노천광
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1. 개요
노천광은 지표면에서 광물 자원을 채취하는 방법으로, 채굴 대상, 지형, 기술 방식에 따라 스트립 채광, 노천 채광, 산봉우리 절단 채광, 준설, 하이월 채광 등으로 분류된다. 노천 채광은 운송, 환경 및 건강 문제, 복원 및 규제 등 다양한 측면에서 사회적 영향을 미치며, 환경 파괴, 생태계 교란, 수질 오염 등의 문제를 야기할 수 있다. 이에 따라, 환경 규제와 복원 기술 개발을 통해 노천 채광으로 인한 부정적인 영향을 최소화하려는 노력이 이루어지고 있다.
노천 채광은 채굴 대상, 지형, 기술 방식 등에 따라 여러 유형으로 분류할 수 있다.
과거 노천 채굴장에서 채굴된 자재는 주로 인력이나 말, 또는 광산 철도를 이용하여 운반되었다.
노천 채광 방식은 지표면의 흙과 암석을 제거하여 광물을 채취하는 과정에서 다양한 환경 및 건강 문제를 일으킬 수 있다. 이는 토양, 수질, 대기 오염을 유발하고 생태계를 파괴하며, 채광 활동으로 인한 소음, 진동, 먼지 등은 인근 지역 주민들의 건강에 부정적인 영향을 미치기도 한다.[18][11] 특히 대규모로 이루어지는 노천 채광은 경관을 영구적으로 훼손하고 서식지를 파괴하는 등 심각한 환경 문제를 야기하며, 일부 채광 방식은 산사태나 싱크홀과 같은 2차적인 재해 위험을 높이기도 한다.[21][22][23]
2. 노천 채광의 종류
2. 1. 스트립 채광 (Strip mining)
스트립 채광은 광물 층을 덮고 있는 긴 띠 모양의 흙과 암석(표토, overburden)을 먼저 제거한 뒤 광물을 채굴하는 방식이다. 이 표토 제거 과정을 '''overburden removal'''이라고도 부른다. 주로 석탄이나 갈탄 채굴에 흔히 사용되며, 광물 매장층이 비교적 지표면에 가깝거나 수평으로 넓게 분포된 경우에 효과적이다.[5] 때로는 시간당 최대 12000m3의 흙을 옮길 수 있는 버킷 휠 굴착기와 같이 거대한 중장비가 동원되기도 한다.
스트립 채광에는 두 가지 주요 형태가 있다.2. 2. 노천 채광 (Open-pit mining)
노천 채광은 노천 구덩이 또는 사토장에서 흙이나 광물을 제거하여 채취하는 방법이다. 이 과정은 지구 표면에서 수행된다.[6] 주로 수직으로 매장된 광물을 채취하는 데 적합하다. 노천 채광이 때때로 스트립 채광으로 오인되기도 하지만, 두 방법은 서로 다르다.
2. 3. 산봉우리 절단 채광 (Mountaintop removal mining)
산봉우리 절단 채광(Mountaintop removal mining, MTR)은 석탄층 위에 있는 산봉우리를 먼저 제거하여 석탄층을 채광하는 방식이다. 이 과정에서는 폭발물을 사용하여 석탄층 위의 암석층(오버버든)을 분해한 뒤 제거하며, 제거된 암석과 흙은 운반 트럭을 이용해 인근 계곡이나 움푹 파인 곳에 버려진다. MTR은 최대 120m 깊이의 석탄층에 도달하기 위해 지형을 대규모로 바꾸는 작업으로, 원래의 가파른 산악 지형을 훨씬 평탄한 모습으로 변화시킨다.[7]
이 방식은 최근 몇 년간 미국 웨스트버지니아, 켄터키, 버지니아, 테네시 주의 애팔래치아 석탄 지역에서 점차 많이 사용되고 있다. 그러나 지형의 심각한 변화와 기존 생태계 파괴로 인해 환경 및 사회적으로 큰 논란을 낳고 있다.[8]
채광 후 법에 따라 부지를 재개간해야 하는데, 이렇게 만들어진 평탄한 땅은 교도소(켄터키주 마틴 카운티의 빅 샌디 연방 교도소), 소규모 공항, 골프 코스(웨스트버지니아주 밍고 카운티의 트위스티드 건, 켄터키주 플로이드 카운티의 스톤크레스트 골프 코스), 산업 폐기물 처리장, 고형 폐기물 매립지, 이동식 주택 단지 등 다양한 용도로 활용되기도 한다.[7] 일부 옹호자들은 이 기술이 평지가 드문 지역에서 유용한 평지를 제공하며, 재개간된 지역에 새로 자라는 식물이 사냥감 개체수를 늘리는 데 도움이 될 수 있다고 주장한다.[9]
하지만 비판가들은 산봉우리 절단 채광이 소수의 기업에게만 이익을 줄 뿐, 지역 사회와 자연 환경에는 심각한 피해를 주는 파괴적인 행위라고 지적한다. 미국 환경 보호국(EPA)의 환경 영향 평가서에 따르면, 계곡 매립지 인근 하천에서는 물 속 광물 수치가 높아지고 수생 생물 다양성이 감소하는 경향이 나타난다.[10] 같은 보고서는 1985년부터 2001년까지 약 1165km의 애팔래치아 하천이 계곡 매립으로 인해 사라졌다고 추정한다.
