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문제 정의
- 그리고, US DI_IC8550 자료에 의하면, 대략 3ms/m(저항선)에서 가장 좋은 파쇄입도를 보인다고 하였다. 따라서 본 연구에서는 전자뇌관을 이용하여 정확한 초시를 구현하고, 그 영향을 파악하고자 하며, 설정시차는 상기 연구결과들을 근거로 저항선 m 당 1~10ms 사이에서 변화시켜가며 측정 및 분석코자 한다. 즉, 본 연구에서는 국내에서 시도된 적이 없는 발파변수 중 지연시차 변화에 따른 파쇄입도의 변화를 살펴보기 위해 다른 발파변수들은 일정하게 유지 하고, 지연시차는 전자뇌관을 이용하여 저항선 m 당 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10ms의 총 7단계로 변화를 주었다.
- 이에 대한 파쇄입도 분석은 발파 후의 파쇄석의 사진을 촬영하고, 이를 파쇄입도 분석 프로그램인 Split-desktop으로 분석하여 실측결과를 도출하였다. 이를 통해 석회석 광산에서의 파쇄입도와 지연시차와의 상관성을 규명하고자 한다.
제안 방법
- 각 회차별 천공패턴은 1열로 9공을 천공하였으며, 각 발파공마다 지연시차를 다르게 하여 발파를 실시하였다. Fig.5와같이 각각의 발파공에 대해 저항선 m당 지연시차를 7가지 type으로 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10ms를 적용하여 설계 저항선인 4m를 기준으로 각 단계별 공당 지연시차를 적용하였다. 즉, 예를 들어 저항선 m당 1ms라 함은 첫 발파공은 0ms이고 2번째 발파공은 4ms, 다음 발파공은 8ms로 각 발파공에 증가함에 따라 저항선을 기준으로 4ms의 증분시켜 지연시차를 적용하였다.
- 5와 같다. 각 회차별 천공패턴은 1열로 9공을 천공하였으며, 각 발파공마다 지연시차를 다르게 하여 발파를 실시하였다. Fig.
- 촬영 사진상에서 분석 대상이외의 지역을 최소화하고, 중첩되는 영역을 최대화하기 위해 각 지점에서 카메라는 파쇄석 더미가 쌓여있는 벤치의 중앙을 향하도록 하여 촬영하고 수평을 유지하도록 하였다. 또한 영상처리기법을 이용한 파쇄입도 분석시 분석상의 기준과 원근에 대한 영향을 고려하기 위하여 원형의 기준 물체를 2개 이용하였고 이를 카메라 전방 5m와 10m에 위치시켰다.
- 또한, 시험발파 지역의 벤치에 분포하는 절리군에 대한 분석을 매 발파마다 수행하였으며 절리군의 방향성, 간격에 대하여 조사하였다. 시험지역의 벤치에서 조사된 절리들의 방향성을 분석하기 위하여 Rockscience 사의 Dips를 이용하여 분석을 수행하였으며, 동일한 방향성으로 총 21회 조사된 절리군의 분포는 Fig.
- 6은 저항선 m당 1ms를 작용한 발파 전후 비교 사진이다. 매 발파시마다 발파 전후의 비교사진을 촬영하고 이를 바탕으로 영상처리 기법(Image processing)을 이용하여 파쇄입도 분석을 수행하였다.
- 총 21회의 발파를 수행하였으며 각 발파 종료후 파쇄 입도 측정은 현장 적용이 간편하고 빠른 시간에 다량의 자료를 처리할 수 있는 영상처리 기법(Image processing)을 이용하여 파쇄입도 분석을 수행하였다. 발파 후 파쇄석의 형상과 크기 분포를 고려하여 벤치로부터 전체 파쇄석 더미의 길이 2/3의 지점을 기준 위치로 설정하고, 파쇄석 더미 중앙의 기준 위치로부터 동일한 거리만큼 좌측, 우측의 방향으로 이동하여 사진촬영을 수행하였다. 촬영 사진상에서 분석 대상이외의 지역을 최소화하고, 중첩되는 영역을 최대화하기 위해 각 지점에서 카메라는 파쇄석 더미가 쌓여있는 벤치의 중앙을 향하도록 하여 촬영하고 수평을 유지하도록 하였다.
