KR20030059788A

KR20030059788A - 내충격성이 강화된 에멀젼 폭약 조성물

Info

Publication number: KR20030059788A
Application number: KR1020030042016A
Authority: KR
Inventors: 이영호; 이응소
Original assignee: 주식회사 한화
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: KR100552911B1

Abstract

본 발명은 노천 및 터널발파 현장에서 외부충격에 의한 내충격성을 강화시키기 위하여 기포보지제로 보다 강한 유리미소중공구체를 채용한 에멀젼폭약 조성물에 관한 것으로서, 산화제수용액(질산암모늄,질산나트륨, 질산칼슘, 염소산나트륨, 과염소산나트륨, 모노메칠나이트레이트, 히드라진나이트레이트, 물 등으로 이루어진 수용액)과 연료용액(왁스,광유,경유 등으로 이루어진 용융액)을 유화제 [SMO(Sorbitan monoleate), PIBSA유화제(Polyisobutylenesuccinicanhydride의 폴리이소부틸렌이 친유성기를 구성하고, 에스테르군 및 아민군이 친수성기를 형성하는 계면활성제임)등] 를 이용하여 약 90℃에서 유화를 하여 만든 에멀젼(Emulsion)에 폭발성능을 부여하기 위해 기포보지제로 내충격성이 보다 강화된 진비중 0.3g/cc 이상이고 강도가 2000psi 이상인 유리미소중공구체를 채용하여, 에멀젼폭약의 내충격성을 한층 더 증대시킬 수 있도록 하였다.

Description

내충격성이 강화된 에멀젼 폭약 조성물{High performance emulsion explosive production}

본 발명은 노천 및 터널발파 현장에서 사용하는 에멀젼폭약에 관한 것으로서, 외부충격에 의한 내충격성을 강화시키기 위하여 기포보지제로 보다 강한 유리미소중공구체를 적용한 에멀젼폭약 조성물에 관한 것이다.

종래, 기포보지제는 화약내에 일정부분 공기 또는 기타 기체 등으로 공간을 형성시켜주는 물질로, 폭약이 폭발할 때 단열압축에 의한 고열을 발생시켜 폭약의 폭발을 안정적으로 지속시켜주는 예감제(Sensitizer) 역할을 한다.

즉, 질산암모늄,질산나트륨, 물 등으로 이루어진 산화제 용액과 왁스,광유 등으로 이루어진 연료용액을 유화제로 유화시킨 에멀젼은 기폭성이 없는데 이 기포보지제를 일정량 넣어 혼합하게 되면 비로소 기폭성을 갖게된다.

에멀젼폭약에 기포를 넣는 방법에는 두가지가 있는데 하나는 미리 만들어진 구형의 기포보지제를 넣은 방법이며 다른 하나는 화학적으로 반응하여 기체를 발생시키는 물질을 넣는 방법이다. 전자의 대표적인 것에는 유리미소중공구체, 수지미소중공구체, 펄라이트 등이 있다.

에멀젼폭약을 외부 충격에 의한 내충격성을 강화시켜야 하는 이유는, 지연시차 발파 시, 먼저 기폭된 폭약의 폭발력이 인접공의 폭약에 영향을 주어 사압 및 불폭되는 것을 방지하기 위함이다. 이러한 현상은 공간격이 비교적 협소한 터널발파 등에서 주로 발생한다.

여기에서, 에멀젼 폭약이 외부 충격으로 불폭 잔류하는 원인은, 첫째, 인접공 발파 시 발생한 충격, 가스압력, 암반의 압력 등으로 기포보지제가 파괴되어 발생하는 사압 현상, 둘째, 소약경 사용시 동일 발파공내에서 발생한 가스압력이 폭약의 폭굉전파속도를 선행하여 미반응된 폭약에 충격을 주어 기포보지제를 파괴시키는 측벽효과(Channel Effect) 현상으로 나눌 수 있는데 2가지 원인의 공통점은 외부압력으로 기포보지제가 파괴되어 폭약의 비중이 증가, 그 폭굉성을 잃는다는 점이다.

