• Technical Notes

    미소진동 모니터링 시스템의 측정 신뢰도 향상을 위한 시그널 컨디셔너 개발

    Development of a Signal Conditioner to Improve the Measurement Reliability of a Microseismic Monitoring System

    천대성, 한철민, 이장백

    Dae-Sung Cheon, Cheol-Min Han, Jang Baek Lee

    미소진동 모니터링은 구조물의 미세 수준의 손상을 감지하여 구조물의 성능확인 및 안전관리에 활용된다. 신뢰도 높은 미소진동 모니터링 시스템을 구성하기 위해서는 수집된 신호를 변환하는 ...

    Microseismic monitoring is utilized for the performance verification and safety management of the structure by detecting fine levels of damage. In order ...

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    미소진동 모니터링은 구조물의 미세 수준의 손상을 감지하여 구조물의 성능확인 및 안전관리에 활용된다. 신뢰도 높은 미소진동 모니터링 시스템을 구성하기 위해서는 수집된 신호를 변환하는 시그널 컨디셔너의 역할이 매우 중요하다. 시그널 컨디셔너는 정확한 데이터 수집과 기기 정밀 제어에 도움을 주며 신호변환, 선형화, 증폭 등의 추가적인 기능을 수행한다. 본 기술보고는 기존에 개발한 미소진동 모니터링 시스템의 성능을 향상하여 보다 정밀한 모니터링 구현을 목적으로 광산현장에 적합한 노이즈 저감형 시그널 컨디셔너를 개발하고 이를 검토하였다.


    Microseismic monitoring is utilized for the performance verification and safety management of the structure by detecting fine levels of damage. In order to construct a highly reliable microseismic monitoring system, the role of signal conditioner is critical. The signal conditioner helps with accurate data collection and precision control of the device, and performs additional functions such as signal conversion, linearization, and amplification. In this technical report, noise reduction signal conditioner suitable for mining sites was developed and reviewed for the purpose of implementing more precise monitoring by supplementing the previously developed microseismic monitoring system.

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    February 2020
  • Technical Notes

    개별요소법을 이용한 삼차원 DFN 시스템의 강도 및 변형계수 추정

    Estimation of Strength and Deformation Modulus of the 3-D DFN System Using the Distinct Element Method

    류성진, 엄정기, 박진용

    Seongjin Ryu, Jeong-Gi Um, Jinyong Park

    본 연구는 개별요소법을 이용하여 삼차원 불연속절리망 시스템의 강도 및 변형계수를 추정하기 위해 제안된 기법을 소개하였다. DFN(discrete fracture network) 시스템에서 개별 절리는 ...

    In this study, a procedure was introduced to estimate strength and deformation modulus of the 3-D discrete fracture network(DFN) systems using ...

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    본 연구는 개별요소법을 이용하여 삼차원 불연속절리망 시스템의 강도 및 변형계수를 추정하기 위해 제안된 기법을 소개하였다. DFN(discrete fracture network) 시스템에서 개별 절리는 유한 길이의 정사각 평면으로 취급하였다. 해석영역은 무결암과 유사한 거동을 하도록 설정된 가상절리와 실제 개별 절리의 조합으로 형성된 다면체로 이산화하였다. 제안된 기법의 적용성을 검토하기 위하여 확정적 및 추계론적 삼차원 DFN 시스템으로 이루어진 한 변이 10m인 정육면체 해석영역에 대하여 개별요소법에 의한 강도 및 변형계수를 추정하는 수치실험이 수행되었다. 또한, 본 연구는 절리의 기하학적 속성이 DFN 시스템의 강도 및 변형 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 제안된 기법은 삼차원 DFN 시스템의 이방적 강도 및 변형 특성을 효과적으로 추정하는 것으로 평가되었다.


