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○○광산의 지반 안정성 평가를 위한 수치해석적 연구
A Numerical Study for Ground Stability Assessment in ○○Mine 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.26 no.6, 2016년, pp.484 - 492  

손민 (한양대학교 공과대학 자원환경공학과) ,  문현구

초록
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본 연구에서는 ${\bigcirc}{\bigcirc}$광산의 지반 안정성 평가를 위한 수치해석적 연구를 수행하였으며 해석에 고려된 침하의 인자들은 다음과 같다. 첫 번째로 손상대에 의한 암반의 물성 열화, 두 번째로 현장계측자료에 의한 국내 평균 측압계수 적용, 세 번째는 해당 광산의 실제 채광이력 조사, 네 번째는 채광 후 채굴적 주변 암반의 붕락을 가정하여 붕락된 암반을 추가로 굴착하는 해석기법이다. ${\bigcirc}{\bigcirc}$광산에서 실제 침하가 발생한 단면(5+10)을 대상으로 이 기법들을 적용하고 그 적용성을 확인하였으며, 침하가 발생하지 않았으나 침하가 우려되는 단면(3+10)을 대상으로 이 기법들을 또한 적용하고 지반 안정성을 평가하였다. 5+10 단면에서 추가 붕락을 통해 지표 최대변위가 41 mm 증가하여 46 mm가 나타났으며 추가 붕락에 따라 최대변위 위치가 실제 침하범위로 변화하는 양상을 확인하였다. 3+10 단면의 해석결과는 추가 붕락으로 5 mm 증가하여 7 mm의 지표 최대 변위가 발생하고 파괴영역이 채굴적 천단부에서 지표로 이어지지 않아 침하 가능성이 낮게 판단되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study is the numerical analysis for the ground stability assessment in ${\bigcirc}{\bigcirc}$mine. The subsidence factors applied to the numerical analysis were as follows. First, the deterioration of the rock mass properties by excavation of the disturbed zone. Second, using the ave...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구는 한국광해관리공단에서 2010년에 실시한“○○광산 지반보강공사 실시설계보고서”의 지반안정성 검토 용역의 일환으로 수행되었으며, 실제 침하가 발생한 ○○광산 현장에 대해 수치해석을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 실제 침하가 발생한 ○○광산에 대한 수치해석 결과가 실제 침하를 발생시키도록 현실적으로 모사하기 위한 합리적인 수치해석 기법을 연구하고 적용하였다. 또한 침하가 발생하지 않았으며 그 침하가 우려되는 지역을 선정하여 동일한 기법을 적용하고 그 안정성을 평가하였으며 그 결과는 다음과 같다.
  • 4% 감소하여 암반사면의 설계 및 시공 시 손상대 고려의 필요성을 강조하였으며 권민혁 등(2016)은 채수율 향상을 위한 주방식 하이브리드 채광법이 적용된 석회석 광산에 대해 불연속체 해석을 수행하여 굴착손상영역의 제어가 필요하다고 판단하였다. 이렇듯 다양한 연구에서 굴착과 채광에 의한 손상대의 영향성이 확인되었으며 본 연구에서는 이러한 손상대 발생으로 인한 채굴적 주변 암반의 물성 열화 현상을 고려하여 수치해석을 수행하였다.

