KR100767740B1 - 저폭속 폭약을 이용한 미진동 발파방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저폭속폭약을 이용한 미진동 발파방법에 관한 것으로서,

그 목적은 기존 에멀젼폭약에 비하여 폭속이 53%, 폭발에너지가 47% 저감된 저폭속폭약을 본 발명 출원인의 특허 제 0483315호에 등록된 미진동 및 저소음용 폭약용기 속에 넣고, 이를 천공내 중앙에 설치하여 장약공들의 입구를 흙, 모래 등 일반적으로 사용하는 전색물을 사용하여 전색시킨 다음, 발파기로 뇌관을 기폭 시킴으로써 발파 충격파로 발생하는 진동수준을 기존 폭약에 비하여 절반 이상으로 절감시키고 암반에 균열만을 발생시키면서 또한 지발당 장약량의 조절이 가능하여 다량의 공을 미진동으로 시공할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

저폭속폭약, 폭발압력, 미진동 및 저소음용 폭약용기, 이중의 공기층

Description

저폭속 폭약을 이용한 미진동 발파방법{BLASTING METHOD OF A SLIGHT SHOCK}

도1은 저폭속폭약의 미진동 및 저소음용 폭약용기 개요도

도2는 저폭속폭약과 미진동 및 저소음용 폭약용기의 결합도

도3은 저폭속폭약의 천공구멍내 장전모습

도4는 정밀폭약 사용한 정밀진동제어발파방법의 발파패턴도

도5는 정밀폭약을 이용한 정밀진동제어발파방법의 발파 전·후 암반의 균열 상태도

도6은 저폭속폭약을 이용한 미진동 발파방법의 발파패턴도

도7은 저폭속폭약을 이용한 미진동 발파방법의 발파 전·후 암반의 균열 상태도

도8은 진동계측기 설치모습

본 발명은 저폭속 폭약을 본 발명 출원의 특허 제 0483315호에 등록된 미진동 및 저소음용 폭약용기와 결합하여 2중의 공기층을 사용하는 저폭속폭약을 이용한 미진동 발파방법에 관한 것으로 자세하게는 도심지 재개발, 건물 터파기, 수직 구등의 미진동 발파현장에서 폭속이 2,000m/s의 저폭속폭약을 사용하여 측면과 그리고 측면과 상부에 Air를 형성한 특허 제 0483315호에 등록된 미진동 및 저소음용 폭약용기를 사용하여 폭속 및 폭발력이 높아서 발생되는 높은 진동을 낮추고 암석에 균열만을 발생시켜서 주변구조물에 진동으로 인한 영향을 최소화하면서 암석을 제거하는 저폭속 폭약을 이용한 미진동 발파방법에 관한 것이다.

종래에 나와 있는 미진동 발파방법을 설명하면 다음과 같다.

(1)미진동파쇄기 사용 발파방법

콘크리트, 암반, 돌 등의 폭파에 관련된 파괴이론은 크게 동적 폭굉론과 정적 폭굉론의 두 가지로 나눌 수 있다. 두 이론은 공히 발파에 의한 파괴는 진원지에서의 폭굉압력이 피파괴체의 압축강도보다 크기 때문에 진원지 주위에는 분쇄권이 형성된다. 정적폭굉론에 의하면 압축주응력에 직각으로 작용하는 인장주응력 때문에 압축주응력의 방향으로 균열이 일어난다. 반면에 동적폭굉론에 의하면 충격파의 반사인장파 때문에 균열이 일어난다. 일반적으로 압축주응력은 저폭속이나 폭연하는 성질이 있는 화약사용시의 파괴에 지배적이고, 반사인장파는 고폭속과 고맹도의 폭약발파시 지배적이다. 그러므로 정적폭굉론은 전자, 동적폭굉론은 후자에 적용될 수 있다.

미진동 파쇄기는 고열 반응에 의한 순간적인 열팽창으로 암석에 균열이 발생되는 원리를 이용한 제품으로서 아래 그림과 같이 전용의 점화구를 사용하여 점화가 되고, 최근 도심지나 보안건물이 있는 곳에서 콘크리트, 암반 및 교각 등을 발 파시 진동, 소음제어와 비산물 방지를 위한 발파현장에서 각광받고 있는 화공품의 일종입니다.

