광해방지 기술개발사업은 한국의 광산지역 특성에 최적화된 조사 및 설계, 충전효율화를 위한 설계 및 시공, 자동화 계측 및 모니터링을 위한 현장실증을 토대로 기술상용화 기반의 연구를 추진하여 왔다. 1, 2단계 광해방지 기술개발 로드맵('07~'16)에서는 지반침하 안정성 평가방법, 충전재 및 충전기술 개발, 계측장비 개발의 성과목표를 달성하였다. 향후에는 지반침하 위험지역에 대한 체계적인 관리를 위하여 4차 산업혁명 시대에 걸맞은 지반침하방지 신기술 발굴 및 도입을 통해 기술력을 향상시키고 이와 병행한 사업추진 기술인프라를 강화시켜 나가고자 한다.
광해방지 기술개발사업은 한국의 광산지역 특성에 최적화된 조사 및 설계, 충전효율화를 위한 설계 및 시공, 자동화 계측 및 모니터링을 위한 현장실증을 토대로 기술상용화 기반의 연구를 추진하여 왔다. 1, 2단계 광해방지 기술개발 로드맵('07~'16)에서는 지반침하 안정성 평가방법, 충전재 및 충전기술 개발, 계측장비 개발의 성과목표를 달성하였다. 향후에는 지반침하 위험지역에 대한 체계적인 관리를 위하여 4차 산업혁명 시대에 걸맞은 지반침하방지 신기술 발굴 및 도입을 통해 기술력을 향상시키고 이와 병행한 사업추진 기술인프라를 강화시켜 나가고자 한다.
The mine subsidence prevention technology has been promoted based on the field test for design, construction, automation measurement and monitoring optimized for investigation, design and mine-filling efficiency customized in Korean mining environment. Based on the R&D roadmap ('07~'16) of the 1st a...
The mine subsidence prevention technology has been promoted based on the field test for design, construction, automation measurement and monitoring optimized for investigation, design and mine-filling efficiency customized in Korean mining environment. Based on the R&D roadmap ('07~'16) of the 1st and 2nd stage, mine reclamation technology development has been focused on developing method of evaluating subsidence stability, development of filling material and optimum filling technology, and development of measuring instrument. In the future, in order to systematic management for the subsidence risk areas, we intend to enhance technological capabilities and strengthen the technological infrastructure for business promotion in parallel with the discovery and introduction of new technology to prevent subsidence in the 4th Industrial Revolution era.
The mine subsidence prevention technology has been promoted based on the field test for design, construction, automation measurement and monitoring optimized for investigation, design and mine-filling efficiency customized in Korean mining environment. Based on the R&D roadmap ('07~'16) of the 1st and 2nd stage, mine reclamation technology development has been focused on developing method of evaluating subsidence stability, development of filling material and optimum filling technology, and development of measuring instrument. In the future, in order to systematic management for the subsidence risk areas, we intend to enhance technological capabilities and strengthen the technological infrastructure for business promotion in parallel with the discovery and introduction of new technology to prevent subsidence in the 4th Industrial Revolution era.
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문제 정의
이러한 복합상부지반에 대한 효율적인 보강법 개발을 위하여 형태 검토(단순형, 아치형, 꺽인형, 복합 보강형-앵커, 말뚝 등) 및 보강재료 물성 검토(단순보형 재료-콘크리트, 철근)를 통하여 공동 형상에 최적화된 이상적인 슬라브(SLAB)형상 보강모델을 개발하였다. 복합상부보강이 적용되는 공법을 적용하기 위하여 채굴적규모, 지층구조, 채굴적경사에 따른 적용 가능성을 평가하였다. 총 14개 현장에 대한 시험시공을 통해 말뚝지지 슬라브 형식검토, 기초형식 검토(선단지지형, 마찰형), 구조체 검토(구조체 지반반력 신뢰성)를 토대로 설계기준 및 지침을 제시하였다.
개발된 광해방지기술의 상용화를 위하여 전문광해방지사업자 등 중소기업과 공동연구를 통해 가행 및 폐광산에 대한 현장기술 적용 및 성과검증은 지속적으로 이루어지고 있다. 본 논문은 1, 2단계 기술개발 로드맵 연구 성과를 소개하고, 선진국 수준의 기술개발을 완수하기 위한 발전 방향을 제시하기 위한 기초연구에 관한 것이다.
