상기 할암부의 전단에서 독립적으로 회전 가능하도록 하는 베어링(159)으로 이루어지도록 하여 고압수 누수를 방지하는 동시에 원활한 회전이 가능하게 한다.

이때, 상기 천공부(20)에 의한 천공 과정에서 사용되는 고압수는 초고압수파워팩(UHP<Ultra High Pressure water jet> Power pack)으로부터 공급될 수 있다.

상기 초고압수파워팩은 상기 워터젯라인과 연결되도록 하여 고압수가 상기 천공부(20)로 공급 및 분사되도록 한다.

일 예로써 4개의 할암 장치(10)가 구비되어 구동하는 경우, 고압수를 발생시키는 UHP Power pack은 압력 3,000bar 이상의 고수압과 유량 30 l/min 이상의 유량을 발생시킬 수 있게 하며, 각각의 천공부(20)에는 6~7 l/min의 유량을 공급하도록 하는 것이 좋다.

이때, 고압수를 천공부(10)에 공급하여 할암 작업에 사용하는 고압수의 압력은 1,500 bar 정도로 설정하여 별도의 유압장치 없이 초고압수파워팩으로 천공 및 할암 작업이 가능하게 한다.

또한, 상기 천공부(10)는 그 단부에 워터젯노즐(220)이 형성된 구조로, 고압 분사 시 상호 반대 방향으로 분사되는 8kgf 정도의 고압수에 의해 반발력이 작용하며, 이 반발력에 의해 회전축(260)을 중심으로 회전력이 발생하게 된다.

그리고 상기 회전축(260)에 형성된 부시(270)는 고압수의 누수를 방지하며, 베어링(280)은 원활한 회전을 위한 구조를 제공하고, 워터젯노즐(220)을 통해 암반 천공 시 노즐의 수가 2개이나 워터젯노즐(220)에 의해 천공부(20)는 회전을 하며 전 면적을 빠짐없이 천공함으로써 원형의 할암 공간을 형성하게 된다.

특히, 고압수 분사에 따라 연동하는 드릴비트(230)가 회전함으로써 고압수에 의해 천공되지 않은 돌출된 부분을 타격 및 분쇄하도록 하여 순수 워터젯 보다 기계 천공을 병용하는 워터젯 천공의 천공속도가 증가하게 된다.

즉, 천공부(20)의 천공속도는 일반적으로 볼 때 Φ60mm 기준 500mm/min 정도인데, 이 속도는 유압 크롤러드릴 천공속도보다 작으나 공압식 천공기보다는 높은 수준이고, 또한 일반적으로 암반 할암에 사용되는 회전식 코어드릴의 50mm/min 보다는 매우 빠른 속도이다.

일반적으로 천공속도가 빠른 유압식 크롤러 드릴보다 속도가 떨어지는 코어드릴 사용이유는 천공경이 매끈하게 천공되어야 할암부(30)의 삽입이 편리하고, 할암시 밀착이 잘되어 원활한 할암이 가능하기 때문이며, 본 발명의 천공부(20)는 첫째 고속으로 회전하는 워터젯을 사용하여 일반적인 크롤러 드릴과 달리 타격에 의한 암반의 교란을 최소화하므로 매끈한 형태의 천공 확보가 가능하고, 둘째 천공기로 천공 후 할암기를 다시 삽입하여 할암하는 일반 공법과 달리 천공과 동시에 할암을 수행하므로 천공경의 상태가 할암 공정에 미치는 영향이 적고, 일반적인 할암 공법에 비해 매우 효율적인 할암 작업이 가능하게 한다.

천공된 암분(debris)은 천공부(20) 내지 할암부(30) 등에 설치된 배출라인을 통하여 밖으로 배출될 수 있도록 한다. 통상적으로 크롤러드릴 등은 천공된 암분을 고압공기를 사용하여 밖으로 배출하지만 수 ~ 십수 m에 달하는 크롤러 드릴 천공 깊이와 달리 본 발명은 천공경이 500mm 정도로 매우 짧으므로 고압공기를 사용하지 않아도 원활한 배출이 가능하며, 고압의 워터젯을 분사하므로 배출수와 함께 암분이 용이하게 배출될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단위 유닛이 굴착기에 장착된 예를 나타내는 도면이며, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단위 유닛을 나타내는 사시도이다.

