(1) 지붕 낙하 및 도움 붕괴
1. 지붕 낙하 특성 및 그 영향 요인
지하동실이 파낸 후 하역반등과 응력과 수분의 재분배로 인해 주변암 특성이 크게 변하는 경우가 많다. 주변 암석이 반발 응력이나 재분배 응력의 작용을 견딜 수 없는 경우 변형이나 파괴가 발생할 수 있습니다. 주변 암석의 변형 및 파괴의 형태와 특성은 암석 덩어리의 초기 응력 상태 및 동굴 모양과 관련이있을 뿐만 아니라 주로 주변 암석의 암석 및 구조에 달려 있습니다 (표 92).
지붕 낙하 사고는 가장 흔한 광산 지질 재해 중 하나로 탄광 노동자의 인신안전을 위협하고 있다. 불완전한 통계에 따르면 우리나라 각종 광산이 매년 산업재해로 사망하는 40% 는 광산이 정상을 무릅쓰고 사망빈도가 각종 광산 지질재해 중 1 위를 차지했다.
표 9-2 주변 암석의 변형 및 파괴 형태와 주변 암석 및 구조와의 관계
계속됨
(장원원 등에 따르면 1994)
호남 석광산남광의 채굴 관행에 따르면 지지력을 잃은 광주가 전체 채장 광주의 약 60% 에 이르면 채굴장 지붕이 무너질 수 있다. 한 goaf 의 낙하가 인접한 goaf 의 연쇄 반응을 일으켜 stope 압력이 급격히 증가하고 stope 와 roadway 가 심하게 손상되어 사상자가 발생할 수 있습니다. 미국, 영국, 일 등 국금속광산 지붕 사고로 인한 사망자 수는 모두 우물 아래 사고 사망자 수의 1/3 ~ 1/2, 일본은 40.7%, 미국은 30.2%, 영국 러시아
우리나라 야금광산의 지붕 등압 재해는 전체 인명피해의 25 ~ 27% 를 차지한다. 최근 몇 년 동안 중대형 탄광에서 발생한 중대한 사망 사고에서 지붕 재해는 약 30% 를 차지했다.
지붕 붕괴 또는 측벽 붕괴의 징후는 지붕에서 떨어지는 난로 찌꺼기가 작은 것에서 큰 것으로, 희박에서 밀로, 갈라진 틈의 수와 폭이 증가하고, 석탄벽의 석탄 품질이 고압에서 부드러워지고, 받침대가 부러지고, 가스 배출량이 갑자기 증가하고, 침출수가 증가한다는 것이다.
Goaf 처리 방법
Goaf 에서 큰 위험을 방지하는 처리 방법은' 충전',' 낙락',' 지지',' 폐쇄' (붕정, 1998) 로 요약할 수 있다.
1) 충전법: 채굴 후 자갈, 미광사, 물사, 콘크리트 등의 물질로 채굴을 제때에 채워 지붕을 지탱하고 상암토에 대한 압력을 줄여야 한다. 예를 들어 호남 석광산남광은 세 번 낙후되어 새 광구 압력이 급증하면서 표면이 계속 가라앉았다. 안전을 보장하기 위해, 채석장을 충분히 충전하여 충전률이 90.6% 에 달하여 압력 활동을 완화시켰다.
2) 붕괴법: 심공 폭파로 채굴구 주변암이 무너지고, 채굴구를 채우는 방법을 가리킨다.
3) 지지 방법: 기둥이나 받침대로 goaf 를 지탱하여 위험 변형을 방지한다.
4) 폐쇄법: 주광체에서 멀리 떨어져 있고, 주변암이 무너진 후 주광체와 기타 광체 채굴에 영향을 주지 않는 고립된 작은 채굴구를 처리하는 데 자주 쓰인다. 이 작은 goaf 를 폐쇄하는 주된 목적은 주변 암석이 갑자기 떨어질 때 공기 충격파가 사람과 장비에 미치는 피해를 방지하는 것입니다.
