KR100443578B1 - 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법에 관한 것으로서, 터널의 심발부 중심축 일직선상에 다수의 무장약공을 등간격으로 평행하게 천공하는 단계; 상기 각각의 무장약공의 사이에 균열유도공을 등간격으로 평행하게 천공하는 단계; 상기 무장약공과 균열유도공을 대칭으로 하여 경사공을 천공하는 단계; 상기 경사공의 외곽에 각각 심발부 확장을 위한 수직공을 천공하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 균열유도공을 통하여 암반을 사전 절단시켜 다음단계에 이루어지는 경사공의 발파시 경사공 폭력에 대한 저항력을 감소시켜 발파효율을 증대시키면서 발파진동은 저감시킬 수 있도록 한 것이고, 심발부 공간격이 넓기 때문에 발생하는 소결현상 및 공과 공이 관통되는 현상이 발생되지 않도록 한 것이며, 경사공의 공저부분 공간격이 넓기 때문에 기존 브이카트의 단점을 해결하여 발파효율을 증대시키므로서 장공천공에 의한 장공발파가 가능하도록 한 것이다.

Description

장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법{blasting method relaxation before hand cut core hole for long hole blasting}

본 발명은 터널발파에서 최초로 기폭되는 심발부의 장약공 배열형태와 발파방법이 기존의 발파공법과 전혀 다른 방법으로 이루어지는 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 균열유도공을 통하여 암반을 사전 절단시켜 다음단계에 이루어지는 경사공 발파시 경사공 폭력에 대한 저항력을 감소시켜 발파효율을 증대시키면서 발파진동을 저감시킬 수 있도록 한 것이고, 심발부의 공간격이 넓기 때문에 소결현상 및 공과 공이 관통되는 현상이 발생되지 않도록 한 것이며, 경사공의 공저부분 공간격이 넓기 때문에 기존 브이카트의 단점을 해결하여 발파효율을 증대시키므로 장공천공에 의한 장공발파가 가능하도록 한 것이다.

주지하다시피 기존의 터널발파에서 심발부는 크게 앵글카트와 평행카트로 나눌 수 있으며, 현재 국내에서 개발된 것으로 앵글카트와 평형카트를 혼합한 발파공법이 존재한다. 이때 상기 앵글카트는 브이카트(도 1), 피라미드카트, 부채꼴카트, 드로카트, 스윙카트로 나눌 수 있으며, 상기 평행카트는 번카트(도 2)와 노우카트로 분류된다. 또한 국내에서 개발된 발파공법중 대표적으로 슈펙스카트(도3)가 존재한다. 이중 상기 앵글카트의 대표적인 발파공법인 브이카트(V-CUT)는 도 1 에 도시된 바와 같이 중심축을 대칭으로 하여 약 60°내외의 경사를 두고 장약공(100)을 천공한 후 장약하여 기폭시키는 발파공법이다. 이 공법에서 발파효과를 얻기 위해서는 막장면에서 경사를 두어 천공하되 대칭으로 천공된 경사공의 공저부분이 약 15㎝ 내외의 간격을 두고 동일한 선상에 위치해야 한다. 그래서 대칭된 공을 동시에 기폭시켜 그 폭력에 의해 암석이 파괴되고 이때 파쇄된 암편이 막장 자유면쪽으로 분출되어 심빼기가 이루어지는 발파공법이다.

그러나 이 공법은 60°내외의 천공각도로 천공하기 때문에 천공장비(점보드릴 또는 레그드릴)의 특성상 터널폭이 좁고, 천공장이 장공일 경우에는 터널의 측벽의 영향으로 제대로 각도를 유지시켜 천공할 수 없을 뿐더러 공저부분을 정확히 15㎝ 내외의 간격으로 동일선상에 유지시키기가 매우 어렵다. 그 결과 이 발파공법은 일반적으로 발파효율이 70% 내외로 매우 저조한 것이 현실이다.

예를들면 천공장이 3m 이상이면 천공장비(점보드릴 로드 및 붐의 길이가 6m 정도이므로 천공시 로드 끝부분이 터널 측벽면의 장애로 각도유지가 불가능)때문에 터널폭이 8m 이내에서는 브이카트와 같은 경사공 발파는 불가능하다. 또한 심발부의 암석을 완전히 파쇄시키기 위해서는 공당 장약밀도가 1.2㎏/m 정도가 되어야 하는데, 국내에서 생산되는 일부 화약의 특성상 장약밀도를 맞추기 위해서는 공에 장약된 화약량의 길이가 공의 길이보다 길어져 현실적으로 맞지 않는 문제가 발생되었다.

