왜 텅스텐 광산은 대부분 하늘이 아니라 땅속으로 향할까

앞선 탐사 장비 편에서 살펴봤듯, 광맥의 위치가 확인되고 나면 그다음은 실제로 그 광석을 캐내는 단계입니다. 그런데 흥미롭게도 전 세계 유명한 텅스텐 광산들, 상동광산이나 쌍전광산처럼 국내 대부분의 광산은 지표면을 넓게 걷어내는 노천 채굴이 아니라 땅속 깊숙이 갱도를 뚫는 방식을 택합니다. 왜 굳이 어렵고 위험한 지하로 향하는 것일까요. 이번 편에서는 텅스텐을 실제로 캐내는 채광 장비들을 방식별로 상세히 들여다보겠습니다.

LHD 채광 장비 - 지하 갱도의 핵심 운반 수단

지하로 향하는 이유, 광체의 생김새에 있다

채광 방식을 가르는 가장 큰 기준은 광체가 지표에서 얼마나 가까운지입니다. 광체가 지표 가까이 넓게 퍼져 있다면 노천 채굴이 유리하지만, 앞서 회중석 편에서 살펴봤던 스카른형 광상처럼 마그마와 석회암이 만나는 좁고 깊은 접촉대를 따라 광맥이 형성된 경우에는 지표를 넓게 걷어내는 것보다 갱도를 뚫어 광맥만 따라가는 편이 훨씬 효율적입니다. 상동광산과 쌍전광산을 포함해 국내 텅스텐 광산 대부분이 지하 갱도 방식을 택하는 이유도 여기에 있습니다. 좁고 깊게 뻗은 광맥의 생김새 자체가 채광 방식을 결정짓는 셈입니다.

지하 갱도 채광법, 어떻게 다른가

지하 갱도 방식 안에서도 광체의 형태와 안정성에 따라 여러 세부 공법이 쓰입니다.

채광법	원리	특징
슈린케이지 채광법	아래에서 위로 광석을 캐내며 일부를 작업 발판으로 남겨둠	급경사 광맥에 적합, 비교적 단순한 구조
룸앤필라 채광법	넓은 공간(룸)을 캐내고 기둥(필라)을 남겨 천장 지지	비교적 평탄한 광체에 적용, 기둥에 남은 자원 손실 있음
잔주식 충전 채광법	채굴한 빈 공간을 인공 충전재로 되메우며 채굴 진행	채굴적 안정성 확보에 유리, 국내 영월 지역 텅스텐 광산에도 적용 사례

특히 잔주식 충전 채광법은 채굴이 끝난 빈 공간을 그대로 두지 않고 인공 충전재로 다시 채워가며 위쪽으로 채굴을 이어가는 방식인데, 한 국내 연구에서 강원 영월군의 텅스텐 광산을 대상으로 이 공법의 안정성을 3차원 수치해석으로 분석한 결과, 채굴적을 완전히 충전할 경우 안정성을 확보할 수 있는 것으로 나타났습니다. 다만 상부로 채굴이 진행되며 남겨진 기둥(잔주)의 높이가 높아질수록 불안정성이 커지는 경향도 함께 확인됐습니다.

지하 갱도의 핵심 장비들

지하 갱도 방식에는 여러 전문 장비가 유기적으로 맞물려 작동합니다.

드릴 잼보(착암기)는 발파를 위해 암반에 구멍을 뚫는 장비입니다. 화약을 장전할 자리를 정밀하게 뚫어야 원하는 방향과 크기로 암반을 깨뜨릴 수 있습니다. 이렇게 뚫린 구멍에 화약과 뇌관을 장전해 암반을 파쇄하는 것이 발파 장비의 역할이며, 발파로 부서진 광석은 LHD(Load-Haul-Dump) 장비가 갱도 안에서 싣고 운반합니다. 좁은 갱도 안에서 싣기, 운반, 하역을 한 번에 처리할 수 있도록 설계된 이 장비는 지하 채광 현장의 핵심 이동 수단입니다.

암반을 파낸 자리는 그대로 두면 무너질 위험이 있기 때문에, 록볼트와 숏크리트 장비를 이용해 갱도 벽면과 천장을 보강하는 지보 작업이 뒤따릅니다. 록볼트는 암반에 긴 볼트를 박아 넣어 layer 사이를 결속시키는 방식이고, 숏크리트는 콘크리트를 벽면에 뿜어 붙여 표면을 안정화하는 방식입니다. 마지막으로 환기 시스템은 지하 갱도 안의 공기를 순환시키고 발파 가스, 디젤 장비의 배기가스, 분진 같은 유해물질을 배출하는 역할을 합니다. 지하로 들어갈수록 자연 환기가 어려워지기 때문에, 갱도가 깊고 길어질수록 환기 시스템의 중요성도 함께 커집니다.

노천 채굴, 상대적으로 단순하지만 대규모인 방식

반면 광체가 지표 가까이 있는 경우에는 노천 채굴 방식이 선택됩니다. 대형 굴착기와 유압 셔블이 노천 벤치(계단식으로 조성된 채굴 단)에서 원광을 직접 굴착하고, 덤프트럭이 이를 선광장까지 운반합니다. 지하 갱도 방식에 비해 장비 구성 자체는 단순하지만, 훨씬 넓은 면적의 지표를 다뤄야 하기 때문에 장비의 규모는 대체로 훨씬 큽니다.

