[논문]채굴공동의 안정성 유지를 위한 채움재의 충전과 계측시스템 구축에 관한 기초연구요

김병렬; 이승중; 최성웅

doi:10.7474/tus.2019.29.6.407

채굴공동의 안정성 유지를 위한 채움재의 충전과 계측시스템 구축에 관한 기초연구요
A Fundamental Study on Backfilling and Monitoring System for Stability of Underground Mine Openings 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.29 no.6, 2019년, pp.407 - 424

김병렬 (강원대학교 에너지자원공학전공) , 이승중 (강원대학교 지구자원연구소) , 최성웅 (강원대학교 공과대학 에너지자원공학전공)

초록
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지하 채굴공동의 충전은 채굴공동의 붕괴에 의한 지반침하의 근본적인 원인을 제거하여 광산지역의 장기적인 안정성을 확보할 수 있는 방법으로 알려져 있다. 이러한 채굴공동의 효율적인 충전을 위해서는 계측을 함께 수행하여 충전효과와 채움재의 역학적인 특성을 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 국내 지하광산의 안정성 유지를 위하여 광산채움재의 충전에 대한 기술수준을 검토하고, 광산채움재의 실시간 계측시스템을 구축하였다. 국내외 충전 및 계측사례를 조사하여 기술수준을 검토하고, 이를 기반으로 국내 지하광산에 적합한 계측기기와 항목을 산정하였으며, 효율적인 계측기기의 운영을 위하여 실시간 모니터링 프로그램을 개발하였다. 또한, 실시간 계측시스템의 현장적용성을 검토하기 위하여 광산채움재를 충전하고 계측을 수행하는 실물모형시험을 진행하였으며, 실물모형시험으로부터 계측된 결과를 분석하고, 국외의 충전 및 계측사례와 비교하였다. 이로 인해 본 연구에서 수행된 실물모형시험의 적합성을 확인하였으며, 실시간 계측시스템의 현장적용성이 확보된 것으로 판단하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

To prevent possible accidents by surface subsidence, backfilling operation is known to be one of the most effective methods for ensuring the long-term ground stability because it can eliminate fundamentally the origin of underground mine opening collapse. Also, for effective backfilling of underground mine opening, it is necessary to keep monitoring of backfilled mine opening for analyzing several factors such as filling effect with change of backfill material and characteristics of backfill material. Therefore, in this study, a monitoring system which consists of measuring device and software program has developed to examine the performance of backfilling operation and verify to field applicability to underground mine. Sensors for measuring device have been selected through study of recent research papers and mock-up test has been performed to verify the system compliance. Also, monitoring result of the mock-up test compared to case studies in some countries. From monitoring result fo the mock-up test compared to case studies in some countries, consequently, it was concluded that the developed real-time monitoring system had ensured filed applicability in the underground mine.

주제어

표/그림 (20)

그림 Fig. 1. Photo of safety pillar in Buick mine (Tesarik et al., 2003)
그림 Fig. 2. Plan view of Area 5 in Buick mine (Tesarik et al., 2009)
그림 Fig. 3. Schematics showing the device installation before safety pillar recovering and the current device installed after 16 years monitoring in Area 5 of Buick mine (Tesarik et al., 2009)
그림 Fig. 4. Post-mining stress history curves measured by earth pressure cells installed in Area 5 of Buick mine (Tesarik et al., 2009)
그림 Fig. 5. The ground surface building of Tangshan coal mine (Zhao et al., 2017)
그림 Fig. 6. Photos showing the developed sensor for monitoring the displacement and stress (Zhao et al., 2017)
그림 Fig. 7. Schematics of displacement and stress monitoring system developed in Tangshan coal mine (Zhao et al., 2017)
그림 Fig. 8. Illustration of installation process for field monitoring system (Zhao et al., 2017)
그림 Fig. 9. Subsidence history of roof strata over 58 days after backfilling operation (Zhao et al., 2017)
그림 Fig. 10. Layout of 685 mine opening in Cayeli mine and location of sensor installed (Thompson et al., 2012)
그림 Fig. 11. Long-term measurements for total earth pressure, pore pressure and temperature in stope 685 (Thompson et al., 2012)
표 Table 1. Results of worldwide case studies on backfilling operation in underground mine openings
표 Table 2. Summary of field cases for underground mine opening reinforcement in Korea
그림 Fig. 12. Developed real-time program for monitoring the behavior of backfill and surrounding rock mass
표 Table 3. Summary of monitoring subject and device installed in test bed in limestone mine
그림 Fig. 13. Schematic illustration of mock-up test specimens
그림 Fig. 14. Photos of mock-up testing for verifying the applicability of real-time monitoring system
그림 Fig. 15. Vertical stress and temperature versus time curves of mock-up test
표 Table 4. Chemical composition of fly ash and bottom ash of CFBC boiler (Cho et al., 2018)
그림 Fig. 16. Vertical strain versus time curves measured by strain gauge of mock-up test

