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[국내논문] 추적가스법을 적용한 국내 석회석 광산의 환기성능 평가 연구
Ventilation Efficiency Evaluation of Domestic Limestone Mine Using Tracer Gas Method 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.26 no.4, 2016년, pp.274 - 282  

김영수 (개인사업) ,  노장훈 (인하대학교 에너지자원공학과) ,  김진

초록
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현재 국내에서 가행 중인 석회석 광산은 자연환기력을 주된 환기방법으로 사용하고 있고, 대단면 굴착으로 매우 저속의 공기유동현상이 나타나고 있다. 이로 인하여 작업구간의 공기질이 매우 저하되어 있는 실정이다. 이러한 문제점들을 개선하기 위해서는 먼저 환기성능을 면밀하게 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 환기성능평가를 위해서 추적가스법을 적용하여 평가를 실시하였다. 연구 결과, 추적가스법을 통해 매우 저속의 공기유동, 공기재순환현상, 작업장 공기교환율 등을 정량적으로 평가함에 따라서 연구광산의 환기문제점들을 정밀하게 확인할 수 있었다. 이러한 추적가스법을 활용한 환기성능 평가방법은 광산의 작업환경 개선을 위하여 매우 정밀한 도구로 사용될 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Natural ventilation is employed in limestone mines that have been currently operated in Korea, and there has been a growing issue of a significantly weak airflow caused by the large-scale excavation. Thus, the air quality in the working area is considerably poor. In order to improve this circumstanc...

주제어

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문제 정의

  • 공기교환율은 주로 건축물과 같은 실내 구조물의 환기성능을 평가하는 중요한 지표로 사용되어졌지만, 본 연구에서는 채광 작업장에서의 공기교환율을 바탕으로 작업환경을 평가해보고자 하였다. 공기교환율을 측정하기 위하여 현재 가장 활발하게 채광작업이 이루어지고 있는 작업장을 선정한 후에 약 6시간 동안 측정을 실시하였다(Fig.
  • 이러한 이유로 본 광산에서 국부선풍기 주변 공기재순환 시간이 약 30분 정도라고 단정 지을 수는 없지만, 본 실험을 통해 공기재순환 현상을 규명할 수 있다. 또한 현재 국내 석회석 광산에서 주로 운영하고 있는 국부선풍기시스템의 설계 시 공기재순환 현상을 최소화할 수 있는 시스템의 개발이 필요하다는 것을 파악하였다.
  • 본 연구에서는 국내 가행 중인 석회석 광산을 연구광산으로 하여, 석회석 광산에서 일반적으로 나타날 수 있는 몇 가지 주요 문제점들을 파악하고 추적가스법을 적용하여 환기성능을 평가해보고자 하였다. 석회석 광산에서 나타날 수 있는 문제점들로는 대단면 및 변동이 심한 자연환기력으로 인한 저속의 공기속도와 국부통기시스템에서 발생되는 공기재순환 현상, 실제 작업구간에서의 환기문제 등이다.
  • 4의 실험구간 모식도에서 확인할 수 있는 것처럼 국부선풍기와 덕트를 통해 유입된 공기가 작업장을 거친 후에 동일 갱도로 배기되면서 이 구간에서 공기재순환 현상을 확인하였다. 실제로 이 구간에서는 다른 운반갱도들에 비하여 오염물질의 농도가 현저히 높게 관측됨에 따라서 이러한 원인이 공기재순환 현상에 의하여 발생되었다는 것을 규명하고자 하였다. Fig.
  • 7,8) 이에 따라서 본 연구에서는 강원도 동해시에 위치한 석회석 광산의 주요 채광작업장 주변을 대상으로 추적가스법을 적용하여 갱내 환기시스템을 평가하였다. 연구의 범위는 앞서 언급한 국내 석회석 광산에서 발생되는 일반적인 문제점인 저속의 공기유동 측정, 공기재순환 현상을 포함하여 채광작업장의 공기교환율을 규명해보고자 하였다.
  • 이러한 이유들로 인하여 다양한 디젤장비들로부터 발생되는 오염물질들이 외부로 배출되지 못하고 갱내에 축적됨으로써 작업환경은 갈수록 열악해지고 있다. 이러한 문제점들을 개선하기 위해서는 정확한 갱내환경진단이 필요하기 때문에, 본 연구에서는 추적가스법을 적용하여 앞서 언급한 문제점들을 보다 정확하게 평가하고자 하였다. 추적가스법은 일반적으로 건축물 및 지하공간 등에 사용되는 환기시스템 평가방법이지만, 저속의 공기유동 및 공기교환율의 측정이 가능하기 때문에 광산에도 충분히 적용이 가능하다.
  • 하지만 본 연구지역은 완전히 열린 공간이기 때문에 완전한 혼합에 도달하기 어려웠다. 이로 인하여 타겟농도에 도달한 전면부(Sampler 1)만을 대상으로 공기교환율을 예측해 보았다. Table 2에서 보듯이 약 308분 지점부터 타겟농도에 도달했다고 판단하여 공기교환율을 측정한 결과 시간당 평균 약 1.

