KR200315516Y1 - 발파용 라이너 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 천공깊이보다 굴진 깊이를 더 깊게 하기 위해 천공 공저에 위치한 폭약에 원추형 라이너(liner) 및/또는 원판형 라이너를 삽입하여 모든 발파공에 적용하거나 심발공에 적용하여 공저바닥면으로 고속의 제트기류를 방출함으로써 파쇄량을 증대시켜 천공된 공저보다 암반을 더 깊게 굴착할 수 있게 하는 발파용 라이너에 관한 것이다. 이러한 본 고안은 천공된 공저에 장전되는 폭약의 끝단, 혹은 폭약을 자른 면에 탈부착식 원추형 라이너를 삽입하여 폭발시 원추형의 라이너에 의해 고속의 제트기류를 형성함으로써 천공된 바닥쪽의 정중앙의 한곳으로 위력이 집중되어 천공된 공저를 관통하므로 공저보다 더 깊게 암반을 굴착할 수 있다. 뿐만 아니라, 발파공저 암반에 판형 라이너를 설치하고 그와 맞대 원추형 라이너를 갖는 폭약을 설치함에 의하여 폭발시 원추형 라이너의 제트기류가 판형 라이너의 한 가운데로 위력이 집중되면서 공저바닥면을 관통하여 자유면을 형성하는 동시에, 판형 라이너도 순폭되면서 천공 공저의 인접공쪽으로도 동심형으로 파괴위력이 집중되어 작용하여 암반의 파쇄력을 배가한다.

Description

발파용 라이너{LINER FOR BLASTING}

본 고안은 천공법을 이용한 암발파에서 굴착율을 높이기 위해 폭약에 장착되는 라이너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 천공깊이보다 굴진 깊이를 더 깊게 하기 위해 천공 공저에 위치한 폭약에 원추형 라이너(liner) 및/또는 원판형 라이너를 장착하여 모든 발파공에 적용하거나 심발공에 적용하여 공저바닥면으로 고속의 제트기류를 방출함으로써 파쇄량을 증대시켜 천공된 공저보다 암반을 더 깊게 굴착할 수 있게 하는 발파용 라이너에 관한 것이다.

일반적으로, 암반발파에서의 주요 작업은 크게 천공, 폭약장전, 기폭시스템으로 대별할 수 있다. 발파시 가장 중요한 것은 자유면의 활용이다. 자유면이란 암반이 공기 또는 물 등의 외계와 접한 면을 의미하며, 자유면효과란 자유면쪽은 저항이 없어서 폭약이 폭발시 암반에 미치는 응력이 다른 면보다 더 많이 작용하여 쉽게 파쇄되는 효과를 말한다. 따라서, 자유면의 수가 증가하면 파괴는 용이하게 되며, 자유면의 면적이 증가하면 장약량은 줄어든다. 앞서 언급했듯이 자유면쪽은 저항이 없어서 폭발에너지가 암반에 미치는 응력이 다른 면보다 더 많이 작용하기 때문에 이렇게 자유면의 수와 면적이 증가하면 발파효과가 증가하게 되는 것이다.

터널 발파는 1자유면 발파에서 시작되므로 발파효율이 기본적으로 2자유면을 갖는 벤치발파보다 떨어져 단위체적당 폭약소비량이 3∼4배정도 증가된다. 그래서, 자유면을 증가시킬 목적으로 실시하는 것이 심발이며, 심발법의 원칙은 최소저항선을 가깝게 위치하도록 경사천공을 실시하거나 아니면 평행천공을 하되 무장약공을 설치하여 인위적인 자유면을 약실주변에 위치하도록 하는 방법이다. 매발파당 천공장에 대하여 파쇄된 깊이까지의 굴진장을 굴진효율로 평가하고 있는데, 상기한 어느 경우라도 터널발파에서의 굴진효율은 심발법과 암반상태 및 천공깊이에 따라 다소 차이가 있지만 통상 85∼95%에 이르고 있다. 발파이후 10∼40cm 정도는 천공된 발파공저부분이 잔류되어 남게 되는데, 이것을 잔공(boot leg)이라 부른다.

먼저 장약방법에 대해 설명하면, 기존의 장약방법은 크게는 내부장전법과 외부장약법으로 구별되며, 내부장전법으로는 천공법이 있고 외부장약법으로는 복토법, 사혈법이 있다. 이중에서 천공법이 가장 발파력이 우수하다. 천공법은 암석을 천공하여 그 천공내에 폭약을 장전한 후 전색물(塡塞物)로 전색을 하여 밀폐상태에서 폭약을 폭발시킴으로써 폭발로 인한 발생가스의 위력이 충분히 발휘되도록 하여 암석의 파괴정도를 높일 수 있는 효과적이고 안전한 방법이다. 복토법은 폭약을 파괴대상물의 표면에 접착시켜 흙 또는 진흙으로 덮고 폭발시켜 그 압축응력파로써 암반 또는 파괴대상물에 충격을 가하여 발파하는 방법으로, 가스압이 개방상태이기 때문에 천공법에 비교하면 폭발위력은 현저히 떨어진다. 사혈법(뱀굴법)은 파괴대상물의 하부에 폭약을 놓고 발파하는 방법으로, 파괴위력은 복토법보다는 양호하지만 천공법에 비해서는 현저히 떨어진다. 일반적으로 발파라 함은 천공법에 의한 장약을 실시하여 피파괴물을 폭발시켜 암반을 파쇄하는 것을 말하며, 이러한 천공법에 의한 기존 장약법과 발파방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

기존의 천공법에 의한 암발파의 장약법과 발파방법은 착암기 및 대형 크롤라드릴 그리고 점보 드릴에 의한 수직 또는 수평의 천공을 실시한 후 공저바닥부터 비석(飛石)이 발생하지 않을 정도의 깊이 만큼 적정 폭약량을 장전하고, 폭약의 기폭을 위하여 전기식 뇌관 또는 비전기식 뇌관을 공저에 설치하여 폭발시키거나(역기폭), 폭약의 중간에 설치하여 폭발시키거나(중기폭) 또는, 천공의 입구쪽의 폭약부분에 꽂아서 폭발시키고 있다(정기폭). 이러한 장약법에 의한 암반의 파쇄효율은 천공된 공저(孔低)가 공기와의 접촉이 이루어지고 있는 암반의 면, 즉 자유면과 멀리 떨어져 있어 하부구속도가 커지게 됨으로써 파괴력의 작용이 자유면쪽을 향하게 되어 천공된 깊이만큼의 공바닥까지 완전히 파쇄되지 못하고 잔공이 발생하게 되어, 결과적으로 파쇄체적이 잔공만큼 줄어들게 되므로 굴착효율(파쇄효율)이 떨어지는 문제점이 있었다.

특히, 2개의 자유면을 가지는 암석 발파에서 2개 이상의 발파공을 동시에 발파하는 방법을 제발발파라고 한다. 제발발파는 진동과 소음이 크므로 전기뇌관의 연시장치발달로 인하여 제발발파의 효과를 갖되 진동과 소음을 줄일 수 있는 지발발파를 주로 사용하고 있다. 지발발파는 동시에 2공이상의 발파공을 근소한 시차를 두고 순차적으로 발파하는 방법으로서 단발발파법이라고도 한다. 이러한 지발발파의 효과는 단일공발파보다도 인접한 발파공들이 서로 보강작용을 하게 되어 파쇄량이 많아진다고 알려져 있다. 하지만, 폭발되는 발파공중에서 최초로 기폭되는 발파공은 저항선이 길어 하부구속도가 매우 크므로 천공된 공바닥까지 완전히 파쇄되지 못하고 잔류되는 잔공(Boot Leg)이 발생하게 된다. 그러므로, 인접공의 발파공은 앞서 기폭된 발파공의 잔공깊이 만큼을 뺀 앞쪽방향으로 파괴선이 작용되게 되므로 새로운 잔공이 계속적으로 발생하게 된다. 따라서, 1자유면의 터널발파에서는 굴착율이 천공깊이의 85∼95%정도 밖에 미치지 못하고 있으며, 2자유면의 발파인 벤치커트에서는 바닥굴착예정선보다 더 깊게 천공하는 서브드릴링(추가천공)을 저항선의 0.3∼0.35배정도 실시해야만 바닥굴착선의 굴착심도를 기대할 수 있었다. 이에 대한 종래의 예들이 도 1 내지 도 2에 개시되어 있다.

