벌크형 혼합폭약의 비이상 발파공 압력 추정에 관한 연구

Abstract

화약의 폭발현상과 암반 파쇄에 대한 과학적인 접근이 완전하지 않고 모델링이 발파분야에 도입되어 활용도를 넓혀가고 있으나, 폭발현상을 이상폭굉모델로부터 산정하기 때문에 밀폐도, 혼합도 등이 독립적인 변수로 작용하는 산업용 화약에는 부적합하다. 또한, 화약의 종류, 밀도 및 성분을 현장에서 조정, 제조하는 모바일 설비를 갖춘 벌크형 혼합폭약에 대해 암반파괴에 활용가능하고 쉽게 사용할 수 있는 비이상 폭발현상의 해석이 요구되고 있다.<br/> 화약의 폭발력에 대한 정량화 관점에서 발파공 압력이 발파설계의 입력 자료로 활용되지만, 폭발속도를 근거로 계산식에 의해 구하는 발파공 압력은 그 실제적인 의미와 응용방법에 대해 명확한 이론이 제시되고 있지 않은 실정이다. 폭발속도는 폭굉 진행 구역(DDZ, Detonation Driving Zone)내에서 방출되는 에너지에 의해 결정되고, 산업용화약의 경우에는 폭굉 진행구역 내에서 반응이 완료되는 것이 아니므로, 발파공 압력이 폭발속도만으로 결정되는 것은 아니다.<br/> 따라서 이 연구에서는 벌크형 혼합폭약의 비이상 폭발과 이로 인한 폭발속도를 발파공에서 직접 측정하고, 벌크형 혼합폭약의 밀도, 장약의 직경, 발파공 외벽 특성에 따른 구속정도 등이 폭발현상에 영향을 미치는 특성을 규명하였다. 또한, 현장시험 측정 자료를 바탕으로 벌크형 혼합폭약의 비이상 폭발정도를 평가하고, 폭발반응에 의해 발생하는 가스량과 폭발온도를 기반으로 반응에너지의 관점에서 벌크형 혼합폭약의 특성을 규명함으로써 발파공의 압력을 추정할 수 있는 식을 도출하였다. <br/> 그리고, 현재까지 측정보다는 계산에 의존하여 왔던 발파공 압력을 직접 측정하였고 벌크형 혼합폭약의 비이상 발파공 압력 추정식으로 대상암반의 특성과 현장조건에 대해 목적하는 발파효과를 얻을 수 있는 폭약의 조건, 혼합비와 밀도를 산정할 수 있는 기법을 도출하였다. 이를 바탕으로 시험발파를 시행하여 발파공의 폭발속도와 압력을 측정하고 추정식의 유효성을 검증하였다. <br/> 마지막으로, 본 연구에서 제시한 추정식과 기법은 다양한 국내외 작업환경 및 주변조건에 따른 평가를 통하여 데이터베이스화하고 보완․수정 할 수 있을 것으로 판단되며, 향후, 발파설계단계에서 암반조건, 작업조건에 따른 발파결과를 보다 정확하게 예측하고, 목적하는 발파효과를 향상시킬 수 있는 방안을 수립하는 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.