본 연구는 국내외 침하관련 연구동향 및 지반침하 사례분석(석탄광 5,148건, 금속광 66건)을 토대로 주요 침하 영향인자(탄층경사, 두께, 채굴적 심도 등) 다변량 분석을 통한 정량적인 안정성 평가기법을 수립하기 위해 수행되었다. 이는 불규칙한 한국형 지반침하 특성에 관한 핵심인자를 도출하고, 무극광산과 한보광산 등 실증현장에 대한 조사 및 평가를 실시하여, 연속체 및 불연속체 조건별 모형시험과 수치해석을 통한 최대침하량 및 상호인자 영향해석을 실시하여, 지반침하 안정성 평가법을 개발하였다(한국광해관리공단, 2008).
먼저 설계영향인자로는 수진기 설치배열 및 설치위치, 수진기와 진원과의 거리, 계측장비의 샘플링 간격 및 시간동기화 등이 있으며, 수진기 성능인자로는 수진기의 주파수 범위, 감도 및 수진기 설치위치의 주변 잡음 등이 있다. 본 연구에서는 이러한 조건들에 대한 민감도 분석을 실시하여 광산현장에서 지반침하 평가를 위한 시스템을 설계하였다. 아울러 역산위치의 신뢰성을 향상시키기 위하여 S파를 증폭시키면서 노이즈를 감쇠시키는 편극 필터를 사용하여 S파를 추출하고 S파의 속도를 도출하였다.
지반침하방지 보강공사에서는 주로 수압식 충전법을 활용하여 모래, 시멘트, 몰탈, 시멘트 밀크 등 비교적 고가의 재료들을 충전재로 사용하여 왔다. 본 연구의 목표는 수질오염 등 환경친화적 조골재, 현장토, 폐석, 순환골재 등 다양한 재료에 대한 현장실증 및 최적 충전기법 기술개발을 통해서 충전효율성을 높이고 지반침하 안정성을 확보하기 위한 것이다. 재료수급이 용이하지 않은 광산지역의 현장토를 이용한 쇄석골재, 혼합골재, 현장토를 이용한 충전재 기둥형성 시험을 실시하고, 충전효율 모니터링(안식각, 확산성, 물성검토)을 통한 채굴규모별 보강방안을 목표로 하였다.
평가등급은 채굴적 심도>상반조건>채굴적 폭>채굴적 높이>채굴적 경사>강우>동적하중>침수상태로 결정하였고, 미래코 지리정보시스템(MGIS) 과 연계된 평가표를 제공함으로써, 5단계 위험등급(I～V)분류를 토대로 한 체계적 관리방안이 마련되었다. 연구의 최종 목표인 평가기법 및 평가용 소프트웨어 개발을 통해 지반침하가 예상되는 광산지역 지하정보 DB를 활용하여 체계적인 안정성 평가를 수행한 후, 평가결과를 정량적이고 객관적인 지표로 제시함으로서 설계자의 판단오류와 주관성을 배제하고 지반침하 위험성에 대한 객관적이고 합리적인 예측 및 평가 인터페이스를 제공하였다는 점에서 큰 의의가 있다. Fig.
일본 석유천연가스금속광물자원기구(JOGMEC)는 미쓰비시와 공동으로 광산 충전의 효율화 기술개발 연구를 수행하고 있다(한국광해관리공단, 2017). 우리나라의 지반침하방지 기술개발은 복잡한 지질구조와 다양한 맥폭과 경사도를 갖는 국내 광산 실정에 맞도록 다양한 응용기술과 이론을 접목하여, 광해방지사업 현장수요를 반영한 연구과제를 발굴하고 이의 실용화 기술개발을 통한 현장적용을 목적으로 추진되었다. 대표적인 사례로는 한국형 지반침하 위험도 평가기법, 산악 등 험지에 위치한 광산지역 효과적 침하모니터링을 위한 자동화 계측기술, 지하채굴 공동 3차원 형상화 시스템, 공동충전 설비 최적화 기술, 슬라브 국부보강 기법 등이 있으며, (가)서초정리, 성하마로 등 폐금속 및 폐석탄광 28개 광산에서 현장기술 적용을 통한 상용화 가능성을 확인하여 왔다.
