일기장 광해방지기사 필기 4일차

2. 폐석에 의한 광해

1. 폐석 발생원 및 발생 현황

1.1 폐석 발생원

  폐석

  - 일반적으로 채광, 굴진, 선별, 갱도보수, 시설물 설치 및 기타 도로 등 인프사 개설 과정에서 발생되는 암석 및 경제성이 없는 광석

  - 광산개발 과정에서 필연적으로 발생되는 부산물로 채광작업을 위한 갱도굴착, 광석의 선별(선광이나 선탄), 갱도보수, 갱내·외 주요 시설물의 설치, 배수로의 정비, 광산시설물 구축, 광산도로 개설 등의 과정에서도 발생

  이러한 폐석은 광산현장 가까운 곳에 적치하는 것이 일반적이나 폐석량이 증가하여 지정된 폐석장 확보가 용이하지 않은 경우 광산 주변 이외의 지역까지 이동하여 적치

 

1.2 폐석 발생현황

  폐석 발생량은 광종 및 개발방식에 따라 큰 차이. 동일 광종의 경우에도 광산마다 광물의 부존상태, 품위, 채광법, 지질조건, 지형 등에 따라 다르게 발생

  폐석 발생량의 산출은 적치된 폐석에 대한 현지측량을 실시하여 생산량에 의해 폐석량을 역으로 계산하는 방법과 개발 당시 생산량을 기준으로 하여 생산량에 의해 폐석량을 역으로 계산하는 방법이 있음

  현지측량 방법의 경우 많은 비용과 시간이 소요될 뿐만 아니라 대부분의 적치 장소가 사면이고 적재 상태가 각각 다르기 때문에 정확한 산출이 어려움

  생산량을 기준으로 폐석량을 산출하는 방법은 과거 개발 당시 또는 현재 생산자료를 근거로 하므로 시간과 비용을 절약할 수 있으며, 비교적 정확한 산출량을 계산할 수 있어 가행광산에 적용 가능. 그러나 오래 전에 폐광되어 정확한 생산자료가 없는 광산의 경우 현실적으로 적용이 곤란

 

 1.2.1 석탄광산

  석탄광산은 대부분 갱내채굴이 실시되므로 갱도굴착, 탄중 협석, 갱도보수, 갱내·외 주요 시설물 설치, 배수로의 정비, 석탄작업 등에서 주로 폐석이 발생. 이중 갱도 굴착시 폐석 발생량이 가장 많으며 암종으로는 사암(sandstone)과 혈암(shale)이 주종을 이루고, 화학적 성질로는 실리카(SiO2)나 알루미나(Al2O3)가 대부분을 차지.

  석탄광의 폐석량을 산출시 고려해야 할 요소 - 석탄 생산량, 개갱계수, 생산탄의 폐석함유율, 보갱율, 반타량, 배수로 정비여부 등

  국내 석탄광의 경우 폐석발생률은 생산량 대비 30% 내외가 일반적이나 탄폭이 적은 협탄층을 개발하는 석탄광에서는 60% 이상인 경우도 있음

  현재 가행탄광에서의 폐석발생량은 갱외에서 발생되는 폐석과 갱내시설 설치, 반타 및 배수로 정비 등에서 발생되는 폐석(굴진작업장 발생량의 약 4%)이 포함되지 않은 수치이므로 더 많은 양의 폐석이 발생할 것으로 예상 가능

 폐석 발생량은 광산마다 큰 차이를 보이는데 이는 석탄의 부존상태, 품위, 채탄법, 지질 조건 등의 요인이 작용하기 때문

 

1.2.2 일반광산

  일반광에서의 폐석 발생은 광종별, 채광방식(갱내, 노천)에 따라 다르며, 갱내 채광의 경우 석탄광과 같은 요인에 의해 폐석이 발생. 그러나 석탄광에 비해 발생률은 큰 차이를 보이는데 이는 광물부존상태, 광물 중 폐석 함량, 채광법, 주요 시설물의 설치, 선광작업, 광물 품위와 용도의 다양성 때문.

