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목차
1. 연구 개요 14
1.1. 연구목적 14
1.2. 개발목표 및 사업내용 16
(1) 최종 목표 16
(2) 연차별 목표 16
(3) 1차년도 사업내용 17
(4) 2차년도 사업내용 18
2. 광물찌꺼기 적치장의 국제 표준 및 붕괴 사례 분석 19
2.1. 안전관리 표준 지침 조사 19
2.2. 붕괴 사례 조사 25
(1) 주요 광물찌꺼기 적치장의 붕괴 사례 25
(2) 참여과학센터(Center for science in public participation)의 자료 32
3. 기존 적치장의 모니터링 시스템 현황 36
3.1. 기존 적치장의 모니터링 시스템 설치 현황 36
3.2. 기존 적치장의 모니터링 자료 현황 40
(1) 옥동광산 40
(2) 삼보광산 41
(3) 상동광산 43
4. 적치장 내부변위 모니터링 기술 시범 적용 45
4.1. 시범지역 적치장 현황 45
(1) 현장 답사를 통한 적치장 현황 확인 45
(2) 직내골 적치장의 3차원 모델 구축 46
4.2. 시범지역 내부변위 모니터링 장치 설치 49
(1) 적치장 안정성 검토를 통한 계측 항목과 설치 위치 선정 49
(2) 계측기기 및 측정시스템의 사양 선정 58
(3) 내부변위 모니터링 장치 설치 62
(4) 모니터링 서버 및 통신망 구축 70
4.3. 기존 적치장 모니터링 자료 분석 72
(1) 강우량 - 지하수위 비교 72
(2) 강우량 - 다점온도 비교 73
(3) 다점온도 - 지하수위 비교 75
(4) 구조물 경사계 측정 결과 76
4.4. 시범지역 모니터링 자료 분석 77
(1) 지하수위계 측정 결과 77
(2) 간극수압계 측정 결과 78
(3) 지중침하계 측정 결과 80
(4) 지중경사계 측정 결과 81
4.5. 내부변위 모니터링 기술의 적용성 평가 83
(1) 다점온도 측정의 적용성 검토 83
(2) 지하수위계와 간극수압계의 적용성 검토 85
(3) 지중침하계와 지중경사계의 적용성 검토 85
(4) 통합 모니터링 시스템으로의 적용 방안 85
(5) 적치장 내 지표수 유입량 모니터링 방안 86
5. 광역사면변위 감지기술 시범 적용 89
5.1. 토탈스테이션 측량에 의한 광역사면변위 감지의 적용성 검토 89
(1) 측량 기준점 및 측량점 설치 89
(2) 측량 결과 92
5.2. LiDAR 측량에 의한 광역사면변위 감지 94
(1) 측량 방법 94
(2) 측량 결과 95
5.3. 사진측량법을 이용한 광역사면변위 감지 99
(1) 측량 방법 99
(2) 측량 결과 101
5.4. 광역사면변위 감지기술 비교 분석 106
(1) 토탈스테이션 측량 106
(2) LiDAR 측량 108
(3) 드론 촬영에 의한 사진 측량 110
(4) CCTV 113
(5) 적용 기술의 비교 114
6. 통합 안전관리 모니터링 시스템 구축 115
6.1. 통합 안전관리 모니터링 시스템 구성과 요구조건 115
6.2. 적정 통신체계 검토 117
(1) 기존 적치장(옥동, 삼보, 상동)의 통신시스템 현황 117
(2) 시범지역 제2연화광산 직내골 적치장 통신시스템 설계 및 설치 현황 118
(3) 통신 시스템별 장단점 비교 및 시범지역 통신 시스템 선정 119
(4) 시범지역 통신 시스템 구축 120
(5) 기존 적치장 IoT 장비 보안조치 124
6.3. 모니터링 소프트웨어 개발 125
(1) 모니터링 시스템 서버 개발 125
(2) 모니터링 시스템 대시보드 개발 127
6.4. 통합 모니터링 시스템 구축 결과 129
6.5. 모니터링 장치의 설치 및 관리 지침 개발 131
(1) 지침의 적용 대상 131
(2) 계측기기의 요구 성능 131
(3) 설치 기준 133
(4) 측정 자료의 기록 및 저장, 표시 방법 133
(5) 시스템의 유지관리 방법 135
7. 광물찌꺼기 적치장 위험도 분석 기준 개발 136
7.1. 안정성 해석 모델의 구성인자 도출 136
7.2. 적치장 안정성 예비해석 137
(1) 수치해석 단면 산정 137
(2) 지반정수 산정 138
(3) 불포화대의 수리적 특성 산정 148
(4) 수치해석 방법 149
(5) 강우침투해석 결과 151
(6) 사면안정해석 결과 155
7.3. 광물찌꺼기 적치장의 거동 시뮬레이션 158
(1) 모니터링 데이터(21.06.17~21.08.07) 158
(2) 모델 검증 161
(3) 사면안정해석 결과 169
7.4. 모니터링 위험도 분석 기준 도출 177
8. 결론 및 제언 180
참고문헌 184
부록 190
A1. CCTV TTA 인증서 191
A2. 시추주상도 192
A3. ICT기반 광물찌꺼기 적치장 모니터링 장치의 설치 및 관리 지침(안) 200
1. 목적 202
2. 적용범위 203
2.1. 적용대상 및 참고기준 203
2.2. 적용장치 203
2.3. 용어정의 204
3. 계측기기의 설치방법 206
3.1. 요구성능 206
3.2. 설치기준 208
3.3. 설치방법 210
4. 측정자료의 기록 및 저장 212
4.1. 측정 간격 212
4.2. 측정자료의 표시 단위 및 방법 212
4.3. 측정자료의 저장 213
5. 운영·관리방법 214
5.1. 자동화 계측 시스템의 유지관리 214
5.2. 계측기기의 유지관리 214
5.3. 유지관리 비용의 산정 215
그림 2.1. TARPs 구축을 위한 위해성 단계 개념 22
그림 2.2. ESG(Environmental-Social-Governance) 위험도 구조 22
그림 2.3. 브루마딩요 광물찌꺼기 적치장 파괴 과정 26
그림 2.4. 마운트 폴리 광물찌꺼기 적치장 파괴 27
그림 2.5. 사마르코(Samarco) 광물찌꺼기 적치장 파괴 28
그림 2.6. 아즈나꼴라(Aznacóllar) 적치장 평면도, 단면도 29
그림 2.7. 파괴 후 아즈나꼴라(Aznacóllar) 적치장 단면도 29
그림 2.8. 메리스프뤼트(Merriespruit) 적치장 파괴 30
그림 2.9. 카디아(Cadia) 적치장 파괴 30
그림 2.10. 흐파칸트 광물찌꺼기 적치장 파괴 31
그림 2.11. 1915년 이후 광물찌꺼기 적치장 붕괴사례 원인별 분류 33
그림 2.12. 운영이 종료된 광물찌꺼기 적치장의 근본적인 붕괴 원인 분석 34
그림 3.1. 기존 적치장의 계측 자료 복사 36
그림 3.2. 기존 적치장에 설치된 주요 계측기기 37
그림 3.3. RTK GPS에 의한 계측기 좌표 측정 38
그림 3.4. 옥동광산 적치장의 계측기기 설치 위치 40
그림 3.5. 옥동광산 지하수위 측정공에 설치된 커넥터 41
그림 3.6. 삼보광산 적치장의 계측기기 설치 위치 42
그림 3.7. 삼보광산의 다점온도 및 지하수위 측정 시추공의 배열 42
그림 3.8. 상동광산 적치장 위치도 43
그림 3.9. 상동광산 태양광 패널의 전도 확인 및 복구 44
그림 4.1. 직내골 광물찌꺼기 적치장 내 주요 지점의 현황 47
그림 4.2. 직내골 광물찌꺼기 적치장의 3차원 모델 48
그림 4.3. 광물찌꺼기 적치량 추정 결과 48
그림 4.4. 적치장 파괴의 원인과 현상을 고려한 계측 항목의 선정 49
그림 4.5. 직내골 광물찌꺼기 적치장의 적치 순서 50
