노천광산에서 발파파쇄석의 입도예측에 널리 활용되고 있는 Kuz-Ram 모델의 국내 석회석 노천광산에 대한 적용성을 분석하기 위해, 강원도 동해지역 석회석 노천광산을 대상으로 총 21회의 현장 시험을 수행하였다. 현장시험결과와 Kuz-Ram 모델 예측의 비교 분석 결과, 평균 파쇄입도에서는 최대 56.45%, 균등계수에서는 최대 37.52%의 오차가 나타나는 등, 암석계수와 균등계수에 대한 다양한 보정요소를 제시함에도 불구하고 Kuz-Ram 모델의 예측값에는 상당한 수준의 오차가 발견되었다. 또한 동일한 벤치에서 유사한 발파패턴으로 시험발파를 수행했음에도 각기 다른 보정요소를 적용해야 하는 문제점도 도출되었다. 따라서 국내 노천광산의 발파패턴 및 암반조건과는 다른 경험값을 바탕으로 개발된 Kuz-Ram 모델의 국내 적용성 확대를 위해서는 반드시 해당 광산의 현장조건에 맞도록 수정, 보완되어야 할 것이다.
노천광산에서 발파파쇄석의 입도예측에 널리 활용되고 있는 Kuz-Ram 모델의 국내 석회석 노천광산에 대한 적용성을 분석하기 위해, 강원도 동해지역 석회석 노천광산을 대상으로 총 21회의 현장 시험을 수행하였다. 현장시험결과와 Kuz-Ram 모델 예측의 비교 분석 결과, 평균 파쇄입도에서는 최대 56.45%, 균등계수에서는 최대 37.52%의 오차가 나타나는 등, 암석계수와 균등계수에 대한 다양한 보정요소를 제시함에도 불구하고 Kuz-Ram 모델의 예측값에는 상당한 수준의 오차가 발견되었다. 또한 동일한 벤치에서 유사한 발파패턴으로 시험발파를 수행했음에도 각기 다른 보정요소를 적용해야 하는 문제점도 도출되었다. 따라서 국내 노천광산의 발파패턴 및 암반조건과는 다른 경험값을 바탕으로 개발된 Kuz-Ram 모델의 국내 적용성 확대를 위해서는 반드시 해당 광산의 현장조건에 맞도록 수정, 보완되어야 할 것이다.
Considering the applicability of Kuz-Ram model, which has been used extensively for predicting rock fragmentation size distribution by blasting, to domestic open-pit limestone mine, a total of 21 blasting tests have been executed at an open-pit limestone mine in eastern Gangwon of South Korea. A com...
Considering the applicability of Kuz-Ram model, which has been used extensively for predicting rock fragmentation size distribution by blasting, to domestic open-pit limestone mine, a total of 21 blasting tests have been executed at an open-pit limestone mine in eastern Gangwon of South Korea. A comparative analysis of field measured value and Kuz-Ram predicted value showed that there are a considerable amount of error in the predicted values regardless of application of various correction parameters for rock factor and uniformity factor; up to 56.45% in mean fragmentation size and 37.52% in uniformity index. Also the problem of applying different correction parameters has been derived even though a similar blasting pattern has been adopted for a same blasting bench. The authors therefore suggest that Kuz-Ram model needs to be modified for a proper application to domestic open-pit limestone mine.
Considering the applicability of Kuz-Ram model, which has been used extensively for predicting rock fragmentation size distribution by blasting, to domestic open-pit limestone mine, a total of 21 blasting tests have been executed at an open-pit limestone mine in eastern Gangwon of South Korea. A comparative analysis of field measured value and Kuz-Ram predicted value showed that there are a considerable amount of error in the predicted values regardless of application of various correction parameters for rock factor and uniformity factor; up to 56.45% in mean fragmentation size and 37.52% in uniformity index. Also the problem of applying different correction parameters has been derived even though a similar blasting pattern has been adopted for a same blasting bench. The authors therefore suggest that Kuz-Ram model needs to be modified for a proper application to domestic open-pit limestone mine.
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문제 정의
본 연구에서는 이러한 Kuz-Ram 모델의 국내 석회석 노천광산에 대한 적용성을 살펴보기 위해 2005년에 수정된 Kuz-Ram 모델을 중심으로 Jin et al.(2014)가 강원도 동해지역 석회석 노천광산에서 수행한 총 21회 현장 시험발파 자료를 활용하여 평균파쇄입도 및 균등계수 등을 비교 분석하고자 한다.