AI 본문요약
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문제 정의

국외의 지하광산에서는 채굴공동의 충전시공 이후에 채움재 및 주변 암반에 대한 계측을 수행하여 채굴공동의 장기적인 안정성을 유지하고 있는 사례들이 보고되고 있으며, 본 연구에서는 대표적인 국외의 채굴공동의 충전사례 및 장기적인 계측사례를 소개하고 실시간 계측시스템 구축에 반영하고자 하였다.
본 연구에서는 구축된 실시간 계측시스템의 현장적용성을 검토하기 위하여 채움재를 충전하고 계측을 수행하는 실물모형시험을 수행하였다. 이를 위하여 Fig.
본 연구에서는 국내 지하광산의 장기적인 안정성 유지와 채굴공동 붕괴에 의한 지반침하의 예방을 위하여, 국내외의 충전 및 계측 사례에 대한 조사를 수행하여 기술 수준을 검토하였으며, 이를 기반으로 국내의 지하광산에 적합한 계측항목과 기기를 선정하고, 이를 효율적으로 운용하기 위한 실시간 모니터링 프로그램을 개발하여 국내의 지하광산 특성을 고려한 광산채움재의 실시간 계측시스템을 구축하였다. 또한, 실시간 계측시스템의 현장적용성을 검토하기 위하여 비산재와 바닥재를 결합제로 사용하여 실물모형시험을 수행하였으며, cemented paste backfill 방법으로 채움재를 충전하고 약 8일간 채움재의 거동특성을 계측하였다.
본 연구에서는 국내 지하광산의 장기적인 안정성 유지와 채굴공동 붕괴에 의한 지반침하의 예방을 위하여, 국내의 지하광산 특성을 고려한 광산채움재의 실시간 계측시스템을 구축하였다. 이를 위하여 국내외 사례조사를 수행하여 충전과 계측목적에 부합하는 충전과 계측방안을 분석하였으며, 이를 기반으로 국내의 지하광산에 적합한 계측항목과 기기를 선정하고, 이를 효율적으로 운용하기 위한 실시간 모니터링 프로그램을 개발하였다.
본 연구에서는 국내외 지하광산에서 채움재를 충전하고, 이를 계측한 사례를 기반으로 국내의 지하광산이 갖는 특성을 고려한 광산채움재의 실시간 계측시스템을 구축하고자, 국내의 지하광산에 적합한 계측항목과 계측기기를 선정하고, 이러한 계측기기를 복합적이고 효율적으로 운용하기 위한 실시간 모니터링 프로그램을 개발하였다.
지하광산의 장기적인 안정성 유지와 재채광에 의한 채수율(extraction ratio)의 향상을 위하여 광산채움재를 충전하고 채움재와 주변 암반의 거동특성을 계측한 국내외 사례조사를 수행하였다. 조사된 국내외 사례로부터 충전과 계측목적에 부합하는 충전과 계측방안을 분석하고, 이를 본 연구의 실시간 계측시스템의 구축에 반영하고자 검토하였다.