또한, 광산 발파 과정에서 발생하는 먼지와 비산은 인근 지역으로 날아가 쌓이거나 피해를 줄 수 있다. 이 먼지에는 황 화합물이 포함될 수 있어, 일부 주민들은 이것이 건물이나 묘비를 부식시키고 건강에도 해롭다고 주장한다.[11]
MTR 부지는 채광 완료 후 재개간이 의무화되어 있지만, 실제 재개간은 주로 암석 안정화나 침식 제어에 초점을 맞출 뿐, 해당 지역의 재조림에는 소홀한 경우가 많다.[12] 빠르게 땅을 덮기 위해 심는 귀화 식물인 풀들은 나무 묘목과의 경쟁에서 우위를 점하고, 단단하게 다져진 땅에서는 나무가 뿌리를 내리기 어렵다.[10] 결과적으로 고유종이 풍부한 이 지역의 생물 다양성은 크게 감소하며,[13] 침식이 증가하여 홍수 피해가 심화될 위험도 있다. 이에 미국 동부에서는 애팔래치아 지역 재조림 이니셔티브(Appalachian Regional Reforestation Initiative)와 같은 단체들이 광산 재개간 시 나무 심기를 장려하는 활동을 벌이고 있다.[14]
2. 4. 준설 (Dredging)
준설은 지하수면 아래에 있는 광물을 채취하는 채광 방법이다. 주로 강이나 호수 바닥의 모래, 자갈 등을 채취하는 데 사용되지만, 특히 금 채광과 관련이 깊다.
소규모 준설 작업에서는 보통 흡입력을 이용하여 물 밑바닥의 물질을 끌어올린다. 반면, 역사적으로 대규모 준설 작업에는 부유식 준설선이 자주 사용되었다. 부유식 준설선은 바지선과 비슷한 배로, 배 앞쪽에 달린 컨베이어 벨트로 채취할 물질을 끌어올린다. 배 위에서는 필요한 광물(주로 금)을 걸러내고, 원하지 않는 나머지 물질은 배 뒤쪽의 다른 컨베이어 벨트를 통해 다시 물속으로 돌려보낸다.
자갈이 많고 지하수면이 얕은 강 계곡과 같은 환경에서는 부유식 준설선이 스스로 연못을 만들면서 느슨한 퇴적물 사이를 이동하며 작업할 수도 있다.
