본 연구에서는 다층 주방식 채광 광산에서 우발적 폭발이 일어났을 때 구조변수가 파괴(낙석 등)에 미치는 영향 및 기여도를 평가 분석하였다. 다층 주방식 광산에서 대형 폭발에 따른 최대진동속도 영향을 산출하기 위해 AUTODYN으로 수치해석을 수행하였으며, 각 인자들의 기여도 분석을 위해 강건설계실험계획법을 이용하여 설계인자를 분석하였다. 분석에 사용된 직교배열은 $L_9(3^4)$ 이었고 변수는 각각 3수준의 값을 갖는 광주의 높이, 광주의 폭, 갱도 폭, 바닥필라 두께 등으로 하였다. 분석결과 폭발원 갱도로 부터 하부레벨 갱도 천반에서 최대진동속도 발생에 가장 큰 영향을 미치는 것은 광주의 높이이며, 이어서 바닥필라, 갱도 폭, 광주의 폭 순으로 나타났다. 수평인접 갱도 측면중앙의 경우는 광주의 폭, 갱도 폭, 광주의 높이, 바닥필라의 두께 순으로 기여율이 평가되었다.
본 연구에서는 다층 주방식 채광 광산에서 우발적 폭발이 일어났을 때 구조변수가 파괴(낙석 등)에 미치는 영향 및 기여도를 평가 분석하였다. 다층 주방식 광산에서 대형 폭발에 따른 최대진동속도 영향을 산출하기 위해 AUTODYN으로 수치해석을 수행하였으며, 각 인자들의 기여도 분석을 위해 강건설계 실험계획법을 이용하여 설계인자를 분석하였다. 분석에 사용된 직교배열은 $L_9(3^4)$ 이었고 변수는 각각 3수준의 값을 갖는 광주의 높이, 광주의 폭, 갱도 폭, 바닥필라 두께 등으로 하였다. 분석결과 폭발원 갱도로 부터 하부레벨 갱도 천반에서 최대진동속도 발생에 가장 큰 영향을 미치는 것은 광주의 높이이며, 이어서 바닥필라, 갱도 폭, 광주의 폭 순으로 나타났다. 수평인접 갱도 측면중앙의 경우는 광주의 폭, 갱도 폭, 광주의 높이, 바닥필라의 두께 순으로 기여율이 평가되었다.
In this paper, parametric studies are conducted to evaluate the contribute effect of multi layered room and pillar mine structures by underground accidental explosions. Influence of PPV(Peak Particle Velocity) obtained from large explosion at a multi layered room and pillar mine was numerically simu...
In this paper, parametric studies are conducted to evaluate the contribute effect of multi layered room and pillar mine structures by underground accidental explosions. Influence of PPV(Peak Particle Velocity) obtained from large explosion at a multi layered room and pillar mine was numerically simulated by using AUTODYN. Parameters for contribution rate Analysis was analyzed by the robust design method. Orthogonal array is $L_9(3^4)$, which was adopted in this study, the parameters were pillar height, pillar width, mine span and sill pillar of 3 levels. Results of analysis showed that bottom mine of vertical direction from explosion point are most affected by pillar height, followed by sill pillar thickness, mine span and pillar width. Parameters affecting adjacent mine of horizontal direction from explosion are in the order of pillar width, mine span, pillar height and sill pillar thickness.
In this paper, parametric studies are conducted to evaluate the contribute effect of multi layered room and pillar mine structures by underground accidental explosions. Influence of PPV(Peak Particle Velocity) obtained from large explosion at a multi layered room and pillar mine was numerically simulated by using AUTODYN. Parameters for contribution rate Analysis was analyzed by the robust design method. Orthogonal array is $L_9(3^4)$, which was adopted in this study, the parameters were pillar height, pillar width, mine span and sill pillar of 3 levels. Results of analysis showed that bottom mine of vertical direction from explosion point are most affected by pillar height, followed by sill pillar thickness, mine span and pillar width. Parameters affecting adjacent mine of horizontal direction from explosion are in the order of pillar width, mine span, pillar height and sill pillar thickness.
본 연구에서는 갱도 내 우발적 폭발과 같은 사고를 가정하였다. 실험계획법을 통한 각 해석모델들을 설정하고 수치해석을 통해 극한 폭발하중에 의한 인접 공동에서의 진동속도를 산출하였고, 산출된 진동속도를 망소특성 응답으로 하여 다층 주방식 광산의 구조 요소별 기여도를 평가하였다.
가설 설정
본 연구에서는 갱도 내 우발적 폭발과 같은 사고를 가정하였다. 실험계획법을 통한 각 해석모델들을 설정하고 수치해석을 통해 극한 폭발하중에 의한 인접 공동에서의 진동속도를 산출하였고, 산출된 진동속도를 망소특성 응답으로 하여 다층 주방식 광산의 구조 요소별 기여도를 평가하였다.
제안 방법
우발적 갱도폭발 상황을 가정하여 AUTODYN으로 수치해석을 수행하였으며, 강건설계 실험계획법을 이용하여 다층 주방식 광산의 구조 요소별 기여도를 평가하였다. 분석에 사용된 직교배열은 L9(34)를 선택하였으며, 변수는 각각 3 수준의 값을 갖는 광주의 높이, 광주의 폭, 갱도 폭, 편간 필라의 두께로 하였다. 암반구조의 불연속 조건 등을 고려하지는 않았지만 경향의 기여도 분석을 통해 다음의 결과를 얻을 수 있었다.
우발적 갱도폭발 상황을 가정하여 AUTODYN으로 수치해석을 수행하였으며, 강건설계 실험계획법을 이용하여 다층 주방식 광산의 구조 요소별 기여도를 평가하였다. 분석에 사용된 직교배열은 L9(34)를 선택하였으며, 변수는 각각 3 수준의 값을 갖는 광주의 높이, 광주의 폭, 갱도 폭, 편간 필라의 두께로 하였다.
대상 데이터
다층 주방식 광산의 폭발하중에 대한 구조요소별 기여도 분석을 위해서 선택한 인자는 광주의 높이(Ph), 광주의 폭(Pw), 갱도 폭(Rw), 편간 필라(SP)의 두께로(Fig. 1) 3수준 4인자의 직교배열L9(34)를 선택하였다(Table 2). 제 2수준의 경우 전라남도 장성의 K시멘트 광산의 일반적인 구조 크기이며, 수준간 편차결정은 해당광산의 최소, 최대치의 구조요소별 크기를 참고하여 결정하였다.
1) 3수준 4인자의 직교배열L9(34)를 선택하였다(Table 2). 제 2수준의 경우 전라남도 장성의 K시멘트 광산의 일반적인 구조 크기이며, 수준간 편차결정은 해당광산의 최소, 최대치의 구조요소별 크기를 참고하여 결정하였다.
데이터처리
총 9회의 AUTODYN 해석을 하였으며, 해석모델 중앙 갱도를 기준으로 하부레벨 천반중앙과 수평인접 갱도 측면중앙에 수치해석상 게이지를 설정하여 PPV를 산출하였다(Table 6).
이론/모형
인자의 영향과 민감성을 검토하기 위하여 강건설계법(김호성 외, 1992)을 채택하였다. 강건설계법은 인자들을 독립적으로 배열한 제한된 수의 실험을 통하여 경우의 수가 엄청나게 많은 실험을 하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있도록 고안된 방법이다.
성능/효과
1) 폭발원 갱도로 부터 하부레벨 갱도 천반에서 최대진동속도 발생에 가장 큰 영향을 미치는 것은 광주의 높이이며, 이어서 편간 필라, 갱도 폭, 광주의 폭 순으로 나타났다.
2) 수평인접 갱도 측면중앙 위치의 경우 광주의 폭,갱도 폭, 광주의 높이, 편간 필라의 두께 순으로 기여율이 평가되었다.
3) 폭발갱도로부터 하부레벨 갱도 천반에서의 발생 진동속도를 예를 들었을 때, 폭발갱도에서 수직요소인 편간 필라 두께, 광주의 높이 등이 최대진동속도 발생에 큰 영향을 미치는 주요인자이다. 그러나 폭발갱도에서 수평요소인 갱도 폭, 광주의 폭 두 요소도 하부레벨 갱도 천반에서의 진동속도 발생의 기여도에서 각각 16.5 %, 9.1 %의 영향을 보였다. 이는 폭발에 따른 충격파가 암반을 통해 전파되고, 인접공동의 매질경계에 도달하였을 때 각각의 반사 및 교란 등의 작용으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내의 석회석 광산을 다층 주방식으로 생산하는 경우가 많은 이유는 무엇인가?
국내의 석회석 광산은 광체가 거의 수직으로 서 있는 경우가 많아서 다층 주방식으로 생산하는 경우가 많다. 이 경우 편과 편 사이에는 불가피하게 천반을 남겨두게 되는데 그 두께가 채광장의 광주(pillar) 높이보다 두꺼운 경우가 많아 실제 채수율은 50%에 미치지 못하는 경우가 많다(김종관, 2014).
편간 필라 및 광주의 크기를 줄이는 방법의 단점은 무엇인가?
이 경우 편과 편 사이에는 불가피하게 천반을 남겨두게 되는데 그 두께가 채광장의 광주(pillar) 높이보다 두꺼운 경우가 많아 실제 채수율은 50%에 미치지 못하는 경우가 많다(김종관, 2014). 채수율을 높이기 위하여 편간 필라 및 광주의 크기를 줄이는 방법을 적용할 수 있지만, 극단적인 광주의 크기 제한은 발파작업에 따른 동적하중 등에 의해 인접공동 즉 상, 하편 갱도 및 동일 레벨의 갱도에서 낙반, 붕락 등을 초래할 수 있다. 실제 낙반붕락에 의한 재해건수는 최근 3년 평균 20여건으로 다른 재해원인에 비해 발생 빈도가 적지 않은 편이다(KORES, 2015).
다층 주방식의 문제점은 무엇인가?
국내의 석회석 광산은 광체가 거의 수직으로 서 있는 경우가 많아서 다층 주방식으로 생산하는 경우가 많다. 이 경우 편과 편 사이에는 불가피하게 천반을 남겨두게 되는데 그 두께가 채광장의 광주(pillar) 높이보다 두꺼운 경우가 많아 실제 채수율은 50%에 미치지 못하는 경우가 많다(김종관, 2014). 채수율을 높이기 위하여 편간 필라 및 광주의 크기를 줄이는 방법을 적용할 수 있지만, 극단적인 광주의 크기 제한은 발파작업에 따른 동적하중 등에 의해 인접공동 즉 상, 하편 갱도 및 동일 레벨의 갱도에서 낙반, 붕락 등을 초래할 수 있다.
참고문헌 (7)
김종관, 2014, 주방식 채광 석회석 광산의 응력상태와 지보에 관한 연구, 박사학위논문, 전남대학교 일반대학원.
한국광물자원공사, 2015, 광산재해예방매뉴얼, pp. 22.
ANSYS, 2010, Autodyn User's Subroutines Tutorial, pp. 50.
Chanakya Nariseti, 2013, Quantification of Damage in Selected Rocks due to Impact with Tungsten Carbide Bits, Masters Thesis, University of Toronto, United states of America.
Hendron, A.J., 1977. Engineering of rock blasting on civil projects. In: Hall, W.J. (Ed.), Structural and Geotechnical Mechanics, A Volume Honoring NM Newmark. Prentice Hall, New Jersey.
Kendorski, F. S., Jude, C.V., Duncan, W. M., 1973. Effect of blasting on shotcrete drift linings. Min. Eng. 25 (12), pp. 38-41.
Riedel, W., Thomas, K., Hiermaier, S., Schmolinske, E.,1999, Penetration of Reinfored Concrete by BETA-B-500 Numerical Analysis using a New Macroscopic Concrete Model for Hydrocodes, 9th International Symposium on the Interaction of the Effects of Munitions with Structures, Berlin-Strausberg, Germany, pp. 315-322.
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