    In this study, a procedure was introduced to estimate strength and deformation modulus of the 3-D discrete fracture network(DFN) systems using the distinct element method(DEM). Fracture entities were treated as non-persistent square planes in the DFN systems. Systematically generated fictitious fractures having similar mechanical characteristics of intact rock were combined with non-persistent real fractures to create polyhedral blocks in the analysis domain. Strength and deformation modulus for 10 m cube domain of various deterministic and stochastic 3-D DFN systems were estimated using the DEM to explore the applicability of suggested method and to examine the effect of fracture geometry on strength and deformability of DFN systems. The suggested procedures were found to effective in estimating anisotropic strength and deformability of the 3-D DFN systems.

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    February 2020
  • Technical Notes

    북한의 광업 및 암반공학 분야 최신 연구동향 분석

    Analysis of Recent Research Trend in the Mining Industry and Rock Engineering in North Korea

    강일석, 박영상, 송재준

    Il-Seok Kang, Young-Sang Park, Jae-Joon Song

    본 연구에서는 최근 10여 년 간 북한 광업 및 암반공학 분야의 발전 동향 및 최신 연구현황을 파악하기 위해, 2008-2017년 기간 출판된 북한 ...

    Recent research trend of North Korean mining and rock engineering in the past 10 years was analyzed by a literature review of ...

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    본 연구에서는 최근 10여 년 간 북한 광업 및 암반공학 분야의 발전 동향 및 최신 연구현황을 파악하기 위해, 2008-2017년 기간 출판된 북한 내 광업 관련 주요 학술지인 ‘채굴공학’, ‘지질 및 지리과학’, ‘기술혁신’을 대상으로 광업 및 암반공학 분야 연구논문의 투고 현황 및 연구 방법론을 분석하였다. 먼저 각 학술지에 수록된 연구논문의 서지정보 및 초록 자료를 정리하여 기초자료 데이터베이스를 작성하였다. 그리고 작성한 기초자료 데이터베이스를 활용하여 연구 분야별 학술지 투고 경향을 분석하였으며, 그 방법론 및 성과가 뛰어나다고 판단되는 연구논문에 대한 추가조사를 수행하여 북한 광업 및 암반공학 분야의 동향을 분석하였다. 연구동향 분석 결과, 최근 북한의 과학기술정책 변동 및 광업환경의 악화에 따른 정량화・자동화 경향성을 확인할 수 있었다. 본 연구결과는 향후 북한 광물자원 개발 전략 수립 및 경제성 평가를 위해 활용 가능할 것으로 판단되며, 향후 남북 기술협력 및 북한 현지 조사를 통해 보완될 수 있을 것이다.


    Recent research trend of North Korean mining and rock engineering in the past 10 years was analyzed by a literature review of mining and rock engineering papers published in North Korean major mining journals, 'mining engineering', 'geological and geographical science' and 'technology innovation' published in 2008-2017. Basic database was established by organizing bibliographic information and abstract data of research papers in each journal. For each journal, paper submission trend classified by research field was analyzed using the basic database. And further study was conducted to the papers which showed distinguishing methodology and result, to analyze the trend of North Korean mining and rock engineering. The literature study showed a recent trend of quantification and automation in mining and rock engineering researches in North Korea, which seems due to recent changes in North Korea's science and technology policy and deterioration of the mining conditions. The results of this study can be applied in the feasibility studies of North Korea's mineral resource development projects. Future inter-Korean technical cooperation and site survey on North Korean field can secure complement the reliability of this study.

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    February 2020
  • Original Article

    TOUGH2-MP/FLAC3D의 Barcelona Basic Model 해석 모듈 개발

    Implementation of Barcelona Basic Model into TOUGH2-MP/FLAC3D

    이창수, 이재원, 김민섭, 김건영

    Changsoo Lee, Jaewon Lee, Minseop Kim, Geon Young Kim

    본 연구에서는 불포화토의 열-수리적 변화로 야기되는 역학적 거동 특성을 분석하고 장기 거동을 예측하기 위해 Barcelona Basic Model(BBM) 해석 모듈을 TOUGH2-MP/FLAC3D에서 ...

