폐광지역 지반침하특성 및 대책
폐광지역 지반침하특성 및 대책
  • 한국에너지
  • 승인 2007.05.21 00:00
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권현호 광해방지사업단 기술연구센터장
1993년 5월 인천시 북구 부평동에 위치한 공설묘지 약 500평이 갑자기 함몰하고 묘지 154기가 매몰되는 사고가 발생했다. 이 사고는 폐금속광산인 부평광산 가행 중에 광물을 채굴한 암반공동이 무너져 발생한 사고로, 폐금속광산 지반침하의 대표적인 사례이다.
현재 국내 많은 휴폐광산에서는 과거 채광활동으로 인하여 폐갱도의 부분적인 붕락이나 지표침하가 발생하고 있는 형편이다.

폐광산의 지하 채굴공동과 폐갱도는 지반의 불안정성을 유발시켜, 철도, 도로, 주거지 등의 주요구조물이 파손되는 대형안전사고 발생요인이 되며, 특히 SOC사업 및 지역 개발계획에 있어서 중대한 장애요인으로 작용하는 실정이다. 여기서는 이러한 지반침하의 종류와 특성 그리고 지반침하방지를 위한 사업수행절차에 관하여 간단히 소개하고자 한다.

지하채굴에 따른 지반침하는 발생시기에 따라서 활동성 침하와 잔류성 침하로, 발생형태에 따라서는 연속형 침하와 불연속형 침하의 형태로 분류할 수 있다. 연속형 침하에는 대표적으로 트라프(trough)형이 있으며, 불연속형 침하는 함몰(sink-hole)형이 대표적인 사례이다.

국내 광산의 경우에는 대부분 급경사의 불규칙한 광체를 대상으로 위경사승 붕락법과 중단채굴법 등의 채광법을 사용함으로써 지표에서의 침하 범위는 비교적 좁은 지역에 국한되는 특성을 보이나 일단 침하가 발생하면 침하량이 매우 많고 침하곡선도 불연속적인 함몰형 침하 형태를 보인다.

또한 채광이 끝난 후 상부암반이 지지력을 상실했을 때에는 잔류성침하가 발생하여 점진적이고 복합적인 진행 과정을 통하여 지반변위가 일어나므로 발생 위치와 시기를 예측하기 어려운 특성을 갖는다.
지반침하를 사전에 방지하기 위해서는 지반안정성조사/평가, 계측조사, 보강공사 등이 필요하다.

먼저 광산지역에서 침하에 대한 지반안정성을 평가하기 위해서 조사구역내 현장조사(지표지질조사, 침하흔적조사), 복합도면 및 단면도, 시추조사, 전산해석 결과 등을 종합적으로 분석하여야 한다.
다시 말해서 시추코아를 이용한 암반분류를 실시하고, 아울러 도식법, 한계평형법, 응력아치-체적팽창이론 등의 침하이론검토와 전산해석을 통하여 지반의 안정성여부를 평가하는 것이다.
지반안정성 평가결과 침하위험지역에 대해서는 물 또는 공기를 이용하여 모래나 시멘트물질 등을 채굴공동에 충전하는 방법과 채굴공동 내 구조물을 시공하거나 채굴공동 상부지반을 그라우팅이나 마이크로파일로 보강하는 방법 등을 적용하여 지반보강공사를 수행한다.

채굴공동의 심도가 깊거나, 지반균열현상 등이 직접적인 침하로 인한 현상인지를 판단하기 곤란한 경우에는, 즉각적인 보강대책을 수립하기 보다는 일정기간의 지반변위에 대한 계측조사 수행하고 그 결과를 토대로 후속대책을 수립하는 것이 효율적이다.

또한 보강공사를 시행할 때에도 원활한 시공관리와 더불어 구조물의 피해발생 여부를 파악하고, 채굴적 존재구간에 대한 광역적인 지반변위를 관찰하기 위해 계측조사를 수행한다.
보강공사완료 후 계측된 변위가 일정하게 수렴되는 경우에는 보강공사 영향으로 지반이 안정화 되었다고 판단하게 된다.

계측조사시에는 지표침하계, 지중변위계, 경사계, TDR(Time Domain Reflectometry), 균열측정기 등을 주로 사용하며, 최근에는 광섬유센서나 미소진동측정을 이용하여 침하로 인한 지반변위를 효율적으로 계측하려는 시도도 이루어지고 있다. 

최근 낙후된 폐광지역의 본격적인 개발을 위해서 많은 신규 사회간접자본이 투자되고 있으며, 이로 인한 지하 채굴적에 의한 지반안정성이 중요한 사안으로 대두되고 있다.
따라서 폐광지역의 지속가능한 개발을 위해서는 국내 지반조건에 부합되는 지반침하이론의 정립과 더불어 지반안정성을 객관적으로 평가할 수 있는 자립기술을 확립하여, 광산지역 전반의 채굴적에 대한 체계적인 관리가 필요한 시점이다. 

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