KR101936906B1 - 사물인터넷 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ict 시스템에서 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지하 석회석 광산의 지하 갱도 내에 설치되는 광산 보안 시스템을 구성하는 각종 측정 센서들의 측정치 및 그 측정 위치와 같은 정보를 IoT 주파수 대역을 이용하여 수집할 수 있는 사물인터넷(IoT) 디바이스 노드 네트워크를 구축하여, 미소지진파 측정기, 천반변위 측정기, 가스 모니터 또는 온,습도 측정기 등의 센싱 유니트를 포함한 IoT 디바이스 간의 통신을 통하여 취득되는 지반 상태 및 환기 상태 정보를 해석하여 광산 보안 경고를 출력할 수 있도록 하며, 나아가 채광 진행 중에 수집되는 지반 상태 변화 정보를 채광계획 데이터 및 채광된 광물의 품위 데이터와 비교하여 룸(Room)/필라(Pillar) 비율, 필라 위치와 같은 설계 변수를 최적화시키는 발파 패턴 설계를 포함한 채광 계획을 출력할 수 있도록 하는 방법 및 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 지하 석회석 광산의 지하 갱도 내에 설치되는 광산 보안 시스템을 구성하는 각종 측정 센서들의 측정치 및 그 측정 위치와 같은 정보를 IoT 주파수 대역을 이용하여 수집할 수 있는 사물인터넷(IoT) 디바이스 노드 네트워크를 구축하여, 미소지진파 측정기, 천반변위 측정기, 가스 모니터 또는 온,습도 측정기 등의 센싱 유니트를 포함한 IoT 디바이스 간의 통신을 통하여 취득되는 지반 상태 및 환기 상태 정보를 해석하여 광산 보안 경고를 출력할 수 있도록 하며, 나아가 채광 진행 중에 수집되는 지반 상태 변화 정보를 채광계획 데이터 및 채광된 광물의 품위 데이터와 비교하여 룸(Room)/필라(Pillar) 비율, 필라 위치와 같은 설계 변수를 최적화시키는 발파 패턴 설계를 포함한 채광 계획을 출력할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
ICT(Information & Communication Technology)는 정보 기술(Information Technology, IT)과 통신 기술(Communication Technology, CT)의 합성어로 정보기기의 하드웨어 및 이들 기기의 운영 및 정보 관리에 필요한 소프트웨어 기술과 이들 기술을 이용하여 정보를 수집, 생산, 가공, 보존, 전달, 활용하는 모든 방법을 의미한다.
광산 보안이나 채광 계획 수립을 최적화할 수 있는 갱도 및 발파 계획 모델링 작업 등과 관련하여서 ICT 기술의 활용 기술에 대한 요청이 촉진되고 있는데, 이에 부응하여 예컨대 광산 보안 기술과 관련하여, 한국 등록 특허공보 제10-1236214호(2013.02.22. 공고)를 통하여 광산지리정보시스템을 이용한 지반침하 위험도 평가 시스템이 제공된 바 있으며, 그리고 한국 공개특허 공보 제10-2012-0076494호(2012.07.09. 공개)를 통하여 제공되는 센서 서브시스템은 갱도 내에 고정적으로 설치되는데, 다수의 서비스 모듈들을 장착하며, 영상 신호, 센서 신호 또는 RFID 독출 신호들을 포함한 데이터를 생성하여 광학적으로 송신하여 모니터링 영상을 생성하고 모니터에 표시하고, 분석 결과에 상응하여 설비를 제어하기 위한 명령을 광학적으로 송신하며, 작업 현장에 식수 또는 산소를 가압하여 공급하기 위한 컴프레셔를 제어하는 시스템을 제안하고 있다.
나아가, 한국 등록 특허공보 제10-1616228 호(2016.04.28. 공고)를 통하여 음영 구역이 많고 중계기의 설치 제약이 있는 지역인 광산의 갱도 및 지하통신음영 지역에서의 안전관리를 위한 실시간 위치추적 통신중계 시스템 구축 방법이 개시되고 있는데, 이에 따르면 경로를 따라 일렬 배열로 중계기 루트를 형성하고, 중계기들 사이에 기준지점을 선정한 후 기준지점마다 수신신호세기를 도출하여 DB화하고, 기준데이터로부터 얻어진 이동단말기(작업자가 휴대하는 단말기 또는 이동 장비에 부착되는 단말기)의 기준지점 위치에 오차가 발생할 경우에 거리 비례적으로 보상하여 실제 위치를 산출하는 방법을 제시하고 있다.
