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2.5 광해방지 및 저감기술

(1) 채광법에 의한 광해 저감대책

- 광물의 부존상태, 경사, 위치, 지질, 지형 및 지리적 여건, 개발연수 들의 제반여건을 고려하여

적정 채광법 적용, 사면 안정화 대책 마련, 구조물 설치 등의 방법 적용

- 적정 채광법을 사용하여 폐석 발생을 최대로 억제, 발생된 폐석은 안전시설을 통하여 유출 방지,

유출된 폐석과 개방된 채광지역에 대한 안정화 작업

- 채광 중 지역에 대해서 개발 하류에 토사유출 방지를 위한 방지댐 및 침전조 설치, 채광 완료된

지역에 대해서 산지복구를 통한 폐석 및 토사 유출의 최소화 방안 강구

가. 노천채광법

- 계단식 채광법(Bench cut method)

ㄱ. 광상의 형태가 산체광체 또는 박피광체이고 표고가 높지 않고 운반도로 개설이 가능할 때 계

단 형태로 채광하는 방식의 채광법(그림 2-14)으로서 국내의 경우 석회석 및 사문석광산에 적

용됨

ㄴ. 장점: 공정 간단, 초기투자 비용 저렴, 대량생산 및 선택채굴 가능, 품질관리 용이, 안정성이

높음

ㄷ. 단점: 폐석(표토)처리 많이 발생, 대형장비 사용에 따른 숙련공 양성과 개발기간 장기간 소요,

채광장이 노출되어 경관과 산림훼손

그림 2-14 계단식 채광법 모식도

- 노천항정법(Glory hole method)

ㄱ. 광상의 형태가 산체광체이고 광체의 경사가 급하고 표고가 높아 운반도로의 개발이 어려울 때

산 정상에서 지하로 수직갱도 및 수평갱도를 굴착하여 정상에서 갱도에 낙하시켜 운반하는 채

광법(그림 2-15)

ㄴ. 장점: 채굴장의 노출이 적음, 운반시 동력 절감

ㄷ. 단점: 폐석(표토) 처리 많이 발생, 갱도굴착에 따른 준비기간 및 초기투자 비용 많이 소요, 광

맥 집중도가 높은 대형광상으로 품위가 일정한 경우 적용 가능

- 경사채광법(Slope cut method)

ㄱ. 광상의 형태가 산체광체, 박피광체, 맥상광체 모두 적용 가능한 채광법으로서 광체의 채광면을

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경사지게 하여 발파된 원석을 경사면 하부로 운반하는 방법(그림 2-16)

그림 2-15 노천항정법 모식도

그림 2-16 경사채광법 모식도

ㄴ. 국내의 경우 소규모 석회석광산, 고령토광산, 납석광산, 장석광산, 규석광산에 적용

- Plane cut 채광법

ㄱ. 광산의 형태가 산체광체인 경우 사용되는 계단식 채광법의 일종으로서 작업장 중심부나 측면

에 수갱(shaft)을 만들어 채광 광물을 수갱까지 운반하여 1차 크러셔->2차 크러셔->적치장까

지 운반(그림 2-17)

ㄴ. 노천항정법의 경사 대신 계단식을 이용. 광체 규모가 크고 고도가 400m이상이며 운반로 조성

이 어려운 지형에 적용

ㄷ. 장점: 품질 여건에 따른 선별 채광 가능, 품질관리 용이, 경제성

ㄹ. 단점: 갱도굴착에 따른 준비기간과 초기투자 비용이 많이 소요됨

나. 갱내채광법

ㄱ. 광상의 형태가 심부광체 또는 맥상광체로서 표토제거가 불가능한 경우 광체에 직접 연결갱도

를 설치하여 광물을 채광하는 방법

ㄴ. 장점: 산림훼손, 소음 및 진동 등의 환경적 피해 최소화, 계절별 및 기후의 영향을 받지 않음

ㄷ. 단점: 초기투자 비용이 큼, 생산원가가 높음, 갱도의 붕괴, 안전을 위한 투자비가 많이 소요

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ㄹ. 갱내채광법 종류

- 비금속광산: 중단채광법(Sub-level stoping), 주방식채광법(Room and pillar stoping)