상동광산의 스마트 마이닝

국내 최대 규모인 상동광산의 사례는 지하 채광 방식이 얼마나 정교해질 수 있는지를 잘 보여줍니다. 이 광산은 약 4km에 이르는 운반 갱도를 새로 개발했는데, 이는 단순히 길만 뚫은 것이 아니라 전력·통신 인프라까지 함께 구축한 결과입니다. 여기에 KT와 협력해 지하 LTE 통신망과 스마트 안전 모니터링 시스템을 도입하며 이른바 '스마트 마이닝' 기반을 갖췄습니다. 갱도 안에서도 지상과 다름없이 통신이 가능해지면, 작업자의 실시간 위치 추적과 장비 상태 모니터링이 가능해져 안전 관리 수준이 한층 높아집니다.

갱도 지보 작업 - 지하 채광의 안전을 지키는 보강 공사

기술이 발전해도 사라지지 않는 위험

여기서 짚어야 할 비판적 시각이 있습니다. 스마트 마이닝 같은 첨단 기술이 도입된다고 해서 지하 채광의 근본적인 위험이 완전히 사라지는 것은 아닙니다. 관련 특허 문헌을 보면, 광산이 심부화될수록 광산 장비에서 배출되는 디젤가스와 채굴·발파 과정에서 발생하는 분진이 기준치를 초과해 측정되는 경우가 있고, 갱내 산소 부족으로 운송 차량의 엔진 출력이 떨어지는 문제까지 보고되고 있습니다. 앞서 살펴본 잔주식 충전 채광법 연구에서도 채굴이 진행될수록 남겨진 기둥의 불안정성이 커진다는 점이 확인된 바 있습니다. 즉 통신망과 모니터링 시스템은 위험을 더 빨리 감지하고 대응하는 데 도움을 줄 뿐, 지하 깊은 곳에서 암반을 캐내는 작업 자체에 내재된 위험을 원천적으로 없애주지는 못합니다. "스마트 기술을 도입했으니 안전하다"는 인식보다는, 그 기술이 위험을 얼마나 빨리 포착하고 얼마나 효과적으로 대응하게 해주는지를 기준으로 평가하는 편이 더 정확할 것입니다.

다음 단계로 이어지는 광석의 여정

이렇게 채광 장비를 거쳐 갱도나 노천 벤치에서 캐낸 원광은, 아직 텅스텐 함량이 매우 낮은 상태입니다. 앞서 회중석 편에서 살펴봤듯 원광의 텅스텐 품위는 보통 0.2~2.0% 수준에 불과해, 암석 1톤 가운데 실제 텅스텐 성분은 불과 몇 킬로그램 수준입니다. 채광 단계에서 아무리 효율적으로 광석을 캐내더라도, 그 안에 섞인 대부분은 여전히 쓸모없는 맥석입니다. 그래서 채광 다음에는 이 원광을 잘게 부수고 텅스텐 성분만 농축하는 파쇄·분쇄·선광 단계가 반드시 뒤따르게 됩니다. 다음 편에서는 상동광산이 도입한 메초(Metso)사의 SAG밀·볼밀 같은 파쇄·분쇄 장비와, 비중선별·자력선별·부유선광으로 이어지는 선광 공정을 이어서 다뤄보겠습니다.

FAQ — 텅스텐 채광 장비에 대해 자주 묻는 질문

Q1. 텅스텐 광산은 왜 대부분 지하 갱도 방식을 쓰나요? 텅스텐 광맥이 대체로 스카른 광상처럼 좁고 깊게 뻗은 형태로 형성되는 경우가 많아, 지표를 넓게 걷어내는 노천 채굴보다 광맥을 따라 갱도를 뚫는 방식이 더 효율적이기 때문입니다.

Q2. 잔주식 충전 채광법은 다른 채광법과 어떻게 다른가요? 채굴한 빈 공간을 그대로 두지 않고 인공 충전재로 되메우며 위쪽으로 채굴을 이어가는 방식으로, 룸앤필라처럼 기둥만 남겨두는 방식보다 채굴적 안정성을 확보하는 데 유리합니다.

Q3. LHD 장비는 어떤 역할을 하나요? 좁은 갱도 안에서 발파로 부서진 광석을 싣고, 운반하고, 하역하는 작업을 한 번에 처리하는 장비로, 지하 채광 현장의 핵심 이동 수단입니다.

Q4. 상동광산의 스마트 마이닝은 구체적으로 무엇을 갖추고 있나요? 약 4km의 운반 갱도에 전력·통신 인프라를 구축하고, KT와 협력해 지하 LTE 통신망과 스마트 안전 모니터링 시스템을 도입한 상태입니다.

Q5. 스마트 마이닝 기술이 도입되면 지하 채광이 완전히 안전해지나요? 그렇지는 않습니다. 심부화된 갱도에서는 여전히 디젤가스, 분진, 산소 부족 같은 근본적인 위험 요소가 존재하며, 스마트 기술은 이런 위험을 더 빨리 감지하고 대응하는 역할을 할 뿐입니다.