In this study, scaled model tests were performed on blasting demolition of reinforced concrete structures and the experimental results were analyzed in comparison with the results of numerical analysis. The tests were designed to induce a progressive collapse, and physical properties of the scaled model were determined using scale factors obtained ken dimension analysis. The scaled model structure was made of a mixture of plaster, sand and water at the ratio determined to yield the best scaled-down strength. Lead wire was used as a substitute for reinforcing bars. The scaled length was at the ratio of 1/10. Selecting the material and scaled factors was aimed at obtaining appropriately scaled-down strength. PFC2D (Particle Flow Code 2-Dimension) employing DEM (Distinct Element Method) was used for the numerical analysis. Blasting demolition of scaled 3-D plain concrete laymen structure was filmed and compared to results of numerical simulation. Despite the limits of 2-D simulation the resulting demolition behaviors were similar to each other. Based on the above experimental results in combination with bending test results of RC beam, numerical analysis was carried out to determine the blasting sequence and delay times. Scaled model test of RC structure resulted in remarkably similar collapse with the numerical results up to 900㎳ (mili-second).
Long-term stability and delayed failure of granite were evaluated through the laboratory test based on Wilkins method and Brazilian disc test (BDT) which yields tensile strength, mode I fracture toughness and subcritical crack growth parameters. Then, the long-term strength of granite was estimated by using analytical models and long-term stability of compressed air-energy storage (CAES) pilot cavern pressurized up to 5 ~ 6 MPa was evaluated using numerical code, FRACOD with the determined subcritical crack growth parameters. The results of test and analyses showed that the subcritical crack growth index, n was determined as 29.39 and the inner pressure of 5 ~ 6 MPa had an insignificant effect on the long-term stability of pilot cavern. It was also found that the measurement and analysis of acoustic emission events can describe the accumulation of damage due to subcritical crack growth quantitatively. That is, AE monitoring can provide the current status of rock under loading if we make an identical installation condition in the field with that of the laboratory test.
In this study, scenarios based on the leakage of highly compressed air and fire occurrence turned out to be high risks in an operation stage of CAES facility were constructed and estimated. By combining Bernoulli equation with momentum equation, an expression to calculate an impact force of a jet flow of compressed air was derived. An impact force was found to be proportional to the square of diameter of fracture and the pressure of compressed air. Four types of fire scenarios were composed to evaluate an effects that seasonal change and location of fire source have on the spread behavior of smoke. Smoke from the fire ignited in the vicinity of CAES opening descended more quickly below the limit line of breathing than one from the fire occurred 10 m away from CAES opening, which is expected to occur due to a propagation of wave front of smoke. It was shown that a rate of smoke spread of the winter fire is faster than one of the summer fire and smoke from the winter fire spreads farther than one of the summer fire, which are dependent on the direction of air flow into access opening. Evacuation simulation indicated that the required safe evacuation time(RSET) of the summer and winter fires are 262, 670 s each.
Park, Jung-Wook;Rutqvist, Jonny;Lee, Hang Bok;Ryu, Dongwoo;Synn, Joong-Ho;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.25
no.2
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pp.168-185
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2015
The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a large-scale high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) at a shallow depth has been investigated, and the effects of hydrological conditions such as water table and rock permeability on the behavior have been examined. The liquid saturation of ground water around a storage cavern may have a small impact on the overall heat transfer and mechanical behavior of surrounding rock mass for a relatively low rock permeability of $10^{-17}m^2$. In terms of the distributions of temperature, stress and displacement of the surrounding rock mass, the results expected from the simulation with the cavern below the water table were almost identical to that obtained from the simulation with the cavern in the unsaturated zone. The heat transfer in the rock mass with reasonable permeability ${\leq}10^{-15}m^2$ was dominated by the conduction. In the simulation with rock permeability of $10^{-12}m^2$, however, the convective heat transfer by ground-water was dominant, accompanying the upward heat flow to near-ground surface. The temperature and pressure around a storage cavern showed different distributions according to the rock permeability, as a result of the complex coupled processes such as the heat transfer by multi-phase flow and the evaporation of ground-water.
Park, Jung-Wook;Rutqvist, Jonny;Ryu, Dongwoo;Synn, Joong-Ho;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.25
no.2
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pp.155-167
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2015
The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) operated for a period of 30 years has been investigated by TOUGH2-FLAC3D simulator. As a fundamental study for the development of prediction and control technologies for the environmental change and rock mass behavior associated with CTES, the key concerns were focused on the hydrological-thermal multiphase flow and the consequential mechanical behavior of the surrounding rock mass, where the insulator performance was not taken into account. In the present study, we considered a large-scale cylindrical cavern at shallow depth storing thermal energy of $350^{\circ}C$. The numerical results showed that the dominant heat transfer mechanism was the conduction in rock mass, and the mechanical behavior of rock mass was influenced by thermal factor (heat) more than hydrological factor (pressure). The effective stress redistribution, displacement and surface uplift caused by heating of rock and boiling of ground-water were discussed, and the potential of shear failure was quantitatively examined. Thermal expansion of rock mass led to the ground-surface uplift on the order of a few centimeters and the development of tensile stress above the storage cavern, increasing the potential of shear failure.
