인도네시아 파시르탄광에서 적용되고 있는 전형적인 발파방법은 지표면을 유일한 자유면으로 하는 일자유면 노천발파 공법이다. 일반적으로 일자유면 발파방법은 자유면이 하나뿐이므로 구속이 커서 큰 지반진동을 일으키게 된다. 큰 지반진동은 다시 채광장의 경계를 이루는 사면의 안정성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 이런 측면에서 발파로 인한 지반진동으로부터 파시르탄광의 채광장 사면과 폐석장의 안전을 확보할 수 있는 발파지침을 마련하기로 하였다 먼저, 파시르탄광에서 발파로 발생될 수 있는 지반진동 수준을 예측할 수 있는 예측식을 유도하였다. 다음으로, 채광장 사면과 폐석장의 폐석더미를 관리하기 위한 지반진동 허용수준을 PPV 측정치로 각각 120mm/s 및 60mm/s로 설정하였다. 도출된 예측식과 설정된 허용수준으로부터 현장에서 사용할 수 있는 안전발파를 위한 환산거리 조건식을 설정하였다. 설정된 환산거리 조건식은 채광장 사면과 폐석더미에 대해 각각 $D_s{geq}5$ 및 $D_s{geq}10$이다. 또한, 환산거리 조건식을 만족시킬 수 있도록 천공장 $3.3{sim}8.8m$에 대하여 몇 가지 표준발파패턴을 제안하였다.
인도네시아 파시르탄광에서 적용되고 있는 전형적인 발파방법은 지표면을 유일한 자유면으로 하는 일자유면 노천발파 공법이다. 일반적으로 일자유면 발파방법은 자유면이 하나뿐이므로 구속이 커서 큰 지반진동을 일으키게 된다. 큰 지반진동은 다시 채광장의 경계를 이루는 사면의 안정성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 이런 측면에서 발파로 인한 지반진동으로부터 파시르탄광의 채광장 사면과 폐석장의 안전을 확보할 수 있는 발파지침을 마련하기로 하였다 먼저, 파시르탄광에서 발파로 발생될 수 있는 지반진동 수준을 예측할 수 있는 예측식을 유도하였다. 다음으로, 채광장 사면과 폐석장의 폐석더미를 관리하기 위한 지반진동 허용수준을 PPV 측정치로 각각 120mm/s 및 60mm/s로 설정하였다. 도출된 예측식과 설정된 허용수준으로부터 현장에서 사용할 수 있는 안전발파를 위한 환산거리 조건식을 설정하였다. 설정된 환산거리 조건식은 채광장 사면과 폐석더미에 대해 각각 $D_s{geq}5$ 및 $D_s{geq}10$이다. 또한, 환산거리 조건식을 만족시킬 수 있도록 천공장 $3.3{sim}8.8m$에 대하여 몇 가지 표준발파패턴을 제안하였다.
A surface blasting method with a single tree face is currently used in Pasir Coal Mine in Indonesia. The single free face is usually the ground surface. This kind of blasting method is easy to use but inevitably causes enormous ground vibrations, which, in turn, can affect the stability of the slope...
A surface blasting method with a single tree face is currently used in Pasir Coal Mine in Indonesia. The single free face is usually the ground surface. This kind of blasting method is easy to use but inevitably causes enormous ground vibrations, which, in turn, can affect the stability of the slopes comprising the various boundaries of the open pit mine. In this regard, we decided to make a specific blasting guideline for the control of found vibrations to ensure the safety of the pit slopes and waste dumps of the mine. Firstly, we derived a prediction equation for the ground vibration levels that could be occurred during blasting in the pits. Then, we set the allowable levels of ground vibrations for the pit slopes and waste dumps as peak particle velocities of 120mm/s and 60mm/s, respectively. From the prediction equation and allowable levels, safe scaled distances were established for field use. The blast design equations for the pit slopes and waste dumps were $D_s{\geq}5\;and\;D_S{\geq}10$ respectively. We also provide several standard blasting patterns for the hole depths of $3.3{sim}8.8m$.
