KR20230126830A

KR20230126830A - 암반 절개용 수압 패커

Info

Publication number: KR20230126830A
Application number: KR1020220024103A
Authority: KR
Inventors: 박종환
Original assignee: 박종환
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2023-08-31
Also published as: KR102659820B1; WO2023163416A1

Abstract

본 발명은 무소음·무진동·무분진 상태로 암반을 절개하기 위한 것으로, 상세히는 암반에 천공한 구멍에 패커를 주입한 후 수압을 공급하여 고무 튜브를 팽창시켜 암반을 절개할 수 있도록 샤프트(100)와; 상기 샤프트(100)의 외측에 씌워지는 내부 팽창고무(200)와; 상기 샤프트(100)의 양단에 삽입되어 상기 내부 팽창고무(200)의 양단을 밀폐하는 내부 패킹 캡(300,300')과; 상기 내부 패킹 캡(300,300')의 외부와 내부 팽창고무(200)의 양단 외측을 감싸서 수압인가시 내부 팽창고무(200)와 내부 패킹 캡(300,300') 사이의 누수를 방지하는 내부 슬리브(400,400')와; 상기 내부 팽창고무(400)와 내부 슬리브(400,400') 외측에 씌워지는 외부 팽창고무(500)와; 상기 외부 팽창고무(500)의 양단을 감싸서 수압 인가시 외부 팽창고무(500)를 보호하는 외부 슬리브(600,600')와; 상기 샤프트(100)의 양단에 나사결합되는 외부 패킹 캡(700,700')과; 상기 일측 외부 패킹 캡(700)의 외측에 나사결합되어 상기 샤프트(100)에 수압을 공급하는 어댑터(800)와; 상기 어댑터(800)에 끼움 결합되고 상기 샤프트(100)의 내측에 삽입되는 유체 공급관(900);을 포함하여 이루어진다.

Description

암반 절개용 수압 패커{PACKER FOR ROCK CUTTING USING WATER PRESSURE)}

본 발명은 무소음·무진동·무분진 상태로 암반을 절개하기 위한 것으로, 상세히는 암반에 천공한 구멍에 패커를 주입한 후 수압을 공급하여 패커의 고무 튜브를 팽창시켜 암반을 절개할 수 있도록 한 암반 절개용 수압 패커에 관한 것이다.

암반 절개를 위한 수압 패커에 관련된 종래기술로는 특허문헌 1의 '수압을 이용하여 암반절개를 위한 패커'가 개시되어 있는데, 이는 복수의 절개선을 통해 복수개로 분할되는 원통형의 확장부재, 상기 확장부재를 감싸고, 상기 확장부재의 확장여부에 따라 지름이 가변되면서, 상기 확장부재의 이탈을 방지하는 탄성부재, 상기 확장부재의 내부에 구비되어 수압을 통해 상기 확장부재를 외측방향으로 밀어주는 가압부재, 및 상기 가압부재의 내부에 구비되어, 물을 공급하는 물공급부재에 의해 공급되는 물이 지나는 수관을 수용하고, 사방으로 분사되도록 복수개의 분기홀을 둘레 및 길이방향으로 일정간격 이격하여 형성한 원통형상의 지지부재;를 포함하여 이루어져 있다.

또, 특허문헌 2의 '슬롯을 이용한 수압 암반절개공법'은 인터벌 부분에 천공경에 평행한 방향인 슬롯과 패커 하단부에 천공경에 수직인 회전방향의 슬롯을 형성한 후 단계적 또는 동시에 수압을 가하여 모암으로부터 암편을 절취하는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 3의 '수압파쇄장치 및 이를 이용한 수압파쇄방법'은 유체를 압축시키는 펌프, 상기 펌프와 연결되는 노즐 및 상기 노즐의 외주면을 감싸는 패킹부를 포함하고, 상기 노즐을 통해 분사되는 유체의 압력에 의해 암반에 천공이 형성되고, 상기 천공에 삽입된 노즐로부터 분사되는 유체의 압력에 의해 암반의 파쇄가 이루어지도록 구성되어 있다.