한편 본 발명의 일 실시 예에 따른 할암장치(10)는 도 9에 도시된 바와 같이 굴착기(40)의 암(400)에 장착될 수 있는 단위 유닛으로 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 단위 유닛은 적어도 3개 이상이 상기 굴착기의 암에 회전 가능하도록 연결되어 굴착 대상 암반을 할암함과 더불어 적재 과정을 수행할 수 있도록 구성된다.

상기 단위 유닛은 도 10a에 도시된 바와 같이 상기 천공부(20)와 할암부(30)를 수용하는 수용 공간(600)이 구성되며 상기 천공부(20)와 할암부(30)를 상기 수용 공간(600)으로부터 전, 후 방향으로 승강시키기 위한 이송 수단이 구비된 외부 케이싱(60) 및 상기 외부 케이싱(60)의 측면에 나란히 결합되는 그랩(70)을 포함할 수 있다.

이때 상기 단위 유닛은 상기 그랩(70)이 굴착기(40)의 암(400)의 축으로부터 동일한 평면상에서 회전 구동하도록 적어도 3개 이상이 결합될 수 있는 바, 예를 들면 단위 유닛은 120도 간격으로 3개 구비되거나 90도 간격으로 4개 구비되거나 또는 그 이상도 가능하다.

여기서 각 단위 유닛을 상기 굴착기(40)의 암(400)에 결합하기 위하여 본 발명에서는 회전 브라켓(50)이 구비될 수 있다.

상기 회전 브라켓(50)은 도 11b에 도시된 바와 같이 상부에 굴착기(40)의 암(400)에 핀(90) 결합될 수 있는 결합홀(500)이 구성되며, 굴착기(40)의 유압을 각 단위 유닛의 그랩(70)으로 전달할 수 있도록 유압장치가 구성되어 있다.

상기 그랩(70)은 상기 회전 브라켓(50)에 핀 결합되며, 회전 브라켓(50)으로부터 회전 구동하기 위하여, 상기 유압장치와 유압 공급 라인이 연결되며 일단 및 타단이 각각 회전 브라켓(50)과 그랩(70)에 핀 결합된 유압 실린더(700)를 포함함으로써 상기 유압 실린더(700)의 압축 또는 팽창 구동과 연동하여 상기 암(400)과 동일한 평면상에서 회전 구동하게 된다.

여기서 암(400)과 동일한 평면상에서 회전한다는 의미는 암(400)을 포함하는 평면상에서 회전한다는 의미이고, 다시 말하자면 상기 그랩(70)을 포함한 상기 단위 유닛은 회전 전후 모두 암(400)과 동일한 평면상에 있게 된다는 의미이다.

이러한 그랩(70)은 상기 천공부(20) 및 할암부(30)를 수용한 외부케이싱(60)을 굴착하고자 하는 굴착대상 암반 상부에 원하는 각도로 위치시킬 수 있도록 한다.

상기 그랩(70)의 회전 구동에 의해 굴착대상 암반 상부에 위치하게 되는 외부케이싱(60)은 도면에 도시된 바 없으나 상기 천공부(20)와 할암부(30)를 전, 후방향으로 직선 이동시키기 위한 이송 수단이 구비되어 암반을 천공 및 할암할 수 있도록 한다. 여기서 전, 후방향에서의 전방은 상기 단위 유닛 관점에서 그 단부 즉, 천공부(20) 측을 지칭한다.

일 예로서 상기 이송 수단은 유압에 의해 상기 천공부(20)와 할암부(30)를 전, 후방향으로 이송시킬 수 있게 되는 바, 적절한 유압으로 전진시킴으로써 먼저 상기 천공부(20)가 암반을 천공해 들어가도록 하는데 이 경우 이송 수단은 상기 천공부(20) 및 할암부(30)를 단순히 전진시킬 수도 있고, 바람직하게는 전, 후방향으로 미소하게 진동 부여하면서, 즉 적절한 충격을 가하면서 전진시키도록 함으로써 암반의 천공이 더욱 빨리 진행될 수 있도록 한다.

