[논문]MIRECO EYE 시스템을 활용한 광산 지하공동의 수치화 및 형상화 분석 연구

김수로; 박제현; 양인재

doi:10.7474/tus.2018.28.5.387

MIRECO EYE 시스템을 활용한 광산 지하공동의 수치화 및 형상화 분석 연구
A Study on Digitization and Figuration Analysis of the Underground Mine Cavity Using MIRECO EYE System 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.28 no.5, 2018년, pp.387 - 399

김수로 (한국광해관리공단 광해기술원) , 박제현 (한국광해관리공단 광해기술원) , 양인재 (한국광해관리공단 광해기술원)

초록
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광해방지사업은 인간의 과거 광산 활동과 현재의 삶(환경)과 밀접하게 관련되어 있다. 이는 광산지역이 국가적 관리가 필요한 이유 중 하나이다. 광해방지사업의 효율적 시행을 위해서는 폐광산 지하공간에 대한 정밀한 조사 및 분석이 필요하다. 한국광해관리공단은 지하공동을 실측하고 조사하는 실용화 기술을 개발해오고 있다. MIRECO EYE 시스템은 지하공동의 3차원 수치화 및 형상화 조사장비이다. 레이저, 소나 및 영상측정 기술이 융복합되어 있으며, 접근이 불가능하였던 지하공동에 대한 정보를 획득하고, 광산 지역의 침하 위험관리에 사용되고 있으며, 최근에는 도심지 싱크홀 분야 등 다양한 목적으로도 활용되고 있다. 본 연구는 MIRECO EYE 시스템을 통해 획득된 정밀 수치정보 및 형상정보의 분석에 관한 연구이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Mine reclamation project is closely related to human's past mining activities and the current human's living environment. It is a reason for the national management. In order to efficiently carry out mine reclamation projects, a precise investigation and analysis of the underground space of the abandoned mine is required. Korea MINE RECLAMATION Corp. is developing a practical technology that is effective in investigating and actually measuring underground cavities. MIRECO EYE system is an exploration equipment for 3D digitization and figuration of underground cavities. As combining a laser, sonar and image acquisition technology, it enables access to information about inaccessible underground cavities and effective management of subsidence risk of mined area. and currently it is also utilized for various purposes in related areas such as investigating urban sinkholes. This article is precise numerical and geometric information analysis obtained through MIRECO EYE system.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Data distribution of the abandoned mine tunnel (Kim et al., 2016)
표 Table 1. Summary of the abandoned mine tunne size distribution (Kim et al., 2016)
그림 Fig. 2. Ratio of height and width in mine tunnel data (Kim et al., 2016)
그림 Fig. 3. Hydraulic radius or shape factor of abandoned mine tunnels with mine types
표 Table 2. Statistical review of abandoned mine tunnel hydraulic radius or shape factor
그림 Fig. 4. Hydraulic radius or shape factor of abandoned mine tunnels with regional areas
그림 Fig. 5. View of “MIRECO EYE” System
그림 Fig. 6. Location of survey site
그림 Fig. 7. View of vertical mine tunnel
표 Table 3. Summary of the vertical mine tunnel survey
표 Table 4. Review of the mine tunnel survey (1’st survey)
그림 Fig. 8. Result of the surveyed 3D modeling figuration
그림 Fig. 9. Compare results of 3D modeling figuration
그림 Fig. 10. Result of modeling with CAD compatible
표 Table 5. Analyzed result in measuring data
그림 Fig. 11. Numerical section information versus depth
그림 Fig. 12. Comparison results of 2D section figuration(1^st : Blue line, 2^nd : Red line)

