광산설계용 소프트웨어를 이용한 광산 설계 및 경제성 평가기법 연구
이동길1)* · 조영도1)
A Study on the Mine Design and Economic Feasibility Analysis using a Mine Design Software
Lee, Dong-Kil
*
and Jo, Young-Do(Received 26 February 2016; Final version Received 19 April 2016; Accepted 14 April 2016)
Abstract : In this study, we proposed mine designs and evaluated economic feasibility using mine design software.
3D mine databases including 3D topography, 3D mine and stope modeling, 3D geological modeling, and 3D drill hole databases were constructed. After analyzing the mining method on a particular type of ore body selected from the established databases, a sub-level stoping and room and pillar mining method were selected. Based on the selected mining methods, a mine design was carried out in considering development, exploitation of resources, ventilation and drainage with three production cases, and thereby the development plan and production schedule could be established. Capital cost and operating cost were estimated for the proposed design. Discounted Cash Flow (DCF) was analyzed using estimates of the total present value, the internal rate of return (IRR) and the cut-off grade for the three production cases. Major factors influencing economic feasibility of the mine were identified through sensitivity analysis.
Key words : Mine design, Mining method, Ventilation design, Mine drainage, Mine feasibility study 요 약 : 본 연구에서는 광산설계용 소프트웨어를 이용하여 광산 설계 및 경제성 평가 기법을 제시하였다. 이를 위해 연구대상광산을 대상으로 3차원 지형, 3차원 갱도 및 채굴적 모델링, 3차원 지질모델링, 3차원 시추 데이터 베이스를 포함하는 3차원 광산 데이터베이스를 구축하였으며, 연구대상 광체에 대한 채광법으로 중단채광법과 주방식 채광법을 선정하였다. 이를 기반으로 3가지 생산조건에 대해 개갱 및 채광 설계와 통기 및 배수설계를 수행하였으며 광산 개발 및 채광 계획을 수립하였다. 제시된 설계안에 대해 투자비와 운영비를 산정하고 현금할 인모델을 작성하여 3가지 생산조건별 총 현재가치, 내부수익률, cut-off 품위를 산정하였으며, 민감도 분석을 통해 광산 경제성에 영향을 미치는 주요 인자를 도출하였다.
주요어 : 광산설계, 채광법, 통기설계, 광산배수, 광산 경제성 평가
1) 한국지질자원연구원
*Corresponding Author( 이동길) E-mail; [email protected]
Address; Korea Institute Geoscience and Mineral Resources (KIGAM), 124 Gwahang-no, Yuseong-gu, Daejeon, 34132, South Korea
서 론
우리나라는 세계 5위 수준의 제조업 강국으로 원료 다소 비형 산업구조를 가지고 있다. 2011년말 기준으로 국내 수 입되는 8대 광종(석탄, 우라늄, 철, 구리, 아연, 니켈, 리튬, 희토류)의 수입액은 약 25조 원에 달하며, 이로 인한 부가 가치는 약 300조 원에 이르지만, 2013년말 기준으로 국내 광업은 GDP 대비 0.16% 수준에 머물러 있다(Shin, 2015).
2015 년도 세계 에너지협의회(World Energy Council, 2015) 에 따르면 회원국 129개국 중 한국의 에너지 안보는 101위 로 나타나면서 아시아 국가 중 최하위를 기록했다. 이는 우 리나라가 아직까지 에너지 인프라 안정성이 구축되지 않았 음을 의미한다. 이처럼 우리나라는 에너지 및 광물에 대한 수요는 높지만 에너지 및 자원의 안정적 수급이 그만큼 어 려우며, WEC는 이를 극복하기 위해서는 해외자원개발이 확대되어야 한다고 강조했다(Lee, 2015). 최근 중국의 경 기둔화의 영향으로 광물자원가격이 하락하여 전 세계 광업 이 불황의 늪에 빠져 있다. 자원시장의 불황기를 투자의 적 기로 판단한 일본, 중국, 인도 등은 해외 자원을 선점하기 위해 전보다 많은 예산을 책정해 전략적으로 해외자원개발 에 투자하고 있다(Kim, 2016).
기술보고
Fig. 1. 3D database of the target mine.
로 장기적인 안목에서 투자와 관리가 요구되는 해외자원개 발 사업이 크게 위축되고 있다.
