초유폭약류(硝油爆藥類)를 활용(活用)한 단일자유면발파(單一自由面發破)의 역학적(力學的) 연구(硏究)

Dynamical Study on the Blasting with One-Free-Face to Utilize AN-FO Explosives

발파(發破)에 있어서 천공배치(穿孔配置)는 발파효과에 영향(影響)을 미치는 가장 중요(重要)한 요소중(要素中)의 하나다. Burn-cut 의 폭발(爆發)의 여러 요소(要素)에 관(關)한 연구(硏究)는 Brown, Cook에 의(依)해 발표(發表)된 바 있으나 본연구(本硏究)에 있어서는 Burn-cut 와 Pyramid-cut의 천공배치(穿孔配置)의 대비(對比)와 폭원(爆源)과 자유면(自由面)사이의 역학적(力學的) 응력해석(應力解析)에 중점(重點)을 두어 이등교수(伊藤敎授)가 전개(展開)한 이론(理論)에서 다루지 않은 주정천공배치(週正穿孔配置)에 의(依)한 Burn-cut의 효과을 연결(連結)시켰다. 종래(從來)의 이론(理論)에 의(衣)하면 단일자유면발파(單一自由面發破)에 있어서는 압축응력외(壓縮應力外)에 자유면(自由面)에서 반사(反射)되는 인장응력(引張應力)의 영향(影響)을 추가(追加)로 받는다. 본(本) 신천공(新穿孔) 배치(配置)에 의(依)한 Burn-cut는 자유면수(自由面數)의 증가(增加)와 거리(距離)의 축소(縮少)를 꾀하므로서 이효과(效果)는 더욱 증대(增大)된다. 이와 같은 효과를 위(爲)해서는 다음 두가지 점(點)을 고려해야 한다. 첫째 심기공(心技孔)의 무장약공(無裝藥孔)은 보조응력(補助應力)을 크게 하기위(爲)해 가능(可能)한 대구경(大口徑)으로 깊게 천공(穿孔)해야 한다. 둘째 각 심기공간(心技孔間)의 거리(距離)를 접근(接近)시켜 완전(完全) 발파(發破)를 기(期)해야 한다. 그 까닭은 구경(口徑)이 증가(增加)됨에 따라 2차(次) 자유면(自由面)은 넓어지고 거리가 가까울수록 장약공(裝藥孔)과 무장약공(無裝藥孔)사이의 인장응력(引張應力)은 더욱 발달(發達)되기 때문이다. 선진국(先進國)에서는 심기공(心技孔)사이의 거리(距離)를 4"로 함이 이상적(理想的)이라고 알려지고 있으나 본실험(本實驗)에 의(依)하면 더 욱 근접(近接)될수록 파괴암석(破壞岩石)이 증가(增加)되고 굴진장(掘進長)도 깊어짐이 밝혀졌다. 나아가서는 굴진장(掘進長)을 더욱 증대(增大)시키기 위(爲)해 Burn-cut로 부터 Large hole Burn-cut를 개발(開發)하여 발파회수(發破回數) max 7회(回)/일(日)로서 1발파당(發破當) 3.1m까지 시도(試圖)함으로서 고속도굴진(高速度掘進)의 기원(起源)을 마련했다. 또한 대구경(大口徑) Burn-cut에서는 큰 저항(抵抗)을 극복하기 위해 금속초유폭약(金屬硝油爆藥)을 사용(使用)함이 더욱 효과적(效果的)임이 입증(立證)됐다. 최근(最近)에 와서 저렴(低廉)한 가격(價格)과 취급안전(取扱安全)으르 각광을 받고있는 AN-FO는 비료용 또는 공업용(工業用) 초안(硝安)에 연료유(燃料油)를 혼합(混合)한 것으로서 외관(雷管)만으로는 순감(純感)하여 폭발(爆發)하지 않으나 Gelatin Dynamite등(等)의 폭발성(爆發性) 예감제(銳感劑)에 의(依)해 발파공내(發破孔內)에서 일단 기폭(起爆)되면 종래(從來)의 초안폭약(硝安爆藥)에 상당(相當)한 위력(威力)을 발휘(發揮)케 한다. AN-FO 폭제(爆劑)의 성능(性能)에 관(關)해서는 많은 보고(報告)가 있었으나 본(本) 실험(實驗)에 의(依)하면 초유혼합비(硝油混合比)는 분상(粉狀)은 93.5:6.5, prill상(狀)은 94:6이 최적(最適)이며 분상(粉狀) AN-FO는 prill상(狀) AN-FO보다 항상(恒常) 폭속(爆速)이 높다. 또한 기폭감도(起爆感度), 충격감도(衝擊感度), 진거감도(塵據感度) 등(等) 제감도(諸感度)는 타화약(他火藥)에 비(比)해 몹시 경감(鏡感)하며 전폭성(傳爆性)은 prill상(狀)이 분상(粉狀)보다 우수(優秀)함을 얻었다. 발파후(發破後) Gas도 양호(良好)하며 AN-FO는 제조후(製造後) 7일(日) 전후(前後)가 최대효과를 갖는다. 종래(從來) AN-FO는 지난 여러해 동안 로천굴(露天掘)에만 사용(使用)하여 왔으나 필자(筆者)는 AN-FO의 기초성능시험(基礎性能試驗)을 토대(土臺)로 이를 이용(利用)한 신종폭제(新種爆劑)로서 금속초유폭약(金屬硝油爆藥)과 수중폭약(水中爆藥)을 발전(發展)시켰다. 금속초유(金屬硝油)의 폭약(爆藥)은 AN-FO와 Al 금속분말의 혼합물(混合物)이며 수중폭약(水中爆藥)은 종래폭약(從來爆藥)과 AN-FO로 제조(製造)한 바 이에 관(關)해서는 다른 논문(論文)에 기술(記述)했다. 본(本) 연구(硏究)에 있어서는 단일자유면(單一自由面) 발파(發破)에 있어서 격유폭약류(隔油爆藥類)를 사용(使用)한바 그 효과(效果)가 매우 양호(良好)하였음을 확인(確認)하였다.