이와 같은 종래 기술에서 제시하고 있는 통신 방법에서는 대부분 인간의 조작이 개입되어야 했다면, 최근 들어서 인터넷에 연결된 기기들이 사람의 도움 없이 서로 알아서 정보를 주고받으며 대화를 나눌 수 있도록 하는 사물인터넷(Internet of Thing; IoT) 기술이 활성화되고 있으며, 블루투스나 근거리무선통신(NFC), 센서데이터, 네트워크가 이들의 자율적인 소통을 돕는 기술로 이용되고 있다.
사물인터넷에선 모든 물리적 센서 정보가 화제거리가 되는데, 온도, 습도, 열, 가스, 조도, 초음파 센서부터 원격감지, SAR, 레이더, 위치, 모션, 영상센서 등 유형 사물과 주위 환경으로부터 정보를 바탕으로 사물 간 대화가 이뤄지는데, 이러한 대화를 위한 통신 인프라가 필요한데 센싱 기술, 유·무선 통신 및 네트워크 인프라, IoT 서비스 인터페이스 기술 등이 그것이다. 여기에서, 도달거리가 길고 장애물의 제한이 적은 우수한 전파적 특성에도 그간 RFID, Z-웨이브 등 근거리 통신망에 제한적으로 이용되는 900MHz 대역 출력 기준이 증대되며 900MHz 대역은 최근 저전력 장거리 서비스를 위한 IoT 주파수 대역으로 부각되는 추세에 있다.
특히, 본 발명이 적용되는 광산 기술 분야는 다른 기술 분야에 비하여 최신 기술의 응용 기술의 도입이나 그 적용 수준이 매우 낮은 편이고, 앞서 설명한 ICT, 광산 갱도 통신 및 IoT 기술을 광산 현장에 적용함에 있어서 광산 안전 분야를 넘어서 채광 계획 수립을 최적화할 수 있는 갱도 및 발파 계획 모델링 작업 등과 관련하여 도입하여 사용하고자 한 사례가 거의 없는 실정이다.
예컨대, 룸 앤드 필라 방식 등으로 지하 갱도가 구축되는 석회석 광산에서 지하 갱도의 안정성을 확보하기 위하여 지반 상태의 변화 상태의 감시 시스템을 구축하면서 지하 갱도에 설치되는 미소지진파 측정기 또는 천반변위 측정기 등의 센싱 유니트를 포함한 IoT 디바이스 간의 통신을 통하여 취득되는 지반 상태 정보를 해석하여 광산 보안 경고가 필요한 경우 적절한 경고가 출력될 수 있도록 하면서, 또한 수집된 측정치들을 이용하여 채광계획을 구성하는 설계변수들을 최적화함으로써 채광영역의 안정성을 고려하면서도 품위별 선택 채광과 적절한 시기에 적정한 품위와 양을 생산하기 위한 최적의 채광 스케쥴을 달성할 수 있도록 하는 기술이 구현되게 된다면 그 유용성이 매우 높을 것이다.
본 발명은 상술한 종래 기술들의 일반적이고 공통적인 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명을 통하여 해결하고자 하는 1차적인 기술적 과제는, 룸 앤드 필라 방식으로 채광 영역 및 지하 갱도가 구축되는 석회석 광산에서 지하 갱도의 안정성을 확보하기 위하여 지하 갱도 내에 설치되는 광산 보안 시스템을 구성하는 각종 센서들의 측정치 및 그 측정 위치와 같은 정보를 IoT 주파수 대역을 이용하여 수집할 수 있는 사물인터넷(IoT) 디바이스 노드 네트워크를 구축하여, 미소지진파 측정기, 천반변위 측정기, 가스 모니터 또는 온, 습도 측정기 등의 센싱 유니트를 포함한 IoT 디바이스 간의 통신을 통하여 취득되는 지반 상태 및 환기 상태 정보를 해석하여 광산 보안 경고를 출력할 수 있도록 하며, 나아가 채광 진행 중에 수집되는 지반 상태 변화 정보를 채광계획 데이터 및 채광된 광물의 품위 데이터와 비교하여 룸/필라 비율, 필라 위치와 같은 설계 변수가 최적화되는 채광계획을 출력할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여,
