광체의 일부를 안전광주로 남겨둠으로써 채광장의 안정성을 유지하는 주방식 채광법이 갱내 석회석 광산에 적용될 경우, 안전광주의 안전율과 광체의 채수율은 서로 상반될 수 밖에 없으며, 이에 대한 공학적 판단은 생산성과 안정성에 필수적인 요소이다. 본 연구에서는 현장조사를 통해 일반적인 발파패턴에 의한 굴진단면의 진행과정을 살펴봄으로써 여굴 또는 미굴의 발생여부를 검토하였으며 이때 입체사진측량기법을 동원하여 굴착단면 측정의 정확성을 도모하였다. 또한 이 결과를 바탕으로 국부적인 암반조건을 고려한 혼합발파패턴을 즉각적으로 반영함으로써 여굴을 최소화할 수 있는 방법론을 제시하였으며, 현장 적용을 통해 단면기준으로 최대 5% 가량의 여굴 감소 효과 ($70m^2$의 단면을 발파할 경우 최대 $3.5m^2$의 여굴 감소 효과)라는 유의미한 결과를 도출할 수 있었다.
광체의 일부를 안전광주로 남겨둠으로써 채광장의 안정성을 유지하는 주방식 채광법이 갱내 석회석 광산에 적용될 경우, 안전광주의 안전율과 광체의 채수율은 서로 상반될 수 밖에 없으며, 이에 대한 공학적 판단은 생산성과 안정성에 필수적인 요소이다. 본 연구에서는 현장조사를 통해 일반적인 발파패턴에 의한 굴진단면의 진행과정을 살펴봄으로써 여굴 또는 미굴의 발생여부를 검토하였으며 이때 입체사진측량기법을 동원하여 굴착단면 측정의 정확성을 도모하였다. 또한 이 결과를 바탕으로 국부적인 암반조건을 고려한 혼합발파패턴을 즉각적으로 반영함으로써 여굴을 최소화할 수 있는 방법론을 제시하였으며, 현장 적용을 통해 단면기준으로 최대 5% 가량의 여굴 감소 효과 ($70m^2$의 단면을 발파할 경우 최대 $3.5m^2$의 여굴 감소 효과)라는 유의미한 결과를 도출할 수 있었다.
When an underground limestone mine selects room-and-pillar mining method, in which the stability of mine openings is maintained by leaving safety pillars, the stability of safety pillars is always incompatible with their productivity. Therefore, the engineering decision for stability and productivit...
When an underground limestone mine selects room-and-pillar mining method, in which the stability of mine openings is maintained by leaving safety pillars, the stability of safety pillars is always incompatible with their productivity. Therefore, the engineering decision for stability and productivity is essential. In this study, a progress of excavation faces by conventional blasting pattern has been examined in field for investigating over-break and stereo-photogrammetry method has been applied to this field measurement for improvement of accuracy. Also this result has been reflected instantly to composite blasting pattern by feedback, for minimizing overbreak. Field tests showed the relevant results that $3.5m^2$ in over-break out of $70m^2$ in total excavation face has been decreased, that is 5% of reduction rate in maximum.
When an underground limestone mine selects room-and-pillar mining method, in which the stability of mine openings is maintained by leaving safety pillars, the stability of safety pillars is always incompatible with their productivity. Therefore, the engineering decision for stability and productivity is essential. In this study, a progress of excavation faces by conventional blasting pattern has been examined in field for investigating over-break and stereo-photogrammetry method has been applied to this field measurement for improvement of accuracy. Also this result has been reflected instantly to composite blasting pattern by feedback, for minimizing overbreak. Field tests showed the relevant results that $3.5m^2$ in over-break out of $70m^2$ in total excavation face has been decreased, that is 5% of reduction rate in maximum.
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문제 정의
본 연구에서는 손상대에 의한 여굴을 제어하고 그 영향을 파악하기 위하여 전자뇌관과 최외곽공 사이에 무장약공을 천공하는 혼합 발파패턴을 적용하여 발파를 수행하였다. 발파 이후의 굴진단면의 여굴을 분석하기 위하여 3차원 입체사진측량기법(stereo-photogrammetry)과 발파전용 사진측량 소프트웨어인 Blastmetrix3D를 이용하였으며, 발파조건 변화에 따른 여굴을 정량적으로 비교분석하였다.
제안 방법
Blastmetrix3D 촬영 시스템의 사진촬영은 소프트웨어를 이용한 분석 시, 길이를 참고하기 위하여 1개의 Pole과 1개의 Delimiter를 굴진단면 하단의 양끝에 위치시킨 후 수행되었으며, 카메라의 초점거리를 17mm로 고정하고, 수평을 유지하여 굴진단면 중심의 기준 위치로부터 좌측과 우측의 동일한 거리에서 두 장의 사진을 촬영하였다. 또한 입체사진측량기법의 정확도를 향상하고 그림자에 의한 왜곡효과를 최소화하고자 Han et al.