그림 4.6. 직내골 광물찌꺼기 적치장 제체의 사면안정해석 단면 선정 51
그림 4.7. 직내골 광물찌꺼기 표준관입시험 결과 52
그림 4.8. 한계평형해석에 의한 사면안정해석 결과 54
그림 4.9. 강도감소법에 의한 사면안정해석 결과 55
그림 4.10. 계측기기 설치위치 56
그림 4.11. 지번 및 계측기기 설치위치 57
그림 4.12. 야외용 CCTV 카메라의 종류 59
그림 4.13. 계측기기 설치 상세 위치도 63
그림 4.14. 내부변위 모니터링을 위한 계측기기 설치 현황 64
그림 4.15. 데이터로거 설치 현황 65
그림 4.16. CCTV 및 태양광 패널 설치 개요도 66
그림 4.17. 폴 설치를 위한 앵커베이스(높이 1.5m) 67
그림 4.18. CCTV 카메라 및 태양광 패널 설치 과정 68
그림 4.19. CCTV 카메라 및 태양광 패널 설치 현황 69
그림 4.20. 1차 수정된 모니터링 시스템 및 서버 구축 개요도 70
그림 4.21. 확정된 모니터링 시스템 및 서버 구축 개요도 71
그림 4.22. 옥동광산의 강우량-지하수위 비교 72
그림 4.23. 삼보광산의 강우량-지하수위 비교 73
그림 4.24. 일별 강우량과 센서별 온도 변화 74
그림 4.25. 일별 강우량과 심도별 다점온도 결과 비교(옥동 GT5) 75
그림 4.26. 옥동광산과 삼보광산에 설치된 경사계 76
그림 4.27. 일별 경사계 측정 결과 76
그림 4.28. 일별 지하수위계 측정 결과(B-1, B-4) 77
그림 4.29. 일별 간극수압계 측정 결과(B-5) 78
그림 4.30. 강우로 인한 지하수위, 포화도, 간극수압의 전형적인 변화 79
그림 4.31. 일별 지중침하계 측정 결과(B-2) 80
그림 4.32. 지중경사계에서 측정된 심도별 수평변위 81
그림 4.33. 지중경사계에서 측정된 누적수평변위 81
그림 4.34. 일별 다점온도 측정 결과(옥동광산 GT1-GT3-GT5 단면) 84
그림 4.35. 일별 다점온도 측정 결과(삼보광산 상단 T1~T10) 84
그림 4.36. 직내골 적치장의 물수지 87
그림 4.37. 적치장의 서쪽 경계면에 설치된 측구 87
그림 4.38. 그림 4.17에서 A단면 88
그림 4.39. 직내골 적치장의 지표수 배수 경로 88
그림 5.1. 시범지역 측량 기준점 위치 89
그림 5.2. 측량 기준점 설치 사진 89
그림 5.3. 측량점의 위치 91
그림 5.4. 측량점 측량 전경 91
그림 5.5. 1차와 2차 측량의 좌표변화 92
그림 5.6. LiDAR 측량 전경 94
그림 5.7. 2021년 3월 LiDAR 측량 결과 95
그림 5.8. 2021년 8월 LiDAR 측량 결과 96
그림 5.9. LiDAR 측량 결과 비교 97
그림 5.10. 적치장 도로 측선을 따라 1차 및 2차 LiDAR 측량의 고도 값 차이 98
그림 5.11. 항공사진 측량 장비 99
그림 5.12. 적치장 드론 촬영 영역 및 비행 방법 100
그림 5.13. 드론 항공촬영을 이용한 3차원 지형모델 구축 과정 및 결과 101
그림 5.14. 드론측량으로 획득한 도로 TIN자료 104
그림 5.15. 1차 및 2차 측량의 TIN 자료 측선 구성 105
그림 5.16. 1차 및 2차 측량시 획득된 TIN 자료의 고도 차이 105
그림 6.1. 통합 안전관리 모니터링 시스템 구성 개요 115
그림 6.2. 기존 적치장 통신 시스템 구성도 및 현장 설치 사진 117
그림 6.3. 시범지역 적치장 통신 시스템 구성도 및 현장 설치 사진 118
그림 6.4. VPN 공유기를 설치한 시범지역 통신장비 함체 124
그림 6.5. 통합 안전관리 모니터링 시스템의 소프트웨어 구조 125
그림 6.6. Docker 기반 모니터링 시스템 서버와 대시보드가 구동되는 상태 126
그림 6.7. 시범지역 통합모니터링 시스템 대시보드 화면 예시 128
그림 6.8. 통합 모니터링 시스템 대시보드 화면 예시 128
그림 6.9. 통합모니터링 시스템 서버 PC와 함체 129
그림 6.10. 통합모니터링 시스템 대시보드 운영 사진 130
그림 6.11. 통합모니터링 시스템 CCTV 시스템 운영 사진 130
그림 7.1. 적치장 모델 구조 137
그림 7.2. 표준관입시험(SPT) 실시 위치 138
그림 7.3. 적치장 내부 시추공별 입도분포 139
그림 7.4. 적치장 제체 시추공별 입도분포 139
그림 7.5. 보정 전 표준관입시험결과 142
그림 7.6. 보정 후 표준관입시험결과 143
그림 7.7. 유효수직응력에 따른 동전단탄성계수 145
그림 7.8. 정규화된 전단탄성계수감소 곡선 145
그림 7.9. 유효수직응력에 따른 전단탄성계수(그림 7.7로부터 재산정) 146
그림 7.10. 직내골 적치장 주배수로 사진 및 위치 152
그림 7.11. 직내골 적치장 모델 강우조건 및 경계조건 152
그림 7.12. 강우강도별 안전율(24시간), 투수계수별(2007, 2020) 비교 155
그림 7.13. 강우강도별 안전율(24시간), 지하수위별 비교 156
그림 7.14. 강우량별 안전율, 강우강도 25mm/h 조건 156
그림 7.15. 직내골 적치장 계측기 설치 위치 158
그림 7.16. 직내골 적치장 강우기록(20.12.07~21.08.12) 159
그림 7.17. 직내골 적치장 여름 강우기록(21.06.17~21.08.07) 159
그림 7.18. 직내골 적치장 지하수위 측정기록(B-1, B-2) 159
그림 7.19. 직내골 적치장 간극수압 측정기록(21.06.17~21.08.07) 160
그림 7.20. 직내골 적치장 수직지중경사계 측정값(21.06.17~21.08.07) 160
그림 7.21. 직내골 적치장 깊이별 수평지중경사계 측정값(21.06.20~21.08.05) 161
그림 7.22. 모니터링 위치에서의 간극수압 변화추이 164
그림 7.23. 깊이별 변위와 모델링 결과 166
그림 7.24. 시간별 수직변위(21.06.17~21.08.07), 모델링 결과와 계측값 비교 166
그림 7.25. 재구축한 3차원 모델 172
그림 7.26. 건기조건 전단변형률 분포도 및 안전율(4.61) 172
그림 7.27. 2020.12 지하수위 기준 간극수압 분포도 173
그림 7.28. 2020.12 지하수위 기준 전단변형률 분포도 및 안전율(3.80) 173
그림 7.29. 지하수위 GL.-30m 기준 간극수압 분포도 173
그림 7.30. 지하수위 GL.-30m 전단변형률 분포도 및 안전율(3.46) 174
그림 7.31. 지하수위 GL.-25m 기준 간극수압 분포도 174
그림 7.32. 지하수위 GL.-25m 기준 전단변형률 분포도 및 안전율(3.43) 174
그림 7.33. 지하수위 GL.-20m 간극수압 분포도 175
그림 7.34. 지하수위 GL.-20m 기준 전단변형률 분포도 및 안전율(3.29) 175
그림 7.35. 지하수위 GL.-15m 간극수압 분포도 176
그림 7.36. 지하수위 GL.-15m 기준 전단변형률 분포도 및 안전율(3.15) 176
그림 7.37. 시간당 25mm 강우강도 조건시 시간별, 깊이별 변위 추이 179
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