공법개요
스마트스템®은 세계 최초 스마트물질을 응용한 발파공법입니다.
현재 발파전색재는 모래, 천공암분, 골재 등을 사용하여 다짐하게 되는데 공극이 많아 압축률이 크고 공벽과 마찰력이 적어 공발(흡출비산)이 발생됩니다.
폭발 에너지가 공구 방향으로 빠르게 소실되어 소음 증가, 비산 발생, 파쇄 및 굴진효율 저하됩니다.
대괴가 다량 발생하여 소할, 운반 및 적재, 2차 크러싱 비용 등이 증가되어 경제성 확보에 어려움이 있습니다.
제 10-2418199호
충격파 응답형 전단농화유체 전색재 및 이를 이용한 발파공법
2020년 06월 03일
스마트스템® 발파공법은 강한 충격파가 탄성파 형태로 전단농화유체에 전달되었을 때 순간적으로 강하게 고체화 (solidification) 되면서 발파공 내에서 폭발에너지를 오랜시간 지속시켜 (폭약의 화학적 반응 증가) 파쇄효율 및 굴진율 증대, 진동소음의 저감, 암석 비산의 감소등의 효과를 얻는 발파공법
스마트스템®은 일반전색 전 단계에 삽입하고, 나머지 공간은 일반전색재로 채우는 혼합전색방식으로 작업하며, 공발현상을 방지하여 폭발에너지 효율성을 높여줍니다.
스마트스템®은 전단농화유체 혼합물 전색재 로서 화약류 폭발 시 전색효과를 극대화시켜 공발 및 비산억제, 발파 파쇄도, 굴진율 등 발파효율이 증대합니다.
스마트스템®의 이상적인 전색효과는 완전파쇄를 유도하여 공기단축 및 경제성 확보에 매우 유리한 발파공법입니다.
기존 전색재 모두 공극이 많고, 공내 압축률이 높아 폭발가스의 발파 공내 압력 강하가 빠르게 발생됨.
모래, 천공암분은 공벽과의 마찰력이 작아 전색물이 공발되며, 특히 수공의 경우 액상화(Liquefaction) 현상으로 전색의 효과는 거의 없음.
골재는 수공에서 안정성이 우수하고, 공벽과의 마찰력도 타 전색재료보다 우수하나 다짐밀도가 낮고, 공극의 크기가 가장 커 팽창가스의 유출이 큼.
스마트스템® 분자구조/FESEM
- 폭약 에너지의 2~25%는 충격파 형태로 초기균열을 발생시킴.
- 40%의 에너지는 가스팽창 형태로 균열의 확대(Enlargement)와 전파(Propagation)를 가속화함.
- 나머지 에너지는 소음, 진동, 열 등 다른 에너지로 변환되어 소실됨.
발파공 주변 방사균열 모식도
물질 | 밀도 (kg/㎥) | 음파속도 (m/s) | 음향임피던스 (kg/(㎡s) |
---|---|---|---|
모래,자갈 | 1,800 | 750 | 1.35×106 |
점성유체(뉴턴유체) | 1,260 | 1,908 | 2.50×106 |
전단농화유체(비뉴턴유체) | 1,600 | 2,050 | 3.28×106 |
미국 재료 시험 협회 ASTM(American Society for Testing and Materials)
(a) 스마트스템® 방호물질 적용 충격파에 저항하며 콘크리트에 손상 없음 | (b) 방호물질 미적용 폭발력이 콘크리트에 전달되어 손상 발생 | (c) 폭파장면, 국방부 미래전력 시연회 장성폭발시험장 |
스마트스템® 방호물질 활용을 위한 평가시험 (출처 : 국방NEWS, 2023.06.13.)
(a) 스마트스템® 방호물질 적용 충격파에 저항하며 콘크리트에 손상 없음 | |
(b) 방호물질 미적용 폭발력이 콘크리트에 전달되어 손상 발생 | |
(c) 폭파장면, 국방부 미래전력 시연회 장성폭발시험장 |
스마트스템® 방호물질 활용을 위한 평가시험 (출처 : 국방NEWS, 2023.06.13.)