- 또한, 시험발파 지역의 벤치에 분포하는 절리군에 대한 분석을 매 발파마다 수행하였으며 절리군의 방향성, 간격에 대하여 조사하였다. 시험지역의 벤치에서 조사된 절리들의 방향성을 분석하기 위하여 Rockscience 사의 Dips를 이용하여 분석을 수행하였으며, 동일한 방향성으로 총 21회 조사된 절리군의 분포는 Fig. 3과 같으며 조사지역에 분포하는 절리군은 Table 2와 같다. Table 2에서 확인할 수 있듯이, 본 연구지역에서는 311~353° 경사방향과 67~82°의 급경사를 갖는 절리군의 분포가 가장 우세하며, 동일한 벤치를 대상으로 순차적으로 수행되기 때문에 유사한 절리군의 방향성을 갖는 것으로 분석되었다.
- 이러한 정밀 초시를 가진 전자뇌관을 사용하여 저항선 m당 지연시차를 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10ms의 총 7단계(Type)로 변화를 주었으며, 분석상의 정확도를 높이기 위하여 3차례의 반복 발파를 계획하였다. 시험 발파패턴의 벤치 높이는 17m로서, 벤치에 대한 세부 발파패턴과 회당 발파수량은 Table 4와 같다.
- 즉, 예를 들어 저항선 m당 1ms라 함은 첫 발파공은 0ms이고 2번째 발파공은 4ms, 다음 발파공은 8ms로 각 발파공에 증가함에 따라 저항선을 기준으로 4ms의 증분시켜 지연시차를 적용하였다. 이렇게 각 발파공을 독립적으로 기폭시킴으로써 저항선과 공간격이 동일하게 유지하게 하여 단발 발파에서 발생하는 지연시차의 영향을 통해 파쇄입도 변화를 측정하였다. Fig.
- 절리 간격은 시험지역에 가장 우세하게 분포하고 있는 Set-1의 절리들 중에 가장 취약한 구조, 즉 최소의 수직간격을 갖는 절리들을 대상으로 측정하였으며, 매 발파시마다 측정된 절리 간격을 측정하였으며 평균 간격은 26cm였다.
- 따라서 본 연구에서는 전자뇌관을 이용하여 정확한 초시를 구현하고, 그 영향을 파악하고자 하며, 설정시차는 상기 연구결과들을 근거로 저항선 m 당 1~10ms 사이에서 변화시켜가며 측정 및 분석코자 한다. 즉, 본 연구에서는 국내에서 시도된 적이 없는 발파변수 중 지연시차 변화에 따른 파쇄입도의 변화를 살펴보기 위해 다른 발파변수들은 일정하게 유지 하고, 지연시차는 전자뇌관을 이용하여 저항선 m 당 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10ms의 총 7단계로 변화를 주었다. 이에 대한 파쇄입도 분석은 발파 후의 파쇄석의 사진을 촬영하고, 이를 파쇄입도 분석 프로그램인 Split-desktop으로 분석하여 실측결과를 도출하였다.
- 총 21회의 발파를 수행하였으며 각 발파 종료후 파쇄 입도 측정은 현장 적용이 간편하고 빠른 시간에 다량의 자료를 처리할 수 있는 영상처리 기법(Image processing)을 이용하여 파쇄입도 분석을 수행하였다. 발파 후 파쇄석의 형상과 크기 분포를 고려하여 벤치로부터 전체 파쇄석 더미의 길이 2/3의 지점을 기준 위치로 설정하고, 파쇄석 더미 중앙의 기준 위치로부터 동일한 거리만큼 좌측, 우측의 방향으로 이동하여 사진촬영을 수행하였다.
- 발파 후 파쇄석의 형상과 크기 분포를 고려하여 벤치로부터 전체 파쇄석 더미의 길이 2/3의 지점을 기준 위치로 설정하고, 파쇄석 더미 중앙의 기준 위치로부터 동일한 거리만큼 좌측, 우측의 방향으로 이동하여 사진촬영을 수행하였다. 촬영 사진상에서 분석 대상이외의 지역을 최소화하고, 중첩되는 영역을 최대화하기 위해 각 지점에서 카메라는 파쇄석 더미가 쌓여있는 벤치의 중앙을 향하도록 하여 촬영하고 수평을 유지하도록 하였다. 또한 영상처리기법을 이용한 파쇄입도 분석시 분석상의 기준과 원근에 대한 영향을 고려하기 위하여 원형의 기준 물체를 2개 이용하였고 이를 카메라 전방 5m와 10m에 위치시켰다.
