본 연구에서는 고심도 금속광산갱도에 대한 안정성 해석을 수행하였다. 이를 위해 수압파쇄법으로 암반의 초기지압을 측정하였고, 현장에서 채취한 암석코어로 수많은 실내물성시험을 실시하여 무결암의 물성 값을 산출하였으며, 현장조사를 통해 GSI, RMR 분류법으로 암반을 분류하였다. 암반분류 결과에 대한 시나리오 분석과 확률론적 평가를 통해 광산 갱도를 최상조건, 평균조건, 최하조건으로 구분하였으며, 각 조건별 탄소성해석을 통해 갱도의 안정성을 평가하였다. 또한, 갱도의 형상과 발파손상대의 영향을 고려한 해석을 통해 갱도의 적절한 규격과 지보패턴을 조사하였는데, 본 광산 갱도의 안정성 제고를 위해서는 갱도의 천반 곡률반경을 감소시키거나 천정부 보강이 필요한 것으로 나타났다.
본 연구에서는 고심도 금속광산갱도에 대한 안정성 해석을 수행하였다. 이를 위해 수압파쇄법으로 암반의 초기지압을 측정하였고, 현장에서 채취한 암석코어로 수많은 실내물성시험을 실시하여 무결암의 물성 값을 산출하였으며, 현장조사를 통해 GSI, RMR 분류법으로 암반을 분류하였다. 암반분류 결과에 대한 시나리오 분석과 확률론적 평가를 통해 광산 갱도를 최상조건, 평균조건, 최하조건으로 구분하였으며, 각 조건별 탄소성해석을 통해 갱도의 안정성을 평가하였다. 또한, 갱도의 형상과 발파손상대의 영향을 고려한 해석을 통해 갱도의 적절한 규격과 지보패턴을 조사하였는데, 본 광산 갱도의 안정성 제고를 위해서는 갱도의 천반 곡률반경을 감소시키거나 천정부 보강이 필요한 것으로 나타났다.
In this study, the stability analyses for metal mine roadways at a great depth were performed. In-situ stress measurements using hydrofracturing, numerous laboratory tests for rock cores and GSI & RMR classifications were conducted in order to find the physical properties of both intact rock and in-...
In this study, the stability analyses for metal mine roadways at a great depth were performed. In-situ stress measurements using hydrofracturing, numerous laboratory tests for rock cores and GSI & RMR classifications were conducted in order to find the physical properties of both intact rock and in-situ rock mass distributed in the studied metal mine. Through the scenario analysis and probabilistic assessment on the results of rock mass classification, the in-situ ground conditions of mine roadways were divided into the best, the average and the worst cases, respectively. The roadway stabilities corresponding to the respective conditions were assessed by way of the elasto-plastic analysis. In addition, the appropriate roadway shapes and the support patterns were examined through the numerical analyses considering the blast damaged zone around roadway. It was finally shown to be necessary to reduce the radius of roadway roof curvature and/or to install the crown reinforcement in order to enhance the stability of studied mine roadways.
In this study, the stability analyses for metal mine roadways at a great depth were performed. In-situ stress measurements using hydrofracturing, numerous laboratory tests for rock cores and GSI & RMR classifications were conducted in order to find the physical properties of both intact rock and in-situ rock mass distributed in the studied metal mine. Through the scenario analysis and probabilistic assessment on the results of rock mass classification, the in-situ ground conditions of mine roadways were divided into the best, the average and the worst cases, respectively. The roadway stabilities corresponding to the respective conditions were assessed by way of the elasto-plastic analysis. In addition, the appropriate roadway shapes and the support patterns were examined through the numerical analyses considering the blast damaged zone around roadway. It was finally shown to be necessary to reduce the radius of roadway roof curvature and/or to install the crown reinforcement in order to enhance the stability of studied mine roadways.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
4와 같이 천반 곡률반경이 4m인 아치형 갱도를 적용하여도 무방할 것으로 판단된다. 그러나 갱도는 전혀 예기치 못했던 매우 열악한 암반 조건에 놓일 수도 있으며 개발심도가 더 깊어진 경우도 대비해야하기 때문에, 본 연구에서는 Fig. 13과 같이 갱도의 형상을 변화시킨 4가지 갱도에 대해 해석하였다. 이들은 규격이 5 m×5 m로 동일하지만 천반곡률이 서로 다른 형태이다.