국내의 복잡한 지질환경과 채탄법은 다수의 급경사 채굴적을 형성하고 있어 수평 채굴적에 주로 적용되었던 외국의 공법을 그대로 적용할 경우 효율적인 보강효과를 기대하기 어렵다. 이에 국내광산 특성에 부합하는 그라우팅 시스템, 급경사지 채굴적 대상 주입장치, 친환경 무수축 그라우팅 재료를 개발하기 위하여 주입방법별 기존 주입재의 문제점을 점검하고 반복시험시공을 통한 개선방안을 도출하였다. 폐광이후 오랜 시간이 지나 지하수가 충수된 채굴적에 대한 충전효율화를 연구의 일환으로 수중불분리성 혼화제, 초급결성 급결제, 알칼리탄산염, 폴리카본 유동화제, 급결보조제 등 다양한 시험조건을 현장에서 모사하여 최적의 그라우팅 재료개발이 이루어졌다.
본 연구의 목표는 수질오염 등 환경친화적 조골재, 현장토, 폐석, 순환골재 등 다양한 재료에 대한 현장실증 및 최적 충전기법 기술개발을 통해서 충전효율성을 높이고 지반침하 안정성을 확보하기 위한 것이다. 재료수급이 용이하지 않은 광산지역의 현장토를 이용한 쇄석골재, 혼합골재, 현장토를 이용한 충전재 기둥형성 시험을 실시하고, 충전효율 모니터링(안식각, 확산성, 물성검토)을 통한 채굴규모별 보강방안을 목표로 하였다. 폭 6.
광산지역에 대한 한국형 지반침하 현상의 특징은 광종 및 개발방법 등에 따른 침하형태와 발생시기가 큰 편차를 보이며, 침하지 및 폐갱도의 복원 설계를 위한 정밀한 백데이터는 해석이 매우 난해하다는 점이다. 지반침하 기술개발사업은 지반침하방지사업 수행에 요구되는 기초자료(채굴적 규모, 지층성상, 안정성평가)에 대한 정확도와 신뢰성을 향상시킴으로서 효율적인 복원이 이루어지도록 기술적 기반을 마련하는데 목적이 있다. 그러므로 광산별, 채광법별 침하원인 규명과 개발이론의 신뢰도를 평가하고 광산지역의 조사기법 개선을 위한 장비개발 등의 연구를 수행하여 왔으며 이에 대한 기본적인 연구체계를 Table 1에 제시하였다.
제안 방법
한국광해관리공단은 2009년 광섬유 계측 시스템에 대한 이론 및 예비실험 기초연구를 시작으로 2014년 순수 국내기술을 바탕으로 한 광섬유센서 계측기인 MIRECOFOSS(MIRECO Fiber Optical Strain Sensor)를 개발하였다. MIRECO-FOSS는 가격은 독일 DMT 등 외산장비의 70% 수준이나 변위측정 정확성은 비슷한 것으로 분석되어 2014년부터 현장에 투입되어 성능을 검증하였다. 본 장비는 측정간격을 최소 0.
또한, 폐광 지표면 임의 지점에서 침하위험도를 분석하기 위하여, 직접영향인자 FD(채굴적 심도, 채굴고, 수평거리 침하위험도)와 간접 영향인자 FI(폐광경과시간, RMR, 지하수위, 노두여부, 동적하중)의 Matrix 분석을 통해 침하위험지수(MSH index)에 대한 포트폴리오를 평가하고, 폐광침하위험도 평가 프로그램을 개발하였다. MSH 평가를 통해 침하/비침하 영역에서 위험도 등급을 3단계로 분류하고, 산정한 위험도 등급별 지표 및 지중침하 변위 추이를 기초로 신뢰성 해석을 실시하고 현장 계측자료와 비교분석을 통해 최종 계측관리기준치를 산정하였다. 금번 연구성과를 기반으로 지반침하 위험도 평가모델을 지반침하방지 단계별 판별기준, 폐광지역 부지활용/사업 시급성 척도, 거시적 위험도 표준지표를 발굴하고 상세설계 등 현장실무 기초자료로 활용할 예정이다.
5). 계측결과는 최초 설치시의 값을 기준으로 다음 측정시의 변위의 정도를 기준으로 정확도 산정이 기준으로 활용하였다. 금곡 등 3개 광산현장의 광섬유센서 모니터링 결과 자체개발 장비(MIRECO-FOSS) 계측결과가 수입장비(DTSS) 계측결과와 거의 유사하게 나타났다.
아울러 공사중 배출수에 대한 수질오염 모니터링을 통하여 수질오염 등 환경친화적인 복원 가이드라인을 제시하였다. 급경사지 보강을 위한 급결 그라우팅 보강의 경우, 주입량, 주입부피, 뒤채움 재료의 주입량, 뒤채움 재료의 밀도 및 안전계수 등의 변수를 현장여건에 적합하게 산정할 수 있는 사용자 중심의 소프트웨어를 Fig. 2와 같이 개발하였다.