또한 평행카트의 대표적인 발파공법인 번카트(L-C CUT)는 도 2 에 도시된 바와 같이 모든 공이 자유면을 수직으로 하여 평행하게 천공하는 공법으로서 심발부에는 무장약공(101)과 장약공(100)을 일정한 간격을 두고 천공하고 무장약공과 장약공 사이를 약 20㎝ 내지 40㎝ 로 매우 근접하게 천공하게 된다. 이때 무장약공은 장약공이 기폭되면 자유면으로 활용되어 파쇄된 암석이 무장약공과 터널 막장면쪽으로 이동하여 심빼기가 이루어진다.

그러나 이 공법은 공간격이 너무 가깝기 때문에 장약공은 매우 정확한 장약밀도를 유지해야 하며, 무장약공을 중심으로 대칭적으로 배치된 장약공 기폭시 파쇄된 암석이 서로 엉켜서 암석이 막장면쪽으로 밀려나오지 못하는 현상(소결현상)이 빈번히 발생한다. 또한 천공의 깊이에 따라 천공오차가 다양하게 발생하게 되는데 천공오차로 인해 공과 공이 너무 근접되게 관통되거나 공간격이 너무 넓게 되어 발파효율이 저조하게 나타나는 경우가 많다.

예를들면 평행카트인 번카트 공법을 이용하여 3m로 천공할 경우 심발공의 공간격을 20㎝ 내외로 유지해야 하는데, 천공오차로 인하여 공저부분에서 공과 공이 관통하거나 벌어지는 현상이 나타나게 되는데 천공각도 오차에 의한 공간격 오차는 다음과 같다.

- 천공장이 3m의 천공각도 오차로 인한 공저부분의 공간격 오차

ㅇ2°의 천공오차시: 104㎜

ㅇ3°의 천공오차시: 157㎜

- 천공장이 4m 천공각도 오차로 인한 공저부분의 공간격 오차

ㅇ2°의 천공오차시: 140㎜

ㅇ3°의 천공오차시: 210㎜

또한 국내에서 개발된 혼합형 발파공법인 슈펙스카트(SUPEX CUT)는 도 3 에 도시된 바와 같이 브이카트 내부에 많은 장약공(100)을 뚫어 공저부분에 장약한 후 브이카트를 먼저 기폭시켜 암석을 파쇄시킨 후 수직공의 장약공이 기폭되어 나머지 공저부분의 암석을 파쇄시키는 형태이다.

그러나 이 공법은 심발부의 공수가 많아질 뿐만 아니라 천공이 복잡하기 때문에 착암공이 작업을 기피하는 문제점이 있었고, 또한 지발당 장약량이 많아져 발파진동이 크게 발생하여 도심지 및 민가주변 터널발파에는 민원이 발생할 우려가 높다는 문제점이 발생되었다.

상기와 같은 종래의 발파공법의 문제점을 종합해 보면 첫째, 1자유면 상태에서 많은 화약량을 사용하여 심발부의 암석을 완전히 파괴시켜 심빼기 작업이 이루어지기 때문에 집중발파가 이루어져 발파진동이 크게 발생하는 문제점이 있고, 둘째, 심발공의 공간격이 매우 근접해 있고 정확한 천공각도가 요구되기 때문에 천공기술이 떨어질 경우 발파가 실패 되던가 아니면 발파효율이 매우 저조하게 나타나며, 셋째, 심발공의 근접천공과 경사공의 각도 유지 때문에 천공장이 길어지는 장공발파에서는 현실적으로 적용이 거의 불가능하다는 문제점들이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한것으로, 기존의 브이카트 발파공법의 단점인 심발공의 경사천공으로 인하여 터널폭의 한계상 장공천공이 불가능한 것과 경사공의 공저부분 공간격 유지의 어려움을 해결 하므로서 장공천공이 가능할 뿐만 아니라 공저부분의 공간격 오차로 발파효율이 떨어지는 문제점을 현상을 해결할 수 있도록 한 것을 제1목적으로 한 것이고, 제2목적은 기존의 번카트 발파공법 단점인 심발공의 공간격이 매우 근접해 있기 때문에 장공천공시 천공오차로 인하여 공이 관통되거나 공간격이 벌어지는 현상으로 인하여 발파가 실패되고 발파효율이 저조하게 되는 현상을 해결할 수 있도록 한 것이며, 제3목적은 터널발파시 1자유면 상태에서 심발공의 집중장약 발파로 발생하는 발파진동 증대현상을 해결할 수 있도록 한 것이다.

