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문제 정의
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6. 결 론
본 연구에서는 강원도 동해시 삼화동에 위치한 (주) 쌍용자원개발 동해광업소에서 석회석 암반을 대상으로 전자뇌관에 의한 지연시차의 변화와 발파진동 및 소음과의 상관성을 살펴보았다. 총 50개의 측정값을 지연시차와 측정거리에 따라 분석하였으며, Langefors의 시차이론을 적용하였다.
- 따라서 본 연구에서는 석회석 노천광산에서의 발파에 의한 지반진동 및 소음을 줄일 수 있는 대책 중의 하나로, 이미 알려져 있는 지연시차의 영향 정도를 정량적으로 분석하기 위해 벤치발파 작업장에서 지연시차를 제외한 다른 모든 발파조건을 동일하게 유지하였으며, 이외 동시에 전자뇌관을 사용함으로써 지연 시차의 정확성을 유지하도록 노력하였다.
- 본 연구에서는 지연시차를 제외한 발파조건을 일정 하게 유지한 상태에서 발파를 수행하였다. 전자뇌관의 시차는 4, 8, 12, 16, 20, 28, 40ms의 총 7단계로 변화를 주었으며, 각 발파마다 공간 지연시차를 동일하게 설정하고 발파공수만큼 단차를 나누어, 각 발파공들의 뇌관이 순차적으로 기폭 할 수 있도록 하였다.
제안 방법
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3.3 측정방법
지반진동과 소음은 Canada Instantel사의 Blastmate Ⅱ, Ⅲ와 Minimate를 이용하여 측정하였으며, 발파원으로부터 후방으로 45m 만큼 이격된 1개의 고정지점과 발파원으로부터 전방으로 80~300m 만큼 이격된 임의지점을 측정지점으로 설정하였다. Fig.
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4.2 소음
발파에 의한 소음 역시 발파원으로부터 45m 만큼 이격된 고정 측정지점에서 측정된 값으로 분석을 실시하였다. 측정된 발파소음은 86.
- 하지만 본 연구에서는 현장 여건상 중첩이 발생하지 않는 파형을 얻지 못하여, 중첩모델링을 수행 하지 못하였다. 따라서 부득이 중첩이 포함된 파형을 기준파형으로 하여 Langefors의 시차이론을 간략히 검토해보았다.
- 전자뇌관의 시차는 4, 8, 12, 16, 20, 28, 40ms의 총 7단계로 변화를 주었으며, 각 발파마다 공간 지연시차를 동일하게 설정하고 발파공수만큼 단차를 나누어, 각 발파공들의 뇌관이 순차적으로 기폭 할 수 있도록 하였다. 또한 각 지연시차가 적용된 7회 발파를 1 cycle로 정하고 3 cycle을 반복하여, 총 21회 발파를 수행하였다. 지연시차를 포함한 세부적인 발파조건은 Table 2와 같다.
- 각각의 발파에서 PPV가 나타나는 방향성분의 파형을 기준파형으로 설정하고, 주파수를 이용하여 주기를 구한 뒤, 식 (1)에 따라 보강간섭과 상쇄간섭이 일어나는 시간을 계산하였다. 또한, 계산된 시간으로 파형에서 진동속도를 구하였으며, 이를 PPV에 대한 백분율로 나타내었다. 분석은 고정 측정지점에서 측정된 값과 임의 측정지점에서 측정된 값으로 나누어 수행하였고, 고정 측정지점에 대한 평균 백분율을 Fig.
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발파에 의한 지반진동과 지연시차의 상관성
Fig. 4에서 확인할 수 있듯이, 최대진동속도는 발파원과 측정지점 간 거리 영향을 받으므로, 지연시차와의 상관성 분석에서는 발파원과 측정지점 간 거리를 일정하게 유지한 상태에서 지연시차의 변화만을 고려하기 위해 45m 고정지점의 측정값만을 분석에 이용 하였다.
