일기장 2장. 화약각론 - 화공품류

6. 화공품류(도화선, 뇌관, 도폭선 등)

화약이나 폭약을 점화, 점폭, 전폭시키는 시동적인 역할을 하는 것

목적과 역할: 화약류의 연소와 폭발을 유발시키기 위한 인화, 점화, 기폭을 하는데 있고, 도화선과 도폭선, 뇌관 등이 있다.

 

6-1. 도화선: 분상 흑색화약을 심약으로 실이나 종이로 감싸고 방수도장한 것

① 연소 속도에 의한 분류

- 속연 도화선: 흑색화약을 종이 테이프로 피복하고 화약과의 사이에 약간의 공간을 두어 연소속도가 30~300m/s로 폭발적으로 진행

- 완연 도화선: Bickford 도화선 등 연소속도를 1m당 100~140±10초로 한 도화선

② 피복정도에 따른 분류

- 제1종(탄광용): CH4, 간스, 탄진에 인화되지 않도록 하기 위해 긴 불꽃을 붙지 않게 한 것

- 제2종(광산용): 피복 연소성이 조금 있고 내수성이 있도록 한 것

- 제3종(토목용): 피복이 거의 연소하고 발열량이 매우 많은 것

<도화선별 성능>

구분 | 선의 지름 | 연소시간 | 피복연소성 | 내수성 | 발열정도 | 용도

제1종 | 5mm이상 | 1m당 120초 | 없음 | 수심 1m 2시간 | 미량 | 수중터널, 탄광용

제2종 | 4.8mm | 1m당 120초 | 반량 연소 | 2시간 | 약간 많음 | 광산용

제3종 | 4.6mm | 1m당 130초 | 거의 연소 | 1시간 | 매우 많음 | 토목, 채석용

 

1) 완연 도화선

: 주로 사용되는 것은 Bickford 도화선이며 끈 모양의 도화선이다.

① 제조공정: 흑색화약 3.5g을 1m에 3가닥 심지로 뽑아 내면서 그 둘레를 무명실과 종이 테이프로 감은 다음 방수테이프를 칠해 선의 굵기를 4.6~5.5mm로 해 끈 모양으로 제조

<도화선의 구조>

구조 | 심지 | 약량 | 제1피복 | 제2피복 | 방수 | 제3피복 | 제4피복 | 외부 

제1종 | 무명실 3줄 | 흑색 분말화약 3.5g/m | 삼실 11개 이상 | 삼실 7줄 | 방수도장 검은색 | 종이 테이프 | 무명실 10줄 | 흰색

제2종 | 무명실 3줄 | 흑색 분말화약 3.5g/m | 삼실 13개 이상 | 삼실 5줄 | 방수도장 검은색 | 종이 테이프 | 무명실 8줄 | 흰색

제3종 | 무명실 3줄 | 흑색 분말화약 3.5g/m | 삼실 10개 이상 | 삼실 5줄 | 방수도장 검은색 | 종이 테이프 | 무명실 8줄 | 흑색

②도화선이 갖추어야 할 조건

- 연소속도가 일정해야 하며, 단위 길이당 약량과 약포지름도 균일해야 함

- 연소속도가 1m당 100~140±10초여야 함

- 수중 또는 물이 많은 곳은 비닐 도화선을 사용하지만, 내수성이 수심 1m에서 2시간 유지되어야 함

◎ 안전 도화선

도화선 발파시 점화 도중 폭발 사고를 방지하기 위해 사용하는 도화선

같은 도화선을 그 발파에 사용하는 가장 짧은 길이의 1/2 또는 그 이하의 길이의 도화선을 준비하여 이것에 미리 점화한 다음, 장전되어 있는 도화선에 점화

처음에 점화한 도화선의 연소가 끝나면, 장전 도화선의 점화가 전부 끝나지 않아고 대피한다.

이때, 처음 사용한 도화선을 안전 도화선 또는 표준 도화선, 반 도화선이라 함.

