에어데크 적용 시 발파공 내 압력변화 특성에 대한 수치해석

강대우 ( Dae Woo Kang ),허원호 ( Won Ho Hur ) 대한화약발파공학회 2011 화약발파 Vol.29 No.1

에어데크 공법은 노천광 및 대규모 발파현장에서 널리 쓰이는 대표적인 발파기술 중 하나이다. 에어데크 공법의 효율성 극대화를 위해 그간 많은 연구와 실험이 이루어졌으며, 공내에서 어떠한 압력 거동을 일으키는가를 규명하기 위한 노력들이 있었다. 본 연구에서는 다양한 에어데크 조건하에서 각 에어데크 구간이 어떠한 압력의 차이를 일으키는가에 대해 수치해석적으로 분석하였고, 에어데크의 위치와 에어데크 구간의 길이에 대한 압력변화를 알아보았다. 기본적으로 모든 수치해석은 JWL 상태방정식을 사용하였으며 2차원 평면상에서 진행하였다. 순수한 압력의 변화만을 관찰하기 위해 암반의 밀도와 강도만을 달리하고 모든 암반은 균질한 상태로 가정하였다. Air deck charge blasting method which has been generally used in a surface mine and large scale developing site is one of the improved techniques with blasting effectiveness. Many studies and experiments have been tried to investigate the characteristics of pressure distribution in a blasting hole and increase the effectiveness of air deck charge blasting method. In this study, changes of pressure occurred in sections of air deck installed in various ways was computed and also changes of pressure with the location and length of air deck was analyzed, using numerical analysis program. Basically, all the numerical analysis was 2-Dimensional analysis and equation of status of explosives was JWL-EOS. Only to evaluate the variations of pressure in blast hole, it was assumed that rock mass is homogeneous but rock mass has different density and intensity.

석회석 광산에서 기존 일반발파와 이중분상 Air Deck 발파공법의 비교연구

강대우 ( Dae Woo Kang ),허원호 ( Won Ho Hur ),양국정 ( Kook Jung Yang ),박동철 ( Dong Chul Park ) 대한화약발파공학회 2011 화약발파 Vol.29 No.2

국내외의 광산 및 대규모 현장에서는 노천발파 시, Air Deck 발파공법을 사용하여 발파효율성을 높이려 하고 있으나 이는 공 내부 상태에 따라 장전밀도가 달라짐으로 인해 대괴가 발생하는 등 문제점이 있다. 특히 석회석 광산의 경우 침식 용해 작용에 의해 공벽이 확공되거나 손상된 경우가 많아 Air Deck 공법 적용 시의도하지 않은 집중장약이 발생하는 경우가 있다. 따라서 본 연구에서는 석회석 광산의 대규모 노천발파를 대상으로 사전에 공 내부를 내시경 검사한 후 공 내부에서 장약집중을 야기할 수 있는 구간을 Air Tube를 이용한 데크차지 공법으로 분상장약(Deck Charge)하여 Air Deck 발파공법의 효과가 온전히 나타나도록 유도하였고 이를 일반장약 공법과 비교하였다. 비교대상은 전체적인 발파효과, 파쇄도, 장약량 절감율 및 시공속도(장약에서 발파까지의 총 작업속도)였으며, 그 결과 시공속도를 제외한 나머지 비교대상에 있어 일반장약에 의한 발파공법 보다 Air Deck를 이용한 이중분상 발파공법이 더 효율적으로 나타났다. Air deck charge blast methods have been applied to improve the fragmentation in open cut bench blastings for mining developments. However, during large scale bench blasting operations, there exist some problems such as boulder productions due to explosive charge concentration. Especially, in case of lime stone mining, when air deck method is applied, there has been unintentionally concentrated on charging because the inside holes are often broken by erosion and decomposition. In this study, compared with general blasting, air deck blasting has been focused in lime stone mining. In other to maximize its efficiency, inside hole was examined by endoscope in advance and deck charge using air tube was applied to the section in which concentration might be taken place. Blasting efficiency, fragmentation, charging reduction rate, and total working hours (from charging to blasting) were the main object for comparing, and as a result, air deck was more efficient then the general blasting in all aspects except total working hours.

