한국의 폐광산 지하 채굴갱도 기초형상 분석 및 개선된 광산 지하공동 측정·분석 기술 연구 A Study on the Basic Geometry Analysis of Abandoned Underground Mine Tunnels in Korea and Advanced Measuring-Analysis Technology for Underground Mine Cavities원문보기
광물자원 채굴을 위한 지하 채굴공동의 붕괴는 인간이 생활하고 있는 지역의 지반침하 피해를 유발할 수 있다. 지반침하를 방지하기 위하여 과거 광산지역에 대한 도면이나 사진 자료는 광해방지사업을 위하여 중요한 정보가 되고 있다. 광산지역의 조사, 광산 안정성 평가, 보강공사 등 일련의 과정은 통상적으로 과거 폐광산의 도면 및 사진정보에 근거하여 수행된다. 한국은 일제강점기 및 1960년대 광산 활황기에 수많은 광산이 무질서하게 개발되었다. 그러나 광산 관련 정보는 사용에 제한적인 상황이며, 시간이 지남에 따라 더 희소해질 것으로 본다. 한국광해관리공단은 현실적인 대안을 수립코자 한다. 본 연구에서는 과거 광산개발 굴진에 관련한 대한 기초정보를 통계적으로 검토하고, 진보된 폐광산 지하공동 측정기술에 대하여 연구하였다. 한국의 1,784개 폐광산에 대한 4473개 갱도(갱구) 조사자료를 수집하여 정리하였다. 분석결과, 한국의 소규모 갱도(갱구) 평균 수치는 높이 1.982 m이며, 폭 1.959 m로 분석되었다. 또한 형상계수(shape factor, S)의 평균값은 0.485로 분석되었다. 이러한 폐광산 수치 자료는 한국의 폐광산을 이해하고 연구하는 데 도움이 된다. 따라서, 광산 지하공동 측정기술의 발전은 미래의 광산 지반침하방지사업의 효율화에 기여할 것으로 본다.
광물자원 채굴을 위한 지하 채굴공동의 붕괴는 인간이 생활하고 있는 지역의 지반침하 피해를 유발할 수 있다. 지반침하를 방지하기 위하여 과거 광산지역에 대한 도면이나 사진 자료는 광해방지사업을 위하여 중요한 정보가 되고 있다. 광산지역의 조사, 광산 안정성 평가, 보강공사 등 일련의 과정은 통상적으로 과거 폐광산의 도면 및 사진정보에 근거하여 수행된다. 한국은 일제강점기 및 1960년대 광산 활황기에 수많은 광산이 무질서하게 개발되었다. 그러나 광산 관련 정보는 사용에 제한적인 상황이며, 시간이 지남에 따라 더 희소해질 것으로 본다. 한국광해관리공단은 현실적인 대안을 수립코자 한다. 본 연구에서는 과거 광산개발 굴진에 관련한 대한 기초정보를 통계적으로 검토하고, 진보된 폐광산 지하공동 측정기술에 대하여 연구하였다. 한국의 1,784개 폐광산에 대한 4473개 갱도(갱구) 조사자료를 수집하여 정리하였다. 분석결과, 한국의 소규모 갱도(갱구) 평균 수치는 높이 1.982 m이며, 폭 1.959 m로 분석되었다. 또한 형상계수(shape factor, S)의 평균값은 0.485로 분석되었다. 이러한 폐광산 수치 자료는 한국의 폐광산을 이해하고 연구하는 데 도움이 된다. 따라서, 광산 지하공동 측정기술의 발전은 미래의 광산 지반침하방지사업의 효율화에 기여할 것으로 본다.
The collapse of underground mine development void for mineral resources can cause the subsidence of ground surface. In order to prevent the subsidence of ground, data such as maps or pictures of past mining site is important information for current mine reclamation works. In particular, mine subside...
