갱내채광개발의 안정성 문제로 굴착단면을 축소하였을 때 발생한 경제적 손실을 최소화하기 위해 발파효율을 증가시킬 필요가 있으며, 이를 위해 새로운 발파 설계를 제안하였다. 본 연구에서는 현장의 생산발파, 생산발파에 확대공을 2열 추가한 1차 제안발파 그리고 확대공에 1열만 추가하여 비대칭을 이루는 2차 제안발파의 발파효율을 비교하였다. 발파효율 평가지표로는 굴진율과 파쇄입도로 선정하였다. 굴진율의 경우 일반대비 1차 제안발파는 6.07%, 2차 제안발파는 4.65% 향상하였고, 파쇄입도의 경우 P80 기준으로 일반발파 대비 1차 제안발파는 약 58%, 2차 제안발파는 약 47% 파쇄입도가 감소하였다. 평가지표에 따라 1차 제안발파가 2차 제안발파보다 좋은 발파효율을 보이지만, 평가지표의 결과의 차이가 미비하여 1차 제안발파에 추가적으로 소요된 작업시간과 비용을 고려하였을 때 2차 제안발파인 비대칭 V-cut이 현장에 더 적합한 발파설계라 판단된다.
자연 기상현상의 재해는 인간의 힘으로 극복하기 매우 어렵다. 그 중 낙뢰는 기상 재해로 뇌운과 지면사이의 방전 현상을 말한다. 한반도는 기단이 해상을 통과 하면서 많은 에너지를 공급받아 쉽게 뇌운이 형성된다. 기상청의 자동 낙뢰 관측 장비에 의하면, 연간 1,300회 이상의 낙뢰가 발생 되는 것으로 알려져 있다. 낙뢰는 지사응로 방전되면서 인명·전자기기의 파손등 피해를 일으킨다. 특히 발파공법은 주로 지표 지중에서 실시되는 공법으로 낙뢰에 대하여 매우 취약하고, 그 피해 또한 심각하다. 본 연구는 화약발파 기술자들의 참고 자료로써 낙뢰에 대한 주의와 대책을 연구하는 뜻에서 작성한다.
최근 연구시설 및 자원개발 등의 목적으로 지하공간 활용이 증가하고 있으며, 저심도 암반을 넘어 고심도 암반에 대한 개발이 증가하고 있다. 고심도 지하공간 개발은 높은 응력과 높은 온도 조건에서의 암반의 안정성을 고려해야 한다. 고심도의 경우 암반 구조와 불연속면의 상태 등이 안정성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 지진 및 굴착을 위한 암반발파에 의한 지반진동 전파가 지하공동의 응력변화를 발생시켜 암반의 안정성에 영향을 미치게 된다. 발파공학 측면에서 지반진동을 예측하는 방법은 실측 데이터를 바탕으로 통계학적 회귀분석을 통한 경험적 회귀모형과 수치해석적 방법이 사용되고 있다. 본 연구에서는 단일공 발파에 의한 폭발압력 전파특성과 지반진동 전파특성에 대한 경험적 회귀모형을 획득하기 위하여 실험적 방법을 통해 연구를 수행하였다.
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.
전색작업은 발파공 내에서 폭발가스가 쉽게 유출되지 않게 적용되는 중요한 과정이다. 전색물질은 폭발 에너지를 더 길게 공 내부에서 작용할 수 있게 하며, 암석의 파쇄도를 증가시키는데 큰 도움이 된다. 본 연구에서는 동적 충격에 반응하는 전단농화유체 기반의 전색물질을 개발하였다. 전단농화유체 기반의 전색재료의 성능을 검증하기 위해 실 규모 발파실험 및 터널현장에 대한 현장 실증을 수행하였다. 첫 번째 실험에서는 전색재료 적용에 따른 발파공 내부의 압력을 직접 측정하였고, 도심지 터널현장 실증에서는 모래전색과 전단농화유체 기반 전색재료의 발파결과를 서로 비교하였다. 발파공 내 압력측정 결과 본 연구를 통해 개발한 전색물질을 적용한 경우, 발파공 상부에서 측정된 압력이 일반적인 모래전색을 적용한 경우보다 낮았으며 폭발가스 분출량도 적었다. 또한 현장 실증결과 터널발파에서 개발전색물질의 굴착성능이 모래전색 발파의 경우보다 우수함을 검증할 수 있었다.