종래에는 이러한 사압에 의한 불폭 문제점을 해결하기 위한 방법으로 고강도 기포보지제를 사용하는 방법, 예감제를 첨가하는 방법, 완충제를 넣는 방법, 기포보지제를 많이 넣는 방법이 있다. 고강도 기포보지제를 사용하는 방법은 ISEE(International Society of Explosives Engineers)에서의 발표 논문인 "Rugged Emulsion Explosive Formulation#37"(Thomas C.Ruhe and Michael S.Wieland)에서 발표하였으며 유리미소중공구체(이하, 'GMB'하 함)를 진비중이 0.1∼0.2g/cc에서 0.25g/cc로 증가시키고 구의 껍질을 두껍게 하여 강도를 증가시킴으로서 내충격성을 보다 강화시켰다.

미국특허 제 4474628(83.07.11)에서는 고강도 GMB로 출원한 GMB의 파괴강도수준은 500psi 정도이다. 일본특허 제 2673832호(89.9.6)에서는 진비중이 0.10-0.35의 GMB로 규정하였는데 파괴강도의 수준은 한정하지 않았으며, 비교예1서 보면 파괴강도는 최대 750psi인 것을 보여주고 있다. 예감제를 첨가하는 방법은 미국특허US5366571(1994년 11월 22일) 등에서 공개되었으며 MMAN(Monomethylamine nitrate), HN(Hydrazine nitrate) 등 니트로화합물 또는 에스테르화합물의 예감제를 넣음으로서 내충격성을 보다 강화시켰다.

완충재를 넣는 방법은 일본특허 6-37344(1994년 5월 18일)에서 공개하였으며 충격에너지의 흡수효과가 큰 완충재를 넣음으로서 내충격성을 강화시켰다. 또한 기포보지제를 많이 넣는 방법은 일본특허 8-295589(1996년 11월 12일)에서 공개하였으며 저강도 미소구체는 200∼300psi의 압축강도를 가짐과 동시에 폭약 조성물에 최소 4% 이상 함유시켜 예비압축 저항성을 증가시키고 내충격성을 강화시켰다.

기존의 내충격성을 강화시킨 제품으로는 진비중이 0.25이고 파괴강도가 750psi(51기압)인 유리미소중공구체를 사용한 에멀젼폭약이 개발되어 있었다.

그러나, 본 발명에서는 진비중이 0.30이상이고 파괴강도가 2000psi(136기압)이상으로 한층 더 강도가 증가된 유리미소중공구체를 사용한 에멀젼폭약을 개발하였다.

본 발명에 따른, 진비중이 0.30이상이고 파괴강도가 2000psi인 유리미소중공구체를 사용한 에멀젼폭약의 내충격성은 50cm 이하인 데 반하여, 종래의 경우에는, 진비중이 0.25이고 파괴강도가 750psi인 유리미소중공구체를 사용한 에멀젼폭약의내충격성은 100cm로, 본 발명의 에멀젼폭약의 내충격성은 기존의 내충격강화제품보다 2배 이상 증가된 것이다.

따라서, 본 발명에서는 진비중이 0.30이상이고 파괴강도가 2000psi인 유리미소중공구체를 사용한 에멀젼폭약을 제공한다.

본 발명은 노천 및 터널발파 현장에서 사용되는 에멀젼폭약의 단점인 저내충격성을 높이기 위하여 기포보지제의 강도를 한층 더 강화시켜 에멀젼폭약에 적용, 개발된 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 산화제수용액(질산암모늄,질산나트륨, 질산칼슘, 염소산나트륨, 과염소산나트륨, 모노메칠나이트레이트, 히드라진나이트레이트, 물 등으로 이루어진 수용액)과 연료용액(왁스,광유,경유 등으로 이루어진 용융액)을 유화제〔SMO(Sorbitan monoleate), PIBSA유화제(Polyisobutylenesuccinicanhydride의 폴리이소부틸렌이 친유성기를 구성하고, 에스테르군 및 아민군이 친수성기를 형성하는 계면활성제임)등〕를 이용하여 약 90℃에서 유화를 하여 만든 에멀젼(Emulsion)에 폭발성능을 부여하기 위해 기포보지제로 내충격성이 보다 강화된 진비중 0.3g/cc 이상이고 강도가 2000psi 이상인 유리미소중공구체를 사용함으로써 에멀젼폭약의 내충격성을 한층 더 증대시킨 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 다음과 같이 설명하고자 하며, 산화제용액과 연료용액을 유화제로 유화시켜 에멀젼을 만드는 조성 및 기술은 일반화되어 있으므로그것은 생략하기로 할 것이며 다만, 내충격성 강화시키기 위해 사용한 유리미소중공구체의 진비중에 따른 시험 결과만 제시한 것이다.

