[논문]Q-slope의 소개와 노천채탄장에서의 적용 사례

선우춘

doi:10.7474/tus.2019.29.5.305

Q-slope의 소개와 노천채탄장에서의 적용 사례
Introduction of Q-slope and its Application Case in a Open Pit Coal Mine 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.29 no.5, 2019년, pp.305 - 317

초록
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노출 암반과 시추 코어를 특성화하고, 터널, 공동 및 광산 갱도에서 지보 및 보강 대책을 추정하기 위해 RMR 및 Q 분류법이 기술자들에 의해 널리 사용되어왔다. 사면에서의 암반분류는 SMR이 많이 사용되었지만 Q-Slope가 2015년부터 사면에 도입되었다. 지난 10년간, Q-slope라 불리는 수정된 Q시스템이 노천광산의 벤치, 도로사면 사면에 적용하기 위해 많은 저자들에 의해 시험되었다. 이 시험들을 통하여 Q-slope 값과 장기 안정 및 무지보 사면 경사각 사이에 간단한 상관관계가 있음이 나타내어 왔다. 터널이나 지하공간에서 RMR과 Q를 병용하면서 비교를 통해 상호보완 해왔던 것과 마찬가지로 사면에서도 SMR과 병행하여 Q-Slope를 사용할 수 있을 것이다. 국내에서 발표사례가 없는 Q-Slope의 사용방법과 인도네시아 Pasir 노천석탄광의 적용 예를 소개하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The RMR and Q-system for characterizing rock mass and drilling core, and for estimating the support and reinforcement measures in mine galleries, tunnels and caverns have been widely used by engineers. SMR has been widely used in the rock mass classification for rock slope, but Q-Slope has been introduced into slopes since 2015. In the last ten years, a modified Q-system called Q-slope has been tested by the many authors for application to the benches in open pit mines and excavated road rock slopes. The results have shown that a simple correlation exists between Q-slope values and the long-term stable and unsupported slope angles. Just as RMR and Q have been used together in a tunnel or underground space and complemented by comparison, Q-Slope can be used in parallel with SMR. This paper introduces how to use Q-Slope which has not been announced in Korea and application examples of Pasir open pit coal mine in Indonesia.

주제어

표/그림 (13)

표 Table 1. Adjustment rating of F1, F2 and F3 for joints (Romana, 1985)
표 Table 2. Values corresponding to the factor F4 (Romana, 1985)
표 Table 3. Description of SMR classes (Romana, 1985)
그림 Fig. 1. Changing geologic structure orientations (steepening of bedding planes down slope) help to explain the appropriately steepened bench face angles in a large opencast mine setting, Laos.(after Barton & Bar, 2015)
그림 Fig. 2. Convenient example of differentiated saprolite, weathered rock, and fresher rock mass qualities help to explain the appropriately steepened, unreinforced permanent slopes. (after Barton and Bar 2015)
표 Table 4. Discontinuity orientation factor_ O-factor(after Barton & Bar, 2015)
표 Table 5. Environmental and geological condition number Jwice (after Barton & Bar, 2015)
표 Table 6. SRF_slope : Strength Reduction Factor (use maximum of SRFa, SRFb and SRFc) (after Barton & Bar, 2015)
그림 Fig. 3. Q-slope supporting data -412 case studies (after Barton & Bar, 2015)
그림 Fig. 4. Q-slope stability chart. The unstable area is shown in red, and the conservative stable slope area is shown in green.(after Barton & Bar, 2015) (black square represents the case of Pasir coal mine bench)
그림 Fig. 5. A slope of Roto South area in KIDECO
그림 Fig. 6. The drilling core of the Roto South area in KIDECO
표 Table 7. The values of Q-slope factor for determining the angle of the bench

AI 본문요약
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문제 정의

노천채광에서 사면의 설계는 계획 및 시행단계에서의 중요한 과제 중의 하나이며, 사면설계의 목적은 안전성, 광체 회수율 그리고 경제적인 수익 측면에서 적정한 채굴방법을 찾는 것이며, 노천채굴장의 운영동안 뿐만 아니라 폐광 이후에도 안정할 수 있는 사면을 설정하는 것이다. 노천광산 사면의 안정성은 사면에서 작업 중인 근로자, 장비 등과 관련된 위험을 최소화시키는 것이 중요할 뿐 아니라 광산운영기간 내내 광물회수는 최대로 폐석은 최소로 유지해야 한다.
터널이나 지하공간에서 RMR과 Q를 병용하면서 비교를 통해 상호보완 해왔던 것과 마찬가지로 사면에서도 SMR과 병행하여 Q-Slope를 사용할 수 있을 것이다. 여기서는 사면에 적용할 수 있는 암반분류에 대해 살펴보고, 국내에서는 아직 Q-Slope의 사용에 대한 발표사례가 없어 이 분류법의 국내 보급을 통해 사면조사에 도움을 주기 위해 이 분류법에 대해 소개하고 현장에서 적용한 사례에 대해 언급하고자 한다.

가설 설정

방향성 계수의 사용에 대한 이해를 돕기 위한 예제는 다음과 같다(Table 4 참조). 사면 암반에 다음과 같은 특성을 갖는 두 개의 불연속면 세트가 분포하고 있다고 가정한다. 1) 불연속면 세트A는 J_r=1.

제안 방법

Q-slope는 각각 약 0.1, 1.0 및 1.0의 값을 가지며, Q-slope 값에 따라 유지보수가 필요 없고, 보강이 없는 벤치면 경사각 40°, 60°및 80°가 되도록 제안되었다.

