WO2019164027A1 - 금속혼합물 발파 캡슐 - Google Patents

금속혼합물 발파 캡슐 Download PDF

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WO2019164027A1
WO2019164027A1 PCT/KR2018/002153 KR2018002153W WO2019164027A1 WO 2019164027 A1 WO2019164027 A1 WO 2019164027A1 KR 2018002153 W KR2018002153 W KR 2018002153W WO 2019164027 A1 WO2019164027 A1 WO 2019164027A1
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powder
metal
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mixture
inner cylinder
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PCT/KR2018/002153
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누네스 아세히요클라우디오
김철원
김성국
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에나엑스 에스.에이.
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    • F42D3/00—Particular applications of blasting techniques
    • F42D3/04—Particular applications of blasting techniques for rock blasting

Definitions

  • the present invention has been made to solve the problems of the conventional rapid expansion metal mixture described above, the technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal mixture blasting capsule that can easily initiate the oxidation reaction by electric spark. .
  • the technical problem of the present invention described above is an outer passage, an inner passage accommodated inside the outer cylinder, a space between the solid lubricant powder, which is an anti-friction agent, and a powder between the solid lubricant powder, which is an antioxidation agent, an oxidizing agent, sodium nitrate powder, an oxidizing agent, a ferric oxide powder, an aluminum powder, and a powder.
  • It is composed of an inorganic filler powder which is a filler and is filled between the outer cylinder and the inner cylinder, a rapid expansion metal mixture, sodium nitrate powder as an oxidizing agent, ferric oxide powder as an oxidizing agent, copper oxide powder as an oxidizing agent, aluminum powder as a reducing agent and a reducing agent, and It can be solved by a metal mixture blasting capsule consisting of a magnesium powder mixed in a larger weight ratio than an aluminum powder and filled in the inner cylinder, and a metal spark blast capsule including an electric spark generating means recessed in the rapid trigger metal mixture.
  • the present invention unlike the conventional electrode is installed only in the interior of the rapid expansion metal mixture, after filling the inner cylinder by selecting only a group of substances (emergency triggered metal mixture) that the metal oxidation reaction is smooth and accurate by the electric spark, Fill the outer cylinder with the expansive metal mixture while the inner cylinder is inserted into the outer cylinder and detonate the sparking metal mixture in the inner cylinder with an electric spark, thereby causing a chain oxidation reaction of the expansive metal mixture in the outer cylinder at a high temperature.
  • the triggering of the oxidation reaction of the mixture is greatly improved, and since the same energy can be applied to increase the number of capsules that can be applied at the same time more than 10 times, there is an effect of remarkably improving the workability of the rock site.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the outer cylinder, the inner cylinder and the electric spark generating means of the metal mixture blasting capsule according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of an important part of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state in which the rapid expansion metal mixture and the rapid trigger metal mixture are respectively filled in the outer and inner cylinders of the metal mixture blasting capsule shown in FIG. 1.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing the outer cylinder, the inner cylinder and the electric spark generating means of the metal mixture blasting capsule according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which the rapid expansion metal mixture and the rapid trigger metal mixture are respectively filled in the outer and inner cylinders of the metal mixture blasting capsule shown in FIG. 4.
  • the solid lubricant powder and the inorganic filler powder are very useful components for the production process of the expanded metal mixture and to prevent air contact, but may act as an obstacle in triggering the oxidation reaction of the expanded expanded metal mixture by electric spark. Therefore, the present invention does not use a rapidly expanding metal mixture for the purpose of triggering an oxidation reaction around the electrode.
  • the inner cylinder 7 is filled with a rapid-triggered metal mixture 23 consisting of sodium nitrate powder as oxidant, ferric oxide powder as oxidizing agent, copper oxide powder as oxidizing agent, aluminum powder as reducing agent and magnesium powder as reducing agent.
  • the electric spark generating means (11a, 11b, 13) is recessed and installed in the flash metal mixture (23).
  • the metal mixture blasting capsule according to the present invention excludes solid lubricants and inorganic fillers around the electric spark generating means (11a, 11b, 13), and has a small amount of oxygen, but oxidizes the copper oxide that gives out oxygen at a relatively low temperature.