도 1a 내지 도 1c는 기존에 통상적으로 이용되고 있는 장약법들을 나타낸 도면들이다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하여 현재 널리 사용되고 있는 천공법에 의한 암발파 분야에서의 장약법에 대해 설명하면, 통상적으로 폭약의 장전은 도 1a에 도시한 바와 같이 천공된 발파공(10)에 저부장약(20)을 밑에 넣고 그 위에 상부주상장약(22)을 한 다음, 전색물(24)로 자유면(30)까지 전색을 하는 1데크(Deck)장전방법이 있다. 또 한편으로는, 도 1b에서와 같이 발파공(10)에 저부장약(20a)을 하고 전색물(24a)로 1차 전색을 한 다음, 그 위에 상부주상장약(22a)을 하고나서 전색물(24b)로 자유면(30)까지 2차 전색을 하는 2데크 장전방법이 있다. 또한, 도 1c에서 보는 바와 같이 내부하단에 전폭약포(26)를 갖도록 발파공(10)에 완전장약(28)을 하고나서 전색물(24c)로 전색하는 완전장전방법이 있다.

도 2a 내지 도 2c는 기존에 통상적으로 이용되고 있는 기폭방법들을 나타낸 도면들이다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 현재 널리 사용되고 있는 천공법에 의한 암발파 분야에서의 기폭방법에 대해 설명하면, 일방법으로 도 2a에 도시한 바와 같이 3개의 약포(40,40a,40b)를 발파공(10)에 주입하고 전색물(42)로 전색을 함에 있어 뇌관(44)을 3개의 약포(40,40a,40b)중 하부에 있는 약포(40b)에 장치하여 기폭하는 역기폭이 있으며, 도 2b와 같이 3개의 약포(40,40a,40b)중 중간 약포(40a)에 뇌관(44a)을 장치하여 기폭하는 중기폭이 있으며, 3개의 약포(40,40a,40b)중 상부 약포(40)에 뇌관(44b)을 장치하여 기폭하는 도 2c에 나타낸 바와 같은 정기폭이 있다.

이와 같은 종래의 장약법과 기폭법을 사용한 경우에는 도 3a 및 도 3b에서와 같은 결과를 얻게 된다. 도 3a는 기존의 장약법에 의한 제발발파의 개념도로, 보는 바와 같이 2개의 발파공(10a,10b)을 천공하여 폭약을 장전하고 폭발시켰을 경우 각각의 발파공(10a,10b)에서 폭발된 폭약은 사선으로 도시한 것과 같이 일정각도로 그 응력파가 발파공(10a,10b)의 하부에서 자유면(30a)을 향해 퍼지면서 암반을 파쇄하게 되는데, 그 중첩부분에는 중첩파쇄(M)가 그리고 응력파의 산과 산 사이는 보강파쇄(N)가 일어나게 되고, 그 결과 점선으로 도시한 굴착선(L)까지 파쇄가 이루어지게 된다. 이 굴착선(L)은 도 3a에서 보는 바와 같이 발파공(10a,10b)의 바닥선(B)보다 위쪽에 형성되는데, 실제로 여러개의 발파공들(10c~10g)을 천공하여 각각의 발파공에 3단으로 폭약(40,40a,40b)을 설치하고 그 위를 전색물(42)로 전색한 후 폭발시켰을 경우는 도 3b에서 보는 바와 같이 굴착선(L)이 발파공(10c~10g)의 바닥선(B)을 잇는 선보다 위쪽에 형성됨을 알 수 있다.

이러한 장약법에 의한 암반의 파쇄효율은 천공된 공저가 자유면과 멀리 떨어져 있어 하부(공저)구속도가 커지게 되고 파괴력은 자유면쪽을 향하게 되므로 천공된 깊이만큼의 공저바닥선까지 완전히 파쇄되지 못하고 잔공이 발생하게 되어 파쇄체적이 잔공길이만큼 줄어들게 되어 파쇄효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 따라서, 암반의 파쇄효율을 높이기 위해 기존에는 장약을 공저에 장약되는 저부장약과발파공 중간정도에 장전되는 상부주상장약으로 구분하여 폭발위력이 높은 폭약을 공저에 사용하였다. 또 한편으로는, 공저의 폭약을 다짐봉으로 단단히 다짐하여 밀장전하여 단위길이당 폭약량을 늘림으로써 폭발위력을 높이거나, 아니면 폭약 직경이 큰 약포를 공저에 장전함으로써 폭약량을 많게 하거나, 비중이 높은 폭약을 장전하여 폭약량을 늘려 폭발력을 높이는 방법을 사용하였다. 그 결과, 발파공당 폭약량이 많아지게 되고, 이로 인하여 진동과 소음이 증가되는 문제점이 야기되었다. 이와 같은 보완책에도 불구하고 원하는 굴착깊이를 얻을 수 없어, 실제 현장에서는 굴진율(굴착된 깊이에 대한 천공깊이의 백분율)이 떨어질 것을 감안하여 예정된 천공깊이보다 더 깊게 천공하는 것이 보편적이었다. 그러므로, 기존의 장약법 및 기폭방법은 천공시간이 과다하게 소요되는 문제점이 있었으며, 이로써 발파비용의 상승을 초래하게 되었다. 심지어는 공저 장전밀도를 높이기 위해 폭약을 다짐봉으로 단단히 다짐하다가 폭약속에 삽입된 예민한 뇌관을 타격하여 폭발하는 사고가 발생하기도 하였다.

이러한 장약법을 실제 발파에 적용한 예들이 도 4a 및 도 4b에 개시되어 있다.

도 4a는 1 자유면을 갖는 종래의 터널발파법에 의한 굴착선을 보여주고 있으며, 도 4b는 2 자유면을 갖는 종래의 벤치발파법에 의한 굴착선을 보여주고 있다.

도 4a에서와 같은 터널발파에 있어서는 심발부(C)를 형성하고 이 심발부(C)를 중심으로 발파공을 천공하여 장약하고 기폭시켜 굴착하게 되는데, 발파의 결과천공된 공저바닥선(B)보다 굴착선(L)이 위쪽에 있게 된다.

또한, 벤치발파에서도 도 4b에서 보는 바와 같이 발파공(10h,10i)을 천공하여 하부장약(60)과 상부장약(62)을 장전하고 전색물(64)로 전색을 하고나서 발파시켜 원하는 굴착선(L)을 얻게 된다. 이렇게 얻은 굴착선(L)도 터널발파에서와 마찬가지로 천공된 공저바닥에 못 미치게 된다. 따라서, 이러한 갱외 노천발파인 벤치발파(bench cut)에서는 예정된 굴착깊이까지 발파하기 위하여 추가천공(보조천공;sub-drilling)을 실시하게 된다. 추가천공의 깊이는 저항선의 0.3∼0.35배가 적정하며 국내외 대부분이 저항선의 거리를 1.5∼3.0m의 값을 취하고 있어, 결과적으로 0.45m∼1.05m 정도 더 깊게 추가천공을 하고 있는 실정이므로 비효율적일 뿐만 아니라 발파비용의 상승 및 공기(工期)의 지연을 초래하고 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 기존의 장약법 및 기폭법으로는 천공한 발파공의 공저바닥선까지 굴착되지 않아 굴착정확도가 떨어지고 발파되지 않을 잔공을 추정하여 굴착예정선보다 더 깊게 발파공을 천공하므로 더 많은 폭약이 소요되어 비경제적일 뿐만 아니라 굴착효율이 떨어지는 폐단이 있었다.