특허문헌 4의 '수압을 이용한 무진동 무소음 암반파쇄기'는 암반파쇄시 중공축으로 고압수를 공급하면 물주입공으로 주입되는 고압수의 수압에 의해 패커가 압블럭이 전진하면서 패커를 가압하여 1차적으로 패커가 확장되면서 암반에 천공된 천공홀 양측을 밀폐시켜 주고, 2차적으로 요홈부내로 유입된 고압수가 각각의 유로를 통해 패커 및 고압수분사파이프 내부로 공급되어 패커의 밀폐력을 상승시켜 줌과 동시에 고압수가 물토출공을 통해 외부로 분사되면서 수압에 의해 암반을 파쇄하는 방식으로 이루어져 있다.

한편, 상술한 종래기슬에 있어서는 수압 작용시 내부 팽창고무의 양단에서 누수가 발생하여 수압이 효과적으로 작용하지 못하는 문제점이 있었고, 외부 팽창고무는 암반과의 직접 접촉에 의해 눌리면서 찢기게 되는 문제점이 있었으며, 이로 인해 패커의 내구성이 저하되어 수명이 짧고, 현장에서 다수의 패커를 준비하여 교체하면서 사용하여야 함으로써 비용부담과 더불어 교체 작업의 번거로움이 수반되고 있다는 부담이 있었다.

한국등록특허 제10-1710476호2017.02.21. 등록) 한국등록특허 제10-1847085호(2018.04.03. 등록) 한국등록특허 제10-2104260호(2020.04.20. 등록) 한국공개특허 제10-2020-0004008호(2020.01.13. 공개)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 암반에 천공한 구멍에 패커를 주입한 후 수압을 공급하여 고무 튜브를 팽창시킴으로써 할암력에 의해 무소음·무진동·무분진 상태에서 암반을 절개할 수 있는 암반 절개용 수압 패커를 제공하되 내부 팽창고무에서의 누수 발생을 방지하여 수압이 효과적으로 작용할 수 있도록 하고, 외부 팽창고무는 암반에 의해 파손되지 않도록 함으로써 저비용으로 효과적인 암반 절개작업이 가능하도록 하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 양단 외측에 수나사부가 형성되고 내부는 길이방향으로 관통공이 형성되며, 중간부에는 상기 관통공에서 방사상으로 연통된 수압 홀이 형성된 샤프트와; 상기 샤프트의 외측에 씌워지는 내부 팽창고무와; 상기 샤프트의 양단에 삽입되어 상기 내부 팽창고무의 양단을 밀폐하는 내부 패킹 캡과; 상기 내부 패킹 캡의 외부와 내부 팽창고무의 양단 외측을 감싸서 수압인가시 내부 팽창고무와 내부 패킹 캡 사이의 누수를 방지하는 내부 슬리브와; 상기 내부 팽창고무와 내부 슬리브 외측에 씌워지는 외부 팽창고무와; 상기 외부 팽창고무의 양단을 감싸서 수압 인가시 외부 팽창고무를 보호하는 외부 슬리브와; 상기 샤프트의 양단에 나사결합되는 외부 패킹 캡과; 상기 일측 외부 패킹 캡의 외측에 나사결합되어 상기 샤프트에 수압을 공급하는 어댑터와; 상기 어댑터에 끼움 결합되고 상기 샤프트의 내측에 삽입되는 유체 공급관;을 포함하여 이루어지며, 상기 타측 외부 패킹 캡의 외측에는 상기 샤프트를 밀폐하고, 상기 유체 공급관에서 수압을 공급받아 분사하는 노즐 또는 인발용 피스톤이 나사결합되는 암반 절개용 수압 패커를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 의한 수압 패커는 내부 팽창고무의 양 외측에 내부 슬리브가 씌워져 있으므로 수압 인가시 내부 팽창고무 양단의 내부 패킹 캡과의 결합부위에서 누수가 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 수압에 의한 내부 팽창고무의 팽창동작이 정상적으로 이루어지게 되면서 외부 팽창고무를 팽창시켜 암반의 절개가 효과적으로 이루어지게 되는 것이고, 외부 팽창고무는 커버로 보호된 상태에서 팽창되므로 암반과의 직접적인 접촉으로 인한 파손을 방지할 수 있어 수압 패커의 내구성을 향상시킬 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 의한 암반 절개용 수압 패커의 분해사시도,
도 2는 도 1에 도시된 수압 패커의 결합사시도,
도 3은 도 2에 도시된 수압 패커의 종단면도,
도 4는 수압 패커의 팽창상태도,
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 의한 암반 절개용 수압 패커의 종단면도,
도 6은 도 5에서 피스톤에 수압이 인가된 상태를 도시한 것이다.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명의 제1실시 예에 의한 암반 절개용 수압 패커(1)가 도시되어 있는데, 이는 양단 외측에 수나사부(110,120)가 형성되고 내부는 길이방향으로 관통공(130)이 형성되며, 중간부에는 상기 관통공(130)에서 방사상으로 연통된 수압 홀(140)이 형성된 샤프트(100)와; 상기 샤프트(100)의 외측에 씌워지는 내부 팽창고무(200)와; 상기 샤프트(100)의 양단에 삽입되어 상기 내부 팽창고무(200)의 양단을 밀폐하는 내부 패킹 캡(300,300')과; 상기 내부 패킹 캡(300,300')의 외부와 내부 팽창고무(200)의 양단 외측을 감싸서 수압인가시 내부 팽창고무(200)와 내부 패킹 캡(300,300') 사이의 누수를 방지하는 내부 슬리브(400,400')와; 상기 내부 팽창고무(200)와 내부 슬리브(400,400') 외측에 씌워지는 외부 팽창고무(500)와; 상기 외부 팽창고무(500)의 양단을 감싸서 수압 인가시 외부 팽창고무(500)를 보호하는 외부 슬리브(600,600')와; 상기 샤프트(100)의 양단에 나사결합되는 외부 패킹 캡(700,700')과; 상기 일측 외부 패킹 캡(700)의 외측에 나사결합되어 상기 샤프트(100)에 수압을 공급하는 어댑터(800)와; 상기 어댑터(800)에 끼움 결합되고 상기 샤프트(100)의 내측에 삽입되는 유체 공급관(900);을 포함하여 이루어지며, 상기 타측 외부 패킹 캡(700')의 외측에는 상기 샤프트(100)를 밀폐하고, 상기 유체 공급관(900)에서 수압을 공급받아 분사하는 노즐(N) 또는 인발용 피스톤(P; 도 5 및 도 6 참조)이 나사결합되는 구조로 이루어져 있다.