룸 앤드 필라 방식으로 채광 영역 및 지하 갱도가 구축되는 석회석 광산에서 룸 및 필라를 포함한 지하 채광 영역에 설치된 사물인터넷(IoT) 디바이스를 구성하는 미소지진파 측정부, 천반변위 측정부, 가스·온도·습도 측정부에서 취득한 측정 데이터를 수집하는 측정 데이터 수집 단계;
수집된 측정 데이터를 900 MHz 대역의 무선 통신에 의해 IOT 디바이스 노드 네트워크를 통하여 ICT 시스템에 전송하는 측정 데이터 IOT 디바이스 노드 네트워크 전송 단계;
광산 보안/관리 기준 비교 데이터, 채광계획 비교 데이터, 채광광물 품위 비교 데이터를 자료 DB로부터 추출하는 비교 데이터 추출 단계; 및
수집된 측정 데이터와 추출된 비교 데이터를 비교하여, 광산 보안 경고(천반 붕락 예고, 가스 경고, 온도/습도 제어를 위한 환기 시스템 불량 경고)를 출력하고, 그리고 채광영역의 안정성을 고려하면서 품위별 선택채광을 위한 설정 품위와 설정 광량을 생산하도록 최적화된 채광 스케쥴을 달성할 수 있도록 광산 채광계획을 최적화시키는 설계 변수로서 룸/필라 비율 및 필라 위치의 설계 변수를 출력하는 ICT 시스템 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 단계를 포함하여 이루어지는 IOT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 방법을 제공한다.
여기에서 보다 구체적으로 상기 미소지진파 측정부로부터 수집된 미소지진파 측정 데이터를 이용하여 광산 보안 경고(천반 붕락 예고)와 광산 채광계획을 최적화시키는 설계 변수로서 룸/필라 비율 및 필라 위치의 설계 변수를 출력하는 과정이 제공될 수 있는데, 이에 따르면
수집된 미소지진파 측정 데이터를 차량의 진동과 특성을 비교하여 분석하는 차량 진동 특성 비교 분석 단계;
상기 미소지진파 측정 데이터가 차량 진동이 아닌 것으로 판정될 때, 수집된 미소지진파 측정 데이터를 발파 진동과 특성을 비교하여 분석하는 발파 진동 특성 비교 분석 단계;
상기 발파 진동 특성 비교 분석 단계에서 미소지진파 측정 데이터가 발파 진동이 아닌 것으로 판정될 때, 수집된 미소지진파 측정 데이터로부터 파악되는 진동 크기를 자료 DB로부터 추출되는 상기 광산 보안/관리 비교 데이터에 포함된 붕락 예고치와 비교하는 붕락 예고치 비교 단계;
상기 붕락 예고치 비교 단계에서 붕락 예고치를 초과하는 것으로 판정되는 경우, 상기 천반변위 측정부로부터 수집된 천반 변위 측정 데이터에 대한 추가적인 분석을 통하여 천반 붕락 경고 또는 지보 보강 경고를 출력하거나 룸/필라 비율, 필라 위치를 포함한 채광계획 최적화 설계변수 산출하여 출력하는 광산 보안 경고 및 채광 설계변수 출력 단계가 진행되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발파 진동 특성 비교 분석 단계에서 미소지진파 측정 데이터가 발파 진동인 것으로 판정될 때, 발파 진동의 크기를 분석하여 제어 발파를 위한 발파 설계 변수를 출력하는 단계를 추가적으로 진행하는 것이 더욱 바람직하다.