일반적으로 구조물의 해체에 사용되는 선형성형폭약에 대한 일예가 도 5a 및 도 5b에 예시되어 있다.

도 5a는 종래의 선형성형폭약의 사시도를 나타내며, 도 5b는 도 5a의 종단면도를 보여주고 있다.

도시한 바와 같이, 종래의 선형성형폭약(70)은 V빔형태로, 그 외피(72)와 내측라이너(74) 내에 폭약(76)을 장전시켜 폭발시키는 구조이었다. 이러한 선형성형폭약(70)은 주로 파괴대상물을 종방향(길이방향)으로 절단할 때 이용되었다. 이러한 선형성형폭약(70)은 원하는 암반의 절단형태를 얻을 수 있도록 외피(72)에 가소성 소재를 적용하여 구부리거나 휘어질 수 있는 가소성 선형성형폭약으로도 제조되었다.

이와 같은 선형성형폭약은 노이만효과(먼로효과)를 이용한 것으로, 노이만효과란 화약표면으로부터 직각 방향으로 폭발이 방사되므로 V형 라이너의 안쪽에 방사되는 화약에너지 힘이 중심점 근처에서 교차되고 이때 수평방향의 요소는 윗부분에서 충돌되어 상쇄되지만 수직방향의 요소는 축적되어 한 곳으로 폭약위력을 집중되는 현상을 일컫는다.

이러한 성형폭약은 탱크같은 두꺼운 철판의 파괴, 포탄내의 부품, 구조물의 해체 및 철거에 이용되고 있다. 여기서 성형폭약이란 폭약자체가 유연성을 가지면서 어떤 형태를 갖도록 폭약을 가소제와 결합제를 일정한 비율로 혼합하여 충전한 폭약을 말한다. 기존의 성형폭약은 위에 설명한 바와 같이 종방향으로 연장되는 V빔형의 선형성형폭약 내지는 가소성으로서 휘어지는 형태의 라이너를 갖는 유연선형성형폭약이 있다. 산업용폭약을 이용하는 암파쇄 발파현장에서는 즉석에서 장전이 주로 이루어지므로 발파공저의 장전에는 성형폭약을 이용하지 못하는 단점이 있었다. 더욱이, 위와 같은 기존의 성형폭약은 노이만효과를 충분히 발휘할 수 없어 그 길이방향으로만 위력이 보강되므로, 그리 강력한 파괴력을 얻기는 어려웠다.

폭약이 폭발하면 그 폭굉에 따라 응력파가 발생하고, 이 압축응력파가 전파되어 자유면에 도달되면 이것이 다시 반사되어 암반 속으로 되돌아간다. 이때 암석은 압축강도보다 인장강도에 훨씬 약하므로, 입사할 때의 압력파에는 그다지 파괴되지 않아도 반사할 때의 인장파에는 보다 많이 파괴된다. 이와 같은 현상을 홉킨슨 효과(Hopkinson effect)라고 한다. 이러한 홉킨슨 효과에 입각하면, 천공바닥보다도 더 깊은 곳에 자유면이 형성된다면 인접공의 발파로 인하여 천공바닥쪽으로도 반사인장파에 의한 파쇄가 보다 많이 증가할 것이다.

따라서, 본 고안의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 원뿔(원추)형 또는 다각뿔형으로 형상화되어 발파공저에 장전되는 폭약내에 삽입됨에 의해 기폭시 노이만효과를 이용한 폭발위력집중으로 공저가 관통되며 자유면을 형성함으로써 자유면효과로 관통된 신규 자유면 방향쪽으로 인접해 있는 발파공들이 유효하게 파쇄되어 굴착율을 상승할 수 있는 발파용 라이너를 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 폭약을 내장하는 원판형 또는 다각판형상으로 측면에 V형 노이만증폭부를 구비함에 의해 천공 공저에 설치하여 기폭시 굴착방향의 수평방향인 인접 발파공들을 향해 폭발위력이 노이만효과에 의해 집중되면서 방사상으로 암반을 절단파쇄함으로써 굴착율을 향상시키는 발파용 라이너를 제공하는 데 있다.

본 고안의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면들을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 같다.

도 1a 내지 도 1c는 기존에 통상적으로 이용되고 있는 장약법들을 나타낸 도면들이고,

도 2a 내지 도 2c는 기존에 통상적으로 이용되고 있는 기폭방법들을 나타낸 도면들이고,

도 3a 및 도 3b는 기존의 장약법에 의한 제발발파의 개념도 및 그에 따른 굴착선을 보여주는 도면들이고,

도 4a는 1 자유면을 갖는 종래의 터널발파법에 의한 굴착선을 보여주는 도면이고,

도 4b는 2 자유면을 갖는 종래의 벤치발파법에 의한 굴착선을 보여주는 도면이고,

도 5a 및 도 5b는 종래의 선형성형폭약의 사시도 및 그 종단면도이고,

도 6은 본 고안에 따른 원추형 라이너를 나타낸 사시도이고,

도 7은 도 6에 도시된 본 고안에 따른 원추형 라이너를 장착한 폭약의 일실시예를 나타낸 단면도이고,

도 8a는 도 7에 도시된 폭약의 일 장전법을 예시한 단면도이고,

도 8b는 도 8a와 같이 장전된 폭약을 암반에 다수 적용하여 암반을 굴착하는 상태를 도시한 도면이고,

도 9a 내지 도 9d는 본 고안의 다른 실시예를 나타낸 도면들이고,

도 10a 및 도 10b는 원추형 라이너의 다른 실시예들을 나타낸 단면도들이고,

도 11a 내지 도 11e는 원추형 라이너의 또다른 실시예들을 나타낸 단면도들이고,

도 12는 원추형 라이너를 손쉽게 제작사용할 수 있도록 말이형태로 구성되는 원추형 라이너의 전개도이고,

도 13은 본 고안에 따른 측면에 노이만증폭부를 갖는 발파용 판형 라이너의 구조를 보여주는 사시도이고,

도 14는 도 13의 전단면도이고,

도 15a 내지 도 15c는 기설명한 원추형 라이너와 원판형 라이너를 복합하여 장전하고 발파에 적용한 실시예를 나타낸 도면들이고,

도 16a 및 도 16b는 각각 전체 발파공 및 심발부에 장약된 상태에서의 터널발파법에 있어 기존방법과 도 15b에 예시한 본 방법을 적용하여 나타난 굴착선을 비교하여 보여주는 도면들이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100~100i : 원추형 라이너 102 : 뇌관삽입구

104 : 몸체부 106 : 원통부

108 : 뇌관삽입봉 110 : 외피

200~200b : 폭약 210 : 뇌관

220 : 전색물 300~300d : 발파공

310~310d : 발파공 400 : 원판형 라이너

402 : 통공 410 : 화약

420 : 하부통체 422 : 약실

424 : 노이만증폭부 430 : 상부판체

500~500b : 폭약 510 : 뇌관

520 : 전색물

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 발파용 라이너는 암반에 천공된 발파공에 장전되어 소정깊이로 암반을 파쇄굴착하는 폭약에 있어서, 중심선에 대하여 좌우대칭인 다각뿔 또는 원뿔 형상의 몸체부를 구비하며, 상기 발파공의 공저에 장전되는 상기 폭약 단부에 삽입하되 넓은 쪽이 공저쪽을 향하도록 하며, 기폭시 노이만효과로 상기 폭약의 폭발력을 상기 공저 바닥쪽으로 집중시켜 상기 공저 바닥을 관통하는 제트기류가 방출되게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 발파용 라이너는 암반에 천공된 발파공에 장전되어 소정깊이로 암반을 파쇄굴착하는 폭약에 있어서, 밑판과 측판으로 이루어져 내부에 화약이 장전되는 약실을 형성하되 측면을 돌아가면서 V형 노이만증폭부를 갖는 하부통체; 및 상기 하부통체와 결합되어 상기 하부통체의 상기 약실을 밀폐하는 상부판체를 구비하고서, 상기 공저에 장전되어 기폭시 상기 공저 바닥선과 평행한 방향으로 상기 노이만증폭부로부터 제트기류를 방사시켜 암반을 절단파쇄하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 고안에 따른 원추형 라이너를 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6에도시된 본 고안에 따른 원추형 라이너를 장착한 폭약의 일실시예를 나타낸 단면도이다.