  • the sparking metal mixture 23 containing a magnesium powder as a reducing agent, which is included in the inner cylinder 7, is included in the fuel cell, and the amount of heat generated during oxidation is relatively low. This allows the oxidation reaction to be triggered very quickly without failure.
  • the inner cylinder (1) has a large amount of heat generated during oxidation, but the expansion force is very large, but only the aluminum powder which oxidizes at a relatively high temperature is included as a reducing agent in a large amount to maximize the expansion force of the blast capsule.
  • the mixing ratios of the sodium nitrate powder, ferric oxide powder, copper oxide powder, aluminum powder, and magnesium powder constituting the flash metal mixture are 10% to 27% by weight of sodium nitrate powder and ferric oxide powder 15 to the total weight. Wt% to 30 wt%, copper oxide powder 10 wt% to 28 wt%, aluminum powder 5 wt% to 14.99 wt%, magnesium powder 15 wt% to 28 wt%. At this time, the weight ratio of the magnesium powder to the total powder is always higher than the weight ratio of the aluminum powder to the total powder. When the aluminum powder weight ratio is larger than the weight ratio of magnesium powder, the oxidative triggerability is greatly reduced.
  • the rapid expansion metal mixture may further include a trace amount (less than 2% of the total mass) of the waterproofing agent. It is preferable to use oil as a waterproofing agent.
  • the metal mixture blasting capsule according to the present invention has a hollow cylindrical outer cylinder 1, an outer cylinder upper cap 3 coupled to an upper end of the outer cylinder 1, and the outer cylinder ( It includes an outer cylinder lower cap (5) coupled to the lower end of 1).
  • the outer cylinder 1 is short in length, the inner cylinder 7 is coupled to only one end and the other end is sealed by the outer cylinder lower cap 5.
  • the center portion of the outer cylinder upper cap 3 is formed in a hollow shape, and the inner cylinder 7 is formed in the center portion of the outer cylinder upper cap 3.
  • the inner cylinder upper cap 19 In the inner cylinder 7 and the inner cap upper cap 19, electrodes 11a and 11b fixed by the electrode holder 15 are installed.
  • the electrodes 11a and 11b are connected to the DC high voltage generator (not shown) by lead wires 21a and 21b penetrating through the inner cylinder upper cap 19.
  • the inner cylinder upper cap 19 is sealed by an electrode holder 15 made of rubber or silicon, and the inner lead upper cap 19 is surrounded by an upper lead wire 21a, 21b by a rubber or silicon lead wire sealing material. Wrapped by (17), it completely blocks air or moisture from entering the inner container.
  • the lower end of the inner cylinder 7 is sealed by the inner cylinder lower cap 9a.
  • Coupling portion between outer cylinder lower cap (5) and outer cylinder (1), Coupling portion between outer cylinder upper cap (3) and outer cylinder (1), Coupling portion between outer cylinder upper cap (3) and inner cylinder upper cap (19), Inner cylinder upper cap (19) and the coupling portion of the inner cylinder (7) is attached by an adhesive and completely sealed.
  • the inner cylinder upper cap 19 After the inner cylinder upper cap 19 is injected, the leader line sealing member 17 and the electrode holder 15 are inserted in the inner cylinder upper cap 19 with the leader lines 21a and 21b and the electrodes 11a and 11b inserted therein. ), The inner cylinder upper cap 19, the lead wires 21a and 21b, the lead wire sealing material 17, the electrode holder 15, and the electrodes 11a and 11b are integrally formed.
  • the inner cylinder is coupled to the inner cylinder upper cap 19 in the state in which the rapid trigger metal mixture 23 is filled in the inner cylinder 7, and in this process, the electrodes 11a and 11b are recessed in the rapid trigger metal mixture 23. By doing in this way, the airtightness of the inner cylinder 7 can be ensured completely.
  • a resistance line 13 connecting the (+) electrode 11a and the (-1) electrode 11b is connected to the lower ends of the electrodes 11a and 11b, and the DC high voltage generator generates a high voltage of 3K (V) or higher. , 11b), so that the electric wire is generated between the electrodes on both sides as the resistance wire melts.
  • the inner cylinder 2 when the length of the outer cylinder 1 is long, the inner cylinder 2 is installed at both ends, and each of the inner cylinders 2 has a rapid-triggered metal mixture 23 and an electrode 11a, 11b) can be provided to cause detonation at the same time on both ends of the outer cylinder (1).
