KR100576183B1

KR100576183B1 - 조절발파용 에멀젼 폭약 조성물

Info

Publication number: KR100576183B1
Application number: KR1020020043288A
Authority: KR
Inventors: 윤종화; 이영호; 이응소
Original assignee: 주식회사 한화
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2006-05-03
Anticipated expiration: 2022-07-23
Also published as: KR20040009362A

Abstract

터널등에서 조절발파용으로 사용할 수 있도록 저위력, 고내충격성의 에멀젼 정밀폭약을 개발하였다. 종래의 정밀폭약과는 다른 종류 및 다른 조성의 폭약으로서, 다이나마이트계 정밀폭약의 제조 및 사용상의 안전 문제점을 해결하고, 일반 에멀젼계 정밀폭약의 고위력과 취약한 내충격성의 문제점을 해결할 수 있도록, 위력을 감소시키기 위하여 폭약의 가비중을 낮추었으며, 인접공의 폭발압력과 측벽효과에 의한 사압을 방지하기 위하여 강한 미소중공구체를 사용하거나 다량의 미소중공구체를 사용으로써 조절발파용 에멀젼계 정밀폭약을 제공한다.

Description

조절발파용 에멀젼 폭약 조성물{Emulsion explosives composition for controlled blasting}

본 발명은 터널, 노천, 석재채취 등의 발파현장에서 사용하는 조절발파용 에멀젼계 정밀폭약에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폭발력이 지나치게 커서 발파후의 최종 굴착면에 균열이 생기거나 톱니 모양이 되는 것을 방지함은 물론, 인접공 발파에 의한 사압과 측벽효과에 의한 사압으로 잔류약이 발생하여 미발파공이 발생하는 것을 방지하기 위하여 에멀젼계 폭약으로 조성화한 조절 발파용 에멀젼 정밀폭약에 관한 것이다.

통상적으로 발파에서 사용되는 폭약은 그 위력이 강할수록 바람직하나 용도에 따라서는 그 위력이 강하다고 하여 항상 바람직한 것은 아니다. 예를 들어 대리석과 같은 암석은 대괴로 사용하기 때문에 파쇄 될 경우에는 그 가치가 떨어지게 되므로, 이러한 암석을 발파로 분리하기 위해서는, 위력이 강한 약포 타입의 폭약과 같은 폭약 대신, 통상적으로 위력이 약한 흑색화약과 같은 화약이 사용된다.

터널의 주변에서 위력이 강한 폭약이 일반적인 발파에서와 같이 발파에 사용되면, 불필요한 암석도 파쇄되어 낙석의 위험이 발생, 라이닝(Lining) 단계에서 사 용되는 콘크리트의 소비량의 증가 등의 문제가 있고, 또한 노천발파에 있어서도 깎아서 단면을 마무리하기 위하여서는 가능한 여굴을 적게 하여 잔여 암석의 손상을 최소화하는 것이 중요하므로 적절한 위력의 폭약을 발파에 사용되거나 또는 발파에 사용되는 폭약의 위력이 적절히 조절되는 것이 바람직하다.

니트로글리세린을 함유한 다이나마이트 계열의 화약조성은 저비중, 저폭속으로 충격압이 작으면서도 폭굉성이 우수하여 조절발파용으로는 매우 우수하다. 그러나 니트로글리세린 성분을 사용하기 때문에 냄새가 심하고, 위험하며, 후가스가 나빠 제조 및 사용상의 문제점이 있어기 때문에 이와 같은 문제를 해결하고자 하는 노력이 있어 왔으며, 그 해결방안으로 위력이 강한 에멀젼 폭약의 위력을 낮추어 사용함으로서 상기와 같은 다이나마이트 계열의 화약조성이 가지는 문제점이 없는 조절발파용 에멀젼폭약의 개발이 제시되었다.

에멀젼 폭약을 위력을 낮추어 조절발파용으로 사용할 수 있도록 하는 해결 방안으로는 발파시에 발파공내의 폭약 주위의 공간을 조절하여 위력을 조절하거나 또는 폭굉 압력을 줄이기 위하여 위력이 약한 조성을 사용하는 것이 가능하다.

공간의 조절은 통상 디카플링 지수(발파공의 직경과 폭약의 직경과의 비)의 조절을 통해서 이루어지며, 디카플링지수가 커지면 발파공 내벽에 작용하는 폭굉압력은 급격히 저하하므로 폭력을 감소시킬 수 있다. 하지만 이러한 디카플링 지수의 증가를 통한 위력의 감소시에는, 공경에 비해 가는 폭약포를 1 열로 장진하여 발파하면 기폭부의 충격파가 공벽과 폭약포와의 공간을 선행하여 심부의 약포를 강하게 압착하기 때문에 폭약이 고비중이 되어, 사압현상을 나타내어 잔류되는 발파공과 폭약간의 공극에 의한 측벽효과(Channel Effect)를 일으키는 문제가 발생한다. 특히 발파시 폭약간의 거리가 가까운 조절발파의 경우에는 중요한 문제가 된다.

에멀젼 폭약의 조성을 변경하여 위력을 감소시킴으로서 조절발파용으로 이용하는 방안으로는 에멀젼 폭약 조성물의 비중을 낮춤으로서 폭약의 발파 위력을 감소시키는 방안이 연구되고 있으나, 조절발파용 폭약에 있어서 문제가 되는 측벽효과에 의한 사압현상이 해결되지 않고 있다.

본 발명의 목적은 위력이 약하면서도 동시에 측벽효과에 의한 사압현상에 견딜 수 있는 조절발파용 에멀젼계 폭약 조성물을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 산화제 수용액, 유화제, 유류 및 기포보지제인 미소중공구체를 포함하는 에멀젼 폭약조성물이며, 상기 에멀젼 폭약 조성물은 진비중이 0.2 - 0.4 g/cc 인 유리미소중공구체(GMB)를 4 - 15 중량 % 포함하거나, 또는 진비중이 0.025 - 0.08 인 플라스틱 미소중공구체(PMB)를 0.5 - 3 중량 % 포함하는 것을 특징으로 하는 조절발파용 에멀젼계 폭약 조성물을 제공한다.

에멀젼 폭약 조성물이 포함하는 상기 산화제수용액은 질산암모늄, 질산나트륨, 염소산나트륨, 과염소산나트륨, 모노메틸아민나이트레이트, 히드라진나이트레 이트, 물 등으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택될 수 있으며, 상기 유류는 왁스, 광유, 경유 등으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택된다. 유화제로는 SMO(Sorbitan monoleate), PIBSA아민염 (Amine salt of Polyisobutylene succinicanhydride) 등이 통상적으로 사용될 수 있으며, 특별한 제한은 없다. 상기 에멀젼 폭약 조성물에 있어서 기포보지제인 미소중공구체는 유리미소중공구체(이하 GMB) 또는 플라스틱미소중공구 체(이하 PMB)를 이용하는 것이 바람직하다.

에멀젼 폭약의 위력을 낮추고, 사압에 의한 불폭을 방지하지 위하여 사용되는 상기 GMB 는 조절발파에 있어서 측벽효과에 의한 사압을 방지하기 위하여 진비중의 범위가 0.2 - 0.4 g/cc 인 것이 바람직하다. 또한 상기 범위내의 GMB 는 에멀젼 폭약 조성물의 4 - 15 중량 % 범위내에서 사용되는 것이 바람직하다. GMB 의 함량이 4 중량 % 미만이거나 진비중의 범위가 0.2 미만이면 측벽효과에 의해서 조절발파시 사압될 수 있으며, GMB가 비중이 0.4 를 초과할 경우에는 GMB 의 제조가 어려우며, 15 중량 % 를 초과하여 사용될 경우에는 최종제품의 비용이 과다히 상승되는 문제가 발생한다.

선택적으로 에멀젼 폭약의 위력을 낮추고, 사압에 의한 불폭을 방지하지 위하여 사용되는 상기 PMB 는 조절발파에 있어서 측벽효과에 의한 사압을 방지하기 위하여 진비중의 범위가 0.025 - 0.08 g/cc 인 것이 바람직하다. 또한 상기 범위내의 PMB 는 에멀젼 폭약 조성물의 0.5 - 3 중량 % 범위내에서 사용되는 것이 바람직하다.

진비중의 범위가 0.025 미만이면 PMB의 제조가 어려워 공정상 문제가 될 수 있으며 PMB 의 함량이 0.5 중량 % 미만일 경우나 진비중의 범위가 0.08 g/cc 를 초과한 경우에는 조절발파시 측벽효과에 의한 사압이 일어날 수 있다. 또한 PMB의 함량이 상기 함량을 초과하면 최종제품의 비용이 과다히 상승되는 문제가 발생한다.

상기 비중 범위의 GMB 나 PMB 를 상기 중량 범위에서 사용한 최종적인 에멀젼계 폭약의 비중은 0.9-1.1g/cc 의 범위가 된다.

[실시예]

<주1> 폭속(m/sec)

폭약이 폭발하는 속도로서 개방된 상태에서의 시험한 결과이다.