원추형 라이너(100)는 도 6에서 보는 바와 같이 일정점에서 일정각도로 벌어져 원추형상으로 형상화되며 그 첨예한 내단부에 뇌관삽입구(102)가 천공되어 있다. 이 뇌관삽입구(102)는 폭약(200)외부에서 폭약(200)내부로 뇌관(210)을 삽입하는 구멍으로, 그와 함께 각선이 방출되는 구멍으로도 활용된다. 이러한 원추형의 라이너(100)는 첨예한 내단부가 폭약(200)의 내측으로 향하도록 하여 도 7에 도시한 바와 같이 폭약통(202)내에 삽입되며, 라이너(100)의 원추형 형상은 앞서 설명한 노이만효과에 의해 폭약(200)의 파괴력을 그 축선상의 한 곳으로 집중시켜 암반의 파쇄력을 증대하게 한다. 이러한 노이만효과에 의한 암반에의 관통능력은 라이너(100)의 재질, 각도, 두께 및 이격거리와 폭약(200)의 위력 및 약량 그리고, 파쇄대상물의 강도 등에 의해 좌우된다. 라이너(100)의 각도는 폭약(200)의 방사되는 에너지의 양과 관련하여 관통방향성에 영향을 주게 되는데, 그 원추각(θ)은 45~120。범위내에서 적정하게 설정하는 것이 좋다. 또한, 원추형 라이너(100)는 금속재질로 제작되며, 바람직하게는 구리, 알루미늄, 납 등이 적합하다. 이러한 라이너(100)의 재질은 폭약폭발시 발생되는 고온고압에 의해 발생되는 금속분해미립자(슬러그)의 고속기류에 의해 관통되는 금속특성인 용융점, 비등점, 비중 등이 다르기 때문에 관통율에 영향을 미치게 된다. 여기서, 고속의 제트기류는 높은 속도를 갖는 물질이 일정한 각도로 충돌할 때 충돌되는 두 물체의 표면에서 형성되는 기류인데, 이 기류에는 고온의 금속분해물인 미립자의 슬러그(slug)를 형성하게 되어 발파공저의 암반의 관통에 작용하게 되며, 이때의 기류속도는 라이너 정점부근에서는 낮지만 라이너콘으로부터 멀리 떨어질수록 점점 속도가 빨라지다가 기류의 세기가 쇠퇴하게 된다.

이와 같은 발파용 라이너는 위에 예시한 원추(원뿔)형 이외에도 사각뿔형, 육각뿔형, 팔각뿔형 등은 물론 그 외의 다각뿔형으로도 구성이 가능하다. 이것은 다각뿔 및 원뿔이 그 중심선을 기준으로 좌우가 동일각을 이뤄 좌우대칭이므로 앞서 설명한 노이만효과가 동일하게 적용되기 때문이다.

위와 같은 구성의 원추형 라이너(100)는 장전법에 따라 여러 가지로 폭약(200)에 변형장착이 가능한데, 이제 그 장전법에 대한 실시예들에 대해 차례로 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.

도 8a는 도 7에 도시된 폭약의 일 장전법을 예시한 단면도이고, 도 8b는 도 8a와 같이 장전된 폭약을 암반에 다수 적용하여 암반을 굴착하는 상태를 도시한 도면이다.

본 실시예에서는 도 8a에서 보는 바와 같이 3개의 폭약(200,200a,200b)을 발파공(300)의 하단부터 차례로 장전하고, 그 위에 전색물(220)로 전색하게 된다. 3개의 폭약(200,200a,200b)중 공저측에 위치한 하부 폭약(200)에 이격거리가 없는 원추형 라이너(100)를 장착한다. 폭약(200)에는 먼저 뇌관(210)이 삽입되고, 그다음에 원추형 라이너(100)를 폭약(200)하단에 장착하게 된다. 이때, 원추형 라이너(100)의 뇌관삽입구(102)를 통해 폭약(200)내에 먼저 삽입한 뇌관(210)의 각선 및 쇼크튜브가 외부로 인출되며, 그런 다음 원추형 라이너(100)는 벌어진 부분이 외측으로 가게 하여 그 하단이 폭약(200)의 하단과 일치하도록 삽입된다. 폭약으로는 다이나마이트, 에멀젼폭약 헥소겐, 펜트리트, 가소화된 헥소겐, 가소화된 펜트리트 등이 사용될 수 있다.

위에 설명한 순서에 입각하여 폭약들(200,200a,200b)을 차례로 장전하고 전색물(220)로 전색한 발파공들(300~300d)을 도 8b에 도시한 바와 같이 암반에 5개 구성하고, 기폭순서에 따라 좌에서부터 우로 지발발파를 하는 경우 발파공(300~300d)의 공저바닥선(B)보다 굴착선(L1)이 더 깊게 형성된다. 이것은 원추형 라이너(100)에 의한 노이만효과로 원추형 라이너(100)에 의해 고속의 제트기류가 공저를 관통하면서 공저의 정중앙의 한 곳으로 집중되어 천공된 발파공보다 더 깊게 암반에 구멍을 형성하며, 그 결과 공저 바깥쪽으로의 관통에 의한 공저 자유면의 확장을 가져와 자유면효과로 폭약이 폭발시 암반에 미치는 응력파가 다른 면보다 더 많이 작용하게 되어 쉽게 파쇄대를 형성하기 때문이다. 이것은 곧이어 발파되는 인접 발파공 주변에 구속된 암반을 효과적으로 밀어냄으로써 폭발파괴선이 공저바닥으로도 쉽게 형성되게 하여 파쇄가 더욱 깊게 이루어지게 한다. 이 결과, 발파공(300~300d)의 공저보다도 굴착이 더 깊게 이루어져, 도 8b에서 알 수 있는 바와 같이 발파공(300~300d)의 공저를 잇는 바닥선(B)보다 점선으로 도시된 굴착선(L1)이 암반내부에 더 깊이 위치하게 된다.

도 9a 내지 도 9c는 본 고안의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 9a는 원추형 라이너의 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 9b는 도 9a에 도시된 원추형 라이너가 장착된 폭약의 다른 장전방법을 예시한 단면도이고, 도 9c는 도 9b와 같이 장전된 폭약을 암반에 다수 적용하여 암반을 굴착하는 상태를 도시한 도면이고, 도 9d는 터널발파법에서 심발부 적용시 본 고안과 기존공법에서의 굴착선의 차이를 보여주는 도면이다.

