비장약량 또는 장약계수는 어떤 발파에서 파괴대상이 되는 암석의 총 부피 당 또는 총 무게 당 폭약 소비량으로 정의된다. 암석 톤당 또는 입방미터 당 폭약 소비량의 변화는 언제나 암질변화에 대한 좋은 지표가 된다. 광산현장에서는 통상 광석(ore) 톤당 폭약 소비량을 암석에 대한 발파 용이성의 척도로 사용하는 반면, 건설현장에서는 암석 입방미터 당 폭약 소비량을 사용한다. 본 논문에서는 터널발파를 대상으로 하므로 건설현장에서 사용하는 비장약량의 정의를 채택하였다. 지금까지 다양한 터널발파 설계법들이 제안되어 있지만 이런 방법들을 현장에 적용하였을 때 잘 맞지 않는 경우가 많다. 그 이유는 무엇보다 각 나라나 지역별로 암질조건이 서로 상이하기 때문인 것으로 보이며, 이러한 문제는 발파의 설계자나 시공자에게 기술적으로 상당한 부담이 될 수도 있다. 그런데 만일 우리가 주어진 암석에 대한 적정 비장약량을 알고 있다면 발파설계가 매우 쉬워질 수 있을 것이다. 이런 측면에서 본 논문에서는 사전에 결정된 비장약량이 있는 경우 그 비장약량에 맞추어서 터널발파를 설계할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘은 터널단면 상의 다양한 영역에 서로 다른 구속도를 부여하는 개념을 토대로 하고 있으며, 기존에 알려진 터널발파 설계방법들과 조합하여 사용할 수 있는 경험적인 설계방법이다.
비장약량 또는 장약계수는 어떤 발파에서 파괴대상이 되는 암석의 총 부피 당 또는 총 무게 당 폭약 소비량으로 정의된다. 암석 톤당 또는 입방미터 당 폭약 소비량의 변화는 언제나 암질변화에 대한 좋은 지표가 된다. 광산현장에서는 통상 광석(ore) 톤당 폭약 소비량을 암석에 대한 발파 용이성의 척도로 사용하는 반면, 건설현장에서는 암석 입방미터 당 폭약 소비량을 사용한다. 본 논문에서는 터널발파를 대상으로 하므로 건설현장에서 사용하는 비장약량의 정의를 채택하였다. 지금까지 다양한 터널발파 설계법들이 제안되어 있지만 이런 방법들을 현장에 적용하였을 때 잘 맞지 않는 경우가 많다. 그 이유는 무엇보다 각 나라나 지역별로 암질조건이 서로 상이하기 때문인 것으로 보이며, 이러한 문제는 발파의 설계자나 시공자에게 기술적으로 상당한 부담이 될 수도 있다. 그런데 만일 우리가 주어진 암석에 대한 적정 비장약량을 알고 있다면 발파설계가 매우 쉬워질 수 있을 것이다. 이런 측면에서 본 논문에서는 사전에 결정된 비장약량이 있는 경우 그 비장약량에 맞추어서 터널발파를 설계할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘은 터널단면 상의 다양한 영역에 서로 다른 구속도를 부여하는 개념을 토대로 하고 있으며, 기존에 알려진 터널발파 설계방법들과 조합하여 사용할 수 있는 경험적인 설계방법이다.
Specific charge, also called powder factor, is defined as the total explosive mass in a blast divided with the total volume or weight of rock to be fragmented. It is a well-known fact that change in explosive consumption per ton or per cubic meter of rock is always a good indication of changed rock ...
Specific charge, also called powder factor, is defined as the total explosive mass in a blast divided with the total volume or weight of rock to be fragmented. It is a well-known fact that change in explosive consumption per ton or per cubic meter of rock is always a good indication of changed rock conditions. In mining, it is common to use explosive consumption per ton of ore as a measure of the blastability for rock. On the contrary, in civil engineering, it is common to use explosive consumption per cubic meter of rock. In this paper, we adopt the definition of the civil engineering because we are mainly concerned with tunnel blasting. Up to now, although various methods for tunnel blast design have been proposed, there are so many cases in which the proposed methods do not work well. These may be caused by the differences in rock conditions between countries or regions, and can give a serious technical difficulty to a contractor. But if we know the specific charge for a given rock, then the blast design can become much more easier. In this respect, we suggest an algorithm for tunnel blast design that can exactly produce the predetermined specific charge as a result of the design. The algorithm is based on the concept of assigning different fixation factors to various parts of tunnel section, and may be used in combination with the known methods of tunnel blast design.