아울러 본 발명은 상술한 방법 발명을 수행하기 위한 장치 발명의 관점에서,
룸 앤드 필라 방식으로 채광 영역 및 지하 갱도가 구축되는 석회석 광산에서 지하 갱도의 안정성을 확보하기 위하여 지하 갱도 내에 설치되는 광산 보안 시스템을 구성하는 측정 센서들로서 제공되는 미소지진파 측정부, 천반변위 측정부, 가스·온도·습도 측정부와 연결되며, 전원부, 통신부, 및 상기 미소지진파 측정부, 천반변위 측정부, 가스·온도·습도 측정부, 전원부, 통신부들을 제어하는 단말제어부를 포함하여 이루어지는 사물인터넷 디바이스; 및
통신부를 통하여 다수개의 상기 사물인터넷 디바이스들로 구성되는 구성되는 IoT 디바이스 노드 네트워크로부터 전송되는 상기 센서들의 측정치 및 그 측정 위치를 포함한 전송 정보를 수집하여 채광 진행 중에 발생하는 지반 상태 변화 정보 데이터(미소지진파, 천반 변위 데이터)를 자료 DB에 저장된 광산 보안 데이터, 채광계획 데이터, 및 채광된 광물의 품위 데이터와 비교하여 채광계획을 최적화시키는 룸/필라 비율, 필라 위치와 같은 채광 영역 설계 변수를 산정하여 제어 출력부를 통하여 출력하는 시스템 제어부를 포함하여 이루어지는 ICT 시스템를 포함하여 이루어지는 IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서의 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 지하 석회석 광산의 지하 갱도 내에 설치되는 광산 보안 시스템을 구성하는 각종 측정 센서들의 측정치 및 그 측정 위치와 같은 정보를 도달거리가 길고 장애물의 제한이 적은 우수한 전파적 특성를 가진 IoT 주파수 대역(예컨대 917 ~ 923.5 MHz의 900 MHz 대역)을 이용하여 수집할 수 있는 사물인터넷(IoT) 디바이스 노드 네트워크를 구축할 수 있도록 하여 광산 보안 시스템을 구성하는 각종 센서들로부터 수집되는 측정치들을 장기적, 안정적으로 수집할 수 있도록 하면서, 미소지진파 측정기, 천반변위 측정기, 가스 모니터 또는 온,습도 측정기 등의 센싱 유니트를 포함한 IoT 디바이스 간의 통신을 통하여 취득되는 지반 상태 및 환기 상태 정보를 ICT 시스템을 통하여 해석함으로써, 천반 붕락 경고 또는 광산 환기 시스템 불량 사태 경고 등의 광산 보안 경고가 필요한 요건이 충족되는 경우에 ICT 시스템이 광산 보안 경고를 출력할 수 있도록 하여 광산 보안 환경을 개선하도록 하는 효과가 제공된다.
나아가 본 발명에 따르면, 광물 채광 진행 중에 수집되는 지반 상태 변화 정보를 채광계획 데이터 및 채광된 광물의 품위 데이터와 비교하여 룸/필라 비율, 필라 위치와 같은 설계 변수를 최적화시키는 채광 계획(발파 패턴 설계를 포함)을 구성하는 설계변수들을 최적화할 수 있도록 함으로써 채광영역의 안정성을 고려하면서도 품위별 선택 채광과 적절한 시기에 적정한 품위와 광량을 생산하기 위한 최적의 채광 스케쥴을 달성할 수 있도록 하는 효과가 제공되기도 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 대상이 되는 지하 석회석 광산의 구조도의 하나의 예를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 지하 석회석 광산의 구조에서 본 발명에 따른 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 방법을 수행하기 위한 IoT 디바이스와 ICT 시스템이 설치되는 상태의 바람직한 일 실시예의 기본적인 개념 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 시스템 구성도이다.
도 5a 및 도 5b는 지하 석회석 광산에서 채광이 진행되면서 룸 및 필라가 추가로 생성되며 센서들을 포함한 IoT 디바이스가 추가 설치 또는 이동 설치되며 노드 네트워크가 변화되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 발파 진동의 진동 특성을 예시한 도면이다.
도 7은 IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서 광산 보안 경고를 출력하고 광산 최적화 설계 변수를 출력하기 위한 본 발명에 따른 방법 발명의 바람직한 일 실시예의 흐름도이고, 도 8은 미소지진파 측정 데이터의 처리 과정에 대한 보다 구체적인 실시예의 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 지하 석회석 광산의 구조에서 본 발명에 따른 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 방법을 수행하기 위한 IoT 디바이스와 ICT 시스템이 설치되는 상태의 바람직한 일 실시예의 기본적인 개념 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 시스템 구성도이다.
도 5a 및 도 5b는 지하 석회석 광산에서 채광이 진행되면서 룸 및 필라가 추가로 생성되며 센서들을 포함한 IoT 디바이스가 추가 설치 또는 이동 설치되며 노드 네트워크가 변화되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 발파 진동의 진동 특성을 예시한 도면이다.