국내 광산은 대부분 경험에 의한 개발기술을 적용하고 있으며, 또한 해외 광산운영에 대한 경험이 부족하여 광산 개발의 기술적 역량향상에도 노력이 요구되고 있다. 해외 광물자원개발에 필요한 여러 가지 기술 중에서도 투자 대 상광산의 개발과 가치 산정에 핵심적으로 요구되는 광산 설계 및 평가 기술에 대한 우리나라의 기술수준은 매우 낮 다. 이로 인해 국내 해외자원개발기업들은 이에 대한 기술 수요를 대부분 해외 전문 광산 설계 및 평가업체에 의존하 여 충족하고 있는 실정이다. 해외에서는 오래전부터 컴퓨 터 소프트웨어를 활용하여 3차원 지질구조, 지질정보 데이 터베이스, 광체 매장량 평가, 광산 설계, 개발 및 채광 계획 수립, 광산 채산성 평가를 수행하여 정확하고 효율적이고 통합적인 정보의 활용과 분석을 통해 현장에서의 기술수요 를 충족시키고 있다. 이에 반해 국내 광산현장에서 광산설 계는 대부분 2차원 도면에 의존하여 비효율적이고 부정확 하며 제한된 정보만이 활용되고 있다. 또한, 탐사비용의 부 담으로 인해 광체를 개발하기 전에 규명하여 광산 설계를 수행하지 않고 개발과 동시에 탐광을 수행하여 광체를 파 악함으로 인해 사전에 계획적인 설계가 어려워 경제성이 낮고 효율적이거나 안전하지 못한 광산개발의 우려가 있 다. 따라서 광산 설계 및 평가기술을 하루 빨리 선진국 수준 까지 끌어올림으로써 해외기술에 의존했던 국내 및 해외
대상광체의 광산설계
연구 대상광산의 3차원 데이터베이스 구축
본 연구의 대상광산은 연, 아연을 주 개발 광종으로 과거 개발되었던 광산을 선정하였다. 과거 채광으로 인해 광산 에는 갱도와 채굴적이 거미줄처럼 복잡하게 얽혀있기 때문 에 이에 대한 정확한 위치와 규모를 정의하지 않고서 새롭 게 찾은 신규광체나 기존 잔류광체를 대상으로 개발할 경 우 역학적 및 수리적인 상호 간섭과 영향뿐만 아니라 설계 및 개발의 효율성 측면에서도 문제가 발생하게 된다. 따라 서 기존 광산의 시설 및 갱도, 채굴적에 대한 정확한 수치적 인 모사를 수행하는 것이 무엇보다 중요하다. 이를 위해서 광산설계용 소프트웨어인 Geovia사의 GEMS를 이용하여 Fig. 1 에서와 같이 광산의 3차원 데이터베이스를 구축하였 다. 구축된 광산의 3차원 데이터베이스는 3차원 지형, 갱도 및 채굴적 모델링, 3차원 지질모델링, 시추 데이터베이스 로 구성된다.
설계 대상광체와 생산속도 설정
연구 대상광체는 대상광산 주변의 신규광체를 대상으
로 수행하고자 하였으나, 신규광체가 발견되지 않아 부득
이하게 기존에 채광된 채굴적을 광체로 가정하여 연구 대
상광체로 삼았다. 연구 대상광체는 Fig. 2의 S 1 & 2 광체로
서, 광체의 형상은 판상, 주향은 N10°E～N40°E, 경사는
(a) plan view
(b) Front view
Fig. 2. Ore body for study(S 1 & 2).
Table 2. Production period & output by case
Case Period(yr) Annual output(ton/day)
1 5 204,000
2 7.1 150,000
3 3.6 300,000
Table 1. Properties of ore and gangue and working hours in mine design
Properties Value
Specific gravity of ore 3.4 Specific gravity of gangue 2.7 Swelling factor of ore & gangue 1.6
Work shift 2
Working hours per shift 6 hrs Monthly working days 25 days Annual working days 300 days 25°NW ～55°NW, 맥폭은 5 m～33 m, 연장은 50 m～200 m 이다. 광산설계에 적용된 광석과 맥석의 물성과 작업시 간을 Table 1에 제시하였다.
