인공신경망을 이용한 지하채광 확정선외 혼입 예측과 분석 사례연구

장형두(Hyongdoo Jang),양형식(Hyung-Sik Yang) 한국암반공학회 2014 터널과지하공간 Vol.24 No.4

스토핑 채광법은 현재 가장 보편적으로 이용되고 있는 지하 금속광 채광법 중 하나이다. 그러나 채광과정에서 발생하는 확정선외 혼입은 광산 전반의 생산성을 떨어뜨리며 때때로 폐광의 주요 원인을 제공하기도 하여 그 예측과 관리가 시급한 실정이다. 이를 위해 본 연구는 서 호주의 한 지하광산에서 조사한 자료를 바탕으로 인공 신경망(ANN)을 이용하여 보다 신뢰성 있는 확정선외 혼입 예측모델을 제시하였다. 또한, 연결가중 알고리즘(CWA)에 의한 요인분석을 통해 확정선외 혼입의 영향인자에 대한 기여도 분석을 실시하였다. 제안된 확정선 외 혼입 예측 ANN 모델의 학습과 시험 단계의 상관계수는 0.9641과 0.7933으로 강한 상관관계를 보였으며, CWA분석결과 발파공 길이(BHL)과 절리 방향 안전계수(SFJ)의 기여도가 18.78% 와 17.99%로 다른 인자에 비해 비교적 중요한 영향인자 임을 확인할 수 있었다. Stoping method has been acknowledged as one of the typical metalliferous underground mining methods. Notwithstanding with the popularity of the method, the majority of stoping mines are suffering from excessive unplanned dilution which often becomes as the main cause of mine closure. Thus a reliable unplanned dilution management system is imperatively needed. In this study, reliable unplanned dilution prediction system is introduced by adopting artificial neural network (ANN) based on data investigated from one underground stoping mine in Western Australia. In addition, contributions of input parameters were analysed by connection weight algorithm (CWA). To validate the reliability of the proposed ANN, correlation coefficient (R) was calculated in the training and test stage which shown relatively high correlation of 0.9641 in training and 0.7933 in test stage. As results of CWA application, BHL (Length of blast hole) and SFJ (Safety factor of Joint orientation) show comparatively high contribution of 18.78% and 19.77% which imply that these are somewhat critical influential parameter of unplanned dilution.

여굴저항도를 이용한 터널 발파 여굴 관리 시스템

장형두(Hyongdoo Jang) 한국암반공학회 2020 터널과지하공간 Vol.30 No.1

터널 발파의 최외곽에서 발생할 수 있는 과대 여굴은 작업자 및 장비의 안전에 저해되며 숏크리트 등 지보량의 증가로 공사 비용이 증가시키는 주요 원인이다. 이러한 여굴은 화약 에너지와 암반의 특성 간의 복잡한 발생 메커니즘으로 인해 완벽한 제어가 매우 어렵다. 본 연구는 여굴 발생의 중요한 원인인 암반의 공학적 특성 중 무지보 막장 상태, 단축압축강도, 풍화도 및 불연속면의 특성(빈도, 상태 및 불연속면과 최외곽선과의 각도) 등과 발생한 여굴의 깊이와의 관계를 feed-forward 인공신경망을 통해 분석하였다. 이를 통해 통해 얻어진 각 인자의 가중치를 기초로 여굴저항도(Overbreak Resistance Factor: ORF)를 개발하였다. 더불어 여굴저항도를 이용한 터널 발파 여굴 관리 시스템을 제안한다. When tunnel is excavated via drilling and blasting, the excessive overbreak is the primary cause of personal or equipment safety hazards and increasing the cost of the tunnel operation owing to additional ground supports such as shotcrete. The practical management of overbreak is extremely difficult due to the complex causative mechanism of it. The study examines the relationship between rock mass characteristics (unsupported face condition, uniaxial compressive strength, face weathering and alteration, discontinuities- frequency, condition and angle between discontinuities and tunnel contour) and the depth of overbreak through using feed-forward artificial neuron networks. Then, Overbreak Resistance Factor (ORF) has been developed based on the weights of rock mass parameters to the overbreak phenomenon. Also, a new concept of tunnel overbreak management system using ORF has been suggested.

웨이블릿 변환 분석을 이용한 천공 중 드릴 비트의 손상 진단

장형두 ( Hyongdoo Jang ) 대한화약발파공학회 2020 화약발파 Vol.38 No.1

천공 중 비트의 손상은 천공 효율을 떨어뜨리는 주요 원인이다. 현재 천공 중 비트의 마모와 손상에 대한 관리는 현장 작업자의 기술에 의지하고 있어 이를 예측하고 관리하는 시스템의 구축이 시급하다. 비트의 정확한 손상 시점을 판단하기 위해 천공 중 발생하는 소음 자료를 이용해 웨이블릿 변환 분석을 하였다. 이를 통해 얻은 시간-주파수 스펙트럼을 분석한 결과 천공 후 652.8 sec에 주파수 500 Hz 구간에서 웨이블릿 변환 값이 0.9로 최대치가 되는 이상점을 확인하였다. 또한, 천공 속도 분석을 통해 이상치가 발견된 후 천공 속도가 평균인 32 mm/s 보다 9 mm/s 줄어든 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통해 웨이블릿 변환 분석을 이용해 천공 중 드릴 비트의 손상을 진단할 수 있음을 보였다. Bit damage is one of the primary causes of decreasing drilling efficacy. Nevertheless the management of bit ware and failure are often left for field engineers’ experience. Thus it is imperative to establish a proper system to predict and manage the bit damage during the rock drilling process. In this study, the drilling sound signal has been recorded and analyzed using wavelet transform analysis to identify the exact moment of bit failure. Through the analysis wavelet time-frequency spectrums have been constructed and an abnormal point has been identified with 0.9 of wavelet transform value at the 652.8s on a frequency band around 500Hz. Furthermore it is also observed that the penetration rate of the damaged bit has been decreased to 23mm/s which is 9mm/sec lower than the average of undamaged bit. The study verifies that wavelet transform analysis can be used to build a system to diagnose the bit damage while drilling.

