석재 채석 종합 가이드: 정의, 입지, 기법

이 글에서는 다음을 다룹니다: 1. 채석 정의 2. 석재 채석 입지 3. 중요 고려사항 4. 공법.

채석 정의:

자연 암반에서 돌을 채취하는 과정을 채석(quarrying)이라 합니다. 채석장(quarry)은 자연 암석의 노출된 표면을 나타내는 용어입니다. 이렇게 얻은 돌들은 다양한 공학적 목적으로 사용됩니다.

광산(mine)과 채석장(quarry)의 차이를 유의해야 합니다. 광산은 지하 깊은 곳에서 작업이 이루어집니다. 채석장은 지표면에서 노출된 상태로 작업이 이루어집니다.

석재 채석 입지:

석재 채석장 입지 선정은 다음 측면들을 면밀히 검토한 후 해야 합니다:

(i) 채석의 쉽고 효율적인 작업을 위한 도구, 동력, 자재, 인력의 가용성;

(ii) 폐기물 투기장 확보와 보건 위생 위험 회피;

(iii) 도로, 철도, 해안 등으로부터의 거리와 운송 시설 근접성;

(iv) 채석장 배수;

(v) 연중 충분한 양의 깨끗한 물 확보 용이성;

(vi) 채석 경제성;

(vii) 채석장에서 돌 운반·수송 편의성;

(viii) 발파 채석 시 인근 영구 구조물 부재;

(ix) 입지 암반 지질 데이터;

(x) 채석장 산출 석재 품질;

(xi) 채석장 예상 산출량;

(xii) 시험 굴착 결과; 등.

채석 개시 전 중요 고려사항:

실제 채석 시작 전 다음 중요 사항들을 신중히 검토해야 합니다:

(i) 암반 표면 조사:

노출된 암반 표면을 면밀히 조사해야 합니다. 균열과 틈새 유무를 확인하고, 돌이 쉽게 쪼개질 평면들을 찾아내 채석 작업을 빠르고 경제적으로 만들어야 합니다.

(ii) 레이아웃:

채석 작업의 다양한 단계에 대한 완전한 레이아웃을 준비해야 합니다. 잘못된 계획은 채석 실패로 이어집니다.

(iii) 인력과 기계:

채석장에 투입된 인력과 기계 간 적절한 조율이 있어야 최대 이점을 얻을 수 있습니다.

(iv) 표토 제거:

채석장 표면의 표토와 연암(soft rock)을 제거해야 합니다. 표토에서 나온 자재는 건설용으로 부적합하므로 폐기해야 합니다. 치밀한 암석은 암석 풍화 특성에 따라 달라지는 깊이에 있습니다.

(v) 구조적 안정성:

채석장 측면의 구조적 안정성을 해치지 않으면서 돌을 채취해야 합니다. 적절한 예방 조치를 하지 않으면 심각한 미끄러짐이나 산사태로 재앙적 결과가 초래될 수 있습니다.

석재 채석 공법:

다음 세 가지 채석 공법이 있습니다:

(i) 수공구 채석

(ii) 채널링 머신 채석

(iii) 발파 채석.

각 채석 공법을 간략히 설명합니다.

(i) 수공구 채석:

수공구로 채석하는 세 가지 방법은 다음과 같습니다:

(a) 굴착/파내기

(b) 가열

(c) 쐐기 박기.

(a) 굴착/파내기:

이 방법에서는 곡괭이, 망치, 쇠스랑, 정 등 적절한 도구로 돌을 단순히 파냅니다. 큰 블록이나 작은 블록 형태로 연암(soft stone)이 나올 때 유용합니다.

(b) 가열:

암반 표면을 가열합니다. 보통 표면에 나무 조각을 놓거나 연료를 쌓아 몇 시간 동안 꾸준히 불을 지핍니다. 불균등한 팽창으로 암반 상층이 분리됩니다. 둔탁한 파열음으로 알 수 있습니다. 분리된 암반 부분은 곡괭이, 크로바 등으로 제거합니다.

작고 비교적 정칙적인 블록을 채취할 때 유용합니다. 얕은 깊이의 수평 층으로 이루어진 암반에 적합합니다. 이 방법으로 너들너들한 마름돌(coursed rubble masonry)에 필요한 비교적 직사각형 블록을 얻을 수 있습니다.

(c) 쐐기 박기:

암반 표면에 균열이나 틈새가 있으면 그림 2-2, 2-3과 같은 강철 쐐기나 포인트를 망치로 박아 넣습니다. 돌 블록들을 이동시킨 후 적절한 도구로 제거합니다.

자연 균열이 없으면 인공 균열을 만들어야 합니다. 암반 표면을 따라 일렬로 구멍을 뚫습니다. 구멍 지름 약 12mm. 구멍 간 거리 약 100~150mm. 구멍 깊이 약 200~250mm. 이 구멍들에 플러그와 페더(feather)를 넣습니다(그림 2-4).

플러그는 원뿔형 강철 쐐기. 페더는 위끝이 약간 휘어진 편평한 강철 쐐기. 플러그를 페더 사이에 넣고 모든 플러그를 망치로 동시에 박습니다. 엄청난 압력으로 구멍 줄을 따라 균열이 생깁니다. 돌이 비교적 단단하면 공압 드릴로 플러그·페더용 구멍을 뚫을 수 있습니다.

암석이 비교적 부드러우면 나무 플러그만 써도 됩니다. 구멍에 넣고 물에 적십니다. 나무 플러그가 부풀어 오르면 엄청난 힘이 작용해 구멍 줄을 따라 암석이 쪼개집니다.

쐐기 박기는 비교적 부드러운 고가 층상암(나중석, 대리석, 석회암, 사암 등)에 채택합니다. 가능한 한 발파 대신 쐐기 박기를 선호합니다.

(ii) 채널링 머신 채석:

이 방법에서는 증기, 압축 공기, 전기로 구동되는 채널링 머신으로 암반 덩어리에 수직 또는 경사 홈(채널)을 만듭니다. 이 기계들은 길이 약 24m, 폭 약 50~75mm, 깊이 약 2.40~3.70m의 홈을 빠르게 만듭니다.

공정은 다음 단계로 이루어집니다:

(a) 채석장에서 분리할 돌 블록 주위로 채널을 깎습니다.

(b) 블록 아래에 수평 구멍을 뚫습니다.

(c) 구멍에 쐐기를 박아 블록을 암반에서 분리합니다.

대리석, 석회암, 기타 연질 사암에서는 이 분리 공정이 거의 필수적으로 쓰입니다. 이 방법으로 암반에서 매우 큰 돌 블록을 분리할 수 있습니다.

(iii) 발파 채석:

이 방법에서는 폭약을 사용해 암석을 작은 돌 조각들로 부숩니다. 발파 채석의 주 목적은 큰 암반 덩어리를 느슨하게 하는 것이지, 폭력적으로 전체를 날려버려 실용성 없는 아주 작은 조각들로 만드는 것이 아닙니다.

이 방법은 균열이나 틈새가 없는 경석(hard stone) 채석에 채택됩니다. 발파로 얻은 돌들은 보통 크기가 작고 철도 도상(ballast), 골재, 콘크리트용, 도로 금속 등으로 쓰입니다. 발파 공정은 석재 채석에서 중요합니다.