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국내 지하 석회석광산 갱도의 무지보 폭을 위한 제안
Proposal of the Unsupported Span of Openings in the Domestic Underground Limestone Mines 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.28 no.4, 2018년, pp.358 - 371  

선우춘 (한국지질자원연구원 전략연구본부, 심지층연구단)

초록
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지하광산에서 갱도나 공동의 안정성은 생산성과 안전을 확보해야 하는 광산운영에 있어서 가장 중요한 관심사이다. 공동의 안정성에 영향을 주는 많은 암반조건 중 공동의 폭과 높이는 중요한 설계요소가 된다. 이 논문의 주된 목적은 암반분류법 중에 Q시스템을 이용하여 무지보로 유지할 수 있는 최대 무지보갱도 폭을 국내 석회석 광산현장에서 용이하게 결정하기 위한 것이다. 국내 석회석 광산에서 무지보갱도 규격에 대한 고찰을 위해 여러 석회석 지하광산 200여개의 측점에서 암반분류 측정이 이루어졌다. Q 시스템을 이용한 무지보 갱도폭을 결정하는 관계식과 안정성 그래프법을 이용한 최대 무지보 갱도 폭을 결정하는 관계식을 유도하여 비교검토가 이루어졌다. 또한 현장에서 사용하기 쉽도록 GSI와 RMR을 결합한 새로운 방식의 분류법을 제안한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The stability of openings in the underground mine is major concern in the operation of mines that must ensure productivity and safety. Among many rock conditions affecting cavities stability, the width and height of the opening is an important design factor. In this paper, we consider to determine t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 광산현장 광산기술자들이 Q시스템을 사용하기가 RMR을 사용하는 것보다 어려울 수 있기 때문에 RMR 값을 이용하여 Q 값으로 전환하는 식을 이용하는 것을 제안하고자 한다. Bieniawski(1989)에 의해 제안된 식 (3)을 이용해 RMR 값으로부터 Q값을 구할 수 있고, 국내 여러 석회석광산에서 구한 RMR 과 Q의 상관관계에서 구한 경험식 (4)를 이용할 수 있다(Sunwoo et al.
  • 또한GSI에서는 암석의 강도문제나 지하수 문제 등이 고려되지 않고 있다. 따라서 GSI의 관찰의 용이함을 이용하고 RMR의 상기 두 요소를 합쳐 새로운 암반 분류법을 제안하고자 한다. 먼저 현장에서 관측이 쉬운 GSI의 암반구조 부분을 RMR 분류법에 적용하는 방법으로 RMR의 요소 중 RQD요소(20점) + 간격요소(SP, 20점) 불연속면의 조건(COD, 30점)의 합계점수 70점에 대해 현장에서 측정한 GSI의 값을 70점 만점으로 환산한 값을 GSI70이라 표시한다(식 (12) 참조).
  • 국내에는 갱도나 광주의 크기를 결정할 수 있는 기준이 없는 상태이다. 따라서 Grimstad와 Barton(1993)이 제안한 NMT(Norwegian Method of Tunnelling)의 암반 분류등급 기준과 지보대책을 이용하여 간단하게 무지보 갱도폭을 구하는 식을 유도하여 사용할 것을 제안하고자 한다. Fig.
  • 가장 많이 사용되고 있는 RMR의 경우 조사나 시공단계에서 암반평가를 위한 실제 조사에서도 RQD 값을 구하기위한 시추공의 시추작업이 제한될 뿐만 아니라 시공시에는 시추공을 위한 시추작업이 전혀 이루어지지 않는 실정이다. 따라서 RQD요소를 보다 간단히 측정할 수 있고 또한 절리간격과 같은 요소도 실제로는 RQD와 중복되는 요소로서 간편하게 시추공의 코아에 의존하지 않고 암반평가를 실시할 수 있는 암반분류법을 개발하는 것이 목적이다.