6에서와 같이, 전체 굴진단면은 Blastmetrix3D 모델의 굴진단면 전체와 측벽이 만나는 지점을, 천공 단면은 최외곽공과 바닥공을 외부경계로 설정하였으며, 프로그램 상에서 경계내부의 영역에 대한 면적을 산정하였다. 또한 이전의 발파에서 예정된 천공단면과 천공 단면의 5 % 수준으로 계산된 Look-out의 면적을 합하여 발파의 이후에 생성되는 굴진단면의 전체 단면과 비교하였으며, 굴진단면의 전체 단면이 계획된 천공단면과 Look-out의 면적의 합한 것보다 큰 경우 여굴로 평가하였고, 반대로 합이 작을 경우 미굴로 평가하였다.
본 연구에서는 손상대에 의한 여굴을 제어하고 그 영향을 파악하기 위하여 전자뇌관과 최외곽공 사이에 무장약공을 천공하는 혼합 발파패턴을 적용하여 발파를 수행하였다. 발파 이후의 굴진단면의 여굴을 분석하기 위하여 3차원 입체사진측량기법(stereo-photogrammetry)과 발파전용 사진측량 소프트웨어인 Blastmetrix3D를 이용하였으며, 발파조건 변화에 따른 여굴을 정량적으로 비교분석하였다.
본 시험영역에 분포하는 절리군의 분포특성을 파악하기 위하여, 매 시험발파마다 절리의 방향성을 조사하고, 지질구조해석 프로그램인 Rocscience의 Dips를 이용하여 시험영역을 대표하는 절리군의 분포와 방향성을 분석하였다. 분석된 절리군의 분포는 Fig.
본 연구에서는 기본 발파패턴에 전기뇌관을 이용한 2회의 발파와 전자뇌관을 이용한 3회, 그리고 혼합 발파패턴에 전자뇌관을 이용한 3회, 총 8회의 발파를 수행하였으며, 매 시험발파마다 굴진단면 전방의 좌우측에서 두 장의 사진을 획득하였다.
본 연구에서는 손상대에 의한 여굴을 제어하기 위하여 뇌관의 종류와 발파패턴을 변경하며 시험발파를 수행하였으며, 그 영향을 파악하기 위해 입체사진측량기법을 이용하여 시험영역의 굴진단면에 대한 여굴을 분석하였다.
본 연구에서는 여굴을 제어하기 위하여, 전자뇌관과 최외곽공 사이에 무장약공을 천공하는 혼합 발파패턴을 적용하여 시험발파를 수행하였으며, 그 영향을 파악하기 위해 3차원 입체사진측량기법을 이용하여 시험영역의 굴진단면에 대한 여굴을 분석하였다.
(2009)의 연구결과를 반영하여, 굴진단면에 200 lux 이상의 밝기를 출력할 수 있는 조명을 설치하였다. 천공이 종료되고 장약 작업이 수행되기 전에 사진촬영을 수행하였으며, 촬영된 두 장의 사진과 Blastmetrix3D 프로그램을 이용하여 3차원 영상처리를 수행하였다(Fig. 5).
최외곽공의 사이에 무장약공을 추가한 혼합 발파패턴의 여굴을 제어하는 영향을 확인하기 위하여, 기본발파패턴과 혼합 발파패턴에 전자뇌관을 적용하여 굴진단면의 여굴과 미굴의 면적을 분석하였다. 전자뇌관에 혼합 발파패턴을 적용한 경우, 전자뇌관에 기본발파패턴을 적용한 경우 보다 평균 2.
Table 1과 Table 2는 카메라와 카메라의 렌즈에 대한 제원을 나타낸다. 프로그램 제조사에서 카메라 및 렌즈의 왜곡에 대한 보정 정보를 제공하였으며, 여기에는 본 연구에 사용된 카메라와 렌즈의 모든 줌 및 초점 거리 등에 대한 보정 정보가 포함되어 있어, 이 정보를 통하여 렌즈 왜곡에 대한 보정을 수행한다. 카메라는 약 2천만 화소수를 가지는 디지털 방식의 일안 반사식(single reflex) 카메라이며, 연구에는 최대 크기(L)의 영상을 이용하였다.
대상 데이터
3(b))으로 나뉜다. 모든 발파 패턴은 높이 7m와 너비 10m의 단면을 기준으로 설계되었으며, 발파공의 직경은 45mm이다. 또한 1 회 발파시의 굴진장은 4m이며, 공당 장약량과 뇌관의 기폭순서, 지연시차는 모든 발파패턴에 동일하게 적용하였다.
본 연구의 대상광산은 강원도 삼척시 신기면 대평리에 위치한 대성MDI 동해광산이며, 고생대 풍촌층의 석회석을 대상으로 채광하고 있다. 시험발파가 수행된 영역은 대평지구의 Lv520 채광장이며, 본 연구에서의 제어 요소인 뇌관의 종류와 최외곽공의 발파 패턴 이외의 환경적인 요인에 의하여 발생하는 오차를 최소화하기 위하여, 동일한 갱도를 대상으로 굴진하며 시험발파를 수행하였다(Fig.
본 연구의 대상광산은 강원도 삼척시 신기면 대평리에 위치한 대성MDI 동해광산이며, 고생대 풍촌층의 석회석을 대상으로 채광하고 있다. 시험발파가 수행된 영역은 대평지구의 Lv520 채광장이며, 본 연구에서의 제어 요소인 뇌관의 종류와 최외곽공의 발파 패턴 이외의 환경적인 요인에 의하여 발생하는 오차를 최소화하기 위하여, 동일한 갱도를 대상으로 굴진하며 시험발파를 수행하였다(Fig. 1).
또한 1 회 발파시의 굴진장은 4m이며, 공당 장약량과 뇌관의 기폭순서, 지연시차는 모든 발파패턴에 동일하게 적용하였다. 조절발파를 적용한 기본 발파패턴은 총 88 공의 발파공이 위치하고 있으며, 조절발파를 위한 최외곽공 사이에 무장약공을 추가한 혼합 발파패턴은 30 공이 추가된 118 공의 발파공이 위치하고 있다.
카메라는 Canon 사의 EOS 7D MarkII, 렌즈는 Tamron 사의 SP AP 17-50mm F/2.8 XR di Ⅱ A16을 사용하였다. Table 1과 Table 2는 카메라와 카메라의 렌즈에 대한 제원을 나타낸다.
프로그램 제조사에서 카메라 및 렌즈의 왜곡에 대한 보정 정보를 제공하였으며, 여기에는 본 연구에 사용된 카메라와 렌즈의 모든 줌 및 초점 거리 등에 대한 보정 정보가 포함되어 있어, 이 정보를 통하여 렌즈 왜곡에 대한 보정을 수행한다. 카메라는 약 2천만 화소수를 가지는 디지털 방식의 일안 반사식(single reflex) 카메라이며, 연구에는 최대 크기(L)의 영상을 이용하였다. 렌즈는 일반적으로 사용되는 표준 줌렌즈로서, 초점거리는 17~ 50mm, 화각은 78° 45′~ 33° 11′의 범위를 갖는다.
성능/효과
기본 발파패턴을 적용하였을 때, 전기뇌관을 이용하여 발파를 수행한 경우 전자뇌관을 이용한 경우보다 3.5 ~ 5.7m2, 평균 3.8m2의 여굴이 더 발생하는 것으로 나타났다. 이는 전기뇌관의 특성상 ± 5 ~ 10 % 이상의 시차오차를 갖기 때문에, 0.
뇌관의 종류에 따른 여굴과 미굴의 제어 영향을 확인하기 위하여, 기본 발파패턴에 전기뇌관과 전자뇌관 사용 시의 굴진단면의 여굴 면적을 비교분석하였으며, 전기뇌관을 사용할 경우 3.5 ∼ 5.7m2의 여굴이 더 발생하였다.
2와 같으며, 본 시험영역에는 180~197 °의 경사방향과 69~72 °의 급경사를 갖는 절리군의 분포가 가장 우세하며, 동일한 갱도에서 순차적으로 시험발파가 수행되었기 때문에 유사한 절리군의 방향성을 갖는 것으로 확인되었다. 또한 조사된 절리의 대부분이 Set-1과 Set-2의 절리군에 속하며, 기타 방향이나 무작위로 분포하는 절리가 없는 등 매우 규칙적인 분포상태를 보이고 있는 것으로 나타났다.
분석된 절리군의 분포는 Fig. 2와 같으며, 본 시험영역에는 180~197 °의 경사방향과 69~72 °의 급경사를 갖는 절리군의 분포가 가장 우세하며, 동일한 갱도에서 순차적으로 시험발파가 수행되었기 때문에 유사한 절리군의 방향성을 갖는 것으로 확인되었다.
시험영역의 굴진단면의 높이와 폭을 실측한 결과와 Blastmetrix3D로 분석한 결과를 비교해본 결과, 0.02 ~ 0.72m의 차이를 갖는 것으로 분석되었다. 이러한 차이는 굴진단면의 천반과 바닥이 고르지 않기 때문에 실측시 발생한 오차라 판단되며, 이러한 점을 감안할 때 Blastmetrix3D에 의한 분석결과는 비교적 높은 정확도를 갖는 것으로 판단된다.
7~9는 입체사진측량 분석결과를 굴진방향과 순서를 고려하여 나열한 것이다. 실측에 의한 굴진단면의 높이와 너비를 사진측량기법으로부터 분석된 높이 및 너비와 비교하여 입체사진측량기법의 정확도를 분석하고자 하였으며, 분석결과 0.02 ~ 0.72m의 차이를 나타내고 있음을 확인하였다. 이는 사진촬영 당시의 굴진단면 천반과 바닥 그리고 좌우측면이 고르지 못한 상태인 것을 감안할 때, 비교적 높은 정확도를 나타내는 것으로 판단된다.
7m2의 여굴이 더 발생하였다. 이는 두 뇌관이 갖는 정밀도에 기인한 것으로 판단되며, 정확한 초시를 구현할 수 있는 전자뇌관이 여굴량을 절감시키는데 효과적임을 확인하였다.
전자뇌관에 혼합 발파패턴을 적용한 경우, 전자뇌관에 기본 발파패턴을 적용한 경우 보다 0.3 ~ 3.5m2,평균 2.0m2의 여굴이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 혼합 발파패턴을 적용 시, 굴착 경계선을 따라 추가된 무장약공이 발파시 발생되는 진동의 전파를 흡수하는 완충재 역할과 발파에 의한 균열의 발생을 굴착 경계선으로 유도하는 역할을 하였기 때문인 것으로 판단된다.
최외곽공의 사이에 무장약공을 추가한 혼합 발파패턴의 여굴을 제어하는 영향을 확인하기 위하여, 기본발파패턴과 혼합 발파패턴에 전자뇌관을 적용하여 굴진단면의 여굴과 미굴의 면적을 분석하였다. 전자뇌관에 혼합 발파패턴을 적용한 경우, 전자뇌관에 기본발파패턴을 적용한 경우 보다 평균 2.0m2, 최대 3.5m2의 여굴이 감소하는 것으로 나타났다. 혼합 발파패턴에서 추가된 무장약공이 발파 진동을 제어하는 완충재 역할을 하기 때문인 것으로 생각되며, 이로부터 혼합 발파패턴의 적용이 여굴의 제어에 유의미한 효과가 있는 것으로 판단된다.
후속연구
본 연구에서의 여굴을 제어하는 발파기법과 입체사진측량기법을 이용한 여굴과 미굴의 정량적인 분석방법은 높은 안정성을 요구하는 터널, 지하구조물 등의 시공 및 유지관리에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주방식 채광법에서 안정성이 확보된 높은 채수율을 달성하기 위해서는 무엇이 필요한가?
갱내채광을 위한 주방식 채광법(room-and-pillar mining method)은 수평한 광체 또는 30 °이하의 완만한 광체에 적용되는 채광법으로, 인위적인 지보재를 이용하지 않고 광석의 일부를 수직 안전광주로 남겨놓아 상반을 지탱하는 방법이다. 이러한 주방식 채광법에서 안정성이 확보된 높은 채수율을 달성하기 위해서는 채광장과 수직 안전광주의 형상을 유지하는 것이 매우 중요하며, 이를 위해서는 발파작업으로부터 발생되는 손상대에 대한 제어가 필수적이다.
시험영역의 굴진단면의 높이와 폭을 실측한 결과와 Blastmetrix3D로 분석한 결과를 비교해본 결과, 0.02 ~ 0.72m의 차이를 갖는 것으로 분석되는 이유는 무엇인가?
72m의 차이를 갖는 것으로 분석되었다. 이러한 차이는 굴진단면의 천반과 바닥이 고르지 않기 때문에 실측시 발생한 오차라 판단되며, 이러한 점을 감안할 때 Blastmetrix3D에 의한 분석결과는 비교적 높은 정확도를 갖는 것으로 판단된다.
주방식 채광법은 무엇인가?
갱내채광을 위한 주방식 채광법(room-and-pillar mining method)은 수평한 광체 또는 30 °이하의 완만한 광체에 적용되는 채광법으로, 인위적인 지보재를 이용하지 않고 광석의 일부를 수직 안전광주로 남겨놓아 상반을 지탱하는 방법이다. 이러한 주방식 채광법에서 안정성이 확보된 높은 채수율을 달성하기 위해서는 채광장과 수직 안전광주의 형상을 유지하는 것이 매우 중요하며, 이를 위해서는 발파작업으로부터 발생되는 손상대에 대한 제어가 필수적이다.
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