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도심지의 대심도 수직구 발파에서 지반진동저감 시공 사례

A Case Study of Deep Shaft Blasting for Reducing Ground Vibration in Urban Area

황남순 ( Nam-sun Hwang ) , 김경현 ( Kyung-hyun Kim ) , 김정환 ( Jeoung-hwan Kim ) , 정민성 ( Min-sung Jung ) , 이형진 ( Hyeung-jin Lee ) , 나경민 ( Gyeong-min Na )
  • : 대한화약발파공학회
  • : 화약발파 39권2호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 06월
  • : 15-26(12pages)
화약발파

DOI


목차

1. 서 론
2. 전자발파 시스템
3. 시공사례 (1)
4. 시공사례 (2)
5. 맺음말
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2013년부터 국산 전자뇌관이 출시되면서 많은 석산 및 건설현장에서 폭넓게 사용되어지고 있다. 도심지에서 이루어지는 SOC 프로젝트의 경우, 대부분 민원을 줄이기 위해 대심도로 설계가 이루어지는 추세이다. 대심도 굴착개발은 작업구 및 환기구 등의 시공에 많은 시간과 비용이 발생된다. 현장 인근에 보안물건이 위치한 경우, 기계식굴착공법을 적용하는 경우가 있으며, 이러한 기계식굴착방법은 암반의 강도 및 굴착장비의 성능에 따라 영향을 받는다. 기계식 굴착공법의 작업효율이 떨어지는 경우, 공사기간이 늘어나면서 비용이 증가하는 문제가 발생하고 있다.
본 사례는 도심지내 대심도 수직구 현장에서 기계식굴착공법으로 설계된 현장을 전자뇌관 발파공법으로 전환한 사례이다. 전자뇌관을 이용하여 발파소음과 진동에 대한 환경규제기준을 충족시키면서 공사기간을 단축시켰다.
Domestic electronic detonators are used widely in many quarry and construction sites since its launch at 2013. In the case of SOC projects conducted in the city, most of them are designed in high-depth to reduce complaints. The high-depth excavation needs a long construction period and huge cost for building shaft and ventilation hole. Mechanical excavation method is applied when safety things are located nearby the site. Solidity of rock and machine’s performance affect on the method’s efficiency. So as the efficiency is getting lower, the construction period is extended, and the cost is increases as well.
This case study is about changing the machine excavation method to the blasting method which is electronic detonator applied at the shaft construction site in the city. This is an example of using electronic detonators on the construction site in reducing blast-noise and vibration while meeting environmental regulatory standards.

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간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI후보
  • :
  • : 계간
  • : 1229-9073
  • : 2799-4406
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1974-2021
  • : 820


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39권3호(2021년 09월) 수록논문
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1록버스트 발생기구 분석과 단순화 모델링

저자 : 최병희 ( Byung-hee Choi ) , 오세욱 ( Se-wook Oh ) , 김현우 ( Hyunwoo Kim ) , 정용복 ( Yong-bok Jung )

발행기관 : 대한화약발파공학회 간행물 : 화약발파 39권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-14 (14 pages)

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록버스트는 암석의 돌연하고도 격렬한 파괴를 일컫는 말이다. 이 파괴과정에서 초과에너지가 지진에너지로 방출되면, 주변의 암반 중에는 지반진동이 발생한다. 이렇게 생성된 지반진동의 수준은 리히터 로컬 척도로 규모 4.5 이상에 이를 수 있다. 이와 같은 록버스트는 인명에 위해를 가할 뿐 아니라 지하작업장과 지상구조물에 까지 손상을 일으킬 수 있다. 본 논문에서는 캐나다 록버스트 종합연구 1단계 및 2단계 보고서를 토대로 록버스트의 발생기구를 분석하였다. 아울러 단순화된 LS-DYNA 모델을 작성하여 채광막장 암반에서 발파 직후 발생되는 인장균열의 발생양상을 분석하여 보았다. 이 단순화 모델의 개념은 록버스트의 발생기구를 파악하기 위해 실험실에서 수행되는 소규모 시험에 적용한다면 매우 유용할 것이다.