  노천 채광인 경우 표토의 양ㅇ, 광맥 중 폐석함량, 채광범위, 체광법에 따라 발생량이 다르며, 주요 시설물 설치, 선광작업, 광산도로 개설 등에서 주로 발생.

 

1.2.2.1 금속광산

  대부분의 금속광산은 석탄광에 비해 폐석 발생량이 상당히 많은 편. 이는 원광 중 유용광물은 극히 미량이고 대부분 불용물인 맥석으로서 선광과정에서 낮은 품위의 금속류가 다량 함유된 광미가 발생하기 떄문.

  일반적으로 금속광의 광산폐기물(폐석, 광미)에는 먼저 광산 개발시 굴진 폐석이 있는데, 이는 주변 암석의 강도를 지니고 있기 때문에 건설용 골재 등으로 사용 가능. 그러나 금속과에서 채굴된 광석을 대상으로 선광을 통해 고품위 유용광물만 회수하고 폐석으로 버려지거나 고품위 정광을 제련하는 과정에서 발생하는 광미 등에는 잔존하는 중금속 성분으로 인해 사용에 제한.

  금속광의 경우 철광산을 제외한 대부분의 금·은광산에서 95% 이상이 폐석이나 광미로 발생. 또한 철광(2011년 기준 평균 품위 41.3%)의 경우 과거에는 약 25~50%의 폐석 발생률이었으나 현재 가행 중인 광산에서는 약 15%가 폐석(저품위 철광)으로 발생.

 

1.2.2.2 비금속광산

  비금속광산의 경우 광종이 다양하여 발생량이 다르며, 또한 동일 광종마다 광산별로 다소 차이를 보임. 국내에서 가장 풍부하고 광산개발이 활발한 석회석의 경우 광물의 부존상태(맥상광체, 산체광체, 박피광체)에 따라 채광법이 달라지며, 고아물품위와 용도에 따라서도 많은 차이가 발생.

  고품위 석회석을 원료로 하는 카바이트 용도의 경우 일반적으로 석회석광산에서 생산하는 CaO 54% 수준의 석회석은 일반적으로 폐석처리. 그러나 이는 시멘트원료로서 사용가능한 석회석에 해당하므로 시멘트 공장 주변 석회석 광산의 경우 모두 시멘트 원료로 공급. 따라서 광물 사용 체계에 따라 차이는 있으나 석회석 광산의 경우 대부분 20% 이내의 폐석발생률.

 

2. 폐석으로 인한 광해

  여러 형태로 나타날 수 있으나 폐석적치장이 자연적 또는 인위적 요인으로 인해 붕괴되어 재해를 야기하거나 광산하부로 유실되어 광산주변 환경 등에 피해를 미치는 형태로 발생.

  이로 인해 예상되는 광해 : 폐석더미의 유실, 사면파괴도 인한 도지매몰, 폐석 적치로 인한 자연경과 훼손 및 토지 황폐화, 침출수로 인한 수질 및 토양오염, 비산먼지 등

 

2.1 폐석 유실에 의한 광해

  대부분 광산의 경우 광산개발 과정에서 발생하는 폐석을 광산 주변 계곡이나 산허리에 적절한 안전조치 없이 적치하는 실정. 또한 폐석 적치시 안정 사면의 한계를 넘어 급경사를 이루고 있는 경우가 많아 폭우 또는 해빙기에 사면이 붕괴되어 하부로 유출된 폐석이 하천 하상에 퇴적되어 하천수 범람의 원인이 되고 산성광산배수를 유발하여 수질을 악화시키는 형태로 발생.

  특히 유출된 폐석이 광산 주변의 농지로 투기되어 피복하는 경우 토양오염이 발생할 가능성이 크며, 이로 인해 중금속으로 오염된 농산물이 생산되는 원인이 될 수 있음.