고종횡비 비대칭 구조물의 발파붕괴 거동에 관한 연구

송영석 ( Young Suk Song ),정민수 ( Min Su Jung ),정동월 ( Dong Wol Jung ),허원호 ( Won Ho Hur ) 대한화약발파공학회 2013 화약발파 Vol.31 No.1

발파해체 공법은 구조물 형상과 주변현황에 따라 다양한 공법을 적용할 수 있으나, 고종횡비를 가지는 비대칭 구조물을 발파해체 하기 위해서는 사전취약화와 발파지점 및 시차와 주변현황에 따른 발파조건을 고려하여 설계하여야 한다. 본 연구에서는 고종횡비 비대칭 구조물을 안전하게 전도시키기 위해 ELS 소프트웨어를 사용하여 사전취약화 위치와 형상에 따른 모멘트 발생지점을 분석하여 킥 백(kick back)을 제어할 수 있는 사전취약화 위치 및 형상에 대한 시뮬레이션을 수행하였으며, 비대칭 구조물의 붕괴 시 전도방향의 좌우로 발생하는 비틀림 모멘트(torsional moment)를 최소화하기 위해 붕괴방향을 제어 할 수 있는 발파 시차 및 위치를 선정하였다. 또한 시뮬레이션상의 사전 취약 및 발파시차를 실 구조물의 전도 붕괴에 적용하여 붕괴 거동에 대한 모션분석을 하였다. 그 결과 시뮬레이션의 붕괴거동에 대한 신뢰성을 확인하였으며, 발파해체 시 사전취약화의 형상 및 위치에 따라 킥 백을 제어할 수 있으며, 발파 위치와 시차에 따라 비틀림 모멘트를 제어 할 수 있다는 것을 알 수 있었다. In blasting demolition, a method would be chosen among many depends on shape and system of a structure and its surround. To demolish using explosives a structure, which is asymmetric and with high aspect ratio, pre-weakening, explosive locations, detonating delay, and surround conditions are needed to be considered in front to design blasting demolition plan. In this study, to over turn asymmetric and high aspect ratio structure in safe, a simulation using a software named Extreme Loadings for Structures, ELS, had performed. In results, it is achieved optimized pre-weakening shapes and locations, which prevent kick back motion of the structure when it collapse, by analyzing moment distribution caused by pre-weakening. And of structural collapse and by minimizing asymmetric structure`s torsional moment. Also, after the demolition, simulation results are also compared with actual collapse behavior. In results, it is confirmed the accuracy of collapse behaviour simulation results, and in blasting demolition, kick back motion can be controled by adjusting pre-weakening shape and location, and the torsional moment of an asymmetric structure also can be solved by optimizing detonation locations and its time intervals.

도심지터널 발파에서의 저폭속폭약과 일반폭약의 혼용장약법

강대우(Dae-Woo Kang),안봉도(Bong-Do Ahn),허원호(Won-Ho Hur) 한국암반공학회 2010 한국암반공학회 학술대회 및 세미나 자료집 Vol.2010 No.3