Rockburst is a sudden and violent failure of rock. During the failure process, excess energy is liberated as seismic energy, which in turn causes the surrounding rock mass to vibrate. The level of the ground vibration can reach a magnitude of over 4.5 in the Richter local scale. Thus, a rockburst can cause not only injury to persons, but also damage to both underground workings and surface structures. In this paper the source mechanism of rockburst is analyzed based mainly on the two reports of the Canadian Rockburst Research Program (CRRP). A simplified LS-DYNA modeling is also performed to identify the tensile failure patterns occurring in the remaining rock mass right after blasting in mine stope. The configuration of the simplified model will probably be useful in small-scale laboratory tests for investigating the source mechanism of rockburst.

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2광산 통기수갱발파에서 전색조건이 발파효율에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구

저자 : 김준하 ( Jun-ha Kim ) , 김정규 ( Jung-gyu Kim ) , 정승원 ( Seung-won Jung ) , 고영훈 ( Young-hun Ko ) , Khaqan Baluch , 김종관 ( Jong-gwan Kim )

발행기관 : 대한화약발파공학회 간행물 : 화약발파 39권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 15-23 (9 pages)

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통기 수갱은 지하공간 개발시 분진 또는 매연 등을 제거하기 위해 광산과 터널에서 사용되는 통로이다. 광산에서는 통기 수갱 개발을 위해 10∼20m 구간의 크라운필라 영역을 1회의 장공발파로 굴착하는 공법이 적용 가능하다. 이 경우 천공오차를 파악하기 위해 장약공을 완전히 천공하였을 때 장약공 하부가 구속되지 않으며, 또한 이는 폭약 장약과 발파효율을 떨어트리는 문제를 발생시킨다. 이는 장약공 하부에 전색을 사용함으로 장약공 하부를 전색하여 폭약 장약의 문제를 해결하고 발파효율을 증가시킬 수 있다.
본 연구에서는 ANSYS AUTODYN 2D SPH(Smooth particle hydrodynamics) 해석기법을 이용하여 장약공 직경(45, 76mm)과 다양한 전색장을 달리한 통기 수갱 발파 시뮬레이션을 실시하였다. 또한 발파에 따른 하부의 대괴 사이즈, 저항선을 확인하여 최적의 하부전색장을 도출하였다. 해석 결과 하부전색장 30cm 이하의 경우 발파효율이 저하되며, 발파효율을 높이기 위해서 30cm 이상의 전색장을 적용하여야 함을 확인하였다.


Ventilation shafts are pathways in mines and tunnels for the removal of dust or smoke during underground space construction and operation. In mines, blasting with long blast holes is preferred for the excavation of a ventilation shaft in the 10∼20m long crown pillar section. In this case, the bottom part of the blast hole is completely drilled in order to determine the drilling error, and this causes a problem of lowering the explosive charge and blasting efficiency. It is possible to solve the problem of explosive loading and to increase the blast efficiency by covering the curb of the blasthole by using stemming material.
In this study, simulations for the blasting of a ventilation shaft were performed with various stemming lengths and the blasthole diameters(45, 76mm) using AUTODYN 2D SPH(Smooth particle hydrodynamics) analysis technique. Also the optimal bottom stemming column was derived by checking the size of the boulder and burden line according to blasting. Analysis result, blasting efficiency is lessened in case of stemming length less than 30cm and the optimal length of the stemming material should be 30cm or higher to achieve high efficiency of blasting.

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3GTX A 터널정거장에 대한 전자뇌관 적용 시공 사례

저자 : 황남순 ( Nam-sun Hwang ) , 김경현 ( Kyung-hyun Kim ) , 김정환 ( Jeoung-Hwan Kim ) , 성유현 ( Yoo-hyeon Seong ) , 이창원 ( Chang-won Lee )

발행기관 : 대한화약발파공학회 간행물 : 화약발파 39권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 24-34 (11 pages)

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정밀한 시차를 갖고 있는 전자뇌관은 다양한 건설현장에서 폭넓게 사용되고 있다. 전기뇌관이나 비전기뇌관을 이용한 발파현장에서 소음과 진동이 허용기준치를 초과하는 경우를 비롯하여, 발파작업에 의한 파쇄도를 개선하거나, 2차 소할의 비용을 절감하기 위해 사용된다. 또한 작업효율성을 극대화하여 공사기간을 단축시키며 비용을 절감하기 위해 전자뇌관을 이용하는 경우가 늘어나고 있는 추세이다.
본 사례는 도심지 내 GTX A 프로젝트에서 대단면 정거장 공사현장에 전자뇌관을 적용한 사례이다. 당 현장은 설계에 비전기뇌관을 이용하여 시공하도록 되어 있었으나, 발파작업을 진행하던 중 보안물건에 손상이 가해졌다. 이를 해결하기 위한 대안으로 전자뇌관을 이용한 발파공법을 검토하였다. 전자뇌관을 적용하여 발파소음과 진동에 대한 환경규제기준을 충족시켰으며 인근의 보안물건에 대한 손상을 방지할 수 있었다. 또한, 안전과 효율적인 시공을 위해 정거장 대단면을 1회 동시발파를 실시하였으며, 이를 통해 계획대비 공사기간을 단축시켰다.