The collapse of underground mine development void for mineral resources can cause the subsidence of ground surface. In order to prevent the subsidence of ground, data such as maps or pictures of past mining site is important information for current mine reclamation works. In particular, mine subsidence management was based on mining maps and pictures. The process of the mining area surveys, safety evaluation, and ground reinforcement are normally possible with information such as maps and pictures in past mining. During the Japanese colonial period and 1960's, a lot of mines were developed in Korea indiscriminately. However, mining information at that time is limited to use. In the future, mining information will become even more rare. MIRECO intends to establish a realistic alternative solution. In this study, the basic numerical information of developed mine tunnels in Korea is statistically reviewed, and advanced underground cavity measuring technology was studied. 4,473 mine tunnel opening data of 1,784 abandoned mines in korea were collected and sorted. As a result of the analysis, the average value of small mine tunnel openings in Korea was 1.982 m in height and 1.959 m in width. The mean value of shape factor was analyzed as 0.485. The summary of these numerical mine data will be helpful for understanding and researching Korean abandoned mines. Therefore, the development of measurement technology for abandoned mine cavities and tunnels is expected to facilitate more effective mine subsidence management works in Korea.
The collapse of underground mine development void for mineral resources can cause the subsidence of ground surface. In order to prevent the subsidence of ground, data such as maps or pictures of past mining site is important information for current mine reclamation works. In particular, mine subsidence management was based on mining maps and pictures. The process of the mining area surveys, safety evaluation, and ground reinforcement are normally possible with information such as maps and pictures in past mining. During the Japanese colonial period and 1960's, a lot of mines were developed in Korea indiscriminately. However, mining information at that time is limited to use. In the future, mining information will become even more rare. MIRECO intends to establish a realistic alternative solution. In this study, the basic numerical information of developed mine tunnels in Korea is statistically reviewed, and advanced underground cavity measuring technology was studied. 4,473 mine tunnel opening data of 1,784 abandoned mines in korea were collected and sorted. As a result of the analysis, the average value of small mine tunnel openings in Korea was 1.982 m in height and 1.959 m in width. The mean value of shape factor was analyzed as 0.485. The summary of these numerical mine data will be helpful for understanding and researching Korean abandoned mines. Therefore, the development of measurement technology for abandoned mine cavities and tunnels is expected to facilitate more effective mine subsidence management works in Korea.
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문제 정의
또한 본 연구에서는 폐광산 지하채굴공동의 형상과 연계하여, 개선된 측정기술의 활용 및 정밀 분석사례를 소개하였다. “지하공동 수치화, 형상화 기술”은 광산개발로 인하여 발생된 지하공동에 대하여 시추공에 삽입하여 지하공동 형상을 실측하는 기술이다.
본 연구에서는 광산 개발로 인한 지반침하방지 수단으로서의 한국의 폐광산 지하채굴공동의 기초형상과 개선된 지하공동 측정 및 분석기술에 대하여 논하였다.
1 장비가 개발 및 검증 수행중에 있다. 본 연구에서는 폐광산 지하 채굴공동의 형상과 관련하여, 개선된 측정기술 및 정밀 분석사례를 간략하게 소개하고자 한다.
본 연구는 한국의 폐광산 소규모 단면 갱도(갱구) 형상의 기초 연구를 위하여 한국광해관리공단의 ‘11년 전국 단위로 실시된 광해 실태조사 자료 중 지반분야 목측조사 자료를 활용하였다. 이를 통해 후속 연구 등을 위하여 수치적으로 한국의 폐광산 갱도(갱구) 형상 특성을 수치적으로 검토코자 하였다. 폐광산에 대한 조사자의 갱도(갱구) 정보는 각 대상 단면의 폭과 높이 수치를 광종별, 지역별로 분류하고 그 수치의 통계적 의미를 검토하였다.
지하공동에 대한 조사 및 분석은 지하공동이 확인된 시추공(SB-3)에 “지하공동 수치화및 형상화 장비(MIRECO EYE)”를 투입하여 내부 상세 정보를 생산하였다. 해당 조사는 광산 실측 정보의 생산 및 공유를 통해 원활한 광해방지사업(지반침하방지사업)을 위하여 수행되었다.
제안 방법
“지하공동 수치화및 형상화 장비”를 활용하여 시추공(SB-3) 지표고를 기준점으로 시추공을 따라 지하공동 내부를 수직방향으로 이동하면서 지하공동 측벽 측정값을 수치화하였다.
공단의 실태조사 자료 중 갱도(갱구) 목측 자료 2,070개 광산, 5,243개 기초자료를 근거로 1,784개 광산 4,473개 갱도(갱구) 자료를 지역별, 광종별로 분류하고 수치적 통계 및 의미를 검토하였다. 검토 결과, 한국의 소규모 갱도(갱구)의 평균 수치는 높이 1.