여기서 상기 언급한 이송 수단은 일 예로 제시된 유압 방식뿐만 아니라 기어 방식 등 공지 기술에 따라 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 상기 천공부와 할암부를 직선이동시키기 위한 구조라면 어떠한 물리적 방식을 적용하여도 무방하다.

도 11a 내지 도 11e은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할암 장치의 암반 굴착 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 본 발명을 쉽게 이해할 수 있게 하기 위해도 11a 내지 도 11e을 참조하여 본 발명의 단위 유닛을 이용하여 암반을 천공, 할암 및 적재하는 과정을 간략히 설명한다.

도 11a에 도시된 바와 같이 상기 회전 브라켓(50)을 이동시켜 상기 단위 유닛을 굴착대상 암반(1)에 거치함과 더불어 단위 유닛의 그랩(70)의 각도를 조정하여 굴착 대상 암반의 굴착 각도를 정하게 된다.

그리고 도 11b 및 11c에 도시된 바와 같이 각 단위 유닛에 있어 외부케이싱(60) 이송 수단을 구동시켜 각 단위 유닛의 천공부(20) 및 할암부(30)를 동시에 또는 순차적으로 전방을 향하여 이동시키도록 한다.

이에 따라 각 할암 장치(10)의 전방에 위치하는 천공부(20)는 역사다리꼴 형상으로 암반을 천공해 들어가게 된다.

여기서 본 발명의 일 실시 예로서 상기 단위 유닛이 상기 회전 브라켓(50)에 4개가 결합되어 각각 천공 및 할암 공정을 수행하는 경우에는 도 11d의 아래쪽 도면에서와 같이 4개의 할암 장치(10)가 정사각형 형상으로 배치되어 정사각뿔 형상으로 천공하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 그럴 필요는 없다. 즉 4개의 단위 유닛은 상기 회전 브라켓(50)의 축방향으로부터 설치 거리를 달리함으로써 직사각형 형상으로 배치될 수도 있으며, 또한 천공하는 각도도 각기 달리하여 천공할 수도 있다.

암반을 천공한 후에는 천공부(20)의 후단에 연결된 할암부(30)가 구동하게 되는데, 할암부(30)의 한 쌍의 유동모듈(300)은 확장모듈에 의해 상호 이격되어 그 둘레가 확장됨으로써 인접한 암반을 가압하게 되며 결과적으로 각각의 할암부(30)에서 작용하는 가압력의 합력에 의해 머리 잘린 사각뿔 형상으로 암반이 할암되는 것이다.

또한 할암된 암반(1)은 상기 할암부(30)의 확장된 유동모듈(300)에 의해 파지될 수 있기 때문에 이 할암된 암반(1)을 그대로 들어올려 적재 또는 적치할 수 있게 된다. 도 11d의 아래쪽 도면에서 큰 사각형 점선은 암반 표면상의 할암선이고 내측의 작은 사각형 점선은 암반의 아래쪽의 할암선이다.

즉 도 11d의 경우 4개의 단위 유닛에 의해 암반이 할암되는 것을 나타내는 것으로, 도 11d을 고려하면 4개의 할암 장치(10)의 할암부(30)가 암반의 중심쪽으로 힘을 가하는 경우 이들의 힘의 합력은 상측 즉, 중심 방향으로 작용하게 되고, 이때 암반의 할암선은 각 할암 장치(10)의 좌우방향으로 진행하여 인접한 할암선이 서로 만나게 됨으로써 머리 잘린 사각뿔 형상으로 암석이 할암된다. 실제에 있어서는 암석의 상태 등에 따라 할암선은 다소 방향에 차이가 있을 수 있으나 전체적인 형상은 도 11d의 아래쪽 도면과 같은 머리 잘린 역사각추 형상으로 할암될 수 있다.