지붕과 붕괴를 효과적으로 막기 위해서는 합리적인 채굴 방안을 취하여 일방적으로 생산량과 빈곤을 추구하지 않도록 해야 하며, 석탄을 보호하는 무분별한 채굴 행위를 단호히 근절해야 한다. 과학적 지붕 관리를위한 합리적인 설계 계획의 사용; 주변암 응력 집중과 분포 형식에 따라 음향 방출 모니터링 기술 등을 이용하여 응력을 결정하고, 지붕을 예측하여 강도와 시간을 압박하여 압력 법칙을 파악하고, 제때에 효과적인 조치를 취한다. 과학적이고 합리적인 작업면 작업 절차, 지지 절차 및 채굴 처리 절차를 제정하다.
(2) rockburst
바위폭발 () 은 강압작용 하의 바삭한 석탄, 광체 또는 암체가 극한 평형 상태에서 파괴될 때 갑자기 자유공간에 에너지를 방출하는 동력 현상을 가리킨다. 광업 또는 터널 굴착 활동으로 인한 지진입니다. 그것은 탄광, 금속 광산, 각종 인공 갱도에서 발생한다.
바위가 터졌을 때, 바위 조각이나 연탄이 갑자기 바위에서 튀어나와, 가장 큰 직경은 몇 미터, 심지어 수십 미터, 가장 작은 것은 몇 센티미터나 더 작았다. 대규모 암석 폭발은 대개 강한 공기 요동 소음과 함께 주변 암석 덩어리에 진동을 일으킨다. 바위폭발은 동굴 속의 채굴 설비와 보조시설을 파괴할 수 있으며, 때로는 인명피해를 초래할 수도 있다.
Rockburst 의 유형과 특성
위치와 방출 에너지의 차이로 인해, 바위폭발은 여러 가지 다른 유형을 보여 주며, 그 특성도 다르다 (장원원 등, 1994).
1) 주변 암석 표면의 암석 파열로 인한 암석 폭발: 깊은 터널이나 다른 유형의 지하 동굴에서 발생하는 중소형 암석 폭발은 대부분 이런 유형에 속한다. 바위폭발은 늘 기관총 사격과 비슷한 폭발 소리를 내는데, 따라서 암석 사격이라고 한다. 일반적으로 새로 파는 작업면 근처에서 발생한다. 굴착이 터진 후 2 ~ 3 시간 후, 주변암 표층바위가 폭발하면서 동시에 동벽 주변암에서 튀어나오거나 중간 두께의 가장자리가 얇은 불규칙한 판형 암석을 벗겨냈다. 이 바위폭발은 표면이 평평하고 단단한 결절이나 표면이 약한 곳에서 많이 발생하며, 암벽에 평행으로 발생하는데, 사전에 뚜렷한 징조가 없다.
2) 광주의 주변암 파괴로 인한 암석 폭발: 깊이가 큰 광정에서는 주변암 응력이 높기 때문에 종종 광주나 주변암을 파괴하여 암석을 터뜨리는 경우가 많다. (윌리엄 셰익스피어, 암석, 암석, 암석, 암석, 암석, 암석, 암석, 암석) 이 바위폭발은 대개 격렬한 파도와 큰 소리와 함께 주변 암석 덩어리의 강한 진동을 동반하며 파괴력이 크며, 종종 지하 채굴에 심각한 해를 입히는데, 이를 광진 혹은 암전이라고 한다. 탄광에서, 이런 충격압은 갱도 벽으로부터 일정한 거리가 있는 지역에서 많이 발생한다. 이 바위폭발은 쓰촨 면죽천지 탄광에서 여러 차례 발생했고, 가장 큰 한 번은 20 톤 정도의 석탄을 20 미터 정도 내던졌다.
3) 단층오동으로 인한 암석 폭발: 굴착된 동굴이나 터널이 잠재적 활동 단층과 작은 각도로 교차할 때, 파단층에 작용하는 수직 응력이 적기 때문에 단층상의 마찰저항을 낮추면 단층이 갑자기 이동하면서 암반을 형성하는 경우가 많다. 이런 충격압은 일반적으로 활발한 지역을 건설하는 깊은 우물에서 발생하는데, 파괴성이 크고 영향 범위가 넓다.