본 실시 예에서, 상기 외부 패킹 캡(700,700')에는 외부 팽창고무(500)의 파손 방지를 위한 커버(1000)가 씌워져 있는데, 상기 커버(1000)는 방사상으로 복수(도면상으로는 2개)로 분할되고, 외부 팽창고무(500)의 팽창시 벌어질 수 있도록 외부 패킹 캡(700,700')에 스프링(1100)의 개재하에 볼트(1200)로 결합되어 있어서 수압을 받지 않을 경우에는 스프링(1100)에 의해 외부 패킹 캡(700,700')에 밀착된 상태를 유지하게 되고, 수압을 받게 되면 스프링(1100)의 탄성을 이기면서 외부 팽창고무(500)의 팽창에 따라 외부로 확장되도록 되어 있어 외부 팽창고무(500)가 직접 암반의 천공 구멍 내면에 접촉하여 찢기게 되는 것을 방지할 수 있도록 되어 있다.

상기 샤프트(100)는 탄소강 또는 스테인리스 스틸 소재로 제작되며, 상술한 바와 같이 양단 외측에 외부 패킹 캡(700,700')에 나사결합되는 수나사부(110,120)가 형성되어 있고, 내부는 길이방향으로 관통공(130)이 형성되어 있으며, 중간부에는 상기 관통공(130)에서 방사상으로 외곽과 연통된 수압 홀(140)이 형성되어 있어 내부 팽창고무(200)를 수압으로 팽창시키는 역할을 하게 된다.

상기 내부 팽창고무(200)는 샤프트(100)의 외측에 씌워지고, 양단의 결합턱(210,220)이 금속재로 제작된 내부 패킹 캡(300,300')에 형성된 결합턱(310)에 압입되어 마감됨으로써 밀폐되도록 되어 있는데, 상기 내부 패킹 캡(300)은 샤프트(100)의 외면에 수밀이 유지되도록 내측에 U-패킹(320)이 끼워져 있다.

