석재 채석 종합 가이드: 발파 도구, 자재, 공정 & 안전 수칙

이 글에서는 다음을 다룹니다: 1. 발파 도구 2. 발파 자재 3. 발파 공정 4. 주의사항.

발파 도구:

발파 공정에 필요한 도구는 다음과 같습니다:

(1) 디퍼(Dipper):

그림 2-5와 같으며 필요한 깊이까지 구멍을 뚫는 데 사용됩니다.

(2) 점퍼(Jumper):

그림 2-6과 같으며 발파 구멍을 뚫는 데 사용됩니다. 거의 수직인 구멍을 뚫는 데 더 효과적입니다.

(3) 프라이밍 니들(Priming Needle):

그림 2-7과 같으며 다짐(tamping) 시 구멍을 유지하는 데 사용됩니다. 한쪽 끝이 뾰족하고 다른 끝에 손잡이용 고리가 있는 얇은 구리봉 형태입니다. 구멍에 폭약을 채운 후 다짐 흙으로 채우고 이 니들을 중앙에 두어, 니들을 빼내면 도화선 삽입을 위한 통로가 생겨 폭파를 유도합니다.

(4) 스크레이핑 스푼(Scraping Spoon):

그림 2-8과 같으며 발파 구멍에서 분쇄된 돌가루를 긁어내거나 제거하는 데 사용됩니다. 한쪽 끝에 원형 판이 달리고 다른 끝에 손잡이용 고리가 있는 철봉 형태입니다.

(5) 탬핑 바(Tamping Bar):

그림 2-9와 같으며 발파 구멍 재충전 시 자재를 다지거나 탬핑하는 데 사용됩니다. 지름 10~15mm의 무거운 황동봉 형태이며 끝이 약간 뾰족합니다.

발파 자재:

발파 공정에 필요한 자재는 다음과 같습니다:

(1) 뇌관(Detonators):

뇌관은 다른 폭약의 폭발을 유도하는 장치입니다. 지름 6mm, 길이 25mm의 구리 실린더 형태입니다. 한 쪽은 막혀 있고 다른 쪽에 도화선이 돌출되어 있습니다. 수은 뇌만 6~9그레인(grain)이 부분적으로 채워져 있습니다. 다이너마이트를 폭약으로 쓸 때 사용됩니다. 뇌관은 도화선이나 전기 스파크로 발화됩니다.

(2) 폭약(Explosives):

발파 화약(blasting powder)과 다이너마이트가 흔히 쓰이는 폭약입니다. 발파 화약은 화약(gun powder)이라고도 하며 목탄, 질산칼륨(KNO3), 황의 기계적 혼합물입니다. 목탄, 질산칼륨, 황의 중량 비율은 15:75:10입니다. 때때로 질산칼륨을 칠레 질산칼륨(NaNO3)으로 대체하기도 합니다. 하지만 칠레 질산칼륨은 수분을 흡수해 장기 보관이 어렵습니다. 대략적인 기준으로 발파 화약 양은 다음 경험칙으로 구할 수 있습니다 –

발파 화약(N) = (최소 저항선 길이 m)² × 1.50.

따라서 최소 저항선(L.L.R.) = 1m인 암석엔 약 1.50N의 발파 화약이 필요합니다.

다이너마이트는 모래 흙 25%에 니트로글리세린 75%를 포화시킨 것으로, 이 비율은 작업 성격에 따라 달라집니다. 걸쭉한 페이스트 형태이며 보통 카트리지로 판매됩니다. 매우 독성이 강하고 피부 접촉만으로 심한 두통을 유발합니다.

발파에 쓰이는 다른 폭약들은 표 2.3에 나와 있습니다 –

알프레드 노벨(1833~96)은 19세기 후반 다이너마이트 개발로 세계적 명성과 부를 얻었지만 그 파괴 잠재력을 후회하며 막대한 재산을 노벨상 기금으로 남겼습니다. 노벨상은 물리, 화학, 의학, 문학 분야 업적과 평화 증진을 위해 노벨 재단이 수여하는 연례 국제상입니다.

노벨은 독신으로 350개 이상 특허(인조 견에서 영화 필름까지)를 냈고 의학에도 관여했으며 평화 운동에도 열심이었습니다. 시와 에세이도 틈틈이 썼습니다.

(3) 도화선(Fuses):

폭약 발화에 필요합니다. 타르로 코팅된 면 밧줄 형태에 미세 화약 심지가 연속으로 들어 있습니다. 좋은 도화선 연소 속도는 초당 약 10mm이며 연소 속도가 발화자가 안전한 곳으로 피할 시간을 주므로 슬로우매치 퓨즈(slow-match fuse)라고도 합니다. 전기 발파용으로는 특허받은 전기 도화선이 쓰입니다.

발파 공정:

발파는 수공 드릴링으로 다음과 같이 수행됩니다:

(i) 점퍼, 디퍼, 스크레이핑 스푼으로 필요한 깊이와 직경의 발파 구멍을 뚫습니다. 간격마다 소량 물을 넣어 암석을 부드럽게 하고 먼지를 페이스트로 만듭니다. 이 페이스트는 스크레이핑 스푼으로 쉽게 제거됩니다.