Kim, Chang Oh;Um, Woo-Yong;Chung, So-Keul;Cheon, Dae-Sung
Tunnel and Underground Space
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v.26
no.1
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pp.1-11
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2016
This study deals with the case that was the field application of the microseismic monitoring techniques for the stability monitoring in a domestic mine. The usefulness and limitations of the microseismic techniques were examined through analyzing the microseismic monitored data. The target limestone mine adopted a hybrid room-and-pillar mining method to improve the extraction ratio. The accelerometers were installed in each vertical pillar within the test bed which has the horizontal cross-section $50m{\times}50m$. The measured signals were divided into 4 types; blasting induced signal, drilling induced signal, damage induced signal, and electric noise. The stability analysis was performed based on the measured damage induced signals. After the blasting in the mining section close to the test bed, the damage of the pillar was increased and rockfall near the test bed could be estimated from monitored microseismic data. It was possible to assess the pillar stability from the changes of daily monitored data and the proposed safety criteria from the accumulated monitored data. However, there was a difficulty to determine the 3D microseismic source positions due to the 2D local sensor arrays. Also, it was needed to use real-time monitoring methods in domestic mines. By complementing the problems encountered in the mine application and comparing microseismic monitored data with mining operations, the microseismic monitoring technique can be used as a better safety method.
To achieve mine development, a large amount of data concerned with the geological structure and the ore body had to be investigated and collected through geological survey, drilling and geophysical explorations. In most previous cases, however, the data were usually analyzed two dimensionally and those results showed some limits because of their 2D presentation. Those 2D maps such as geological plane sections or longitudinal sections cause lots of difficulties in understanding the complex geological structure or the feature of ore body in a spatial way. In this study, research area was set on the abandoned Yangyang iron mine in Korea and the Sugaeng ore body within the mine was selected as the research target to design a mine haulage system for reopening. A 3D mine model of this area was tried to be constructed using a 3D modelling software, GEMS. An accurate 3D model including the ore body, the geological structure, the old underground mine drifts and the new mine drifts was constructed under the purpose of reopening of the abandoned iron mine. Especially, mine design for trackless haulage system was conducted. New inclines and drifts were planned and modelled 3 dimensionally considering the utilization of old drifts and shaft. In addition to the 3D modelling, geostatistical technique was adopted to generate a spatial distribution of the ore grade and the rock physical properties. 3D model would be able to contribute in solving problems such as evaluating ore reserves, planning the mine development and additional explorations and changing the development plans, etc.
Roh, Jang-Hoon;Choi, Heui-Joo;Yu, Yeong-Seok;Yoon, Chan-Hoon;Kim, Jin
Tunnel and Underground Space
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v.21
no.6
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pp.518-525
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2011
In this study, the natural ventilation pressure resulting from the large altitude difference which is a characteristic of high radioactive waste repository and the caloric value of the heat emitted by wastes was calculated and based on the results, natural ventilation quantities were calculated. A high radioactive waste repository can be considered as being operated through closed cycle thermodynamic processes similar to those of thermal engines. The heat produced by the heating of high radioactive wastes in the underground repository is added to the surrounding air, and the air goes up through the upcast vertical shaft due to the added heat while working on its surroundings. Part of the heat added by the work done by the air can be temporarily changed into mechanical energy to promote the air flow. Therefore, if a sustained and powerful heat source exists in the repository, the heat source will naturally enable continued cyclic flows of air. Based on this assumption, the quantity of natural ventilation made during the disposal of high radioactive wastes in a deep geological layer was mathematically calculated and based on the results, natural ventilation pressure of $74{\sim}183$Pa made by the stack effect was identified along with the resultant natural ventilation quantity of $92.5{\sim}147.7m^3/s$. The result of an analysis by CFD was $82{\sim}143m^3/s$ which was very similar to the results obtained by the mathematical method.
In recent, the using of the hydraulic filling method has increased on the underground reinforcement of the abandoned mine in Korea, however it is the lack of research on the efficient filling method. In this study, tank model tests and field tests were conducted for development of tip device for filling efficiency improvements on the hydraulic filling method. In tank model experiments, the filling efficiency was evaluated according to the form and angle of the nozzle on tip device in the same condition. Then tip device model designed by tank model tests was applied to the field experiment. As a result, the amount of filling of nozzle $90^{\circ}$ tube is increased by approximately 18% compared to the common vertical injection pipe. The angle of repose was $30.82^{\circ}$. Filling hole spacing in the field is usually designed from 5m up to 10m assumed to be $40^{\circ}$ of the angle of repose. According to the results of this study, it is possible that the filling hole spacing expands at least 10m up to 15m applied to be $30^{\circ}{\sim}35^{\circ}$ of the angle of repose. Therefore, it is expected to be economical and efficient mine filling.
This study introduces $M_{(i,j,k)}BCP$ (Mining Business Continuity Planning) which is the smart management system of mine disasters to achieve the safe and eco-friendly mining. Where, 'i' is mine kinds, 'j' is mining processes, and 'k' is risks at process respectively. By specifically setting 'i=1=limestone mine', this study also suggests that $M_{(i,j,k)}BCP$ is the smart management system of limestone mine. Mining risks used in this study were obtained from professional survey and literature review. This study classified these risks by five different mining processes and reduced risk numbers approximately 60 to 26. And they were all allocated into $M_{(i,j,k)}BCP$ and assessed. To do assess risks, this study used four risk indexes which are probability, casualty, facility loss, and discontinuity respectively. By the results of the assessment of risks, results could be four specific groups based on their causes and impacts. In addition, one of the results showed that the most possible risks at limestone mine was the roof-fall and rock-fall in digging process. This result means that $M_{(1,2,1)}BCP$ should be established as a first priority at limestone mine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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