제안 방법

, 2012). Cayeli 광산에서는 지하광산의 안정성 유지와 시간이력에 따른 채움재 내부의 역학적 거동특성을 분석하기 위하여 Cayeli 광산의 685 채굴공동을 충전하고, 계측기기를 채움재 내부와 바리케이트(barricade)에 설치하여 계측을 수행하였다.
Cemented paste backfill 방법을 적용하여 채굴공동을 충전하였으며, 광미와 결합제를 혼합하여 충전 재료로 이용하였다. 또한, 채움재 내부의 특정한 위치에서의 응력, 공극수압, 온도 등을 종합적으로 측정하기 위하여 케이지(cage)내에 계측기기를 설치하여 통합계측기기를 구성하였으며, 이를 Fig.
13과 같은 형상으로 실물모형시험의 시험 틀을 제작하고, cemented paste backfill 방법을 이용하여 충전시공을 수행하였으며, 채움 재료로는 시멘트, 석분(tailing of limestone), 결합제와 물을 혼합하여 사용하였다. 결합제로는 산업부산물인 순환유동층 방식(circulating fluidized bed combustion)을 이용한 보일러의 발전회를 사용하였으며, 결합제의 종류에 따라 비산재(fly ash)를 첨가한 시험편과 바닥재(bottom ash)를 첨가한 시험편으로 구분하여 시험을 수행하였다. 채움재 내의 재료는 부피 기준으로 시멘트 8.
, 2003). 광산 내 약 1,720 만 톤의 고품위 수직광주를 Fig. 2와 같은 계획으로 회수하기 위하여, 테스트 베드인 Area 5 지역의 채굴공동을 충전하고 채굴공동 및 채움재에 대한 실시간 계측을 수행하였으며, 계측된 결과를 기반으로 수직광주의 회수 시 채굴공동의 거동과 수직광주 회수 이후의 장기적인 안정성을 분석하였다(Fig. 1). 지하광산의 채굴공동을 충전하기 위하여 Cemented rockfill 방법을 사용하였으며, 폐석, 시멘트, 물, 광미, 그리고 화력발전소의 비산재(fly ash)를 혼합하여 채움재로 이용하여 지하광산의 채굴공동을 완전히 충전하였다.
국내외 지하광산에서 채움재를 충전하고, 계측한 사례들과 활발한 조산운동에 의한 지질 및 지형, 급경사 광체를 고려한 채광방법, 저심도에 위치하는 채굴공동 등의 국내 지하광산이 갖는 환경적인 특성들을 종합적으로 고려하여, 국내의 지하광산에 적합한 실시간 계측시스템의 계측항목과 계측기기를 선정하였다.
또한, 구축된 실시간 계측시스템의 현장적용성을 검토하고자, 광산 채움재와 실시간 계측시스템을 이용하여 실물모형시험(mock-up test)을 수행하였으며, 광산 채움재 내부에 실시간 계측시스템을 설치하고 모니터링을 수행하고 계측결과를 분석하였다.
이를 위하여 국내외 사례조사를 수행하여 충전과 계측목적에 부합하는 충전과 계측방안을 분석하였으며, 이를 기반으로 국내의 지하광산에 적합한 계측항목과 기기를 선정하고, 이를 효율적으로 운용하기 위한 실시간 모니터링 프로그램을 개발하였다. 또한, 국내 지하광산에 대한 실시간 계측시스템의 현장적용성을 확인하기 위하여, 채움재의 충전과 실시간 계측을 포함하는 실물모형시험(mock-up test)을 수행하고, 시험의 결과와 국외 사례의 계측결과를 분석하였다.