도 7은 IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서 광산 보안 경고를 출력하고 광산 최적화 설계 변수를 출력하기 위한 본 발명에 따른 방법 발명의 바람직한 일 실시예의 흐름도이고, 도 8은 미소지진파 측정 데이터의 처리 과정에 대한 보다 구체적인 실시예의 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
먼저 도 1을 참조하여 본 발명이 적용되는 대상이 되는 지하 석회석 광산의 구조를 살펴보면, 지하 석회석 광산(100)의 광체(110)는 지하 갱도(111)를 굴착하면서 광체(110)에 접근한 다음에 광체(110)의 일부를 셀프 지보(천반 붕락 방지) 기능을 할 수 있도록 필라(114)로 남기면서 채광하여 룸(112) 공간을 형성하게 되는데, 막장 단면에서는 드릴링 장비(천공 장비)를 이용하여 천공홀을 천공한 후에 폭약을 장약하여 발파하는 방식으로 채굴 영역을 확대하게 되고, 발파 채굴된 광물(110a)은 운반 장비에 의해 외부로 이송되고 선광부에서 선광 처리(선광시 채광 광물의 품위 데이터가 수집되어서 도 4에 도시된 바와 같이 자료 DB에 수록됨)된다.
도 2, 도 3, 및 도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 지하 석회석 광산에서 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 방법을 수행하기 위하여 미소지진파 측정부(220), 천반변위 측정부(230), 가스·온도·습도 측정부(240), 전원부(210)(무선 통신을 위한 구성을 위하여 충전식 Battery 방식; 저전력 구성으로서 내장형 Battery 방식도 가능함), 통신부(250), 및 단말 제어부(200P)를 포함하여 구성되는 사물인터넷(IoT) 디바이스(200)와, 그리고 이들 IOT 디바이스 노드 네트워크(도 4, 도 5a, 도 5b의 도면부호 '200N')에 접속되는 ICT 시스템(1000)이 도면에 예시된 바와 같은 세부 구성을 가진 상태로 설치되게 된다.
물론 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 지하 석회석 광산에서 채광이 진행되면서 채광 영역이 확대됨에 따라서 룸(112) 및 필라(114)가 추가로 생성되며, 이와 같이 추가로 생성되는 룸(112) 및 필라(114) 구조물에 설치되는 센서들을 포함한 사물인터넷(IoT) 디바이스(200)가 추가로 설치될 수 있으며, 경우에 따라서 기존에 설치된 사물인터넷(IoT) 디바이스(200)가 이동 설치(특정 디바이스간 거리가 (D1)에서 (D1')로 변경)되며, 이로써 IoT 디바이스 노드 네트워크(200N)의 구성이 변화될 수도 있는데, IoT 디바이스 노드 네트워크를 통하여 수집되는 정보에는 위치 정보가 포함되어 있기에 ICT 시스템(1000)에서는 새로운 위치에서의 새로운 정보 데이터로 취급되게 된다. 여기에서 필라와 같은 장애물이 없는 직선형의 지하 갱도(111)에서는 사물인터넷(IoT) 디바이스간 거리가 (D2)로 보다 장거리의 통신이 가능할 수 있다. 또한, 이와 같이 IoT 디바이스 노드 네트워크(200N)을 형성함으로써 별도의 전력선이나 통신 케이블없이 저전력 모바일 통신 네트워크가 제공될 수 있으며 일부 사물인터넷(IoT) 디바이스(200)가 필라(114)의 음영 구역에 포함되더라도 인접한 다른 사물인터넷(IoT) 디바이스(200)가 리던던시(Redundancy)로 가능하여 시스템의 안정성을 유지할 수 있도록 하며, 나아가 채광 영역이 확대 또는 변경됨에 따라서 IoT 디바이스 노드 네트워크(200N)의 구성이 변화될 때 기존에 음영 구역에 포함되었던 사물인터넷(IoT) 디바이스(200)가 다시 IoT 디바이스 노드 네트워크(200N)에 포함될 수도 있을 것이다.
IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서 광산 보안 경고를 출력하고 광산 최적화 설계 변수를 출력하기 위한 본 발명에 따른 방법 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 첨부 도면 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이,
룸 앤드 필라 방식으로 채광 영역 및 지하 갱도(111)가 구축되는 석회석 광산(100)에서 룸(112) 및 필라(114)를 포함한 지하 채광 영역에 설치된 사물인터넷(IoT) 디바이스(200)를 구성하는 미소지진파 측정부(220), 천반변위 측정부(230), 가스·온도·습도 측정부(240)에서 취득한 측정 데이터를 수집하는 측정 데이터 수집 단계(S100);
수집된 측정 데이터를 900 MHz 대역의 무선 통신에 의해 IoT 디바이스 노드 네트워크(200N)를 통하여 ICT 시스템(1000)에 전송하는 측정 데이터 IoT 디바이스 노드 네트워크 전송 단계(S200);
광산 보안/관리 기준 비교 데이터, 채광계획 비교 데이터, 채광광물 품위 비교 데이터를 자료 DB(300)로부터 추출하는 비교 데이터 추출 단계(S200); 및
수집된 측정 데이터와 추출된 비교 데이터를 비교하여, 광산 보안 경고(천반 붕락 예고, 가스 경고, 온도/습도 제어를 위한 환기 시스템 불량 경고)를 출력하고, 그리고 채광영역의 안정성을 고려하면서 품위별 선택채광을 위한 설정 품위와 설정 광량을 생산하도록 최적화된 채광 스케쥴을 달성할 수 있도록 광산 채광계획을 최적화시키는 설계 변수로서 룸/필라 비율 및 필라 위치의 설계 변수를 출력하는 ICT 시스템 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 단계(S400)를 포함하여 이루어지는 IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 방법을 제공한다.
