분무 가이더를 이용한 워터 백 기폭 시 폭약의 위치에 따른 분사 성능실험 및 평가 Performance Experiment and Evaluation of Water jet by the Explosives Position in Water-bag blasting using the Mist Guider원문보기
국가 산업발달과 경제발전으로 사회 기반시설 및 각종 편의시설 등에 대한 지하 공간 사용이 급격히 증가되면서 터널과 같은 지하공간에 대한 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 지하 공간 발파 시 발생되는 분진저감을 위해 분무 제어 시스템을 개발하였다. 분진저감 효과를 증대시키기 위해 분무 방향을 막장 방향으로 제어할 수 있는 분무 가이더를 고안하였다. AUTODYN 프로그램을 이용한 수치해석을 실시하고 그 결과를 기초실험과 비교하였다. 워터 백 내부 도폭선 위치에 따른 분무 확산효과를 검증하기 위해 중앙장약, 하단장약에 대한 수치해석을 하고 실험을 통해 검증하였다. 최적 조건은 뇌관 외부 기폭과 워터 백 내 도폭선 중앙장약이었으며, 그 결과로 인한 분무 입경은 광산 및 터널에서 발파 후 분진 저감에 적합하였다.
국가 산업발달과 경제발전으로 사회 기반시설 및 각종 편의시설 등에 대한 지하 공간 사용이 급격히 증가되면서 터널과 같은 지하공간에 대한 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 지하 공간 발파 시 발생되는 분진저감을 위해 분무 제어 시스템을 개발하였다. 분진저감 효과를 증대시키기 위해 분무 방향을 막장 방향으로 제어할 수 있는 분무 가이더를 고안하였다. AUTODYN 프로그램을 이용한 수치해석을 실시하고 그 결과를 기초실험과 비교하였다. 워터 백 내부 도폭선 위치에 따른 분무 확산효과를 검증하기 위해 중앙장약, 하단장약에 대한 수치해석을 하고 실험을 통해 검증하였다. 최적 조건은 뇌관 외부 기폭과 워터 백 내 도폭선 중앙장약이었으며, 그 결과로 인한 분무 입경은 광산 및 터널에서 발파 후 분진 저감에 적합하였다.
With the recent industrial developments and economic development nationally, there has been a rapidly increasing demand for the use of underground space as locations for establishing social infrastructure and various convenience facilities. In this study, a mist-control system was developed to reduc...
With the recent industrial developments and economic development nationally, there has been a rapidly increasing demand for the use of underground space as locations for establishing social infrastructure and various convenience facilities. In this study, a mist-control system was developed to reduce the generation of dust in underground blasting. To enhance the dust-reduction effect, a guiding device was developed which is capable of adjusting the direction of the spray toward's the blasting face of mine or tunnel. A numerical analysis was performed by using the AUTODYN software, and results were compared with those published in basic experiments. To verify the mist-diffusion effect according to the position of explosives in a water bag, numerical analyses were conducted for the following cases: Explosives were set in the middle, and in the bottom of the water bag. The optimum condition was external detonation and center charge. The mist particle size from the result was suitable for the reduction of dust after blasting in underground mine and tunnel.
With the recent industrial developments and economic development nationally, there has been a rapidly increasing demand for the use of underground space as locations for establishing social infrastructure and various convenience facilities. In this study, a mist-control system was developed to reduce the generation of dust in underground blasting. To enhance the dust-reduction effect, a guiding device was developed which is capable of adjusting the direction of the spray toward's the blasting face of mine or tunnel. A numerical analysis was performed by using the AUTODYN software, and results were compared with those published in basic experiments. To verify the mist-diffusion effect according to the position of explosives in a water bag, numerical analyses were conducted for the following cases: Explosives were set in the middle, and in the bottom of the water bag. The optimum condition was external detonation and center charge. The mist particle size from the result was suitable for the reduction of dust after blasting in underground mine and tunnel.
본 연구에서는 터널, 광산 등의 지하 발파 시 발생되는 분진 저감을 위해 워터 백(water bag)과 도폭선을 이용한 분무 시스템 및 분무 방향성, 분사 효율 증대를 위한 분무 가이더(mist guider)를 제안하고, 도폭선 위치에 따른 분사 성능을 비교하였다.
제안 방법
본 연구에서는 지하굴착 시 발생되는 분진 저감을 위해 워터 백과 분사 성능 증대를 위한 분무 가이더를 설계하였다. 이러한 설계를 검증하기 위해 뇌관의 위치에 따른 워터 백 성능 비교 실험과 분무 가이더 적용 시 도폭선 위치에 따른 분사 성능 수치해석 및 검증실험을 하였으며 최적 조건 시 분사 초기속도 검증을 통해 현장 적용 가능성을 확인하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
지하 공간 굴착 시 발생분진 저감을 위하여 분무 발생 워터 백과 분무 방향 제어를 위한 분무 가이더를 개발하였다. 워터 백은 Fig. 2와 같이 직경 200mm, 도폭선 주입구는 도폭선 20g/m 직경과 동일한 6mm로 제작하였다. 도폭선 위치가 중앙과 바닥에 위치할 수 있도록 도폭선 주입구를 워터 백 양 사이드 중앙과 바닥에 부착하였다.
데이터처리
도폭선 위치에 따른 주입수 확산 과정을 모사하기 위해 AUTODYN 프로그램을 이용한 SPH(Smooth Particle Hydrodynamic) 해석을 실시하였다. SPH 해석은 Lagrange Solver를 기반으로 하는 입자완화 유체동역학 해석에 주로 사용되고 있다.
성능/효과
1. 뇌관의 위치에 따른 워터 백 성능 비교 결과 높이 방향은 뇌관의 위치에 따라 큰 차이는 없었고 폭 방향은 외부 기폭 시 우세하게 나타났다.
3. 도폭선 위치에 따른 현장 실험결과 바닥 기폭시 분무 가이더 내부에서 워터 백이 먼저 찢어지면서 분무 손실이 발생하였고, 이로 인하여 바닥 기폭보다 중앙 기폭의 경우가 분사 높이 및 거리가 크게 나타났다.
4. 워터 백 초기속도 검증 실험 결과 초기속도가 306m/s로 측정되었으며, 분무 가이더를 사용하지 않는 경우보다 190% 이상 높게 나타났다. 이는 호흡성 분진 발생 비율이 높은 터널 및 광산 현장에서 본 기술을 적용하기 적절한 것으로 확인되었다.
53m로 측정되었으며, 분무 가이더를 이용한 워터 백 분사 초기속도는 306m/s로 나타났다. 수치해석보다 검증실험에서의 초기속도가 크게 나타난 이유는 분무 가이더 제작 시 분무 가이더 양쪽 끝 부분에서 워터 백이 찢어지는 문제에 대해 보강했기 때문으로 판단된다.
후속연구
al(2002)는 터널건설현장에서 발생하는 분진은 일반적인 건설작업에서 발생하는 분진과 달리 호흡성 분진의 비율이 높기 때문에 분진의 흡착효율을 높일 필요가 있다. 따라서 액적의 직경을 6㎛까지 낮출 수 있는 본 연구의 실험결과는 터널건설현장에서 적용하기 적절할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
분진이 가장 크게 발생하는 요인은?
공사 중인 터널 내에서 발생되는 분진은 발파, 천공, 버럭 처리, 덤프 운행 등 많은 요인이 있지만 그중 발파에 따른 분진 발생이 가장 크게 나타난다. NATM 공법을 사용하는 터널굴착 2개 현장에서 질량 중위입경(MMAD) 조사를 실시한 결과 4.
SPH 해석은 어디에 사용되는가?
도폭선 위치에 따른 주입수 확산 과정을 모사하기 위해 AUTODYN 프로그램을 이용한 SPH(Smooth Particle Hydrodynamic) 해석을 실시하였다. SPH 해석은 Lagrange Solver를 기반으로 하는 입자완화 유체동역학 해석에 주로 사용되고 있다.
지하 공간 개발이 필요하게 된 이유는 무엇인가?
국가 산업발달과 경제발전으로 사회 기반시설 및 각종 편의시설 등을 위한 지하 공간 사용이 급격히 증가되면서 터널과 같은 지하공간에 대한 필요성이 대두되고 있다. 또한, 친환경적인 광산 개발에 대한 사회적 요구로 인해 채광이 노천채광에서 갱내채광으로 전환되고 있다.
참고문헌 (8)
고영훈, 2016, 발파해체 분진제어를 위한 워터튜브 분무확산 평가 및 적용, 박사학위, 전남대학교, 대한민국.
Beck T. W., Seaman C. E., Shahan M. R and Mischler S. E., 2018, Open-air sprays for capturing and controlling airborne float coal dust on longwall faces, Minerals Engineering, Vol 70, No. 1, pp. 42-48.
Bello. D., M. A. Virji, A. J. Kalil, and S. R. Woskie, 2002, Quantification of Respirable, Thoracic, and Inhalable Quartz Exposures by FT-IR in Personal Impactor Samples from Construction Sites, Applied Occupational and Environmental Hygiene, Vol. 17, No. 8, pp. 580-590.
Cooper, C.D. and F.C. Alley, 2002, Air pollution control ; A design approach, Waveland press, Inc, pp. 209-217.
Liu, F, 2011, Research on blasting water mist reducing dust resulting from blasting demolition, Doctoral dation, Anhui University.
McDonell, I, 2009, Dust control on longwall faces by fine mist (Atomising) sprays - can they really work, The AusIMM Illawarra Branch 2009 Coal Operators' Conference, pp.248-250.
Wang Pengfei, Tan Xuanhao, Cheng Weimin, Zhou Gang, Liu Ronghua, 2018, Dust removal efficiency of high pressure atomization in underground coal mine, International Journal of Mining Science and Technology
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