- 석탄광: 위경사승붕락식채탄법(Slant chute block caving), 중단붕락식채탄법(Sub-level caving)

- 금속광산: 슈링키지채광법(Shrinkage stoping)

그림 2-17 Plane cut 채광법 모식도

다. 합리적인 채광법 적용

ㄱ. 급경사지형

- 채광대상 지형이 험준하고 급경사인 경우 적용하는 계단식 채광법

- 계산에 운반도로를 개설하지 않고 원광석을 채광장 하부까지 낙하시켜며 수직으로 막장을 진행

시키는 방식

- 채광법 모델 설계: 계단 높이: 10~15m, 계단 폭: 10~20m, 계단 안식각: 60~70°(그림 2-18)

그림 2-18 급경사 지형 계단식 채광법 모식도

ㄴ. 완경사지형

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- 광체 형태가 포켓형이고 지형이 완경사인 경우 대량생산의 목적으로 적용하는 계단식 채광법

(예, 석회석광산에 유리)

- 채광법 모델 설계: 최상부 계단에서부터 차례로 채광하여 상단부터 계단이 소멸되면서 하부 계

단으로 진행하고 채광장 하부에서 지그재그 방식으로 15°경사로 폭이 5m인 운반로 개설, 계단

높이: 10~15m, 계단 폭: 20m 이상(그림 2-19)

- 계단간의 연결도로, 주요 운반도로 설계, 작업장 크러셔간의 운반거리 최적화하여 생산원가 절감

및 산림훼손의 최소화 효과

그림 2-19 완경사형 지형 계단식 채광법 모식도

그림 2-20 약풍화암 지역의 복구 방법

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라. 광해저감 사면안정 채광법

ㄱ. 급경사 채광으로 인한 불안정한 사면 형성 억제대책

ㄴ. 채광지역 표토제거로 인한 토사 및 폐석유실 억제대책

ㄷ. 주변 지형과 조화를 이룬 적정한 경사유지 채광 시행

ㄹ. 경사면의 안정화 및 복구방법

- 풍화암 지역: 사면의 고저차 100m 이내, 계단의 높이 10m 이하, 소단의 폭 5m 이상, 경사각

70° 이하(그림 2-20)

- 신선암 지역: 사면의 고저차 100m 이내, 계단의 높이 15m 이하, 소단의 폭 5m 이상, 경사각

60° 이하

ㅁ. 절토사면 구배 설계기준(대한광업진흥공사, 2001)

지반

구분

(사면

높이)

토사층 리핑암층 발파암층

비고5m이상 5m이하 5m이상 5m이하

연암층 경암층

5m이상 5m이하 5m이상 5m이하

구배

기준

1:1.5 1:1.2 1:1.2 1:1.0 1:1.0 1:0.8 1:0.8 1:0.5대한주

택공사

1:1.5 1:1.2 1:0.7 1:0.5건설

교통부

1:1.5 1:1.2 1:1.0 1:0.5한국도

로공사

1:1.5 1:1.2 1:1.0 1:0.5한국토

지공사

마. 친환경적 채광법

ㄱ. 석회석 노천채광법의 문제점

- 채굴장의 과다 노출, 플랜트 시설부지로 인한 지형변경, 자연경관 훼손

- 절토와 성토로 인한 법면 형성

- 폐석 사면 형성으로 인한 산림훼손

- 적치 폐석 유실로 인한 광해발생

ㄴ. 대책

- 지형조건에 적절한 채광법 선택 및 적용

- 적정한 차폐벽 설치 채광법 적용으로 경관보전, 소음 및 진동, 분진 방지, 강우시 토사 및 폐석

유출방지(그림 2-21)

(2) 사면안정에 의한 방지대책

가. 사면보강 설계

ㄱ. 암반사면 설계시 사면 안정에 영향을 미치는 요소: 지형, 지질, 지반특성, 사면의 기하학적 형

상, 암반정수, 절리 및 풍화상태

ㄴ. 사면보강 설계단계: 현장상황 조사단계, 사면 설계단계, 보강공법 선정단계(그림 2-22)