(ii) 발파 구멍을 청소합니다. 헝겊이나 마른 천을 묶은 작은 철봉을 돌려 구멍을 말립니다. 몇 번 돌린 후 봉을 뺍니다.

(iii) 화약이나 다이너마이트 장약을 구멍 바닥에 놓습니다. 프라이밍 니들(얇은 구리봉)을 위치시킵니다. 빼기 쉽게 그리스를 칠합니다.

(iv) 발파 구멍 나머지 부분을 마른 사질 점토, 모룸(moorum), 개미집 흙으로 층층이 채웁니다. 각 층은 단단히 다져야 합니다. 다짐은 황동 탬핑 바로 합니다. 다짐 중 프라이밍 니들을 자주 돌려 구멍이 완전히 채워지면 쉽게 뺄 수 있게 합니다.

(v) 다짐 완료 후 프라이밍 니들을 자주 돌리며 천천히 빼내 길고 좁은 구멍을 남기고, 여기에 화약이나 다이너마이트를 채웁니다(그림 2-10).

(vi) 도화선을 구멍에 삽입하고 구멍 밖으로 약 600~900mm 길이로 나오게 합니다. 이렇게 위쪽 도화선과 아래쪽 장약 사이에 연결이 형성됩니다.

폭약이 다이너마이트일 때 뇌관을 사용합니다. 안전 도화선 코일에서 날카로운 칼이나 퓨즈 커터로 필요한 길이만큼 직선으로 자릅니다. 방금 자른 도화선 끝을 뇌관에 닿을 때까지 부드럽게 삽입합니다.

뇌관 뚜껑 열린 쪽을 니퍼로 부드럽게 눌러 도화선을 단단히 고정합니다. 다이너마이트 카트리지 한 끝을 열고 황동 바늘로 장약에 구멍을 냅니다. 뇌관을 다이너마이트 카트리지 구멍에 삽입합니다.

카트리지 종이를 닫고 뇌관 바로 위 도화선을 철사나 트와인(삼, 면 등 2가닥 이상 꼬아 만든 강한 끈)으로 단단히 묶어 고정합니다. 이를 프라이머 카트리지(primer cartridge)라 하며 발파 구멍에 부드럽게 넣어 도화선 자유단이 구멍 밖에 있게 합니다.

(vii) 도화선 자유단에 발화합니다. 성냥이나 전기로 할 수 있습니다.

전기 발화의 장점:

(a) 발화 작업을 현장에서 멀리 떨어진 거리에서 할 수 있어 안전합니다.

(b) 시간과 노동력 절약.

(d) 물속이나 습한 곳 도화선 발화에 유용합니다.

(e) 적절한 신호 체계로 사고 예방 가능.

(f) 불발 위험이 없습니다.

(viii) 폭발로 암석이 작은 블록으로 부서집니다. 좋은 발파는 둔탁한 소리를 냅니다. 블록들을 수거해 후처리합니다.

발파 시 주의사항:

발파 중 심각한 사고 예방을 위해 다음 주의사항을 준수해야 합니다:

(1) 폭발 실패:

어떤 이유로 장약이 폭발하지 않을 수 있습니다. 이 경우 실패한 구멍 근처에 새 발파 구멍을 뚫고 발파 공정을 반복합니다. 새 구멍은 실패한 구멍과 너무 가깝지 않아야 합니다. 많은 경우 새 구멍 폭발이 실패한 구멍 장약도 같이 터뜨려 심각한 사고로 이어질 수 있습니다.

(2) 최소 저항선(Line of Least Resistance):

암석엔 틈새, 균열, 단층, 층리면이 있습니다. 폭발 시 가스 발생. 발파 구멍이 충분히 단단히 다져지면 가스가 구멍으로 나올 수 없습니다. 이때 가스는 최소 저항 경로를 따릅니다.

이를 최소 저항선(L.L.R.)이라 합니다. 실무에서는 장약 중심과 가장 가까운 암석 표면 사이 최단 거리로 봅니다(그림 2-10). L.L.R. 길이는 발파 필요 폭약량 결정에 중요한 역할을 하므로 신중히 결정해야 합니다.

(3) 니들과 탬퍼:

구리, 황동, 청동으로 만들어야 하며 강철은 안 됩니다. 강철이 암석에 부딪히면 불꽃이 생겨 조기 폭발로 심각한 사고를 유발할 수 있습니다.

(4) 발파 공고:

발파 구역에 아무도 들어갈 수 없습니다. 구역 둘레 적절한 곳에 공고문과 붉은 깃발 같은 가시적 표지를 설치해야 합니다. 저녁 늦게나 아침 일찍 발파 작업은 피하는 게 바람직합니다. 고정된 발파 작업 시간을 공공에 알려야 합니다.

(5) 안전 거리 확보:

도화선은 발화 후 작업자가 안전한 거리까지 대피할 수 있는 것이어야 합니다. 대규모 작업엔 호각이나 사이렌으로 작업자에게 폭발 전 안전 장소로 대피하도록 경고합니다.

(6) 물 유입:

발파 구멍에 물이 들어오는 경우 폭약 장약을 얇은 철판이나 방수지에 넣어야 합니다.

(7) 숙련된 감독: