본 연구에서는 주방식 지하구조물의 안정성 검토방안을 마련하기 위해 암주와 천장부의 거동을 수치해석 방법으로 검토하였다. 또한, 기존 자원개발 분야에서 고려하는 주방식 공법의 설계 개념과는 달라져야 하는, 공간 확보차원에서의 합리적인 주방식 공법의 설계 절차 및 개념을 제시하였다. 주어진 지반 조건에서 암주의 형상비와 천장부의 길이에 따른 수치해석을 수행하였으며 초기 이완이 시작되는 시점에서의 파괴유형과 위치 변화를 검토하였다. 해석결과, 천장부 폭과 암주 폭과의 비(w/s)와 파괴시점의 상재하중간의 관계는 선형관계를 보였으며, 천장부 폭과 암주 폭의 비가 주방식 채광 설계에서는 매우 중요한 설계인자로 다루어지는 암주의 폭과 높이 비(w/H)보다 구조물의 안정성 확보차원에서는 더욱 민감한 설계인자인 것으로 나타났다. 이는, 암주의 안정성 만을 확보하는 차원에서 수행되는 주방식 채광 설계법과는 달리, 암주부와 함께 구조물 천장부 및 어깨부의 안정성까지도 함께 고려하여 지하구조물의 안정성을 확보할 수 있는 구조물 설계가 되어야 함을 의미한다. 또한, 지하구조물의 형상에 따라 초기 이완대가 발생하는 위치와 전단 또는 인장파괴 등 파괴유형도 다르게 나타나, 주방식 지하구조물에 대한 설계는 상재하중에 따른 천장부와 암주의 안정성을 연계하여 수행하는 것이 필요하다.
In this study, in order to evaluate stability of the room-and-pillar underground structure, a series of preliminary numerical analyses were performed. Design concept and procedure of an underground structure for obtaining a space are proposed, which should be different from structural design for the room-and-pillar in mine. With assumed material properties, a series of numerical analyses were performed by varying size ratios of room and pillar and then the failure modes and location at yielding initiation were investigated. From the results, relationship between the ratio of pillar width to the roof span (w/s) and overburden pressure at failure initiation shows a relatively linear relation, and the effect of w/s on structural stability is much more critical than the ratio of pillar width and height (w/H) which is a crucial parameter in design of the room-and-pillar mining. It means that roof tensile failure and shear failure at shoulder and pillar are necessary to be considered together for confirming overall structural stability of the room-and-pillar structure, rather than considering the pillar stability only in mining. Failure modes and location at failure initiation were varied with respect to the ratio of room and pillar widths. Therefore, it is necessary to simultaneously consider stability of both roof span and pillar for design of underground structure by the room-and-pillar method.
