석회석 광산의 암반 분류에 적용된 RMR, Q-system, GSI 간의 상관성 연구 A Study of the Relationships among RMR, Q-system and GSI Applied to Classify Rock Mass of Limestone Mine원문보기
석회석 광산 갱도 내 22 곳의 측정지점을 선정하여 RMR, Q-system, GSI와 같은 암반분류법을 적용하였다. SRF와 $J_w$를 1로 한 수정 Q(Q')와 지하수 조건을 '완전 건조'로 하고 불연속면의 방향 보정을 '0'으로 한 수정 RMR(${RMR_{89}}^{\prime}$)도 계산하였다. Q-기본 RMR, Q-최종 RMR, ${GSI-RMR_{89}}^{\prime}$, GSI-Q' 간의 상관관계를 분석한 결과 ${GSI-RMR_{89}}^{\prime}$ 의 상관성이 가장 높은 것으로 나타났다. 계수비를 기초로 파괴 변형률을 구했으며, 대부분의 측정지점이 '낮은 파괴 변형률' 등급에 속하는 것으로 나타나 안정한 것으로 평가되었다.
석회석 광산 갱도 내 22 곳의 측정지점을 선정하여 RMR, Q-system, GSI와 같은 암반분류법을 적용하였다. SRF와 $J_w$를 1로 한 수정 Q(Q')와 지하수 조건을 '완전 건조'로 하고 불연속면의 방향 보정을 '0'으로 한 수정 RMR(${RMR_{89}}^{\prime}$)도 계산하였다. Q-기본 RMR, Q-최종 RMR, ${GSI-RMR_{89}}^{\prime}$, GSI-Q' 간의 상관관계를 분석한 결과 ${GSI-RMR_{89}}^{\prime}$ 의 상관성이 가장 높은 것으로 나타났다. 계수비를 기초로 파괴 변형률을 구했으며, 대부분의 측정지점이 '낮은 파괴 변형률' 등급에 속하는 것으로 나타나 안정한 것으로 평가되었다.
A total of 22 sites around openings of limestone mine are chosen to assess rock mass classification schemes such as RMR, Q-system, and GSI. RMR and Q are modified to estimate the relationship with GSI. Q' is the modified Q with SRF=1.0 and $J_w=1.0$. Rock mass is assumed to be completely ...
A total of 22 sites around openings of limestone mine are chosen to assess rock mass classification schemes such as RMR, Q-system, and GSI. RMR and Q are modified to estimate the relationship with GSI. Q' is the modified Q with SRF=1.0 and $J_w=1.0$. Rock mass is assumed to be completely dry and very favorable discontinuity orientations are assumed to estimate ${RMR_{89}}^{\prime}$. Relationships of Q-Basic RMR, Q-Total RMR, ${GSI-RMR_{89}}^{\prime}$, and GSI-Q' are analyzed, in which a correlation of ${GSI-RMR_{89}}^{\prime}$ is found to be the highest. Failure strains are calculated using the modulus ratios and most measuring sites appear to be stable with low failure strain class.
A total of 22 sites around openings of limestone mine are chosen to assess rock mass classification schemes such as RMR, Q-system, and GSI. RMR and Q are modified to estimate the relationship with GSI. Q' is the modified Q with SRF=1.0 and $J_w=1.0$. Rock mass is assumed to be completely dry and very favorable discontinuity orientations are assumed to estimate ${RMR_{89}}^{\prime}$. Relationships of Q-Basic RMR, Q-Total RMR, ${GSI-RMR_{89}}^{\prime}$, and GSI-Q' are analyzed, in which a correlation of ${GSI-RMR_{89}}^{\prime}$ is found to be the highest. Failure strains are calculated using the modulus ratios and most measuring sites appear to be stable with low failure strain class.
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문제 정의
본 연구에서는 RMR, Q-system, GSI법을 적용하여 측정지점에서의 암반분류를 위한 평점을 평가하였다. RMR은 Bieniawski가 제안한 암반분류법으로써 Geomechanics Classification 또는 Rock Mass Rating(RMR) 법이라 불리운다.
가설 설정
5 정도로 나타났기 때문에(선우춘 외, 2005) 수직방향 초기응력이 최대주응력(σ1)이 된다. 갱도 주변에는 드물게 파쇄대가 나타나기는 하지만 소규모이고, 채광장의 대부분이 안정한 상태로 유지된다는 점을 고려하여 갱도 주변 암반을 견고한 암석(Competent rock)으로 가정하였다. 따라서 σc/σ1 = 92/7.