동적 초미소 경도법에 의한 심도별 대전화강암 내 광물들의 역학적 특성

최정해(Junghae Choi),신주호(Juho Shin),장형두(Hyongdoo Jang),강성승(Seong-Seung Kang) 한국암반공학회 2017 터널과지하공간 Vol.27 No.3

동적 초미소 경도법의 압입시험, 하중-비하중 시험, 그리고 반복시험을 이용하여 심도별 대전화강암 내 광물들의 경도와 역학적 특성을 살펴보았다. 시험 결과 세 개 구간(Group-1, -2, -3)으로 광물 집단의 분류가 가능하였다. Martens 경도값은 세 가지 시험법 모두에서 41 m와 223 m 심도에 따른 차이가 크지 않았다. 그럼에도 불구하고, 그 크기는 반복시험<하중-비하중 시험<압입시험 순으로 나타났다. 광물 집단별 평균 Martens 경도, 탄성계수, indentation work 등을 고려해 볼때, 그들의 경계는 비교적 뚜렷하게 나타났다. 결론적으로 동적 초미소경도법의 세 가지 형태 시험법을 이용함으로써 광물들에 대한 비교적 정확한 경도값을 얻을 수 있었다. 또한 하중-비하중 시험과 반복시험으로부터는 광물들의 탄성계수와 광물들의 탄성적-소성적 성질 특성 파악도 가능하였다. The hardness and mechanical properties of the minerals in the Daejeon granite according to depths were investigated by indentation test, load-unload test, and cycle test of dynamic ultra-micro hardness. As a result of the tests, it was possible to classify into three mineral groups (Group-1, -2, -3). The Martens hardness was not significantly different between 41 m and 223 m depths in three mode tests. Nevertheless, they showed in the order of a cycle test<load-unload test <indentation test. Considering the average Martens hardness, elastic modulus, and indentation work for each mineral group, their boundaries were relatively clear. In conclusion, A relatively accurate hardness of minerals can be obtained by three mode tests of dynamic ultra-micro hardness. In addtion, it was possible to characterize the elastic modulus and the elastic-plastic properties of the minerals from the load-unload and cycle tests.

저주파 결함 탐지법에 의한 하중 단계에 따른 암석 내부의 상태 평가

강성승 ( Seong-seung Kang ),김종혁 ( Jongheuck Kim ),노정두 ( Jeongdu Noh ),나태유 ( Tae-yoo Na ),장형두 ( Hyongdoo Jang ),고진석 ( Chin-surk Ko ) 대한지질공학회 2017 지질공학 Vol.27 No.1

이 연구는 저주파 결함 탐지법을 이용하여 하중단계에 따른 암석 내부의 상태를 정량적으로 평가하는 것이다. CND에 의한 초기 종파속도는 X축 방향 1687.5 m/s, Y축 방향 1690.7 m/s, Z축 방향 1548.3 m/s이며, 평균 1642.2 m/s로 Z축 < X축 < (≒)Y축 관계를 보였다. 실버슈미트 해머에 의한 Q값의 전체 평균은 62.6으로 약 105MPa의 일축압축강도에 해당되었다. 저주파 결함 탐지기에 의해 측정된 하중단계 50%, 60%, 70%, 80% 수준에서 종파속도 크기는 X축 <Y축 < Z축 순으로 대체적으로 하중단계가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 하지만, 이들 값은 초기 종파속도와 다른 경향을 나타냈다. 하중단계가 증가함에 따라 Y축이나 Z축 방향보다 X축 방향의 종파속도를 감소시키는 요인이 더 많은 영향을 미쳤기 때문으로 판단된다. 이러한 사실은 암석 내부의 초기상태는 응력상태가 변화함에 따라 다르게 나타날 수 있다는 것을 의미한다. The purpose of this study was to quantitatively evaluate the state of rocks in load steps by using the low-frequency ultrasonic flaw detection method. The initial Vp-velocities measured with a CND tester were in the order of Z-axis < X-axis < Y-axis, with 1687.5 m/s along the X-axis, 1690.7 m/s along the Y-axis, 1548.3 m/s along the Z-axis, and an average of 1642.2 m/s. The overall average of the Q vlaues, measured with a Silver Schmidt hammer, was 62.6, which corresponds to a uniaxial compressive strength of ~105 MPa. The Vp-velocity, measured with a low-frequency ultrasonic flaw detector at load steps of 50%, 60%, 70%, and 80%, typically decreases in the order of X-axis < Y-axis < Z-axis with increasing load steps. This oder contrasts with that of the initial Vp-velocities. As the load step increases the factors that reduce the Vp-velocity in the X-axis direction are more influential than those in the Y-axis or Z-axis directions. This indicates that the initial state of rocks can vary and is dependent on the stress state.