A surface blasting method with a single tree face is currently used in Pasir Coal Mine in Indonesia. The single free face is usually the ground surface. This kind of blasting method is easy to use but inevitably causes enormous ground vibrations, which, in turn, can affect the stability of the slopes comprising the various boundaries of the open pit mine. In this regard, we decided to make a specific blasting guideline for the control of found vibrations to ensure the safety of the pit slopes and waste dumps of the mine. Firstly, we derived a prediction equation for the ground vibration levels that could be occurred during blasting in the pits. Then, we set the allowable levels of ground vibrations for the pit slopes and waste dumps as peak particle velocities of 120mm/s and 60mm/s, respectively. From the prediction equation and allowable levels, safe scaled distances were established for field use. The blast design equations for the pit slopes and waste dumps were $D_s{\geq}5\;and\;D_S{\geq}10$ respectively. We also provide several standard blasting patterns for the hole depths of $3.3{sim}8.8m$.
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문제 정의
이 그래프에서 실선은 전체 지반진동의 중위수준(50%)을 표시하고, 점선은 모든 자료의 95%를 아래로 포함하는 예측구간(prediction interval)의 상한선을 표시한다. 본 연구에서는 전통적으로 노천발파에서 지반진동의 수준을 예측할 때 많이 사용하는 자승근 환산거 리를 택하였다. 그림 5는 현장에서 측정된 312개의 측정치를 처리하여 얻은 결과이며, 회귀선의 적합도(결정계수)는 0.
이 연구의 일환으로 대상 광산에서 적용되고 있는 기존의 발파공법들에 대한 현장 조사(최병희 외, 2006a)와 지반진동의 전파 특성에 대한 연구(최병희 외, 2006b), 미고결된 암층에서의 지반 진동의 저감을 위한 바닥발파의 기폭패턴 개선에 관한 연구(최병희 외, 2007a) 및 적정 지발간격의 설정을 위한 지반진동의 전파특성 분석 연구(최병희 외, 2007b) 등이 수행된 바 있다. 본 연구에서는 지금까지 진행되어 온 기존의 연구결과들을 바탕으로 파시르탄광에서 발파로 발생되는 지반진동으로부터 채광장 사면의 안전성을 제고할 수 있도록 사면에 대한 지반진동 허용 수준을 설정하고, 발파장소로부터 사면까지 이격거리에 따라 지반진동 영향을 고려한 안전발파지침을 수립함으로써 현장에서 간편하게 적용할 수 있는 실질적인 대책방안을 마련하고자 하였다.
제안 방법
마련하였다. 1) 파시르탄광에서 현재 적용되고 있는 공법들(기존 공법 및 시험발파 공법)을 대상으로 지반진동을 측정하고, 측정된 결과를 통계적으로 처리하여 파시르탄광에서 발생할 수 있는 지반진동의 수준을 사전에 예측할 수 있는 예측식을 유도하였다.
2) 채광장 사면과 폐석장의 발파안전을 확보하기 위하여 이들에 대한 지반진동 허용수준을 설정하였다. 폐석더미에 대해서는 지반진동 허용수준을 PPV=60 mm/s, 채광장 사면들에 대해서는 PPV=120 mm/s 로 각기 설정하였다.
3) 보안물건에 대한 안전발파 설계기준은 환산거리 조건식을 사용하여 발파장소에서 가장 가까운 구조물까지의 이격거리에 따라 최대 공당장약량을 제한하는 방식으로 수립하였다. 폐석더미에 대해서는 환산 거리 조건식 Ps>10, 채광장 사면에 대해서는 Ds> 5를 적용한다.
결과적으로 파시르탄광에 알맞은 ' 지발시차'는 추가적인 연구를 통해 밝혀야 할 과제라 할 수 있으므로 현재로서는 확실하지 않은 지발시차를 사용하는 것보다는 발파패턴이 크게 변하지 않는다는 전제 하에 공당 장약량을 지발당 장약량으로 설정하였다. 즉, 현재 파시르탄광에서 적용되고 있는 발파방법은 기존의 전형적인 발파패턴들과 본 연구과정에서 제안된 발파패턴들로 국한되고 있기 때문에 공당장약량을 기준으로 자료를 처리하여도 미래에 발생할 지반진동 수준을 역시 공당 장약량을 기준으로 예측하는 데에는 아무런 문제가 없기 때문이다.
모든 발파공은 직경 200 mm, 천공장 9 m, 공당장약량 100 kg 이었으며, 공간 및 열간 간격은 7 이였다. 그리고 각 열 간의 지연시간을 1 ~2초로 길게 부여하여 지반진동 측정파형이 열별로 서로 구분되도록 함으로써 지발시차의 영향을 확인할 수 있도록 하였다.