대상 데이터
- 본 연구는 강원도 동해시에 위치한 석회석 광산에서 수행되었으며, 이 광산의 벤치는 약 15~19m로 형성되어 있으며, 102mm 천공경으로 사용하고 있다. Fig. 2는 본 실험이 진행된 벤치(채광 구역 SL200)로 일대의 지질은 선캠브리아기의 태백산 편마암복합체를 기저로 하여 고생대 두위봉형 조선누층군의 상산층, 묘봉층, 풍촌층, 삼화층과 이들을 후기에 관입한 시대미상의 삼화화강암으로 구성된다. 동해광산은 풍촌층을 대상으로 하는 석회석 광산이며, 풍촌층은 상부 석회암대, 중부 백운암대, 하부 석회암대로 구분되고 현재는 주로 하부 석회암대를 대상으로 채광이 진행되고 있다.
- 본 광산의 암석의 공학적 특성은 2012년도 한국지질자원연구원의 사면안정성 평가에서 분석된 00개발 동해광산의 석회석 광종에 대한 분석 자료를 이용하였다(Table 1). 분석 자료로부터 확인할 수 있듯이, 시험지역의 석회석은 일축압축강도 124MPa, 탄성계수 41.
- 본 연구는 강원도 동해시에 위치한 석회석 광산에서 수행되었으며, 이 광산의 벤치는 약 15~19m로 형성되어 있으며, 102mm 천공경으로 사용하고 있다. Fig.
- 본 연구에서 사용된 화약류는 국내에서 제조하는 전자뇌관인 Hitronic을 사용하여 정밀 지연 초시를 제어하였으며, Table 3은 사용된 화약류의 성능이며 기폭약으로는 에멀젼계 카트리지 폭약인 NewMite Plus 65mm를 사용하였으며 주장약은 에멀젼과 안포의 비율이 7:3인 HiMEX 700을 사용하였다.
- 이러한 정밀 초시를 가진 전자뇌관을 사용하여 저항선 m당 지연시차를 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10ms의 총 7단계(Type)로 변화를 주었으며, 분석상의 정확도를 높이기 위하여 3차례의 반복 발파를 계획하였다. 시험 발파패턴의 벤치 높이는 17m로서, 벤치에 대한 세부 발파패턴과 회당 발파수량은 Table 4와 같다. Table 4의 패턴을 도식화하면 Fig.
데이터처리
- 기준점인 중앙과 좌측, 우측에서 촬영된 사진을 Splitengineering 사의 Split-desktop 프로그램을 이용하여 각 방향의 파쇄입도 분석을 수행하였으며, 분석 결과들의 평균을 각 발파에 대한 대표 파쇄입도 분포로 선정하였다(Fig. 7).
- 즉, 본 연구에서는 국내에서 시도된 적이 없는 발파변수 중 지연시차 변화에 따른 파쇄입도의 변화를 살펴보기 위해 다른 발파변수들은 일정하게 유지 하고, 지연시차는 전자뇌관을 이용하여 저항선 m 당 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10ms의 총 7단계로 변화를 주었다. 이에 대한 파쇄입도 분석은 발파 후의 파쇄석의 사진을 촬영하고, 이를 파쇄입도 분석 프로그램인 Split-desktop으로 분석하여 실측결과를 도출하였다. 이를 통해 석회석 광산에서의 파쇄입도와 지연시차와의 상관성을 규명하고자 한다.
이론/모형
- 이러한 분석 결과들의 평균을 각 발파에 대한 대표 파쇄입도 분포로 선정하였다. 각 발파에 해당하는 파쇄입도는 Rosin-Rammler 분포곡선을 이용하여 파쇄 입도 분포 곡선을 작도하였으며, 분석된 X 50 과 X 90 은 Fig. 8(a)와 같다. 그림에서 확인할 수 있듯이 X 50은 32.
성능/효과
- 이러한 편차는 동일한 벤치를 대상으로 발파를 수행하였음에도 불구하고, 인위적으로 제어할 수 없는 요소들, 즉 내부 암반상태(국부적으로 형성된 단층이나 암맥 등) 및 소규모 공동과 이로 인한 발파조건의 변경 등의 이유로 발생한 것으로 판단된다. 21회의 한정된 시험발파를 통해 실측된 X 50에 대한 회귀분석 결과, 지연시차 24ms에서 X 50이 최저값을 갖는 것으로 나타났으며, 이는 저항선 m당 6ms가 최소의 파쇄입도가 발생했다. 즉, 다른 조건이 동일한 경우 지연시차를 사용하여 파쇄입도의 조절이 가능함을 확인할 수 있었다.
