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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.
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