  • the structure of the inner cylinder lower cap (9b) is formed into a narrow horn cylinder shape toward the tip, so that the inner cylinder (7) can be easily inserted into the rapid expansion mixture 21 in the outer cylinder (1).
  • the metal mixture blasting capsule according to the present invention is filled with the rapid expansion metal mixture 21 in the outer cylinder 1 and the rapid triggered metal mixture 23 in which the oxidation reaction is easily triggered at the center thereof in the small inner cylinder 7. It is contained in the container, and the electric spark generators (11a, 11b, 13) is provided in the inner cylinder (7) so that the reaction can proceed precisely and quickly.

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Abstract

본 발명은 금속혼합물 발파 캡슐에 관한 것으로, 외통과, 상기 외통 내부에 수용된 내통과, 산화제인 질산나트륨분말과 산화제인 산화제2철분말과 환원제인 알루미늄분말과 분말간 마찰 방지제인 고체윤활제분말과 분말간 공극 충전제인 무기질충전제분말로 이루어지고 상기 외통과 상기 내통 사이에 충전되는 급팽창금속혼합물과, 산화제인 질산나트륨분말과 산화제인 산화제2철분말과 산화제인 산화구리분말과 환원제인 알루미늄분말과 환원제이고 상기 알루미늄분말보다 더 큰 중량비로 혼합되는 마그네슘분말로 이루어지고 상기 내통 내에 충전되는 급촉발금속혼합물과, 상기 급촉발금속혼합물내에 함몰된 전기스파크 발생 수단을 포함한다.

Description

금속혼합물 발파 캡슐
본 발명은 발파 캡슐에 관한 것으로, 더 상세하게는 산화제로서의 금속염과 환원제로서의 금속분말을 포함하는 금속혼합물 발파 캡슐에 관한 것이다.
한국특허 제10-0213577호에는 산화제인 금속염과, 금속염에 의해 산화되면서 발열 반응으로 부피가 증가하는 금속분말과, 금속염과 금속분말의 산화 반응을 촉진시키는 반응 촉진제로 이루어진 것을 특징으로 하는 급팽창금속혼합물이 개시되어 있다. 금속염은 금속분말을 산화시키는 질산염과, 금속분말을 산화시킴과 동시에 금속분말을 산화시키는 산화속도를 결정하는 금속산화물로 이루어져 있다. 금속산화물을 많이 넣으면 산화속도가 느려진다. 금속염으로는 질산철, 질산구리, 질산바륨, 질산망간, 질산마그네슘, 질산칼륨, 질산나트륨, 질산칼슘 등의 질산염과, 삼산화이철, 사산화삼철, 산화구리, 이산화망간, 삼산화이니켈, 산화납 등의 상기 금속산화물을 사용한다. 질산염은 상기 금속분말을 산화시키고, 금속산화물은 금속분말을 산화시킴과 동시에 상기 금속분말을 산화시키는 산화속도를 결정한다. 금속분말로는 알루미늄, 망간, 마그네슘 및 기타 환원제로 사용가능한 금속을 사용한다. 반응촉진제는 급팽창금속혼합물을 전기스파크에 의해 동작시킬 경우와 뇌관에 의해 동작시킬 경우 상기 금속염과 금속분말의 산화반응을 촉진시키는 산화 촉진제 및 급팽창금속혼합물을 전기스파크에 의해 동작시킬 경우 상기 금속염과 금속분말의 산화 반응을 유발 촉진시키는 전기스파크 유도 전해질로 이루어지고, 산화 촉진제로는 황산나트륨, 황산마그네슘, 황산철, 황산망간, 황산니켈, 황산칼슘 기타 금속황산염 중 하나 또는 다수를 사용하고, 전기스파크 유도 전해질로는 붕산 암모늄 및 질산염, 황산염 등을 에티렌 그리콜 등의 그리세린류 및 알콜류에 미량 녹인 액을 사용한다. 급팽창금속혼합물을 카트리지( 또는 캡슐)에 채우고, 저항선에 의하여 연결된 (+)전극과 (-)전극을 급팽창 급속혼합물 내에 묻고, 양측 전극에 3,000(V)이상의 직류 전압을 가하여 저항선이 용융되면서 전극 사이에 1500℃ 이상의 전기스파크가 발생하면, 열 충격이 가해진 전극 사이의 금속염에서 분해된 산소는 순간적으로 증기화 된 금속분말과 결합하면서 연쇄 산화반응을 일으킨다. 이 때 질산염에 의해 금속분말은 빠르게 산화되며, 금속산화물에 의해 금속분말은 약간의 시차를 두고 산화된다. 금속염과 금속분말이 산화반응을 개시하면 다시 10,000℃ 이상의 고온이 발생하고 순간적으로 카트리지 내의 금속분말이 산화되면서 금속분말과 금속염 및 산화 반응 생성물의 부피가 급팽창한다. 파암을 이러한 급팽창금속혼합물에 의하여 할 경우, 부피가 급팽창하여 바위에 균열이 발생하고 온도가 낮아지면 산화반응이 즉시 중단되어 다시 수축하기 때문에 진동, 소음, 비산 등이 발생하지 않는 안전한 파암이 가능하고, 따라서 광산 개발, 토목 공사 등에 유용하게 사용할 수 있다.