Rockburst 발생 조건 및 메커니즘.
바위폭발은 동굴 주변암이 갑자기 대량의 잠재력을 방출하는 심각한 바삭한 파괴이다. 생산조건으로 볼 때, 고저장체의 존재와 그 응력이 암석 극한 강도에 접근하는 것은 암암스트롱이 발생하는 내재적 조건이며, 어떤 요인의 트리거는 암스트롱이 발생하는 외인 (장원원 등 1994) 이다.
주변 암석에서 높은 에너지 저장체의 형성은 반드시 두 가지 조건을 충족시켜야 한다: 1 암체는 더 큰 탄성 변형 에너지를 저장할 수 있다. ② 암석 덩어리의 응력 고도가 집중되어있다. 탄성암체는 에너지 저장이 가장 크며, 힘에 의해 변형될 때 저장할 수 있는 탄력응변력은 매우 크지만, 가소성암체는 탄력응변에너지를 저장할 능력이 없다.
응력 조건에서 볼 때, 주변암의 높은 응력 집중 구역의 형성은 먼저 높은 원암 응력을 필요로 한다. 하지만 지각 응력이 고도로 집중된 지역에서는 얕은 터널에도 바위가 터지며, 심지어 표면의 기초 구덩이나 채석장에서도 발생할 수 있습니다.
동굴의 주변 암석 표면에서의 암석 폭발은 동굴 굴착에 의해 형성된 최대 압력 응력 집중 지역, 주변 암석 표면의 높은 변이 응력 및 잔류 응력 분포 지역, 암석 조건에 의해 결정되는 국부 응력 집중 지역, 단층, 약한 깨진 암벽 또는 암맥과 같은 약한 구조면 근처에서 발생하는 응력 집중 지역에서 자주 발생합니다.
지하동실을 파괴하는 바위폭발은 주로 암석 팽창, 암반암, 진동으로 붕괴를 유발하는 세 가지 형태가 있다. 암체 팽창은 암석 파열이나 구조적 불안정성으로 인해 암체 부피가 커지는 현상을 말한다. 팽창량이 많고 과정이 심하면 동굴에 해를 끼칠 수 있다. 먼 곳에서 오는 교란 지진파 에너지가 높을 때, 동굴의 주변암 파편은 매우 빠른 속도 (최대 2 ~ 3m/s) 로 직접 동굴실에 분사되어 재해를 형성할 수 있는데, 이것이 바로 바위폭발 형식으로 나타나는 암전이다. 진동으로 인한 암석 붕괴는 동굴 꼭대기에 느슨한 바위나 약한 면이 있을 때 지진파와 거대한 중력 에너지를 교란할 때 발생하는 현상이다.
Rockburst 예측 및 예방
(1) rockburst 모니터링 및 예측
폭발 재해 예측에는 폭발 강도, 시간 및 위치에 대한 예측이 포함됩니다. 지하 공사 발굴과 암석 폭발 자체의 복잡성으로 인해 암석 폭발 예측은 지질 조건, 발굴, 교란 등 다양한 요소를 고려해야 한다. 과거의 암석 폭발 기록은 미래의 암석 폭발을 예측하는 중요한 참고 자료이다.
암석 폭발 예측은 두 가지 측면으로 나눌 수 있다. 1 실험실에서 탄암이나 암반의 역학 매개변수를 측정하고, 탄성 변형 에너지 지수에 따라 암반이 발생할 확률과 위험 정도를 판단한다. (2) 현장 관찰, 즉 소리와 진동을 관찰함으로써 작업면 드릴링을 할 때 드릴 부스러기 수 등을 관찰하고 측정하는 것이다. 을 눌러 예측을 예측합니다. 현재 국내외에서 흔히 사용되는 암폭발예측법은 드릴 부스러기법, 지구물리법, 변위테스트법, 습도법, 온도변화법, 통계법 (장빈 등 1999) 입니다.