Drilling position is one of the most important factors affecting on the blasting effects. There has been many reports on several blasting factors of burn-cut by Messrs. Brown and Cook, but in this study the author tried to compare drilling positions of burn-cut to pyramid-cut, and also to correlate burn-cut effects of drilling patterns, not being dealt by Prof. Ito in his theory, which emphasized on dynamical stress analysis between explosion and free face. According to former theories, there break out additional tensile stress reflected at the free face supplemented to primary compressive stress on the blasting with one-free-face. But with these experimented new drilling patterns of burn-cut, more free faces and nearer distance of each drilling holes make blasting effects greater than any other methods. To promote the above explosive effect rationary, it has to be considered two important categories under-mentioned. First, unloaded hole in the key holes should be drilled in wider diameter possibly so that it breaks out greater stress relief. Second, key holes possibly should have closer distances each other to result clean blasting. These two important factors derived from experiments with, theories of that the larger the dia of the unloaded hole, it can be allowed wider secondary free faces and closes distances of each holes make more developed stress relief, between loaded and unloaded holes. It was suggested that most ideal distance between holes is about 4 clearance in U. S. A., but the author, according to the experiments, it results that the less distance allow, the more effective blasting with increased broken rock volume and longer drifted length can be accomplished. Developed large hole burn-cut method aimed to increase drifting length technically under the above considerations, and progressive success resulted to achieve maximum 7 blasting cycles per day with 3.1m drifting length per cycle. This achievement originated high-speed-drifting works, and it was also proven that application of Metallic AN-FO on large hole burn-cut method overcomes resistance of one-free-face. AN-FO which was favored with low price and safety handling is the mixture of the fertilizer or industrial Ammonium-Nitrate and fuel oil, and it is also experienced that it shows insensible property before the initiation, but once it is initiated by the booster, it has equal explosive power of Ammonium Nitrate Explosives (ANE). There was many reports about AN-FO. On AN-FO mixing ratio, according to these experiments, prowdered AN-FO, 93.5 : 6.5 and prilled AN-FO 94 : 6, are the best ratios. Detonation, shock, and friction sensities are all more insensitive than any other explosives. Residual gas is not toxic, too. On initation and propagation of the detonation test, prilled AN-FO is more effective than powered AN-FO. AN-FO has the best explosion power at 7 days elapsed after it has mixed. While AN-FO was used at open pit in past years prior to other conditions, the author developed new improved explosives, Metallic AN-FO and Underwater explosive, based on the experiments of these fundmental characteristics by study on its usage utilizing AN-FO. Metallic AN-FO is the mixture of AN-FO and Al, Fe-Si powder, and Underwater explosive is made from usual explosive and AN-FO. The explanations about them are described in the other paper. In this study, it is confirmed that the blasting effects of utilizing AN-FO explosives are very good.