본 광산에서 갱도는 철광석 광체를 따라 주로 굴착되지만 중단채굴법을 적용하기 때문에 갱도는 위의 네 가지 암석 모두에 걸쳐 임의적으로 굴착되고 있다. 따라서 본 연구에서는 갱도의 안정성 해석을 위하여 철광석 뿐 아니라 나머지 암석의 물성도 모두 조사하였다.
본 연구에서는 400m 이상의 고심도에 위치한 금속광산 갱도에 대한 안정성 해석을 수행하였다. 이를 위해 현장에서 채취한 백운암, 규장암, 화강암, 철광석에 대해 수많은 실내물성시험을 실시하여 암석 물성 값을 산출하였다.
본 연구에서는 정선군의 신예미광업소를 대상으로 고심도에 위치한 금속광산갱도의 안정성 해석을 수행하였다. 본 연구에서 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 최하조건에서의 적정 지보량을 조사하기 위하여 갱도 천정부와 측벽부에 숏크리트를 타설하는 경우를 알아보았다. 모두 세 가지 경우를 해석하였는데, 첫째는 천정부에 두께 5cm, 둘째는 천정부와 측벽부에 두께 5cm, 셋째는 천정부에 두께 10cm의 숏크리트를 타설하는 경우를 각각 해석하였다.
총 6가지 해석 중에서 두 가지 경우에 대해서만 해석 결과를 언급하고자 한다. 첫째는 암반 및 발파조건이 모두 평균적인 조건일 때, 즉 GSI값 60점, 발파손상대 두께 1m일 경우이고, 둘째는 암반 및 발파조건이 모두 최하조건일 때, 즉 GSI값 50점, 발파손상대 두께 2m일 경우이다.
가설 설정
둘째, 발파조건에서 발파손상대의 영역 범위는 갱도벽면에서 1∼2 m로 설정하였다.
실제로 Cheng and Liu(1990)은 대만에 위치한 폭 22.4 m, 높이 46.5 m 규격의 Mingtan cavern에 대한 현장계측 결과 발파손상대는 공동 벽면 약 2 m 범위라고 보고하였는데, 본 광산갱도는 폭 5 m, 높이 5 m로서 규모가 작기 때문에 발파손상대를 1∼2 m로 가정하였다.
이 해석에 있어서, 대상암반은 실제 물성보다는 매우 연약한 물성으로 취급하여 GSI값이 20점인 암반 물성으로 가정하였는데, 이는 매우 열악한 암반 조건을 가정하기 위해서이다. 여기서 입력된 암반 물성은 영률 3GPa, 내부마찰각 36°, 점착력 3MPa, 인장강도 0.
각 시험은 한국암반공학회 표준암석시험법(KSRM, 2010)에 따라 실시하였다. 한편, 비파괴시험은 암석의 단위중량, 간극률, 흡수율, 탄성파속도 등을 구하는 시험을 가리키며 시험편의 규격은 일축압축시험편과 동일하게 하였다.
제안 방법
1. 본 현장에서 채취한 4가지 암석에 대해 수많은 실내 시험을 실시하여 무결암 물성 값을 산출하였으며, 수압파쇄법으로 암반의 초기지압을 측정하였다.
180 ML 갱도를 대표 단면으로 하여 해석을 실시하였다. Fig.
2. 갱도 현장조사를 통해 GSI, RMR 분류를 실시하였고, 암반분류 결과에 대한 시나리오 분석 및 확률론적 평가를 통해 현장 암반상태를 최상, 평균, 최하조건으로 구분하였으며 조건별 암반 물성 값을 추정하였다.
3. 현장 암반상태와 갱도 주변 발파손상대 범위를 고려한 조건별 탄소성해석을 실시하였다. 이때 최하조건의 경우에는 갱도 천정부에 소성파괴영역이 발생하여 갱도 안정성이 결여되므로 지보해석을 실시하였으며, 천정부 10cm 두께 숏크리트 설치가 적정 지보패턴으로 나타났다.
7은 요소망을 나타낸 것으로 갱도 규격은 5m×5m이고 해석영역은 45m×45m이다. 갱도 굴착 이전의 초기응력 상태는 현장 초기지압 측정결과를 반영하였고 현장조건과 같이 갱도를 전단면 굴착하였다.
2(a)와 같이 A, B, C, D, E 등의 5개 구역에 대해 현장조사를 실시하였고, 그 결과를 이용하여 각 갱도 구역별로 암반의 GSI 분류와 RMR 분류를 실시한 바 있다. 그러나 지하 암반의 상태는 장소마다 달라지는 것이 일반적이기 때문에 본 연구에서는 추가적인 현장조사를 실시하였다
다음으로, 현지암반의 GSI값이 70점, 60점, 50점인 경우에 대해서 암반의 물성 값을 각각 구하였다. Table 5의 D=0인 부분은 암반물성 산출 결과를 나타낸 것으로, 이는 갱도 벽면에서 멀리 이격되어 발파손상대의 영역을 벗어난 암반에 대한 입력변수로 사용된다.
본 연구에서는 Hoek-Brown 파괴조건을 이용하여 현장암반의 물성을 산출하고 이를 수치해석의 입력변수로 사용하였다. 또한 Mohr-Coulomb 파괴조건을 적용한 탄소성해석을 실시하여 갱도의 안정성을 평가하였다.
이러한 암반분류 결과에 대한 시나리오 분석과 확률론적 평가를 통해 갱도를 최상조건, 평균조건, 최하조건으로 구분하였으며, 각 조건별 탄소성해석을 통해 갱도의 안정성을 평가하였다. 또한 갱도의 형상과 발파손상대의 영향을 고려한 해석을 통해 갱도의 적정 규격과 지보패턴을 조사하였다.
이를 위해 현장에서 채취한 백운암, 규장암, 화강암, 철광석에 대해 수많은 실내물성시험을 실시하여 암석 물성 값을 산출하였다. 또한, 수압파쇄법으로 암반의 초기지압을 측정하였고, GSI, RMR 분류법으로 현장조사를 실시하여 현지암반의 불균질성 정도를 파악하였다. 이러한 암반분류 결과에 대한 시나리오 분석과 확률론적 평가를 통해 갱도를 최상조건, 평균조건, 최하조건으로 구분하였으며, 각 조건별 탄소성해석을 통해 갱도의 안정성을 평가하였다.
이와 같이, 본 해석에서는 암반조건을 최상조건, 평균조건, 최하조건으로 나누고, 발파손상대의 두께를 갱도 벽면 1m인 경우와 2m인 경우로 나누어 총 6가지 해석을 우선적으로 실시하였다. 또한, 적정 지보패턴을 결정하기 위한 해석과 갱도의 적정 형상을 알아보기 위한 해석도 실시하였다.
마지막으로 개소별 RMR값의 분포를 이용하여 본 광산 암반상태의 극단적인 경우에 대한 시나리오 분석을 해보았다. 즉, Table 2에 나타난 8가지 RMR 분류자료를 직접 이용하여 미지의 암반에 대한 기초 RMR값을 예측하면 다음과 같다.
먼저, 암석물성시험 자료처리용 프로그램인 RocData Ver.4.0을 이용하여 무결암에 대한 일축압축시험 자료(33개)와 삼축압축시험 자료(48개)를 분석하였다. Fig.
본 연구에서는 최하조건에서의 적정 지보량을 조사하기 위하여 갱도 천정부와 측벽부에 숏크리트를 타설하는 경우를 알아보았다. 모두 세 가지 경우를 해석하였는데, 첫째는 천정부에 두께 5cm, 둘째는 천정부와 측벽부에 두께 5cm, 셋째는 천정부에 두께 10cm의 숏크리트를 타설하는 경우를 각각 해석하였다.