본 연구에서는 발파진동에 대한 콘크리트 배수관로 보호구의 내진성능을 비교하기 위해 일련의 FEM 수치해석을 수행하였다. 비교 대상은 본 연구에서 제안하는 두 종류의 ㅁ 형태의 보호구와 재래식의 ㄷ 형태의 보호구이다. 해석 과정에서는 폭원 이격거리와 지발당 장약량을 변화시키면서 세 종류의 보호구의 내진 저항을 비교하였다. 그 결과, 본 연구에서 제안하는 두 종류의 보호구가 진동저감 성능의 측면에서 재래식 보호구에 비해 더 우수한 것으로 나타났다.
효과적이며 안전한 발파 기술을 개발하거나 국내에 도입하기 위해서는 세계 각국에서의 발파 분야 연구 동향을 파악하는 것이 필요하다. 국내외 발파 관련 연구 동향 분석은 일부 연구 논문들을 대상으로 제한적인 범위에서 수행되는 것이 일반적이다. 본 논문에서는 국제학술지에 게제된 전체 논문들을 대상으로 VOSviewer를 이용한 계량서지분석을 실시하여 발파 분야의 연구 동향 변화를 파악하고자 하였다. 시기별 핵심단어 분석 결과, 2000년대는 대체적으로 게재 논문의 수가 적고 전체적인 핵심단어 수도 적었지만, 2010년 이후 게재 논문 개수의 급격한 증가와 핵심단어의 다양화, 특히 인공지능과 관련된 핵심단어들이 등장하였다. 2017~2021년의 핵심단어 분석 결과, 다양한 하이브리드 인공지능 기법들이 발파 영향 평가에 활발하게 활용되고 있음을 알 수 있었다.
본 연구에서는 수중발파에서 발생하는 과압, 충격량, 진동의 전파 특성을 평가하기 위하여 수행되었다. 육상에서의 발파와 비교하여 수중발파에서의 소음 및 진동의 전파 특성은 주로 물을 매개체로 하여 전파되는 차이를 가지고 있으며, 경우에 따라 다양한 매질(암반, 물, 공기 등)을 통과하면서 전파양상이 변화하는 특성도 지니고 있다. 본 연구에서는 AUTODYN을 이용하여 수중에서의 발파과정을 모사하고 발파로부터 생성된 과압, 충격량, 발파진동의 전파 특성에 대하여 분석하였다. 특히 메쉬크기가 수중발파해석으로부터 획득되는 과압, 충격량, 최대입자속도에 미치는 영향을 중점적으로 평가하였다. 전체적으로 과압과 최대입자속도는 메쉬의 크기가 증가함에 따라 감소하는 경향성을 나타내었고, 충격량은 메쉬의 크기와 함께 증가하는 경향을 보였다. 또한 본 연구의 결과로부터 메쉬 크기에 대한 의존성은 장약량과 환산거리에 따라서도 다르게 나타날 수 있다는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 발파 현장에서 발파 구역을 구분하여 분할 발파를 실시할 때 구역 내 열간 기폭 패턴에 따른 진동 특성을 확인하기 위해 계측된 진동데이터를 통해 방향별 진동파형 및 진동속도, 주주파수를 비교 분석하였다. 결과적으로, 발파 구역 내 열간 기폭 패턴에 따라 방향별 진동파형의 변화를 나타냈으며, 진동속도 및 주주 파수대역 또한 다른 양상을 보이는 것으로 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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