미진동 파쇄기는 밀폐 중에서 약 40~60m/s의 속도로 연소하고 또한 고열을 발생하여 1500~2500kgf/㎠정도의 가스압으로 대상물을 파쇄하는 것이며, 그 파괴원리는 종래 화약류와 같이 폭굉반응의 충격파에 의한 파괴가 아니라 주로 압축인장력에 의한 정적파괴에 근거하고 있다. 하지만, 전색제로 급결 모르타르를 사용하여 일정시간을 기다려야 하고, 지발시차를 줄 수가 없기 때문에 1회 발파공수가 증가하면 진동이 증가하게 되는 단점이 있다.

(2)전력충격파암공법(플라즈마) 사용한 발파방법

병렬연결로 모듈화된 축전기(capacitor)에 충전된 전기에너지를 암반에 지입된 충격쎌로 방전시키면 충격쎌 내부에서 알루미늄 분말과 금속산화물이 반응을 일으켜 물질의 제4상태로 알려진 플라즈마를 형성하고 이러한 플라즈마의 팽창에 의 해 발생하는 충격파를 이용하여 암반을 파쇄하는 원리로서 아래 그림과 같으며, 폭약과는 달리 충격쎌의 반응이 진행하는 동안 가스압이 발생하지 않아 유해가스가 없고, 가스압에 의한 폭풍압 또는 분진, 비산이 없다.

전력충격파암공법의 충격쎌은 단위질량당 반응열이 높으며 비교적 값이 저렴한 알루미늄분말(Al)과 반응시 가스가 발생하지 않는 산화구리(CuO)분말의 혼합물을 전해질로 사용하였으며, 반응식은 다음과 같다.

2Al + 3Cuo → Al₂O₃+ 3Cu + 1,207kJ

전력충격파암공법 또한 미진동파쇄기 사용공법과 마찬가지로 전색물로 급결모르타르를 사용하여 일정시간을 기다려야 하고, 지발시차를 줄 수가 없기 때문에 1회 발파공수가 증가하면 진동이 증가하게 되는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한

본 발명의 목적은 에멀젼 구조를 깨뜨리지 않고 폭속 및 폭발압력이 기존 폭약보다 50% 이상 낮아진 저폭속 폭약을 개발하였고,

이를 외부직경이 32mm, 내부직경이 18mm의 이중으로 구성된 특허 제 0483315호에 등록된 미진동 및 저소음용 폭약용기종이통을 사용하여 내부에 17mm의 저폭속폭약을 결합하여 외부에는 공기층으로 비워두고 천공내 장약하면 장약통의 뚜껑역할을 하는 캡이 장약통을 천공내 중앙에 위치하게 한다.

또한, 이 캡이 전색물이 아래로 내려가는 것을 방지하여 공과 약통 사이에 또 하나의 공기층을 형성한다.

기폭방법은 일반적인 전기, 비전기 뇌관을 사용할 수 있어 지발당 장약량의 조절이 가능하고, 장약 된 전체 발파공을 동시, 순차적으로 기폭 시키면 1차적으로 폭속이 낮은 저폭속폭약으로 인하여 낮은 충격파가 발생하고, 발생된 충격파가 2중으로 구성된 공기층을 통과하면서 더욱 약하게 되고 장약공 주변암반에 방사상으로 분산 작용하게 되어 진동을 낮게 발생시키면서도 인접한 공으로는 균열만을 일으키는 저폭속폭약을 이용한 미진동 발파방법을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 목적인 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해

본 발명은 산화제수용액(질산암모늄+질산나트륨+물)과 기름성분인 연료제 용액(오일+왁스+유화제) 및 첨가제 그리고 에멀젼 구조를 깨뜨리지 않고 폭속 및 폭발력을 낮출 수 있는 저폭속 폭약을 외부직경이 32mm, 내부직경이 18mm의 이중으로 구성된 종이통, 또는 상부에 10~20cm의 빈공간이 있는 종이통을 사용하여 내부에 17mm의 저폭속폭약을 결합하여 외부에는 공기층으로 비워두고 천공내 장약하면 장약통의 뚜껑역할을 하는 캡이 장약통을 천공내 중앙에 위치하게 한다.

또한, 이 캡이 전색물이 아래로 내려가는 것을 방지하여 공과 약통 사이에 또 하나의 공기층을 형성한다.