Electronic detonators are widely used in various construction sites due to accurate delay time. Including the cases with exceeded noise and vibration from site using electric/non-electric detonator, electronic detonators are used to improve blast fragmentation or to reduce the cost of secondary partial blasting. Furthermore, the number of cases using electronic detonators are increased for reduction of the cost and construction period by maximizing operations efficiency.
This case study is about applying electronic detonators on large section station, tunnel construction site which is the part of urban area GTX A project. Although it was initially planned to utilize non-electric detonators, damage was inflicted on safety-thing. We have considered blasting method using electronic detonators as solution of this problem. By applying electronic detonators, we not only satisfied environmental regulations but also prevented nearby safety-thing from getting damaged. In addition, we were able to shorten the construction period than the initial plan by conducting single simultaneous blasting on large section station, in order to ensure safe and efficient construction.

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4노천광산에서의 사면 최적화를 위한 공학적 접근 및 최신 동향

저자 : 박준혁 ( Jun-hyeok Park )

발행기관 : 대한화약발파공학회 간행물 : 화약발파 39권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 35-43 (9 pages)

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사면의 최적화(slope optimization)는 오픈핏(open pit) 노천광산에서 사면의 경사를 높여 추가적인 광석을 채굴하고 최대한의 이익을 얻는 것이 그 목적이다. 대형 노천 광산들은 선진화된 기술을 도입하여 사면의 안정성을 확보할 수 있는 수준에서 광산의 사면을 높이려는 노력을 하고 있다. 본 기술보고에서는 사면 최적화의 동향과 실제 광산의 사례들을 소개하고자 한다.


Slope optimization aims to maximize the slope angle in an open pit mine, resulting in subsequent profits from additional ore extraction. The large open pit mines have adopted the advanced technologies to increase slope angle until they ensure the slope stability. This paper introduces a current stage of slope optimization efforts and best practices from the open pit mines.

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5발파 분야에서의 인공지능 활용 현황

저자 : 김민주 ( Minju Kim ) , L. A. Ismail , 권상기 ( Sangki Kwon )

발행기관 : 대한화약발파공학회 간행물 : 화약발파 39권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 44-64 (21 pages)

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4차 산업혁명 시대의 도래와 함께 빅데이터의 활용과 인공지능 기법을 활용한 공학적 응용이 증가하고 있다. 발파 분야에서도 인공지능 기법을 활용한 다양한 연구들이 보고되고 있다. 본 논문에서는 발파분야에서 많이 활용되고 있는 인공신경망, 퍼지 이론, 유전자 알고리즘, 떼 지능, 서포트 벡터머신과 같은 인공지능 기법을 소개하고 이들 기법을 이용한 발파진동, 비석, 암석 파쇄도, 폭풍압, 여굴 예측 기법에 대한 연구들을 조사, 정리하였다. 향후 인공지능 기법을 활용하여 보다 효율적이고 안전한 발파설계, 발파 효율 향상과 발파에 의한 주변 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위하기 위한 발전적인 접근 방향에 대한 논의에 활용할 수 있는 기초 자료를 제공하고자 한다.


With the upcoming 4th industrial revolution era, the applications of artificial intelligence(AI) and big data in engineering are increasing. In the field of blasting, there have been various reported cases of the application of AI. In this paper, AI techniques, such as artificial neural network, fuzzy logic, generic algorithm, swarm intelligence, and support vector machine, which are widely applied in blasting area, are introduced, The studies about the application of AI for the prediction of ground vibration, rock fragmentation, fly rock, air overpressure, and back break are surveyed and summarized. It is for providing starting points for the discussion of active application of AI on effective and safe blasting design, enhancing blasting performance, and minimizing the environmental impact due to blasting.

