Numerical Study on the Effects of Air Decking in Half Charge Blasting Using AUTODYN

Khaqan Baluch,김정규,김승준,Jin Guochen,정승원,양형식,김남수,김종관 대한화약발파공학회 2018 화약발파 Vol.36 No.4

This numerical study was intended to evaluate the applicability of the half charge blasting to mining and tunnelling. The half charge blasting is a method that two separate rounds are sequentially blasted for the rock burdens in which long blast holes have already been drilled at one operation. The aim of the method is to decrease the construction cost and period in mining and tunnelling projects as well as to increase the blasting efficiency. Several numerical analyses were conducted by using the Euler-Lagrange solver on ANSYS AUTODYN to identify the effects of the suggested method on the blasting results in underground excavations. The overall performance of the suggested method was also compared to an ordinary blasting method. The analysis model was comprised of the Eulerian parts (explosive, air, and stemming materials) and the Lagrangian parts (rock material). As a result, it was found that, owing to the air decks formed in the bottom parts of the long blast holes, the first round of the suggested method presented a higher shock pressure and particle velocities in the vicinity of the blast holes compared to the ordinary blasting method.

An Experimental and Numerical Study on the Stemming Effect of a Polymer Gel in Explosive Blasting

Khaqan Baluch,김정규,고영훈,김승준,정승원,양형식,김용기,김종관 대한화약발파공학회 2018 화약발파 Vol.36 No.4

In this study, several concrete-block blast tests and AUTODYN numerical analyses were conducted to analyze the effects of different stemming and coupling materials on explosion results. Air, sand, and polymer gel were used as both the stemming and coupling materials. The stemming and coupling effects of these materials were compared with those of the full-charge condition. Soil-covered or buried concrete blocks were used for field crater tests. It was found from the concrete block tests and numerical analyses that both the crater size and the peak pressure around the blast hole were higher when the polymer gel was used than when the sand and the decoupling condition were used. The numerical analyses revealed the same trend as those of the field tests. Pressure peaks in concrete block models were calculated to be 37, 30, and 16 MPa, respectively, for the cases of the polymer gel, sand, and no stemming and decoupling condition. The pressure peak was 52 MPa in the case of full-charge condition, which was the highest pressure. But the damage area for the case was smaller than that obtained from the use of polymer gel. Full-charge was also used as a reference test.

발파공 내 전색물의 커플링 효과에 대한 AUTODYN 수치해석

( Khaqan Baluch ),고영훈 ( Young Hun Ko ),양형식 ( Hyung-sik Yang ) 대한화약발파공학회 2017 화약발파 Vol.35 No.3

전색물 충전이 발파공에서 주변 암반으로 압력파를 전달하는 데 미치는 영향을 AUTODYN으로 해석하고 비교하였다. 공기, 모래, 물, 10%와 20% 젤라틴의 다섯 전색물을 선정하였다. 수치해석 결과 발파공 주변의 관측점은 전색물에 따라 각각 다른 압력을 보였으며 고압일수록 파쇄도가 높은 것으로 간주하였을 때 20% 젤라틴이 가장 나은 것을 알 수 있었다. 따라서 젤라틴은 충전재로서 모래나 물 이상의 효과를 나타내는 것으로 확인되었다. Coupling effects of the stemming materials for single borehole were studied by AUTODYN analysis and compared to understand the role of different stemming materials on transmitting the pressure from blasthole to the surrounding rocks. Five different material properties, air, sand, water, 10% and 20% gelatin were selected. Authors assumed that high pressure detected in borehole means better fragmentation. Simulations show that these coupling materials lead to different level of pressure in the blasting hole and 20% gelatin turns out to be highest among them. Results show that gelatin can be used as better coupling material than sand or water.

수중 불분리성 그라우트 개발 기술 동향

( Khaqan Baluch ),김정규 ( Jung-gyu Kim ),김종관 ( Jong-gwan Kim ),유지윤 ( Ji-yun Yu ),양형식 ( Hyung-sik Yang ) 대한화약발파공학회 2020 화약발파 Vol.38 No.4