1) 드릴 부스러기 또는 코어 속도법: 강도가 높은 암석의 경우 드릴된 코어를 제거한 후 표면에 빵 현상이 나타나면 지하에 높은 응력이 있음을 알 수 있습니다. 일정한 두께의 코어 속 암석 수의 상대적 크기에 따라 판단할 수 있습니다. 드릴링 중 동적 응답 (예: 파열 소리, 마찰 소리, 드릴링 중 카드 드릴 현상) 도 판단에 도움이 될 수 있습니다.
2) 지진파 예측법: 폭발폭발 (지진유발) 정보를 이용하여 미래 발굴 과정에서의 암반을 예측하고, 암반의 수, 크기, 분포, 응력장 변화의 관계를 설정함으로써 중대형 암반의 시공간 위치, 수, 크기를 예측한다. 또한 단일 지진계는 터널 손바닥면과 전방암체 모니터링에 사용할 수 있습니다. 예를 들어 수평선을 따라 1 m 점별로 암석의 탄성파 속도를 테스트하고 강도 개념을 이용하여 암반의 가능성을 추론합니다.
3) 음향 방출 (A-E) 방법: 음향 방출 A-E 방법은 음향 방출 방법입니다. 이 방법은 암석 파괴 전의 음향 방출 실험 결과를 바탕으로 한 것으로, 암석 폭발 수태 과정에 대한 가장 직접적인 모니터링과 예측 방법이다. 그 기본 매개변수는 큰 사건의 에너지율과 주파수로 암석 덩어리의 파열 정도와 응력 증가율을 어느 정도 반영할 수 있다. 바위폭발 전에는 보통 에너지 축적 기간이 있는데, 음향 방출의 잔잔한 시기로, 바위폭발 전조로 볼 수 있다. 이 방법은 현장에서 직접 정량적으로 암반을 감시할 것으로 예상되는데, 매우 발전 전망이 있는 모니터링 예보 방법이다.
바위폭발 예측은 지하 공학 지질 탐사의 중요한 임무 중 하나이다. 국내외 학자들은 기존의 실천 경험과 연구 성과를 총결하는 기초 위에서 실행 가능한 기준을 세웠다. 노르웨이에서는 Barton 의 방법을 사용하여 1 축 압축 강도 (Re) 와 현장 응력의 비율 (σ 1) (α=Re/σ 1) 을 바위 폭발의 기준으로 사용합니다.
1) α = 5 ~ 2.5 일 때 중등도의 폭발성이 발생합니다.
2) α가 2.5 미만이면 심각한 rockburst 가 발생합니다.
우리나라의 일부 공사 관행에서 바튼 방법을 자주 채택하여 예측한다. 구이저우천생교 발전소와 같이 바톤법에 따르면 터널 시공이 중도의 암폭발일 가능성이 있다고 판단하고, 공사 발굴의 실제 상황은 예측이 기본적으로 성공적이라는 것을 증명한다 (장원원 등 1994).
또한, 바위폭발은 유도 지진이기 때문에, 지진 진도와 발생 시간의 예측 방법을 이용하여 바위폭발의 진도와 발생 확률을 예측할 수 있다.
(2) rockburst 의 예방 및 치료
현재 아직 암석 폭발 문제를 완전히 해결하기는 어렵지만, 실제로는 이미 검증된 몇 가지 방법을 탐구해 발굴공사의 실제 상황에 따라 다른 예방 방법을 취할 수 있다.
1) 설계 단계 예방 대책:
구멍 축 선택: 일반적으로 구멍 축 방향은 최대 주 응력 방향과 평행해야 구멍 구조의 힘 조건을 개선할 수 있습니다. 동굴을 상대적으로 안정시키는 응력 조건은 주변 암석이 인장 응력을 발생시키지 않고, 압력 응력이 고르게 분포되어 접선 압력 응력이 가장 적다는 것입니다. 그리드 선 방향을 선택할 때 높은 응력으로 인한 불리한 요소를 줄이기 위해 여러 가지 방법으로 비교해야 합니다.