이와 같이 4개의 단위 유닛을 사각추 형상으로 위치시켜 천공 및 할암하는 경우 표면 외에 자유면이 없는 평탄한 암반에서도 암반의 천공 및 할암 작업이 가능하게 된다. 또한 암반을 천공 및 할암한 후, 상기 단위 유닛을 이동하여 암반(1)을 적치하고자 할 때는 각 단위 유닛의 그랩(70)이 벌어지도록 회전 구동시켜 암반(1)을 내려놓게 되는데 이를 위해서 상기 그랩(70)은 적어도 상기 회전 브라켓(50)의 중심축과 나란한 방향 또는 그 이상으로 벌어져야 한다.

따라서 상기 그랩(70)의 회전은 상기 회전 브라켓(50)의 중심축과 나란한 방향에서 외측으로 10도에서 내측으로 60도까지 회전 가능하게 하는 것이 좋고(여기서 외측은 중심축에서 먼쪽, 내측은 중심축쪽을 지칭한다), 바람직하게는 외측으로 5도에서 내측으로 50도까지, 가장 바람직하게는 외측으로 3도에서 내측으로 40도까지 회전 가능하게 하는 것이 좋다.

그리고 내측으로의 회전각은 측면에 자유면이 없는 경우의 암반의 할암을 용이하게 하기 위한 것이고, 외측으로의 회전은 천공 및 할암된 암반을 쉽게 내려놓기 위함이다. 내측으로의 회전각을 크게 하면 할암은 잘 되나 할암되는 암반의 양이 적게되고, 내측으로의 회전각을 적게하면 할암은 어려워지나 할암되는 암반의 양은 많아지게 된다. 또한 외측으로의 회전각은 크게 하면 암반(1)을 내려놓기가 좋고, 외측으로의 회전각을 작게 하면 암반(1)을 내려놓기가 어렵게 된다.

이때 상기 그랩(70)을 외측으로 회전시키지 않더라도 외부케이싱(60)의 이송 수단을 이용하여 상기 천공부(20) 및 할암부(30)를 후진시켜 암반(1)을 내려놓을 수도 있고, 또한 그랩(70)을 상기 회전 브라켓(50)의 중심축과 나란한 방향으로 즉, 외측으로 0도로 하더라도 암반의 무게에 의해 암반(1)을 내려놓는 것은 충분히 가능할 것이다.

이처럼 본 발명의 할암 장치(10)는 상술한 바와 같이 천공과 할암과 이송 등을 하나의 장치로 수행할 수 있어 암반 굴착을 수행함에 있어 효율적이면서도 신속하고도 용이하게 실시할 수 있게 된다.

뿐만 아니라 본 발명의 할암 장치(10)는 각 단위 유닛을 통해 암반(1)을 할암 및 운반함에 있어 암반(1)으로부터 분리되는 입자가 작은 돌(2) 등이 굴착 영역에 잔존하는 경우 도 11e에 도시된 바와 같이 상기 그랩(70)을 선택적으로 회전 구동시켜 전존하는 돌(2) 등을 용이하게 굴착할 수 있도록 한다. 이와 같은 경우 상기 천공부(20) 및 할암부(30)는 상기 외부케이싱(60)의 이송 수단을 통해 외부케이싱(60) 내부에 위치하게 함으로써 상기 그랩(70)이 굴착 영역에서 자유롭게 회전할 수 있도록 한다.

한편, 종래에는 암반 굴착 시 크롤러 드릴에 의한 천공, 할암기에 의한 암반 할암, 브레이커에 의한 굴착암 소할, 굴착기에 의한 굴착암의 상차(덤프트럭)를 하므로 다수의 장비와 인원 및 많은 시간이 소요되었으나, 본 발명인 할암장치는 천공(drilling), 덜 천공된 암반 블록의 절단 또는 할암(rock splitting), 분리된 암반의 이동 또는 제거(mucking) 작업을 하나의 장비로 수행함으로써, 진동 및 소음의 발생이 최소화되고, 굴착 작업이 매우 신속할 뿐 아니라 효율적이고 경제적으로 이루어질 수 있게 한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