수중 불분리성 그라우트는 수중 현장에 광범위하게 사용된다. 그러나 접합강도, 펌프 능력 및 강도 손실과 같은 주요 문제점이 여전히 존재한다. 본 연구에서는 자기충전, 비파괴 방지 그라우트 연구에 기초하여 이 분야의 현황을 파악하기 위해 수중 시공 및 카르스트 공동 실링에 관한 연구 동향에 대해 검토하였다. 그라우트를 수중에 사용할 경우, 공기 중에서 시공하는 것에 비해 강도와 접합강도가 손실될 것이다. 이를 방지하기 위해 고점도의 그라우트를 통해 카르스트 공동을 실링하고 있지만, 대심도에서는 그라우트의 펌핑 능력에 심각한 문제를 발생시키므로 기존의 수중 불분리성 그라우트와 콘크리트는 대심도 환경에 적합하지 않음을 의미한다. Although anti-washout grouts are used extensively in underwater targets, major constraints continue to be associated with their use. These include poor bonding strength, poor pumpability, and loss of high strength in everyday engineering applications. In this study, based on the literature pertaining to self-compacted, non-dispersive, anti-washout grouts, a review of research trends in anti-washout grouts for underwater construction and sealing of karst cavities was carried out in order to determine the problems faced in this field. Grouts used under water suffer a loss of strength and bonding strength in comparison to grouts cast in air. Researchers are designing high-viscosity grouts to overcome the inrush of water and seal karst cavities; however, in doing so, they have inadvertently caused serious problems pertaining to the pumpability of these grouts and concretes in deep target locations. Thus, the majority of the anti-washout grouts and concretes that have been developed are not applicable to deep target environments, instead being suitable for only near-surface targets.

콘크리트 배수관로 보호구의 지반진동 저감 성능에 관한 수치해석적 연구

정승원 ( Seung-won Jung ),김정규 ( Jung-gyu Kim ),김준하 ( Jun-ha Kim ),( Khaqan Baluch ),김종관 ( Jong-gwan Kim ) 대한화약발파공학회 2021 화약발파 Vol.39 No.4

본 연구에서는 발파진동에 대한 콘크리트 배수관로 보호구의 내진성능을 비교하기 위해 일련의 FEM 수치해석을 수행하였다. 비교 대상은 본 연구에서 제안하는 두 종류의 ㅁ 형태의 보호구와 재래식의 ㄷ 형태의 보호구이다. 해석 과정에서는 폭원 이격거리와 지발당 장약량을 변화시키면서 세 종류의 보호구의 내진 저항을 비교하였다. 그 결과, 본 연구에서 제안하는 두 종류의 보호구가 진동저감 성능의 측면에서 재래식 보호구에 비해 더 우수한 것으로 나타났다. In this study, a series of FEM numerical analyses was conducted to compare the resistance performance of concrete drainage protection facility to blast vibration. Two different types of ㅁ-shaped protection facility, which are suggested in the study, were compared to the traditional ㄷ-shaped one. In the analyses, the vibration resistances of the three protection facilities were evaluated under the varying conditions of the standoff distance from the explosion and charge weight per delay. As a result, it was found that the two proposed types of drainage protection facilities are superior to the traditional one in the vibration reduction performance.

트라우즐 연주시험과 수치해석에 의한 전색 매질별 발파효과 영향에 관한 연구

고영훈 ( Young-hun Ko ),김승준 ( Seung-jun Kim ),( Khaqan Baluch ),양형식 ( Hyung-sik Yang ) 대한화약발파공학회 2017 화약발파 Vol.35 No.4

트라우즐 연주시험은 폭발물의 영향을 측정하기 위한 방법 중 하나이다. 일정크기 연주기둥 중앙의 발파공 내부에서 폭발에 의한 용적 확대량을 측정하여 폭발력을 측정하는데 이용된다. 본 연구에서는 발파공 내부폭약주변의 채움재에 따른 폭발영향을 비교분석하기 위하여 트라우즐 연주시험 및 AUTODYN 수치해석을 하였다. 사용폭약은 일반 에멀젼 폭약을 적용하였고, 디커플링 조건과 모래, 물, 젤라틴의 충전재를 선정하였다. 시험 및 수치해석 결과 연주블록 발파공의 확대 정도는 물과 젤라틴이 유사하였고, 모래, 디커플링 조건 순으로 확대치를 나타냈다. 또한 연주기둥 외곽에서 측정한 동적 변형률 및 수치해석 전달압력의 경우 시험결과와 상응하였고, 같은 양상을 확인할 수 있었다. The most widely used method for determining the blast effects of explosives is the Trauzl lead block test. This test is used to measure the explosive power (strength) of a substance by determining volume increase, which is produced by the detonation of a test explosive charged in the cavity of a lead block with defined quantity and size. In this paper, Trazul lead block test and AUTODYN numerical analysis were conducted to evaluate the coupling medium effect of blast hole. The effects of coupling materials can be expressed as the expansion of the cavity in a standard lead block through explosion of the explosives. The tests were conducted with emulsion explosives. The coupling mediums used as the filling material around a explosive charge were air, sand, water and gelatine. Results of test and numerical analysis showed that expansion of lead block were much more affected by water&gel than by sand and air. The water and gel showed similar results. As expected, the transmitted pressure and dynamic strain was higher in water and gelatine coupled blast hole than in air and sand.

