발파작업을 위해 필요한 천공작업은 발파의 효과를 좌우하는 중요한 부분으로 인식되고 있다. 발파를 위한 천공작업 시 발생되는 천공오차는 잔류공 및 여굴 발생, 불균질한 파쇄입도 등 발파효율 저하요인들을 발생시킬 수 있다. 정확한 천공을 위해 자동 천공 점보드릴을 도입하였다. 그 결과 공간격, 저항선의 천공오차율 0~2.6%로 미미하게 나타났으며 이로 인하여 90%이상의 굴진율, 전체 굴착량 대비 여굴량 4.3%, 50cm 이하 파쇄석 비율 89%~95% 등 발파효과가 향상된 것을 확인하였고 이로 인해 발파 Cycle time을 절감할 수 있을 것으로 판단된다.
발파작업을 위해 필요한 천공작업은 발파의 효과를 좌우하는 중요한 부분으로 인식되고 있다. 발파를 위한 천공작업 시 발생되는 천공오차는 잔류공 및 여굴 발생, 불균질한 파쇄입도 등 발파효율 저하요인들을 발생시킬 수 있다. 정확한 천공을 위해 자동 천공 점보드릴을 도입하였다. 그 결과 공간격, 저항선의 천공오차율 0~2.6%로 미미하게 나타났으며 이로 인하여 90%이상의 굴진율, 전체 굴착량 대비 여굴량 4.3%, 50cm 이하 파쇄석 비율 89%~95% 등 발파효과가 향상된 것을 확인하였고 이로 인해 발파 Cycle time을 절감할 수 있을 것으로 판단된다.
Drilling operation for blasting is an important factor to determine blast effect. Drilling errors that arise from performing drilling for blasting purposes can reduce blasting effect causing residual holes, overbreak, and heterogeneous fragmentation, etc. Automatic drilling system was induced for pr...
Drilling operation for blasting is an important factor to determine blast effect. Drilling errors that arise from performing drilling for blasting purposes can reduce blasting effect causing residual holes, overbreak, and heterogeneous fragmentation, etc. Automatic drilling system was induced for precise drilling. As a result, drilling error caused by spaces between holes and burden was minor at 0~2.6% and accordingly, blasting effect was improved with over 90% drilling rate, the ratio of overbreak amount to total drilling amount at 4.3%, proportion of fragmentation rock under 50cm at 89~95% and so from this analyses, it was estimated to reduce the total cycle times related to blasting process.
Drilling operation for blasting is an important factor to determine blast effect. Drilling errors that arise from performing drilling for blasting purposes can reduce blasting effect causing residual holes, overbreak, and heterogeneous fragmentation, etc. Automatic drilling system was induced for precise drilling. As a result, drilling error caused by spaces between holes and burden was minor at 0~2.6% and accordingly, blasting effect was improved with over 90% drilling rate, the ratio of overbreak amount to total drilling amount at 4.3%, proportion of fragmentation rock under 50cm at 89~95% and so from this analyses, it was estimated to reduce the total cycle times related to blasting process.
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문제 정의
본 연구는 자동 점보드릴 시스템과 반자동 점보드릴 시스템으로 천공, 발파 시 천공오차, Cycle time, 굴진효율, 여굴 및 미굴, 파쇄입도 등의 비교분석을 통해 자동 점보드릴 시스템 도입에 의한 발파효과를 분석한 결과이다.
본 연구에서는 강원도 정선군에 위치한 OO 석회석광산을 대상으로 기존의 수동형 천공방식(반자동 점보드릴)과 점보드릴 시스템 업그레이드에 의한 자동 천공방식(자동 점보드릴)의 결과를 비교·분석하여 그 발파효과를 검토하였다.
제안 방법
현장 사정으로 인해 2개의 막장면에서 시험발파를 하였고 막장면은 폭 12m, 높이 8m로 동일하였다. site 1에서 각 2회, site 2에서 각 1회씩 시험발파를 통해 두 점보드릴의 발파효과를 비교하였다. 발파패턴 제원은 표 2와 같이 천공장 3.
산출된 3차원 모델을 설계 단면을 기준으로 절단한 후 절단된 모델의 부피를 산출하고, 설계 단면으로 부피를 나눠 평균 굴진장을 측정하였다. 또한, 굴진율에 영향을 미치는 심발부분을 나눠 굴진장을 측정하였다 (노유송, 2015).
반자동 점보드릴 및 자동 점보드릴로 각각 천공 후 점보드릴 장비에 따른 천공오차를 분석하기 위해 천공장, 공간격, 저항선 등을 조사하였다. 현장 여건을 감안하여 심발 1열을 기준으로 천공된 심발, 확대, 외곽부에서 조사를 하였다.