구 분	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2
무게조성비(%)	산화제수용액	86.5	82.5	79.5	88.5	88
	연료용액	2	2	2	2	2
	유화제	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
	알미늄	5	5	5	5	5
	유리미소중공구체(GMB)	0.32/2000^(주1)	5	-	-	-	-
		0.37/3000	-	9	-	-	-
		0.38/5500	-	-	12	-	-
		0.20/500	-	-	-	3	-
		0.25/750	-	-	-	-	3.5
계	100	100	100	100	100
폭약비중(g/cc)	1.18	1.18	1.18	1.18	1.18
내충격성(cm)^(주2)	50	40	30	120	100

(주1) 상기 표1 중 미소중공구체의 종류를 구분하여 실험한 예들 중 0.32/2000 는 진비중이 0.32g/cc이고 2000psi(136기압)의 정적인 압력하에서도 90%가 파괴되지 않고 살아남는 것을 의미함.

(주2) 내충격성 - 수중에서 완폭되는 최소거리를 그 척도로 함.

수심 2m의 연못에 28mm 다이너마이트(약량 125g)와 상기 시험예의 조성으로 만든 에멀젼폭약(φ32mm, 250g)을 일정거리를 띄워 평행하게 설치한 후, 다이너마이트를 먼저 폭발시킨 후 200ms의 지연시차로 상기 시험예의 에멀젼폭약을 폭발시켰을 때, 에멀젼폭약이 불폭되지 않는 거리(즉, 3회 실시하여 3회 모두 완폭되는 거리를 의미함)의 최소값을 수중완폭거리로 하며 이것을 내충격성의 척도로 함.

다시 말해서, 상기 수중완폭거리(내충격성)는, 인접한 폭약의 선행 폭발의영향으로 피실험 에멀젼 폭약내의 기포보지제가 파괴되지 않고 살아남아 피실험 에멀젼 폭약의 기폭능력이 유지되는 조건을 만족할 수 있는, 피실험 에멀젼 폭약과 인접한 선행 폭발된 폭약과의 최소거리를 의미함.

따라서, 본 시험 예들에서는, 인접한 폭약의 선행 폭발 후, 기폭능력이 유지되는 에멀젼폭약은 상기 에멀젼폭약 자체에 꽂혀진 지연뇌관에 의해 순차적으로 폭발하여 불폭 잔류물이 남지 않는 반면, 인접한 폭약의 선행 폭발로 인해 기포포지제가 파괴되어 기폭능력을 잃은(사압현상) 에멀젼폭약은, 인접한 폭약의 선행 폭발의 영향이 사라진 후 상기 에멀젼폭약 자체에 꽂혀진 지연뇌관으로도 기폭되지 않아 불폭 잔류물이 발생하는 상관관계를 이용하여, 설정 거리만큼 이격된 시험 예들의 에멀젼 폭약의 불폭 잔류물이 발생하는 지를 식별함으로써, 기폭능력이 유지되는 인접 폭약과의 최소거리 즉, 본원의 수중완폭거리(내충격성)를 산정하였음.

[실시예1]

질산암모늄 70중량%,질산나트륨 13중량%,모노메칠나이트레이트 5중량%,물 12중량%로 이루어진 90℃의 산화제 용액 86.5중량%와 왁스 50중량%,광유 50중량%로 이루어진 90℃의 연료용액 2중량%에 90℃의 SMO 1.5중량% 또는 PIBSA유화제 1.5중량%를 넣어 유화기로 유화시킨 다음 알미늄 5중량%와 0.32/2000의 유리미소중공구체 5중량%를 넣어 혼합기로 혼합하여 에멀젼폭약을 제조하였다. 이 조성의 내충격성은 50cm로 나타났다.

[실시예2]

질산암모늄 70중량%,질산나트륨 13중량%,모노메칠나이트레이트 5중량%,물 12중량%로 이루어진 90℃의 산화제 용액 82.5중량%와 왁스 50중량%,광유 50중량%로 이루어진 90℃의 연료용액 2중량%에 90℃의 SMO 1.5중량% 또는 PIBSA유화제 1.5중량%를 넣어 유화기로 유화시킨 다음 알미늄 5중량%와 0.37/3000의 유리미소중공구체 9중량%를 넣어 혼합기로 혼합하여 에멀젼폭약을 제조하였다. 이 조성의 내충격성은 40cm로 나타났다.

