A Study on Movement of the Free Face During Bench Blasting

Variables influencing the free face movement due to rock blasting include the physical and mechanical properties, in particular the discontinuity characteristics, explosive type, charge weight, burden, blast-hole spacing, delay time between blast-holes or rows, stemming conditions. These variables also affects the blast vibration, air blast and size of fragmentation. For the design of surface blasting, the priority is given to the safety of nearby buildings. Therefore, blast vibration has to be controlled by analyzing the free face movement at the surface blasting sites and also blasting operation needs to be optimized to improve the fragmentation size. High-speed digital image analysis enables the analyses of the initial movement of free face of rock, stemming optimality, fragment trajectory, face movement direction and velocity as well as the optimal detonator initiation system. Even though The high-speed image analysis technique has been widely used in foreign countries, its applications can hardly be found in Korea. This thesis aims at carrying out a fundamental study for optimizing the blast design and evaluation using the high-speed digital image analysis. A series of experimentation were performed at two large surface blasting sites with the rock type of shale and granite, respectively. Emulsion and ANFO were the explosives used for the study. Based on the digital images analysis, displacement and velocity of the free face were scrutinized along with the analysis fragment size distribution. In addition, AUTODYN, 2-D FEM model, was applied to simulate detonation pressure, detonation velocity, response time for the initiation of the free face movement and face movement shape. The result show that regardless of the rock type, due to the displacement and the movement velocity have the maximum near the center of charged section the free face becomes curved like a bow. Compared with ANFO, the cases with Emulsion result in larger detonation pressure and velocity and faster reaction for the displacement initiation.

전방 자유면의 암반 이동에 관한 연구

발파 시 자유면의 이동은 대상암반의 역학적 특성 및 발파조건, 특히 암반의 불연속면 특성과 폭약의 종류, 장약량, 저항선, 공간격, 공간 또는 열간 기폭시차 및 전색상태 등 여러 가지 변수들에 의해 달라지며, 이는 발파진동의 크기, 폭음 및 파쇄도에 커다란 영향을 미친다. 현재 국내 노천발파 현장의 발파설계는 대부분 인접 보안물건에 대한 안전성을 최우선으로 하고 있으나 대규모 발파가 이루어지는 노천현장에서는 발파 시 자유면의 이동을 분석하여 진동을 제어하고 파쇄도를 향상시키기 위한 최적 조건의 발파 설계를 하는 것은 매우 중요하다. 고속 디지털 동영상 분석을 통하여 발파 후 최초 자유면 암반의 움직임, 전색의 적정성, 발파암의 이동 궤적, 발파암의 이동방향과 속도, 최적의 기폭시스템 분석이 가능하다. 외국에서는 이와 같은 방법이 발파설계 및 평가를 위한 유용한 도구로 활용되고 있으나 국내에서는 그 연구가 미미하다. 따라서 본 연구는 디지털 고속 동영상 분석에 의한 최적 발파설계 및 평가에 대한 기초적인 연구를 수행하였다. 셰일과 화강암으로 구성된 대규모 노천 발파현장 2개소에서 Emulsion과 ANFO 두 종류 폭약에 대한 암반 파쇄과정을 촬영한 디지털 고속동영상을 분석하여 자유면 암반의 변위, 이동속도 등을 분석하고 2차원 유한요소 해석 프로그램인 AUTODYN을 사용하여 폭약의 폭굉압력, 폭굉 전달시간, 발파 후 최초로 암반에 변위가 발생되는 반응시간, 발파 후 자유면 암반의 이동형상에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 및 디지털 고속 동영상을 분석한 결과, 암반의 종류에 관계없이 발파공 전면 자유면 암반의 이동형상은 주상 장약부의 중간 부근에서 변위 및 이동속도가 가장 크게 발생되어 가운데 부분이 활처럼 휘어진 형상을 나타내었다. 폭약의 폭굉압력, 폭굉 전달시간, 발파 후 최초로 자유면 암반에 변위가 발생되는 반응시간의 경우 Emulsion 폭약이 ANFO보다 폭굉압력 및 폭속이 크고 초기 변위 반응시간이 빠르게 진행되는 것으로 분석되었다.