그러나, 한국특허 제10-0213577호 발명에 개시된 급팽창금속혼합물에서는 전기스파크를 가함에도 최초의 산화 반응 촉발 또는 산화 반응 개시가 잘 이루어지지 않는 문제점이 있다.
카트리지 내 충전되어 보관되고 현장까지 운송되는 급팽창금속혼합물에서는 전기스파크를 가해도 산화 반응 촉발이 잘 이루어지지 않는 경우가 많은 데, 그 이유는 다음과 같이 여러 가지이다.
급팽창금속혼합물에서 환원제로 사용하는 금속분말은 공기 중의 습기나 산소에 접촉할 경우 표면이 쉽게 산화된다. 일단 산화된 금속분말 피막은 산화되지 않은 금속보다 용융점이 훨씬 높다. 따라서, 금속분말을 금속염, 반응촉진제 등과 혼합해 카트리지에 충전해 놓으면, 금속분말이 공기 중의 습기나 산소에 노출되어 표면이 산화되기 때문에 실제 사용시에는 산화 반응 촉발(산화 반응 개시)이 잘 일어나지 않는다.
한국공개특허 제10-2003-0037707호는 금속분말이 산화되어 변질 되는 것을 방지하기 위하여 오일 또는 무기방부제등을 첨가하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 전극 사이에 저항선을 연결하고 고전압을 가할 경우, 대전류에 의하여 저항선이 용융되면서 저항선의 경로에 전기스파크가 발생하는 데, 이때 발생하는 전기스파크는 1,500℃이상의 고온으로 전극 자체를 녹여버리기 때문에 매우 순식간에 소멸한다. 반면, 오일 또는 무기방부제는 전기스파크의 고열이 금속염과 금속분말에 순간적으로 전달되는 것을 방해하기 때문에 산화 반응 촉발 단계에서는 오일 또는 무기방부제가 오히려 금속분말과 금속염간의 원활한 산화환원 반응 개시를 방해하는 요인이 된다.
한편, 다수의 시험결과, 한국특허 제10-0213577호에서 산화 촉진제로 사용하는 황산나트륨, 황산마그네슘, 황산철, 황산망간, 황산니켈, 황산칼슘 기타 금속황산염 등은 오히려 최초의 산화 촉발을 방해하는 것으로 확인되었다. 또한, 다수의 시험결과, 한국특허 제10-0213577호에서 전기스파크를 유도하기 위해 사용하는 전해질인, 붕산 암모늄 및 질산염, 황산염 등을 에티렌 그리콜 등의 그리세린류 및 알콜류에 미량 녹인 액은, 오히려 전기스파크 발생을 방해하고 전기스파크 유지 시간을 단축 시키는 것으로 확인되었다.
급팽창금속혼합물의 저진동, 저소음, 무비산의 장점에도 불구하고, 급팽창금속혼합물의 낮은 산화 반응 촉발성 또는 산화 반응 개시의 낮은 확률은 급팽창금속혼합물의 파암작업에의 활용을 저해하는 가장 큰 원인이 되고 있다. 산화 반응 촉발성이 낮을 경우, 동일한 전기 에너지를 인가하여 동시에 시공 가능한 급팽창금속혼합물의 카트리지 수량이 줄어들게 되게, 암반으로부터 불발한 카트리지를 제거한 후 다시 새로운 카트리지를 설치하여 파암 시도를 반복하여야 하기 때문이다.
