스테이지컷 수직갱 굴착 효율 검토를 위한 발파 방향의 영향에 관한 수치해석적 연구

Abstract

The Stage Cut Method is a cost-effective and safe bottom-up excavation technique for vertical shafts. While a field test validated key blasting parameters, a top-down sequence was excercised due to site constraints, leaving the impact of blasting direction on efficiency unexamined. This study addresses this gap by numerically investigating the effects of upward versus downward blasting to enhance the method's field applicability. To ensure model fidelity, a calibration test was first performed to determine key microproperties (Kn & Ks). Furthermore, a novel particle tracking technique was devised and implemented to accurately transmit the blasting load to the particles based on the detonation point and initial motion. Applying these calibrated parameters and the tracking technique within the Particle Flow Code (PFC2D), this study compares the effects of blasting direction, focusing on the qualitative influence of burden and gravity.

Stage Cut 공법은 수직갱(vertical shaft) 굴착을 위한 경제적이고 안전한 상향식 굴착 기법이다. 과거 현장 시험을 통해 주요 발파 설계 변수의 타당성이 검증되었으나, 현장 제약 조건으로 인해 불가피하게 하향식 (top-down) 굴착으로 진행되어 발파 방향이 굴착 효율성에 미치는 영향은 미규명 상태로 남아 있었다. 본 연구에 서는 상향 발파와 하향 발파의 효과를 수치해석적으로 비교 분석함으로써 해당 공법의 현장 적용성을 제고하고 자 하였다. 우선, 수치해석 모델의 신뢰도를 확보하기 위해 예비해석을 수행하여 해석에 필요한 주요 미시물성치 인 Kn(수직강성)과 Ks(전단강성)를 결정하였다. 나아가, 기폭점 및 암반의 초기 거동에 기반하여 입자에 발파 하 중을 정확하게 전달할 수 있는 새로운 입자 추적 기법(particle tracking technique)을 고안하여 모델에 적용하였다. 상기 보정된 매개변수와 입자 추적 기법을 Particle Flow Code(PFC2D) 해석에 적용하여, 발파 방향에 따른 영향을 저항선과 중력의 정성적 영향을 중심으로 비교 분석하였다.