나. 사면보강 공법

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ㄱ. 채광사면의 보강공법 선정(대한광업진흥공사, 2001)(그림 2-23)

그림 2-21 환경 보전형 채굴방식 모식도

그림 2-22 사면안정 설계 흐름도(대한광업진흥공사, 2001)

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그림 2-23 채광사면의 보강공법 선정(대한광업진흥공사, 2001)

ㄴ. 사면 표면처리공법

- 우수에 의한 사면 침식작용과 비탈면의 풍화작용에 의한 사면붕괴

- 종류: 식생공법(그림 2-24), 숏크리트(shotcrete)공법, 표층고화처리공법

공법 특징

식생공법

- 사면을 잔디 등의 식물로 피복(seed spray, texsol 등)

- 우수에 의한 사면의 세굴 및 풍화방지로 경사면 보호

- 장점: 미관상 좋음

- 단점: 사면이 파쇄암으로 잔디 등의 생장 불리

숏크리트공법

- 사면을 숏크리트로 피복

- 우수에 의한 사면의 세굴 및 풍화방지로 경사면 보호

- 장점: 파쇄암사면의 세굴 및 풍화방지대책 효과

- 단점: 미관이 불량하지만 넝쿨식물공을 사용하여 개선 가능

표층고화처리공법

- 사면에 표층고화제 주입하여 토질 안정도 향상

- 우수의 침투방지, 사면의 세굴 및 풍화방지

- 장점: 우수의 침투방지, 사면의 세굴 및 풍화방지 효과

- 단점: 사면에 파쇄암이 존재하므로 처리곤란, 경제성 저하

- 지중에 침투된 물에 의한 사면의 활동력 증가와 저항력 감소로 산사태 유발

- 물에 의한 영향 최소화 대책공법: 물리역학적 방법(배수공법, 불록공법), 생물화학적 방법(피복공

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법, 표층안정공법)

ㄷ. 사면 강제보강공법

- 사면의 저항력을 증가시키는 방법과 활동력을 감소시키는 방법

- 저항력 증가공법: 억지말뚝, 앵커, 옹벽, 흙 등을 사용하여 재료의 전단, 휨, 인장, 압축 등의 역

학적 저항특성을 이용하여 지반의 강도를 증가시켜 사면의 활동 저항력을 높이는 공법

- 활동력 감소공법: 사면상부 흙을 제거하는 절토공법, 사면 경사를 완만하게 하는 사면구배공법

- 억지말뚝공법: 활동토괴에 대해 역학적으로 저항하는 공법. 말뚝의 설치위치, 간격, 직경, 강성,

근입 깊이 등의 결정이 말뚝의 사면안정 효과에 중요한 요소. 강관말뚝, H말뚝, PC말뚝, PHC

말뚝. 대규모 사면활동방지에 효과적이고 평면파괴 형태의 사면파괴지역에 효과적. 말뚝 설치를

위한 대규모 장비 진입로 확보 필요가 문제점

- 앵커공법: 고강도 강재의 앵커를 사면 내에 설치한 후 프리스트레스(prestress)를 가하여 정착된

구조물에 하중이 작용할 경우 구조물의 변위를 최소화하는 공법. 파쇄암 사면에 대해 효과가

불량하고 장기적으로 프리스트레스가 감소할 가능성이 있으므로 영구적인 보강공법으로는 무리

- 쏘일네일링(soil nailing)공법: 철근이나 강봉을 사면 내에 설치하여 사면의 안정 효과를 갖는 공

법. 시공장비가 소규모. 파쇄암 사면이나 지하수위가 존재할 경우 효과 불량

- 록볼트(rock bolt)공법: 표층부의 중규모 파괴방지에 적합한 공법. 시공장비가 소규모. 파쇄암

사면의 경우 콘크리트 블록을 사용하여 설치해야 함

다. 사면안정공법의 적용

ㄱ. 산림복구, 식생공법

- 식생공법: 침식방지, 지표면의 급격한 온도변화 완화, 표토를 고정하여 토사 유실억제 및 완화,

자연경관 효과 등

- 보호공법: 암 절개면 보호식재공법, 녹생토, 부식토 실재공, 텍솔 녹화토공법 등

- 암 절개사면의 녹화공법 비교(대한광업진흥공사, 2001)

