• Technical Note

    무인 이동체를 이용한 폐광산 갱도 및 수몰 갱도의 3차원 형상화 위한 적용성 평가

    Evaluation of Applicability for 3D Scanning of Abandoned or Flooded Mine Sites Using Unmanned Mobility

    김수로, 박관인, 김상욱, 백승한

    Soolo Kim, Gwan-in Bak, Sang-Wook Kim, Seung-han Baek

    폐광산의 갱도 입구를 통해 고속 라이다(Light Detection And Ranging, LiDAR) 장비가 탑재된 무인 이동체를 투입하여 폐광의 갱도를 형상화하기 위한 기술이 제안되었다. 직경이 …

    An image-reconstruction technology, involving the deployment of an unmanned mobility equipped with high-speed LiDAR (Light Detection And Ranging) has been proposed to …

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    폐광산의 갱도 입구를 통해 고속 라이다(Light Detection And Ranging, LiDAR) 장비가 탑재된 무인 이동체를 투입하여 폐광의 갱도를 형상화하기 위한 기술이 제안되었다. 직경이 1.5 m 이상인 좁은 갱도에 바닥이 슬러지 형태로 미끄럽고 장애물이 있는 환경에서 무인 이동체를 운영할 때 고려할 사항을 검토하였다. 육상환경 이동을 위해 4족 보행 로봇을 활용하였으며 항공 환경 이동을 위해 쿼드콥터 드론이 활용되었다. 수중환경의 갱도에 투입하기 위해서 수중 드론이 사용되었다. 무인 이동체를 실제 광산 현장에 투입하여 폐광 현장용 이동체가 고려해야 할 변수들을 도출하였다. 폐광산 갱도 형상화용 센서로서 2차원 영상 기반의 solid-state 라이다가 사용되었다. 방사형으로 측정되는 라이다의 특성을 고려하여 고정 경사각을 두어 회전시켜 운영하여 갱도 형상화를 위한 효율성을 높이고 동시에 장애물 감지도 같이 수행할 수 있도록 제안하였다. Solid-state 라이다를 이용하여 측정데이터로부터 센서의 자세와 로봇의 자세를 반영하여 현실 좌표계 데이터로 변환하기 위한 계산기법이 도출되었다. 라이다 센서와 무인 비행체가 결합하여 실제 현장에 투입하여 갱도 형상을 추출하였다. 마지막으로 실제 현장에서 효용성을 높이기 위한 요소를 도출하였다.


    An image-reconstruction technology, involving the deployment of an unmanned mobility equipped with high-speed LiDAR (Light Detection And Ranging) has been proposed to reconstruct the shape of abandoned mine. Unmanned mobility operation is remarkably useful in abandoned mines fraught with operational difficulties including, but not limited to, obstacles, sludge, underwater and narrow tunnel with the diameter of 1.5 m or more. For cases of real abandoned mines, quadruped robots, quadcopter drones and underwater drones are respectively deployed on land, air, and water-filled sites. In addition to the advantage of scanning the abandoned mines with 2D solid-state lidar sensors, rotation of radiation at an inclination angle offers an increased efficiency for simultaneous reconstruction of mineshaft shapes and detecting obstacles. Sensor and robot posture were used for computing rotation matrices that helped compute geographical coordinates of the solid-state lidar data. Next, the quadruped robot scanned the actual site to reconstruct tunnel shape. Lastly, the optimal elements necessary to increase utility in actual fields were found and proposed.

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    29 February 2024
  • Case Study

    사용후핵연료 심층 처분장을 위한 국내외 굴착손상영역 사례연구

    Oversea & Domestic Case Studies on Excavation Damaged Zone for Deep Geological Repository for Spent Nuclear Fuel

    윤정환, 민기복, 권상기, 송명규, 이승원, 고태영, 정호영, 신영진, 정재훈, 임주휘

    Jeonghwan Yoon, Ki-Bok Min, Sangki Kwon, Myung Kyu Song, Sean Seungwon Lee, Tae Young Ko, Hoyoung Jeong, Youngjin Shin, Jaehoon Jung, Juhyi Yim

    본 사례연구에서는 사용후핵연료 처분장 건설을 위한 굴착손상영역(EDZ) 평가 및 국내외 실증연구사례를 정리하고 조사하였다. 굴착손상영역은 사용후핵연료 처분장의 성능평가에 중요한 요소로 간주되며, 국내외 여러 …

    In this case study, detailed survey of the Excavation Damaged Zone (EDZ) evaluation for the deep geological repository for high level nuclear …

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    본 사례연구에서는 사용후핵연료 처분장 건설을 위한 굴착손상영역(EDZ) 평가 및 국내외 실증연구사례를 정리하고 조사하였다. 굴착손상영역은 사용후핵연료 처분장의 성능평가에 중요한 요소로 간주되며, 국내외 여러 국가에서 지하 연구시설 현장 및 실험실 시험을 통해 굴착손상영역의 특성 파악 및 그 범위를 정량적으로 판단하고자 하는 연구들이 수행되어왔다. 굴착손상영역에 대한 이해를 위하여 굴착손상영역의 정의, 역사를 시작으로 굴착손상영역에 영향을 주는 요인과 굴착손상영역으로 인한 영향을 정리하였다. 다음으로 굴착손상영역과 암반 특성에 관한 분석을 수행하였으며, 선행연구를 통해 도출한 일반화된 요약과 한계점, 향후 연구 방향을 제시하였다.