- Table 2에서 확인할 수 있듯이, 본 연구지역에서는 311~353° 경사방향과 67~82°의 급경사를 갖는 절리군의 분포가 가장 우세하며, 동일한 벤치를 대상으로 순차적으로 수행되기 때문에 유사한 절리군의 방향성을 갖는 것으로 분석되었다.
- Table 2에서 확인할 수 있듯이, 본 연구지역에서는 311~353° 경사방향과 67~82°의 급경사를 갖는 절리군의 분포가 가장 우세하며, 동일한 벤치를 대상으로 순차적으로 수행되기 때문에 유사한 절리군의 방향성을 갖는 것으로 분석되었다. 또한 조사된 절리의 대부분이 Set-1과 Set-2의 절리군에 속하며, 기타 방향이나 무작위로 분포하는 절리가 없는 등 매우 규칙적인 분포상태를 보이고 있는 것으로 나타났다.
- 국내에서는 시도된 적이 없는 지연시차에 따른 석회석 광산의 파쇄입도를 변화를 연구하였다. 본 연구에서는 해외 연구 사례와 동일하게 발파의 지연시차가 파쇄입도에 영향을 미친다는 연구 결과를 얻었으며 영상처리기법을 이용하여 지연시차별 파쇄입도를 분석한 결과, X 50은 32.43~48.62cm 범위였으며, 동일한 지연시차 내에서도 최대 약 18cm 정도의 편차를 갖는 것으로 분석되었다. 이러한 편차는 동일한 벤치를 대상으로 발파를 수행하였음에도 불구하고, 인위적으로 제어할 수 없는 요소들, 즉 내부 암반상태(국부적으로 형성된 단층이나 암맥 등) 및 소규모 공동과 이로 인한 발파조건의 변경 등의 이유로 발생한 것으로 판단된다.
- 본 광산의 암석의 공학적 특성은 2012년도 한국지질자원연구원의 사면안정성 평가에서 분석된 00개발 동해광산의 석회석 광종에 대한 분석 자료를 이용하였다(Table 1). 분석 자료로부터 확인할 수 있듯이, 시험지역의 석회석은 일축압축강도 124MPa, 탄성계수 41.5GPa로 경암의 특성을 나타내고 있다.
- 8(b)와 같으며 데이터 오차를 제외해보면 약 24ms에서 가장 작은 파쇄입도를 가지고 있었다. 이를 저항선 m단위로 환산시 본 연구에서는 약 6ms/m에서 최소의 파쇄입도를 보인다는 결과를 알 수 있었다.
- 21회의 한정된 시험발파를 통해 실측된 X 50에 대한 회귀분석 결과, 지연시차 24ms에서 X 50이 최저값을 갖는 것으로 나타났으며, 이는 저항선 m당 6ms가 최소의 파쇄입도가 발생했다. 즉, 다른 조건이 동일한 경우 지연시차를 사용하여 파쇄입도의 조절이 가능함을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 향후에는 파쇄입도 예측모델인 KUZ-RAM 모델 (Cunningham, 2005)을 사용하여 실측값과 비교해 보고 석회암 광산의 파쇄입도 예측 모델식을 추정식을 도출하고자 하며, 지연시차 변화에 따른 버럭 형상의 변화를 표준화하고 이를 통해 버럭 상차(mucking) 효율에 대한 변화를 측정할 예정이다. 즉, 지연시차를 통해 제어되는 파쇄입도가 후속공정인 버럭 상차(mucking), 운반, 조쇄 및 분쇄에 미치는 원가 분석을 통해 국내 광산 비용의 최적화(mine to mill optimization)에 대한 연구를 지속할 예정이며, 지연 시차외에 비장약량 변화를 통한 파쇄입도의 제어를 하고자 한다.
- 향후에는 파쇄입도 예측모델인 KUZ-RAM 모델 (Cunningham, 2005)을 사용하여 실측값과 비교해 보고 석회암 광산의 파쇄입도 예측 모델식을 추정식을 도출하고자 하며, 지연시차 변화에 따른 버럭 형상의 변화를 표준화하고 이를 통해 버럭 상차(mucking) 효율에 대한 변화를 측정할 예정이다. 즉, 지연시차를 통해 제어되는 파쇄입도가 후속공정인 버럭 상차(mucking), 운반, 조쇄 및 분쇄에 미치는 원가 분석을 통해 국내 광산 비용의 최적화(mine to mill optimization)에 대한 연구를 지속할 예정이며, 지연 시차외에 비장약량 변화를 통한 파쇄입도의 제어를 하고자 한다.
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