그림 2-24 식생공에 의한 절토사면의 녹화사례

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공법 개요 특징 비고

거적덮기

서양 잔디 씨앗과 재

래종을 혼합하여 인력

으로 파종하고 거적을

덮음

- 파종 후 우천시 세굴방지

- 서양 잔디 기계파종보다 보습력

이 좋고 초기 발아 양호

- 초목류 성장시 비탈면 안정

- 마사토 지역

코아네트

쥬트네트

코코넛 열매껍질에서

추출한 섬유질의 넷

(net)을 비탈면에 앙

카핀으로 고정한 후

그 위에 서양 잔디를

기계 파종

- 토사의 세굴 및 유실방지

- 제방 수로지역 유실방지

- 마사토 지역

- 풍화암 지역

녹생토

식생이 불가한 암절토

면에 부착망을 앙카핀

으로 고정한 후 토양

개량제와 서양 잔디를

혼합 취부하여 녹화

- 암절개면에 녹화 가능

- 낙석방지 효과

- 주요 경관지역 조기녹화

- 암비탈면 지역

텍솔녹화토

녹생토공법과 유사하

나 모래에 폴리에스터

연속장 섬유를 추가

혼합하여 취부

- 암절개면에 녹화가능

- 낙석방지 효과

- 주요 경관지역 조기녹화

- 화학섬유 혼합으로 토양개량제

살포 후 균열억제

- 토사지역 및 풍화암지역에도 사

용가능

- 토사의 세굴 및 유실방지

- 토사 지역

- 풍화암 지역

- 암비탈면 지역

- 광산지역 산림복구: 산림의 제반 기능 복원과 환경보전. 환경요인: 기후, 지형(고도, 경사, 방위),

토양의 물리화학적 특성(물리적 성질: 토양입자의 크기, 경도, 토색, 화학적 성질: 토양의 pH,

생장제한 요인, 양료의 결핍, 생물학적 성질)

- 광산 산림훼손지의 복구 방안(그림 2-25)

ㄴ. 구조물 설치공법

- 구조물 상태에 의한 보호공법의 선정

사면상태 공법

- 비탈면의 풍화, 침식, 동상 등 방지

콘크리트 블록 격자공, 모르타르 뿜어 붙이기공, 블

록 붙임공, 돌 붙임공, PE블록 불임공, 레진 콘크리

트 블록, 앵커벨트 사면표층 보호공, 텍솔공

- 비탈표면부의 붕락방지

- 약간의 토압을 받는 흙막이

현장타설 콘크리트 격자공, 콘크리트 붙임공, 비탈면

앵커공, PE블록 붙임공, 앵커벨트 사면표층 보호공,

쏘일 네일링 및 텍솔공

- 용수가 많은 곳

- 부등침하가 예상되는 곳

비탈면 돌망태공, 콘크리트 블록 정형공, 앵커벨트

사면표층 보호공

(3) 하부구축물에 의한 폐석유출 방지대책

가. 축대 및 옹벽

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ㄱ. 폐석장 설계 및 시공시 고려사항: 폐석장 지형적 여건, 폐석장 주변 수로관계, 폐석장 밑면 경

사, 폐석의 크기 및 종류, 폐석의 성질 및 양, 폐석더미 단위 면적당 최대하중, 축대 및 옹벽의

재질, 폐석장 주변 주요 시설물, 폐석장 붕괴시 예상되는 문제점 등

ㄴ. 축대 및 옹벽에 작용하는 압력 계산: Coulomb의 토압이론, Rankine 토압이론 이용

그림 2-25 훼손된 산림생태계의 복구방안 모식도(석탄산업합리화산업단, 2001)

ㄷ. 옹벽의 종류

- 재료에 따라: 돌쌓기옹벽, 돌망태옹벽, 콘크리트옹벽, 철근콘크리트옹벽, 벽돌옹벽, 석조옹벽 등

- 구조에 따라: 중력식옹벽, 반중력식옹벽, 철근콘크리트옹벽, 특수옹벽(그림 2-26)