가설 설정

  • 추적가스로 사용되는 가스로는 CO2, CH12F2, He, NO2, SF6, C6F12 등이 존재하며, 추적가스를 선택하는 가장 중요한 기준은 측정 공간에 존재하지 않는 가스이어야만 한다.9) 본 연구와 같은 광산에서는 디젤 기관 사용에 따라서 대기 중에 CO2, NO2가 존재하기 때문에, CO2와 NO2는 추적가스로 사용될 수 없다. 이에 따라서 본 연구에서는 매우 낮은 농도에서도 측정이 가능할 뿐만 아니라, 대기와 쉽게 혼합되는 SF6가스를 선택하여 Fig.
  • 8 m/s의 범위 내에서 배기되고 있다. 이로 인하여 분사된 추적가스는 덕트를 통해서만 유입되는 것으로 가정하였다. 모니터링은 2분 마다 실시하도록 장비를 세팅하고 결과를 충분히 확인하기 위해 3시간 동안 모니터링을 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
광산에서 공기속도를 측정하는 과정에서 광산의 형상이 불규칙적이기 때문에 어떤 문제가 발생할 수 있는가? 광산에서 공기속도를 측정하는 것은 일반적으로 유량을 산정하기 위한 방법으로 간주된다. 하지만 광산의 형상이 불규칙적이기 때문에 정확한 단면의 측정이 어렵고, 이로 인한 공기량 역시 많은 오차들이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 추적가스의 농도를 바탕으로 유량을 계산하는 방법들이 연구되어졌고, 1974년 Thimons와 Kissel에 의하여 식 (1)이 제안되었다.
추적가스법이란 무엇인가? 추적가스법의 일반적인 개념은 측정공간에 추적가스를 주입하고, 측정 위치에서 시간에 따른 추적가스의 농도를 모니터링함으로써 유동방향 및 유속 등을 측정 하는 방법이다. 뿐만 아니라 응용하여 적용하면 오염된 공기의 재순환 현상과 특정 공간에서의 시간에 따른 공기교환율까지 측정이 가능하기 때문에 지하공간의 환기시스템을 평가하기 위한 매우 효과적인 방법으로 알려져 있다.
추적가스법이 지하공간의 환기시스템을 평가하기 위한 매우 효과적인 방법으로 알려진 이유는 무엇인가? 추적가스법의 일반적인 개념은 측정공간에 추적가스를 주입하고, 측정 위치에서 시간에 따른 추적가스의 농도를 모니터링함으로써 유동방향 및 유속 등을 측정 하는 방법이다. 뿐만 아니라 응용하여 적용하면 오염된 공기의 재순환 현상과 특정 공간에서의 시간에 따른 공기교환율까지 측정이 가능하기 때문에 지하공간의 환기시스템을 평가하기 위한 매우 효과적인 방법으로 알려져 있다. 추적가스로 사용되는 가스로는 CO2, CH12F2, He, NO2, SF6, C6F12 등이 존재하며, 추적가스를 선택하는 가장 중요한 기준은 측정 공간에 존재하지 않는 가스이어야만 한다.
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참고문헌 (13)

  1. 이창우, & 양원철. 1994. 보문: 추적가스를 이용한 석탄광산 갱내 디젤배기물질 확산계수 연구. 한국지구시스템공학회지(구 한국자원공학회지), 31(5), 483-490. 

  2. 정규홍, 김두영, 이승호, 안혜림, & 이창우. 2013. 석회석 광산 갱도내 오염물질 난류확산계수에 관한 연구. 2013 한국암반공학회 춘계 총회 및 학술발표회 논문집, 137-140. 

  3. 한화택. 1999. 환기실험을 위한 추적가스 방법의 응용. 설비저널, 28(6), 452-462. 

  4. C.-M. Koo, S.-W. Jeon, I.-W. Lee, 2008. Underground Mine Design and Stability Analysis at a Limestone Mine. Tunnel & Underground Space, Vol. 18, No. 4, 243-251. 

  5. H.-U. Lim, J.-D. Kim, H.J. Baek, 2000. A Study on the Method for Limestone Mines with Less Environmental Hazards. Tunnel & Underground Space, Vol. 10, No. 1, 80-91. 

  6. Hartman, H. L., Mutmansky, J. M., Ramani, R. V., & Wang, Y. J. 2012. Mine ventilation and air conditioning. John Wiley & Sons. 

  7. Innova Air tech Instruments. Technical documentation application software type 7620 for control of tracer-gas monitoring system user manual.C-5. 

  8. Klinowski, G. W., & Kennedy, D. J. 1989. Tracer Gas Based Evaluation of the Auxiliary Ventilation System. In Proceedings of the 4th Mine Ventilation Symposium, 123-127. 

  9. Patterson, R., & Luxbacher, K. 2012. Tracer gas applications in mining and implications for improved ventilation characterisation. International Journal of Mining. Reclamation and Environment, 26(4), 337-350. 

  10. Suglo, R. S., & Frimpong, S. 2002. Accuracy of tracer gas surveys in auxiliary ventilation systems in coal mines. In Mine Ventilation: Proceedings of the North American/Ninth US Mine Ventilation Symposium, 168-175. 

  11. Thimons, R. J. B., & Kissell, F. N. 1974. Using sulfur hexafluoride as a gaseous tracer to study ventilation systems in mines. Bureau of Mines, Washington, DC (USA), 7916, 1-26. 

  12. Vinson, R. P. 1980. Face ventilation measurement with sulfur hexafluoride (SF6). Dept. of the Interior, Bureau of Mines, 8473, 1-16. 

  13. Y.-S. Yu, J.-H. Roh, J. Kim, 2013. A Study on hermodynamic Natural Ventilation Analysis by the Field Survey of Underground Mines in Korea. Tunnel & Underground Space, Vol. 23, No. 4, 288-296 

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