본 고안의 원추형 라이너(100a)는 도 9a에서와 같이 원추형의 몸체부(104)에 원통체(106)를 연장하여 이격거리를 형성할 수 있다. 본 실시예와 같은 형상의 원추형 라이너(100a)를 폭약(200)에 완전히 삽입할 경우 도 9b에서 보는 바와 같이 폭약(200)하단으로부터 이격거리가 형성되게 된다. 폭약의 장전법은 앞실시예와 동일하게 3개의 폭약들(200,200a,200b)을 장전하고 전색물(220)로 전색하게 되며, 하단 폭약(200)에 뇌관(210)을 설치하고 원추형 라이너(100a)를 장치하게 된다. 이렇게 장치한 원추형 라이너(100a)에 따라 이격거리가 형성되며, 이 이격거리를 조정함에 의해 원추형 라이너(100a)로부터 방출되어 공저바닥면을 관통하는 제트기류의 크기를 조절할 수 있다.

따라서, 도 9c에 예시한 바와 같이 5개의 발파공들(310~310d)을 암반에 천공하고 위와 같은 장전법에 의해 이격거리를 갖는 원추형 라이너(100a)를 장치한 폭약(200)을 장전했을 경우, 제트기류가 공저 바닥면으로 분출되면서 천공바닥선(B)보다 깊게 굴착선(L2)이 형성되게 된다. 또한, 도 9d에서와 같이 터널발파시 심발부(C1)에만 본 고안을 적용했을 경우 심발부(C1)에서는 공저보다 더 깊게 굴착선(L3)이 형성되어 점차로 경사를 이루면서 공저내측으로 굴착선(L3)이 들어오게 된다. 이 경우에도 기존방법에 의해 굴착되는 굴착선(L)보다 더 깊게 굴착되었음을 도 9d 및 아래 표 3을 통해 알 수 있다. 이상의 원추형 라이너의 시험발파에 대한 시험분석결과가 표 1 내지 표 4에 나타나 있다.

< 표-1. 라이너재질, 라이너각도, 이격거리에 따른 굴착깊이(원추형라이너) -벤치발파의 경우 >

구분	라이너재질	라이너각도	이격거리	천공깊이 3.0m
				연암	보통암	경암
본고안의 기술	구리	45°	5mm	3.05	3.02	3.01
			10mm	3.09	3.06	3.03
			15mm	3.07	3.05	3.04
		60°	5mm	3.08	3.05	3.02
			10mm	3.11	3.10	3.06
			15mm	3.14	3.11	3.08
		90°	5mm	3.11	3.06	3.02
			10mm	3.17	3.12	3.08
			15mm	3.14	3.10	3.07
	알루미늄	45°	5mm	3.02	3.00	2.98
			10mm	3.06	3.04	3.00
			15mm	3.05	3.02	3.00
		60°	5mm	3.05	3.02	2.98
			10mm	3.09	3.07	3.03
			15mm	3.10	3.08	3.05
		90°	5mm	3.07	3.03	3.00
			10mm	3.13	3.09	3.06
			15mm	3.10	3.06	3.04
	납	45°	5mm	3.05	3.03	2.99
			10mm	3.09	3.07	3.05
			15mm	3.07	3.06	3.03
		60°	5mm	3.06	3.05	3.03
			10mm	3.12	3.10	3.06
			15mm	3.13	3.11	3.08
		90°	5mm	3.10	3.06	3.04
			10mm	3.17	3.12	3.10
			15mm	3.12	3.10	3.07
기존의 기술	없음	없음	없음	2.90	2.82	2.71

< 표-2. 폭약의 종류별 굴착깊이(원추형라이너) - 벤치발파의 경우 >

구분	폭약종류	천공깊이 3.0m
		연암	보통암	경암
본고안의 기술	헥소겐	3.21	3.16	3.12
	가소화헥소겐	3.19	3.13	3.10
	펜트리트	3.20	3.15	3.11
	가소화펜트리트	3.18	3.13	3.10
	다이나마이트폭약	3.17	3.12	3.08
	에멀젼폭약	3.14	3.09	3.06
기존의 기술	헥소겐	2.95	2.93	2.85
	가소화헥소겐	2.92	2.90	2.83
	펜트리트	2.94	2.91	2.74
	가소화펜트리트	2.91	2.86	2.76
	다이나마이트폭약	2.90	2.82	2.71
	에멀젼폭약	2.88	2.80	2.68

< 표-3. 터널에서의 시험발파 실적 비교표(원추형라이너) >

구분	단위	Burn-cut(평행심발)	V-cut(경사심발)
		종래의기술	본고안의 기술	종래의기술	본고안의 기술
			전체공적용		심발부적용	전체공적용	심발부적용
암반종류	-	경암	경암	경암	경암	경암	경암
단면적	m²	60	60	60	77	77	77
천공수	개	114	114	114	116	116	116
천공장	m	3.0	3.0	3.0	2.5	2.5	2.5
굴진장	m	2.75	3.06	2.96	2.31	2.54	2.48
굴진율	%	91.7	102.0	98.6	92.4	101.6	99.2
공당폭약량	kg/공	1.0∼2.0	1.0∼2.0	1.0∼2.0	0.75∼1.67	0.75∼1.67	0.75∼1.67
총폭약량	kg	195.1	185.4	185.4	180	180	180
파쇄량	m³	165.0	183.6	177.6	177.9	195.6	191.0
비장약량	kg/m³	1.18	1.01	1.04	1.01	0.92	0.94
비뇌관수	개/m³	0.69	0.62	0.64	0.65	0.59	0.61

< 표-4. 벤치발파에서 종래의 장전방법에 의한 발파와 본 고안과의 시험발파 실적비교표(원추형 라이너) >

구분	단위	종래의 기술	본 고안의 기술
		2.0m천공	3.0m천공	2.0m천공	3.0m천공
암반종류	-	보통암	경암	보통암	경암
자유면의 수	개	2자유면	2자유면	2자유면	2자유면
천공경	mm	45	76	45	76
천공수	개	5	5	5	5
저항선	m	1.0	1.4	1.0	1.4
공간격	m	1.2	1.4	1.2	1.4
발파면적	㎡	4.8	7.84	4.8	7.84
굴진장	m	1.86	2.78	2.07	3.06
굴진율	%	93	92.6	103.5	102
공당폭약량	kg/공	0.5625	1.5	0.5625	1.5
총폭약량	kg	2.8125	7.5	2.8125	7.5
파쇄량	㎥	8.9	21.8	9.9	24.0
비장약량	kg/㎥	0.316	0.344	0.284	0.313
비뇌관수	개/㎥	0.562	0.229	0.505	0.208

이상 표 1 내지 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 동일조건하에서 기존방법과 본 고안의 원추형 라이너의 결과를 비교할 때, 본 고안이 기존방법에 비해 굴진장, 굴진율 및 파쇄량이 우수한 것을 알 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 원추형 라이너의 다른 실시예들을 나타낸 단면도들이다. 좀더 상세하게는, 도 10a 및 도 10b는 위에 예시한 원추형 라이너의 뇌관삽입구(102)에 뇌관삽입봉(108)을 연장형성하여 뇌관의 삽입을 정확하게 유도하는 구조로, 도 10a와 도 10b의 구성적 차이는 도 10a에는 이격거리가 존재하지 않고 도 10b에는 몸체부(104)에 원통체(106)가 연장되어 이격거리가 존재한다는 것이다. 이와 같은 원추형 라이너들(100b,100c)도 앞서 설명한 방법과 동일하게 장전되고 기폭되게 된다.

도 11a 내지 도 11e는 원추형 라이너의 또다른 실시예들을 나타낸 단면도들로, 앞서 예시한 원추형 라이너들(100d~100h)의 외부에 원통체의 외피(110)를 일체화하여 폭약에 장착이 용이하게 한 구성이다. 외피(110)는 구리, 알루미늄, 납 등의 금속재료나 플라스틱 등의 합성수지로 제작되며, 원추형 라이너(100d~100h)와 일체형으로 되거나 또는 그와 분리되어 외측에 씌워진 구조로 실시가 가능하다.