2. 5. 하이월 채광 (Highwall mining)
하이월 채광(Highwall mining)은 노천 채광이나 스트립 채광이 끝난 후, 채광장의 최종 절개면에 노출된 석탄층에서 추가적으로 자원을 회수하기 위해 사용되는 채광 방식이다.[15] 이 방법은 오거 채굴(auger mining)에서 발전했지만, 석탄층을 노출시키기 위해 표토를 제거하는 과정을 포함하지 않으므로 엄밀히 말해 표면 채굴의 정의에는 부합하지 않는다.[15] CERB 최종 보고서 No. 2014-004 "Highwall Mining: Design Methodology, Safety, and Suitability"에서는 이를 "오거 채굴에서 진화한 비교적 새로운 반표면 및 반지하 석탄 채굴 방법"으로 설명한다.[16]
하이월 채광에서는 유압식 푸시빔 이송 메커니즘(PTM, Push-beam Transport Mechanism)에 의해 구동되는 연속 채광기(Continuous miner)가 석탄층을 직접 뚫고 들어간다. 일반적인 작업 주기는 채광기를 석탄층 안으로 밀어 넣는 섬핑(sumping) 과정과, 커터 헤드 붐을 올리고 내리며 석탄층 전체 높이를 절단하는 전단(shearing) 과정으로 이루어진다. 석탄 회수 작업이 진행됨에 따라 커터 헤드는 석탄층 안으로 점차 전진하며, 한 번의 전진 길이는 약 약 6.01m에 달한다. 이후 PTM은 약 약 6.01m 길이의 사각형 푸시빔(내부에 스크류 컨베이어가 있는 세그먼트)을 자동으로 삽입하여 채광기를 더 깊숙이 밀어 넣는다. 이 푸시빔 시스템을 통해 최대 약 약 365.76m 깊이까지 석탄층을 파고 들어갈 수 있다(2015년 기준). 일부 특허받은 하이월 채광 시스템은 푸시빔 내부에 오거를 사용하여 채굴된 석탄이 운반 과정에서 암석 파편에 의해 오염되는 것을 방지하기도 한다. 작업자는 비디오 영상, 감마선 센서, 또는 석탄-암석 경계면 감지 센서(CID)와 같은 지오 레이더 시스템을 활용하여 전방의 석탄층과 암석의 경계를 파악하고 연속 채광기의 진행 방향을 조종할 수 있다. 또한, 제어된 물 유입 펌프 시스템이나 불활성 가스 배출 시스템을 활용하여 좁은 작업 공간, 이전에 채굴된 지역, 참호 형태의 채굴 환경, 또는 급경사 지층에서도 안전하게 수천 톤의 석탄을 생산할 수 있다.
하이월 채광은 터널 형태로 석탄을 회수하므로, 둥근 구멍을 뚫는 오거링 방식보다 자원 회수율이 훨씬 높다. 그러나 하이월 채광으로 개발된 지역의 지도는 심부 채굴 지역만큼 정밀하게 작성되지 않는 경향이 있다. 산 정상 제거 채광(Mountaintop removal mining)과 달리 토양 이동량은 적지만, 하이월 채광 장비를 소유하고 운영하는 비용은 상대적으로 높다.
최적의 채굴 경로(패널)를 계획하기 위해 노두의 지도뿐만 아니라, 작업 공간(벤치)을 만드는 과정에서 얻은 코어 홀 데이터와 샘플 분석 결과를 활용한다. 침강으로 인해 손상될 수 있는 지장물이나 광산의 자연적인 윤곽을 고려하여, 측량사는 하이월 채광기가 최종 절개면(하이월)에 가능한 수직으로 진입하도록 정렬한다. 이론적인 측량선을 따라 평행한 굴진 경로들이 산 안으로 최대 약 365.76m 깊이까지(2015년 기준) 이어지게 된다. 채굴 중 내비게이션 방위각을 계속 확인하고 보정하지 않으면 석탄층의 일부를 놓치거나, 수평 방향의 편차(롤)로 인해 이전에 채굴된 경로의 기둥을 절단할 위험이 있다. 최근의 하이월 채광기는 약 365.76m 이상 석탄층에 침투했으며(2015년 기준), 오늘날의 모델들은 자이로스코프 내비게이션의 도움으로 더 멀리 전진할 수 있어 더 이상 기계에 저장된 케이블 길이에 제약을 받지 않는다. 최대 굴진 깊이는 추가적인 침투에 따른 응력과 스크류 컨베이어 시스템의 비틀림 및 인장력과 관련된 특정 전력 소비에 의해 결정된다. 하지만 최적화된 스크류 컨베이어 이송 시스템(푸시빔)은 시각적 제품 개발 및 유동 시뮬레이션 소프트웨어를 이용한 이산 요소 모델링(DEM, Discrete Element Modeling)을 통해 더 깊은 침투가 가능함을 보여주었으며, 이는 수평면에서 30도 이상의 급경사에서도 가능하다. 상당한 급경사 채굴의 경우, "방향 채굴(directional mining)"이라는 새로운 용어가 사용될 수 있으며, 이는 가치 있는 시너지 효과를 내는 방향성 시추(directional drilling) 및 방향 채굴 기술과 관련이 있고 "표면 대 석탄층(SIS, Surface-to-Inseam)" 기술로 분류된다. 건식 또는 습식 채굴, 탈수 기술 개발, 스크류 컨베이어를 통한 절단 및 준설 등은 선도적인 글로벌 하이월 채광 엔지니어링 회사들의 기술 개발 로드맵에서 중요하게 다루어지고 있다.