본 연구에서는 국내 지하광산의 장기적인 안정성 유지와 채굴공동 붕괴에 의한 지반침하의 예방을 위하여, 국내외의 충전 및 계측 사례에 대한 조사를 수행하여 기술 수준을 검토하였으며, 이를 기반으로 국내의 지하광산에 적합한 계측항목과 기기를 선정하고, 이를 효율적으로 운용하기 위한 실시간 모니터링 프로그램을 개발하여 국내의 지하광산 특성을 고려한 광산채움재의 실시간 계측시스템을 구축하였다. 또한, 실시간 계측시스템의 현장적용성을 검토하기 위하여 비산재와 바닥재를 결합제로 사용하여 실물모형시험을 수행하였으며, cemented paste backfill 방법으로 채움재를 충전하고 약 8일간 채움재의 거동특성을 계측하였다. 이후에 계측된 결과와 국외의 사례의 분석결과를 비교하여 실물모형시험의 적합성과 계측시스템의 현장적용성을 검토하였다.
또한, 채움재 내부 및 주변 암반에 설치되는 계측기기를 복합적이고 효율적으로 운용하기 위하여 계측기기로부터 수집된 데이터의 처리와 저장을 동시에 수행할 수 있는 실시간 모니터링 프로그램을 개발되었다(Fig. 12). National Instruments의 LabVIEW를 기반으로 하고 있는 실시간 모니터링 프로그램은 RS-232 인터페이스와 이더넷(Ethernet)을 이용하여 계측기기와 PC를 연결하고, Modbus protocol 방식을 채택하여 계측 데이터를 실시간으로 수집할 수 있도록 하였다.
Cemented paste backfill 방법을 적용하여 채굴공동을 충전하였으며, 광미와 결합제를 혼합하여 충전 재료로 이용하였다. 또한, 채움재 내부의 특정한 위치에서의 응력, 공극수압, 온도 등을 종합적으로 측정하기 위하여 케이지(cage)내에 계측기기를 설치하여 통합계측기기를 구성하였으며, 이를 Fig. 10에서와 같이 채움재의 구속을 위한 바리케이트와 채굴공동의 바닥으로부터 2.0 m, 6.0 m, 10.0 m 이격하여 설치하였다. 이후에 685 채굴공동의 바닥면으로부터 9 m 높이를 기준으로 결합제의 비율을 변경하여 685 채굴공 동을 충전하였으며, 채움재와 바리케이트의 역학적 특성을 분석하기 위하여 충전으로부터 63일간 실시간 모니터링을 수행하였다.
7). 또한, 채움재의 상태에 대한 실시간 모니터링을 위하여 RS485 통신방식을 채택한 고속의 장거리 통신 시스템을 Fig. 8과 같이 구축하였으며, 이를 이용하여 약 3개월간 실시간 모니터링을 수행하였다. Fig.
본 연구에서는 구축된 실시간 계측시스템의 현장적용성을 검토하기 위하여 채움재를 충전하고 계측을 수행하는 실물모형시험을 수행하였다. 이를 위하여 Fig. 13과 같은 형상으로 실물모형시험의 시험 틀을 제작하고, cemented paste backfill 방법을 이용하여 충전시공을 수행하였으며, 채움 재료로는 시멘트, 석분(tailing of limestone), 결합제와 물을 혼합하여 사용하였다. 결합제로는 산업부산물인 순환유동층 방식(circulating fluidized bed combustion)을 이용한 보일러의 발전회를 사용하였으며, 결합제의 종류에 따라 비산재(fly ash)를 첨가한 시험편과 바닥재(bottom ash)를 첨가한 시험편으로 구분하여 시험을 수행하였다.
채굴공동의 안정성 확보와 도심지의 지표 함몰을 방지하기 위하여 채탄이후에 광산의 폐석을 이용한 충전과 채굴공동의 천반변위와 채움재에 작용하는 응력에 대한 계측을 수행했다. 이를 위하여 Fig. 6과 같은 채굴공동의 천반 변위 및 채움재에 작용하는 응력을 측정할 수 있는 계측기기를 자체적으로 개발하고, 이를 채움재 내에 격자형으로 설치하였다(Fig. 7). 또한, 채움재의 상태에 대한 실시간 모니터링을 위하여 RS485 통신방식을 채택한 고속의 장거리 통신 시스템을 Fig.