 

2.1.2 폐석 유실의 유형

  안전조치 없이 방치 상태의 폐석창 또는 안전조치가 된 폐석장의 축대 및 옹벽이 약하여 붕괴에 의한 유실

  폐석 더미의 사면경사가 안정사면의 한계를 넘어 급경사를 이루고 있는 개소에서 우수기나 해빙기에 사면붕괴에 의한 유실

  산림복구가 진행되거나 완료된 폐석장에 수목이 자라지 못한 곳에서 강우에 의한 유실 등

 

2.1.2 폐석의 붕괴형태

  사면이 붕락하는 경우와 지반이 함께 미끄러지는 경우 등 여러 가지가 있으나 붕괴형태를 크게 4가지로 구분

  (1) 표면침식(사면붕괴)

  표면에 있는 토사가 엷게 도려지듯이 낮은 곳으로 이동하는 것. 침식이 진척되면 홈이 확대되어 소계상으로 패임

  (2) 표면붕괴(사면 밑 붕괴)

  폐석의 일부가 급격히 산 사면 지반으로부터 분리되어 미끄러져 떨어지는 것. 지반 변동 수반하지 않음.

  (3) 기초파괴(적칮아 바닥 붕괴)

  폐석의 하중을 견디지 못한 기초지반이 폐석더미와 함계 미끄러져 떨어지는 것. 사면붕괴는 비교적 서서히 계속적으로 일어나 붕괴사면을 이루고 사면 최하부 부근에는 지반융기와 압몰 등을 발생

  (4) 층활 또는 지활

  경사진 지반 위에 폐석 더미가 있을 때 폐석 더미와 지반 중의 압력에 의해 미끄러지기 쉬운 물질(점토)이 있을 경우 윤활면을 형성하여 폐석더미 전체 도는 일부분이 계속적으로 서서히 낮은 지대로 이동하는 것.

  붕괴 후의 형상을 표면 침식에서의 유출토사는 사면 끝 선상지상에 넓게 퍼지며, 사면붕괴 및 기초파괴에 있어서는 미끄럼 축에 따른 지표의 종단면이 완만한 S자형 곡선이 됨. 그러나 침투수 떄문에 큰 투수압이 발생하여 미끄러졌을 때에는 원거리까지 도달.

  지활의 경우토석류 상으로 될 때가 많으나 이동법위가 짧을 때에는 사면붕괴 기초파괴와 유사한 형상을 할 때가 다수. 폐석 더미 붕락 후 경사는 약 17~24º가 됨.

 

2.1.3 붕괴의 원린

다지지 않고 쌓아 올린 폐석 더미는 오랜기간 침식을 받아 결국 노년기 지형과 같이 평준화 되겠지만, 그 동안에 붕괴가 발생하는 경우가 다수. 사면을 불안정하게 하는 작용에는 내부의 전단응력을 증대시키는 것과 전단저항의 감소를 초래하는 것이 있어 인위적·자연적 여러 가지 요인으로 발생하는 작용이 복합적으로 조합되어 어느 면을 따라 미끄러짐이 발생.