- 한편, 미광무국(USBM)에서 주도한 실험(Devine, 1966)은 발파에 의한 진동속도를 저감시키는데 있어 지연시차에 대한 효과를 보여주었다. 이 실험은 석회석 채광장에서 장약공 사이의 지연시차만을 다르게 하여 발파를 수행하였으며, 7공과 15공 발파에서 각 지연시차에 대해 거리를 증가시키면서 최대진동속도를 기록하였다. 7공 발파에서는 지연시차가 9ms와 34ms 일 경우에 진행방향성분의 진동속도가 제발발파에 비해 3~5 배로 저감하였다.
- 이러한 현장발파시험을 통해 얻어진 지반진동 및 소음을 분석하여 발파진동 추정식 및 거리에 따른 소음 등을 구하였으며, Langefors의 시차이론을 이용하여 최종적으로 본 연구가 수행된 현장에서 발파에 의한지반진동을 저감할 수 있는 지연시차를 도출하였다.
- 본 연구에서는 지연시차를 제외한 발파조건을 일정 하게 유지한 상태에서 발파를 수행하였다. 전자뇌관의 시차는 4, 8, 12, 16, 20, 28, 40ms의 총 7단계로 변화를 주었으며, 각 발파마다 공간 지연시차를 동일하게 설정하고 발파공수만큼 단차를 나누어, 각 발파공들의 뇌관이 순차적으로 기폭 할 수 있도록 하였다. 또한 각 지연시차가 적용된 7회 발파를 1 cycle로 정하고 3 cycle을 반복하여, 총 21회 발파를 수행하였다.
대상 데이터
- 2012년도 한국지질자원연구원의 기술자문보고서 (선우춘 외, 2012)에서 분석된 자료에 따르면 본 연구에서 발파를 수행한 지역의 석회석은 일축압축강도 124MPa, 탄성계수 41.5GPa로 경암의 특성을 나타내고 있다. 자세한 공학적 특성은 Table 1에 나타내었다.
- 본 연구가 수행된 현장은 강원도 동해시 삼화동에 위치한 (주)쌍용자원개발의 동해광업소 SL200 구역이다. 이 일대의 지질은 선캄브리아기의 태백산편마암복합체를 기저로 하는 고생대 두위봉형 조선누층군으로 구성된다.
데이터처리
- 또한, 계산된 시간으로 파형에서 진동속도를 구하였으며, 이를 PPV에 대한 백분율로 나타내었다. 분석은 고정 측정지점에서 측정된 값과 임의 측정지점에서 측정된 값으로 나누어 수행하였고, 고정 측정지점에 대한 평균 백분율을 Fig. 6에 나타내었다.
이론/모형
- 2) Langefors 시차이론을 바탕으로 고정 측정지점과 임의 측정지점으로 나누어 간섭효과를 검토한 결과, 두 분석에서 모두 이론에 잘 부합하는 결과를 확인하였다. 이에 본 연구에서 측정된 발파진동의 크기는 Langefors의 시차이론에 따른 간섭효과로 설명할 수 있으며, 제한적인 범위 내에서 직접 적용하지 못한 지연시차에 대한 PPV를 일정 수준 내에서 유추할 수 있었다.
- 본 연구에서는 강원도 동해시 삼화동에 위치한 (주) 쌍용자원개발 동해광업소에서 석회석 암반을 대상으로 전자뇌관에 의한 지연시차의 변화와 발파진동 및 소음과의 상관성을 살펴보았다. 총 50개의 측정값을 지연시차와 측정거리에 따라 분석하였으며, Langefors의 시차이론을 적용하였다. 본 연구에서 분석된 결과를 요약하면 다음과 같다.
성능/효과
- 1) 발파진동은 발파원으로부터 후방으로 45m 만큼 이격된 고정 측정지점에 대해 지연시차가 4ms일 경우와 16ms일 경우 상대적으로 높은 값을 나타내었으며, 지연시차가 8ms일 경우에 상대적으로 낮은 값이 측정되었다. 측정된 PPV를 지연시차에 따라 살펴보면, PPV의 측정값이 일정한 주기를 갖는 형태를 띠어 보강간섭과 상쇄간섭이 반복되어 나타난 것을 확인할 수 있다.