최근 발표된 수정 모델은 2005년에 수정 및 보완된 모델로서, 그동안 고려되지 않았던 뇌관의 지연시차를 고려하기 위하여 평균 파쇄입도 추정식과 균등계수 추정식에 지연시차와 관련된 함수식을 추가하였다. 그리고 평균 파쇄입도 추정식의 암석계수에 대한 보정계수(C(A))와 균등계수 추정식에 대한 보정계수(C(n))를 각각 도입하여 현장 적용성을 향상시키고자 하였다.
본 연구에서는 국내 석회석 노천광산에서 수행된 총 21회 현장 시험발파 결과를 이용하여 2005년에 수정된 Kuz-Ram 모델의 현장 적용성을 검토하였다. 이를 위하여 Jin et al.
본 연구에서는 이상에서 살펴본 2005년에 수정된 Kuz-Ram 모델을 중심으로 국내 석회석 노천광산의 암석 파쇄도 분석하고, 실측 결과와 비교분석하여 그 적용성을 검토하고자 한다.
가설 설정
) 결괏값들을 정리한 것이다. 균등계수에 대한 보정계수(C(n))는 앞서 언급한 바와 같이 모든 시험발파에 대하여 1로 가정하여 계산하였다. nK는 18회차 시험발파에서 1.
암석계수에 대한 보정계수(C(A))는 Kuz-Ram 모델에서 0.5∼2.0의 범위 내의 값을 적용하도록 제시하고 있지만, 적용값의 판단근거나 기준 지표가 없기 때문에 보정치가 부여되지 않은 일반적인 결괏값을 산출하고자 모든 시험발파에 대하여 1로 가정하여 계산하였다.
제안 방법
지연시차 함수(At)는 Bergmann et al.(1974)이 수행한 시험결과를 재분석하여 T/Tmax 값의 범위에 따라 식 (3)과 식 (4)로 구분하여 적용하도록 제안하였다. Tmax는 최대 파쇄를 얻기 위한 지연시차로서 식 (4)로 표현 되며, 이 식에서 15.
본 연구에서는 이러한 Kuz-Ram 모델의 국내 석회석 노천광산에 대한 적용성을 살펴보기 위해 2005년에 수정된 Kuz-Ram 모델을 중심으로 Jin et al.(2014)가 강원도 동해지역 석회석 노천광산에서 수행한 총 21회 현장 시험발파 자료를 활용하여 평균파쇄입도 및 균등계수 등을 비교 분석코자 한다.
Jin et al.(2014)가 수행한 현장 시험발파는 쌍용자원 개발 동해사업소 SL200 구역에서 저항선 m당 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10 ms의 지연시차로 각 3회씩 총 21회 수행되었다(Fig. 1). 현장조사 및 시험발파는 Fig.
Kuz-Ram 모델의 국내 현장 적용성 검토를 위하여 총 21회 시험발파 결과에 대해 실측된 결괏값들과 Kuz-Ram 모델에 의해 추정된 결괏값들을 비교분석하였다(Table 7).
앞서 정리된 총 21회 현장조사 자료를 이용하여 Kuz-Ram 모델에 의한 평균 파쇄입도와 균등계수를 분석하고, 파쇄도 분석을 수행하였다. 평균 파쇄입도 분석을 위하여 식 (2)와 Table 2로부터 암석계수(A)에 대한 평가를 수행한 결과 4.
대상 데이터
이를 위하여 Jin et al.(2014)이 수행한 현장 시험결과 자료를 재검토하였으며, 이를 현장 적용성 검토를 위한 기초자료로 활용하였다. 본 연구에서 분석한 내용을 정리하면 다음과 같다.
2와 같은 순서로 수행되었으며, 시험발파에 적용된 발파패턴은 Table 2와 같다. 시험발파에 사용된 화약류는 0.001%의 정밀도를 갖는 전자뇌관과 내수성이 우수한 bulk emulsion (emulsion:ANFO = 7:3) 폭약이 사용되었다. 시험발파 벤치에 분포하는 절리군은 311∼353°의 경사방향과 67∼82°의 급경사를 갖는 절리군이 가장 우세하게 분포하고 있으며, 본 연구지역의 석회석은 일축압축강도 82 MPa, 탄성계수 58.