<주2> 탄동구포(%)

폭약의 정적위력을 측정하는 방법으로 TNT를 100으로 하였을 경우의 상대 비교 수치이다.

<주3> 내충격성

수심 2m의 연못에 28mm 다이너마이트(약량 125g)와 상기 시험예의 조성으로 만든 에멀젼폭약(32mm, 250g)을 일정거리를 띄워 평행하게 설치한 후 200ms의 지연시차로 폭발을 시켰을때 다이너마이트의 폭압에서도 에멀젼폭약이 불폭되지 않는 거리(3회 실시하여 3회 모두 완폭)를 수중완폭 거리로 한다. 이 수중완폭거리는 폭약의 내충격성의 정도를 나타내며 가까울수록 내충격성이 좋다는 것을 의미한다.

｛실시예1｝

질산암모늄70중량%,질산나트륨13중량%,모노메칠나이트레이트5중량%,물12중량%로 이루어진 90℃의 산화제용액 91.5중량%와 왁스 50중량%, 광유 50중량%로 이루 어진 90℃의 연료용액2중량%에 90℃의 SMO 또는PIBSA아민염 유화제 1.5중량%를 넣어 유화기로 유화시켜 에멀젼을 만든 다음, 진비중이 0.2g/cc인 유리미소중공구체를 5중량% 넣어 가비중이 1.05g/cc인 폭약을 만들어 직경17mm, 길이500mm인 플라스틱튜브에 채워 정밀폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 4200m/s, 탄동구포는 100%, 내충격성은 50cm로 정밀폭약으로서 적합하였다.

｛실시예2｝

에멀젼의 제조는 상기 실시예1와 같으며 진비중이 0.25g/cc인 유리미소중공구체를 8중량% 넣어 가비중이 1.01인 폭약을 만들어 상기 실시예1과 같이 플라스틱튜브에 채워 정밀폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 4000m/s, 탄동구포는 95%, 내충격성은 40cm로 정밀폭약으로서 적합하였다.

｛실시예3｝

에멀젼의 제조는 상기 실시예1와 같으며 이 에멀젼90중량%에 진비중이 0.32g/cc인 유리미소중공구체를 10중량% 넣어 가비중이 1.09g/cc인 폭약을 만들어 상기 실시예1과 같이 플라스틱튜브에 채워 정밀 폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 3800m/s, 탄동구포는 90%, 내충격성은 30cm로 정밀폭약으로서 적합하였다.

｛실시예4｝

에멀젼의 제조는 상기 실시예1와 같으며 이에멀젼88중량%에 진비중이 0.37g/cc인 유리미소중공구체를 12% 넣어 가비중이 1.08g/cc인 폭약을 만들어 상기 실시예1과 같이 플라스틱튜브에 채워 정밀폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 3600m/s, 탄동구포는 85%, 내충격성은 20cm로 정밀폭약으로서 적합하였다.

｛실시예5｝

에멀젼의 제조는 상기 실시예1와 같으며 이 에멀젼99.2중량%에 진비중이 0.025g/cc인 플라스틱미소중공구체를 0.8중량% 넣어 가비중이 1.01g//cc인 폭약을 만들어 상기 실시예1과 같이 플라스틱튜브에 채워 정밀폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 4400m/s, 탄동구포는 105%, 내충격성은 50cm로 정밀폭약으로서 적합하였다.

｛실시예6｝

에멀젼의 제조는 상기 실시예1와 이 에멀젼 98.7중량%같으며 진비중이 0.042g/cc 인 플라스틱미소중공구체를 1.3중량% 넣어 가비중이 1.03g/cc인 폭약을 만들어 상기 실시예1과 같이 플라스틱튜브에 채워 정밀폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 4200m/s, 탄동구포는 100%, 내충격성은 40cm로 정밀폭약으로서 적합하였다.

｛실시예7｝

에멀젼의 제조는 상기 실시예1와 같으며이 에멀젼98.2중량%에 진비중이 0.06g/cc인 플라스틱미소중공구체를 1.8중량% 넣어 가비중이 1.07g/cc인 폭약을 만들어 상기 실시예1과 같이 플라스틱튜브에 채워 정밀폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 4000m/s, 탄동구포는 95%, 내충격성은 30cm로 정밀폭약으로서 적합하였다.

｛실시예8｝

에멀젼의 제조는 상기 실시예1와 같으며 이 에멀젼98중량%에 진비중이 0.07g/cc인 플라스틱미소중공구체를 2.0중량% 넣어 가비중이 1.09g/cc인 폭약을 만 들어 상기 실시예1과 같이 플라스틱튜브에 채워 정밀폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 3800m/s, 탄동구포는 90%, 내충격성은 20cm로 정밀폭약으로서 적합하였다.