10 : 할암 장치 20 : 천공부
30 : 할암부 40 : 굴삭기
50 : 회전브라켓 60 : 외부케이싱
70 : 그랩 200 : 할암 공간
300 : 유동모듈 310 : 승강롤러
330 : 수나사산 340 : 암나사산
350 : 회전축 360 : 확장돌기
380 : 확장공간 390 : 복원스프링

Claims (7)

1. 굴착대상 암반을 일정 깊이로 천공하여 할암 공간을 형성하는 천공부; 및
   상기 천공부의 후단에 연결되어 상기 천공부에 의해 형성되는 할암 공간에 삽입되되, 수직방향으로 절개되어 상호 대칭을 이루는 한 쌍의 유동모듈과, 상기 유동모듈 간을 이격시켜 상기 할암 공간 내에서 암반을 가압하는 확장모듈을 포함하여 암반을 분할 또는 파쇄하는 할암부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 할암 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 확장모듈은 수직 방향을 따라 승강 구동하며 그 직경이 하부로 갈수록 작아지게 구성되는 승강롤러를 포함하며,
   상기 유동모듈은 상기 승강롤러의 하부에 위치하며 하강 구동하는 승강롤러를 수용하되 그 내경이 상기 승강롤러의 직경보다 작게 구성되는 내부 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 할암 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 승강롤러는 회전력을 부여받아 회전 구동하며,
   상기 승강롤러의 외주면과 상기 유동모듈의 내주면은 각각 동일한 피치 간격을 갖는 수나사산과 암나사산이 구성되는 것을 특징으로 하는 할암 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 확장모듈은 상기 유동모듈의 내부에 위치하며, 회전력을 부여받아 회전 구동하는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 축 방향을 따라 일정 간격으로 구비되며 장축과 상기 장축보다 지름이 짧은 단축을 갖는 타원형의 확장돌기를 포함하며,
   상기 유동모듈은 상기 확장모듈의 회전축을 수용하는 내부 공간과, 상기 내부 공간과 연통하며 각각의 확장돌기를 수용할 수 있도록 장축과 상기 장축보다 지름이 짧은 단축을 갖는 복수의 확장 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 할암 장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 할암부는 상기 한 쌍의 유동모듈 간을 연결하는 하나 이상의 복원스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 할암 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 천공부는,
   상기 할암부의 전방에서 회전 가능하게 구비되는 워터젯하우징과, 상기 워터젯하우징 전방에 구비되는 한 쌍의 워터젯노즐 및 복수의 드릴 비트를 포함하되,
   상기 워터젯하우징은 전방의 직경선상에 형성되는 전방유로와, 상기 전방유로와 연결되고 상기 워터젯하우징의 측면에 형성되는 측면유로를 포함하고,
   상기 한 쌍의 워터젯노즐은 상기 워터젯하우징의 중심축의 양쪽에 동일한 간격으로 이격되어 상기 전방유로 상에 구비되며 그 분사방향은 상기 워터젯하우징의 중심축과 나란한 방향에서 서로 엇갈리는 방향으로 20 내지 70도 경사지게 구성되며,
   상기 한 쌍의 워터젯노즐에서 분사되는 고압수에 의해 암반이 천공되면서 고압수의 반력으로 워터젯천공부가 회전하고 동시에 상기 드릴비트에 의해 미천공된 암반이 천공되는 것을 특징으로 하는 할암 장치.
   
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 천공부와 할암부를 수용하는 수용 공간이 구성되며 상기 천공부와 할암부를 상기 수용 공간으로부터 전, 후 방향으로 승강시키기 위한 이송 수단이 구비된 외부 케이싱 및 상기 외부 케이싱의 측면에 나란히 결합되는 그랩을 포함한 단위 유닛을 구성하며,
   상기 단위 유닛은 상기 그랩이 굴착기의 암의 축으로부터 동일한 평면상에서 회전 구동하도록 적어도 3개 이상이 결합되는 것을 특징으로 하는 할암 장치.

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