이론/모형
본 연구에서는 Kuz-Ram 모델의 현장 적용성 검토를 위하여 Jin et al.(2014)가 수행한 현장 시험발파 결과를 활용하였다. Jin et al.
성능/효과
1. Kuz-Ram 모델의 국내 현장 적용성 검토를 위하여 활용된 데이터는 총 21회 현장 시험발파가 수행된 결과 자료로서, XM50은 28.89∼51.28 cm, nA는 1.308∼1.813의 범위를 나타낸다.
2. 지연시차 변화에 따른 XM50과 XK50의 변화양상을 살펴보기 위하여 회귀분석을 수행한 결과, 동일한 지연시차에서 두 결괏값의 차이는 최소 2.82 cm, 최대 28.95 cm의 차이를 나타냈지만, 지연시차 24 ms에서 최소 평균 파쇄입도를 나타내는 유사한 경향을 보였다.
3. 측정값과 Kuz-Ram 모델에 의해 추정된 결괏값의 차이로부터 C(A)와 C(n)을 역산해 본 결과, C(A)는 0.807∼2.296, C(n)은 1.168∼1.601의 범위를 갖는 것으로 분석되었으며, C(A)는 0.5∼2.0의 적용 제한 범위에서 약 0.3정도 초과하는 것이 확인되었다.
4. 이상의 결과로부터 확인할 수 있듯이, Kuz-Ram 모델에 의해 추정된 결과는 본 대상 광산의 시험발파 결과와 잘 부합하지 않는 것으로 확인되었다. 이는 Kuz-Ram 모델의 기반이 된 현장 데이터의 특수성 즉, 암반 조건, 사용폭약의 종류, 천공오차, 발파패턴 등의 차이로 인하여 발생된 오차로 판단된다.
4는 nA와 nK를 적용된 지연시차 변화와 함께 도시한 것이다. nA는 지연시차가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내지만, nK는 지연시차의 변화에 민감하게 반응하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
시험발파 벤치에 분포하는 절리군은 311∼353°의 경사방향과 67∼82°의 급경사를 갖는 절리군이 가장 우세하게 분포하고 있으며, 본 연구지역의 석회석은 일축압축강도 82 MPa, 탄성계수 58.50 GPa 를 갖는 것으로 분석되었다.
영상처리기법(image analysis)으로 측정된 평균 파쇄입도(XM50)는 29.89∼51.28 cm의 범위 내에 분포하며, 분석된 균등계수(nA)는 1.308∼1.813의 범위를 나타내는 것으로 분석되었다.
3정도 초과하는 것이 확인되었다. 이로부터 확인할 수 있듯이 동일한 벤치임에도 불구하고 C(A)의 값을 달리 적용해야 한다는 것은 암반조건이 다양하게 변화되었음을 의미하는 바, Kuz-Ram 모델에서 제안하고 있는 일반적인 경향과 다르게 분석되었다.
동일한 현장이라면, 암석계수의 보정계수는 암반조건이 급변하는 특수한 상황을 제외하고, 유사한 값이 적용되어야 할 것이다. 이로부터 확인할 수 있듯이, KuzRam 모델에 의해 추정된 결과는 본 광산에서 수행된 시험발파의 결과와 잘 부합하지 않는 것으로 판단된다. 이는 Kuz-Ram 모델의 기반이 된 현장 데이터의 특수성 즉, 암반조건, 사용폭약의 종류, 천공오차, 발파패턴의 차이 등으로 인해 발생될 수 있는 오차로 판단된다.
28 cm로 가장 큰 값을 나타내어 전반적인 경향을 크게 벗어나는 것으로 확인되었다. 이에 대한 원인을 분석하기 위하여 절리면의 방향성 및 상태, 발파조건, 날씨 등 발파결과에 영향을 미칠 수 있는 모든 조건을 검토한 결과, 유사한 조건에서 수행된 12회차와 19회차 시험발파의 XM50 값들과의 차이를 발생시킬만한 특이사항은 확인되지 않았다. 따라서 지연시차와 평균 파쇄 입도의 상관성 분석에서 전반적인 경향을 왜곡시킬 수 있기 때문에, 전체 경향분석에서 이를 제외시켰다.