③ 도화선의 내수성

도화선을 물 속에 30분간 담근 후 연소 시험을 하며, 양 끝을 방수가공하지 않고 시험

제1종은 10m까지, 제2종은 2m까지, 비닐도화성은 50m이상에서도 내수성

- 수압하의 내수성: 도화선은 수중에서 연소시키면 연소가스의 방출이 힘들기 때문에 공기 중에서보다 빠름

- 수온과 내수성: 수온 상승이 물의 증기압을 높여 도화선 속의 기포 방출을 가속화하게 해 침수 속도가 빠름

- 침적 방향과 내수성: 도화선을 세로로 하면 모세관 현상으로 인해 가로 방향보다 공기와 물이 빠르게 교환되어 내수성이 적음

 

6-2. 도폭선

폭약을 심약으로 플라스틱이나 금속관을 이용해 피복한 것

제1종, 제2종, 제3종 도폭선이 있고, 심약에 따라 분류함

제1종 도폭선: T-도폭선(TNT+납관), P/A-도폭선(피크린산+주석관)

제2종 도폭선: P-도폭선, H-도폭선(펜트리트나 헥소겐 심약을 종이테이프, 마사, 면사 등으로 피복한 후 아스팔트 등으로 방수처리)

제3종 도폭선: 2종 도폭선에 방수 도료를 발라 방수처리한 것

① 제1종 도폭선: T-도폭선, P/A-도폭선

- 기준 도폭선, TNT와 피크린산을 심약으로 납관을 사용함

- 심약량 10~20g/m, 폭속 5500m/s

- 폭속 시험용으로 사용

② 제2종 도폭선: P-도폭선, H-도폭선

- 헥소겐을 심약으로 사용했으나, 현재는 주로 펜트리트 심약으로 사용하고 심약량을 8~10g/m

- 피복은 종이테이프, 마사, 면사를 사용

- 폭속 6000m/s

- 용도: 장공발파, 대발파

③ 제3종 도폭선

: 2종 도폭선에 방수도료를 발라 수압 0.3kg/m^2(수심 10m에서 3시간)에서 내수할 수 있는 것으로 심수용 도폭선이라고도 함

◎ 도폭선의 결선 및 뇌관의 결합 방법

- 접속: 폭발 진행 방향으로 연속 점화되도록 5cm 이상 테이프로 감아 접속시키거나 고리형태로 접속

- 분기: 폭발 진행 방향으로 5cm 이상 테이프로 감아 밀착 접속하거나 고리모양으로 직각이 되게 연결

- 도폭선과 뇌관의 결합: 뇌관의 후두부를 도폭선의 폭발진행방향으로 결합

 

6-3. 뇌관

1) 뇌관의 분류

뇌관: 폭약 또는 화약을 폭발시키기 위해 기폭약과 첨장약을 금속관체에 장전한 것

관체와 점폭약에 따라 구리뇌관(뇌홍), Al뇌관(질화납), 혼성뇌관(테트릴, 헥소겐, 뇌홍폭분 등), DDNP뇌관(DDNP), 철뇌관(뇌홍, 질화납, DDNP) 등이 있음

<뇌관의 분류>

- 비전기식 뇌관: 공업뇌관, 허큐데트 뇌관(Hercudet), 노넬(Nonel) 뇌관

- 전기식 뇌관:

 저압전기 뇌관: 백열전기 뇌관, 백열유극 전기뇌관

 고압전기 뇌관: 백열유극 전기뇌관, 유극전기 뇌관, 분로전기 뇌관

백열전기뇌관: 순발전기 뇌관, 지발전기뇌관, (단발전기뇌관), 심수용 전기뇌관, 탐광용 전기뇌관

DS뇌관, MS뇌관, HS뇌관

 

2) 뇌관의 특성

- 규격: 안지름 6.2mm, 바깥지름 6.5mm

- 번호가 클수록 길고, 위력도 강력함

- 첨장약: 테트릴, 헥소겐, 펜트리트

- 점폭약: 뇌홍폭분(뇌홍:염소산칼륨=80:20), 질화납, DDNP

구분 | 구리뇌관 3호 | 구리뇌관 6호 | 구리뇌관 8호 | 알루미늄뇌관 6호

기폭약 | 0.3g | 0.4g | 0.5g | 0.3g

첨장약 | 0.35g | 0.45g | 0.90g | 0.45g

길이 | 30mm | 35mm | 50mm | 35mm

 

3) 공업뇌관과 전기뇌관의 차이점

공업뇌관: 도화선 점화로 도화선의 불꽃이 뇌관의 기폭약을 점폭, 하부에 있는 첨장약을 폭발. 기폭약-뇌홍폭분, 첨장약-테트릴, 펜트리트, 헥소겐 등. 기폭약에 따라 뇌홍일 때 Cu관체, 질화납일 때 Al관체, 현재는 DDNP를 사용.

전기뇌관: 공업뇌관에 전교장치를 한 것. 각선 끝에 백금 전교를 붙이고 점화약을 붙인 다음 각선에전기를 통하여 백금성이 점화옥을 발화하고 계속해서 점화약에 점폭. 점화약과 기폭약 사이에 연시장치를 하면 일정 시간 후에 점폭. 지연장치 유무에 따라 순발전기뇌관과 지발전기뇌관.