    In this case study, detailed survey of the Excavation Damaged Zone (EDZ) evaluation for the deep geological repository for high level nuclear waste was conducted. Oversea and Domestic case studies were compiled and investigated. EDZ is considered a crucial factor in the performance assessment of spent fuel disposal, leading to numerous studies worldwide aiming to understand the characteristics of the EDZ and quantitatively assessment of its extent through field and laboratory tests at Underground Research Laboratory (URL) sites. To enhance the understanding of EDZ, this study begins with defining and exploring the history of EDZ, compiling factors influencing EDZ, and summarizing the impacts caused by EDZ. Subsequently, an analysis of EDZ and rock properties is performed, followed by presenting generalized outcomes, limitations drawn from previous research, and proposing future research directions.

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    29 February 2024
  • Research Article

    국내 심부 지질특성 연구를 통한 고준위방사성폐기물 심층처분 후보 암종 선행연구

    Preliminary Study on Candidate Host Rocks for Deep Geological Disposal of HLW Based on Deep Geological Characteristics

    천대성, 진광민, 신중호, 김유홍, 전석원

    Dae-Sung Cheon, Kwangmin Jin, Joong Ho Synn, You Hong Kihm, Seokwon Jeon

    원자력발전에 따라 필수적으로 발생하는 고준위방사성폐기물은 원자력발전이 시행된 나라 내 처분이 원칙이다. 고준위방사성폐기물의 심층처분을 위한 처분 지역과 모암의 결정은 과학적 방법뿐만 아니라 정치, …

    In general, high-level radioactive waste (HLW) generated as a result of nuclear power generation should be disposed within the country. Determination of …

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    원자력발전에 따라 필수적으로 발생하는 고준위방사성폐기물은 원자력발전이 시행된 나라 내 처분이 원칙이다. 고준위방사성폐기물의 심층처분을 위한 처분 지역과 모암의 결정은 과학적 방법뿐만 아니라 정치, 경제, 사회적으로 중요한 이슈이다. 현재까지 전 세계적으로 처분 모암으로 고려되는 암종은 결정질암, 퇴적암인 이암, 화산암인 응회암, 암염 등이 있다. 그러나 국내의 경우 지질학적으로 암염을 제외한 다양한 암종이 복잡하게 분포하고 있다. 본 논문에서는 고준위방사성페기물처분장의 처분 모암에 대한 다양한 암종 연구의 예비결과와 함께 전국규모의 지질학적, 암석역학적 특성을 분석하였을 뿐만 아니라, 후보 암종에 대한 심부 시추조사 사례들을 통하여 특성을 검토하고 처분 모암으로서 다양한 암종들의 가능성을 제시하고자 하였다. 또한 전국규모의 광역적 특성 분석, 문헌 조사, 상세 사례분석 등을 통하여 고준위방사성폐기물 심층처분을 위한 후보 암종으로 결정질암인 쥐라기 화강암과 백악기 퇴적암 중 진주층과 진동층을 도출하였다. 그러나 본 논문에서 도출된 후보 암종들에 대해 연구된 자료의 양이 적기 때문에 처분심도, 지역적 특성, 다학제적인 검토 등에 대한 추가적이고 상세한 분석이 수행된 후 신중히 처분 암종이 결정되어야 할 것으로 사료된다.


    In general, high-level radioactive waste (HLW) generated as a result of nuclear power generation should be disposed within the country. Determination of the disposal site and host rock for HLW deep geological repository is an important issue not only scientifically but also politically, economically, and socially. Considered host rock types worldwide for geological disposal include crystalline rocks, sedimentary rocks, volcanic rocks, and salt dome. However, South Korea consists of various rock types except salt dome. This paper not only analyzed the geological and rock mechanical characteristics on a nationwide scale with the preliminary results on various rock type studies for the disposal host rock, but also reviewed the characteristics and possibility of various rock types as a host rock through deep drilling surveys. Based on the nationwide screening for host rock types resulted from literature review, rock distributions, and detailed case studies, Jurassic granites and Cretaceous sedimentary rocks (Jinju and Jindong formations) were derived as a possible candidate host rock types for the geological disposal. However, since the analyzed data for candidate rock types from this study is not enough, it is suggested that the disposal rock type should be carefully determined from additional and detailed analysis on disposal depth, regional characteristics, multidisciplinary investigations, etc.