반자동 점보드릴 및 자동 점보드릴의 천공시스템별 천공 및 발파, 환기 및 버럭처리 시간 등을 조사하여 Cycle time을 분석하였다. Cycle time 분석은 첫 시험 발파 시 측정한 값이다.
산출된 3차원 모델을 설계 단면을 기준으로 절단한 후 절단된 모델의 부피를 산출하고, 설계 단면으로 부피를 나눠 평균 굴진장을 측정하였다. 또한, 굴진율에 영향을 미치는 심발부분을 나눠 굴진장을 측정하였다 (노유송, 2015).
여굴 및 미굴량을 평가하는 방법은 3차원으로 모델링 된 굴진단면에 발파패턴 단면을 형상화하고 측정한 굴진장을 통해 확천량(Look-out) solid를 형상화하여 확천량 solid와 굴진공간 Solid 간의 체적 연산으로 여굴량을 측정하였다.
파쇄입도 분석 프로그램은 Split Engineering 사의 Split Desktop 2.0으로 해석하였으며, 파쇄입도 분석 과정은 발파 후 파쇄암의 사진 영상을 획득, 길이당 pixel수로 기준크기를 입력해주는 set scale 작업을 수행 후 find particle과정을 거쳐 입자분리 및 수정하고 최종 파쇄석 크기 분포를 분석하였다.
반자동 점보드릴 및 자동 점보드릴로 각각 천공 후 점보드릴 장비에 따른 천공오차를 분석하기 위해 천공장, 공간격, 저항선 등을 조사하였다. 현장 여건을 감안하여 심발 1열을 기준으로 천공된 심발, 확대, 외곽부에서 조사를 하였다.
대상 데이터
site 1에서 각 2회, site 2에서 각 1회씩 시험발파를 통해 두 점보드릴의 발파효과를 비교하였다. 발파패턴 제원은 표 2와 같이 천공장 3.9m, 저항선 1.2~1.5m, 공간격 1.5~1.7m로 적용하고 ANFO, MegaMite, NewMite Plus 등 3종류의 폭약과 MS 뇌관을 사용하였다. 그림 1과 2는 기존 발파패턴도를 수정한 시험발파 장약상세도와 발파패턴도이고 그림 3은 시험발파 패턴도의 A-A` 단면이다.
본 연구에서 비교를 실시한 반자동 점보드릴 및 자동 점보드릴의 모델명은 Atlas Copco사의 Boomer E1 C-DH로 동일하다. 그러나 두 점보드릴의 차이는 적용 시스템에 있으며 반자동 점보드릴은 반자동 천공 시스템인 ABC Regular Ver.
성능/효과
1) Cycle Time 분석결과 자동 점보드릴은 천공 소요시간이 반자동 점보드릴에 비해 길지만 정밀천공이 가능하고 발파효율이 우수하여 막장면 정리 등의 소요시간이 짧아 전체적인 Cycle Time은 약 28분 빠르게 분석되었다.
2) 자동 점보드릴의 공간격 및 저항선 천공오차는 0~2.6%로 미미하게 나타났다. 굴진효율 분석결과 자동 점보드릴의 경우 평균 굴진율이 90% 이상으로 나타났으며 전체 굴착량 대비 여굴량은 4.
3) 파쇄입도 분석결과 50cm이하 파쇄석 크기의 비율이 자동 점보드릴은 약 89~95%로 분석되어 자동 점보드릴은 추가 작업 필요 없이 파쇄장비에 투입할 수 있을 것으로 판단된다.
4) 자동 점보드릴 도입으로 인한 효과 검증결과 천공 정밀도 향상으로 굴진효율, 여굴량, 파쇄입도 등이 향상되었고, 이로 인하여 발파 Cycle Time을 절감할 수 있을 것으로 판단된다.
6%로 미미하게 나타났다. 굴진효율 분석결과 자동 점보드릴의 경우 평균 굴진율이 90% 이상으로 나타났으며 전체 굴착량 대비 여굴량은 4.3%로 분석되었다.
반자동 점보드릴 전체 굴진장 해석결과 굴착량 203.4~247.2m3 , 평균 굴진장 2.52~3.06m, 굴진효율 64.6~78.5% 및 3회 발파 평균 굴진효율 73.2%로 나타났다. 심발부 굴진장 해석결과 굴착량 31.
반자동 점보드릴 파쇄입도 분석 결과는 10cm 이하 25.4~37.3%, 25cm 이하 53.3~59.5%, 38cm 이하 70.4~74.9%, 64cm 이하 94.6~96.4%가 통과될 수 있으며, P50 SIZE는 19.4~23.2cm, P80 SIZE는 42.9~46.1cm 로 분석되었다(표 8). 자동 점보드릴 파쇄입도 분석 결과는 10cm 이하 21.