｛비교예1｝

에멀젼의 제조는 상기 실시예1와 같으며 이 에멀젼97중량%에 진비중이 0.2g/cc인 유리미소중공구체를 3.0중량% 넣어 가비중이 1.15g/cc인 폭약을 만들어 상기 실시예1과 같이 플라스틱튜브에 채워 정밀폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 5000m/s, 탄동구포는 115%, 내충격성은 120cm로 위력도 높고 내충격성이 낮아 정밀폭약으로서 부적합하였다.

｛비교예2｝

에멀젼의 제조는 상기 실시예1와 같으며 이 에멀젼96중량%에 진비중이 0.15g/cc인 유리미소중공구체를 4.0중량% 넣어 가비중이 1.09g/cc인 폭약을 만들어 상기 실시예1과 같이 플라스틱튜브에 채워 정밀폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 4500m/s, 탄동구포는 110%, 내충격성은 150cm로 탄동구포위력이 높고 내충격성이 낮아 정밀폭약으로서 부적합하였다.

｛비교예3｝

에멀젼의 제조는 상기 실시예1와 같으며 이 에멀젼99.7중량%에 진비중이 0.025g/cc인 플라스틱미소중공구체를 0.3중량% 넣어 가비중이 1.18g/cc인 폭약을 만들어 상기 실시예1과 같이 플라스틱튜브에 채워 정밀폭약을 만들었다. 이것의 폭속은 5200m/s, 탄동구포는 125%, 내충격성은 50cm로 위력이 높아 정밀폭약으로서 부적합하였다.

상기 실시예1∼8에서 나타난 바와 같이 GMB는 가비중을 0.2∼0.37g/cc의 것을 5∼12중량% PMB는 가비중을 0.025∼0.07g/cc의 것을 0.8∼2.0중량% 사용하여 폭약의 가비중을 0.9∼1.1g/cc로 제조한 제품들이 폭속은 3,600∼4,400m/sec, 탄동구포가 85∼105%, 내충격성이 20∼50cm로 나타났다. 기존의 일반적인 에멀젼계 폭약을 사용한 정밀폭약은 비교예1과 비교예3의 경우로 폭속이 5,000m/sec 이상, 탄동구포가 115% 이상으로 위력이 너무 높으며 내충격성이 120cm 이상으로 너무 낮아 정밀폭약으로서는 부적합하였다.

또한 비교예2에서는 진비중이 0.15g/cc인 유리미소중공구체를 4.0중량% 사용하여 정밀폭약을 제조하였으나 역시 위력이 높고 내충격성이 낮아 부적합하였다. 플라스틱미소중공구체는 진비중 0.025g/cc가 가장 낮으며 그 이하의 제품은 제조가 곤란하다. 따라서 0.025이하의 시험데이타는 없다.

상기와 같이 발명된 에멀젼계 정밀폭약의 효과는 다음과 같다.

기존의 다이나마이트계 정밀폭약에 비해 화학적예감제(니트로글리세린 등)를 사용하지 않으므로 제조 및 사용안전성이 증대되고, 기존의 일반 에멀젼계 정밀폭 약의 문제점인 높은 폭력을 현저하게 낮추고 동시에 내충격성을 증대시켜 정밀폭약으로서의 최적의 조건을 갖추도록 하였다. 시험발파에 의하면, 발파후 발생되는 후가스도 화학적예감제를 배제시켰기 때문에 매우 양호하였고 사압에 의한 잔류약이 전혀 발생하지 않았다.

Claims

산화제 수용액, 유화제, 유류 및 기포보지제를 포함하는 조절발파용 에멀젼 폭약 조성물에 있어서,

기포보지제로서 진비중이 0.2∼0.4 g/cc인 유리 미소중공구체(GMB)를 4∼15 중량% 포함하며,

조성물의 가비중이 0.9∼1.1 g/cc인 것을 특징으로 하는 조절발파용 에멀젼 폭약 조성물.
산화제 수용액, 유화제, 유류 및 기포보지제를 포함하는 조절발파용 에멀젼 폭약 조성물에 있어서,

기포보지제로서 진비중이 0.025∼0.08 g/cc인 플라스틱 미소중공구체(PMB)를 0.5∼3 중량% 포함하며,

조성물의 가비중이 0.9∼1.1 g/cc인 것을 특징으로 하는 조절발파용 에멀젼 폭약 조성물.