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    29 February 2024
  • Research Article

    노천채굴적 내 광미 적치 시나리오 구축 및 천반 수평필러 안정성 분석

    Establishment of Tailing Disposal Scenario in Open-Pit and Surface Pillar Stability Analysis

    강일석, 송재준, ThomasPabst

    Il-Seok Kang, Jae-Joon Song, Thomas Pabst

    생산이 완료된 노천광산 채굴적을 광미(광물찌꺼기) 적치 장소로 활용하는 방안은 기존 광미 적치 시설(TSF, Tailing storage facility)의 설치 공간 및 운영비용 문제 해결을 …

    Utilization of completed open-pit for mining waste disposal is an alternative method of tailing storage facility (TSF), which can minimize the area …

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    생산이 완료된 노천광산 채굴적을 광미(광물찌꺼기) 적치 장소로 활용하는 방안은 기존 광미 적치 시설(TSF, Tailing storage facility)의 설치 공간 및 운영비용 문제 해결을 위한 대안으로 제시된다. 하지만 장기간에 걸쳐 적치된 광미는 주변 암반에 추가적인 하중으로 작용하여 광산의 역학적 안정성을 저해할 위험성이 존재한다. 본 연구에서는 호주 Marymia 광산의 사례를 참고하여 약 60,400 시간에 걸친 광미 적치 시나리오를 구축하였으며, 다양한 지하 채광장 형태 및 암반 조건에 따른 천반 수평필러의 역학적 안정성을 Sigma/W 해석 소프트웨어를 활용하여 분석하였다. 분석 결과, 광미 적치가 장기간 지속됨에 따라 천반 수평필러의 파괴 가능성이 유의미하게 증가함을 확인하였다. 해당 결과는 노천채굴적 내 광미 적치 시 광산 구조에 대한 역학적 안정성 고려가 필수적임을 시사한다.


    Utilization of completed open-pit for mining waste disposal is an alternative method of tailing storage facility (TSF), which can minimize the area and cost required for the installation of TSF. However, long-term tailing disposal into open-pit has a potential risk of reducing mechanical stability of surrounding rock mass by acting as an additional load. In this research, a realistic open-pit tailing disposal scenario of 60,400 hours was established based on the case of Marymia gold mine, Australia. Mechanical stability of surface pillar between open-pit and underground stope was analyzed numerically by using Sigma/W, under different stope geometry and rock mass conditions. Simulation results showed that long-term tailing disposal into open-pit can significantly increase the failure probability of surface piller. This result suggests that mechanical stability of mine geometry should be conducted beforehand of open-pit tailing disposal.

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    29 February 2024
  • Research Article

    대전 화강암의 투수계수에 미치는 구속압, 온도, 공극률의 영향: 실험적 연구

    Effect of Confining Pressure, Temperature, and Porosity on Permeability of Daejeon Granite: Experimental Study

    이동길, 전석원

    Donggil Lee, Seokwon Jeon

    고준위방사성폐기물 심층처분 시, 처분공 주변의 근계암반은 높은 지중응력과 재포화된 벤토나이트 완충재의 팽윤압, 방사성 원소 붕괴열의 영향을 받아 국부적으로 투수계수가 변화될 수 있다. …

    In deep geological disposal of high-level radioactive waste, the surrounding rock at the immediate vicinity of the deposition hole may experience localized …

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    고준위방사성폐기물 심층처분 시, 처분공 주변의 근계암반은 높은 지중응력과 재포화된 벤토나이트 완충재의 팽윤압, 방사성 원소 붕괴열의 영향을 받아 국부적으로 투수계수가 변화될 수 있다. 본 연구에서는 국내 유력한 처분 대상 부지 암종 중의 하나인 결정질 경암으로서의 화강암을 대상으로, 실제 처분 환경에서 예상되는 다양한 구속압과 온도 조건을 적용하여 투수계수 변화 특성을 실험적인 방법을 통하여 고찰하고자 하였다. KURT 화강암 시험편 하나당 3개 이상의 정수압 조건에서 투수시험을 수행하여 구속압이 증가함에 따라 투수계수가 지수적으로 감소하는 관계를 도출하였다. 예상 최대 온도로 설정한 90°C 이하 수준에서는 온도에 의한 투수계수 변화가 무시 가능할 정도로 작음을 확인하였다. 추가로 초기투수계수가 초기공극률의 거듭제곱에 비례하는 상관관계를 도출함으로써, 특정 공극률을 지닌 화강암이 일정 구속압 하에 있을 때 가지는 투수계수 값을 유추할 수 있었다.


    In deep geological disposal of high-level radioactive waste, the surrounding rock at the immediate vicinity of the deposition hole may experience localized changes in permeability due to in-situ stress at depth, swelling pressure from resaturated bentonite buffer, and the heat generated from the decay of radioactive isotopes. In this study, experimental data on changes in permeability of granite, a promising candidate rock type in South Korea, were obtained by applying various confining pressures and temperature conditions expected in the actual disposal environment. By conducting the permeability test on KURT granite specimens under three or more hydrostatic pressure conditions, the relation in which the permeability decreases exponentially as the confining pressure increases was derived. The temperature- induced changes in permeability were found to be negligible at temperatures below the expected maximum of 90°C. In addition, by establishing a relation in which the initial permeability is proportional to the power of the initial porosity, it was possible to estimate permeability value for granite with a specific porosity under a certain confining pressure.

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    29 February 2024