한국특허 제10-0770316호는 급팽창금속혼합물의 낮은 산화 반응 촉발성 또는 산화 반응 개시의 낮은 확률 문제를 해결하는 방법으로 점화약(點火藥, priming composition)을 이용하는 방법을 제안하였다. 일반적으로 점화약은 화약에 연소를 일으키기 위해 사용되는 화약류로, 전기 뇌관에 의하여 발화되는 점화약으로는 티오시안산납과 염소산칼륨의 혼합물이나 디니트로소레조르신납이 사용된다. 티오시안산납과 염소산칼륨의 혼합물이나 디니트로소레조르신납 등의 점화약은 발화되어도 그 발화 온도가 800℃ 내외여서, 일반 화약을 점화시키는 데는 문제가 없으나 금속염과 금속분말을 주성분으로 하는 급팽창금속혼합물의 산화 반응을 촉발시키기에는 발화 온도가 너무 낮아 산화 반응이 촉발되지 않는 문제점이 있다. 이러한 이유로 한국특허 제10-0770316호에 개시된 점화약을 이용한 급팽창금속혼합물의 발화 방법은 아직까지 업계에서 사용되지 않고 있다.
본 발명은 상술한 종래 급팽창금속혼합물이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전기스파크에 의하여 용이하게 산화 반응을 개시할 수 있는 금속혼합물 발파 캡슐를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 기술적 과제는, 외통과, 상기 외통 내부에 수용된 내통과, 산화제인 질산나트륨분말과 산화제인 산화제2철분말과 환원제인 알루미늄분말과 분말간 마찰 방지제인 고체윤활제분말과 분말간 공극 충전제인 무기질충전제분말로 이루어지고 상기 외통과 상기 내통 사이에 충전되는 급팽창금속혼합물과, 산화제인 질산나트륨분말과 산화제인 산화제2철분말과 산화제인 산화구리분말과 환원제인 알루미늄분말과 환원제이고 상기 알루미늄분말보다 더 큰 중량비로 혼합되는 마그네슘분말로 이루어지고 상기 내통 내에 충전되는 급촉발금속혼합물과, 상기 급촉발금속혼합물내에 함몰된 전기스파크 발생 수단을 포함하는 금속혼합물 발파 캡슐에 의하여 해결할 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 급팽창금속혼합물의 내부에 전극봉만 설치하였던 것과 달리, 전기스파크에 의하여 금속 산화반응이 원활하고 정확히 일어나는 물질군(급촉발금속혼합물)만을 선택하여 내통에 충전한 후, 내통를 외통에 삽입한 상태로 외통를 급팽창금속혼합물로 채우고, 내통 내의 급촉발금속혼합물을 전기스파크에 의하여 기폭시켜, 이때 발생하는 고열로 외통 내의 급팽창금속혼합물을 연쇄 산화 반응시키게 되므로, 급팽창금속혼합물의 산화 반응 촉발성이 크게 향상되고, 나아가 동일한 에너지를 인가하여 동시에 시공 가능한 캡슐의 수량을 10배 이상 증가시킬 수 있으므로 파암 현장의 시공성을 현저하게 개선하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속혼합물 발파 캡슐의 외통, 내통 및 전기스파크 발생 수단을 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 중요 부분에 대한 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 금속혼합물 발파 캡슐의 외통 및 내통에 각각 급팽창금속혼합물과 급촉발금속혼합물을 채운 상태를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 금속혼합물 발파 캡슐의 외통, 내통 및 전기스파크 발생 수단을 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 금속혼합물 발파 캡슐의 외통 및 내통에 각각 급팽창금속혼합물과 급촉발금속혼합물을 충전한 상태를 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 금속혼합물 발파 캡슐의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 급팽창금속혼합물은, 산화제인 금속염분말과, 금속염분말에 의해 산화되면서 발열 반응으로 부피가 증가하는 금속분말과, 금속염분말과 금속분말의 믹싱시 분말들 사이에 개재되어 분말들간의 마찰을 제거하는 고체윤활제분말을 포함한다. 산화제인 금속염분말로는 질산나트륨분말과 산화제2철분말을 1:2 ~ 2:1 중량비율 내에서 혼합하여 사용하는 것이 바람직하고, 혼합비율은 급팽창금속혼합물 전체 중량에 대하여 50중량% ~ 90중량%인 것이 바람직하다. 금속분말로는 알루미늄분말이 바람직하고, 혼합비율은 9중량% ~ 45중량%인 것이 바람직하다. 고체윤활제로는 징크 스테아레이트(Zinc Stearate)가 바람직하고, 혼합비율은 1중량% ~ 5중량%인 것이 바람직하다. 급팽창금속혼합물은 금속염분말과 금속염분말에 의하여 산화되는 금속분말이 균일하게 섞여 있어야 파암에 필요한 급팽창력이 발생하고, 이를 위하여 금속염분말과 금속분말을 균일하게 믹싱하게 되는데, 고체윤활제분말을 혼합함으로써 믹싱과정에서 분말들간의 마찰 및 이로 인한 불꽃 발생을 방지할 수 있으므로, 금속염분말과 금속분말을 폭발 염려 없이 매우 균일하게 혼합할 수 있다.