총 14개 현장에 대한 시험시공을 통해 말뚝지지 슬라브 형식검토, 기초형식 검토(선단지지형, 마찰형), 구조체 검토(구조체 지반반력 신뢰성)를 토대로 설계기준 및 지침을 제시하였다. 노천채굴적 등급경사지 암반취약부에 대한 록볼트 수압-팽창-파열-주입 단계적 과정에 대한 반복실험을 실시하고, 출수지역 등 불량암반 지역에 적합한 미래코록볼트(MRB-1)을 시험생산(제조기술)하는데 성공하였다. 록볼트 인발성능 평가(인발하중)결과 4.
본 연구에서 수행한 지하수 유동 및 지반변위 계측기법은 지반침하 우려지역에 대한 안정성 평가에 필요한 기존의 기술들을 크게 보완･향상시킴으로서 종합적인 안정성 평가가 가능하다는데 의의가 있다. 다만, 연구의 핵심은 지반침하 영향권을 고려한 계측장비 포설위치를 선정하는 것으로서, 기본적으로 채굴적의 위치와 심도에 대한 사전조사가 이루어져야 하며, 광범위한 대상지역에 대한 면밀한 분석을 통해 광케이블 포설 라인을 선정하고 암괴의 상단부와 하단부에 대한 분포온도변형율(DTSS, Distributed Temperature Sensing Systems)값으로 경사진 불연속면에서의 변위를 계측하는 기술이다. 다점 온도센서 케이블(TLS, Thermal line sensor)은 절리 연결성 확인 열추적자 시험을 병행하여 절리면을 따른 지하수의 유동을 심도별로 모니터링이 가능하다.
본 연구는 평가모델 플랫폼 기반조성을 목표로 공단에서 수행한 폐광산 침하지 조사보고서 자료 중 총 38개 광산의 388개 침하지중 데이터의 일관성이 확보된 287개소 광산에 대한 자료조사를 실시하고, 이를 토대로 지반침하 영향인자 선별(4개 분야 19개 인자)후 변수분석(parametric analysis)을 통해 8가지 영향인자에 대한 원데이터를 환산하여 침하가능 여부분석을 위한 인공신경망 구조를 설계하였다. 또한, 폐광 지표면 임의 지점에서 침하위험도를 분석하기 위하여, 직접영향인자 FD(채굴적 심도, 채굴고, 수평거리 침하위험도)와 간접 영향인자 FI(폐광경과시간, RMR, 지하수위, 노두여부, 동적하중)의 Matrix 분석을 통해 침하위험지수(MSH index)에 대한 포트폴리오를 평가하고, 폐광침하위험도 평가 프로그램을 개발하였다. MSH 평가를 통해 침하/비침하 영역에서 위험도 등급을 3단계로 분류하고, 산정한 위험도 등급별 지표 및 지중침하 변위 추이를 기초로 신뢰성 해석을 실시하고 현장 계측자료와 비교분석을 통해 최종 계측관리기준치를 산정하였다.
그간의 폐광지역 지반침하 위험도 평가는 인공신경망 활용 및 회귀분석을 통한 평가모델이 주를 이루어왔다. 본 연구는 평가모델 플랫폼 기반조성을 목표로 공단에서 수행한 폐광산 침하지 조사보고서 자료 중 총 38개 광산의 388개 침하지중 데이터의 일관성이 확보된 287개소 광산에 대한 자료조사를 실시하고, 이를 토대로 지반침하 영향인자 선별(4개 분야 19개 인자)후 변수분석(parametric analysis)을 통해 8가지 영향인자에 대한 원데이터를 환산하여 침하가능 여부분석을 위한 인공신경망 구조를 설계하였다. 또한, 폐광 지표면 임의 지점에서 침하위험도를 분석하기 위하여, 직접영향인자 FD(채굴적 심도, 채굴고, 수평거리 침하위험도)와 간접 영향인자 FI(폐광경과시간, RMR, 지하수위, 노두여부, 동적하중)의 Matrix 분석을 통해 침하위험지수(MSH index)에 대한 포트폴리오를 평가하고, 폐광침하위험도 평가 프로그램을 개발하였다.