2와 같으며, 활용된 폐광산 실태조사 자료의 수치를 요약하면 Table 1과 같다. 그러나, 조사자료 중 소규모 단면 갱도(갱구)에 대한 목측 오류 가능성 및 소규모 단면 갱도(갱구) 검토라는 연구 부합성 문제로 1 m 미만의 수치 및 4 m를 초과하는 수치를 포함하는 자료는 삭제처리(필터링) 하였다. Table 2는 삭제(필터링)된 자료를 제외한 1,784개 광산, 4,473개 갱도(갱구) 정보에 대한 요약 자료이며, Fig.
다수의 지하공동 측정 자료로부터 보다 정밀한 분기 갱도의 정보(심도 구간 및 방향성 등) 도출을 위하여 측정 자료를 심도 및 방향성에 따라 도시하여 검토하였다 (Fig. 9). Fig.
“지하공동 수치화, 형상화 기술”은 광산개발로 인하여 발생된 지하공동에 대하여 시추공에 삽입하여 지하공동 형상을 실측하는 기술이다. 도면이 없고 입갱이 불가능한 여건의 광산에 대하여 정밀수치정보를 획득하였으며, 이를 통하여 지하공동에 대한 정밀 측정, 분석 사례이다. 다수의 광산 적용성 연구를 통해 신뢰도 확보가 이루어진다면 해당 기술은 광해방지사업의 품질향상에 도움이 될 것으로 판단된다.
수리 반경 (hydraulic radius, HR) 혹은 형상 계수(shape factor, S)는 광산 채굴 공동의 안전성 검토의 일부로 활용되는 값으로서, 공동의 모양과 크기의 영향을 도입한 것으로 공동의 둘레에 대한 공동의 단면적의 비로 제시된 바 있다(Potvin, 1988; Sunwoo, 2005; Sunwoo, 2012). 전국적으로 조사된 1,784개광산, 4,473개 자료의 갱도 단면의 폭, 높이 정보를 활용하여, 광종별, 지역별 형상계수를 검토하였다.
지하공동에 대한 조사 및 분석은 지하공동이 확인된 시추공(SB-3)에 “지하공동 수치화및 형상화 장비(MIRECO EYE)”를 투입하여 내부 상세 정보를 생산하였다.
이를 통해 후속 연구 등을 위하여 수치적으로 한국의 폐광산 갱도(갱구) 형상 특성을 수치적으로 검토코자 하였다. 폐광산에 대한 조사자의 갱도(갱구) 정보는 각 대상 단면의 폭과 높이 수치를 광종별, 지역별로 분류하고 그 수치의 통계적 의미를 검토하였다.
한국광해관리공단의 폐광산 실태조사 자료 중 갱도(갱구)의 단면크기가 목측 조사된 2,070개 광산, 5,243개 자료를 추출하고, 한국의 폐광산에 대한 소규모 단면 갱도(갱구) 수치를 분석하였다. 본 연구에서 폐광산에 대한 소규모 단면 갱도(갱구)조사 사례는 Fig.
대상 데이터
본 연구는 한국의 폐광산 소규모 단면 갱도(갱구) 형상의 기초 연구를 위하여 한국광해관리공단의 ‘11년 전국 단위로 실시된 광해 실태조사 자료 중 지반분야 목측조사 자료를 활용하였다.
본 조사 대상지역은 폐금속 광산으로서 충남 예산군 광시면에 소재하고 있다(Fig. 8). 조사 당시, 해당 지역은 주거지에 인접하여 광산 지반안정성 정밀조사를 조속히 시행코자 하였으나, 도면 정보가 없고, 입갱이 불가능한 현장 여건으로서 지반침하방지사업의 추진이 난해한 지역이었다.
전국적 자료인 1,784개 광산, 4,473개 자료를 정리하고, 수치화하기 위하여 기초통계량 수치를 활용하였다. 광산의 지역별, 광종별 특성 등 현황을 파악하고 대안수립에 유효할 것으로 판단된다.
데이터처리
광산의 지역별, 광종별 특성 등 현황을 파악하고 대안수립에 유효할 것으로 판단된다. 기초통계량 검토에는 Microsoft사의 Excel 2007이 사용되었다.