본 광산에서 시추코어로 회수된 백운암, 규장암, 화강암, 철광석의 물리적 성질을 구하기 위하여 비파괴시험(115회), 일축압축시험(33회), 압열인장시험(35회), 삼축압축시험(48회) 등의 실내시험을 실시하였다. 각 시험은 한국암반공학회 표준암석시험법(KSRM, 2010)에 따라 실시하였다.
본 연구에서는 Hoek-Brown 파괴조건을 이용하여 현장암반의 물성을 산출하고 이를 수치해석의 입력변수로 사용하였다. 또한 Mohr-Coulomb 파괴조건을 적용한 탄소성해석을 실시하여 갱도의 안정성을 평가하였다.
RMR 분류법은 대표적인 암반분류법으로서, 1973년에 제안된 이후 1989년에 최종수정안(Bieniawski, 1989)이 제시되었다. 본 연구에서는 RMR 최종수정안을 사용하여 180ML 갱도 3개소(F, G, H)에 대해 RMR 분류를 실시하였다. 전체적으로 암반이 지하수면 아래에 있기 때문에 암반이 젖어 있거나 습한 상태였지만 3개소의 총RMR 값은 57∼66점으로 대체로 양호한 암반상태를 나타내었다.
갱도의 규격은 5m×5m이고 천반곡률반경은 약 4m이며 지표면 아래 심도는 454m이다. 본 연구에서는 갱도의 주변 암반상태를 최상조건, 평균조건, 최하조건으로 나누어 갱도의 안정성 해석을 실시하였으며, 안정성 확보를 위한 갱도의 적정 형상과 지보패턴을 조사하였다.
본 연구에서는 이러한 GSI값을 Hoek-Brown 파괴조건에 적용하여 암반의 조건별 물성 값을 구하였다. 즉, Table 1에 나타낸 실내시험으로 구한 무결암의 물성 값을 조건별 암반 물성 값으로 환산한 후, 이를 입력변수로 사용하여 갱도의 안정성 해석을 실시하였다.
시험을 통해 얻어진 암석의 물성은 단위중량, 간극률, 흡수율, P파속도, S파속도, 일축압축강도, 영률, 포아송비, 인장강도, 내부마찰각, 점착력 등이다. Table 1은 각 시험의 결과들을 통계 처리하여 네 가지 암석의 물성 평균값을 나타낸 것이며, 네 가지 암석의 평균값도 함께 나타내었다.
신예미광업소에 분포하는 철광석의 분포현황, 암석 물성, 초기지압 등을 구하기 위하여, 갱외시추 2개 공(L=400m)과 갱내시추 1개 공(L=200m)을 굴착하고 총 1000m 연장의 NX규격 시추코어를 회수하였다. 시추공 자료 분석을 통해 본 지역은 백운암, 석회암, 세일, 규장암, 스카른, 화강암, 화강반암, 철광석 등이 분포하며, 이 중 백운암, 규장암, 화강암, 철광석의 네 가지 암석이 특히 우세함을 알 수 있었다.
0이다. 암반의 측압계수는 초기지압 측정결과인 1.197로 설정하였고, Hoek-Brown 파괴조건과 Mohr-Coulomb 파괴조건을 적용한 탄소성 해석을 실시하였다.
현장 암반상태와 갱도 주변 발파손상대 범위를 고려한 조건별 탄소성해석을 실시하였다. 이때 최하조건의 경우에는 갱도 천정부에 소성파괴영역이 발생하여 갱도 안정성이 결여되므로 지보해석을 실시하였으며, 천정부 10cm 두께 숏크리트 설치가 적정 지보패턴으로 나타났다.
또한, 수압파쇄법으로 암반의 초기지압을 측정하였고, GSI, RMR 분류법으로 현장조사를 실시하여 현지암반의 불균질성 정도를 파악하였다. 이러한 암반분류 결과에 대한 시나리오 분석과 확률론적 평가를 통해 갱도를 최상조건, 평균조건, 최하조건으로 구분하였으며, 각 조건별 탄소성해석을 통해 갱도의 안정성을 평가하였다. 또한 갱도의 형상과 발파손상대의 영향을 고려한 해석을 통해 갱도의 적정 규격과 지보패턴을 조사하였다.