- 7공 발파에서는 지연시차가 9ms와 34ms 일 경우에 진행방향성분의 진동속도가 제발발파에 비해 3~5 배로 저감하였다. 15공 발파에서는 진동속도의 저감효과가 7공 발파보다 더 적게 나타났지만, 세 방향성분 모두 지연시차 34ms에서 진동속도가 저감하여, 이 실험에서는 7공과 15공 발파 모두 지연시차가 34ms인 경우에 진동속도 저감효과가 나타났다. 본 연구에서 발파진동을 저감시킬 수 있는 지연시차인 8ms와 24ms는 USBM의 연구결과와 큰 차이를 보인다.
- 2) Langefors 시차이론을 바탕으로 고정 측정지점과 임의 측정지점으로 나누어 간섭효과를 검토한 결과, 두 분석에서 모두 이론에 잘 부합하는 결과를 확인하였다. 이에 본 연구에서 측정된 발파진동의 크기는 Langefors의 시차이론에 따른 간섭효과로 설명할 수 있으며, 제한적인 범위 내에서 직접 적용하지 못한 지연시차에 대한 PPV를 일정 수준 내에서 유추할 수 있었다.
- 3) 발파소음은 지연시차가 16ms일 경우 평균 발파소음이 가장 높게 측정되었으며, 지연시차가 8ms일 경우 가장 낮게 측정되었다. 전체적인 경향은 지연시차가 증가할수록 발파소음도 증가하여 일정한 값으로 수렴하는 경향을 보였으나, 본 연구가 수행된 노천광산 특성상 기후조건이 발파소음 측정에 많은 영향을 미쳤을 것이라고 판단하여, 발파소음과 지연시차의 상관성을 분석하기에는 어렵다고 판단하였다.
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4.1 지반진동
발파에 의한 지반진동 측정결과 및 진동속도 추정식 산출
고정지점과 임의지점에서 측정된 값들을 살펴보면, 고정지점에서는 진동속도가 3.89~10.40cm/sec의 범위를 나타냈으며, 평균 6.93cm/sec의 값을 나타내었다. 임의지점에서는 0.
- 8dB(A)의 값을 나타내었다. 고정 측정지점에 대해 발파소음은 지연시차가 16ms 일 경우 평균 97.7dB(A)로 가장 높게 측정되었으며, 지연시차가 8ms일 경우 평균 89.2dB(A)로 가장 낮게 측정되었다. 전체적인 경향을 살펴보면, 지연시차가 증가할수록 발파소음은 증가하다가 일정한 값으로 수렴하는 경향을 보였다(Fig.
- 측정된 PPV를 지연시차에 따라 살펴보면, PPV의 측정값이 일정한 주기를 갖는 형태를 띠어 보강간섭과 상쇄간섭이 반복되어 나타난 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 연구가 수행된 현장에서 발파진동을 저감할 수 있는 지연시차는 상쇄간섭이 나타나는 8ms와 24ms로 확인되었다.
- 따라서, 본 연구가 수행된 현장에서 지연시차에 따른 발파진동을 측정한 결과, 발파진동을 저감할 수 있는 지연시차는 상쇄간섭이 나타나는 8ms와 24ms임 을 확인할 수 있었다.
- 5에서 확인할 수 있듯이, 본 현장에서 지연시차에 따른 지반진동은 지연시차가 8ms 씩 증가할 때 마다 보강간섭과 상쇄간섭이 나타나게 된다. 이렇게 주기적으로 반복되는 간섭효과에 따라 본 연구에서 측정하지 않은 지연시차가 24ms인 발파에 대해 상쇄 간섭으로 인해 상대적으로 낮은 PPV가 측정될 수 있 음을 생각할 수 있다.
- 이상의 결과를 통해 본 연구가 수행된 현장에 대해 지연시차를 8ms 또는 24ms로 설정하는 것이 발파진동을 저감하는데 효과적이라는 것을 알 수 있었다. 하지만 본 연구에서 도출된 결과는 (주)쌍용자원개발 동해사업소 SL200 구역의 사면에 대한 국부적인 결과로, 발파조건과 입지조건 등의 영향을 충분히 고려해야하는 현장 결과이다.