금속염분말과 금속분말의 혼합물에 고체윤활제분말을 혼합하여도 분말 사이에 공기층이 발생하고, 공기 중의 산소나 수분은 금속분말을 산화시킨다. 이를 방지하기 위하여 상기 급팽창금속혼합물에는 금속염분말과 금속분말들 사이의 공극을 메울 수 있는 무기질충전제 분말을 더 혼합한다. 무기질충전제로는 중공(中空)의 그라스버블(glass bubble)이 바람직하고, 혼합비율은 금속염분말과 금속분말의 혼합분말 질량에 대하여 1중량% ~ 5중량%이다.
상기 고체윤활제분말 및 무기질충전제분말은 급팽창금속혼합물의 제조 공정 및 공기 접촉 방지를 위하여 매우 유용한 구성요소이지만, 전기스파크에 의하여 급팽창금속혼합물의 산화 반응을 촉발시키는데 있어서는 방해물로 작용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전극 주위에서 산화 반응을 촉발하는 용도로는 급팽창금속혼합물을 사용하지 않는다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 금속혼합물 발파 캡슐은, 외피를 구성하는 외통(1)와, 상기 외통(1)보다 직경과 길이가 적고 상기 외통(1) 내부에 수용되는 내통(7)를 포함한다. 상기 외통(1)와 상기 내통(7) 사이에는 급팽창금속혼합물(21)이 충전된다. 상기 급팽창금속혼합물(21)은 산화제인 질산나트륨분말, 산화제인 산화제2철분말, 환원제인 알루미늄분말, 알루미늄 분말들간의 마찰을 제거하는 고체윤활제분말, 분말들간 공기층을 메우는 무기질충전제분말로 이루어진다. 상기 내통(7) 내에는, 산화제인 질산나트륨분말, 산화제인 산화제2철분말, 산화제인 산화구리분말, 환원제인 알루미늄분말, 환원제인 마그네슘분말로 이루어진 급촉발금속혼합물(23)이 충전된다. 상기 급촉발금속혼합물(23)내에는 전기스파크 발생 수단(11a, 11b, 13)이 함몰되어 설치된다.
급팽창금속혼합물(21)과 급촉발금속혼합물(23)은 조성에서 차이가 있다. 즉, 급촉발금속혼합물(23)에는 급팽창금속혼합물(21)에 포함되지 않은 산화제로 산화구리분말과, 급팽창금속혼합물(21)에 포함되지 않은 환원제로 마그네슘분말이 더 포함되는 반면, 산화 반응을 방해할 수 있는 고체윤활제분말과 무기질충전제분말은 포함하지 않는다. 산화제2철은 질산나트륨보다 고온에서 산소를 내놓고, 산화구리는 질산나트륨보다 저온에서 산소를 내놓는다. 마그네슘은 알루미늄보다 발열량은 적지만 알루미늄 보다 저온에서 급속히 산소와 발열 반응한다. 따라서, 이러한 조성차는 급팽창금속혼합물(21)과 급촉발금속혼합물(23)간의 산화 반응을 촉발 용이성에 큰 차이를 가져 온다.