본 연구에서는 400m 이상의 고심도에 위치한 금속광산 갱도에 대한 안정성 해석을 수행하였다. 이를 위해 현장에서 채취한 백운암, 규장암, 화강암, 철광석에 대해 수많은 실내물성시험을 실시하여 암석 물성 값을 산출하였다. 또한, 수압파쇄법으로 암반의 초기지압을 측정하였고, GSI, RMR 분류법으로 현장조사를 실시하여 현지암반의 불균질성 정도를 파악하였다.
조사결과를 이용하여 선행연구(KIGAM, 2008)와 마찬가지로 각 갱도 구역 별로 암반의 GSI 및 RMR 분류를 실시하였다. 이와 같이 본 연구에서는 선행연구 결과 5개소를 포함하여 총 8개소에 대한 갱도 현장조사 결과를 이용하여, 본 광산 암반에 대한 공학적 분류를 실시하였다.
이와 같이, 본 해석에서는 암반조건을 최상조건, 평균조건, 최하조건으로 나누고, 발파손상대의 두께를 갱도 벽면 1m인 경우와 2m인 경우로 나누어 총 6가지 해석을 우선적으로 실시하였다. 또한, 적정 지보패턴을 결정하기 위한 해석과 갱도의 적정 형상을 알아보기 위한 해석도 실시하였다.
전술한 암석 물성, 초기지압 측정 및 현장암반분류 결과를 활용하여 수치해석을 실시함으로써, 본 광산갱도의 안정성 해석을 수행하였다. 여기서 사용한 프로그램은 FLAC ver.
현장조사는 갱내 시추작업을 실시한 180ML 갱도(심도 454m)에서 F, G, H 등의 3개 구역에 대해 실시하였으며, 조사 항목은 암석 강도, RQD, 지하수 상태 등과 불연속면의 간격, 방향, 상태, 연속성 등이다. 조사결과를 이용하여 선행연구(KIGAM, 2008)와 마찬가지로 각 갱도 구역 별로 암반의 GSI 및 RMR 분류를 실시하였다. 이와 같이 본 연구에서는 선행연구 결과 5개소를 포함하여 총 8개소에 대한 갱도 현장조사 결과를 이용하여, 본 광산 암반에 대한 공학적 분류를 실시하였다.
본 연구에서는 이러한 GSI값을 Hoek-Brown 파괴조건에 적용하여 암반의 조건별 물성 값을 구하였다. 즉, Table 1에 나타낸 실내시험으로 구한 무결암의 물성 값을 조건별 암반 물성 값으로 환산한 후, 이를 입력변수로 사용하여 갱도의 안정성 해석을 실시하였다. 지반정수 결정과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
한편, 갱도 주변 암반의 변형거동은 암반조건이나 발파조건에 따라 달라진다. 첫째, 암반조건은 전술한 암반 분류 평가를 통해 본 광산의 경우 최상, 평균, 최하조건으로 나누어졌다. 둘째, 발파조건에서 발파손상대의 영역 범위는 갱도벽면에서 1∼2m로 설정하였다.
한편, 위의 갱내 시추작업은 본 광산의 180ML 갱도(직상부 지표면으로부터 약 454m 심도)에서 실시하였는데, 이 시추공을 이용하여 수압파쇄법으로 암반의 초기지압을 측정하였다. 측정 결과, 평균 측압계수는 1.
2(b)는 현장조사 지점을 보여준다. 현장조사는 갱내 시추작업을 실시한 180ML 갱도(심도 454m)에서 F, G, H 등의 3개 구역에 대해 실시하였으며, 조사 항목은 암석 강도, RQD, 지하수 상태 등과 불연속면의 간격, 방향, 상태, 연속성 등이다. 조사결과를 이용하여 선행연구(KIGAM, 2008)와 마찬가지로 각 갱도 구역 별로 암반의 GSI 및 RMR 분류를 실시하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 강원도 정선군에 위치한 한덕철광(주) 신예미광업소를 연구대상지역으로 하였다. 이 광산은 1916년 개갱된 이후 1997년에 폐광되었으나, 2001년 재개발되어 현재 심부개발을 계속 진행하고 있다.