이와 같이 공통적으로 외피(110)를 갖는 도 11a 내지 도 11e의 구성적 차이점은 도 11a는 뇌관삽입구(102)가 존재하고 이격거리가 존재하지 않는 구조이며, 도 11b는 뇌관삽입구(102) 및 이격거리(d)가 동시에 존재하는 구조이며, 도 11c는 뇌관삽입구(102)에 뇌관삽입봉(108)이 연장되어 있으며 그와 함께 이격거리(d)도 존재하는 구조이며, 도 11d는 뇌관삽입구가 존재하지 않고 이격거리(d)는 존재하는 구조이며, 도 11e는 뇌관삽입구 및 이격거리가 동시에 존재하지 않는 구조이다. 이와 같은 원추형 라이너들(100d~100h)도 앞서 설명한 방법과 동일하게 장전되고 기폭되게 된다.

도 12는 원추형 라이너를 손쉽게 제작사용할 수 있도록 말이형태로 구성되는 원추형 라이너의 전개도이다. 작업장에서 원추형으로 제작된 라이너가 떨어졌거나 없을 때에는 금속판에 도시한 바와 같이 양측연중 일측에는 장착홈(101)을 그리고 그와 대응되는 타측에는 장착돌기(103)를 돌출시킨 원추형 전개도를 그려 원추형으로 말아서 장착돌기(103)를 장착홈(101)에 결합함으로써 원추형 라이너(100i)를 즉석에서 제작사용할 수 있다. 장착홈(103)과 장착돌기(130)는 예시한 바와 같이 적어도 각각 2개이상으로 하는 것이 좋다.

본 고안의 원추형 라이너를 이용한 장약법 및 발파방법에 대해 도 6 내지 도 10를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 설명에서는 원추형 라이너의 도면번호를 100으로 대표하여 설명하기로 한다.

암반에 천공을 실시한 후, 폭약 끝단 내지는 폭약(200)의 중간정도를 수직으로 자른 다음 자른 면에 원추형 라이너(100)의 한쪽 끝에 달린 뇌관삽입봉(108)을 이용하여 폭약(200)속에 구멍을 내고, 이 구멍속에 폭약(200)을 기폭시키기 위한 뇌관(210)을 라이너 정점부로부터 약 2cm∼3cm정도 안쪽까지 장전한 후 뇌관(210)에 달린 각선 및 쇼크튜브를 원추형 라이너(100)의 중심인 콘(정점)에 뚫린 뇌관삽입구(102)를 통해 외부로 인출한다. 그런다음, 구리, 알루미늄 또는 납의 재질로 된 원추형 금속라이너(100)의 넓은 원쪽이 발파공저로 향하도록 하여 폭약(200)내로 깊숙이 삽입한 후, 발파공(300; 도 8b 참조)의 공저에 장전봉(미도시)으로 폭약(200)을 공저바닥까지 밀어 넣어 원추형 라이너(100)를 바닥으로 향하도록 한 상태로 전폭약포를 설치한다. 그 다음의 장약은 원추형의 금속라이너를 필요로 하지 않으며, 따라서 라이너가 장착된 하부 약포(200)위에 2개약포들(200a,200b)을 차례로 더 장전한다. 위의 경우는 전포약포(뇌관을 삽입한 약포)에 원추형 라이너(100)를 설치한 경우이다.

한편, 원추형 라이너를 설치하지 않는 나머지 약포에 뇌관을 설치하는 중기폭, 정기폭인 경우에는 발파공저의 하부 약포에 뇌관삽입 및 뇌관각선의 방출이 필요없으므로 뇌관삽입구가 없는 원추형 라이너를 장전해도 된다.

다른 발파공(300a~300d)에서도 위와 동일한 방법으로 폭약(200~200b)을 장전하고, 발파공들을 근소한 시간차이로 폭발시키면 원추형의 라이너(100)에 의해 고속의 제트기류를 형성하면서 천공된 바닥쪽의 정중앙의 한곳으로 폭발위력이 집중되어 천공된 공저보다 더 깊게 암반에 구멍을 내게 되고, 결과적으로 공저 바닥쪽으로의 관통에 의한 공저 자유면 확장을 가져오게 된다. 이러한 자유면은 저항이 없어 폭약(200~200b)이 폭발시 암반에 미치는 응력이 다른 면보다 더 많이 작용하게 되어 쉽게 파쇄대를 발생시키게 되며, 곧이어 발파되는 인접 발파공 주변에 구속된 암반을 효과적으로 밀어내고 폭발파괴선이 공저바닥으로도 쉽게 형성되어 파쇄가 더 깊게 이루어지게 한다.

도 13은 본 고안에 따른 측면에 노이만증폭부를 갖는 발파용 판형 라이너의 구조를 보여주는 사시도이고, 도 14는 도 13의 전단면도이다.

본 고안의 판형 라이너(400)는 원판형으로, 원주면의 단면이 V형을 이루면서 둘레를 일주하고 있다. 따라서, 폭약의 파괴력은 라이너의 측면둘레를 통해 사방으로 증폭되어 방사되게 된다. 그 구조를 좀더 상세히 설명하면, 판형 라이너(400)는 밑판과 측판으로 이루어져 내부에 화약(410)이 장전되는 약실(422)을 형성하되 측면인 원주면을 따라 V형 노이만증폭부(424)를 갖는 하부통체(420)와, 이 하부통체(420)에 덮혀 하부통체(420)의 약실(422)을 밀폐하는 상부판체(430)를 구비하고 있다. 이렇게 하부통체(420)와 상부판체(430)가 결합된 판형 라이너(400)는 외주면에 골이 패인 실패와 흡사한 대략 원판모양을 하고 있으며, 합체된 그 중심에는 통공(402)이 형성되어 있다. 이 통공(420)은 뇌관을 삽입하는 뇌관삽입공으로 사용된다. 이렇게 내부약실(422)에 화약이 충전되는 판형 라이너(400)는 그 자체로 발파체를 이룬다.

이러한 구조의 원판형 라이너(400)는 그 내부에 장약을 하고 폭발시키면, 앞서 설명한 원추형 라이너와 동일한 원리에 의해 그 측면의 노이만증폭부(424)를 통해 제트기류가 외주면을 돌아가면서 전구간에서 방출되므로, 암반, 금속, 구조체 등의 방사형 절단에 유용하게 이용될 수 있다.

이와 같이 측면에 V형 노이만증폭부를 갖는 판형 라이너는 위에 예시한 원판형 이외에도 사각판형, 육각판형, 팔각판형 등은 물론 그 외의 다각판형으로도 구성이 가능하다.

도 15a는 기설명한 원추형 라이너와 원판형 라이너를 복합하여 장전한 실시예를 나타낸 도면이고, 도 15b는 실제 암반의 발파에 적용하여 얻어진 굴착선을 보여주는 도면이고, 도 15c는 도 15a에 도시된 원추형 라이너와 원판형 라이너의 복합장착상태를 나타낸 사시도이다.

도 15a에서는 3개의 폭약(500,500a,500b) 중 하부 폭약(500)에 뇌관(510)을 삽입하고 그 다음으로 원추형 라이너(100)를 폭약(500)의 하방으로 넓어진 부분이 공저로 향하게 하여 삽입하고, 원추형 라이너(100)의 하부를 원판형 라이너(400)의 상면이나 하면에 맞대서 장치한 장전방법을 보여주고 있다.