가설 설정

  • 채굴적 측벽부와 보안광주에 파괴영역이 집중되어 분포하고 있고 채굴적 천단부에서부터 지표까지 이어지는 파괴영역이 나타나지 않았다. Fig. 12에서 지표 최대 침하는 약 2 mm가 발생하였으며 채굴적 천반부, 측벽부, 그리고 보완광주에 대해 추가 붕락을 가정하고 추가로 해석을 수행하였다. 총 4차까지의 추가 굴착 후 해석을 수행하였으며 Fig.
  • 5에서 지표 최대 침하는 약 5 mm가 발생하여 실제 침하가 일어난 현장을 모사하는 해석단면이라고 하기에 무리가 있다. 따라서 파괴영역이 공동으로 붕락되었다고 가정하고 추가로 해석을 수행하였다. 총 12차까지의 추가 굴착 후 해석을 수행하였으며 각각의 추가 굴착은 전 단계해석결과의 파괴영역을 분석하여 추가 굴착 여부를 결정하였다.
  • 이러한 현상으로 인해 채굴적 천반부에 추가적인 굴착이 발생하게 되며 추가적인 파괴영역이 발생하게 된다. 본 연구에서는 채광이력에 의한 수치해석 수행 후 파괴영역이 공동으로 붕락하는 것을 가정하여 해석을 수행하였으며 붕락 후 수치해석 결과의 파괴영역을 분석하여 추가 붕락 여부를 결정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내 폐광산의 문제점은? 국내 폐광산은 대부분 미복구된 상태로 전국에 산재되어 있으며 과거 생산위주의 채광활동으로 인해 다양한 형태의 지반침하를 발생시키고 있다. 이러한 지반침하는 지표에 존재하는 시설물의 안정성뿐만 아니라 주민들의 안전을 위협하는 잠재적 요인으로 작용하고 있다
지반 안정성 수치해석에는 어떤 과정이 필요한가? 지반 안정성 수치해석 과정은 우선 모사하고자 하는 지반 조건에 대한 시나리오 설정과 지반의 특성을 반영하기 위한 지반모델링, 각 지반모델에 해당하는 공학적 물성, 외력 및 초기조건 등의 입력변수 결정, 경계조건 결정 등의 개념적 모델링 과정이 필요하다. 또한 수치해석 모델이 최대한 현장조건에 부합하기 위한 합리적이고 논리적인 수치해석 기법의 연구가 필수적이다.
한국원자력연구원 내 지하연구시설 건설로 발생된 손상대에 대해 정량적으로 평가한 결과는? Backblom and Martin(1999)은 손상영역에 대해 failed zone, damaged zone,disturbed zone으로 세분화 하였으며 각각의 영역의 범위에 대해 failed zone과 damaged zone은 터널 직경의1배 이하, disturbed zone은 터널 직경의 2-4배를 갖는다고 제안하였다. 한편 국내의 연구사례로 이창수 등(2006, 2011)은 한국원자력연구원 내 지하연구시설의 건설로 인해 발생된 굴착손상영역에 대해 정량적으로 평가하였으며 그 결과로 1.1-2.4 m의 굴착손상영역의 범위와 암반 물성의 경우 P파 속도, S파 속도, 탄성계수 그리고 일축압축강도가 약 11-37% 감소하여 나타났음을 확인하였다. 또한 김진수 등(2014)은 암반사면에 손상대를 고려한 수치해석적 연구를 통해 강도감소법에 의해 계산된 안전율이 최대 49.
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참고문헌 (11)

  1. 권민혁, 최성웅, 김창오, 2016, 굴착손상영역을 고려한 석회석 갱내채광장의 안정성 분석 연구, 터널과 지하공간, 26(1), 131-142. 

  2. 권상기, 조원진, 2007, 발파에 의한 터널주변 암반 손상대 발생 평가, 대한화약발파공학회지, Vol. 25, No. 1, pp. 15-29. 

  3. 김진수, 권상기, 천대성, 박의섭, 2014, 손상대를 고려한 암반사면 안정성 평가 및 인자분석, 터널과 지하공간, 24(3), 187-200. 

  4. 배성호, 2005, 수압파쇄법에 의해 측정된 국내 초기응력의 지체구조별 분포 특성에 관한 연구, 박사학위논문, 서울대학교, 서울, 224p. 

  5. 이창수, 권상기, 최종원, 전석원, 2011, 한국원자력연구원 내 지하연구시설에서의 굴착손상영역 평가, 터널과 지하공간, 21(5), 359-369. 

  6. 이창수, 전석원, 권상기, 조원진, 서영호, 박현익, 2006, 한국원자력연구소 내 지하처분 연구시설에서의 암반 손상대 평가, 한국암반공학회 특별 심포지움, pp. 15-24. 

  7. 임성범, 2011, 3차원 지하공동 굴착 및 지보의 진행에 따른 암반의 응력경로에 관한 연구, 석사학위논문, 한양대학교, 서울, 68p. 

  8. 한국광해관리공단, 2007, OO광산 지반안정성 기본조사 보고서. 177p. 

  9. 한국광해관리공단, 2009, OO광산 지반안정성 정밀조사 보고서. 311p. 

  10. 한국광해관리공단, 2010, OO광산 지반보강공사 실시설계 보고서. 209p. 

  11. Backblom, G. and C.D. Martin, 1999, Recent Experiments in Hard Rocks to Study the Excavation Response: Implications for the performance of a Nuclear Waste Geological Repository, Tunnelling and underground space technology, Vol. 14, No. 3, pp. 377-394. 

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