예컨대, 수집된 측정 데이터 중에서 미소지진파 측정 데이터 등과 광산 보안/관리 기준 비교 데이터의 비교를 통하여 채광영역의 안정성을 유지하면서 광산 보안 측면에서 문제가 없는 경우에, 채광계획 비교 데이터 및 채광광물 품위 비교 데이터를 이용하여 광산 채광계획을 최적화시키는 설계 변수로서 룸/필라 비율(룸/필라 비율 축소를 통하여 채광량 증량) 및 필라 위치(예컨대, 고품위 광물 위치에 존재하는 필라의 위치를 고품위 광물 위치로 변경)설계 변수를 조절 출력할 수 있도록 함으로써 설정 품위와 설정 광량에 따라 광물을 생산하도록 최적화된 품위별 선택채광을 위한 채광 스케쥴을 달성하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 미소지진파 측정부(220)로부터 수집된 미소지진파 측정 데이터 등을 이용하여 광산 보안 경고(천반 붕락 예고)와 광산 채광계획을 최적화시키는 설계 변수로서 룸/필라 비율 및 필라 위치의 설계 변수를 출력하는 과정이 제공될 수 있는데, 이에 따르면
수집된 미소지진파 측정 데이터를 차량의 진동과 특성을 비교하여 분석하는 차량 진동 특성 비교 분석 단계(S410);
상기 차량 진동 특성 비교 분석 단계(S410)에서 상기 미소지진파 측정 데이터가 차량 진동이 아닌 것('NO')으로 판정될 때, 수집된 미소지진파 측정 데이터를 발파 진동(도 6에 예시된 특성을 가진 발파 진동)과 특성을 비교하여 분석하는 발파 진동 특성 비교 분석 단계(S420);
상기 발파 진동 특성 비교 분석 단계(S420)에서 미소지진파 측정 데이터가 발파 진동이 아닌 것('NO')으로 판정될 때, 수집된 미소지진파 측정 데이터로부터 파악되는 진동 크기를 자료 DB로(300)부터 추출되는 상기 광산 보안/관리 비교 데이터에 포함된 붕락 예고치와 비교하는 붕락 예고치 비교 단계(S430); 및
상기 붕락 예고치 비교 단계(S430)에서 붕락 예고치를 초과('YES')하는 것으로 판정되는 경우, 상기 천반변위 측정부(230)로부터 수집된 천반변위 측정 데이터에 대한 추가적인 분석을 통하여 천반 붕락 경고 또는 지보 보강 경고를 출력하거나 룸/필라 비율, 필라 위치를 포함한 채광계획 최적화 설계변수 산출하여 출력하는 광산 보안 경고 및 채광 설계변수 출력 단계(S430a)가 진행되도록 하는 것이 바람직하다.
한편으로, 상기 차량 진동 특성 비교 분석 단계(S410)에서 상기 미소지진파 측정 데이터가 차량 진동인 것('YES')으로 판정될 때, 수집된 미소지진파 측정 데이터의 크기로부터 차량 진동 크기를 분석(S410a)하여 통행 차량의 종류나 운반 하중 초과 여부를 검증하는 단계를 추가적으로 진행할 수도 있을 것이다.
