최적화 기법을 적용한 폐광산의 침하 위험도 평가에 대한 연구

Abstract

국내 폐광산은 다양한 형태의 침하를 발생시키고 있으며, 이러한 침하의 예측 및 위험도의 평가가 대단히 어려운 실정이다. 기존 수치해석을 활용한 침하 예측 및 위험도 평가 연구에서는 지질구조와 암반조건에 대해 통합 물성을 적용하고, 채굴적 주변 소성영역을 해석하는데 그치고 있다. 또한 입력정보를 확보하는데 있어 제한된 자료밖에 파악할 수 없는 현실적인 한계점이 존재하며, 이는 곧 수치해석 결과의 신뢰성 저하로 연결된다. 본 연구에서는 실제 침하가 발생한 폐광산을 대상으로 현장 지질구조 및 암반정보를 적용하여 2차원 모델링을 수행하였다. 또한 암반물성을 수정하여 해석결과와 실제 침하지 정보(규모, 위치)의 차이가 최소가 되도록 수치해석을 반복하여 해석모델을 보정하였다. 이러한 보정에 있어 최적화 기법을 적용하여 자동화였으며, 다수의 암반물성을 나누어 고려하는 단계적 최적설계 기법을 개발하였다. 무극광산 2차원 모델의 단계적 최적설계를 통한 보정 결과, 우선 실제 침하지 규모와 해석결과의 차이가 PQRSM 기법을 통해 약 11.8% 감소하였고, MGA 기법의 경우 약 13.3% 감소하였다. 또한 보정된 해석모델의 최대 침하발생위치가 실제 침하위치와 일치하여 단계적 최적설계에 의한 자동화 보정 연구의 활용성을 확인하였다. 보정된 2차원 모델의 암반물성 정보를 적용하여 3차원 모델링을 수행하고, Sakurai의 터널 안정성 평가 기법을 도입하여 제안한 상대변위 변화율의 위험도 평가기법을 적용하였다. 침하 진행에 따른 지중 암반의 변위를 계측하여 지중 계측점의 위치에 따른 상대변위 변화율의 변화특성을 분석하고, 변화율의 변화가 민감한 계측점을 확인하였다. 또한 침하 위험도 평가를 수행하고 활용성을 검토하여 본 평가기법에 대한 지중계측 관리기준으로의 적용가능성을 확인하였다.