이에 대해 좀더 상세히 설명하면, 장약된 원판형 라이너(400)를 발파공저에 설치하고 그와 맞대 원추형 라이너(100)가 장착된 폭약(500)을 설치한다. 이 원판형 라이너(400) 및 원추형 라이너(100)의 장전용 폭약으로는 다이나마이트, 에멀젼폭약, 헥소겐, 펜트리트, 가소화된 헥소겐, 가소화된 펜트리트를 사용한다.

이와 같이 5개의 발파공(320~320d)에 원추형 라이너(100)와 원판형 라이너(400)를 복합하여 장전하고 전색물(520)로 전색한 후, 차례로 폭파하면 도 15b에서 보는 바와 같이 폭약(500~500b)의 기폭에 의해 원추형 라이너(100)가 폭발되면서 그 제트기류는 원판형 라이너(400)의 한 가운데로 위력이 집중되면서 공저바닥면을 관통하고, 그와 동시에 원판형 라이너(400)도 순폭되면서 공저의 횡방향으로 동심형으로 제트기류가 방사되면서 인접공쪽으로 파괴위력이 작용하여 발파공저의 암반의 절단 및 파쇄가 이루어지게 된다. 이러한 공저암반의 파쇄는 공저자유면의 형성을 가져오게 된다. 이때, 2개 이상의 발파공(320~320d)을 동시 또는 일정한 간격을 두고, 즉 1000분의 20초에서 1000분의 25초의 사이를 두고 기폭시키면, 인접한 발파공들(320~320d)이 서로 보강작용을 하여 최초기폭공의 자유면쪽을 향한 파괴선과 인접한 두번째 기폭공의 자유면쪽을 향한 파괴선이 중첩되어 파쇄된다. 그리고, 발파공과 발파공 사이의 파괴선 이외의 부분은 균열권 영역내에 위치하므로 최초기폭공의 파쇄로 인한 자유면의 확장으로 균열파쇄가 이루어지고, 이후 기폭되는 발파공은 2개의 자유면을 갖는 상태에서 빠르게 파쇄가 계속 진행되면서 천공된 바닥보다도 깊게 파쇄되게 된다.

위와 같은 원판형 라이너(400)과 원추형 라이너(100)의 복합형 장전방법은 원판형 라이너(400)에서 제트기류가 그 원주면을 일주하면서 방출되어 공저를 잇는 바닥선(B)과 평행한 방향으로 암반을 절단파괴시키며, 그와 동시에 원추형 라이너(100)에서는 바닥선(B)과 수직한 방향으로 제트기류가 방출되어 공저를 관통하므로 발파공(320~320d)보다 더 깊이 암반을 파쇄하게 된다. 따라서, 파쇄되어 굴착된 암반의 굴착선(L4)은 점선으로 표시한 바와 같이 실선의 공저바닥선(B)보다 아래에 있게 된다. 이와 같이 원추형 라이너(100)와 원판형 라이너(400)를 복합하여 사용하면 개별적으로 사용할 때보다 우수한 굴착율을 얻을 수 있다.

도 16a는 전체 발파공에 장약된 상태에서의 터널발파법에 있어 기존방법과 도 15b에 예시한 본 방법을 적용하여 얻은 굴착선을 비교하여 보여주는 도면이고, 도 16b는 심발부에 장약된 상태에서의 터널발파법에 있어 기존방법과 도 15b에 예시한 본 방법을 적용하여 얻은 굴착선을 비교하여 보여주는 도면이다.

전체 발파공의 적용발파시 기존방법으로는 굴착선(L)이 공저바닥에 못미치는 결과로 공저바닥선(B) 앞쪽에 평행하게 형성되는데 반해, 본 방법의 적용에서는 공저바닥보다 더 깊이 암반을 파쇄하여 그 굴착선(L5)이 공저바닥선(B) 밑에 있음을 알 수 있다.

터널굴착의 경우 발파공 중에서 가장 중요한 역할을 하는 심발공의 부분에만 원추형 라이너만 사용하든지 아니면 원추형 라이너와 원판형 라이너를 동시에 설치하여 발파하면 심발의 발파공들의 굴착선(L6)이 천공 공저보다 깊게 뚫리므로 파괴선이 점차 확장된 자유면쪽으로 작용한다.

따라서, 본 고안의 심발부 적용시에는 도 16b에서 보는 바와 같이 심발부(C)를 기준으로 심발부(C)측은 공저보다 깊이 파쇄되고 그로부터 외곽으로는 완만한 경사를 이루면서 그 굴착깊이가 줄어들어 최외곽에서는 공저바닥선(B)에 약간 못미치는 결과를 보여주고는 있으나, 이도 기존방법에 의한 굴착선(L)보다는 그 굴착선(L6)이 휠씬 깊이 있는 것을 알 수 있다. 이에 대한 시험결과가 표 5 내지 8에 나타나 있다.

< 표-5. 라이너재질, 라이너각도, 이격거리에 따른 굴착깊이(원판형라이너+원추형라이너)-벤치발파의 경우 >

구분	라이너재질	라이너각도	이격거리	천공깊이 3.0m
				연암	보통암	경암
본고안의 기술	구리	45°	5mm	3.08	3.06	3.05
			10mm	3.12	3.11	3.09
			15mm	3.11	3.09	3.08
		60°	5mm	3.11	3.09	3.06
			10mm	3.15	3.14	3.11
			15mm	3.17	3.15	3.13
		90°	5mm	3.14	3.10	3.07
			10mm	3.20	3.16	3.14
			15mm	3.17	3.14	3.12
	알루미늄	45°	5mm	3.05	3.04	3.03
			10mm	3.09	3.08	3.06
			15mm	3.08	3.06	3.05
		60°	5mm	3.08	3.06	3.03
			10mm	3.12	3.11	3.08
			15mm	3.14	3.12	3.10
		90°	5mm	3.11	3.07	3.04
			10mm	3.17	3.13	3.11
			15mm	3.14	3.11	3.09
	납	45°	5mm	3.08	3.07	3.05
			10mm	3.13	3.11	3.10
			15mm	3.11	3.10	3.08
		60°	5mm	3.11	3.10	3.07
			10mm	3.16	3.14	3.11
			15mm	3.17	3.16	3.13
		90°	5mm	3.14	3.11	3.08
			10mm	3.20	3.17	3.15
			15mm	3.17	3.15	3.13
기존의 기술	없음	없음	없음	2.90	2.82	2.71

< 표-6. 폭약의 종류별 굴착깊이(원추형라이너+원판형라이너) - 벤치발파의 경우 >

구분	폭약종류	천공깊이 3.0m
		연암	보통암	경암
본고안의 기술	헥소겐	3.22	3.19	3.16
	가소화헥소겐	3.20	3.17	3.15
	펜트리트	3.21	3.18	3.15
	가소화펜트리트	3.22	3.17	3.14
	다이나마이트폭약	3.20	3.16	3.14
	에멀젼폭약	3.16	3.09	3.07
기존의 기술	헥소겐	2.95	2.93	2.85
	가소화헥소겐	2.92	2.90	2.83
	펜트리트	2.94	2.91	2.74
	가소화펜트리트	2.91	2.86	2.76
	다이나마이트폭약	2.90	2.82	2.71
	에멀젼폭약	2.88	2.80	2.68