이를 순발 및 지발뇌관을 이용하여 발파하면 1차적으로 폭속이 낮은 저폭속폭약으로 인하여 낮은 충격파가 발생하고 발생된 충격파가 2중으로 구성된 공기층을 통과하면서 더욱 약하게 되고 장약공 주변암반에 방사상으로 분산 작용하게 되 어 미진동, 저소음으로 암반에 균열이 발생시키는 저폭속폭약을 이용한 미진동 발파 방법에 관한 것이다.

본 발명은 저폭속폭약을 사용하는데 이는 일반적인 진동발생의 대부분이 폭약의 발파시 발생되는 폭속의 크기와 폭발에너지에 기인하기 때문에 원천적으로 발생되는 진동을 낮추기 위하여 폭속 및 에너지가 50% 이상 저감된 저폭속폭약을 특허 제 0483315호의 미진동 및 저소음용 폭약용기와 결합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이런 저폭속폭약을 효율적으로 사용하기 위하여 도2로 구성된 장약통을 사용하면 자동적으로 천공내 중앙에 위치되며 발생된 충격파를 주변암반에 방사상으로 분산시키고 인접한 공 사이에는 인장균열이 발생되는 것을 특징으로 한다.

또한, 도1로 구성된 뚜껑이 장약통 상단부에 위치하여 그 상부로만 전색이 실시되며, 전색물로는 모래, 흙 등 일반적으로 현장에서 흔히 사용하는 전색물을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 순발 및 지발의 전기. 비전기 뇌관 모두 사용이 가능함으로 다수의 공을 동시에 기폭 하여도 진동의 발생이 높아지지 않으므로 현장 시공효율이 상당히 좋은 것을 특징으로 하는 저폭속폭약을 이용한 미진동발파공법인 것이다.

본 발명에 사용되는 화약의 특성을 살펴보면

①저폭속폭약

저폭속폭약은 에멀젼 폭발반응 원리인 열점(hot spots)현상을 지연시키면 폭발반응속도(폭속)가 낮아진다는 점에 착안하여 열점(hot spots)현상이 중단되지 않는 범위에서 최대한 기폭성과 최소한의 저장안정성을 갖고 에멀젼구조를 깨뜨리지 않으면서 반응을 방해하는 첨가제인 발포폴리스티렌(EPS)을 1.5~3.53중량 비율로 첨가하여 적정량 혼합함으로 폭속을 2,000m/s, 폭발압력을 기존 에멀젼 폭약보다 47%까지 낮춘 저폭속, 저 폭발압력의 폭약이다.

화약류의 폭발압력을 구하기 위해 화약 조성물에 따른 반응결과를 알아야 하며 이는 화약류의 반응결과 분석 프로그램인 Dyno nobel의 Nitro dyno이라는 프로그램을 이용하여 구한다.

표 1

에멀젼폭약과 저폭속폭약의 비교

저폭속폭약의 발포폴리스티렌(EPS)함유량별 폭속 자료는 다음과 같다.

표 2

발포폴리스티렌(EPS)의 함유량별 폭속

이하 본 발명의 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

<실시예>

천공

유압 및 공압의 크롤드릴을 사용하여 직경 45mm로 천공을 실시하고 천공간격은 천공깊이에 따라 다르지만 40~70cm으로 천공하며, 천공깊이는 1.2~2.4m 정도이다.

장약

저폭속 폭약을 천공내에 넣으면 직경 43mm의 상부뚜껑에 의하여 자동적으로 천공내 중앙에 위치하게 된다. 그리고 직각의 저폭속 폭약의 하부에 뇌관을 삽입하고 모래, 흙 등의 전색물을 채우면 저폭속 폭약이 장약 된 부분 아래로는 또 하나의 공기층이 형성되고, 저폭속 폭약 상부에만 전색이 된다.

결선 및 발파

전기. 비전기 뇌관을 직렬, 병렬 결선한 후에 발파하는 것이다.

이하 본 발명에 따른 비교 예 및 실시 예이다.

저폭속폭약의 진동 저감효과를 알아보기 위하여 실험을 실시하였고 아래와 같이 00 택지지구 현장에서 실험을 실시하고 그 결과를 고찰하였다.

(1) 시험발파 Ⅰ : 정밀폭약을 이용한 정밀진동제어발파(비교예)

(2) 시험발파 Ⅱ : 저폭속폭약을 이용한 미진동발파(실시예)

상기 시험발파는 정확한 비교실험을 위하여 동일한 현장의 일축압축강도 1,300kgf/㎠의 안산암으로 구성된 동일 암반에서 동일한 지발당 장약량을 사용하여 실시하였다.