고속전단저항에 전단강도, 점도 변화
가스압 지속시간 최대 10ms이상 증가
Jeong, Youngjun; Cho, Sangho; The Blast Hole Pressure Measurement and Full-scale Blasting Experiment using the Shock-reactive Stemming Materials, Applied sciences, 2022
전색재 종류 | 균열(Crack) 발생량 | 파괴(Damage) 양상 |
---|---|---|
모래, 천공암분 | ||
13mm 쇄석골재 | ||
스마트스템® |
전색재 종류 | 모래, 천공암분 |
---|---|
균열(Crack) 발생량 | |
파괴(Damage) 양상 | |
전색재 종류 | 13mm 쇄석골재 |
균열(Crack) 발생량 | |
파괴(Damage) 양상 | |
전색재 종류 | 스마트스템® |
균열(Crack) 발생량 | |
파괴(Damage) 양상 |
구분 | 천공경 (mm) |
제품직경 (mm) |
제품길이 (mm) |
중량 (g/개) |
박스당수량 (Ea) |
총중량 (kg) |
용도 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
SP 400 | 45~55 | - | - | - | - | - | 개발중 |
SP 400 | 45~55 | 38 | 250 | 350 | 49 | 14.0 | 소구경 |
SP 600 | 65~75 | 62 | 400 | 1,500 | 12 | 18.0 | 광산용 |
SP 800 | 89~95 | 76 | 450 | 2,500 | 8 | 20.0 | 광산용 |
구분 | SP 400 |
---|---|
천공경 (mm) |
45~55 |
제품직경 (mm) |
- |
제품길이 (mm) |
- |
중량 (g/개) |
- |
박스당수량 (Ea) |
- |
총중량 (kg) |
- |
용도 | 개발중 |
구분 | SP 400 |
천공경 (mm) |
45~55 |
제품직경 (mm) |
38 |
제품길이 (mm) |
250 |
중량 (g/개) |
350 |
박스당수량 (Ea) |
49 |
총중량 (kg) |
14.0 |
용도 | 소구경 |
구분 | SP 600 |
천공경 (mm) |
65~75 |
제품직경 (mm) |
62 |
제품길이 (mm) |
400 |
중량 (g/개) |
1,500 |
박스당수량 (Ea) |
12 |
총중량 (kg) |
18.0 |
용도 | 대구경 |
구분 | SP 800 |
천공경 (mm) |
89~95 |
제품직경 (mm) |
76 |
제품길이 (mm) |
450 |
중량 (g/개) |
2,500 |
박스당수량 (Ea) |
8 |
총중량 (kg) |
20.0 |
용도 | 광산용 |
구분 | TYPE-1 미진동굴착공법 | TYPE-2 정밀 진동제어발파 | TYPE-3 소규모 진동제어발파 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
기존공법 | 스마트스템®공법 |
기존공법 | 스마트스템®공법 |
기존공법 | 스마트스템®공법 |
|
패턴도 | ||||||
천공장 | 1.5m | 1.3m |
2.0m | 1.8m |
2.7m | 2.7m |
최소저항선 | 0.7m | 0.6m |
0.7m | 0.8m |
1.0m | 1.1m |
천공간격 | 0.7m | 0.7m |
0.8m | 1.0m |
1.2m | 1.3m |
장약량 | 0.125kg | 0.125kg |
0.250kg | 0.250kg |
1.000kg | 1.000kg |
파쇄체적 | 0.637㎥ | 0.462㎥ |
1.01㎥ | 1.28㎥ |
2.88㎥ | 3.432㎥ |
전색장 | - | 0.25m |
- | 0.25m |
- | 0.5m |
미국 재료 시험 협회 ASTM(American Society for Testing and Materials)
구분 | TYPE-4 중규모 진동제어발파 | TYPE-5 일반발파 | TYPE-6 대발파 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
기존공법 | 스마트스템®공법 |
기존공법 | 스마트스템®공법 |
기존공법 | 스마트스템®공법 |
|
패턴도 | ||||||
천공장 | 3.4m | 3.4m |
5.7m | 5.2m |
8.7m | 7.86m |
최소저항선 | 1.6m | 1.7m |
2.0m | 2.1m |
2.8m | 2.8m |
천공간격 | 1.9m | 2.0m |
2.5m | 2.5m |
3.2m | 3.4m |
장약량 | 3.0kg | 3.0kg |
7.5kg | 7.5kg |
20.0kg | 20.0kg |
파쇄체적 | 9.12㎥ | 9.86㎥ |
24.0㎥ | 24.15㎥ |
65.40㎥ | 66.64㎥ |
전색장 | - | 0.4m |
- | 0.4m |
- | 0.4m |
미국 재료 시험 협회 ASTM(American Society for Testing and Materials)