Specific charge, also called powder factor, is defined as the total explosive mass in a blast divided with the total volume or weight of rock to be fragmented. It is a well-known fact that change in explosive consumption per ton or per cubic meter of rock is always a good indication of changed rock conditions. In mining, it is common to use explosive consumption per ton of ore as a measure of the blastability for rock. On the contrary, in civil engineering, it is common to use explosive consumption per cubic meter of rock. In this paper, we adopt the definition of the civil engineering because we are mainly concerned with tunnel blasting. Up to now, although various methods for tunnel blast design have been proposed, there are so many cases in which the proposed methods do not work well. These may be caused by the differences in rock conditions between countries or regions, and can give a serious technical difficulty to a contractor. But if we know the specific charge for a given rock, then the blast design can become much more easier. In this respect, we suggest an algorithm for tunnel blast design that can exactly produce the predetermined specific charge as a result of the design. The algorithm is based on the concept of assigning different fixation factors to various parts of tunnel section, and may be used in combination with the known methods of tunnel blast design.
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문제 정의
즉, 터널단면을 구성하는 8개의 영역별로 비장약량의 상대적인 크기가 먼저 결정되어야 하며, 이 값만 결정된다면 찾고자 하는 미지수 Ci는 앞의 식 (4)~(6)에 의해 모두 결정될 수 있다. 따라서 본 절에서는 정규화된 영역별 비장약량 Ci,NORM을 결정하는 알고리즘만을 기술하였다.
따라서 새로이 개발되는 발파암 분류법들에서는 암종별로 적정한 비장약량을 설정해두고, 설정된 비장약량을 근거로 발파를 설계하도록 권고하고 있는 경우가 많다. 본 연구에서는 이와 같은 점에 착안하여 비장약량을 미리 알고 있는 상황에서 발파를 설계할 때 원하는 비장약량을 얻을 수 있는 경험적인 터널발파 설계방법을 제안하였다.
가설 설정
폭약은 에멀젼 폭약 ø32mm와 정밀폭약 ø17mm를 사용하는 것으로 가정하였다.
제안 방법
그림 1. 벤치발파에서 비산 억제를 위하여 전체적인 비장약량은 그대로 유지한 채 제1열의 저항선만 20% 증가시킨 설계.
이와 같은 영역분할은 발파를 할 때 장약공의 위치, 기폭순서 등에 따라 파괴에 저항하는 암반의 구속도(fixation factor)가 영역별로 크게 차이가 나기 때문이다. 본 논문에서는 심발부에 4개의 사각형과 대구경의 무장약공을 사용하는 실린더컷(cylinder cut)을 고려하고 있으므로 터널단면은 총 8개 영역(바닥공, 외곽공, 제1심발, 제2심발, 제3심발, 제4심발, 수평 확대공, 하향 확대공) 정도로 구분한다.
은 정규화된 영역별 비장약량이다. 이와 같이 본 알고리즘에서는 영역별 비장약량 Ci 상호간에 어떤 상대적인 크기가 있는 것으로 설정함으로써 정규화 기법을 적용하여 문제를 단순화시킨다. 즉, 어떠한 방법을 통해 식 (4)에서 영역별 비장약량 Ci의 상대적인 크기인 정규화된 영역별 비장약량 Ci,NORM만 결정할 수 있다면 곧바로 CNORM을 알 수 있으므로 다음의 식 (5)와 (6)을 통해 영역별 비장약량 Ci를 모두 구할 수 있게 된다.
제안된 알고리즘에 따라 실제로 터널발파를 설계하는 방법을 예시하였다. 계산의 편의상 터널단면은 그림 2의 단순화된 모델을 사용하였다.
대상 데이터
비장약량 맞춤형 설계는 크게 기하학적 설계와 영역별 패턴설계의 두 가지 과정으로 이루어진다. 기하학적 설계과정에서는 영역별 패턴설계 과정에서 도출된 저항선, 공간격 등의 기하학적 자료들을 참조한다. 반면, 영역별 패턴설계 과정에서는 기하학적 설계과정에서 도출된 영역별 장약량을 발파공에 적절히 배분하는 역할을 한다.