본 연구에서는 국내 지하광산의 장기적인 안정성 유지와 채굴공동 붕괴에 의한 지반침하의 예방을 위하여, 국내의 지하광산 특성을 고려한 광산채움재의 실시간 계측시스템을 구축하였다. 이를 위하여 국내외 사례조사를 수행하여 충전과 계측목적에 부합하는 충전과 계측방안을 분석하였으며, 이를 기반으로 국내의 지하광산에 적합한 계측항목과 기기를 선정하고, 이를 효율적으로 운용하기 위한 실시간 모니터링 프로그램을 개발하였다. 또한, 국내 지하광산에 대한 실시간 계측시스템의 현장적용성을 확인하기 위하여, 채움재의 충전과 실시간 계측을 포함하는 실물모형시험(mock-up test)을 수행하고, 시험의 결과와 국외 사례의 계측결과를 분석하였다.
이에 본 연구에서는 앞의 Fig. 15에서와 같은 실물모형시험의 계측결과와 앞서 조사된 미국의 Buick 광산에서 계측한 결과 (Fig. 4)와 터키의 Cayeli 광산에서 계측한 결과(Fig. 11)를 비교하여 본 연구에서 구축한 실시간 계측시스템의 현장적용성을 재평가하였다. 본 연구에서는 실제의 광산현장에서 충전과 계측이 수행된 두 국외사례의 결과와 실물모형시험의 계측결과가 유사한 양상을 나타낸다면 현장적용성을 확보한 것으로 판단하였다.
0 m 이격하여 설치하였다. 이후에 685 채굴공동의 바닥면으로부터 9 m 높이를 기준으로 결합제의 비율을 변경하여 685 채굴공 동을 충전하였으며, 채움재와 바리케이트의 역학적 특성을 분석하기 위하여 충전으로부터 63일간 실시간 모니터링을 수행하였다.
또한, 실시간 계측시스템의 현장적용성을 검토하기 위하여 비산재와 바닥재를 결합제로 사용하여 실물모형시험을 수행하였으며, cemented paste backfill 방법으로 채움재를 충전하고 약 8일간 채움재의 거동특성을 계측하였다. 이후에 계측된 결과와 국외의 사례의 분석결과를 비교하여 실물모형시험의 적합성과 계측시스템의 현장적용성을 검토하였다. 본 연구에서 수행한 내용을 요약하면 다음과 같다.
지하광산의 장기적인 안정성 유지와 재채광에 의한 채수율(extraction ratio)의 향상을 위하여 광산채움재를 충전하고 채움재와 주변 암반의 거동특성을 계측한 국내외 사례조사를 수행하였다. 조사된 국내외 사례로부터 충전과 계측목적에 부합하는 충전과 계측방안을 분석하고, 이를 본 연구의 실시간 계측시스템의 구축에 반영하고자 검토하였다.
1). 지하광산의 채굴공동을 충전하기 위하여 Cemented rockfill 방법을 사용하였으며, 폐석, 시멘트, 물, 광미, 그리고 화력발전소의 비산재(fly ash)를 혼합하여 채움재로 이용하여 지하광산의 채굴공동을 완전히 충전하였다.
지하광산의 채굴공동의 충전시공과 고품위 수직광주의 회수로 인한 지반 및 채움재의 거동특성과 응력 분포를 분석하고자, 시추공 신장계(borehole extensometer), 토압계(total earth pressure cell), 응력계(stress meter), 변형률계(strain gauge)를 Fig. 3과 같이 채움재의 내부와 주변암반에 설치하고, 약 16년에 걸쳐 계측을 수행하였다.
, 2017). 채굴공동의 안정성 확보와 도심지의 지표 함몰을 방지하기 위하여 채탄이후에 광산의 폐석을 이용한 충전과 채굴공동의 천반변위와 채움재에 작용하는 응력에 대한 계측을 수행했다. 이를 위하여 Fig.