DSD는 25/100~50/100초, MDS는 25/1000~50/1000초 간격으로 기폭

 

4) 전기뇌관

① 고압전기뇌관: 고압을 사용해 기폭하는 뇌관. 고압전기 발파기 또는 고압전력을 사용하므로 현재는 사용 안함.

② 저압전기뇌관: 뇌관에 전기식 점화장치를 하고 2개의 전극 사이에 전기를 통하게 해 전열작용으로 점화약을 발파하는 뇌관. 사용전기는 0.5~2.0V, 1.0~1.5A, 0.8~1.5Ω. 각선 끝에 저항이 큰 백금전교가 붙어있으며 주위에 점화약이 있어 저항열로 점화 및 폭굉.

점화약으로는 로단납과 염소산칼륨(KClO3)의 혼합물을 용제로 아세톤과 초산아밀 등과 잘 섞어 백금전교에 발라 말린것을 사용.

- 단발전기 뇌관: 0.1~1초 간격 사이의 DS뇌관 (25/100~50/100초)

- MS 뇌관: 1/1000초 간격의 MS 지발 뇌관 (25/1000~50/1000초)

 

◎ MS 전기 뇌관의 장점

- 발파시간 단축, 폭약과 천공비용 절감

- 파쇄상태 양호, 채광량 증가

- 발파에 수반되는 진동 및 폭음이 약해 보안상 유리

 

◎ 내압전기뇌관과 내압 폭약

- 내압전기뇌관: 수중바랖에 사용하며 EDX로 판매되는데, EDX-1의 경우 내수압성이 10기압에서 30일, 내충격성은 400kg/cm^2이하.

- 내압폭약: 수중발파 등 내압성이 필요한 장소에 사용하는데, 다이너마이트계(GX), 주조폭약(CX), 성형폭약(SX)이 있고, GX는 다른 2가지보다 내압성을 약하나 전폭성을 좋음.

 

◎ 내정전기뇌관(Anti-static electric detonator)

전류에 의해 발화하도록 설계되어 있는 전기뇌관에 정전기에 의한 폭발을 방지하기 위해 전기뇌관에 방전불꽃이 일어나지 않는 절연형으로 하거나, 방전불꽃이 일어나도 점화옥과 관체 사이에서만 일어나도록 하는 구조를 가진 전기뇌관

- 내정전기 뇌관의 구조

> 절연방식: 각선과 관체 사이에 절연재를 쓰고 일정 이상의 고압이 아니면 절연파괴되지 않도록 해 불꽃방전을 방지하는 것

> 방전방식: 각선과 관체 사이에 저항체를 배치하고 정전기 에너지가 그 부분에서 안전하게 소비 되도록 한 것

> 복합방식: 절연방식과 방전방식을 복합적으로 조합한 것

- 성능

> 내정전기 뇌관, 콘덴서 용량은 2000PF, 한계전압은 8~25kV, 정전에너지는 64~625E

 

5) 비전기식 뇌관(NONEL)
Al관체로 공업뇌관 8호에 해당하며 외경이 7.5mm인 지발전기뇌관

시간 단차는 75ms에서 500ms까지 25ms간격으로 제조

① Nonel 뇌관 특징

- 비전기식이며, 미주전류와 정전기, 천둥, 전파에 안전함

- 초시 정밀도가 정확해 단발발파 가능

- 커넥터(Connector)를 이용해 무한한 단수를 얻을 수 있음

- 튜브 길이 변화로 지극히 짧은 단차를 얻을 수 있어 발파진동의 억제효과

- 비전기식 튜브의 폭발음은 지극히 작아 주위에 영향을 주지 않음

- 결선 누락을 계측기로 점검하지 못해 육안으로 확인해야 함

 

◎ 허큐데트(Hercudet) 뇌관

비전기식 뇌관으로 뇌관에 각선 대신 Plastic tube가 붙어있고, 점화옥 부분은 공간으로 되어 있음. 발파회로는 tube를 접속함으로써 형성, 회로에 전용 박스로부터 산소와 연소가스를 소정의 혼합비로 개량 및 혼합하여 보내 전용 발파기로 점화해 기폭함.

점화 후 가스의 폭발반응은 2500m/s로 발파회로 tube 내를 진행하여 뇌관에 점화.

Delay time(연시)은 혼합가스의 반응속도의 차이로 생김.

Al관체로 직경 7mm, 길이 65~100mm로 제작.