제4의 목적은 본 발명은 심발공수가 가장 적고 심발부 총 장약량이 적어져 천공비 및 장약비를 절감할 수 있는바, 본 발명의 발파비용은 기존 공법의 약 40% 수준에 불과하기 때문에 매우 경제적인 효과를 얻을 수 있도록 한 것이며, 제5목적은 발파진동이 가장 크게 나타나는 심발부의 장약량이 기존 발파공법보다 적어짐은 물론 천공수가 적기 때문에 천공실패 확률이 적고 진동 또한 최소화 시킬 수 있으며, 장공발파의 경우 천공오차로 인해 공과 공이 관통되거나 공과 공의 간격이 벌어져 발파가 실패되는 사고를 방지할 수 있도록 한 것이고, 제6목적은 장공발파를 수행할 때 가장 어려운 심발부 장약공간의 간격유지 및 각도유지에 있어 기존 발파공법보다 매우 유리하기 때문에 장공발파 시공성이 우수하며 심발부 천공수가 적고 공 배열이 쉽기 때문에 현장에서 쉽게 사용할 수 있어 보급전파에 매우 유리하도록 한 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법을 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 터널의 발파방법에 있어서, 터널의 심발부 중심축 일직선상에 다수의 무장약공을 등간격으로 평행하게 천공하는 단계; 상기 각각의 무장약공의 사이에 균열유도공을 등간격으로 평행하게 천공하는 단계; 상기 무장약공과 균열유도공을 대칭으로 하여 경사공을 천공하는 단계; 상기 경사공의 외곽에 각각 심발부 확장을 위한 수직공을 천공하는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법을 제공한다.

도 1 의 (a)는 종래의 브이카트를 이용한 발파공법을 도시한 간략 구성도이

고,

(b)는 상기 도 1 (a)의 A-A선 부분 단면도이다.

도 2 의 (a)는 종래의 번카트를 이용한 발파공법을 도시한 간략 구성도이고,

(b)는 상기 도 2 (a)의 B-B선 부분 단면도이다.

도 3 의 (a)는 종래의 슈펙스카트를 이용한 발파공법을 도시한 간략 구성도

이고,

(b)는 상기 도 3 (a)의 C-C선 부분 단면도이다.

도 4 의 (a)는 본 발명 터널의 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발

파방법의 제1실시예를 도시한 간략 구성도이고,

(b)는 상기 도 4 (a)의 D-D선 부분 단면도이며,

(C)는 상기 도 4 (a)의 E-E선 부분 단면도이다.

도 5 의 (a)는 본 발명 터널의 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발

파방법의 제2실시예를 도시한 간략 구성도이고,

(b)는 상기 도 5 (a)의 F-F선 부분 단면도이며,

(c)는 상기 도 5 (a)의 G-G선 부분 단면도이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10: 무장약공 20: 균열유도공

30: 경사공 40: 수직공

50: 폭약

이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.본 발명에 적용된 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법은 도 4, 5 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명은 도 4 에 도시된 바와 같이 터널의 심발부 중심축을 중심으로 일직선상에 다수의 무장약공(10)을 등간격으로 평행하게 천공하는 단계와 상기 무장약공(10) 사이마다 균열유도공(20)을 등간격으로 평행하게 천공하는 단계와 무장약공(10)과 균열유도공(20)을 대칭으로하여 경사공(30)을 천공하는 단계 그리고 경사공(30) 주변에 심발부확장을 위한 수직공(40)을 천공하는 단계를 거치게 된다.본 발명은 또한 도 5 에 도시된 바와 같이 터널 심발부의 수직선과 수평선상에 다수의 무장약공(10)과 균열유도공(20)을 천공하는 단계와 상기 무장약공(10)과 균열유도공(20)이 이루는 수직수평선상을 중심으로 상하 및 좌우의 2방향 대칭으로 외곽 모서리 부위에 사각형모양이 되게 경사공(30)을 천공하는 단계와 상기 무장약공(10)과 균열유도공(20) 그리고 경사공(30)의 외곽에 수직공(40)을 천공하는 단계를 거치게 된다.

이때 무장약공(10)은 화약을 전혀 장전하지 않은 빈공으로 유지하고, 무장약공(10)의 사이에 설치된 균열유도공(20)에는 암반에 균열만 일으킬 수 있을 정도로 느슨하게 폭약(50)을 부분 장전 하며, 상기 경사공(30)과 수직공(40)에는 주위의 암석이 완전파쇄가 이루어 질 수 있도록 완전히 밀폐 장전하는 밀장약을 특징으로 한다.

또한 상기 균열유도공(20)의 직경은 자유면의 효과를 고려해서 크게 할수록 좋으나 천공장비의 특성을 고려하여 45~102㎜ 내외가 되도록 하고, 상기 균열유도공(20)과 무장약공(10)의 간격은 약 300~500㎜가 되게 하며, 상기 균열유도공(20)과 균열유도공(20)과의 간격은 약 600~1000㎜가 되도록 하고, 상기 수직공(40)은 무장약공(10)과 경사공(30)에서 암석이 파괴될 수 있는 적정한 간격으로 유지하며, 상기 경사공(30)은 막장 자유면에서 대칭축으로 약 70~80°로 경사지게 형성됨을 특징으로 한다.

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명에 적용된 상기 장약공의 기폭순서는, 상기 모든 균열유도공(20)을 1차로 순발뇌관을 이용하여 동시에 기폭시켜 무장약공(10)과 균열유도공(20) 사이의 암반을 사전 절단 시키는 단계를 거치게 된다. 즉, 이럴 경우 프리스프리팅의 이론에 의거 발파공의 기폭에 의하여 충격파가 발생하여 암반내 인장력이 생겨 균열유도공(20)과 무장약공(10)의 사이에 균열이 생성된다. 이러한 균열로 말미암아 암반이 이완되고 결국 암반은 파쇄저항력을 잃게 되고 이것이 후속기폭되는 경사공과 수직공의 파쇄효과를 크게 한다. 이 외에도 이완된 암반에서는 암반 발파시에 발생하는 진동과 소음이 감소되는 효과가 있다.

이어서 경사공(30)이 기폭(동시 또는 순차로 기폭)되고, 뒤이어 심발부의 최외곽에 설치된 수직공(40)이 마지막으로 기폭된다. 상기 경사공의 기폭에 따라 심발부는 쐐기형태 또는 피라미드 형태로 굴착되고, 다시 상기 수직공의 기폭에 따라 사각형태로 확대 굴착되어 심빼기가 완료된다.

상기와 같이 본 발명은 심발공을 사전에 절단하여 암석을 이완시키므로써 암석이 파괴되는 저항을 최소화 시킬 뿐만 아니라 발파진동이 가장 크게 발생하는 심발부의 공수 및 파쇄면적을 최소화 하여 발파진동이 크게 발생할 수 있는 요인을 저감시킬 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 본 발명은 종래의 방법과 비교해서 아래 표와 같이 비교할 수 있다.

상기와 같은 본 발명을 경제적인 측면에서 볼때,

심발공수가 가장 적고, 심발부 총장약량이 최소이기 때문에 천공비 및 장약비를 절감시킬 수 있는 것이며, 발파비용의 산출근거가 되는 장약량의 경우 본 발명이 기존 공법보다 약 40% 수준에 불과하기 때문에 매우 경제적인 잇점이 있게 된다.

또한 안전성의 측면에서 볼때,

본 발명은 발파진동이 가장 크게 나타나는 심발부의 장약량이 기존 발파공법보다 90% 정도일 뿐만 아니라 천공수가 적기 때문에 천공실패 확률이 가장 적고 진동 또한 최소화 시킬 수 있으며, 장공발파의 경우 천공오차로 인해 공과 공이 관통되거나 공과 공의 간격이 벌어져 발파가 실패되는 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.

더 나아가서 시공성 및 보급전파의 측면에서 볼때,

장공발파를 수행할 때 가장 어려운 심발부 장약공간의 간격유지 및 각도유지에 있어 기존 발파공법보다 매우 유리하기 때문에 장공발파 시공성이 우수하고, 심발부 천공수가 적고 공 배열이 쉽기 때문에 현장에서 쉽게 사용할 수 있어 보급전파에 매우 유리한 잇점이 있게 된다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 기존의 브이카트 발파공법 단점인 심발공의 경사천공으로 인하여 터널폭의 한계상 장공천공이 불가능한 것과 경사공의 공저부분 공간격 유지의 어려움을 해결 하므로서 장공천공이 가능할 뿐만 아니라 공저부분의 공간격 오차로 발파효율이 저조한 현상을 해결할 수 있도록 한 것이고, 기존의 번카트 발파공법 단점인 심발공의 공간격이 매우 근접해 있기 때문에 장공천공시 천공오차로 인하여 공이 관통되는 현상과 공간격이 벌어지는 현상으로 인하여 발파가 실패되거나 발파효율이 저조하게 되는 현상을 해결할 수 있도록 한 것이며, 터널발파시 1자유면 상태에서 심발공의 집중장약 발파로 발생하는 발파진동 증대현상을 해결할 수 있도록 한 것이다.