대상 데이터

본 연구에서는 주방식 채광법을 이용하는 국내 OO 석회석 광산을 연구 광산으로 설정하였으며, OO 석회석 광산은 지표 하부 40 m에 최상부의 채굴공동이 위치하고 지하수위 상부에 채굴공동이 위치하는 특성을 가진다(Kwon et al., 2016). 이를 고려하여 OO 석회석 광산의 계측 항목과 범위를 Table 3과 같이 선정하였다.
결합제로는 산업부산물인 순환유동층 방식(circulating fluidized bed combustion)을 이용한 보일러의 발전회를 사용하였으며, 결합제의 종류에 따라 비산재(fly ash)를 첨가한 시험편과 바닥재(bottom ash)를 첨가한 시험편으로 구분하여 시험을 수행하였다. 채움재 내의 재료는 부피 기준으로 시멘트 8.2%, 석분 65.5%, 결합제 11%에 물 15.3%를 혼합하여 사용하였다.

성능/효과

1) 미국, 중국 등 국외의 지하광산에서는 수직광주의 효율적인 회수와 지표 및 채굴공동의 장기적인 안정성을 유지하기 위한 방안으로, 채굴공동을 충전하고 채움재와 채굴공동에 대한 계측을 실시간으로 수행하고 있는 사례들을 확인하였다. 이와 달리 국내의 지하광산에서는 국부적으로 채굴공동의 충전을 수행하고 간접적으로 채굴공동 상부의 지반과 지표면을 계측하는 사례들만을 확인할 수 있었다.
2) 비산재와 바닥재를 포함한 광산채움재의 실물모형시험에 대한 계측을 수행한 결과, 채움재 내부에서의 최고온도는 비산재를 포함한 경우보다 바닥재를 포함한 경우 3.47°C 높은 수준을 보이는 것으로 확인되었다.
채움재 내부의 응력은 충전 직후에 최대 응력을 나타낸 이후에 급격히 감소하는 경향을 가지며, 채움재 내부의 최고 온도는 약 24일 경과 이후에, 55°C를 나타내는 것으로 확인되었다. 또한, 발열반응에 의한 온도상승으로 인하여 공극수압이 급격히 감소하는 경향을 나타내고 있으며, 충전으로부터 63일 경과한 시점에서도 채움재의 경화반응이 지속되고 있는 것으로 분석하였다.
47°C 높은 수준을 보이는 것으로 확인되었다. 또한, 채움재의 경화이후에 일정한 변형률로 수렴하는 비산재를 포함한 경우의 계측결과와는 달리, 바닥재를 포함한 경우의 계측결과에서는 채움재의 경화이후 지속적으로 팽창하는 양상을 나타내었다. 이는 바닥재에 상대적으로 많이 포함되어 있는 SO₃성분이 채움재 내부의 발열 현상과 채움재의 팽창에 기인하기 때문인 것으로 판단된다.
11)를 비교하여 본 연구에서 구축한 실시간 계측시스템의 현장적용성을 재평가하였다. 본 연구에서는 실제의 광산현장에서 충전과 계측이 수행된 두 국외사례의 결과와 실물모형시험의 계측결과가 유사한 양상을 나타낸다면 현장적용성을 확보한 것으로 판단하였다.
본 연구의 실물모형시험과 국외의 사례들에서의 응력이력곡선은 충전 초기에 채움재의 자중에 의하여 높은 응력 수준을 나타내고, 이후에는 채움재의 경화가 진행되어 채움재의 하단부에 작용하는 응력이 감소하여 일정한 응력 수준으로 수렴하는 경향을 공통적으로 갖는 것으로 확인되었다. 이러한 유사한 양상은 실물모형시험과 국외 사례들의 온도이력곡선에서도 확인할 수 있으며, 충전 초기에 채움재의 경화에 의한 발열반응으로 채움재 내부의 온도가 급격히 상승하고 최고 온도를 도달한 이후에 점차적으로 온도가 하강하는 경향을 나타낸다.