  • 새로운 암반분류법의 제안 이유는 광산현장의 기술인력 부족으로 실제로 암반평가를 실시할 수 있는 광산이 별로 없으므로. 암반분류법 중에서 사용이 다소 용이한 GSI 분류법을 이용하여 RMR법의 2개 요소를 결합하여 현장에서 쉽게 사용할 수 있는 분류법을 제안하고자 하는 것이다. Hoek(1994), Hoek and Brown(1997)에 의해 제안된 정성적인 방법인 GSI(Geological Strength Index)는 현지암반의 강도와 Hoek-Brown 상수뿐만 아니라 절리암반의 탄성계수와 같은 암반의 역학적 성질을 추정할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
  • , 2003) 여전히 답보상태에 있다. 여기에서는 석회석 광산에서 무지보 갱도의 최대 갱도폭을 결정하기 위해 암반분류법 중에 Q 시스템(Barton et al., 1974, 2002)을 이용한 갱도폭의 결정에 대해 고찰하고자 한다. 이를 위해 국내 석회석 지하광산의 200여개 측점에서 암반분류 측정이 이루어졌다.
  • 이를 위해 국내 석회석 지하광산의 200여개 측점에서 암반분류 측정이 이루어졌다. 이 연구의 주된 목적은 국내 석회석 광산의 최대 무지보 갱도 크기의 적정성을 검토하기 위한 것으로서 Q 시스템의 무지보 갱도폭 결정하는 관계식과 안정성 그래프 법을 이용하여 관계식을 유도하고 비교검토가 이루어졌다. 또한 현장에서 기존 암반분류법 사용에 어려움을 겪고 있어 사용하기 쉽도록 GSI와 RMR을 결합한 새로운 방식의 분류법을 제안한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
석회석은 무엇인가? 석회석은 국내생산광물에서 가장 큰 비중을 차지하는 비금속 광상 중의 하나이며, 환경문제로 시멘트 원료를 위한 노천채광을 제외하고는 대부분이 지하채광으로 전환되어 지하 갱도 및 채광장의 안정성 문제뿐만 아니라 채광 후 시간이 경과됨에 따라 지표침하 문제도 점차적으로 발생하고 있는 실정이다. 광산 현장에서는 광물의 품위에 따른 선택채광으로 복합적이고 체계적인 설계과정이나 방법을 적용하는 경우가 드물다.
광산이 채광으로 채굴적 체적이 증가되어 공동 주위의 응력집중은 어떤 결과를 초래할 수 있는가? 광산은 개발초기 시 안전할지라도, 광산운영 중 계속적인 채광으로 채굴적 체적이 증가되어 공동 주위의 응력집중과 크기가 변화된다. 이에 따라 공동주위에서 균열이 발생하고 국부적으로 천반이나 측벽으로부터의 불연속면들에 의해 형성된 쐐기들이 채광에 따른 발파진동 등에 의해 낙석이 발생하면서 넓은 범위의 파괴가 초래되어 불안정성 문제가 심각한 상태에 이르기도 한다. 광산에서 지하공동의 규격 결정이나 암반제어대책으로 사용할 수 있는 일반적인 방법이 없기 때문에 각 현장마다 상황에 따라 경험적으로 결정하거나 종종 여러 불확실성에 대한 해결책으로 암반분류법이 많이 사용되고 있다.
광산에서 갱도나 채굴적 안정성 평가를 위해서 사용하는 분류법은 무엇인가? 광산에서 갱도나 채굴적 안정성 평가를 위해서는 RMR(Bieniawski 1973, 1989)이나 Q시스템(Barton et al., 1974, 2002)과 같은 통상적인 암반분류법을 사용하거나 또는 광산 특수상황에 따른 경험적인 분류방법들이 기존의 분류법들을 근거로 하여 광산에 적용 가능하도록 개선된 분류법들을 사용해왔다. 광산관련 암반분류법은 Laubscher(1977)가 RMR에 발파와 채광에 따른 절리방향, 풍화정도, 유도응력 및 응력변화 등을 고려한 MRMR(Mining Rock Mass Rating)을 처음으로 개발하였다.
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참고문헌 (21)

  1. Barton, N., R. Lien, and J. Lunde, 1974, Engineering classification of rock masses for design of tunnel support, Rock Mech., Vol. 6, 183-236. 

