본 연구는 석탄광산 분진을 환기로 제어하기 위해 현재 국내에서 가행하는 5개 광산의 석탄 분진 시료를 채취하여 석탄 분진의 특성인 밀도와 원소분석, 입도 분석을 시행하였다. 이것은 국내에서 생산되는 모든 무연탄에서 파생되는 석탄 분진의 특성을 이해함으로써 보다 쾌적한 작업환경을 제공하는 것에 일익을 담당할 것이다.

입도분석(PSA)결과, 본 연구에 사용된 석탄 분진 시료입자의 크기는 0.007㎛ ∼ 88.614㎛ 범위에 분포하였으며 이중 진폐증을 유발시킬 수 있는 3.5㎛이하의 입자가 NO.1 광업소 채취시료입자의 7.9%(PM2.5 : 4.7%, PM10 : 15.3%), NO.2 광업소 채취시료입자의 18.7%(PM2.5 : 1.3%, PM10 : 53%), NO.3 광업소 채취시료입자의 22.9%(PM2.5 : 16.5%, PM10 : 54%), NO.4 광업소 채취시료입자의 20.2%(PM2.5 : 16.4%, PM10 : 52%), NO.5 광업소 채취시료입자의 11.2%(PM2.5 : 10.9%, PM10 : 24%)로 나타나 석탄광 분진시료의 평균 16.2%가 진폐증을 유발시킬 수 있는 입자로, 광산 내 상당부분 존재하는 것으로 확인되었다.

실제 광산에서 발생하는 진폐증의 원인이 되는 3.5㎛이하 석탄광 분진뿐만 아니라 광산 내 근로자들의 건강에 해로운 영향을 주는 미세먼지(PM10)와 초미세먼지(PM2.5)를 대상으로 최적의 환기속도를 제시하였다.

5개광업소에서 채취한 석탄광 분진의 풍속에 의한 유동을 알아보기 위해 풍동을 제작하여 풍속에 대한 석탄광 분진의 낙진을 측정하였으며, 낙진 된 석탄 분진의 입도분석을 시행하였다. 실험분석결과 풍속이 1.3m/s일 때 분진의 제어가 효과적인 것으로 나타났다.

또한, 실제 미세먼지가 다량으로 발생하는 채준 작업장에서 공기 중에 부유하는 미세먼지를 앤더슨 멀티스테이지 샘플러(Anderson multi-stage sampler)를 이용하여 석탄 분진을 작업장에서 환기되는 풍속에 따라 측정하였으며 3.5μm이하의 석탄 분진을 제어하는 풍속은 1.0m/s일 때 효과적인 것으로 나타났다.

A광업소를 연구 대상으로 하였으며, 현행 환기량을 평가하기 위해 소요 환기량을 산정하였다. 갱내 환기의 목적은 갱내외 근로자의 호흡에 필요한 산소를 공급하고 갱내 작업장에서 발생하는 분진이나 탄층에서 용출하는 가연성 가스를 희석시켜 갱외로 배출하는 동시에 더운 갱내에 신선한 공기를 공급함으로서 작업장 환경을 개선하고 근로자의 보건과 위생을 유지하는데 있다. 그러므로 갱내 소요 환기량은 갱내 근로자수와 갱내에서 용출되는 가연성 가스량 및 갱내온도를 근거로 하여 산정하고 각각의 경우를 만족시킬 수 있는 환기량 중에서 최대 수치를 채택하여야 한다.

현재 가행되고 있는 국내광산 중 제일 열악한 환경에 놓여 있는 A광업소의 최적 환기를 위한 주선풍기의 용량을 찾아내기 위해 VnetPC 프로그램을 이용하여 시뮬레이션 하였으며, 이를 위하여 갱내의 단면적, 온도, 습도, 공기속도, 거칠기 계수, branch 길이 등을 조사하였다. 갱내에서 측정된 공기량과 VnetPC의 결과 값을 일치시키기 위해 Network Balancing작업을 하였다. 이 작업은 VnetPC에서 산출된 공기량 결과 값을 현재 A광업소에서 측정된 공기량과 대조하여 현재의 공기량과 공기의 방향(Air way)이 같아지도록 맞추어 나가는 작업이다. 이 작업이 끝난 후 갱내의 분진을 제어할 수 있는 풍속을 기준으로 환기량 모의실험을 실시하였다. 또한 주선풍기의 과다설계를 방지하기 위해 A광업소의 자연환기력을 계산하였으며, 계산된 자연환기력을 이용하여 VnetPC 프로그램으로 시뮬레이션을 하였다.

본 연구를 통하여 국내 석탄광 분진의 특성에 맞는 갱도의 규격이나 국부선풍기, 보조선풍기 등의 용량을 산정하여 최상의 환기계획을 마련함으로써 광산근로자들에게 보다 쾌적한 환경을 제공할 것이며 향후 비 석탄광산이나 지하구조물, 터널, 핵폐기물 처리장 등의 환기설계에 기술적 모체가 될 수 있을 것으로 예상된다.