본 발명에 따른 금속혼합물 발파 캡슐은, 전기스파크 발생 수단(11a, 11b, 13) 주변에, 고체윤활제 및 무기질충전제를 배제하고, 보유 산소량은 비교적 적지만 비교적 낮은 온도에서 산소를 내놓는 산화구리를 산화제로 포함하고, 산화시 발생 열량이 비교적 적어 팽창력은 약하지만 비교적 낮은 온도에서 쉽게 산화하는 마그네슘분말을 환원제로 포함하는 급촉발금속혼합물(23)을 내통(7)에 충전하여 배치시킴으로써, 전기스파크에 의하여 실패 없이 매우 빠르게 산화 반응이 촉발되게 한 것이다.
반면 외통(1) 내에는 산화시 발생 열량이 많아 팽창력이 매우 크지만 비교적 높은 온도에서 산화하는 알루미늄분말만을 환원제로 대량 포함하여 금속혼합물 발파 캡슐의 팽창력을 극대화시켰다.
급촉발금속혼합물을 구성하는 질산나트륨분말, 산화제2철분말, 산화구리분말, 알루미늄분말, 및 마그네슘분말의 혼합비율은 전체 중량에 대하여 질산나트륨분말 10중량%~27중량%, 산화제2철분말 15중량% ~ 30중량%, 산화구리분말 10중량% ~ 28중량%, 알루미늄분말 5중량% ~ 14.99중량%, 마그네슘분말 15중량% ~ 28중량%이다. 이때, 마그네슘분말의 전체 분말에 대한 중량비는 알루미늄분말의 전체 분말에 대한 중량비보다 항상 더 많다. 알루미늄분말 중량비가 마그네슘분말의 중량비보다 클 경우 산화 촉발성이 크게 떨어진다.
상기 급팽창금속혼합물에는 미량(전체 질량에 대하여 2%미만)의 방수제를 더 포함할 수 있다. 방수제로는 오일을 사용하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 금속혼합물 발파 캡슐은 내부가 빈 통형상의 외통(1)과, 상기 외통(1)의 상단에 결합되는 외통 상부캡(3)과, 상기 외통(1)의 하단에 결합되는 외통 하부캡(5)을 포함한다. 외통(1) 길이가 짧은 경우 일단에만 내통(7)를 결합하고 타단은 외통 하부캡(5)에 의하여 밀폐한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 내통(7)를 외통(1) 내에 결합하기 위하여 외통 상부캡(3)의 중심부를 중공(中空) 형상으로 성형하고, 외통 상부캡(3) 중심부에 내통(7) 및 내통 상부캡(19)을 결합한다. 상기 내통(7) 및 내통 상부캡(19) 내에는 전극홀더(15)에 의하여 고정되는 전극(11a, 11b)이 설치된다. 전극(11a, 11b)은 내통 상부캡(19)을 관통하는 인출선(21a, 21b)에 의하여 DC 고전압발생장치(도면에 미표시)에 연결된다. 상기 내통 상부캡(19) 내부는 고무나 실리콘 재질의 전극홀더(15)에 의하여 밀폐하고, 상기 내통 상부캡(19) 상부 인출선(21a, 21b) 주변은 고무나 실리콘 재질의 인출선 밀폐재(17)에 의하여 감싸 공기나 습기가 내통 내로 유입되는 것을 완전히 차단한다. 내통(7) 하단은 내통 하부캡(9a)에 의하여 밀폐한다. 외통 하부캡(5)과 외통(1)간의 결합부위, 외통 상부캡(3)과 외통(1)간의 결합부위,외통 상부캡(3)과 내통 상부캡(19)간의 결합부위, 내통 상부캡(19)과 내통(7)의 결합부위는 접착제에 의하여 부착하여 완전히 밀폐한다.
상기 내통 상부캡(19)을 사출한 후, 내통 상부캡(19) 내에 인출선(21a, 21b)과 전극(11a, 11b)을 인서트한 상태에서 인출선 밀폐재(17)와 전극홀더(15)를 몰딩하여, 내통 상부캡(19)과 인출선(21a, 21b)과, 인출선 밀폐재(17)와, 전극홀더(15)와, 전극(11a, 11b)을 일체로 성형한다. 내통(7)에 급촉발금속혼합물(23)을 충전한 상태에서 내통를 내통 상부캡(19)에 결합하고, 이 과정에서 전극(11a, 11b)이 급촉발금속혼합물(23) 내에 함몰되게 한다. 이렇게 함으로써 내통(7)의 기밀성을 완전하게 확보할 수 있게 된다.