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1충격 하중 시 암석의 파괴거동해석을 위한 GPGPU 기반 3차원 동적해석기법의 개발과 검증 연구

저자 : 민경조 ( Gyeong-jo Min ) , Daisuke Fukuda , 오세욱 ( Se-wook Oh ) , 조상호 ( Sang-Ho Cho )

발행기관 : 대한화약발파공학회 간행물 : 화약발파 39권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-14 (14 pages)

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최근에는 GPGPU(General-Purpose computing on Graphics Processing Units)와 같은 고성능 연산장치의 보급과 함께 국방, 우주항공분야에서 암질재료에 대한 충격실험을 대신할 수 있는 3차원 동적해석기법의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 그러나 높은 충격하중을 수반하는 암 발파 또는 소형미사일 등의 지중 관통과 같은 과정을 실험적으로 관찰하거나 계측하는 것은 암질재료의 비 균질성 및 불투명성 때문에 어려움이 있었다. 본 연구에서는 고속충돌에 의한 암석의 파괴 거동을 모사하기 위하여 3차원 동적 파괴 과정 해석 기법 (3D-DFPA)를 개발하였으며, 연산속도를 향상시키기 위하여 순차해석(explicity analysis) 및 접촉요소검색(Searching algolitm of contact elements)에 GPGPU연산이 가능한 알고리듬을 적용하였다. 제안된 동적파괴과정해석 기법에 대한 검증을 위해 Straight Notched Disk Bending (SNDB) 석회암시료에 대한 동적파괴인성시험을 모사하였고, 충격응력파의 전파과정, 암석-충격봉 경계면에서 반사 및 전달과정, 암석 시료의 파괴과정을 비교분석하여, 개발된 해석기법에 대한 검증을 수행하였다.

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2도심지의 대심도 수직구 발파에서 지반진동저감 시공 사례

저자 : 황남순 ( Nam-sun Hwang ) , 김경현 ( Kyung-hyun Kim ) , 김정환 ( Jeoung-hwan Kim ) , 정민성 ( Min-sung Jung ) , 이형진 ( Hyeung-jin Lee ) , 나경민 ( Gyeong-min Na )

발행기관 : 대한화약발파공학회 간행물 : 화약발파 39권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 15-26 (12 pages)

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2013년부터 국산 전자뇌관이 출시되면서 많은 석산 및 건설현장에서 폭넓게 사용되어지고 있다. 도심지에서 이루어지는 SOC 프로젝트의 경우, 대부분 민원을 줄이기 위해 대심도로 설계가 이루어지는 추세이다. 대심도 굴착개발은 작업구 및 환기구 등의 시공에 많은 시간과 비용이 발생된다. 현장 인근에 보안물건이 위치한 경우, 기계식굴착공법을 적용하는 경우가 있으며, 이러한 기계식굴착방법은 암반의 강도 및 굴착장비의 성능에 따라 영향을 받는다. 기계식 굴착공법의 작업효율이 떨어지는 경우, 공사기간이 늘어나면서 비용이 증가하는 문제가 발생하고 있다.
본 사례는 도심지내 대심도 수직구 현장에서 기계식굴착공법으로 설계된 현장을 전자뇌관 발파공법으로 전환한 사례이다. 전자뇌관을 이용하여 발파소음과 진동에 대한 환경규제기준을 충족시키면서 공사기간을 단축시켰다.

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3철골구조물 발파해체 시공사례

저자 : 박훈 ( Hoon Park ) , 노유송 ( You-song Noh ) , 남성우 ( Sung-woo Nam ) , 장성옥 ( Seong-ok Jang ) , 김래회 ( Nae-hoi Kim ) , 석철기 ( Chul-gi Suk )

발행기관 : 대한화약발파공학회 간행물 : 화약발파 39권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 27-36 (10 pages)

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최근 노후화와 기능적 요건을 만족하지 못하여 불용하는 철골구조물의 해체 수요가 증가하면서 철골구조물 해체에 대한 관심이 부각되고 있다. 본 시공사례는 구조적 노후화와 기능적 요건을 만족하지 못하는 철골구조물인 ore bin과 coke bin 해체에 발파해체공법 중 전도공법을 적용하였으며, 철골구조물을 발파 절단하기 위해 장약용기를 사용하였다. 발파해체 결과, ore bin과 coke bin은 예측된 방향으로 정확히 전도되었으며, 주변 시설물에 피해 없이 발파해체를 완료하였다.

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자료제공: 네이버학술정보
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