이론/모형
본 광산에서 시추코어로 회수된 백운암, 규장암, 화강암, 철광석의 물리적 성질을 구하기 위하여 비파괴시험(115회), 일축압축시험(33회), 압열인장시험(35회), 삼축압축시험(48회) 등의 실내시험을 실시하였다. 각 시험은 한국암반공학회 표준암석시험법(KSRM, 2010)에 따라 실시하였다. 한편, 비파괴시험은 암석의 단위중량, 간극률, 흡수율, 탄성파속도 등을 구하는 시험을 가리키며 시험편의 규격은 일축압축시험편과 동일하게 하였다.
성능/효과
4. 갱도의 형상을 변화시킨 해석을 통해 천반 곡률반경이 작아질수록 갱도의 안정성은 증가함을 알 수 있었다.
255ML과 180ML 갱도의 8개 구역에서 구한 GSI값과 RMR값 분포 상황을 정리하면 Table 3과 같다. 각 구역별로 약간의 차이는 있지만, A 갱도를 제외하면 본 연구지역에서 두 가지 값은 좋은 상관관계를 보였다.
다음으로, GSI값과 직접 연관이 되는 기초 RMR값을 살펴보면, 이 값은 평균 66점이고, 최하 57점, 최고 73점이다. 이 역시 최저점수와 최고점수는 평균점수보다 평균대비 ±10점 이내의 범위에 놓인다.
따라서 Table 4와 같이 본 광산의 개발 중 마주치게 될 미지 암반의 기초 RMR값은 확률론적으로 최상조건일 경우 76점, 평균조건 66점, 최하조건 54점으로, 점수의 분포는 GSI값과 마찬가지로 평균대비 ±10점 정도의 범위에 존재할 것으로 예상되었다.
따라서 갱도의 천반 곡률반경이 작아질수록 갱도의 안정성은 증가함을 알 수 있었다. 한편, 본 광산의 경우에는 전술한 바와 같이 현재의 개발심도에 해당하는 지압 수준이나 암반조건에서는 천반 곡률반경이 4m인 아치형 갱도도 안정성에 큰 문제는 없으나, 예기치 못한 암반조건을 만나거나 심부개발에 따른 과지압을 고려하면 천반 곡률반경을 보다 감소시킨 아치형 갱도를 적용하는 것이 바람직하다고 생각된다.
또한 최저점수와 최고점수는 이보다 ±10점 이내의 범위에 놓인다. 따라서 본 광산 암반의 GSI값은 최상조건 70점, 평균조건 60점, 최하조건 50으로 판단된다. 또한 이는 RMR값 평가 결과와도 부합한다.
먼저, GSI값은 평균 60점이고, 최하 45점, 최고 67점이다. 하지만, 선행연구의 A 갱도는 GSI값과 RMR값이 합치되지 못한 매우 특이한 경우이므로 이를 제외하면(KIGAM, 2008), GSI는 평균 62점이고, 최하 54점, 최고 67점이다.
본 연구에서는 180ML 갱도의 3개 구역에 대해 GSI 분류를 수행하였는데, F갱도암반에서 GSI는 54~80, G갱도 42~80, H갱도 37~70의 값을 보였다. Fig.
세 가지 경우에서 천정부 변위는 순서대로 6.434mm, 6.393mm, 6.237mm로 나타났는데, 이는 무지보인 경우에 발생한 변위 6.732mm에 비하면 각각 4.6%, 5.3%, 7.9% 감소한 것에 해당한다. 또한, Fig.
신예미광업소에 분포하는 철광석의 분포현황, 암석 물성, 초기지압 등을 구하기 위하여, 갱외시추 2개 공(L=400m)과 갱내시추 1개 공(L=200m)을 굴착하고 총 1000m 연장의 NX규격 시추코어를 회수하였다. 시추공 자료 분석을 통해 본 지역은 백운암, 석회암, 세일, 규장암, 스카른, 화강암, 화강반암, 철광석 등이 분포하며, 이 중 백운암, 규장암, 화강암, 철광석의 네 가지 암석이 특히 우세함을 알 수 있었다.