3. 운송
현재는 광산의 특성에 맞춰 특별히 설계된 수송 도로를 통해 수송 트럭을 이용하여 자재를 운반하는 방식이 일반적이다.
4. 환경 및 건강 문제
4. 1. 환경 영향
노천 채광은 지역 환경에 여러 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 대표적으로 토양 오염, 수질 오염, 대기 오염, 소음 공해, 그리고 경관 변화 등이 있다.[18] 하지만 새로운 기술 개발과 적절한 관리를 통해 지역 수자원을 처리하고 생태계를 복원하려는 노력도 이루어지고 있다.[18]
각 노천 채광 방식은 다음과 같은 고유한 환경 문제를 야기한다.4. 2. 건강 문제
산봉우리 절단 채광(MTR) 방식의 광산에서는 발파 과정에서 먼지와 비산이 공기 중으로 배출될 수 있다.[11] 이렇게 발생한 먼지는 인근 지역으로 날아가 쌓이거나 다른 문제를 일으키기도 한다.[11] 특히, 이 먼지에는 황 화합물이 포함될 수 있어, 일부에서는 이것이 건축물이나 묘비를 부식시킬 뿐만 아니라 주민들의 건강에도 위험을 초래할 수 있다고 우려한다.[11]
5. 복원 및 규제
노천광 채굴이 끝난 광산은 적절한 정화, 복원 및 유해 물질 제거를 위해 막대한 자금과 광범위한 환경 복원 작업이 필요하다.[27] 이 과정은 광산이 폐쇄된 후에도 수년간 이어질 수 있다. 하지만 때로는 채광 회사가 파산하여 복원 자금이 없거나, 비용 지불을 거부하여 소송이나 규제 조치를 통해 복원 자금을 확보해야 하는 경우가 발생한다. 이러한 법적 문제는 복원을 지연시키고 환경에 부정적인 영향을 미친다.
미국에서는 회사가 더 이상 존재하지 않거나 책임을 질 수 없는 경우, 환경 보호국의 슈퍼펀드와 같이 유해 폐기물 생산자에게 부과하는 특별 세금을 사용하여 복원 프로젝트 자금을 지원하기도 한다.[28] 캐나다에서는 진화하는 광업 기술, 환경 보호 법규 및 복구 노력 간의 복잡한 상호 작용이 존재한다.[29]
5. 1. 미국의 규제
미국 연방 정부는 광산 회사가 엄격히 따라야 하는 여러 법률과 규정을 시행하고 있다. 특히 1977년 표면 채광 통제 및 복원법(Surface Mining Control and Reclamation Act of 1977)은 지표 탄광의 복원을 의무화하고 있다.[17] 석탄 이외의 광물 채굴(비탄광)에 대한 복원은 주 및 지방 법률에 의해 규제되는데, 이는 주마다 규제 내용이 크게 다를 수 있다. 또한 국립 환경 정책법(National Environmental Policy Act, NEPA), 자원 보존 및 복구법(Resource Conservation and Recovery Act, RCRA), 포괄적 환경 대응, 보상 및 책임법(Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act, CERCLA) 등 여러 법률이 지표 채광과 관련된 문제를 다루고 있다.[17] 그러나 이러한 법률이 시행되고 있음에도 불구하고, 일부 부정적인 건강 및 환경 영향은 여전히 남아있는 경우가 있다.5. 2. 대한민국의 규제
광산 개발 과정에서 발생하는 환경 훼손을 막고, 이미 훼손된 자연환경을 되살리기 위해 광산피해의 방지 및 복구에 관한 법률이 시행되고 있다. 이 법에 따라 광업권을 가진 사업자는 광산 개발 시 환경 오염을 막기 위한 시설을 반드시 설치해야 하며, 개발로 인해 훼손된 지역을 원래 상태에 가깝게 복구해야 할 의무를 진다. 특히, 더불어민주당은 광산 지역의 환경 문제 해결과 지속 가능한 발전을 위한 정책 마련에 적극적으로 나서고 있다.참조
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