폐광이후 오랜 시간이 지나 지하수가 충수된 채굴적에 대한 충전효율화를 연구의 일환으로 수중불분리성 혼화제, 초급결성 급결제, 알칼리탄산염, 폴리카본 유동화제, 급결보조제 등 다양한 시험조건을 현장에서 모사하여 최적의 그라우팅 재료개발이 이루어졌다. 아울러 공사중 배출수에 대한 수질오염 모니터링을 통하여 수질오염 등 환경친화적인 복원 가이드라인을 제시하였다. 급경사지 보강을 위한 급결 그라우팅 보강의 경우, 주입량, 주입부피, 뒤채움 재료의 주입량, 뒤채움 재료의 밀도 및 안전계수 등의 변수를 현장여건에 적합하게 산정할 수 있는 사용자 중심의 소프트웨어를 Fig.
본 연구에서는 이러한 조건들에 대한 민감도 분석을 실시하여 광산현장에서 지반침하 평가를 위한 시스템을 설계하였다. 아울러 역산위치의 신뢰성을 향상시키기 위하여 S파를 증폭시키면서 노이즈를 감쇠시키는 편극 필터를 사용하여 S파를 추출하고 S파의 속도를 도출하였다. 실증현장에 대한 미소진동 모니터링 결과 P파 초동을 이용할 경우 발파 신호에 대해 10 m 오차범위 내에서 위치를 정확히 역산할 수 있음을 확인하였다.
탄광의 함탄층은 지질 구조작용에 따라 다양한 경사를 보이며, 열극충진 금은광산은 채굴적이 비교적 급경사로 이루어져 있다. 이러한 복합상부지반에 대한 효율적인 보강법 개발을 위하여 형태 검토(단순형, 아치형, 꺽인형, 복합 보강형-앵커, 말뚝 등) 및 보강재료 물성 검토(단순보형 재료-콘크리트, 철근)를 통하여 공동 형상에 최적화된 이상적인 슬라브(SLAB)형상 보강모델을 개발하였다. 복합상부보강이 적용되는 공법을 적용하기 위하여 채굴적규모, 지층구조, 채굴적경사에 따른 적용 가능성을 평가하였다.
이러한 결과는 본 광섬유케이블이 압력 센서로서 활용될 수 있음을 입증하였다. 이러한 자체개발 장비의 성능을 지속적으로 검증하기 위해 외산장비와 함께 현장 모니터링을 실시하고 결과를 분석하였다(Fig. 5). 계측결과는 최초 설치시의 값을 기준으로 다음 측정시의 변위의 정도를 기준으로 정확도 산정이 기준으로 활용하였다.
복합상부보강이 적용되는 공법을 적용하기 위하여 채굴적규모, 지층구조, 채굴적경사에 따른 적용 가능성을 평가하였다. 총 14개 현장에 대한 시험시공을 통해 말뚝지지 슬라브 형식검토, 기초형식 검토(선단지지형, 마찰형), 구조체 검토(구조체 지반반력 신뢰성)를 토대로 설계기준 및 지침을 제시하였다. 노천채굴적 등급경사지 암반취약부에 대한 록볼트 수압-팽창-파열-주입 단계적 과정에 대한 반복실험을 실시하고, 출수지역 등 불량암반 지역에 적합한 미래코록볼트(MRB-1)을 시험생산(제조기술)하는데 성공하였다.
평가등급은 채굴적 심도>상반조건>채굴적 폭>채굴적 높이>채굴적 경사>강우>동적하중>침수상태로 결정하였고, 미래코 지리정보시스템(MGIS) 과 연계된 평가표를 제공함으로써, 5단계 위험등급(I～V)분류를 토대로 한 체계적 관리방안이 마련되었다.
이에 국내광산 특성에 부합하는 그라우팅 시스템, 급경사지 채굴적 대상 주입장치, 친환경 무수축 그라우팅 재료를 개발하기 위하여 주입방법별 기존 주입재의 문제점을 점검하고 반복시험시공을 통한 개선방안을 도출하였다. 폐광이후 오랜 시간이 지나 지하수가 충수된 채굴적에 대한 충전효율화를 연구의 일환으로 수중불분리성 혼화제, 초급결성 급결제, 알칼리탄산염, 폴리카본 유동화제, 급결보조제 등 다양한 시험조건을 현장에서 모사하여 최적의 그라우팅 재료개발이 이루어졌다. 아울러 공사중 배출수에 대한 수질오염 모니터링을 통하여 수질오염 등 환경친화적인 복원 가이드라인을 제시하였다.