3은 각 구역별 GSI값 분포를 선행연구의 결과와 함께 도시한 것이다. 여기서 A, B, C, D, E, F, G, H 등 총 8개소 암반의 평균 GSI는 각각 45, 65, 63, 58, 63, 67, 61, 54이었으며 8개소의 GSI 평균값은 60점으로 나타났다.
6과 같다. 여기서 GSI값은 최상조건 70점, 평균조건 60점, 최하조건 50점으로 각각 표시하였고, D=0인 경우와 D=0.8인 경우를 함께 나타내었다. 단, 본 해석에 있어서 암반의 단위중량과 포아송비는 Table 1의 값을 그대로 적용하였다.
전체적으로 암반이 지하수면 아래에 있기 때문에 암반이 젖어 있거나 습한 상태였지만 3개소의 총RMR 값은 57∼66점으로 대체로 양호한 암반상태를 나타내었다.
한편, GSI가 클수록 암반은 강한 물성으로 평가되므로 안전율을 감안하여 대상암반의 GSI 평균값을 62점보다는 60점으로 가정하더라도 최저점수와 최고점수는 평균대비 ±10점 이내의 범위에 놓이는 것을 알 수 있다. 즉, 본 광산 암반의 GSI값은 최저 50점, 평균 60점, 최고 70으로 생각할 수 있다.
한편, Table 1은 각종 물성의 평균값임에 유의해야한다. 즉, 실제 시험결과에서 각 물성들은 비교적 큰 표준편차를 보였는데, 이는 암석 고유의 불균질성에 기인한다. 본 연구에서 실시한 시험수량이 사실상 적은 편은 아니지만, 향후 보다 많은 시험과 결과 분석을 통해 본 광산에 분포하는 암석의 각종 역학적 특성에 관한 연구도 필요할 것으로 생각된다.
이와 같이 철광석은 다른 암석에 비해 무겁고 간극이 적어 강도가 더 클 것으로 예상되었지만, 실제 실험 결과는 이와 달랐다. 즉, 철광석의 일축압축강도, 인장강도, 점착력 등의 강도 특성은 다른 암석에 비해 그다지 크지는 않았는데, 실제로 철광석의 일축압축강도, 영률, 내부마찰각, 점착력 등의 강도 특성은 네 가지 암석의 평균값과 유사한 수준이었다. 네 가지 암석의 평균 일축압축강도는 166MPa인데, 이는 국토해양부 표준품셈의 암석분류상 극경암에 해당한다.
96kN/m3이었다. 철광석의 간극률과 흡수율은 다른 암석에 비해 현저히 작았으며 탄성파속도는 크게 나타났다. 이와 같이 철광석은 다른 암석에 비해 무겁고 간극이 적어 강도가 더 클 것으로 예상되었지만, 실제 실험 결과는 이와 달랐다.
총 6가지 해석 중에서 두 가지 경우에 대해서만 해석 결과를 언급하고자 한다. 첫째는 암반 및 발파조건이 모두 평균적인 조건일 때, 즉 GSI값 60점, 발파손상대 두께 1m일 경우이고, 둘째는 암반 및 발파조건이 모두 최하조건일 때, 즉 GSI값 50점, 발파손상대 두께 2m일 경우이다. Fig.
한편, GSI가 클수록 암반은 강한 물성으로 평가되므로 안전율을 감안하여 대상암반의 GSI 평균값을 62점보다는 60점으로 가정하더라도 최저점수와 최고점수는 평균대비 ±10점 이내의 범위에 놓이는 것을 알 수 있다.
후속연구
5. 이 연구의 결과는 국내 금속광산갱도의 안정성 평가에 기초 자료로 활용될 것으로 기대한다.
즉, 실제 시험결과에서 각 물성들은 비교적 큰 표준편차를 보였는데, 이는 암석 고유의 불균질성에 기인한다. 본 연구에서 실시한 시험수량이 사실상 적은 편은 아니지만, 향후 보다 많은 시험과 결과 분석을 통해 본 광산에 분포하는 암석의 각종 역학적 특성에 관한 연구도 필요할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
휴･폐광산을 재가행하는 이유는?