도심지 터널 즉 터널의 상부 근접한 거리에 민원지가 존재하는 경우 일반적인 폭약만을 사용해서는 발파진동을 규제치내에서 조절이 불가능하여 폭약공법이 아닌 무진동, 미진동 공법을 사용해야한다. 하지만 무진동 공법들은 터널굴착공사비의 엄청난 상승을 가져오며, 공사기간 또한 상당히 많이 소요된다. 일반적으로 폭속이 약2,000m/s 정도인 저폭속폭약은 노천의 미진동발파에 응용 사용되어 왔으나 터널발파에는 사용이 어려웠다. 그러나 저폭속폭약을 일반 폭약과 공내에서 혼용장약하여 발파를 실시한 결과 일반 폭약만 사용하여 발파하는 것보다 진동이 25~30%감소가 되며. 암 파쇄도와 굴진율은 비슷한 수준으로 나타났다. 도심지터널 및 보안물건 근접한 터널에서도 진동규제치내에서 미진동으로 시공할 수 있는 저폭속폭약과 일반폭약을 혼용 사용하는 발파 방법을 제시하고자 한다. In urban tunnels, namely, in case there are residents in the near distance, we normally use non-vibration and ambient vibration which are not blasting methods because it’s impossible to meet the blasting vibration regulation with only normal explosives. However, non-vibration methods not only cause increase of excavating cost, but need much time than explosives. Generally, the low-velocity explosives with 2,000m/s VOD have been applied to ambient vibration blasting in open cut area, but difficult in tunneling in its use. However, by charging the hole together with low-velocity explosives and normal explosives, we have got the result which shows 20~30% vibration decrease compared with using only normal explosives, and similar level of rock fragment and advancement rate. Therefore, I’d like to suggest the blasting method which is able to do as ambient vibration using low-velocity explosives mixed with normal explosives in urban tunnel and the area which is adjacent to security facilities within the vibration regulation.

폭약을 이용한 밀폐압력용기 해체에 관한 기초적 실험연구

이하영 ( Ha Young Lee ),김용균 ( Yong Kyun Kim ),양국정 ( Kuk Jung Yang ),허원호 ( Won Ho Hur ),강대우 ( Dae Woo Kang ) 대한화약발파공학회 2012 화약발파 Vol.30 No.2

현재까지 발파해체는 건축물과 토목구조물들을 대상으로 하고 있으나 본 연구에서는 밀폐철재구조물(압력용기) 내부에 물을 채우고 폭약의 힘이 작용하는 해체에 관한 기초연구를 하였다. 일정양의 폭약을 밀폐압력용 기내에 넣고 완전 탄성체로 가정할 수 있는 물(H2O)을 압력전달 매개체로 하여 밀폐압력용기의 파괴양상을 관찰하였다. 이때 폭발압력은 Abel의 상태방정식을 이용하여 정량화 하였으며, 그 결과 압력전달 매개체(물)가 있을 경우 밀폐압력용기의 인장강도보다 작은 힘으로 파괴가 발생하였으며, 그렇지 않은 경우에는 약 7.1~8.5배의 폭발압력이 필요하였다. 또한, 압력전달 매개체가 없을 경우(공기만 존재) 폭발압력은 일정값에 도달하기 전까지 파괴에 영향을 미치지 못하고 완전 소산 또는 비산하는 현상을 나타내었다. 실험에 이용한 강철(steel)로 이루어진 밀폐압력용기는 파괴되는 양상에 있어서 대부분 탄성-소성파괴의 형태를 보였으며 최초 항복이 일어나는 지점은 용접부위의 경계부분으로 열소성 변형을 받았다고 판단되는 부분이었다. The Demolition blasting has been applied for buildings and structures so far. In this study, however, a confined vessel blasting filled with water has been focused. A small amount of explosives were placed in a sealed vessel with water, perfect elastic body, supposed as a relay agent in it, and the blasting aspect was observed. Blasting pressure was standardized by Abel`s equation of state. In result, if there was a relay agent in it, the pressure vessel was torn apart with smaller power than its tensile strength. If there was not, it needed 7.1~8.5 times as much power as the previous one, and the blasting pressure had not also affected the demolition and it had gone or vanished until it reached a certain point, In terms of pressure vessel made by steel, the elastic-plastic failure was took a place, and the first yield point happened along the welded area as a form of heating plastic failure we thought.