동굴 횡단면 모양 선택: 일반적으로 동굴의 횡단면 모양은 원형, 타원형, 직사각형 및 거꾸로 된 U 자형입니다. 횡단 종횡비가 측면 압력 계수와 같은 경우 다양한 요소를 종합적으로 고려하여 동굴의 단면 쉐이프를 결정할 수 있습니다.
2) 건설 단계의 예방 조치:
사전 응력 해제 방법: 높은 응력 영역에서 동굴이 발굴된 후 편경사가 발생하기 쉬운 응력 집중입니다. 응력 집중 현상을 효과적으로 제거하기 위해 사전 절단법, 표면 폭파 유도법 및 고급 드릴링 응력 해제법을 사용하여 미리 응력을 방출할 수 있습니다. 암석 폭발 위험 지역에서 얕은 구멍을 뚫으면 폭파가 주변 암석 표면에 느슨한 영역을 만들어 파괴적인 암석 폭발을 효과적으로 막을 수 있다. 석탄층을 채굴할 때, 먼저 무충격압이나 일반 충격압이 있는 석탄층을 하역층으로 채굴한다. 채굴할 때, 종합 붕괴법을 채택하여 지붕을 관리하며, 석탄 기둥을 남기지 않는다. 지붕을 오르기 어려운 지붕의 경우, 깊은 구멍 폭파법이나 강고압 주입법을 채택하여 강제로 지붕을 놓아야 한다.
분수나 시추공 주입은 암석연화를 촉진할 수 있다. 폭발한 후 바로 작업면에 새로 노출된 주변암에 물을 뿌려 먼지를 떨어뜨리고 주변암 응력을 방출할 수 있다. 물 주입으로 균열 끝의 에너지가 낮아져 균열 확장 가능성이 줄어들고 균열 주위의 열이 지진 에너지로 전환되는 효율성이 떨어진다. 격렬한 파열의 위험을 줄일 수 있습니다.
적절한 굴착 방법을 선택하십시오: rockburst 는 고압 집중의 결과입니다. 따라서 단계별 굴착을 통해 인위적으로 주변암체에 일정한 변형 공간을 제공하여 내부 고응력을 느리게 낮춰 암반을 방지하는 목적을 달성할 수 있습니다.
암석 노출의 시간과 면적을 줄이다: 짧은 입자, 다순환 시공 과정에서 적시에 지원을 제공하여 암석 노출의 시간과 면적을 최소화하고 암반의 폭발을 방지하거나 줄여야 한다.
바위폭발 처리 방법: 일단 바위가 터지면 즉시 멈추고 완전히 피하고, 바위폭발을 상세히 관찰하고, 사실대로 기록하고, 작업면, 측벽 또는 아치를 자세히 검사하고, 제때에 바위가 터지는 지역을 처리하고 보강한다.
3) 주변암지지 강화 조치를 합리적으로 선택: 구멍을 파는 방 주변이나 손바닥면 앞의 주변암은 단방향 응력 상태에서 3 방향 힘 상태로 바뀌며, 동시에 주변암 강화 조치는 암암체 탄환이 무너지는 것을 막을 수 있다. 주요 지지 강화 조치는 다음과 같습니다. 1 스프레이 콘크리트 또는 강섬유 스프레이 콘크리트 보강 (2) 선조립 시트 및 숏크리트 보강; (3) 주변 앵커 보강; ④ 그릴 강철 프레임 보강; ⑤ 필요한 경우 고급 지원을 사용할 수 있습니다.
(3) 석탄 및 가스 폭발
석탄 지하 채굴 과정에서 대량의 석탄 (암) 가루와 가스 (CH4, CO2) 가 갑자기 석탄 (암) 벽에서 채굴 작업면으로 분출되어 석탄과 가스가 튀어나왔다. 대량의 압력 가스가 석탄이나 주변암의 갈라진 틈에서 고속으로 분출되는 현상을 가스 분출이라고 한다. 돌출과 우물 스프레이는 모두 응력과 가스 압력의 복합작용으로 소리와 격렬한 응력 방출 효과를 동반하는 현상이다. 석탄과 가스가 튀어나오면 갱도 시설과 환기 시스템이 파괴되고, 갱도에 가스와 석탄가루가 가득 차서 우물 아래 광부들이 질식하거나 묻히고, 심지어는 우물 아래 화재나 가스 폭발을 일으킬 수도 있다. 따라서 석탄과 가스 돌출은 석탄 업계의 심각한 광산 지질 재해이다.