 (1) 전단응력을 증대시키는 작용과 원인

  - 퇴적량의 증가, 물의 침투에 의한 폐석 중량 증가

  - 사면장의 증대, 절취, 사면하단 세굴에 의한 사면경사 증대

  - 침투수에 의한 투수압력 발생

  - 지진 또는 발파 등에 의한 수평분력 발생 및 그에 의한 토분자 구조 파괴

  - 지하 채굴에 수반된 토지 이동 등

  (2) 전단저항을 감소시키는 작용과 원인

  - 폐석의 점토화에 의한 내부마찰각의 감소

  - 함수비 증가에 의한 점착력 감소

  - 폐석의 풍화, 점토화에 의한 단립구조 파괴, 골고구조 형성

  - 지하수위 상승에 의한 수직압력의 감소

  - 지반의 풍화, 특히 점토층의 형성 등

  이러한 작용에서 사면을 불안정하게 하는 최대 요소는 물이며, 대부분의 사면붕괴는 우수기나 해빙기에 많이 발생. 또한 입지조건에서 물의 영향을 받기 쉬운 위치는 하천수나 계곡수 등의 침입을 받기 쉬운 곳이나 지하수위가 높고 용수가 많은 퇴적면 또는 충적 점토층상에 위치하는 곳으로 대형 폐석 더미에 미끄러짐을 일으킬 때가 다수. 적설지에 있어서 집적된 폐석 사이에 샌드위치 상으로 끼워진 적설면에서 떨어질 때로 있음. 이중 가장 위험한 것으로 폐석 더미와 산계속 사이에 수류지가 생길 경우.

 

2.2 폐석 사면 붕괴에 의한 토지 매몰

  폐석 유출은 폐석장과 채석장에서 발생, 폐석으로 인한 광해는 폐석장의 경우 폐석 더미의 사면 불ㅇ나정, 폐석장의 축대 및 옹벽 구조물의 붕괴, 배수로 미비, 토양 피복 및 조림이 잘못된 경우, 불안정한 지형적·환경적 여건 등으로 발생. 채광장의 경우 지하 암반의 채굴개방으로 불안정한 사면의 형성으로 인한 사면붕괴(산사태), 풍화토의 발달, 채광계단의 불안정으로 인한 붕괴, 부적절한 산림복구공사 시행 등에 의해 발생.

  이와 같은 폐석장 사면 붕괴로 인해 폐석 및 폐토가 외부로 유출되어 수로의 차단 및 변경, 도로 및 철도 차단, 농경지 피복, 가옥 파괴 등의 형태로 광해를 발생. 또한 광산지역에 광범위하게 방치된 폐석으로 인하여 자연경관을 훼손할 뿐만 아니라 수목의 식생환경에도 악영향.

 

2.3 폐석장 침출수에 의한 수질 및 토양오염

  광산지역의 수질오염과 토양오염은 주로 광산에서 유출되는 갱내산성수와 채광, 선광, 및 제련과정에서 발생하는 광산폐기물(폐석, 광미 등) 적치장을 통해 유출되는 침출수에 의해 발생. 토양오염은 주로 금속광산의 폐석 및 광미의 직접 유출과 적치장의 침출수로 발생되는 AMD의 유출에 의해 발생

  특히 관리주체가 없는 폐광된 광산의 폐석장과 금속광산의 광미적치장에는 다량의 황화광물의 포함되어 있으므로 적치장 내로 우수 또는 지표수가 유입되면 황화광물의 산화작용이 발생. 산화작용으로 발생되는 수소이온은 자연수의 pH를 낮추게 되며 이러한 산성수와 접하게 되는 물질들로부터 중금속을 용출시켜 중금속으로 오염된 AMD를 발생시킴. 이러한 AMD는 폐광 이후에도 끊이지 않고 인근의 중금속을 용해하여 중금속의 유동성을 증대시켜 주변 토양과 하천을 광범위하게 오염.

 

2.4 비산먼지로 인한 광해

  광산을 개발하는 과정에서는 돌가루 등의 비산에 의한 먼지가 발생하는데 대부분 채광, 운반, 파쇄, 분쇄 및 선광하는 과정에서 발생하고, 일부는 광산폐기물 적치장에서의 바람에 의한 발생.

  이러한 비산먼지는 광산주변지역의 오염원으로 작용. 석탄광과 시멘트광의 경우 주변지역의 주거 및 도시환경을 악화시키는 요인으로도 작용. 특히 폐광의 경우 폐석 및 광미적치장에 대한 복토 미흡 등으로 인해 바람에 먼지가 발생하여 주변 주거지역과 농지로 확산되어 집단민원으로도 발생. 실제로 폐금속광의 광미적치장 상부에 적치되어 있던 미세입자들이 바람에 의해 유실됨으로써 적치장 주변 토양에서 기준치 이상의 중금속 성분이 검출되어 적치장 상부에 부직포 덮개를 설치한 사례도 존재.