아울러 러시아 기준에서 규정하고 있는 포화된 사질사면은 파시르탄광의 폐석 더미(폐석산)의 특성과 매우 유사한 것으로 판단된다. 따라서 파시르탄광의 채광장 사면에 대하여는 러시아 기준의 흙사면과 같은 PPV=120 mm/s, 폐석장의 폐석 더미에 대하여는 러시아 기준의 사질사면과 같은 PPV=60 mnVs를 지반진동 허용수준으로 각기 설정하였다.
상단의 저H 열은 지발시차가 0 ms로서 순발이며, 제 2열부터 5열까지는 발파공 사이의 지발시차가 차례로 25, 42, 65, 109 ms이다. 또, 제1 열은 순발로서 단일공이지만 제2열부터 5열까지는 열당 13공씩을 사용함으로써 지발의 효과를 관찰하고자 하였다(그림에서는 열당 5공씩이지만 실제로는 13공씩임). 모든 발파공은 직경 200 mm, 천공장 9 m, 공당장약량 100 kg 이었으며, 공간 및 열간 간격은 7 이였다.
발파로 인한 지반진동으로부터 파시르탄광의 연약한 사면들의 안전을 확보하기 위하여 채광장의 사면과 폐석장의 폐석더미에 대하여 지반진동 허용수준을 설정하였다. 허용수준을 설정하기 위해서는 실험적인 방법을 동원하는 것이 가장 바람직하지만 현실적으로 매우 어려운 문제이므로 표 2에 보인 바와 같이 유사한 조건의 사면에 대하여 러시아에서 사용하고 있는 허용 수준을 준용하였다<Pal Roy, 2005).
4 이로 한 경우 저항선(B)과 공간격(S)은 직각 방향으로 측정하였을 때 각각 4 m 씩이며, 적정 공당장약량은 16 kg으로 계산되었다. 이 패턴에 대한 시험발파에서는 공당 장약량을 15 kg 및 20 kg으로 달리하면서 이론치를 검증하였다. 그림 9는 천공장 4.
이와 같은 적정 지발시차에 관한 이론을 고찰하기 -% 해 현장에서 시험발파를 실시하였다. 그림 6은 시험 발파에 적용한 기폭패턴을 보여준다.
인도네시아 파시르탄광에서 발파시 발생되는 지반 진동으로부터 채광장 사면과 폐석장의 안전을 제고하기 위하여 지반진동 허용수준을 설정하고, 설정된 허용 수준을 만족시킬 수 있는 안전발파의 지침을 마련하였다. 1) 파시르탄광에서 현재 적용되고 있는 공법들(기존 공법 및 시험발파 공법)을 대상으로 지반진동을 측정하고, 측정된 결과를 통계적으로 처리하여 파시르탄광에서 발생할 수 있는 지반진동의 수준을 사전에 예측할 수 있는 예측식을 유도하였다.
파시르탄광에서 적용되고 있는 기존의 발파패턴과 실 규모의 시험발파 패턴 등을 대상으로 지반진동을 측정하였다. 그림 5는 이들 발파로부터 측정한 지반진동의 PPV 값(직교 3성분 중 최대치)을 자승근 환산거리(root scaled distance)를 사용하여 도시한 결과이다.
설정하였다. 폐석더미에 대해서는 지반진동 허용수준을 PPV=60 mm/s, 채광장 사면들에 대해서는 PPV=120 mm/s 로 각기 설정하였다.
회귀분석 과정에서는 공당장약량을 지발당 장약량으로 사용하였다. 즉, 통상적인 발파에서는 지발당 장약량이 8 ms 이내에 기폭되는 총장약량으로 정의되지만 본연구에서는 최대 공당장약량을 지발당 장약량으로 정의하였다.
대상 데이터
또, 제1 열은 순발로서 단일공이지만 제2열부터 5열까지는 열당 13공씩을 사용함으로써 지발의 효과를 관찰하고자 하였다(그림에서는 열당 5공씩이지만 실제로는 13공씩임). 모든 발파공은 직경 200 mm, 천공장 9 m, 공당장약량 100 kg 이었으며, 공간 및 열간 간격은 7 이였다. 그리고 각 열 간의 지연시간을 1 ~2초로 길게 부여하여 지반진동 측정파형이 열별로 서로 구분되도록 함으로써 지발시차의 영향을 확인할 수 있도록 하였다.