- 3) 발파소음은 지연시차가 16ms일 경우 평균 발파소음이 가장 높게 측정되었으며, 지연시차가 8ms일 경우 가장 낮게 측정되었다. 전체적인 경향은 지연시차가 증가할수록 발파소음도 증가하여 일정한 값으로 수렴하는 경향을 보였으나, 본 연구가 수행된 노천광산 특성상 기후조건이 발파소음 측정에 많은 영향을 미쳤을 것이라고 판단하여, 발파소음과 지연시차의 상관성을 분석하기에는 어렵다고 판단하였다.
- 2dB(A)로 가장 낮게 측정되었다. 전체적인 경향을 살펴보면, 지연시차가 증가할수록 발파소음은 증가하다가 일정한 값으로 수렴하는 경향을 보였다(Fig. 7).
- 추정식 도출 결과 자승근 환산거리와 삼승근 환산거리에 대해 입지상수는 각각 95.35와 333.24로, 감쇠상수는 각각 동일하게 –1.52로 확인되었다.
- 1) 발파진동은 발파원으로부터 후방으로 45m 만큼 이격된 고정 측정지점에 대해 지연시차가 4ms일 경우와 16ms일 경우 상대적으로 높은 값을 나타내었으며, 지연시차가 8ms일 경우에 상대적으로 낮은 값이 측정되었다. 측정된 PPV를 지연시차에 따라 살펴보면, PPV의 측정값이 일정한 주기를 갖는 형태를 띠어 보강간섭과 상쇄간섭이 반복되어 나타난 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 연구가 수행된 현장에서 발파진동을 저감할 수 있는 지연시차는 상쇄간섭이 나타나는 8ms와 24ms로 확인되었다.
- 발파에 의한 소음 역시 발파원으로부터 45m 만큼 이격된 고정 측정지점에서 측정된 값으로 분석을 실시하였다. 측정된 발파소음은 86.2~99.8dB(A)의 범위에 있었으며, 평균 92.8dB(A)의 값을 나타내었다. 고정 측정지점에 대해 발파소음은 지연시차가 16ms 일 경우 평균 97.
후속연구
- 하지만, 발파진동 및 소음에 대한 지연시차의 상관관계를 보다 정량적으로 규명하기 위해 지연시차 이외의 모든 변수들은 고정하여 현장시험을 수행하였으며, 지연시차의 에러 발생율을 최소화하기 위해 전자 뇌관을 사용하였다는 점에서 많은 의의를 둘 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 지연시차 외에 지발당 장약량이나 비장약량 등과 같은 다른 발파조건에 대한 상관 관계를 규명할 경우에도 좋은 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단되며, 특히, 본 연구의 현장시험결과를 통해서도 검증된 Langefors의 시차이론을 적극 적용한다면 노천발파현장에서의 발파진동 및 소음 저감 대책마련에 정량적인 결과를 제시해 줄 수 있을 것으 로 판단된다.
- 실제로 1차 20ms 발파와 3차 4ms 발파에서 소음을 측정하지 못하였는데, 이는 측정당시 기후조건인 풍속이 타 발파 시 보다 강해 측정에 많은 영향을 미칠 것이라고 판단하였기 때문이다. 이처럼 본 연구에서 측정된 발파소음은 지연시차의 변화만으로 측정된 순수 결과 값으로 보기 어렵기 때문에, 이를 이용하여 지연시차와 발파소음 간 상관성을 분석하는 것은 다소 무리가 있다고 판단된다.
- Langefors의 시차이론을 이용한 분석은 일반적으로 단일공 발파에 의한 파형과 같이 중첩이 없는 파형을 기준으로, 지연시차에 따른 중첩모델링을 통해 이루어진다. 하지만 본 연구에서는 현장 여건상 중첩이 발생하지 않는 파형을 얻지 못하여, 중첩모델링을 수행 하지 못하였다. 따라서 부득이 중첩이 포함된 파형을 기준파형으로 하여 Langefors의 시차이론을 간략히 검토해보았다.
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