재료수급이 용이하지 않은 광산지역의 현장토를 이용한 쇄석골재, 혼합골재, 현장토를 이용한 충전재 기둥형성 시험을 실시하고, 충전효율 모니터링(안식각, 확산성, 물성검토)을 통한 채굴규모별 보강방안을 목표로 하였다. 폭 6.0 m (안식각 35) 컨테이너 수조내에서 4가지 case(조골재, 혼합골재, 현장토, 그라우트기둥)에 대한 실대형 모형실험을 실시하고, 지하수 이동의 억제 및 충전재 유실을 최소화하기 위한 비교안을 검토하고 경제성 및 안정성 측면에서 최적설계안을 마련하였다.
성능/효과
계측결과는 최초 설치시의 값을 기준으로 다음 측정시의 변위의 정도를 기준으로 정확도 산정이 기준으로 활용하였다. 금곡 등 3개 광산현장의 광섬유센서 모니터링 결과 자체개발 장비(MIRECO-FOSS) 계측결과가 수입장비(DTSS) 계측결과와 거의 유사하게 나타났다. 이러한 결과로 미루어 공단의 기술로 자체 생산한 장비가 외산장비와 거의 비슷한 측정 정확성을 확보하고 있음을 확인하였다.
노천채굴적 등급경사지 암반취약부에 대한 록볼트 수압-팽창-파열-주입 단계적 과정에 대한 반복실험을 실시하고, 출수지역 등 불량암반 지역에 적합한 미래코록볼트(MRB-1)을 시험생산(제조기술)하는데 성공하였다. 록볼트 인발성능 평가(인발하중)결과 4.65 ton(비그라우팅)～5.12 ton(그라우팅)로서 앵커형 록볼트보다 효과적이며, 시공성, 안정성, 효율성 비교분석을 토대로 시공이 간편한 개량형 고효율 록볼트 개발의 성과를 인정받아 NET 신기술(2010 3회) 인증을 완료하였다. 추가적인 연구를 통하여 자동화된 생산시스템 구축이 가능하다면, 독창적인 파쇄대 안정화 기술 확보 및 외국산 S 설비 등의 기술대처로 그에 따른 수입대체 효과가 클 것으로 기대된다.
온도센서 및 광케이블 좌표를 지형도에 3차원 도상에 표시하고 GUI 기반 인터페이스를 기반으로 지반침하 우려지역에 대한 계측결과를 실시간으로 감시할 수 있는 통합관리 시스템 구축이 가능하다. 본 연구에서 수행한 지하수 유동 및 지반변위 계측기법은 지반침하 우려지역에 대한 안정성 평가에 필요한 기존의 기술들을 크게 보완･향상시킴으로서 종합적인 안정성 평가가 가능하다는데 의의가 있다. 다만, 연구의 핵심은 지반침하 영향권을 고려한 계측장비 포설위치를 선정하는 것으로서, 기본적으로 채굴적의 위치와 심도에 대한 사전조사가 이루어져야 하며, 광범위한 대상지역에 대한 면밀한 분석을 통해 광케이블 포설 라인을 선정하고 암괴의 상단부와 하단부에 대한 분포온도변형율(DTSS, Distributed Temperature Sensing Systems)값으로 경사진 불연속면에서의 변위를 계측하는 기술이다.
아울러 역산위치의 신뢰성을 향상시키기 위하여 S파를 증폭시키면서 노이즈를 감쇠시키는 편극 필터를 사용하여 S파를 추출하고 S파의 속도를 도출하였다. 실증현장에 대한 미소진동 모니터링 결과 P파 초동을 이용할 경우 발파 신호에 대해 10 m 오차범위 내에서 위치를 정확히 역산할 수 있음을 확인하였다. 신호의 파형 및 스펙트럼 분석값으로 지하공동에서의 지반침하 신호의 발생 원인을 예측할 수 있는 위치분석 수행여부 결정 흐름도가 마련되었다.
금곡 등 3개 광산현장의 광섬유센서 모니터링 결과 자체개발 장비(MIRECO-FOSS) 계측결과가 수입장비(DTSS) 계측결과와 거의 유사하게 나타났다. 이러한 결과로 미루어 공단의 기술로 자체 생산한 장비가 외산장비와 거의 비슷한 측정 정확성을 확보하고 있음을 확인하였다. 또한 자체 생산 장비의 경우 외산장비 대비 측정 시간이 절반정도이며 가격이 저렴한 장점이 있어 활용성 측면에서는 우위를 점할 것으로 판단한다.