[실시예3]

질산암모늄 70중량%,질산나트륨 13중량%,모노메칠나이트레이트 5중량%,물 12중량%로 이루어진 90℃의 산화제 용액 79.5중량%와 왁스 50중량%,광유 50중량%로 이루어진 90℃의 연료용액 2중량%에 90℃의 SMO 1.5중량% 또는 PIBSA유화제 1.5중량%를 넣어 유화기로 유화시킨 다음 알미늄 5중량%와 0.38/5500의 유리미소중공구체 12중량%를 넣어 혼합기로 혼합하여 에멀젼폭약을 제조하였다. 이 조성의 내충격성은 30cm로 나타났다.

[비교예1]

질산암모늄 70중량%,질산나트륨 13중량%, 모노메칠나이트레이트 5중량%,물 12중량%로 이루어진 90℃의 산화제 용액 88.5중량%와 왁스 50중량%,광유 50중량%로 이루어진 90℃의 연료용액 2중량%에 90℃의 SMO 1.5중량% 또는 PIBSA유화제 1.5중량%를 넣어 유화기로 유화시킨 다음 알미늄 5중량%와 0.20/500의 유리미소중공구체 3중량%를 넣어 혼합기로 혼합하여 에멀젼폭약을 제조하였다. 이 조성의 내충격성은 120cm로 나타났다.

[비교예2]

질산암모늄 70중량%,질산나트륨 13중량%, 모노메칠나이트레이트 5중량%,물 12중량%로 이루어진 90℃의 산화제 용액 88중량%와 왁스 50중량%,광유 50중량%로 이루어진 90℃의 연료용액 2중량%에 90℃의 SMO 1.5중량% 또는 PIBSA유화제 1.5중량%를 넣어 유화기로 유화시킨 다음 알미늄 5중량%와 0.25/750의 유리미소중공구체 3.5중량%를 넣어 혼합기로 혼합하여 에멀젼폭약을 제조하였다. 이 조성의 내충격성은 100cm로 나타났다.

상기와 같이 진비중을 높이면서 강도를 높인 실시예1의 0.32/2000, 실시예2의 0.37/3000, 실시예3 0.38/5500의 유리미소중공구체를 사용한 본 발명의 효과를 비교예1의 0.20/500, 비교예2의 0.25/750의 유리미소중공구체를 사용한 것과 비교하여 설명하면 다음과 같다.

비교예1은 에멀젼폭약에 일반적으로 사용하는 규격으로 이의 내충격성이 120cm이었고, 내충격성을 강화시키기 위해 보다 강한 유리미소중공구체 0.25/750을 사용한 비교예2의 에멀젼폭약의 내충격성은 100cm로 약간의 향상이 있었다.

본 발명에서는 유리미소중공구체의 강도를 대폭 향상시켜 0.32/2000을 사용한 에멀젼의 경우에는 50cm, 0.37/3000의 경우에는 40cm, 0.38/5500의 경우에는 30cm가 되었다. 약 2배 이상의 내충격성의 향상을 이루어 냈으며 이는 젤라틴다이나마이트의 내충격성과 거의 비슷한 성능으로 공간격이 좁은 터널 등의 현장에서 잔류되는 현상을 방지할 수 있게 되었다.

본 발명은 고강도 기포보지제를 사용하는 방법을 한층 더 개량한 것으로서,본 발명에 따른 고강도 유리미소중공구체는 진비중이 0.30 ∼ 0.40 g/cc로, 강도는 2000psi(136기압)의 정적인 기압하에서 약 90%가 파괴되지 않고 살아남도록 함으로써, 에멀젼폭약의 내충격성을 가 한층 상승시켜, 공간격이 비교적 협소한 터널발파에서의 지연시차 발파 시, 먼저 기폭된 폭약의 폭발력이 인접공의 폭약에 영향을 주어 사압 및 불폭되는 것을 극력 규제할 수 있다는 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

여기에서, 본 발명의 일 실시예와 관련하여 본 발명을 도시하고 설명하였지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 특허청구범위의 정신 및 영역을 벗어남이 없이 다양한 수정이 이뤄질 수 있다.

Claims

유중수적형 에멀젼폭약에 있어서,

진비중이 0.3-0.4g/cc이면서 강도로서 90%이상이 파괴되지 않고 살아남는 외부의 정적 압력이 2000psi(136atm)이상인 유리미소중공구체를 기포보지제로서 채용하는 것을 특징으로 하는 유중수적형 에멀젼폭약 조성물.