    In this study, Barcelona Basic Model (BBM) was implemented into TOUGH2-MP/FLAC3D for the numerical analysis of coupled thermo-hydro-mechanical (THM) behavior of ...

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    본 연구에서는 불포화토의 열-수리적 변화로 야기되는 역학적 거동 특성을 분석하고 장기 거동을 예측하기 위해 Barcelona Basic Model(BBM) 해석 모듈을 TOUGH2-MP/FLAC3D에서 구동할 수 있도록 개발하였다. 기본적으로는 TOUGH-FLAC에 BBM 해석 모듈을 개발하기 위해 사용된 선행연구의 방법과 마찬가지로 FLAC에서 제공하고 있는 Modified Cam Clay Model(MCCM)을 기반으로 User Defined Model(UDM)과 FLAC3D에서 제공하는 FISH function을 이용하였다. 본 연구에서 개발한 BBM 해석모듈에서는 평균유효응력뿐만 아니라 흡입력의 변화에 따른 소성변형률을 모두 고려하였으며, 평균유효응력 및 흡입력 증가에 따른 항복면의 변화를 모두 반영할 수 있도록 하였다. 개발된 BBM 해석 모듈을 FLAC3D 매뉴얼에 기술되어 있는 MCCM 예제, BBM을 처음 제안한 선행연구에 언급되어 있는 예제들, 그리고 스웨덴 SKB 보고서에 언급되어 있는 실험실 시험 결과를 이용하여 검증하였다. 뿐만 아니라, 효과적인 BBM의 파라미터 도출을 목적으로 개발된 Quick tools의 검증을 위해 수행된 일련의 모델링 시험들을 동일하게 수행하고 선행연구에서 보고된 Quick tools와 Code_Bright의 결과와 비교함으로써 개발된 BBM 해석 모듈을 검증하였다.


    In this study, Barcelona Basic Model (BBM) was implemented into TOUGH2-MP/FLAC3D for the numerical analysis of coupled thermo-hydro-mechanical (THM) behavior of unsaturated soils and the prediction of long-term behaviors. Similar to the methodology described in a previous study for the implementation of BBM into TOUGH-FLAC, the User Defined Model (UDM) of FLAC based on the Modified Cam Clay Model (MCCM) and the FISH function of FLAC3D were used to extend the existing MCCM module in FLAC3D for the implementation of BBM into TOUGH2-MP/FLAC3D. In the developed BBM module in TOUGH2-MP/FLAC3D, the plastic strains due to change in suction increase (SI) in addition to mean effective stress are calculated. In addition to loading-collapse (LC) yield surface, suction increase (SI) yield surface is changed by hardening rules in the developed BBM module. Several numerical simulations were conducted to verify and validate the implementation of BBM: using an example presented in the FLAC3D manual for the standard MCCM, simulation results using COMSOL, and experimental data presented in SKB Reports. In addition, the developed BBM analysis module was validated by simultaneously performing a series of modeling tests that were performed for the validation of the Quick tools developed for the purpose of effectively deriving BBM parameters, and by comparing the Quick tools and Code_Bright results reported in a previous study.

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    February 2020
  • Original Article

    여굴저항도를 이용한 터널 발파 여굴 관리 시스템

    Tunnel Overbreak Management System Using Overbreak Resistance Factor

    장형두

    Hyongdoo Jang

    터널 발파의 최외곽에서 발생할 수 있는 과대 여굴은 작업자 및 장비의 안전에 저해되며 숏크리트 등 지보량의 증가로 공사 비용이 증가시키는 주요 원인이다 ...

    When tunnel is excavated via drilling and blasting, the excessive overbreak is the primary cause of personal or equipment safety hazards and ...