  2. Barton N., 2002, Some new Q-value correlations to assist in site characterization and tunnel design, Int. J. of Rock Mech. Min. Sci., Vol.39, No.2, 185-216. 

  3. Bieniawski Z.T., 1973, Engineering classification of rock masses, Trans. S. Afr Inst. Civ. Eng., Vol.15, No.12, 335-344. 

  4. Bieniawski, Z.T., 1989, Engineering Rock mass classifications, Published by John-Wiley & Sons, 251p. 

  5. Esterhuizen G.S., A.T. Iannacchione, J.L. Ellenberger, D.R. Dolinar, 2006, Roof stability issues in underground limestone mines in the United States. In: Proceed. of the 25th Int. Conf. on ground control in mining, 354-361. 

  6. Grimstad, E. and N. Barton, 1993, Updating of Q-system for NMT, Proc. Int. Symp. on sprayed concrete-Modern use of wet mix sprayed concrete for underground support, Fagernes, 1993, (Eds Kompen, Opsahl and Berg. Norwegian Concrete Association), Oslo, 46-66. 

  7. Hoek E., 1994, Strength of rock and rock masses, ISRM News, Vol. 2, No.2, 4-16. 

  8. Hoek E. and Brown E.T., 1997, Practical estimates of rock mass strength, Int. J. of Rock Mech. Min. Sci., Vol.34, No.8, 1165-1186. 

  9. Laubscher, D.H., 1977, Geomechanics classification of jointed rock masses-Mining applications, Trans. Inst. Min. Metall., Vol. 86, A1-A7. 

  10. Laubscher, D.H., 1984, Design aspects and effectiveness of support system in different mining conditions, Trans. Inst. Min. Metall., Vol. 93, A70-A81. 

  11. Laubscher D.H. & Jakubec J., 2001, The MRMR rock mass classification for jointed rock masses, Underground Mining Methods: Engineering Fundamentals and Int. Case Studies, Society of Mining Engineers, AIME, New York, 474-481. 

  12. Mathews, K.E. et al., 1981, Prediction of stable excavation spans for mining at depths below 1000m in hard rock, CAMMET, Report DSS Serial No. OSQ80-00081. 

  13. Mikula P.A. and M.F. Lee, 2003, Confirmation of Q classification for use at Mt. Charlotte mine, In: Proceed. of the 1st Australian Ground Control in Mining Conference, Australia, Nov., 179-183. 

  14. Nickson, S.D., 1992, Cable support guidelines for underground hard rock mine operations, M.App.Sc thesis, University of British Columbia. 

  15. Peck W.A. and M.F. Lee, 2007, Application of the Q-system to Australian underground metal mines, Proceed. of Int. Workshop on Rock Mass Classification in Underground Mining, IC9498, NIOSH Publication, 129-140. 

  16. Potvin, Y., M. Hudyma, H.D.S. Miller, 1988, Design guidelines for open stope supprot, CIM Bulletin, Vol. 82, No. 926, June, 53-62. 

  17. Rao K.U.M., C. Sunwoo, S.K. Chung, S.O. Choi and Y.S. Jeon, 2003, The Suggestion of rock mass classification systems for stability of underground limestone mines-A case study, Tunnel & Underground space, J. Korean Society for Rock Mechanics, Vol.13, No.5, 421-433. 

  18. Steward, S.B.V. and W.W. Forsyth, 1995, The Mathews method for open stope design, CIM Bulletin, vol. 88, no. 992, 45-53. 

  19. Sunwoo, C., Hwang, S.H., Chung, S.K., Lee, S.K. Han K.C., 2001, Correlation between the rock mass classification methods, J. Korea Geotechnical Society, Vol.17, No.4, 127-134. 

  20. Sunwoo C., K.U.M. Rao, S.K. Chung, S.O. Choi and Y.S. Jeon, 2003, A study for optimum mine opening dimension of underground limestone mines by the rock mass classification, KIGAM Bulletin, Vol.7, No.4, 37-48. 

  21. Sunwoo C. and Y.B. Jung, 2005, Stability assessment of underground limestone mine openings by stability graph method, Tunnel & Underground space, J. Korean Society for Rock Mechanics, Vol.15, No.5, 369-377. 

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