상기 내부 슬리브(400,400')는 금속소재의 단관 형태로 이루어져 있으며, 도 3의 종단면도에서 알 수 있는 바와 같이 내부 팽창고무(200)와, 내부 패킹 캡(300,300') 및 외부 패킹 캡(700)을 동시에 감싸도록 끼워져 있으며, 이에 의해 내부 팽창고무(200)에 수압이 인가될 경우 내부 팽창고무(200)가 팽창되면서 내부 팽창고무(200) 양단도 팽창되려 하게 되는바, 내부 팽창고무(200) 양단의 팽창에 의해 내부 패킹 캡(300,300')과의 결합상태가 와해되면서 이 부분에서 누수가 발생하는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

상기 외부 팽창고무(500)는 내부 팽창고무(200)의 팽창에 의해 팽창되면서 암반의 천공구멍에 인장균열을 일으키는 역할을 하게 되는데, 상기 외부 팽창고무(500)의 양단은 금속재로 이루어진 단관 형태의 외부 슬리브(600,600')가 씌워져 보호된 상태로 팽창되고 다시 수축되면서 원상태로 복원될 수 있도록 되어 있다.

상기 외부 패킹 캡(700,700')은 중심부에 샤프트(100) 및 어댑터(800)와의 결합을 위한 암나사부(710)가 관통 형성되어 있고, 외측에는 내부 슬리브(400,400')와의 수밀유지를 위한 오-링(720)이 끼워져 있으며, 플랜지부(730)에는 커버(1000)의 부착을 위한 볼트구멍(732)이 형성되어 있다.

상기 어댑터(800)는 일측 외부 패킹 캡(700)의 암나사부(710)에 분리가능하게 결합되며, 하나는 유체공급관(900)으로 수압을 공급하고 다른 하나는 샤프트(100)로 수압을 공급할 수 있도록 2개의 수압공급라인(810,820)이 형성되어 있다.

상기 유체 공급관(900)의 양단은 각각 어댑터(800)와 노즐(N)에 압입되어 오링(910,920)에 의해 수밀이 유지된 상태로 수압공급라인(810)에서 수압을 공급받아 노즐(N)에서 분사되게 된다.

도면 중 부호 830은 수압공급라인(820)에 구비된 밸브이다.

이와 같이 구성된 본 실시 예에 의한 수압 패커는 암반의 절개를 위하여 형성한 천공 구멍에 삽입하여 외부에서 어댑터(800)의 수압공급라인(820)을 통해 패커(1) 내부에 수압을 인가하게 되면 내부 팽창고무(200)와 외부 팽창고무(500)가 팽창하게 되면서 발생하는 할암력에 의해 균열을 형성하면서 벌리게 되어 암반을 절개할 수 있게 된다.

본 실시 예에 의한 패커(1)는 내부 팽창고무(200)에 수압이 인가되는 상황에서 상술한 바와 같이 내부 팽창고무(200)의 양단 외측에 내부 슬리브(400,400')가 끼워져 있으므로 내부 팽창고무(200)의 양단에 결합된 내부 패킹캡(300,300')과의 결합부위에 수압이 작용되지 않아 이 부분에서 내부 패킹캡(300,300')과의 결합상태가 와해되거나 누수가 발생하지 않게 되므로 외부에서 인가된 수압이 내부 팽창고무(200)의 팽창작용에 전적이면서도 효과적으로 작용하게 되는 것이며, 외부 팽창고무(500)는 내부 팽창고무(200)의 팽창에 의해 팽창되면서 암반의 천공 구멍 내면을 가압하여 할암력을 발휘하게 되는데 이때 외부 팽창고무(500)의 외측에는 분할된 커버(1000)가 씌워져 있으므로 외부 팽창고무(1000)가 암반과의 직접 접촉으로 인해 찢기는 것을 방지하게 된다.

도 5에는 본 발명의 제2실시 예에 의한 수압 패커(1)가 도시되어 있는데, 이는 도 1 내지 도 4에 도시된 제1실시 예에 개시된 수압 분사 노즐(N) 대신 인발용 피스톤(P)이 나사결합된 것으로, 패커(1)의 팽창 후 패커(1)를 천공 구멍으로부터 이탈시키기 위해 어댑터(800)의 수압공급라인(810)에서 유체공급관(900)을 통해 인발용 피스톤(P)으로 수압을 공급하게 되면 인발용 피스(P)톤이 신장되면서 수압 패커(1)을 천공 구멍 외측으로 밀어내게 됨으로써 천공 구멍에서 수압 패커(1)를 용이하게 이탈시킬 수 있도록 되어 있다.