1. 석탄 및 가스 폭발의 특성 및 영향 요인
석탄과 가스 돌출은 응력 응력과 가스 볼륨 팽창력이 함께 작용한 결과이며, 보통 응력 위주이며 가스 팽창력이 보조된다. 석탄과 가스 폭발의 기본 특징은 고체 석탄 (분말) 이 가스류의 작용으로 빠른 장거리 운동을 하고, 석탄, 조각, 분진이 분리되어 쌓이고, 작은 알갱이가 더 멀리 떨어진다는 것이다. 눈에 띄는 과정에서 대량의 기체 (CH4 또는 CO2) 가 뿜어져 나왔다. 가스 압력이 갱도의 통풍 압력보다 훨씬 크기 때문에 분출되는 가스는 통상 역풍이다. 석탄과 가스 돌출은 눈에 띄는 동력효과를 가지고 있어 거석을 휴대하고 광차를 전복하고 설비를 파괴하고 갱도 지원 시설을 파괴할 수 있다.
눈에 띄는 석탄층은 가스 확산이 빠르고 습도가 낮으며 석탄의 기계적 강도가 낮고 변화가 심하며 침투성이 떨어지는 특징을 가지고 있으며, 대부분 구조작용에 의해 파괴된' 구조석탄' 에 속한다. 두드러진 수량과 강도는 석탄층 두께가 증가함에 따라 증가하고, 가장 심각한 석탄층을 강조하는 것은 일반적으로 가장 두꺼운 주탄층이다. 눈에 띄는 시간은 포탄이 석탄을 떨어뜨리는 과정에서 많이 발생한다.
석탄과 가스 폭발 재해는 채굴 깊이가 증가함에 따라 증가하는데, 그 주요 영향 요인으로는 지질 구조 조건, 응력 분포, 석탄 소프트 정도, 석탄층 생산상, 두께, 매장 깊이 등이 있다. 일반적으로 석탄층의 깊이는 크고, 두드러진 횟수가 많고, 강도도 크다.
또한 유압 펀치 및 진동 폭파는 수동으로 제어되는 응력 하에서 고압 가스 석탄을 두드러지게 할 수 있습니다.
2. 석탄 및 가스 폭발 예방 조치
석탄 및 가스 폭발 방지를위한 네 가지 주요 기술적 조치가 있습니다.
1) 우선 위험성이 없거나 위험성이 적은 석탄층을 채굴한다. 광업의 영향으로 응력은 탄력적인 기세로 천천히 풀려나고, 석탄층은 하역압으로 팽창하여 변형되고, 침투성이 커지거나, 층간 암석 이동으로 인해 균열과 기공이 형성되며, 두드러진 위험이 있는 석탄층 가스 압력과 가스 함량이 현저히 낮아져 석탄과 가스 폭발의 위험을 피하거나 낮춘다.
2) 눈에 띄는 위험이 있는 석탄층에서는 시추공을 골고루 배치하고 일정 시간 앞당겨 가스를 배출하여 가스 압력과 가스 함량을 줄이고, 응력을 낮추고, 석탄층의 강도를 높인다.
3) 작업 앞에서 일정한 거리를 두고 있는 석탄에 일정한 수의 큰 지름 드릴을 미리 쳐 석탄층의 가스를 미리 방출한다.
4) 막힘, 행, 행 등의 종합 방법을 이용하여 구멍에 쌓인 가스를 처리한다.
석탄과 가스 돌출로 인한 심각한 피해를 막기 위해서는 석탄층 상단 관리 및 응력 모니터링을 강화하고 종업원에 대한 안전교육을 강화해야 한다.