대상 데이터

1과 2는 각각 노천광산과 선박운하 건설작업에서 적용된 Q-slope 작업 사례이다(Barton and Bar, 2015, Bar and Barton, 2016). Fig. 1의 사례는 굴착심도에 따라 경사가 급해지는 얇은 두께의 실트암 내의 층리면을 대상으로 Q-slope 값이 반영되었고, 그 결과로 벤치면들의 경사각이 변경되었음을 나타내는 사례이다. Fig.
4와 같이 Q-slope를 분석한 실질적인 데이터베이스를 기반으로 보강이나 지보가 필요 없는 사면의 경사각에 대한 간단한 공식을 도출했다. 이 자료들은 중앙 아메리카(도미니카 공화국과 파나마), 호주, 동남아시아(파푸아 뉴기니와 라오스), 유럽(슬로베니아) 지역에서 도출된 자료들이며, 암석종류는 화성암인 현무암, 섬록암, 조립현무암, 화강암, 몬조나이트, 몬조섬록암, 몬조나이트 반암, 집괴암 등, 퇴적암인 사암, 셰일, 실트암, 석회암, 이암, 역암 및 호상 함철암 등 그리고 변성암인 편암, 스카른, 천매암 및 규암 등 다양하게 포함되어 있다(Fig. 3 참조). Fig.

이론/모형

사면의 벤치의 경우 45°를 유지하고 있다. 채광장 전체 사면각이 아닌 소단을 이루고 있는 벤치각을 결정하기 위해 Q-slope를 적용했다. 우세한 불연속면으로 발달하고 있는 층리의 경사는 상당히 급경사를 이루고 사면의 주향과 거의 평행하게 발달하고 있으며, 사면의 경사와 역경사인 경우도 존재하여 전도파괴의 위험 가능성이 있어 사면의 안정성에는 불리한 방향성을 나타낸다.

성능/효과

사면 암반에 다음과 같은 특성을 갖는 두 개의 불연속면 세트가 분포하고 있다고 가정한다. 1) 불연속면 세트A는 J_r=1.5 및 J_a=2의 값을 가지며, 사면에서 우세하게 발달하고 있는 불연속면으로 사면에 대해 매우 불리한(very unfavorable) 방향성을 갖는다. 따라서 Table 4와 같이 O-계수는 0.
5가 된다. 2) 연속면 세트B는 Jr=2, Ja=1의 값을 가지며, 사면에서 다소 덜 우세하게 발달하고 있는 불연속면으로 사면에 대해 불리한(unfavorable) 방향성을 갖는다. 따라서 Table 4와 같이 O-계수는 0.

후속연구

SMR과 같이 RMR을 기반으로 하는 사면 관련 암반분류법은 사면암반의 등급을 평가하여 그 등급에 대한 사면의 안정성 여부, 가능 파괴형태 및 보강대책을 제시하고 있지만 Q-slope는 사면의 안정여부와 지보대책이 필요 없는 사면의 사면각을 결정하는 점에서 차이를 보이고 있다. 앞으로는 SMR과 병용함으로써SMR에 의한 사면의 안정성 판단과 사면각의 빠른 결정을 위해서는 노천광산이나 도로설계에서의 이용이 확장될 수 있을 것이다. 국내에서 Q-slope를 적용한 실적 발표가 없지만 많은 연구가 수행되어 국내암반에 적절한 경험식 유도도 필요하다고 본다.
Q-slope는 굴착 중이나 굴착 후 현장에서 사면의 안정성 및 사면각의 결정을 빠르게 평가할 수 있게 해준다. 특히 광산 작업장에서 Q-slope를 사용하면 채광 실시계획에 지연가능성을 줄여주고 국부적인 벤치파괴나 이와 관련된 복구작업이 절감될 수 있을 것이다.
현재 사면의 암반상태에 Q-slope를 적용한 결과는 사면벤치의 최소각을 36° 내외로 유지할 것을 제안한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수치모델이 필요한 이유는?	암석 사면의 경우 구조적으로 안정성이 제어되는 양호한 암석의 얕은 영역에서는 운동학적 평가방법이 관습적으로 사용된다. 수치모델(유한요소 또는 차분요소)은 사면의 전반적인 거동을 시뮬레이션 하거나 역해석을 수행하기 위해 필요하다(Alejano et al., 2010, Stead and Wolter, 2015).
	노천채굴장의 사면각 설정 시 광체주변에 대한 세밀한 정보가 요구되는 이유는?	사면의 설계방법이나 잠재적인 성능은 절토가 이루어질 사면구성 물체의 성질에 의해 결정되게 된다. 복잡한 지질 및 지질구조나 변화가 심한 지반재료의 성질이 중요한 변수가 될 수 있어 광체주변에 대한 세밀한 정보가 요구된다. 개발 초기단계에는 유용한 자료들이 제한적이기 때문에 초기 설계에 대한 신뢰성은 낮을 수밖에 없다.
	사면설계의 목적이란?	노천채광에서 사면의 설계는 계획 및 시행단계에서의 중요한 과제 중의 하나이며, 사면설계의 목적은 안전성, 광체 회수율 그리고 경제적인 수익 측면에서 적정한 채굴방법을 찾는 것이며, 노천채굴장의 운영동안 뿐만 아니라 폐광 이후에도 안정할 수 있는 사면을 설정하는 것이다. 노천광산 사면의 안정성은 사면에서 작업 중인 근로자, 장비 등과 관련된 위험을 최소화시키는 것이 중요할 뿐 아니라 광산운영기간 내내 광물회수는 최대로 폐석은 최소로 유지해야 한다.

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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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