최근 국내 금속광물의 안정적인 공급을 유지하기 위하여 휴･폐광산을 재가행하는 추세가 늘고 있는데, 이경우 장기간 미사용한 갱도의 안정성에 문제가 있을 수 있다. 또한, 심부채광을 계속 진행할 경우에는 고심도에 따른 과지압 환경을 대비해야하며 안정성 확보를 위한지보체계가 요구된다.
휴･폐광산을 재가행시 발생할 수 있는 문제점은?
최근 국내 금속광물의 안정적인 공급을 유지하기 위하여 휴･폐광산을 재가행하는 추세가 늘고 있는데, 이경우 장기간 미사용한 갱도의 안정성에 문제가 있을 수 있다. 또한, 심부채광을 계속 진행할 경우에는 고심도에 따른 과지압 환경을 대비해야하며 안정성 확보를 위한지보체계가 요구된다.
광산갱도의 안정성 해석과 관련한 국내의 과거 연구사례는?
광산갱도의 안정성 해석은 국내에서도 활발히 진행되고 있는데, 과거에는 주로 석탄광에 대한 연구가 많았다. 김종우와 이희근(1994)은 실물크기 지보시험과 수치해석을 통해 700 m 심도에 위치한 탄광 갱도의 안정성을 해석하였고, 정소걸과 신중호(2004)도 같은 심도에서 갱도 주변암반의 거동을 현장계측과 탄소성해석으로 연구하였다. 그러나 국내 석탄 산업이 사양화됨에 따라 탄광에 대한 연구는 점차 적어졌는데, 한공창과 전양수(2005)는 폐탄광의 갱도를 관광 전시장으로 활용하기 위한 안정성 해석을 수행한 바 있다.
참고문헌 (15)
Kim, J.W. and Lee, H.K., 1994, A study on the deformation behavior of steel support and the determination of support loads in deep tunnels, Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers, 31.1, 60-69.
Chung, S.K. and Synn, J.H., 2004, Elasto-plastic analysis and in-situ measurement on rock behaviors with stepwise excavation of the steep soft seam at a great depth, Tunnel and Underground Space, 14.4 295-303.
Han K.C. and Jeon, Y.S., 2005, Evaluation of the stability for underground tourist cavern in an abandoned mine, Tunnel and Underground Space, 15.6, 425-431.
Sunwoo, C., Karanam, U.M.R., Chung S.K. and Jeon, Y.S., 2004, A study on the characteristics of rock mass by GSI in limestone mine, Tunnel and Underground Space, 14.2, 86-96.
Koo, C.M., Jeon S.W. and Lee, I.W., 2008, Underground mine design and stability analysis at a limestone mine, Tunnel and Underground Space, 18.4 243-251.
Kim, J.G., Yang, H.S., Kim, W.B., Jang M.H. and Ha, T.W., 2010, Stability Analysis on the crushing facility space in mine tunnel, Tunnel and Underground Space, 20.3,. 145-152.
Yoon, Y.K., Kim B.C. and Jo, Y.D., 2010, Creep characteristics of granite in gagok mine, Tunnel and Underground Space, 20.5, 390-398.
KIGAM, 2008, Construction of deep underground research laboratory and core technology development, GP2008-005-2008(2).
KIGAM, 2011, development of underground energy storage system in lined rock cavern, GP2009-019-2011(3).
Korean Society for Rock Mechanics, 2010, Standard test method for rock, CIR, Seoul.
Hoek, E. and Brown, E.T., 1997, practical estimates of rock mass strength, Int. J. of Rock Mech. Min. Sci. 34, 1165-1186.
Bieniawski, Z.T., 1989, Engineering rock mass classifications, New York, Wiley.
Hoek, E., Carranza-Torres, C. and Corkum, B., 2002, Hoek-Brown criterion - 2002 edition. Proc. NARMS-TAC Conference, Toronto, 1, 267-273.
Lee, Y.S., Park, D.H., Sunwoo, C., Kim G.W. and Kang, J.S., 2012, Numerical design approach to determining the dimension of large-scale underground mine structures, Tunnel and Underground Space, 22.2 120-129.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.