구분 | TYPE-1 미진동굴착공법 | |
---|---|---|
기존공법 | 스마트스템®공법 |
|
패턴도 | ||
천공장 | 1.5m | 1.3m |
최소저항선 | 0.7m | 0.6m |
천공간격 | 0.7m | 0.7m |
장약량 | 0.125kg | 0.125kg |
파쇄체적 | 0.637㎥ | 0.462㎥ |
전색장 | - | 0.25m |
구분 | TYPE-2 정밀 진동제어발파 | |
기존공법 | 스마트스템®공법 |
|
패턴도 | ||
천공장 | 2.0m | 1.8m |
최소저항선 | 0.7m | 0.8m |
천공간격 | 0.8m | 1.0m |
장약량 | 0.250kg | 0.250kg |
파쇄체적 | 1.01㎥ | 1.28㎥ |
전색장 | - | 0.25m |
구분 | TYPE-3 소규모 진동제어발파 | |
기존공법 | 스마트스템®공법 |
|
패턴도 | ||
천공장 | 2.7m | 2.7m |
최소저항선 | 1.0m | 1.1m |
천공간격 | 1.2m | 1.3m |
장약량 | 1.000kg | 1.000kg |
파쇄체적 | 2.88㎥ | 3.432㎥ |
전색장 | - | 0.25m |
미국 재료 시험 협회 ASTM(American Society for Testing and Materials)
구분 | TYPE-4 중규모 진동제어발파 | |
---|---|---|
기존공법 | 스마트스템®공법 |
|
패턴도 | ||
천공장 | 3.4m | 3.4m |
최소저항선 | 1.6m | 1.7m |
천공간격 | 1.9m | 2.0m |
장약량 | 3.0kg | 3.0kg |
파쇄체적 | 9.12㎥ | 9.86㎥ |
전색장 | - | 0.4m |
구분 | TYPE-5 일반발파 | |
기존공법 | 스마트스템®공법 |
|
패턴도 | ||
천공장 | 5.7m | 5.2m |
최소저항선 | 2.0m | 2.1m |
천공간격 | 2.5m | 2.5m |
장약량 | 7.5kg | 7.5kg |
파쇄체적 | 24.0㎥ | 24.15㎥ |
전색장 | - | 0.4m |
구분 | TYPE-6 대발파 | |
기존공법 | 스마트스템®공법 |
|
패턴도 | ||
천공장 | 8.7m | 7.8m |
최소저항선 | 2.8m | 2.8m |
천공간격 | 3.2m | 3.4m |
장약량 | 20.0kg | 20.0kg |
파쇄체적 | 65.40㎥ | 66.64㎥ |
전색장 | - | 0.4m |
미국 재료 시험 협회 ASTM(American Society for Testing and Materials)
지보패턴 | P-1 | P-2 | P-3 | P-4 | P-5 | P-6 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
패턴도 | ||||||||||||
굴진장 (m) | 3.500 | 2.500 | 2.000 | 1.500 | 1.200 | 1.000 | ||||||
장약량 (kg) | 3.700 | 2.650 | 2.200 | 1.650 | 1.250 | 1.050 | ||||||
비장약량(kg/㎥) | 1.01 | 1.05 | 1.10 | 상부 | 하부 | 상부 | 하부 | 상부 | 하부 | |||
1.05 | 0.75 | 1.10 | 0.94 | 1.12 | 0.83 | |||||||
천공수(공) | 111 | 116 | 121 | 상부 | 하부 | 상부 | 하부 | 상부 | 하부 | |||
89 | 29 | 98 | 42 | 107 | 42 |
지보패턴 | P-1 | |
---|---|---|
패턴도 | ||
굴진장 (m) | 3.500 | |
장약량 (kg) | 3.700 | |
비장약량(kg/㎥) | 1.1 | |
천공수 (공) | 111 | |
지보패턴 | P-2 | |
패턴도 | ||
굴진장 (m) | 2.500 | |
장약량 (kg) | 2.650 | |
비장약량(kg/㎥) | 1.05 | |
천공수 (공) | 116 | |
지보패턴 | P-3 | |
패턴도 | ||
굴진장 (m) | 2.000 | |
장약량 (kg) | 2.200 | |
비장약량(kg/㎥) | 1.10 | |
천공수 (공) | 121 | |
지보패턴 | P-4 | |
패턴도 | ||
굴진장 (m) | 1.500 | |
장약량 (kg) | 1.650 | |
비장약량(kg/㎥) | 상부 | 하부 |
1.05 | 0.75 | |
천공수(공) | 상부 | 하부 |
89 | 29 | |
지보패턴 | P-5 | |
패턴도 | ||
굴진장 (m) | 1.200 | |
장약량 (kg) | 1.250 | |
비장약량(kg/㎥) | 상부 | 하부 |
1.10 | 0.94 | |
천공수(공) | 상부 | 하부 |
98 | 42 | |
지보패턴 | P-6 | |
패턴도 | ||
굴진장 (m) | 1.000 | |
장약량 (kg) | 1.050 | |
비장약량(kg/㎥) | 상부 | 하부 |
1.12 | 0.83 | |
천공수(공) | 상부 | 하부 |
107 | 42 |