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    터널 발파의 최외곽에서 발생할 수 있는 과대 여굴은 작업자 및 장비의 안전에 저해되며 숏크리트 등 지보량의 증가로 공사 비용이 증가시키는 주요 원인이다. 이러한 여굴은 화약 에너지와 암반의 특성 간의 복잡한 발생 메커니즘으로 인해 완벽한 제어가 매우 어렵다. 본 연구는 여굴 발생의 중요한 원인인 암반의 공학적 특성 중 무지보 막장 상태, 단축압축강도, 풍화도 및 불연속면의 특성(빈도, 상태 및 불연속면과 최외곽선과의 각도) 등과 발생한 여굴의 깊이와의 관계를 feed-forward 인공신경망을 통해 분석하였다. 이를 통해 통해 얻어진 각 인자의 가중치를 기초로 여굴저항도(Overbreak Resistance Factor: ORF)를 개발하였다. 더불어 여굴저항도를 이용한 터널 발파 여굴 관리 시스템을 제안한다.


    When tunnel is excavated via drilling and blasting, the excessive overbreak is the primary cause of personal or equipment safety hazards and increasing the cost of the tunnel operation owing to additional ground supports such as shotcrete. The practical management of overbreak is extremely difficult due to the complex causative mechanism of it. The study examines the relationship between rock mass characteristics (unsupported face condition, uniaxial compressive strength, face weathering and alteration, discontinuities- frequency, condition and angle between discontinuities and tunnel contour) and the depth of overbreak through using feed-forward artificial neuron networks. Then, Overbreak Resistance Factor (ORF) has been developed based on the weights of rock mass parameters to the overbreak phenomenon. Also, a new concept of tunnel overbreak management system using ORF has been suggested.

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    February 2020
  • Original Article

    라이다 센서 기반 소형 자율주행 로봇의 지하광산 현장실험

    Field Experiment of a LiDAR Sensor-based Small Autonomous Driving Robot in an Underground Mine

    김헌무, 최요순

    Heonmoo Kim, Yosoon Choi

    본 연구에서는 라이다 센서를 활용한 지하광산용 소형 자율주행 로봇을 개발하였다. 개발된 로봇은 라이다 센서를 사용하여 좌, 우 벽면까지의 거리를 측정하고, 지하광산 갱도의 ...

    In this study, a small autonomous driving robot was developed for underground mines using the Light Detection and Ranging (LiDAR) sensor. The ...

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    본 연구에서는 라이다 센서를 활용한 지하광산용 소형 자율주행 로봇을 개발하였다. 개발된 로봇은 라이다 센서를 사용하여 좌, 우 벽면까지의 거리를 측정하고, 지하광산 갱도의 중앙선을 따라 이동하도록 조향을 자동 제어한다. 개발된 로봇의 주행성능을 테스트하기 위해 지하 자수정광산에서 현장실험 수행하였다. 5번의 반복 실험에서 로봇은 전체적으로 안정적인 주행성능을 보여주었다. 광산 갱도 벽면과의 충돌 사고도 발생하지 않았다.


    In this study, a small autonomous driving robot was developed for underground mines using the Light Detection and Ranging (LiDAR) sensor. The developed robot measures the distances to the left and right wall surfaces using the LiDAR sensor, and automatically controls its steering to drive along the centerline of mine tunnel. A field experiment was conducted in an underground amethyst mine to test the driving performance of developed robot. During five repeated driving tests, the robot showed stable driving performance overall. There were no collision accidents with the wall of mine tunnel.

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    February 2020
  • Original Article

    파괴인성의 축소모형실험 적용 연구

    Application of Fracture Toughness for Scaled Model Test

    김종관

    Jong-Gwan Kim

    암석의 파괴인성은 발파, 굴착 등으로 인한 균열의 개시와 전파를 나타낼 수 있는 상수이다. 터널의 거동, 석회석 광산의 안정성 평가 등에 축소모형실험이 다양하게 ...

    Fracture toughness of rock is a constant that can indicate the initiation and propagation of cracks due to blasting, excavation, etc. Scaled ...

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    암석의 파괴인성은 발파, 굴착 등으로 인한 균열의 개시와 전파를 나타낼 수 있는 상수이다. 터널의 거동, 석회석 광산의 안정성 평가 등에 축소모형실험이 다양하게 적용되고 있다. 축소모형을 통해 발파로 인한 손상영역평가도 이뤄지고 있는데, 파괴 관련 인자에 대한 축소율 적용은 이뤄지지 않고 있다. 본 연구에서는 DCT(diametral compression test) 값과 유한요소법인 ATENA2D 수치해석 결과를 비교하여 암석의 파괴인성에 축소율을 적용할 수 있는지 확인하였다. 암석의 파괴인성에 이론적으로 계산된 축소율을 적용한 값과 DCT 시험결과 및 수치해석 결과가 각각 0.21~ 0.46, 0.40, 0.99MPam로 편차가 있으므로 암석의 파괴인성에 축소율을 적용 시에는 이 세 가지 값을 고려하여 적합한 축소율을 도출해야 하고, 축소모형 제작 시 축소율 적용 대상이 되는 길이, 시간, 질량과 함께 이로부터 산출되는 일축압축강도, 밀도 등의 주요 설계인자들의 축소율이 적용된 값을 함께 검토해야 할 것이다.


    Fracture toughness of rock is a constant that can indicate the initiation and propagation of cracks due to blasting, excavation, etc. Scaled model tests have been applied to the behavior of tunnels and the stability of limestone mines. Through the scaled model, damaged zone evaluation due to blasting is also carried out, and the scale factor is not applied to the failure-related factors. In this study, DCT (diametral compression test) and finite element method ATENA2D numerical analysis results were compared to determine whether the scale factor could be applied to the fracture toughness of rock. The theoretical values of the scale factor applied to the fracture toughness of the rock and the DCT test results and the numerical results are 0.21~0.46, 0.40, and 0.99MPam respectively, so these three values should be considered when determining scale factor. It is necessary to derive a suitable scale factor in consideration of the length, time, and mass to which the scale factor is applied, as well as the values of the scale factor of major design factors such as uniaxial compressive strength and density.

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    February 2020
  • Original Article

    발파로 인한 노천광산 사면안정성 평가 및 인자분석

    Slope Stability Assessment and Factor Analysis of Surface Mines due to Blasting

    김종관

    Jong-Gwan Kim

    노천채광에서 경제적인 채광을 위한 채광장 형성은 매우 중요하며, 대규모 채광을 위한 발파작업은 사면의 안정성에 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대한 고려가 필요하다 ...

    In surface mining, it is very important to create a mining area for economical mining. This study examined the contribution of design ...

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    노천채광에서 경제적인 채광을 위한 채광장 형성은 매우 중요하며, 대규모 채광을 위한 발파작업은 사면의 안정성에 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대한 고려가 필요하다. 본 연구에서는 사면설계와 발파 조건을 달리하면서 사면 안정성에 미치는 영향 인자의 기여율을 검토하였다. 설계인자는 암반의 물성, 사면각도, 벤치높이이며, 발파 조건은 장약량과 거리를 달리하여 반영하였다. 사면의 안전율은 3차원 모델링을 통해 전단강도감소기법으로 산출하였으며, 기여율은 암반사면의 물성이 94.8%로 다른 설계인자들에 비해 상대적으로 높았으며, 사면각도 0.89%, 벤치높이 0.58%, 발파는 3.73% 정도의 영향을 미치는 것으로 나타나, 사면과 근접거리에서의 발파는 사면의 안정성에 영향을 줄 수 있음을 알 수 있다.


    In surface mining, it is very important to create a mining area for economical mining. This study examined the contribution of design factors on slope stability with different slope design and blasting conditions. The design factors were the properties of the rock, the slope angle and the bench height, and the blasting conditions were reflected at different explosive weight and distances. The safety factor of slope was calculated by shear strength reduction method through 3D modeling, and the contribution rate of rock slope was 94.8%, which is relatively higher than other design factors, slope angle 0.89%, bench height 0.58%, and blasting It is shown that it affects about 3.73%, and it can be seen that blasting at a close distance can affect the stability of the slope.

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    February 2020