이론/모형
한국의 폐광산 지하 채굴공동 기초 형상의 수치화를 위하여 수리 반경(hydraulic radius, HR) 혹은 형상 계수(shape factor, S)의 개념을 활용하였다. 수리 반경 (hydraulic radius, HR) 혹은 형상 계수(shape factor, S)는 광산 채굴 공동의 안전성 검토의 일부로 활용되는 값으로서, 공동의 모양과 크기의 영향을 도입한 것으로 공동의 둘레에 대한 공동의 단면적의 비로 제시된 바 있다(Potvin, 1988; Sunwoo, 2005; Sunwoo, 2012).
성능/효과
Fig. 9(a)의 분기 심도 구간 검토는 심도별 측정된 공동 내부 최대 측정값 및 최소 측정 값을 도시하여 검토하였으며, 분기갱도의 심도 범위를 보다 명확하게 규정할 수 있었다. 또한, Fig.
공단의 실태조사 자료 중 갱도(갱구) 목측 자료 2,070개 광산, 5,243개 기초자료를 근거로 1,784개 광산 4,473개 갱도(갱구) 자료를 지역별, 광종별로 분류하고 수치적 통계 및 의미를 검토하였다. 검토 결과, 한국의 소규모 갱도(갱구)의 평균 수치는 높이 1.982 m이며, 폭 1.959 m로 검토되었다. 높이에 대한 95% 신뢰구간은 2.
전국적 자료인 1,784개 광산, 4,473개 자료를 정리하고, 수치화하기 위하여 기초통계량 수치를 활용하였다. 광산의 지역별, 광종별 특성 등 현황을 파악하고 대안수립에 유효할 것으로 판단된다. 기초통계량 검토에는 Microsoft사의 Excel 2007이 사용되었다.
광종별로 조사수치를 살펴보면, 소규모 갱도(갱구) 단면의 높이는 금속광산, 비금속광산, 석탄광으로 분류된 광종에 따라 통곗값의 차이를 나타내었다. 소규모 갱도(갱구) 단면의 폭도 금속광산, 석탄광산, 비금속광산의 순서로 광종에 따라 통곗값의 차이를 나타내었다(Table 4), 광종별 특성에 따른 분류는 큰 의미를 가지지 않는 것으로 사료된다.
6과 같다. 전체 4,473개 자료에 대한 형상계수 평균값은 0.485, 중간값(median)은 0.474 그리고 최빈값(Mode)은 0.500으로 나타났다. 대푯값으로서 평균값은 광종 및 지역별 평균값과 비교하여 수치적으로 다소의 차이가 나타남을 확인하였다.
전체 통계자료에 근거할 때 소규모 갱도(갱구) 높이 및 폭의 최빈값은 각각 2.0 m로서 평균값에 근사된 값을 가지며, 최소 채굴적 단면에 대한 95% 신뢰구간의 하한선은 높이 1.965 m, 폭 1.942 m로 검토되었다.
지역별로 조사수치를 살펴보면, 소규모 갱도(갱구) 단면의 높이는 강원, 충청, 호남, 영남 및 경인의 순서로 나타났으며, 소규모 갱도(갱구) 단면의 폭은 강원, 충청, 호남, 경인, 영남의 순서로 나타났다(Table 5).
통계적으로 한국의 소규모 갱도(갱구) 평균 수치는 높이 1.982 m이며, 폭 1.959 m로서, 유사한 값을 가지는 것으로 조사되었다. 높이에 대한 95% 신뢰구간은 2.
후속연구
도면이 없고 입갱이 불가능한 여건의 광산에 대하여 정밀수치정보를 획득하였으며, 이를 통하여 지하공동에 대한 정밀 측정, 분석 사례이다. 다수의 광산 적용성 연구를 통해 신뢰도 확보가 이루어진다면 해당 기술은 광해방지사업의 품질향상에 도움이 될 것으로 판단된다.
각 통곗값은 광종 및 지역별 평균값과 다소의 수치적 차이를 확인하였다. 세부 지역별 광종별에 따른 수치와그 차이에 대하여 세부적인 검토를 수행할 예정이다. 이러한 폐광산 갱도의 수치 및 형상 정보는 한국의 폐광산 갱도(갱구) 형상 관련 후속 연구 및 조사 등에 활용이 기대된다.