(1) 시험발파 Ⅰ : 정밀폭약을 이용한 정밀진동제어발파(비교예)

기존의 폭약으로는 가장 진동이 낮게 발생하는 정밀폭약을 사용한 정밀진동제어발파공법으로 1공당 최대 장약량이 발파규제기준을 충족시킬 수 있을 만큼 보안물건과 이격된 영역에 대해 적용하고 천공경 45mm에 17mm 정밀폭약을 사용한다.

본 실험발파에서는 천공장 1.8m, 천공간격 0.8m에서 17mm 정밀폭약을 사용하였으며, 공당 장약량을 0.15Kg으로 하여 1회 발파공수를 2공으로 순발, 지발 발파하여 구한 거리별 진동 자료는 아래와 같다.

표

정밀폭약을 사용하여 측정된 진동자료

(2) 시험발파 Ⅱ : 저폭속폭약을 사용한 미진동발파(실시예)

기존 에멀젼 폭약에 비해 폭속과 에너지를 대폭 낮춘 저폭속폭약을 미진동 및 저소음용 폭약용기와 결합하여 사용한다.

본 시험발파에서는 천공장 1.8m, 천공간격 0.8m에 폭속이 2,000m/s인 저폭속 폭약을 사용하였으며, 공당 장약량을 0.15Kg으로 하여 1회 발파공수를 2공으로 순발, 지발 발파하여 구한 거리별 진동 자료는 아래 표와 같다.

표

저폭속폭약을 사용하여 측정된 진동자료

(3) 발파결과

정밀폭약과 저폭속폭약을 동일한 현장에서 동일한 발파패턴으로 시험 발파한 결과 순발발파의 경우 약 16.0m 거리에서 측정한 진동자료는 정밀진동제어발파공법은 6.81mm/sec, 저폭속폭약 발파공법의 경우 3.37mm/sec로 측정되었다.

또한, 지발발파의 경우 약 15.0m 거리에서 측정한 진동자료는 정밀진동제어발파공법은 2.57mm/sec, 저폭속폭약 발파공법의 경우 1.45mm/sec로 측정되었다.

이는 저폭속폭약 발파공법이 정밀폭약을 사용한 정밀진동제어 발파공법보다 순발발파의 경우 2.0배, 지발발파의 경우 1.77배 정도로 진동이 낮게 발생함을 볼 수 있다.

상기와 같은 저폭속폭약을 이용한 미진동발파방법은 폭속 및 폭발압력이 기존 폭약보다 50% 이상 저감된 저폭속폭약을 사용하여 이중으로 구성된 특수한 장약통을 사용하여 천공내 중앙에 위치시켜 폭발시키면 일차적으로 저폭속 폭약으로부터 기존 폭약보다 약 47% 정도 낮은 폭발충격파가 발생하고 이 폭발충격파가 2중으로 구성된 공기층을 통과하면서 폭압이 더욱 감소됨으로써 천공과 천공사이에 균열을 발생시키면서 발생되는 진동의 크기는 대폭 낮춘 발파법이다.

또한, 본 저폭속폭약 발파방법은 기존의 미진동 발파공법의 단점으로 지적돼온 불편한 장약방법과 전색물로 급결모르타르 사용, 지발당 장약량 조절의 불가능, 1회 발파공수의 제한 등의 문제점을 모두 해결하면서 낮은 진동수준을 요하는 도심지 등의 미진동 발파에서 발파의 효율성, 경제성 및 작업의 능률 향상에 큰 도움이 될 것으로 판단되는 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 저폭속폭약을 이용한 발파방법에 있어서

   발파공을 천공한 후 저폭속폭약을 특수한 이중의 장약통과 결합하여 각각의 발파공에 장전하고, 전기 및 비전기 뇌관을 사용하여 순발 및 지발로 발파하여 일차적으로 저폭속폭약에서 발생하는 낮은 폭발충격파와 이차적으로 이중의 공기층을 통과하면서 폭압이 더욱 감소됨으로써 진동의 크기를 대폭 낮추고 천공과 천공 사이에 인장균열을 발생시키는 발파 방법을 특징으로 하는 저폭속폭약을 이용한 미진동 발파방법.
2. 제1항에 있어서 저폭속폭약이 천공내 중앙에 위치하고 전색물이 폭약의 상부에만 위치하게 하여 천공과 저폭속폭약 사이에 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 저폭속폭약을 이용한 미진동 발파방법.

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