그림 6은 시험 발파에 적용한 기폭패턴을 보여준다. 시험발파는 위에서부터 아래까지 총 5열의 발파공열에 대하여 실시되었다. 상단의 저H 열은 지발시차가 0 ms로서 순발이며, 제 2열부터 5열까지는 발파공 사이의 지발시차가 차례로 25, 42, 65, 109 ms이다.
이론/모형
방식으로 수립하였다. 폐석더미에 대해서는 환산 거리 조건식 Ps>10, 채광장 사면에 대해서는 Ds> 5를 적용한다.
허용수준을 설정하기 위해서는 실험적인 방법을 동원하는 것이 가장 바람직하지만 현실적으로 매우 어려운 문제이므로 표 2에 보인 바와 같이 유사한 조건의 사면에 대하여 러시아에서 사용하고 있는 허용 수준을 준용하였다<Pal Roy, 2005). 러시아 기준에서는 사면을 (i) 포화된 사질 사면(saturated sandy slope)과 (ii) 기초(primary structure)의 일부로서의 흙사면(soil slope) 의 두 종류로 구분하고, 각각에 대하여 지반진동 허용 수준을 최대입자속도(peak particle velocity; PPV) 로설정하되, 이를 다시 일회성 진동과 반복적인 진동을 받는 경우로 세분하고 있다.
환산거리를 이용한 지침을 수립하기 위해 보안물건별로 환산거리인수(scaled distance factor) 를 구한다. 폐석 더미의 경우 예측식과 허용>슈준으로부터 환산 거리인수 를 구하면 다음과 같이 된다
성능/효과
따라서 이 결과만을 놓고 볼 때에는 65 ms가 가장 적절한 지발시차라 할 수 있을 것이다. 하지만 소음의 경우에도 네 번째 열의 측정치가 가장 낮게 나타났으므로 네 번째 열의 암질이 다른 열과 달랐기 때문에 이러한 결과가 나타났을 수도 있다.
시험발파 결과로부터 지발시차를 65 ms로 부여한 네 번째 열에서 지반진동이 가장 낮게 발생한 것을 볼 수 있다. 따라서 이 결과만을 놓고 볼 때에는 65 ms가 가장 적절한 지발시차라 할 수 있을 것이다.
이와 동일한 천공 및 기폭 패턴을 사용하되 공당장약량을 15 kg으로 축소하여탄층과 탄층 사이에서 시험발파를 수행한 결과 파괴 암체가 지표면 위로 최대 1 m 정도까지 적절히 이동하고 최후 열의 뒤쪽에서 폭 10 cm 정도의 인장균열이 발생한 것이 관찰되었다. 이 결과로부터 천공장 4.4 이의 발파공에 대해서는 설계된 공당장약량인 16 kg이 적정한 것으로 평가되었다. 이 외에 천공장 3~6 이에 대하여도 표준적인 발파패턴을 설계하였으며, 그 결과를 표 4에 보였다.
그림 9(b)의 발파 후 파괴양상을 보면 파괴된 암체가 지표면 위로 2 m 정도까지 솟아올라 필요 이상으로 과도한 발파가 된 것을 알 수 있다. 이와 동일한 천공 및 기폭 패턴을 사용하되 공당장약량을 15 kg으로 축소하여탄층과 탄층 사이에서 시험발파를 수행한 결과 파괴 암체가 지표면 위로 최대 1 m 정도까지 적절히 이동하고 최후 열의 뒤쪽에서 폭 10 cm 정도의 인장균열이 발생한 것이 관찰되었다. 이 결과로부터 천공장 4.
제안된 기폭패턴의 경우 파괴는 점선으로 표시된 바와 같은 편대형으로 발생하며, 저항선의 이동 방향은 큰 화살표로 표시된 방향이 된다. 제안된 패턴은 컷오프(cut-off)의 우려가 거의 없고, 저항선과 공간격은 기존의 패턴과 반대가 되는 것으로 이미 현장에서 많이 적용되고 있다.
참고문헌 (9)
최병희, 류동우, 선우춘, 2006a, 파시르 탄광에서의 채탄발파공법에 대한 문제점 분석 및 개선방안 연구, 대한화약발파공학회지, 제24권 제1호, pp.57-62
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