 

◎ NONEL SYSTEM: 비전기식 발파 시스템

전기뇌관의 단점을 보완하기 위해 개발한 뇌관, 플라스틱 튜브 내에 폭속이 2000m/s 폭약(HMX, 헥소겐)이 도포되어 있는 노넬 튜브 등으로 구성.

- 노넬 시스템의 특징

> 비전기적으로 정전기, 미주전류, 낙뢰 등에 안전 (고압전선이 있는 작업장도 가능, 장약 중에도 전기식 잠수펌프 작동가능, 정전기가 발생하는 Charger기 사용가능, 낙뢰 발생 우려가 있는 노천광산에도 사용)

> 연결작업이 신속, 15~20개를 1묶음으로 연결해 연결시간 단축

>노넬 튜브는 외부의 충격, 열 등의 기계적 에너지에 강함 

(갱도 천반에서의 부석(12kg)이 떨어져도 절단 안 됨. 

불로 태워도 폭발하지 않아 고온(+50℃)에서도 안전. 

전파에너지에 강함.)

> 계단 발파 및 장공 발파에서의 연시를 다양하게 조절해 발파효과 증대

> 100ms, 200ms, 500ms 등을 커넥터로 다양하게 조절 가능

 

- 노넬 시스템의 구성: 노넬튜브, 노넬뇌관, 커넥터 등으로 구성

> 튜브: 외경 3mm의 플라스틱 관

> 뇌관: Al 관체로 고성능 첨장약 내장, 튜브가 연결

> UBO 커넥터: 튜브에서 온 충격파를 즈폭해 많은 튜브에 연결시켜 주는 장치

> 스타터: 커넥터와 같은 기능. 길이가 50~100m로 발파모선으로 사용

> Bunch 커넥터: 갱도발파에 적용되는 것. UBO와 도폭선을 연결해 튜브 15~20개를 1개 Bunch로 연결

> 멀티클립: 튜브와 도폭선을 연결하는 핀

> GT/T: 어느 규격의 터널에도 적합하게 만든 다단 노넬 뇌관

 

- 노넬 커넥터 연결 방법

UBO 커넥터는 8개의 튜브를 연결가능하며, 7개를 연결하고 1개는 다른 UBO에 전파

<연결시 주의사항>

- 연결은 항상 점화 순서의 주방향과 같도록 실시

- 튜브 길이는 공과 커넥터 뭉치가 가능한 짧게 조정

- 대발파시 연시 초시의 고유 번호를 재확인해 혼동 방지

> 도폭선과 튜브 연결 방법

심약 3~5g/m인 도폭선을 사용. 각 클립으로 도폭선을 연결해 미끄러지지 않게 한 후 도폭선과 튜브의 안전거리를 최대 20cm가 되도록 함

- 발파기: HN, NONEL STATER

- 노넬 시스템 적용시 주의사항

<장약 전>

- 사용 전 천공장과 천공배열을 염두에 두고 적당한 길이의 튜브를 선택해야 장약 및 연결 작업이 신속해지고 확인 작업도 용이해져 전체 경비의 최소화

- 포장에 기재된 시간 내에 사용

- 포장을 뜯을 때 손상되지 않도록 주의

<장약 중>

- 튜브 포장은 손으로 찢어 사용하고, 손상 여부를 확인

- 손상된 뇌관은 사용하지 않음

- 장약 중 커넥터들이 파손되지 않게 약간씩 당겨줌

- 장약 중 튜브들이 커넥터에서 이탈되지 않게 함

<연결 중>

- 연결 작업시 불필요한 장비는 이동

- 실제 현장에서는 1인이 연결

- 커넥터들은 가능한 발파공에 가깝게 하면 육안 식별이 쉬움

- 커넥터의 튜브는 가능한 짧은 것으로 최대 6cm 정도로 함

- 발파공 입구에서 커넥터 뭉치의 튜브가 손상되지 않았나 확인하며, 커넥터도 같이 확인

- 지표에서 연결할 때 지나치게 튜브를 당기지 말고, 가능한 짧게 해 튜브의 손상을 주지 않게 함

- 막장에서 모든 뇌관이 잘 연결됐나 확인

- 모든 커넥터 뭉치가 잘 연결됐나 확인

- 튜브와 커넥터 뭉치, Bunch 뭉치가 최대 0.2m로 잘 유지되고 있는가 확인

- 모든 주연결선이 연결됐나 확인

- 전기뇌관을 사용해 점화할 경우 전원을 완전히 차단

- 점화용 Nonel은 발파 순간까지 보호해야 하므로 나무판 등으로 덮어놓음.