분무 가이더를 이용한 워터 백 기폭 시 폭약의 위치에 따른 분사 성능실험 및 평가

김승준 ( Seung-jun Kim ),김정규 ( Jung-gyu Kim ),고영훈 ( Young-hun Ko ),정승원 ( Seung-won Jung ),( Khaqan Baluch ),( Jin Guochen ),양형식 ( Hyung-sik Yang ) 대한화약발파공학회 2018 화약발파 Vol.36 No.3

국가 산업발달과 경제발전으로 사회 기반시설 및 각종 편의시설 등에 대한 지하 공간 사용이 급격히 증가되면서 터널과 같은 지하공간에 대한 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 지하 공간 발파 시 발생되는 분진저감을 위해 분무 제어 시스템을 개발하였다. 분진저감 효과를 증대시키기 위해 분무 방향을 막장 방향으로 제어할 수 있는 분무 가이더를 고안하였다. AUTODYN 프로그램을 이용한 수치해석을 실시하고 그 결과를 기초실험과 비교하였다. 워터 백 내부 도폭선 위치에 따른 분무 확산효과를 검증하기 위해 중앙장약, 하단장약에 대한 수치해석을 하고 실험을 통해 검증하였다. 최적 조건은 뇌관 외부 기폭과 워터 백 내 도폭선 중앙장약이었으며, 그 결과로 인한 분무 입경은 광산 및 터널에서 발파 후 분진 저감에 적합하였다. With the recent industrial developments and economic development nationally, there has been a rapidly increasing demand for the use of underground space as locations for establishing social infrastructure and various convenience facilities. In this study, a mist-control system was developed to reduce the generation of dust in underground blasting. To enhance the dust-reduction effect, a guiding device was developed which is capable of adjusting the direction of the spray toward’s the blasting face of mine or tunnel. A numerical analysis was performed by using the AUTODYN software, and results were compared with those published in basic experiments. To verify the mist-diffusion effect according to the position of explosives in a water bag, numerical analyses were conducted for the following cases: Explosives were set in the middle, and in the bottom of the water bag. The optimum condition was external detonation and center charge. The mist particle size from the result was suitable for the reduction of dust after blasting in underground mine and tunnel.

광산 통기수갱발파에서 전색조건이 발파효율에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구

김준하 ( Jun-ha Kim ),김정규 ( Jung-gyu Kim ),정승원 ( Seung-won Jung ),고영훈 ( Young-hun Ko ),( Khaqan Baluch ),김종관 ( Jong-gwan Kim ) 대한화약발파공학회 2021 화약발파 Vol.39 No.3

통기 수갱은 지하공간 개발시 분진 또는 매연 등을 제거하기 위해 광산과 터널에서 사용되는 통로이다. 광산에서는 통기 수갱 개발을 위해 10∼20m 구간의 크라운필라 영역을 1회의 장공발파로 굴착하는 공법이 적용 가능하다. 이 경우 천공오차를 파악하기 위해 장약공을 완전히 천공하였을 때 장약공 하부가 구속되지 않으며, 또한 이는 폭약 장약과 발파효율을 떨어트리는 문제를 발생시킨다. 이는 장약공 하부에 전색을 사용함으로 장약공 하부를 전색하여 폭약 장약의 문제를 해결하고 발파효율을 증가시킬 수 있다. 본 연구에서는 ANSYS AUTODYN 2D SPH(Smooth particle hydrodynamics) 해석기법을 이용하여 장약공 직경(45, 76mm)과 다양한 전색장을 달리한 통기 수갱 발파 시뮬레이션을 실시하였다. 또한 발파에 따른 하부의 대괴 사이즈, 저항선을 확인하여 최적의 하부전색장을 도출하였다. 해석 결과 하부전색장 30cm 이하의 경우 발파효율이 저하되며, 발파효율을 높이기 위해서 30cm 이상의 전색장을 적용하여야 함을 확인하였다. Ventilation shafts are pathways in mines and tunnels for the removal of dust or smoke during underground space construction and operation. In mines, blasting with long blast holes is preferred for the excavation of a ventilation shaft in the 10∼20m long crown pillar section. In this case, the bottom part of the blast hole is completely drilled in order to determine the drilling error, and this causes a problem of lowering the explosive charge and blasting efficiency. It is possible to solve the problem of explosive loading and to increase the blast efficiency by covering the curb of the blasthole by using stemming material. In this study, simulations for the blasting of a ventilation shaft were performed with various stemming lengths and the blasthole diameters(45, 76mm) using AUTODYN 2D SPH(Smooth particle hydrodynamics) analysis technique. Also the optimal bottom stemming column was derived by checking the size of the boulder and burden line according to blasting. Analysis result, blasting efficiency is lessened in case of stemming length less than 30cm and the optimal length of the stemming material should be 30cm or higher to achieve high efficiency of blasting.