0 m인 외산 장비 보다 좀 더 세밀한 측정이 가능하며 측정시간도 외산장비의 절반 정도로 빠른 장점을 가지고 있다. 현장 실증을 통해 Tight buffered cable의 경우는 압력변화에 따라 Brillouin 역산란 광의 파장 변화가 선형적인 변화를 보여주었다. 이러한 결과는 본 광섬유케이블이 압력 센서로서 활용될 수 있음을 입증하였다.
후속연구
3단계 광해방지기술개발 로드맵 수립에 따라 향후에는 조사/평가 분야의 지반침하 최적화 설계 DB 구축 및 모델링 기법, 위험도 평가 체계적 기준정립, 지반침하위험지역 조사효율화, 지반보강 분야의 침하지역인근 광업부산물 활용 침하제어, 지하수 포화 석회석 공동 충전효율화, 계측/모니터링 분야의 미소진동, 암반응력평가, 위성레이더 등 융합계측기술, 광섬유센서 케이블 온도, 변위계측을 기반으로 하는 다양한 응용기술 및 이론의 접목을 통한 기술의 발전을 추진하여 나갈 예정이다.
3단계 로드맵(’17～’21)을 통해 향후 4차 산업혁명 시대에 걸맞은 지반침하방지 신기술 발굴 및 도입을 통해 기술력을 향상시키고 이와 병행한 사업추진 기술인프라를 강화하여 보다 신속하고 안전하게 국민의 소중한 생명과 재산을 보호하는데 기술의 진보를 이룰 것으로 판단된다.
MSH 평가를 통해 침하/비침하 영역에서 위험도 등급을 3단계로 분류하고, 산정한 위험도 등급별 지표 및 지중침하 변위 추이를 기초로 신뢰성 해석을 실시하고 현장 계측자료와 비교분석을 통해 최종 계측관리기준치를 산정하였다. 금번 연구성과를 기반으로 지반침하 위험도 평가모델을 지반침하방지 단계별 판별기준, 폐광지역 부지활용/사업 시급성 척도, 거시적 위험도 표준지표를 발굴하고 상세설계 등 현장실무 기초자료로 활용할 예정이다.
0 은 장비의 상용화를 위한 첫 단계로서 부산시 도로지반 함몰탐사 장비개발에 참여하고 있으며, 지반침하 정밀안전진단은 물론 전방 군사지역 땅굴징후 확인, 출수피해지역 수갱조사, 가행광산 글로리홀 안전진단 등에 대한 활용도를 높여나갈 계획이다. 또한 광산 채굴적은 지하수로 채워져 있을 가능성이 많으므로, 일체화된 센서부의 방수성능을 강화하고, 지반 범용해석 프로그램인 GTS 연동을 통한 지하구조의 비교도면 작성도 용이하게 할 계획이다.
지반 함몰지역의 특징 중의 하나는 집중호우가 온 이후 갱도나 채굴적이 함몰되어 침하가 발생되는 사례가 빈번하며, 불연속면내 지하수 유동 온도 모니터링을 통하여 평가인자의 가중치를 산정함으로써 침하우려지역에 대한 침하 예측에 직접적으로 활용이 된다. 상기 두 개 기술을 토대로 지반침하 해석의 주요 평가인자를 계량화(점수화)하고, 이를 3차원 블록모델링의 기초자료로 활용함으로써 지반 위험도 평가 및 지반안정성 평가를 효율적으로 수행하여 낼 수 있을 것으로 평가된다.
폐광된지 오래된 광산은 도면이 없거나 불확실한 지반정보 등으로 인하여, 조사 및 설계가 어려웠으나 Mireco-eye를 활용하여 지반충전 및 보강후 효율확보 전과정에 대한 모니터링이 가능하게 되었다. 슬림화, 일체화, 고속화된 V3.0 은 장비의 상용화를 위한 첫 단계로서 부산시 도로지반 함몰탐사 장비개발에 참여하고 있으며, 지반침하 정밀안전진단은 물론 전방 군사지역 땅굴징후 확인, 출수피해지역 수갱조사, 가행광산 글로리홀 안전진단 등에 대한 활용도를 높여나갈 계획이다. 또한 광산 채굴적은 지하수로 채워져 있을 가능성이 많으므로, 일체화된 센서부의 방수성능을 강화하고, 지반 범용해석 프로그램인 GTS 연동을 통한 지하구조의 비교도면 작성도 용이하게 할 계획이다.
현장 실증을 통해 Tight buffered cable의 경우는 압력변화에 따라 Brillouin 역산란 광의 파장 변화가 선형적인 변화를 보여주었다. 이러한 결과는 본 광섬유케이블이 압력 센서로서 활용될 수 있음을 입증하였다. 이러한 자체개발 장비의 성능을 지속적으로 검증하기 위해 외산장비와 함께 현장 모니터링을 실시하고 결과를 분석하였다(Fig.