< 표-7. 터널에서의 시험발파 실적 비교표(원판형라이너+원추형라이너) >

구분	단위	Burn-cut(평행심발)	V-cut(경사심발)
		종래의기술	본고안의 기술	종래의기술	본고안의 기술
			전체공적용		심발부적용	전체공적용	심발부적용
암반종류	-	경암	경암	경암	경암	경암	경암
단면적	m²	60	60	60	77	77	77
천공수	개	114	114	114	116	116	116
천공장	m	3.3	3.3	3.3	2.5	2.5	2.5
굴진장	m	3.0	3.45	3.25	2.3	2.6	2.48
굴진율	%	90.9	104.5	98.4	92	104	99.2
공당폭약량	kg/공	1.2∼2.2	1.2∼2.2	1.2∼2.2	0.75∼1.67	0.75∼1.67	0.75∼1.67
총폭약량	kg	222.8	222.8	222.8	180	180	180
파쇄량	m³	180	207	195	177.1	200.2	190.9
비장약량	kg/m³	1.24	1.07	1.14	1.02	0.90	0.94
비뇌관수	개/m³	0.633	0.551	0.585	0.655	0.579	0.608

< 표-8. 벤치발파에서 종래의 장전방법에 의한 발파와 본 고안과의 시험발파 실적비교표(원판형 라이너+원추형 라이너) >

구분	단위	종래의 기술	본 고안의 기술
		2.0m천공	3.0m천공	2.0m천공	3.0m천공
암반종류	-	보통암	경암	보통암	경암
자유면의 수	개	2자유면	2자유면	2자유면	2자유면
천공경	mm	45	76	45	76
천공수	개	5	5	5	5
저항선	m	1.0	1.4	1.0	1.4
공간격	m	1.2	1.4	1.2	1.4
발파면적	㎡	4.8	7.84	4.8	7.84
굴진장	m	1.87	2.75	2.1	3.14
굴진율	%	93.5	91.6	106	105
공당폭약량	kg/공	0.5625	1.5	0.5625	1.5
총폭약량	kg	2.8125	7.5	2.8125	7.5
파쇄량	㎥	8.976	21.56	10.08	24.62
비장약량	kg/㎥	0.313	0.348	0.279	0.305
비뇌관수	개/㎥	0.557	0.232	0.496	0.203

이상 표 5 내지 표 8에서 알 수 있는 바와 같이, 동일조건하에서 기존방법과 본 고안의 원추형 라이너와 원판형 라이너를 복합적용한 경우의 결과를 비교할 때, 본 고안이 기존방법에 비해 굴진장, 굴진율 및 파쇄량이 우수한 것을 알 수 있다.

여기에 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 고안의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에 의해서만 한정되거나 제한받는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 다른 실시예가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 다음과 같은 기존의 방법과 차별되는효과를 갖는다.

(1) 천공된 공저에 장전되는 폭약의 끝단, 혹은 폭약을 자른 면에 탈부착식 원추형 라이너를 삽입하여 폭발시 원추형의 라이너에 의해 고속의 제트기류를 형성함으로써 천공된 바닥쪽의 정중앙의 한곳으로 위력이 집중되어 천공된 공저를 관통하므로 공저보다 더 깊게 암반을 굴착할 수 있는 잇점이 있다.

(2) 본 고안은 복합사용시 발파공저 암반에 판형 라이너를 설치하고 그와 맞대 원추형 라이너를 갖는 폭약을 설치함에 의하여 폭발시 원추형 라이너의 제트기류가 판형 라이너의 한 가운데로 위력이 집중되면서 공저바닥면을 관통하여 자유면을 형성하는 동시에, 판형 라이너도 순폭되면서 천공 공저의 인접공쪽으로도 동심형으로 파괴위력이 집중되어 작용하여 암반의 파쇄력이 배가된다.

(3) 위의 (1) 및 (2)의 결과로 천공공저주변은 균열대가 형성되어 공저 바닥쪽으로의 자유면 확장을 가져오게 되고, 인접한 다른 발파공에서도 같은 양상의 자유면 확장을 통하여 더 깊게 뚫어진 곳을 향하여 폭발파괴선이 작용하므로 파쇄가 신속하고 깊이 진행되어 굴착속도가 빠르고 파쇄체적이 증대된다.

(4) 기존과 발파공당 폭약량을 동일하게 적용시킬 경우 파쇄량이 증대되고, 기존과 동일 깊이를 굴착할 경우에는 장약량의 감소를 가져올 수 있어 경제적이다.

(5) 기존과 동일 깊이의 굴착에 있어 천공장을 작게 할 수 있어 작업이 쉽고 신속하게 진행될 수 있다.

(6) 폭약당 파쇄량이 증대되므로 폭약 및 뇌관을 절감할 수 있는 잇점이 있다.

이상의 장점들을 종합해 볼 때, 본 고안은 폭약의 암반파쇄력을 극대화시켜 줌으로써 적은 양의 폭약으로도 더 깊이 암반을 굴착할 수 있으며, 굴착속도도 증대시켜 굴착작업의 효율화를 기할 수 있게 한다.

Claims (13)

1. 암반에 천공된 발파공에 장전되어 소정깊이로 암반을 파쇄굴착하는 폭약에 있어서,

   중심선에 대하여 좌우대칭인 다각뿔 또는 원뿔 형상의 몸체부를 구비하며, 상기 발파공의 공저에 장전되는 상기 폭약 단부에 삽입하되 넓은 쪽이 공저쪽을 향하도록 하며, 기폭시 노이만효과로 상기 폭약의 폭발력을 상기 공저 바닥쪽으로 집중시켜 상기 공저 바닥을 관통하는 제트기류가 방출되게 하는 발파용 라이너.
2. 제 1항에 있어서, 상기 몸체부는 구리, 알루미늄 또는 납 등의 금속소재로 된 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
3. 제 2항에 있어서, 상기 몸체부의 정점(Corn)부위에는 상기 폭약의 뇌관 및/또는 뇌관각선의 출입을 가능하게 하는 뇌관삽입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 몸체부의 넓은 쪽부분에는 통체가 연장되어 상기 공저와 이격거리를 형성하게 하는 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
5. 제 3항에 있어서, 상기 뇌관삽입구에는 상기 폭약내로의 상기 뇌관의 진입 및/또는 상기 폭약외부로의 상기 뇌관각선의 인출을 안내하는 뇌관삽입봉이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
6. 제 5항에 있어서, 상기 뇌관삽입봉을 갖는 상기 몸체부의 넓은 쪽에는 이격거리를 형성하는 통체가 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
7. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 몸체부의 외측에는 상기 폭약에 끼워지는 외피가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
8. 제 7항에 있어서, 상기 몸체부는 그 넓은 쪽단이 상기 외피의 단부로부터 일정간격 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
9. 제 8항에 있어서, 상기 몸체부의 상기 뇌관삽입구에는 뇌관삽입봉이 더 구비되어 상기 외피내에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
10. 제 1항에 있어서, 상기 몸체부는 일측에는 장착홈을 그리고 그와 대응되는 타측에는 장착돌기를 마련한 해당 다각뿔형 또는 원뿔형의 전개도로 금속판을 절단하여, 해당 형상으로 접어 상기 장착돌기를 상기 장착홈에 끼워 구성되는 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
11. 암반에 천공된 발파공에 장전되어 소정깊이로 암반을 파쇄굴착하는 폭약에 있어서,

    밑판과 측판으로 이루어져 내부에 화약이 장전되는 약실을 형성하되 측면을 돌아가면서 V형 노이만증폭부를 갖는 하부통체; 및

    상기 하부통체와 결합되어 상기 하부통체의 상기 약실을 밀폐하는 상부판체를 구비하고서,

    상기 공저에 장전되어 기폭시 상기 공저 바닥선과 평행한 방향으로 상기 노이만증폭부로부터 제트기류를 방사시켜 암반을 절단파쇄하는 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
12. 제 11항에 있어서, 상기 하부통체와 상기 상부판체는 구리, 알루미늄 또는 납 등의 금속소재로 된 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.
13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 합체된 상기 하부통체와 상기 상부판체는 대략 원판 또는 다각판의 실패형상을 이루며, 그 중심상에는 뇌관이 삽입되는 뇌관삽입공이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 발파용 라이너.