제안 방법
본 연구에서는 주방식 채광법을 이용하여 채광을 하는 석회석 광산을 대상으로 암반분류법을 적용하였다. 22 곳의 측정지점을 선정한 후 RMR, Q, GSI를 평가하였다. GSI와의 상관성을 평가하기 위해서 SRF와 지하수 보정 계수(Jw)를 1로 한 수정 Q(Q′)와 지하수 조건을 ‘완전 건조’로 하고, 불연속면의 방향에 의한 영향을 보정하지 않은 수정 RMR(RMR89′)도 계산하였다.
GSI와의 상관성을 평가하기 위해서 SRF와 지하수 보정 계수(Jw)를 1로 한 수정 Q(Q′)와 지하수 조건을 ‘완전 건조’로 하고, 불연속면의 방향에 의한 영향을 보정하지 않은 수정 RMR(RMR89′)도 계산하였다.
Table 1에는 조사지점 갱도의 높이와 폭, 개설 후 갱도 유지 기간이 표시되어 있다. 갱도의 높이와 폭은 레이저 거리측정기를 사용하여 측정하였다. Table 1에서 보듯이 채광 후 갱도 유지기간이 1년 4개월∼9년 6개월로 장기간에 걸쳐 갱도를 유지하고 있고, 부분적으로 불안정한 것으로 관측된 지점도 실제적으로는 소규모 용식동굴이 있거나 벽면에 소규모로 발달된 파쇄대에서 박리가 발생하는 정도이기 때문에 전체적인 갱도의 안정성에는 큰 문제가 없는 것으로 나타났다.
평가 결과를 토대로 하여 각 암반분류법 간의 상관성을 분석하였다. 또한 계수비(Modulus ratio)를 이용하여 구한 파괴 변형률을 기초로 하여 암반을 분류하였다.
8(여기서 σc : 무결암의 일축압축강도) 이 되어 SRF를 1로 평가할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 결과를 토대로 모든 측정 지점의 SRF를 1로 하였다.
본 연구에서는 제천시에 소재하는 지하 채광 석회석광업소를 대상으로 22개의 측정지점을 선정한 후 RMR, Q-system, GSI법을 이용하여 암반을 평가하였다. 평가 결과를 토대로 하여 각 암반분류법 간의 상관성을 분석하였다.
스캔라인조사법을 적용하였으며, ISRM에서 제시한 불연속면의 조사방법에 따라서 불연속면의 방향, 연속성, 간격, 간극, 거칠기, 협재물질, 지하수 상태, 풍화정도 등을 측정하였다(ISRM, 1978). 암반분류법에 사용되는 무결암의 일축압축강도를 측정하기 위해서 갱도에서 채취한 암석 블록에서 시추한 NX 코어에 대해서 실내 실험을 실시하였다. 지반조사 결과 RQD는 35∼ 85%의 값을 보였으며, 평균 67%인 것으로 나타났다.
본 연구에서는 제천시에 소재하는 지하 채광 석회석광업소를 대상으로 22개의 측정지점을 선정한 후 RMR, Q-system, GSI법을 이용하여 암반을 평가하였다. 평가 결과를 토대로 하여 각 암반분류법 간의 상관성을 분석하였다. 또한 계수비(Modulus ratio)를 이용하여 구한 파괴 변형률을 기초로 하여 암반을 분류하였다.
대상 데이터
본 연구에서 분석대상으로 한 광산은 OO광업개발 OO석회석광업소로 2007년 현재 연 50만톤의 생산량을 나타낸다. 채광된 석회석은 주로 시멘트용, 제철·제강용, 탈황용, 생석회용 등으로 판로를 형성하고 있다.
지반조사를 실시하기 위해서 410갱 입구에서 N30E 방향으로 360m 이격되어 있는 운반갱도를 기점으로 해서 1중단, 2중단, 하1단, 하2단 갱도의 측벽을 조사대상으로 설정하였으며, 측정지점은 22 곳이다. Table 1에는 조사지점 갱도의 높이와 폭, 개설 후 갱도 유지 기간이 표시되어 있다.
측점지점에서의 파괴 변형률을 계산하기 위해서 무결암의 일축압축강도는 92MPa, 탄성계수는 45.3 GPa를 적용하였다. RMR은 기본 RMR을 사용하였다.
이론/모형
본 연구에서는 주방식 채광법을 이용하여 채광을 하는 석회석 광산을 대상으로 암반분류법을 적용하였다. 22 곳의 측정지점을 선정한 후 RMR, Q, GSI를 평가하였다.
스캔라인조사법을 적용하였으며, ISRM에서 제시한 불연속면의 조사방법에 따라서 불연속면의 방향, 연속성, 간격, 간극, 거칠기, 협재물질, 지하수 상태, 풍화정도 등을 측정하였다(ISRM, 1978). 암반분류법에 사용되는 무결암의 일축압축강도를 측정하기 위해서 갱도에서 채취한 암석 블록에서 시추한 NX 코어에 대해서 실내 실험을 실시하였다.