분석 결과 반자동 점보드릴 1회당 Cycle Time은 천공 작업시간 92분, 장약 및 발파 90분, 환기 30분 및 버럭처리 240분으로 나타났다(표 3). 자동 점보드릴 1회당 Cycle Time은 천공 작업시간 124분, 장약 및 발파 90분, 환기 30분 및 버럭처리 180분이 소요되었다 (표 4).
분석 결과 천공장의 천공오차율은 반자동 점보와 자동 점보드릴의 차이가 2.6~4.7%로 천공 깊이는 기존 및 신규장비 모두 컴퓨터 자동 천공이 가능하기 때문인 것으로 사료된다.
2%로 나타났다. 심발부 굴진장 해석결과 굴착량 31.4~39.1m3 ,평균 굴진장 2.50~3.11m, 굴진효율 64.0~79.7%로 산출되었고, 3회 발파 평균 굴진효율은 73.6%로 분석되었다(표 6).
1%로 나타났다. 심발부 굴진장 해석결과 굴착량 44.1~45.9m3 , 평균 굴진장 3.51~3.65m, 굴진효율 89.9~93.6%로 산출되었고, 3회 발파 평균 굴진효율은 91.8%이다(표 7).
자동 점보드릴 전체 굴진장 해석결과 굴착량 269.8~302.7m3 , 평균 굴진장 3.34~3.75m, 굴진효율 85.7~96.2% 및 3회 발파 평균 굴진효율 90.1%로 나타났다. 심발부 굴진장 해석결과 굴착량 44.
1%로 나타났다. 자동 점보드릴 천공 발파는 굴착량 269.8~302.7m3 ,전체 여굴량 8.40~15.29m3 , 전체 굴착량 대비 여굴량 3.0~5.1%, 평균 여굴량은 4.3%로 분석되었다. 그림 6은 반자동 및 자동 점보드릴 여굴량 측정 모습이다.
1cm 로 분석되었다(표 8). 자동 점보드릴 파쇄입도 분석 결과는 10cm 이하 21.4~47.3%, 25cm 이하 55.0~74.8%, 38cm 이하 78.1~90.4%, 64cm 이하 97.9~100%가 통과될 수 있으며, P50 SIZE는 11.1~22.9cm, P80 SIZE 는 29.8~39.4cm로 분석되었다(표 9).
본 광산에서 적용하는 2차 브레이커 파쇄없이 파쇄장비에 직접 투입하는 파쇄석의 크기는 50cm 이하이다. 파쇄입도 분석결과 50cm 이하 파쇄석 크기의 비율이 반자동 점보드릴 천공 발파는 약 83~87%, 자동 점보드릴 천공 발파는 약 89~95%로 분석되었다. 따라서 자동 점보드릴 천공 발파의 파쇄입도 분석결과 추가 작업 없이 파쇄장비에 투입할 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
파쇄입도 분석결과 50cm 이하 파쇄석 크기의 비율이 반자동 점보드릴 천공 발파는 약 83~87%, 자동 점보드릴 천공 발파는 약 89~95%로 분석되었다. 따라서 자동 점보드릴 천공 발파의 파쇄입도 분석결과 추가 작업 없이 파쇄장비에 투입할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
발파에 의한 굴착작업에서 발파 효과에 직접적인 영향을 미치는 요소는 무엇인가?
발파에 의한 굴착작업에서 대상 암반과 사용 폭약의 특성, 발파 패턴 및 천공 패턴 등은 발파의 효과에 영향을 미치는 매우 직접적인 요인으로 알려져 왔다. 특히 이중에서도 발파작업을 위해 필요한 천공작업은 발파의 효과를 좌우하는 중요한 부분으로 인식되고 있다(이덕환 외, 2014).
자동 점보드릴 시스템 도입에 의한 cylce time 개선 효과는 어떠한가?
1) Cycle Time 분석결과 자동 점보드릴은 천공 소요시간이 반자동 점보드릴에 비해 길지만 정밀천공이 가능하고 발파효율이 우수하여 막장면 정리 등의 소요시간이 짧아 전체적인 Cycle Time은 약 28분 빠르게 분석되었다.
발파의 경제성을 좌우하는 요인에는 어떠한 것들이 있는가?
특히 이중에서도 발파작업을 위해 필요한 천공작업은 발파의 효과를 좌우하는 중요한 부분으로 인식되고 있다(이덕환 외, 2014). 발파의 경제성을 좌우하는 요인으로는 암질상태, 화약특성 그리고 천공 등 작업방법이 있다. 즉, 암질이 불량한 구간에서는 다른 요인보다도 특히 암반의 특성이 여굴에 중대한 영향을 미칠 것이고 암질이 양호한 구간에서는 천공상태가 상대적으로 중요하게 된다.
참고문헌 (4)
김양균, 김형철, 유정훈, 2003, 터널발파 작업시 여굴저감을 위한 천공방법 연구, 대한화약발파공학회지, Vol. 21, No. 2, pp. 1-13.
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