Table 6의 통곗값은 과거에 개발되어 정보가 없는 광산에 대하여 광해방지사업(지반침하방지) 시행 이전에 타당성 검토 혹은 연구 등 사업 기획 단계 등에서 추정등 기초자료로 적절하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 세부적으로 지역별 혹은 광종별 차등 값과 그 원인은 향후 세부적인 검토가 필요하다.
세부 지역별 광종별에 따른 수치와그 차이에 대하여 세부적인 검토를 수행할 예정이다. 이러한 폐광산 갱도의 수치 및 형상 정보는 한국의 폐광산 갱도(갱구) 형상 관련 후속 연구 및 조사 등에 활용이 기대된다.
해당 자료는 한국 광산에 대한 실사조사를 통하여 조사된 결과로서, 한국의 과거 폐광산 기초 연구 혹은 개념 연구 목적으로 충분한 신뢰도를 가질 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
광산 채굴적의 목적은?
광산 채굴적의 경우, 반영구적인 사용을 목적으로 굴착되는 토목 터널과는 달리 경제성 극대화를 위해 채광 작업 기간 동안의 자립만을 목적으로 굴착된다고 하였다(Bieniawski, 1984). Lim 등(2000)은 광종별로 석탄광산의 갱도는 협소하고, 갱도 주변 암석의 특성으로 인하여 갱도 유지가 어려우며 금속광산의 경우, 갱도 주변 암반이 견고하여 일부를 제외하고는 유지되고 있으며, 단면의 형태가 다양하다고 하였다.
광산 지하공동 측정기술의 발전은 미래의 광산 지반침하방지사업의 효율화에 기여할 것으로 보는 이유는 무엇인가?
485로 분석되었다. 이러한 폐광산 수치 자료는 한국의 폐광산을 이해하고 연구하는 데 도움이 된다. 따라서, 광산 지하공동 측정기술의 발전은 미래의 광산 지반침하방지사업의 효율화에 기여할 것으로 본다.
광산의 지반침하란?
광산의 “지반침하”라 함은 지하광물의 채굴로 형성된 지하 공동에 시간의 경과에 따라 붕락이 발생되고, 그 붕락이 점차 상부로 발달되면서 지표까지 전이되어 발생하는 지표 붕괴 및 지반의 균열을 의미한다. 한국에는 전국적으로 5,396개 폐광산과 가행광산이 산재되어 있으며, 광산 개발로 인한 지하공동의 존재가 예상되는 광산은 2,137개로 추정된다(한국광해관리공단, 2014).
참고문헌 (10)
권현호, 남광수, 2007, 광해방지공학, pp. 92-203.
한국광해관리공단, 2014, 광해관리백서, pp. 30-77.
한국광해관리공단, 2015, 지반침하위험지역 조사기술개발, pp.17-22.
Choi et al., 2005, Analysis of Subsidence Mechanism and Development of Evaluation Program, TUNNEL & UNDERGROUND SPACE, V. 15, No. 3, pp 195-212.
Kim et al., 2015, Research and Development Trends for Mine Subsidence Prevention Technology in Korea, 14. TUNNEL & UNDERGROUND, Journal of Korean Society for Rock Mechanics, V. 25, No. 5, pp 408-416.
Lim at al., 2000, Feasibility Study on the Utilization of Abandoned underground Excavation Caverns, TUNNEL & UNDERGROUND, Journal of Korean Society for Rock Mechanics, V. 10, pp 249-256.
S. W. Choon, S.-K. Chung, Y.-S. Lee, S.-S. Kang, J.-S. Kang, 2012, Stability Assessment of Abandoned Gangway for Commercial Utilization of Services, TUNNEL & UNDERGROUND, Journal of Korean Society for Rock Mechanics, V. 22, No. 5, pp 297-309
S. W. Choon, Y.-B. Jung, 2005, Stability Assessment of Underground Limestone Mine Openings by Stability Graph Method, TUNNEL & UNDERGROUND, Journal of Korean Society for Rock Mechanics, V. 15, No. 5, pp 369-377.
Y. Potvin, M. Hudyma, H. D. S. Miller, 1988, Design guidelines for open stope supprot, CIM Bulletin, V. 82, No. 926, June, pp 53-62.
Z. T. Bieniawski, 1984, Rock mechanics design in mining and tunneling, Balkema, Rotterdam.
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