3단계 로드맵(’17～’21)을 통해 향후 4차 산업혁명 시대에 걸맞은 지반침하방지 신기술 발굴 및 도입을 통해 기술력을 향상시키고 이와 병행한 사업추진 기술인프라를 강화하여 보다 신속하고 안전하게 국민의 소중한 생명과 재산을 보호하는데 기술의 진보를 이룰 것으로 판단된다. 이와 동시에, 조사부터 설계시공 및 사후관리까지 완결형 지반침하방지 기술개발을 적극 추진함으로써, 지속가능한 안정적 광산개발의 유도 및 자연친화적 광해관리에 대한 효율성을 확대하여 나아갈 예정이다.
12 ton(그라우팅)로서 앵커형 록볼트보다 효과적이며, 시공성, 안정성, 효율성 비교분석을 토대로 시공이 간편한 개량형 고효율 록볼트 개발의 성과를 인정받아 NET 신기술(2010 3회) 인증을 완료하였다. 추가적인 연구를 통하여 자동화된 생산시스템 구축이 가능하다면, 독창적인 파쇄대 안정화 기술 확보 및 외국산 S 설비 등의 기술대처로 그에 따른 수입대체 효과가 클 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
광산 지하채굴적에 대한 효율적 충전을 위해서는 어떻게 해야하는가?
광산지역 지반침하 보강공사 대상은 채광 암반조건의 다양성, 굴진심도, 주입방법, 보강효과 등 다양한 시공조건을 고려하여 정량적이고 정성적인 분석 및 평가가 이루어져야 한다. 광산 지하채굴적에 대한 효율적 충전을 위해서는 공동의 위치, 규모, 채광방법, 채굴상태, 지질 및 지하수 조건 등 다양한 요인을 분석하여 공법 및 재료를 선정하여야 한다. 국내의 복잡한 지질환경과 채탄법은 다수의 급경사 채굴적을 형성하고 있어 수평 채굴적에 주로 적용되었던 외국의 공법을 그대로 적용할 경우 효율적인 보강효과를 기대하기 어렵다.
국내 광해방지 기술개발사업은 무엇을 해왔는가?
광해방지 기술개발사업은 한국의 광산지역 특성에 최적화된 조사 및 설계, 충전효율화를 위한 설계 및 시공, 자동화 계측 및 모니터링을 위한 현장실증을 토대로 기술상용화 기반의 연구를 추진하여 왔다. 1, 2단계 광해방지 기술개발 로드맵('07~'16)에서는 지반침하 안정성 평가방법, 충전재 및 충전기술 개발, 계측장비 개발의 성과목표를 달성하였다.
광해방지 기술개발사업에서 달성한 성과목표는 무엇인가?
광해방지 기술개발사업은 한국의 광산지역 특성에 최적화된 조사 및 설계, 충전효율화를 위한 설계 및 시공, 자동화 계측 및 모니터링을 위한 현장실증을 토대로 기술상용화 기반의 연구를 추진하여 왔다. 1, 2단계 광해방지 기술개발 로드맵('07~'16)에서는 지반침하 안정성 평가방법, 충전재 및 충전기술 개발, 계측장비 개발의 성과목표를 달성하였다. 향후에는 지반침하 위험지역에 대한 체계적인 관리를 위하여 4차 산업혁명 시대에 걸맞은 지반침하방지 신기술 발굴 및 도입을 통해 기술력을 향상시키고 이와 병행한 사업추진 기술인프라를 강화시켜 나가고자 한다.
참고문헌 (17)
한국자원연구소, 1998, 한국자원연구소 연구보고서, 지반침하 안정성 평가기법 및 대책연구, KR-98(C)-47.
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한국광해관리공단, 2011, 광산 지하 채굴적 및 공동 3차원 형상화 장비 개발, 한국광해관리공단 기술총서 2011-142.
한국광해관리공단, 2011, 지반침하억제를 위한 수압식 충전법 효율화 방안연구.
한국광해관리공단, 2011, 팽창-파열 주입식 록볼트 실용화장비 개발, 151-161.
한국광해관리공단, 2013, 지하공동 충전소재 개발.
한국광해관리공단, 2013, 삼성석회석광산 지반침하 정밀조사 및 자동계측기 설치.모니터링 정밀조사 보고서.
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