AI 본문요약
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문제 정의

지하공동 형상화 기술을 활용하여 접근이 불가능하거나, 조사 위험성으로 측정되지 못하였던 폐광산 지하공동도 정밀한 측정이 가능하였다. 다양한 지하공동의 형태와 변화에 대한 자료 취득 및 경험을 통해 광산 지하공동에 대한 수치정보 확보 및 분석 능력을 향상시키고자 한다.
측정 속도가 향상된 측정시스템(MIRECO EYE Q)을 활용하여 가행광산 갱도의 수치정보를 취득하고, 그 결과를 형상화 하였다. 또한 지하공동의 단면에 대한 형상계수 활용성을 검토하였다.
본 연구에서는 한국의 폐광산 지하공동의 형상 자료를 분석하여 광종별, 지역별 수치 특성을 검토하였다. 측정 속도가 향상된 측정시스템(MIRECO EYE Q)을 활용하여 가행광산 갱도의 수치정보를 취득하고, 그 결과를 형상화 하였다.
조사 대상 광산의 조업(광석의 투입) 여건으로 인하여 신속 측정기능이 불가피하여 특수기능 모델로[MIRECO EYE -(Q)] 기술지원 되었다. 본 조사는 수직갱 내부의 형상을 수치적으로 검토할 수 있는 정보를 제공하여 지속가능한 광업(광해방지) 활동 지원키 위하여 실시되었다. 조사대상은 글로리홀 수갱이며, 붕락위험이 상존하여 입갱조사가 불가능하여 공단의 지하공동 형상화 기술이 필요하였다.

제안 방법

Table 2는 1,784개 광산의 4,473개 자료를 정리하여, 광종별 및 지역별로 폐광산의 갱도형상을 수치적으로 분석한 하였다. 광종별 수치 분포는 Fig.
11은 단면적 수치를 심도에 따라 도시한 것이다. 단면적 변화가 큰 지점은 2차원 단면 형상과 수치 변화 값을 분석하여 도시하였다(Fig. 12 참조).
또한 도심지 싱크홀 위험지, 군용 땅굴 등 사업을 위한 기초정보 취득에 활용될 수 있다. 본 기술은 지하 채굴공동에 대하여 시추공 삽입･운용공정부터, 지하 채굴공동의 규모 및 형상을 실측･조사하는 장비 시스템, 수치화 및 형상화 소프트웨어까지를 기술범위로 한다.
조사는 2회에 걸쳐 실시되었으며, 11개월의 시차를 두고 실시되었다. 시간에 따른 변화를 검토하기 위하여 2회의 조사 수치를 검토하였다. Fig.
시간에 따라 지하공동 붕락은 지하공동의 활용 검토에 중요한 검토사항이다. 조사는 2회에 걸쳐 실시되었으며, 11개월의 시차를 두고 실시되었다. 시간에 따른 변화를 검토하기 위하여 2회의 조사 수치를 검토하였다.
조사의 기준점은 수갱의 상부 갱구(0 m)로 설정하였으며, (-)165 m까지 측정 장비를 하강한 후 단위거리 마다 인코딩과 동시에 단면을 측정하여 내부 수치정보를 측정하였다. 총 높이 165 m의 조사 시간은 100분(1차 조사)이 소요되었으며, 이를 통해 수갱 내부에서 825단면, 좌표점 297,360점의 정보를 획득하였다.
지하공동 형상화기술을 활용하여 입갱이 불가능하였던 가행광산의 수갱을 정밀 측정하고 모델링을 수행하였다. 측정된 수치 및 형상자료는 지하공동에 대한 수치적 변화, 형상의 변화를 관찰에 유용하였다.
본 연구에서는 한국의 폐광산 지하공동의 형상 자료를 분석하여 광종별, 지역별 수치 특성을 검토하였다. 측정 속도가 향상된 측정시스템(MIRECO EYE Q)을 활용하여 가행광산 갱도의 수치정보를 취득하고, 그 결과를 형상화 하였다. 또한 지하공동의 단면에 대한 형상계수 활용성을 검토하였다.
10은 모델링된 결과를 Autocad와 연동하도록 생성한 모델링한 결과이다. 측정된 형상 모델을 구간별로 검토하였다. 조사심도 0~(-)50 m 구간은 시점부에서 종방향 균열을 따라 붕락된 것으로 추정되는 형상을 확인할 수 있으며, 약 30 m 지점부터 단면 확대가 관찰되고 있다.
한국의 폐광산 1,784개 광산, 4,473개 자료를 통해 한국의 폐광산의 갱도형상을 수치적으로 분석하였다. 이 자료를 통해 형상 계수(shape factor, S)의 수치적 평균값은 0.
형상 모델은 자체 개발된 프로그램으로 2차원 단면 및 3차원 형상을 복합하여 구현하였으며, 자체 DXF 출력기능을 통해 Autocad 프로그램에서 부가적인 수치정보를 취득하였다. 조사 대상 및 장비의 기본 정보는 Table 3과 같다.

