화약ㆍ발파 (Explosives and Blasting)

대한화약발파공학회 (Korean Society of Explosives and Blasting Engineering)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

고속충격 반응형 스마트유체 전색재료를 적용한 실 규모 발파실험 및 현장실증 연구

Full-Scale Blasting Experiment and Field Verification Research Using Shock-Reactive Smart Fluid Stemming Materials

  • 고영훈 (한국건설기술연구원 지반연구본부) ;
  • 서승환 (한국건설기술연구원 지반연구본부) ;
  • 정영준 (주식회사 석성발파건설) ;
  • 노상림 (지에스건설(주) 지반팀) ;
  • 조상호 (전북대학교 공과대학 토목/환경/자원에너지공학부) ;
  • 정문경 (한국건설기술연구원 지반연구본부)
  • 투고 : 2023.02.17
  • 심사 : 2023.03.03
  • 발행 : 2023.03.31
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

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.

Stemming is a process applied to blast holes to prevent gases from escaping during detonation. A stemming material helps confine the explosive energy for longer and increases rock fragmentation. This study developed a stemming material based on a shear-thickening fluid (STF) that reacts to dynamic shock. Two blasting experiments were conducted to Field-verify the performance of the STF-based stemming material. In the first experiment, the pressure inside the blast hole was directly measured based on applying the stemming material. In the second field verification, tunnel blasting was performed, and the blasting results of sand stemming and, that of the STF-based stemming case were compared. The measurement results of the pressure in the blast hole showed that when the STF-based stemming material was applied, the pressure at the top of the blast hole was lower than in the sand stemming case, and the stemming ejection was also lower. The results of the field application verify that the excavation performance of the STF-based stemming case in the tunnel blasting was superior to that of the sand stemming case.

키워드

과제정보

본 연구는 한국건설기술연구원의 주요사업 '(22주요-대5-중기지원국내-기술사업화) "고속 충격파 반응형 전단농화유체를 이용한 발파전색 기술개발"의 지원으로 수행되었습니다. 또한 현장 실증을 공동으로 수행해 주신 GS건설 관계자 여러분께 진심으로 감사의 말씀을 전합니다.

참고문헌

  1. 고영훈, 곽기석, 서승환, 정영준, 김식, 정문경, 2022, 수치해석 기법을 이용한 발파전색 재료 및 플러그 장치의 폭발압 저항효과에 관한 연구, 화약.발파, 제40권 2호, pp. 1-14. https://doi.org/10.22704/KSEE.2022.40.2.001
  2. American Society for Testing and Materials, 2018, Standard Guide for Using the Seismic-Reflection Method for Shallow Subsurface Investigation, ASTM D7128-18, 7-30.
  3. Brinkmann, J.R, 1990, An experimental study of the effects of shock and gas penetration in blasting. In Proceedings of the 3th International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Brisbane, Australia, pp. 55-66.
  4. Cui, Z.D., Yuan, L., Yan, C.L, 2010, Water-silt composite blasting for tunnelling. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 47, pp. 1034-1037. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2010.06.004
  5. Cho, SH., Kaneko K., 2004, Influence of the applied pressure waveform on the dynamic fracture processes in rock. Int J Rock Mech Min Sci, 41(5), pp. 771-784. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2004.02.006
  6. Crawford, N. C., Popp, L. B, Johns, K. E, Caire, L. M, Peterson, B. N, Liberatore M. W, 2013, Shear thickening of corn starch suspensions: Does concentration matter?, Journal of Colloid and Interface Science, vol. 396, pp. 83-89. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.01.024
  7. Dowding, C. H. and Aimone, C. T, 1985, Multiple blast-hole stresses and measured fragmentation, Rock Mech Rock Eng, pp. 17-36.
  8. Eloranta, J, 1994, Stemming selection for large diameter blast holes. In Proceedings of the 20rd Annual Conference on Explosive and Blasting Techniques, ISEE, pp. 1-11.
  9. Floyd, J.L, 1999, Explosive energy relief-The key to Control. over break. In Proceedings of the Explosion, pp. 147-153.
  10. Gurgen, S., Kushan, M.C., 2017, The effect of silicon carbide additives on the stab resistance of shear thickening fluid treated fabrics. Mech. Adv. Mater. Struct. 24, pp. 1381-1390. https://doi.org/10.1080/15376494.2016.1231355
  11. Kopp, J.W, 1987, Stemming Ejection and Burden Movements from Small Borehole Blasts; United States Department of the Interior, Bureau of Mines.
  12. Ko, Y., Kwak, K., 2022, Blast effects of a shear thickening fluid-based stemming material. Mining 2, pp. 330-349. https://doi.org/10.3390/mining2020018
  13. Konya, C.J., Konya, A., 2018, Effect of Hole Stemming Practices on Energy Efficiency of Comminution. In Energy Efficiency in the Minerals Industry, pp. 31-53.
  14. Luo, Y., Wu, S., 2006, Study on length of stemming material and its effect in hole-charged blasting. Mech. Eng. 28, pp. 48-52.
  15. Lu, J., Yang, P., Yan, M., Chen, and C. Zhou, Y. Lou, and J. Li., 2012, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 53, pp. 129-141. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2012.05.001
  16. Lownds, C. M, 2000, Measured shock pressure in the splitting of domension stone, Proceedings of first world conference on exlposives & blasting technique, germany, pp. 241-246.
  17. Li, Y.L., Shi, X.Z., Liu, B., Zhao, J.P., 2015, Experimental research on reasonable length of water stemming. pp. 11-16.
  18. Phamotse, K.M., Nhleko, A.S., 2019, Determination of optimal fragmentation curves for a surface diamond mine. J. S. Afr. Inst. Min. Metall. 119, pp. 613-619. https://doi.org/10.17159/2411-9717/494/2019
  19. Snelling, W.O., Hall, C., 1912, The Effect of Stemming on the Efficiency of Explosives, United States Government Printing Office: Washington, DC, USA.
  20. Wang, C, 1999, The action of the blasthole plug. J. Univ. Hydr. Electric. Eng. 21, pp. 45-49.
  21. Zong, Q., 1996, Theoretical discussion of movement rule of stemming in blast holes. vol. 13, pp. 8-11.
  22. Zhu, Z., Xie, H., Mohanty, B., 2008, Numerical investigation of blasting-induced damage in cylindrical rocks. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 45, pp. 111-121. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2007.04.012
  23. Zhang, Z. X, 2016, Stemming and Charge Length, Rock Fracture and Blasting, pp. 271-281.