이와 같이 룸/필라 비율 및 필라 위치에 대한 설계 변수가 위의 과정을 통하여 조정되는 것은 수집된 미소지진파 측정 데이터로부터 파악되는 진동 크기가 붕락 예고치를 초과하고 아울러 천반변위 측정 데이터로부터 과도한 천반 변위의 발생 상황이 파악되는 경우에, 광산 보안 기능 강화 차원에서 천반 붕락 경고 또는 지보 보강 경고를 출력할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 채광 계획의 최적화 수정 차원에서 룸/필라 비율을 낮추도록(채광 영역에서 채굴 부분의 비율 축소)하거나 지반 지지력이 보다 우수한 부분으로 필라(비채굴 영역)의 위치를 변경함으로써 지반의 셀프 지지 능력을 확대할 수 있도록 한다.
또한, 상기 발파 진동 특성 비교 분석 단계(S420)에서 미소지진파 측정 데이터가 발파 진동인 것('YES')으로 판정될 때, 발파 진동의 크기를 분석하여 제어 발파를 위한 발파 설계 변수를 출력하는 단계(S420a)를 추가적으로 진행하는 것이 더욱 바람직하다.
아울러 본 발명은 상술한 방법 발명을 수행하기 위한 구체적인 장치 발명으로서,
룸 앤드 필라 방식으로 채광 영역 및 지하 갱도가 구축되는 석회석 광산에서 지하 갱도의 안정성을 확보하기 위하여 지하 갱도 내에 설치되는 광산 보안 시스템을 구성하는 측정 센서들로서 제공되는 미소지진파 측정부(220), 천반변위 측정부(230), 가스·온도·습도 측정부(240)와 연결되며, 전원부(210), 통신부(250), 및 미소지진파 측정부(220), 천반변위 측정부(230), 가스·온도·습도 측정부(240), 전원부(210), 통신부(250)들을 제어하는 단말제어부(200P)를 포함하여 이루어지는 사물인터넷(IoT) 디바이스(200); 및
통신부를 통하여 다수개의 상기 사물인터넷(IoT) 디바이스(200)들로 구성되는 IoT 디바이스 노드 네트워크(200N)로부터 전송되는 상기 센서들의 측정치 및 그 측정 위치를 포함한 전송 정보를 수집하여 채광 진행 중에 발생하는 지반 상태 변화 정보 데이터(미소지진파, 천반 변위 데이터)를 자료 DB(300)에 저장된 광산 보안 데이터, 채광계획 데이터, 및 채광된 광물의 품위 데이터와 비교하여 채광계획을 최적화시키는 룸/필라 비율, 필라 위치와 같은 채광 영역 설계 변수를 산정하여 제어 출력부(400)를 통하여 출력하는 시스템 제어부(1000P)를 포함하여 이루어지는 ICT 시스템(1000)를 포함하여 이루어지는 IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서의 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 시스템을 제공한다.
여기에서, 상기 자료 DB(300)에 저장되는 광산 보안 데이터, 채광계획 데이터, 및 채광된 광물의 품위 데이터는 안전부, 채광부, 선광부의 시스템에 연결되어서 필요 자료들이 DB 형태로 저장 관리되도록 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 석회석 광산
110: 광체
111: 지하 갱도
112: 룸
114: 필라
200: 사물인터넷(IoT) 디바이스
210: 전원부
220: 미소지진파 측정부
230: 천반변위 측정부
240: 가스·온도·습도 측정부
250: 통신부
200N: IoT 디바이스 노드 네트워크
300: 자료 DB
400: 제어 출력부
1000P: 시스템 제어부
1000: ICT 시스템
110: 광체
111: 지하 갱도
112: 룸
114: 필라
200: 사물인터넷(IoT) 디바이스
210: 전원부
220: 미소지진파 측정부
230: 천반변위 측정부
240: 가스·온도·습도 측정부
250: 통신부
200N: IoT 디바이스 노드 네트워크
300: 자료 DB
400: 제어 출력부
1000P: 시스템 제어부
1000: ICT 시스템
Claims (5)
- 삭제
- 룸 앤드 필라 방식으로 채광 영역 및 지하 갱도(111)가 구축되는 석회석 광산(100)에서 룸(112) 및 필라(114)를 포함한 지하 채광 영역에 설치된 사물인터넷(IoT) 디바이스(200)를 구성하는 미소지진파 측정부(220), 천반변위 측정부(230), 가스·온도·습도 측정부(240)가 측정하여 취득한 측정 데이터를 수집하는 측정 데이터 수집단계(S100);
상기 측정 데이터 수집단계(S100)에서 수집된 측정 데이터를 900 MHz 대역의 무선 통신에 의해 IoT 디바이스 노드 네트워크(200N)를 통하여 ICT 시스템(1000)에 전송하는 측정 데이터 IoT 디바이스 노드 네트워크 전송 단계(S200);