4는 Area 5의 북쪽 갱도에 설치된 토압계에서 계측된 응력이력곡선으로, 수직광주 회수 이전에는 평균 900 kPa의 응력분포를 나타내고 있다. 수직광주 회수 이후에는 회수 이전에 비해 평균적으로 35% 증가된 응력 분포를 나타내고 있으며, 최대 1.75 MPa의 응력이 작용하고 있는 것으로 확인되었다. 채굴공동이 충전되고 16년이 경과한 시점에서 측정된 채움재의 일축압축강도는 2.
이상의 계측자료들을 비교한 결과로부터 본 연구에서 수행한 실물모형시험의 적합성을 확인하였으며, 이로 인하여 국내 지하광산에 대한광산채움재의 실시간 계측시스템의 적용성이 확보된 것으로 판단된다.
이상의 사례들로부터 국외의 지하광산에서는 채굴공동 충전의 기본적인 목적인 채굴공동과 상부지반의 장기적인 안정성 유지 외에도 수직광주의 재회수에 의한 채수율 향상, 채움재의 거동특성 분석 등을 위하여 채굴공동을 충전함과 동시에 다양한 분야의 계측기기를 적용하여 채움재 및 주변 암반에 대한 계측을 수행하고 있는 것으로 확인하였다. Table 1에서 확인할 수 있듯이, 채움재 내부와 주변 암반의 응력, 변형률, 온도, 전기전도도, 공극수압 등의 항목에 대한 계측을 수행하고 있으며, 지질, 지반, 채광법 등의 광산 특성과 충전 목적을 고려하여 계측 범위를 설정하고 있는 것으로 확인되었다.
이상의 사례조사 결과로부터 국내 지하광산에서의 충전은 대부분 석탄광산을 대상으로 하며, 시멘트와 모래를 충전 재료로 이용하는 수압식 충전법(hydraulic backfill)을 적용하고 있으며, 국내 지하광산에서의 계측은 채굴공동의 지표면 및 상부지반을 대상으로 하는 간접적인 계측이 대부분인 것으로 분석된다.
이는 바닥재에 상대적으로 많이 포함되어 있는 SO₃성분이 채움재 내부의 발열 현상과 채움재의 팽창에 기인하기 때문인 것으로 판단된다. 이상의 실물모형시험 결과가 국외 사례의 계측결과와도 잘 부합하는 것으로 보아 실물모형시험의 적합성과 실시간 계측시스템의 현장적용성이 확보된 것으로 판단하였다.
Table 1에서 확인할 수 있듯이, 채움재 내부와 주변 암반의 응력, 변형률, 온도, 전기전도도, 공극수압 등의 항목에 대한 계측을 수행하고 있으며, 지질, 지반, 채광법 등의 광산 특성과 충전 목적을 고려하여 계측 범위를 설정하고 있는 것으로 확인되었다. 이와 더불어 지하광산 내에 실시간 통신이 가능한 시스템을 구축하고 장기간에 걸친 모니터링을 수행하여 지하 채굴공동의 안정성을 유지하고 있는 것으로 분석되었다.
채움재 내부의 응력은 충전 직후에 최대 응력을 나타낸 이후에 급격히 감소하는 경향을 가지며, 채움재 내부의 최고 온도는 약 24일 경과 이후에, 55°C를 나타내는 것으로 확인되었다.