대상 데이터

조사 대상 광산은 가행 중이며, 경기도 가평군에 위치하고 있다. 2회의 조사는 약 11개월의 시간차이가 있다.
1 m, 굴상고 195 m로 개설되었으며, 현재 채광된 광석의 이송에 사용되고 있다. 조사 대상 광산의 조업(광석의 투입) 여건으로 인하여 신속 측정기능이 불가피하여 특수기능 모델로[MIRECO EYE -(Q)] 기술지원 되었다. 본 조사는 수직갱 내부의 형상을 수치적으로 검토할 수 있는 정보를 제공하여 지속가능한 광업(광해방지) 활동 지원키 위하여 실시되었다.
2회의 조사는 약 11개월의 시간차이가 있다. 조사대상 수갱(글로리홀)은 직경 3.1 m, 굴상고 195 m로 개설되었으며, 현재 채광된 광석의 이송에 사용되고 있다. 조사 대상 광산의 조업(광석의 투입) 여건으로 인하여 신속 측정기능이 불가피하여 특수기능 모델로[MIRECO EYE -(Q)] 기술지원 되었다.
본 조사는 수직갱 내부의 형상을 수치적으로 검토할 수 있는 정보를 제공하여 지속가능한 광업(광해방지) 활동 지원키 위하여 실시되었다. 조사대상은 글로리홀 수갱이며, 붕락위험이 상존하여 입갱조사가 불가능하여 공단의 지하공동 형상화 기술이 필요하였다. 조사 구간의 높이는 0 m ~(-)165 m이며, 나머지 (-)165 m~(-)195 m 구간은 광석적치로 인한 조사불가 상태로 조사 대상에서 제외되었다.
조사의 기준점은 수갱의 상부 갱구(0 m)로 설정하였으며, (-)165 m까지 측정 장비를 하강한 후 단위거리 마다 인코딩과 동시에 단면을 측정하여 내부 수치정보를 측정하였다. 총 높이 165 m의 조사 시간은 100분(1차 조사)이 소요되었으며, 이를 통해 수갱 내부에서 825단면, 좌표점 297,360점의 정보를 획득하였다. 조사 대상지의 사진은 Fig.

성능/효과

광종별로 검토해보면, 석탄광산 및 비금속광산의 형상 계수(shape factor, S) 평균값은 전체 평균보다 높은 값으로 나타났으며, 금속광산의 형상계수는 전체평균보다 낮은 값으로 나타났다. 전체 형상 계수(shape factor, S)의 중간 값은 0.
0 m 주변을 상세 분석하였다. 단면적의 확대가 10% 이상을 보인 구간은 102.84 m~107.59 m이며, 20% 이상을 보인 구간은 103.4 m~15.99 m로 매우 협소한 구간 국한되는 것으로 확인되었다. 해당 구간은 단면 확대 구간의 최하단부로서, 광물의 급광시 충격 등 외부 요인으로 인하여 상대적으로 단면 확대가 커질 수 있는 위치로 판단된다.
한국의 폐광산 1,784개 광산, 4,473개 자료를 통해 한국의 폐광산의 갱도형상을 수치적으로 분석하였다. 이 자료를 통해 형상 계수(shape factor, S)의 수치적 평균값은 0.485이나, 지역별, 광종별 차이가 있는 것으로 확인되었다. 광산정보가 없는 폐광산 관련 검토에 참고할 수 있는 자료로 사료된다.
광종별로 검토해보면, 석탄광산 및 비금속광산의 형상 계수(shape factor, S) 평균값은 전체 평균보다 높은 값으로 나타났으며, 금속광산의 형상계수는 전체평균보다 낮은 값으로 나타났다. 전체 형상 계수(shape factor, S)의 중간 값은 0.474로 나타났으며, 평균값과 유사하게 강원 및 충청지역은 전체 중간 값보다 높게 나타났으며, 광종별로 석탄광산 및 비금속광산도 전체 중간 값보다 높게 나타났다. 전체 표준편차는 전체 0.
4에 도시하였다. 형상 계수(shape factor, S)의 평균값은 0.485이나, 강원지역 및 충청지역의 형상 계수 평균값은 전체 평균값 보다 큰 값으로 나타났다. 나머지 경기지역, 호남지역 및 영남지역은 전체 평균값 보다 작은 값으로 나타났다.