후속연구
특히, 발파를 거듭할수록 현장 조건에 더 적합한 비장약량을 얻을 수 있으므로 본 알고리즘은 학습을 통해 진화하는 설계도구의 역할을 하게 되어 발파효율을 점점 더 향상시킬 것이다. 이 외에도 막장면의 암질이 영역별로 서로 다른 경우 본 알고리즘을 적용한다면 영역별 비장약량을 원하는 대로 쉽게 조절할 수 있으므로 유익할 것으로 본다.
하지만 비장약량이 사전에 결정되어 있다는 것은 주어진 체적의 암석을 파괴하는데 적합한 장약량이 이미 알려져 있다는 뜻이므로 기존의 설계방법들과 함께 본 논문에서 제안하는 알고리즘을 적용한다면 무엇보다 발파설계의 과정이 한층 쉬워지게 되고, 또 발파 결과도 좋아질 것이다. 특히, 발파를 거듭할수록 현장 조건에 더 적합한 비장약량을 얻을 수 있으므로 본 알고리즘은 학습을 통해 진화하는 설계도구의 역할을 하게 되어 발파효율을 점점 더 향상시킬 것이다. 이 외에도 막장면의 암질이 영역별로 서로 다른 경우 본 알고리즘을 적용한다면 영역별 비장약량을 원하는 대로 쉽게 조절할 수 있으므로 유익할 것으로 본다.
아울러 최종패턴을 얻었을 때 그것이 적절한 설계인지의 여부를 판단하는 것도 설계자의 몫으로 남아있다. 하지만 비장약량이 사전에 결정되어 있다는 것은 주어진 체적의 암석을 파괴하는데 적합한 장약량이 이미 알려져 있다는 뜻이므로 기존의 설계방법들과 함께 본 논문에서 제안하는 알고리즘을 적용한다면 무엇보다 발파설계의 과정이 한층 쉬워지게 되고, 또 발파 결과도 좋아질 것이다. 특히, 발파를 거듭할수록 현장 조건에 더 적합한 비장약량을 얻을 수 있으므로 본 알고리즘은 학습을 통해 진화하는 설계도구의 역할을 하게 되어 발파효율을 점점 더 향상시킬 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
비장약량은 무엇인가?
비장약량 또는 장약계수는 어떤 발파에서 파괴대상이 되는 암석의 총 부피 당 또는 총 무게 당 폭약 소비량으로 정의된다. 암석 톤당 또는 입방미터 당 폭약 소비량의 변화는 언제나 암질변화에 대한 좋은 지표가 된다.
비장약량에 대한 정의로 광산현장과 건설현장은 어떤 차이가 있는가?
비장약량(specific charge (weight)) 혹은 장약계수(powder factor)는 암석을 파괴하는데 들어가는 폭약의 양을 말하며, 대개 암석 단위무게 당 또는 단위부피 당 폭약소비량으로 표시한다. 전통적으로 광산현장에서는 비장약량을 채굴된 광석(ore) 톤당 폭약 소비량(kg/ton)으로 정의하며, 건설현장에서는 굴착대상 암석 입방미터당 폭약 소비량(kg/m 3 )으로 정의한다. 비장약량의 변화는 RQD, 탄성파 속도 등과도 상관성이 좋아 여러 가지 암질조건의 변화를 잘 반영하며, 발파 용이성(blastibility) 의 척도로도 많이 사용된다(Persson 등, 1994; Rustan, 1998).
발파암 분류법이 많이 개발되고 있는 근본적인 이유는 무엇인가?
근래에 들어 발파작업의 효율성을 향상시키고 발파 공해를 제어할 목적으로 대상 암반에 최적화된 발파공 법을 발굴하는 과정에서 발파암 분류법이 많이 개발되고 있다. 이와 같이 새로운 발파암 분류법을 개발하는 근본적인 이유는 지금까지 주로 외국의 연구자들에 의해 많이 제안되어 온 터널발파 설계방법을 국내의 현장에 적용하였을 때 잘 맞지 않는 경우가 많았기 때문이다. 이런 차이는 무엇보다 각 나라마다 암질조건이 서로 상이한 데 기인한다고 볼 수 있다.
참고문헌 (2)
Persson, P., R. Holmberg and J. Lee, 1994, Rock Blasting and Explosives Engineering, CRC Press, pp.191-193, pp.184-185, p. 224
Rustan, A., 1998, Rock Blasting Terms and Symbols, A. A. Balkema, Rotterdam, pp. 149-150
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