전방 자유면의 암반 이동에 관한 연구

이기근 ( Ki Keun Lee ),김갑수 ( Gab Soo Kim ),양국정 ( Kuk Jung Yang ),강대우 ( Dae Woo Kang ),허원호 ( Won Ho Hur ) 대한화약발파공학회 2012 화약발파 Vol.30 No.2

발파 시 자유면의 이동은 대상암반의 역학적 특성 및 발파조건, 특히 암반의 불연속면 특성과 폭약의 종류, 장약량, 저항선, 공간격, 공간 또는 열간 기폭시차 및 전색상태 등 여러 가지 변수들에 의해 달라지며, 이는 발파진동의 크기, 폭음 및 파쇄도에 커다란 영향을 미친다. 현재 국내 노천발파 현장의 발파설계는 대부분 인접 보안물건에 대한 안전성을 최우선으로 하고 있으나 대규모 발파가 이루어지는 노천현장에서는 발파 시 자유면의 이동을 분석하여 진동을 제어하고 파쇄도를 향상시키기 위한 최적 조건의 발파 설계를 하는 것은 매우 중요하다. 고속 디지털 동영상 분석을 통하여 발파 후 최초 자유면 암반의 움직임, 전색의 적정성, 발파암의 이동 궤적, 발파암의 이동방향과 속도, 최적의 기폭시스템 분석이 가능하다. 외국에서는 이와 같은 방법이 발파 설계 및 평가를 위한 유용한 도구로 활용되고 있으나 국내에서는 그 연구가 미미하다. 따라서 본 연구는 디지털 고속 동영상 분석에 의한 최적 발파설계 및 평가에 대한 기초적인 연구를 수행하였다. 셰일과 화강암으로 구성된 대규모 노천 발파현장 2개소에서 Emulsion과 ANFO 두 종류 폭약에 대한 암반 파쇄과정을 촬영한 디지털 고속 동영상을 분석하여 자유면 암반의 변위, 이동속도 등을 분석하고 2차원 유한요소 해석 프로그램인 AUTODYN을 사용하여 폭약의 폭굉압력, 폭굉 전달시간, 발파 후 최초로 암반에 변위가 발생되는 반응시간, 발파 후 자유면 암반의 이동형상에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 및 디지털 고속 동영상을 분석한 결과, 암반의 종류에 관계없이 발파공 전면 자유면 암반의 이동형상은 주상 장약부의 중간 부근에서 변위 및 이동속도가 가장 크게 발생되어 가운데 부분이 활처럼 휘어진 형상을 나타내었다. 폭약의 폭굉압력, 폭굉 전달시간, 발파 후 최초로 자유면 암반에 변위가 발생되는 반응시간의 경우 Emulsion 폭약이 ANFO보다 폭굉압력 및 폭속이 크고 초기 변위 반응시간이 빠르게 진행되는 것으로 분석되었다. Variables influencing the free face movement due to rock blasting include the physical and mechanical properties, in particular the discontinuity characteristics, explosive type, charge weight, burden, blast-hole spacing, delay time between blast-holes or rows, stemming conditions. These variables also affects the blast vibration, air blast and size of fragmentation. For the design of surface blasting, the priority is given to the safety of nearby buildings. Therefore, blast vibration has to be controlled by analyzing the free face movement at the surface blasting sites and also blasting operation needs to be optimized to improve the fragmentation size. High-speed digital image analysis enables the analyses of the initial movement of free face of rock, stemming optimality, fragment trajectory, face movement direction and velocity as well as the optimal detonator initiation system. Even though The high-speed image analysis technique has been widely used in foreign countries, its applications can hardly be found in Korea. This thesis aims at carrying out a fundamental study for optimizing the blast design and evaluation using the high-speed digital image analysis. A series of experimentation were performed at two large surface blasting sites with the rock type of shale and granite, respectively. Emulsion and ANFO were the explosives used for the study. Based on the digital images analysis, displacement and velocity of the free face were scrutinized along with the analysis fragment size distribution. In addition, AUTODYN, 2-D FEM model, was applied to simulate detonation pressure, detonation velocity, response time for the initiation of the free face movement and face movement shape. The result show that regardless of the rock type, due to the displacement and the movement velocity have the maximum near the center of charged section the free face becomes curved like a bow. Compared with ANFO, the cases with Emulsion result in larger detonation pressure and velocity and faster reaction for the displacement initiation.