따라서 본 발명은 심발공수가 가장 적고 심발부 총 장약량이 최소이기 때문에 천공비 및 장약비를 절감할 수 있으며, 발파비용의 산출근거가 되는 장약량의 경우 본 발명이 기존 공법보다 약 40% 수준에 불과하기 때문에 매우 경제적인 효과를 얻을 수 있도록 한 것이고, 발파진동이 가장 크게 나타나는 심발부의 장약량이 기존 발파공법보다 90% 정도일 뿐만 아니라 천공수가 적기 때문에 천공실패 확률이 가장 적고 진동 또한 최소화 시킬 수 있으며, 장공발파의 경우 천공오차로 인해 공과 공이 관통되거나 공과 공의 간격이 벌어져 발파가 실패되는 사고를 방지할 수 있도록 한 것이고, 장공발파를 수행할 때 가장 어려운 심발부 장약공간의 간격유지 및 각도유지에 있어 기존 발파공법보다 매우 유리하기 때문에 장공발파 시공성이 우수하며 심발부 천공수가 적고 공 배열이 쉽기 때문에 현장에서 쉽게 사용할 수 있어 보급전파에 매우 유리하도록 한 유용한 발명인 것이다.

Claims (9)

1. 발파방법에 있어서,

   터널의 심발부 중심축을 중심으로 일직선상에 다수의 무장약공(10)을 등간격으로 평행하게 천공하는 단계;

   상기 무장약공의 사이마다 균열유도공(20)을 등간격으로 평행하게 천공하는 단계;

   상기 무장약공과 균열유도공을 대칭으로하여 경사공(30)을 천공하는 단계;

   경사공(30) 주변에 심발부 확장을 위한 수직공(40)을 천공하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 발파방법에 있어서,

   터널의 심발부의 수직선과 수평선상에 다수의 무장약공(10)과 균열유도공(20)을 등간격으로 평행하게 천공하는 단계;

   상기 무장약공과 균열유도공이 이루는 수직수평선상을 중심으로 상하 및 좌우의 2방향 대칭으로 외곽모서리 부위에 사각형모양이 되게 경사공(30)을 천공하는 단계;

   상기 무장약공과 균열유도공 그리고 경사공의 외곽에 수직공(40)을 천공하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서,

   상기 무장약공(10)은 화약을 전혀 장전하지 않은 빈공으로 유지하고, 무장약공(10)이 사이에 설치된 균열유도공(20)에는 암반에 균열만 일으킬 수 있을 정도의 폭약(50)을 부분 장전하며, 상기 경사공(30)과 수직공(40)에는 주위의 암석이 완전 파쇄가 이루어 질 수 있도록 완전히 밀폐 장전하는 밀장약을 특징으로 하는 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법.
8. 제1항 또는 제6항에 있어서,

   상기 장약공의 기폭순서는,

   상기 균열유도공(20)을 1차로 순발뇌관을 이용하여 동시에 기폭시켜 무장약공과 균열유도공 사이의 암반을 사전 절단 시키는 단계;

   상기 경사공(30)을 2차로 기폭시키는 단계;

   상기 수직공(40)을 마지막으로 기폭시키는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법.
9. 제1항 또는 제6항에 있어서,

   상기 균열유도공(20)의 직경은 자유면의 효과를 고려해서 크게 할 수록 좋으나 천공장비의 특성을 고려하여 45∼102mm가 되도록 하고,

   상기 균열유도공(20)과 무장약공(10)의 간격은 300∼500mm가 되게 하며, 상기 균열유도공(20)과 균열유도공(20)의 간격은 600∼1000mm가 되도록 하고, 상기 경사공(30)은 막장 자유면에서 대칭축으로 70∼80°로 경사지게 천공하며, 상기 수직공(40)은 무장약공(10) 균열유도공(20) 및 경사공(30) 외곽에 사각형이 되게 등간격으로 천공함을 특징으로 하는 장공발파를 위한 심발공 사전절단 이완식 발파방법.