후속연구

특히 광해방지사업 설계를 위해서는 공동 내부 절대 위치 정보 및 상대 위치 정보가 함께 필요하다. 또한 이러한 정보는 사업관계자에게 쉽게 이해되도록 가공되어야 하며, 3D 형상 모델링 등 직관적인 방식이 사업관계자에게 유용할 것이다.
한국광해관리공단의 지하공동 형상화 기술(MIRECO EYE)은 국가 신기술(NET) 제1,040호로 지정된 기술이다. 이 기술은 레이저 센싱 기술, 소나 센싱 기술 및 영상취득 기술이 복합된 기술이며, 접근이 불가능한 지하공동을 실측 조사하고, 취합된 실측 정보는 지하 채굴공동의 형상화 및 수치 정보 재생산에 유용하게 활용될 수 있다. 또한 도심지 싱크홀 위험지, 군용 땅굴 등 사업을 위한 기초정보 취득에 활용될 수 있다.
상세 분석에는 위치정보와 연계한 면적정보 등 정보 분석이 유효하였다. 일부 단면적 변화와 형상계수의 변화를 검토를 수행하였으나, 보다 많은 자료가 필요한 것으로 판단된다.
광해방지사업을 위한 광산정보가 부적한 사례가 있다. 통계적 형상계수 값도 폐광으로 정보가 부족한 광산에 대하여 갱도 형상 추정에 활용할 수 있는 자료로 사료된다.
단면 확대가 심하지 않은 0~(-)50 m 구간은 1~2 사이 값으로 나타내고, 100 m 이상 구간에서는 1보다 낮은 값도 일부 관찰된다. 향후 각 단면별 2차 정보를 취득하여 상세검토를 실시할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광산 채굴 공동은 어떤 목적으로 굴착되는가?	광산 채굴 공동은 반영구적 목적의 토목 터널과 다르게 경제성 극대화를 위해 채광작업 기간 동안의 자립만을 목적으로 굴착된다(Bieniawski, 1984). Lim 등(2000)은 석탄광산의 갱도는 협소하고, 갱도 주변암석의 특성으로 인하여 갱도 유지가 어렵다고 하였다.
	지하공동 형상화기술을 활용하여 측정된 수치 및 형상자료는 어디에 유용하였는가?	지하공동 형상화기술을 활용하여 입갱이 불가능하였던 가행광산의 수갱을 정밀 측정하고 모델링을 수행하였다. 측정된 수치 및 형상자료는 지하공동에 대한 수치적 변화, 형상의 변화를 관찰에 유용하였다. 상세 분석에는 위치정보와 연계한 면적정보 등 정보 분석이 유효하였다.
	Choi 등(2005)이 정의한 지반침하 위험요소는?	금속광산의 경우, 갱도 주변암반이 견고하여 일부를 제외하고는 유지되고 있으며, 단면의 형태가 다양하다고 보고하였다. Choi 등(2005)은 지반침하의 위험요소는 ①채굴적의 폭, ②지반내 측압계수, ③채굴적의 심도, 그리고 ④채굴적의 높이의 순으로 나열하였다. 이는 광산 지하 채굴공동 형상에 대한 기초 정보도 광산 안전검토에 유용한 정보가 될 수 있음을 추정할 수 있다.

참고문헌 (11)

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Bieniawski, Z. T., 1984, Rock mechanics design in mining and tunneling, Balkema, Rotterdam.
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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