후속연구

본 연구에서 수행한 광산채움재의 실물모형시험은 배합 및 충전 설비, 채움 재료의 수급 등의 환경적인 제약으로 인하여 지하광산의 채굴공동이 아닌 노천의 평지에서 규모를 축소하여 수행되었으며, 이로 인하여 실물모형시험에서는 지하광산의 채굴공동이갖는 응력, 온도, 습도 등의 특수성을 고려하지 못하였다. 이러한 지하광산의 특수성은 광산채움재의 경화특성과 역학적인 거동 특성에 직접적으로 영향을 미치는 요인으로 알려져 있기 때문에, 국내 지하광산에 대한 광산채움재의 실시간 계측시스템의 현장적용성을 재고해볼 필요가 있을 것으로 생각된다.
본 연구에서는 발전소 등 배기가스 중의 저농도 CO₂와 발전회 등 산업부산물을 활용하여 탄산염을 제조하고, 이를 채움재로 생산하여 국내의 폐광산에 충전하고 거동특성을 계측하는 연구를 진행하고 있으며, 이로 인하여 국내의 채움재 충전과 계측에 대한 기술수준을 국외 사례의 기술수준 이상으로 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서 수행한 광산채움재의 실물모형시험은 배합 및 충전 설비, 채움 재료의 수급 등의 환경적인 제약으로 인하여 지하광산의 채굴공동이 아닌 노천의 평지에서 규모를 축소하여 수행되었으며, 이로 인하여 실물모형시험에서는 지하광산의 채굴공동이갖는 응력, 온도, 습도 등의 특수성을 고려하지 못하였다. 이러한 지하광산의 특수성은 광산채움재의 경화특성과 역학적인 거동 특성에 직접적으로 영향을 미치는 요인으로 알려져 있기 때문에, 국내 지하광산에 대한 광산채움재의 실시간 계측시스템의 현장적용성을 재고해볼 필요가 있을 것으로 생각된다.
이상의 실물모형시험 결과들로부터 산업부산물인 발전회가 결합제로서 채움재에 미치는 영향을 확인할 수 있었으며, 이로 인하여 채움재의 역학적인 특성파악과 충전 효율을 분석하기 위한 실시간 계측시스템의 현장적용이 가능할 것으로 판단된다.
향후 국내에서도 지하광산의 장기적인 안정성 확보 및 수직광주의 회수에 의한 채수율의 향상 목적으로 채굴공동에 대한 채움재의 충전과 본 연구에서 구축된 광산채움재의 실시간 계측시스템을 이용한 채움재 내부 및 주변 암반에 대한 계측이 적극적으로 검토되어야 하며, 이와 더불어 효율적인 계측기기들의 관리를 위하여 다양한 계측기기들의 인터페이스를 단일화 하는 통합 모니터링 시스템 개발이 시급히 수행되어야 할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지하 채굴공동의 충전이란?	지하 채굴공동의 충전은 채굴공동의 붕괴에 의한 지반침하의 근본적인 원인을 제거하여 광산지역의 장기적인 안정성을 확보할 수 있는 방법으로 알려져 있다. 이러한 채굴공동의 효율적인 충전을 위해서는 계측을 함께 수행하여 충전효과와 채움재의 역학적인 특성을 파악하는 것이 중요하다.
	채굴공동의 붕괴로 인한 지반침하 예측 부족이 초래할 수 있는 일은?	, 2013). 이러한 채굴공동의 붕괴에 의한 지반침 하는 발생시기와 규모를 예측하는 것이 어렵기 때문에 채굴공동의 상부에 도로, 철도, 주거지역 등이 위치할 경우, 재산 및 인명 피해를 초래할 수 있다.
	채굴공동 상부지반을 계측하는 기존연구의 예는?	이와 더불어 광산지역의 지반침하를 조기에 예측하고 방지하기 위하여 채굴공동 상부지반을 계측하는 연구들도 수행되고 있다. Kim, J.Y. et al.(2011)은 지하광산의 채굴공동과 갱도에 의한 지반거동 이전의 미소진동을 감지하여 채굴공동의 붕괴와 지반침하의 진행을 예측하는데 활용하였으며, MIRECO(2013a)는 기존의 광섬유 계측시스템, 미소진동 계측시스템, 지표수 및 지하수 유동 모니터링 시스템 등을 통합하여 적용한 자동화 계측기술을 개발하고 이를 상용화하였다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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