상기 측정 데이터 수집 단계(S100)에서 수집된 측정 데이터가 상기 측정 데이터 IoT 디바이스 노드 네트워크 전송 단계(S200)에 의해 상기 ICT 시스템(1000)에 전송되면, 상기 ICT 시스템(1000)의 시스템 제어부(1000P)는 자료 DB(300)로부터 광산 보안/관리 기준 비교 데이터, 채광계획 비교 데이터, 채광광물 품위 비교 데이터를 추출하는 비교 데이터 추출 단계(S300); 및
상기 비교 데이터 추출 단계(S300)가 진행되면, 상기 시스템 제어부(1000P)는, 상기 ICT 시스템(1000)으로 전송된 측정 데이터와 상기 자료 DB(300)로부터 추출된 비교 데이터를 비교하여, 광산 보안 경고(천반 붕락 예고, 가스 경고, 온도/습도 제어를 위한 환기 시스템 불량 경고)를 출력하고, 채광영역의 안정성을 고려하면서 품위별 선택채광을 위한 설정 품위와 설정 광량을 생산하도록 최적화된 채광 스케쥴을 달성할 수 있도록 광산 채광계획을 최적화시키는 설계 변수로서 룸/필라 비율 및 필라 위치의 설계 변수를 출력하는 ICT 시스템 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 단계(S400)를 포함하고,
상기 ICT 시스템 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 단계(S400)는,
상기 시스템 제어부(1000P)가, 상기 미소지진파 측정부(220)로부터 수집된 미소지진파 측정 데이터 등을 이용하여 광산 보안 경고(천반 붕락 예고)와 광산 채광계획을 최적화시키는 설계 변수로서 룸/필라 비율 및 필라 위치의 설계 변수를 출력하기 위하여,
상기 미소지진파 측정부(220)로부터 수집된 미소지진파 측정 데이터를 차량의 진동과 특성을 비교하여 분석하는 차량 진동 특성 비교 분석 단계(S410);
상기 차량 진동 특성 비교 분석 단계(S410)에서 상기 미소지진파 측정 데이터가 차량 진동이 아닌 것('NO')으로 판정될 때, 수집된 미소지진파 측정 데이터를 발파 진동과 특성을 비교하여 분석하는 발파 진동 특성 비교 분석 단계(S420);
상기 발파 진동 특성 비교 분석 단계(S420)에서 미소지진파 측정 데이터가 발파 진동이 아닌 것('NO')으로 판정될 때, 수집된 미소지진파 측정 데이터로부터 파악되는 진동 크기를 상기 자료 DB(300)로부터 추출되는 상기 광산 보안/관리 기준 비교 데이터에 포함된 붕락 예고치와 비교하는 붕락 예고치 비교 단계(S430); 및
상기 붕락 예고치 비교 단계(S430)에서 붕락 예고치를 초과('YES')하는 것으로 판정되는 경우, 상기 천반변위 측정부(230)로부터 수집된 천반변위 측정 데이터에 대한 추가적인 분석을 통하여 천반 붕락 경고 또는 지보 보강 경고를 출력하거나 룸/필라 비율, 필라 위치를 포함한 채광계획 최적화 설계변수 산출하여 출력하는 광산 보안 경고 및 채광 설계변수 출력 단계(S430a)를 진행하는 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 방법. - 제2항에 있어서,
상기 차량 진동 특성 비교 분석 단계(S410)에서, 상기 미소지진파 측정 데이터가 차량 진동인 것('YES')으로 판정될 때, 상기 시스템 제어부(1000P)는, 수집된 미소지진파 측정 데이터의 크기로부터 차량 진동 크기를 분석(S410a)하여 통행 차량의 종류나 운반 하중 초과 여부를 검증하는 단계가 추가적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 방법. - 제3항에 있어서,
상기 발파 진동 특성 비교 분석 단계(S420)에서, 미소지진파 측정 데이터가 발파 진동인 것('YES')으로 판정될 때, 상기 시스템 제어부(1000P)는, 발파 진동의 크기를 분석하여 제어 발파를 위한 발파 설계 변수를 출력하는 단계(S420a)를 추가적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 IoT 디바이스 노드 네트워크를 이용한 ICT 시스템에서 광산 보안 경고 출력 및 광산 최적화 설계 변수 출력 방법.
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- 2017-09-08 KR KR1020170115064A patent/KR101936906B1/ko active
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