첨부된 도면 및 상술한 설명에서는 본 발명에 의한 수압 패커의 구조와 기본저긴 사용방법에 대한 내용을 위주로 설명하였으나, 본 발명의 수압 패커는 상술한 설명에 한정되지 않고 기존의 수압 패커를 대체하여 다양한 방식으로 예를 들면 복수의 수압 패커를 일렬로 연결하여 깊게 형성한 천공 구멍에 삽입한 상태에서 암반을 절개하거나 기존의 쐐기형 패커와 조합하여 사용할 수도 있음은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 수압 패커는 기존의 수압 패커에서 누수 취약부위였던 내부 팽창고무의 양단에 보호용 내부 슬리브를 끼우고, 암반과의 직접 접촉에 의한 파손 취약부위였던 외부 팽창고무의 외부에 분할형 커버를 씌움으로써 수압인가시 효과적인 고무 팽창에 의한 할암력이 작용되어 암반을 절개할 수 있으며, 커버에 의해 암반과의 직접적인 접촉으로 인한 찢김 등이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 수압 패커의 내구성을 향상시킬 수 있어 저비용으로 효과적인 암반 절개가 가능하게 되는 것이다.

1 : 수압 패커
100 : 샤프트
200 : 내부 팽창고무
300,300' : 내부 패킹 캡
400,400' : 내부 슬리브
500 : 외부 팽창고무
600,600' : 외부 슬리브
700,700' : 외부 패킹 캡
800 : 어댑터
900 : 유체 공급관
1000 : 커버
1100 : 스프링
1200 : 볼트

Claims

양단 외측에 수나사부(110,120)가 형성되고 내부는 길이방향으로 관통공(130)이 형성되며, 중간부에는 상기 관통공(130)에서 방사상으로 연통된 수압 홀(140)이 형성된 샤프트(100)와;
상기 샤프트(100)의 외측에 씌워지는 내부 팽창고무(200)와;
상기 샤프트(100)의 양단에 삽입되어 상기 내부 팽창고무(200)의 양단을 밀폐하는 내부 패킹 캡(300,300')과;
상기 내부 패킹 캡(300,300')의 외부와 내부 팽창고무(200)의 양단 외측을 감싸서 수압인가시 내부 팽창고무(200)와 내부 패킹 캡(300,300') 사이의 누수를 방지하는 내부 슬리브(400,400')와;
상기 내부 팽창고무(400)와 내부 슬리브(400,400') 외측에 씌워지는 외부 팽창고무(500)와;
상기 외부 팽창고무(500)의 양단을 감싸서 수압 인가시 외부 팽창고무(500)를 보호하는 외부 슬리브(600,600')와;
상기 샤프트(100)의 양단에 나사결합되는 외부 패킹 캡(700,700')과;
상기 일측 외부 패킹 캡(700)의 외측에 나사결합되어 상기 샤프트(100)에 수압을 공급하는 어댑터(800)와;
상기 어댑터(800)에 끼움 결합되고 상기 샤프트(100)의 내측에 삽입되는 유체 공급관(900);을 포함하여 이루어지며,
상기 타측 외부 패킹 캡(700')의 외측에는 상기 샤프트(100)를 밀폐하고, 상기 유체 공급관(900)에서 수압을 공급받아 분사하는 노즐(N) 또는 인발용 피스톤(P)이 나사결합되는 것을 특징으로 하는 암반 절개용 수압 패커.
청구항 1에 있어서,
상기 외부 패킹 캡(700,700')에는 외부 팽창고무(500)의 파손 방지를 위한 커버(1000)가 씌워지는 것을 특징으로 하는 암반 절개용 수압 패커.
청구항 2에 있어서,
상기 커버(1000)는 방사상으로 복수로 분할되고, 외부 팽창고무(500)의 팽창시 벌어질 수 있도록 외부 패킹 캡(700,700')에 스프링(1100)의 개재하에 볼트(1200)로 결합되는 것을 특징으로 하는 암반 절개용 수압 패커.
청구항 1에 있어서,
상기 내부 슬리브(400,400')는 금속소재의 단관 형태로 이루어지고, 내부 팽창고무(200)와, 내부 패킹 캡(300,300') 및 외부 패킹 캡(700)을 동시에 감싸도록 끼워진 것을 특징으로 하는 암반 절개용 수압 패커.