- 중력식옹벽(gravity retaining wall): 옹벽 자체하중에 의해 폐석더미에 저항하는 것으로 석축이

나 콘크리트 사용. 옹벽 높이 3~4m 이내

- 반중력식옹벽(semi-gravity retaining wall): 중력식 옹벽에 철근을 사용한 것. 옹벽 높이 6m

이내

- 철근콘크리트옹벽: 옹벽의 높이가 높아야 할 경우 시공. 단면 형태에 따라 L형, 역T형(도립T형),

부벽식옹벽으로 구분

- 특수옹벽: 게비온(gabion)옹벽(폐금속광산 폐석유실방지용), 보강토옹벽, 조립식옹벽 등

ㄹ. 옹벽에 작용하는 압력

- 정압: 구조물에 접하는 폐석더미가 정지하고 있을 때 구조물에 작용하는 압력

- 주동압: 구조물에 접하는 폐석더미가 폐석더미에서 떨어지는 방향으로 이동할 때 구조물에 작용

하는 압력

- 수동압: 구조물이 폐석더미 방향으로 향하여 이동할 때 압력

ㅁ. 옹벽의 안정조건

- 옹벽 안정성 검토: 앞굽판(toe)을 기준으로 하는 전도파괴, 저판을 따라 발생하는 활동(sliding)

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파괴, 기초지반의 지지력(bearing capacity)파괴

- 전도에 대한 안정: 전도에 대한 안전율은 옹벽에 작용하는 압력에 의해 기초전면의 앞굽을 중심

으로 회전하려는 작용모멘트()와 이에 반대로 회전하려는 저항모멘트()의 관계로 나타내

며 1.5~2.0이 되도록 설계

∼

- 활동에 대한 안정: 옹벽 밑면에 외력에 의해 활동하려는 힘(수평방향 압력)과 그 힘에 저항하려

는 힘(마찰력과 점착력)으로 나타내며, 안전율은 수평력의 합()과 저항력의 합()의 관계로

서 1.5 이상

≥

- 기초지반의 지지력에 대한 안정: 연직 압력강도가 지반의 안전 지지력보다 작으면 안정

- 옹벽 파괴에 대한 안정: 옹벽에 작용하는 압력강도가 옹벽재료의 허용강도보다 작으면 안정

그림 2-26 옹벽의 종류

ㅂ. 옹벽 설계를 위한 계산

- 지반지질공학 강의노트 중 Coulomb 및 Rankine 토압이론 참고

나. 폐석더미의 계단 간격 및 계단별 다짐

- 계단 설치 목적: 사면안정 효과 증대, 우기시 배수로의 유속을 감소시켜 유속에 의한 붕괴방지,

성토작업 용이성, 조림 및 육림의 편리성 등

- 계단별 다짐: 폐석의 밀림현상 방지

다. 배수로

- 배수로 설치시 고려사항: 최대 집수면적, 폐석장 면적, 우수기 최대 강수량, 배수로 간격, 폭, 길

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이, 형태 및 재질, 마찰계수, 경사, 최대 길이, 최대 배수량, 배수로 연결 하천의 배수 능력, 지

형적 여건 등

라. 토양 피복(성토작업)

마. 급경사 폐석장의 다슬림: 급경사 사면의 계단에 파일을 삽입하는 다슬림 공사을 실시하여 전석

방지 및 사면 밀림현상 억제

사. 폐석더미에 대한 사방공사

- 1단계: 사방공사 설계 및 조사(축대 및 옹벽 설계, 사면구배 설계, 배수로 설계 등)

- 2단계: 폐석장의 폐석더미 안정사면 유지

- 3단계: 수평계단 준비

- 4단계: 수평계단 형성

- 5단계: 배수로 형성

- 6단계: 토양 피복 및 산림조림

- 7단계: 육림

아. 유지관리

- 축대 및 옹벽의 변형상태, 사면의 변형 여부, 전석 발생 정도, 붕괴 여부, 배수로 상태 등 점검