전극(11a, 11b) 하단에는 (+)전극(11a)과 (-1)전극(11b)을 연결하는 저항선(13)을 연결하고, DC 고전압발생장치는 3K(V) 이상의 고전압을 전극(11a, 11b)에 인가하여, 저항선이 녹으면서 양측 전극 사이에 전기스파크가 발생하게 한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 외통(1)의 길이가 길 경우에는 내통(2)를 양단에 모두 설치하고, 각 내통(2)에 급촉발금속혼합물(23)과 전극(11a, 11b)을 설치하여 외통(1)의 양단에서 동시에 기폭이 일어나게 할 수 있다. 또한, 내통 하부캡(9b)의 구조를 선단으로 갈수록 좁은 뿔통형상으로 형성하여, 내통(7)를 외통(1) 내의 급팽창혼합물(21) 내에 쉽게 삽입되게 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 금속혼합물 발파 캡슐은 외통(1)에 급팽창금속혼합물(21)을 충전하고 그 중심부에 산화 반응 촉발이 용이한 급촉발금속혼합물(23)을 소형의 내통(7)에 담아 함몰시키고, 내통(7) 내부에 전기스파크 발생 장치(11a, 11b, 13)를 마련하여 기폭반응이 정확하고 신속하게 진행되도록 한 것이다.
내통(7) 내의 급촉발금속혼합물(23)를 전기스파크 방식으로 점화하여 기폭 시키고 급촉발금속혼합물(23)의 기폭에 의해 외통(1) 내의 급팽창금속혼합물(21)이 발화되도록 하는 구조를 만들어 줌으로써 급팽창금속혼합물 금속혼합물 발파 캡슐의 반응 성공률을 현저히 높이고, 나아가 동일한 에너지를 인가하여 동시에 시공 가능한 캡슐의 수량을 10배 이상 증가시킴으로 현장 시공성을 현저하게 개선하였다.
본 발명에 따른 금속혼합물 발파 캡슐은 실제 응용현장(토목, 광산개발 등)에서 종래 발명이 주창했던 저소음 저진동의 효과를 극대화함은 물론 불발율을 완전히 제거하여 안정성을 확보하였고, 안전한 시공이 가능하게 되었으며, 시공성을 종래의 10배 이상 증대 시킴으로 경제성을 확보할 수 있게 되었다.

Claims (4)

  1. 외통;
    상기 외통 내부에 수용된 내통;
    산화제인 질산나트륨분말, 산화제인 산화제2철분말, 환원제인 알루미늄분말, 분말간 마찰 방지제인 고체윤활제분말, 및 분말간 공극 충전제인 무기질충전제분말로 이루어지고, 상기 외통과 상기 내통 사이에 충전되는 급팽창금속혼합물;
    산화제인 질산나트륨분말, 산화제인 산화제2철분말, 산화제인 산화구리분말, 환원제인 알루미늄분말, 환원제이고 상기 알루미늄분말보다 더 큰 중량비로 혼합되는 마그네슘분말로 이루어지고, 상기 내통 내에 충전되는 급촉발금속혼합물; 및
    상기 급촉발금속혼합물내에 함몰된 전기스파크 발생 수단;을 포함하는 금속혼합물 발파 캡슐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고체윤활제는 징크 스테아레이트(Zinc Stearate)인 것을 특징으로 하는 금속혼합물 발파 캡슐.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기질충전제는 중공(中空)의 그라스버블(glass bubble)인 것을 특징으로 하는 금속혼합물 발파 캡슐.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 급촉발금속혼합물을 구성하는 질산나트륨분말, 산화제2철분말, 산화구리분말, 알루미늄분말, 및 마그네슘분말의 혼합비율은 전체 중량에 대하여 질산나트륨분말 10중량%~27중량%, 산화제2철분말 15중량% ~ 30중량%, 산화구리분말 10중량% ~ 28중량%, 알루미늄분말 5중량% ~ 14.99중량%, 마그네슘분말 15중량% ~ 28중량%인 것을 특징으로 하는 금속혼합물 발파 캡슐.
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