성능/효과
Q-기본 RMR, Q-최종 RMR, GSI-RMR89′, and GSI-Q′ 간의 상관성을 분석한 결과 GSI-RMR89′ 간의 상관계수가 0.86으로 가장 높은 것으로 나타났고, Q-기본 RMR 의 상관계수도 0.74로 비교적 높은 것으로 나타났다.
74로 비교적 높은 것으로 나타났다. Q와 GSI 값을 정확하게 평가하기 위해서는 조사자의 암반분류 경험이 상당히 있어야 한다는 점을 고려하면 상대적으로 측정하기가 용이한 RMR법을 이용하여 Q, GSI 값을 추정하는 것도 타당하다고 판단된다.
계수비를 이용하여 파괴 변형률을 구한 결과 0.35∼0.55%의 범위를 보였으며 ‘낮은 파괴 변형률’ 등급에 속하는 것으로 나타났다. 계수비와 파괴 변형률을 고려하면 측정지점 갱도는 대체적으로 안정한 것으로 예측된다.
식 (6), (7)을 비교해 보면 최종 RMR 보다는 기본RMR과 Q 간의 상관성이 더 높다는 것을 알 수 있다. 본 연구에서 얻어진 최종 RMR과 Q 간의 회귀식은 Bieniawski가 제안하여 일반적으로 자주 사용되는 식(2)과는 차이가 있다는 것을 알 수 있다. Zhang(2005)은 여러 연구자들이 제안한 RMR과 Q 간의 회귀식을 분석한 후 일반적으로 두 변수 간에는 RMR = AlnQ+B의 관계가 성립하고, A는 5∼15, B는 40∼60의 값을 갖는다고 하였다.
GSI(Geological Strength Index)는 지질조건이 다른 경우에 대한 절리암반의 암반강도 감소를 평가할 수 있는 지수 값을 제공한다. 즉 Hoek-Brown 파괴조건식의 변수인 m, s를 GSI의 함수로 표현함으로써 절리암반의 강도 및 변형특성을 평가하는 것이 가능하다. Table 2에는 절리에 의해 블록상의 구조를 나타내는 절리암반의 GSI를 평가할 수 있는 도표가 주어져 있다.
지반조사 결과 RQD는 35∼ 85%의 값을 보였으며, 평균 67%인 것으로 나타났다.
평가 결과 기본 RMR은 43.0∼63.8, 최종 RMR은36.5∼63.8, Q는 1.3∼12.4, GSI는 46∼64, RMR89′는 51.0∼68.8, Q′는 2.0∼18.8로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주방식 채광법을 적용하는 광산이 개발단계에서 필요한 것은?
지하 채광을 하는 석회석 광산의 채광법으로는 주방식 채광법이 주로 사용되고 있다(선우춘 등, 2005). 주방식 채광법을 적용하는 광산의 경우 운반갱도나 채광장이 대형화되어있기 때문에 갱도와 채광장을 장기간에 걸쳐 안전하게 유지하기 위해서는 개발단계에서부터 공학적으로 갱도와 채광장을 설계하는 것이 필요하다.
석회석 광산의 채광법이 주로 주방식 채광법을 사용되게 된 원인은?
노천 부존량의 고갈, 지하에 부존된 고품질의 석회석 채굴, 주변의 민원과 환경문제 등으로 인해 국내 석회석 광산의 채광은 노천 채광에서 지하 채광으로 옮겨가고 있거나 전환된 상태이다. 지하 채광을 하는 석회석 광산의 채광법으로는 주방식 채광법이 주로 사용되고 있다(선우춘 등, 2005).
경험적 암반분류법은 어디에 사용되는가?
RMR, Q-system, GSI 등과 같은 경험적 암반분류법은 암반의 암질 평가뿐만 아니라 지보 설계, 암반의 강도 및 변형계수 추정 등에 사용되고 있다. 경험적 암반분류법은 기 시공된 토목 터널을 분석하여 개발된 방법들이지만 광산에도 효과적으로 적용할 수 있는 것으로 알려져 있다(Hoek et al.
참고문헌 (16)
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선우춘, 황세호, 정소걸, 이상규, 한공창, 2001, 암반분류방법간의 상관관계에 대한 고찰, 한국지반공학회논문집, Vol. 17, No. 4, pp. 127-134.
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Ramamurthy, T., 2001, Shear strength response of some geological materials in triaxial compression, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., Vol. 38, pp. 683-697.
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