3은 7단계의 지연시차별 각 3회씩 수행된 시험의 XM50과 XK50을 적용된 지연시차 변화와 함께 도시한 것이다. 전체 결과 중 5회차 시험발파의 XM50은 51.28 cm로 가장 큰 값을 나타내어 전반적인 경향을 크게 벗어나는 것으로 확인되었다. 이에 대한 원인을 분석하기 위하여 절리면의 방향성 및 상태, 발파조건, 날씨 등 발파결과에 영향을 미칠 수 있는 모든 조건을 검토한 결과, 유사한 조건에서 수행된 12회차와 19회차 시험발파의 XM50 값들과의 차이를 발생시킬만한 특이사항은 확인되지 않았다.
측정값과 Kuz-Ram 모델에 의해 추정된 결괏값의 차이로부터 암석계수에 대한 보정계수와 균등계수에 대한 보정계수를 분석해 본 결과, 암석계수에 대한 보정계수(C(A))는 0.807∼2.296, 균등계수에 대한 보정계수(C(n))는 1.168∼1.601의 범위를 갖는 것으로 나타났으며, 이 두 계수를 Kuz-Ram 모델의 결괏값에 곱해야 측정된 결과와 일치하게 된다.
평균 파쇄입도 분석을 위하여 식 (2)와 Table 2로부터 암석계수(A)에 대한 평가를 수행한 결과 4.93∼5.96의 범위를 나타내는 것으로 확인되었으며, 총 21회 시험발파가 동일한 시험발파 벤치에서 연속적으로 수행되었기 때문에 암반조건이나 절리분포 패턴이 유사한 특징을 나타냈다(Table 4).
따라서 지연시차와 평균 파쇄 입도의 상관성 분석에서 전반적인 경향을 왜곡시킬 수 있기 때문에, 전체 경향분석에서 이를 제외시켰다. 회귀 분석결과, XM50과 XK50은 지연시차 24 ms에서 가장 작은 파쇄입도를 갖는 것으로 분석되었으며, 지연시차 24 ms를 기준으로 지연시차가 증가 또는 감소할수록 XM50과 XK50의 값이 증가하는 경향을 나타내고 있다. XM50과 XK50은 지연시차 변화에 따라 유사한 경향을 나타내고 있지만, 동일한 지연시차 조건에서 최소 2.
후속연구
이상에서 살펴본 바와 같이, Kuz-Ram 모델의 국내노천광산에 대한 현장 적용성 측면에서 볼 때, Kuz-Ram 모델을 그대로 사용하기보다는 국내 광산 환경과 해당 광산의 현장조건 등을 고려하여 수정 및 보완할 필요가 있으며, 이로부터 해당 광산의 최적의 파쇄도를 얻기 위한 파쇄도 예측 모델을 개발하고, 체계적인 기준 지표를 확립한다면 해당 광산의 생산 효율성을 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Kuz-Ram 모델은 어떤 목적으로 제안되었는가?
Kuz-Ram 모델은 벤치높이, 공간격, 저항선, 비장약량, 암반의 특성 등 노천 광산현장에서 측정 가능한 발파변수들로부터 암석의 파쇄도를 예측하고 발파패턴을 수정 및 변경하기 위하여 Cunningham(1983)에 의해 제안되었다. Kuz-Ram 모델은 평균 파쇄입도(mean fragmentation size, X50) 추정식과 균등계수(uniformity index, n) 추정식으로 구성된다.
시험발파나 수치모델을 사용한 발파패턴 설계는 각각 어떤 차이가 있는가?
대상 광산에 적합한 파쇄도를 얻기 위해서는 시험발파나 수치모델을 이용하여 발파패턴을 설계할 수 있다. 시험발파를 통하여 발파설계를 수행할 경우 많은 비용과 시간이 소요되지만, 수치모델을 이용할 경우 측정 가능한 발파변수의 수치계산만으로 추정이 가능하기 때문에 비용과 시간 절감 차원에서 매우 유리하다.
노천광산에서 발파로 인해 발생되는 암석의 파쇄도는 무엇인가?
노천광산에서 발파로 인해 발생되는 암석의 파쇄도는 적재, 운반, 1차 파쇄 등 전체 생산 공정에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 이러한 암석의 파쇄도는 해당 암반의 강도 특성이나 절리 분포 특성 등 현장 특성을 고려하여 인위적으로 제어할 수 있는 발파변수들을 조절함으로써 현장 생산설비의 규격에 적합한 파쇄도를 얻을 수 있다.
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