광산의 연간 생산량과 개발기간을 설정하기 위해 Taylor's rule(Taylor, 1977) 을 적용하였다. Taylor's rule을 적용하 여 S 1 & 2 광체의 개발기간을 산정한 결과, 생산기간은 5 년으로 나타났다. 이를 기본사례로 설정하고, 생산기간의 차이에 따른 영향을 비교하기 위해 Table 2와 같이 연간 생 산량 기준으로 2가지 추가사례를 선정하였다.
채광법의 선정
채광법을 선정하기 위해서는 대상광체에 대한 정확한 정 보를 필요로 하는데, 중요하게 고려해야할 사항은 광상의 공간적 특성, 지질 및 수리적 조건, 지반공학적 특성, 경제적 여건, 기술적 요소, 환경적 고려사항을 들 수 있다(Hartman and Mutmansky, 2002). 본 대상광체는 과거 기개발하던 광체로 약 200 m 내외의 심도와 지형적인 위치 및 주변 개 발여건을 고려한 결과, 노천채광은 어렵고 과거와 같이 갱 내채광을 실시해야 할 것으로 판단하였다. 본 연구에서는 광체와 광체주변 모암의 암반역학적 특성을 분석하기 위해 대상지역 암석에 대한 현장실험과 실내실험을 수행하였으 며, 구갱도와 시추코어를 대상으로 암반평가를 수행하였 다. 암반평가는 갱내에서 여러 개의 평가지점을 선정하고 RMR(rock mass rating) 평가를 수행하였다. 그 결과, 광석 이나 주변암의 강도는 보통암-경암으로 나타났다. 광상의 형태는 판상내지 렌즈상을 하고 있으며, 광체의 경사는 완 경사에서 급경사에 이르기까지 불규칙하게 나타난다. 이 와 같은 조건을 만족하는 채광법을 평가한 결과, 경사가 급 한 광체는 중단채광법(sublevel stoping method)을 적용하 고 경사가 비교적 완만한 영역은 주방식 채광법(room and pillar mining method) 을 적용하는 안이 제시되었다. 따라 서 연구 대상광체의 경사가 45도 이상인 부분인 3개 영역은 중단채광법을 적용하였고, 경사가 비교적 완만한 나머지 영역은 주방식 채광법을 적용하여 2가지의 채광방법을 병 행하도록 설계하였다.
개갱설계
갱도의 규격은 차량의 폭과 높이, 인도 폭, 배수로, 기타
갱내 설치될 케이블/풍관의 크기 등을 고려하여 5 m×5 m
규격의 말발굽형으로 설정하였다. 운반방법은 8° 경사의
ramp way 를 개설하여 트럭에 의해 운반하는 방식을 채택
하였다. 갱구는 375ML 고도에 위치하며, ramp way는 갱
구에서부터 광체까지 총 길이 1,160 m가 개설된다. Fig. 3
은 광산의 갱도 구성을 나타낸다. 본 광산은 ramp way 이외
에도 각 채광장 연결갱도 346 m, main haulage level 190 m,
채광장 1, 2, 3의 sublevel 338 m, draw point, under cut, slot
raise 544 m 의 길이로 sublevel 채광장 준비갱도의 길이는
총 1,418 m이다. Room and pillar에서 room을 포함한 갱도
Fig. 3. 3D diagram of mine drift and decline.
Fig. 4. 3D diagram of sublevel stopes.
의 길이는 2,193 m이다. 따라서 본 광상의 채준갱도의 총 길 이는 4,771 m이다. 본 광산은 통기를 위해 지상에서 240 ML 까지 직경 2.4 m의 통기수갱을 개설하는 방안을 선정하였다.
개갱시 발파패턴의 심발은 직경 102 mm 규격의 무장약 공 3개를 배치한 burn-cut으로 설계하였다. 총 천공수는 63 개이며, 천공장은 3.9 m이고 굴진장은 3.5 m이다. 천공작 업은 2 boom의 face drilling rig에 의해 수행되며, 건설공사 표준품셈의 B군 터널 경암 기준을 적용하여 산정하였다.
사용되는 폭약은 공저장약으로 Newmite, 주장약은 국내 지하광산에서 많이 사용하는 ANFO, 전색으로 모래를 사 용하는 조건으로 장약량을 계산하였다. 적재 및 운반작업 에 소요되는 장비의 소요시간과 대수는 본 광산의 작업조 건을 Atkinson (1992) 법에 적용하여 산정하였다. 본 대상 광산에서는 구갱도의 보존상태를 참고하여 갱도유지를 위 한 별도의 지보방법은 고려하지 않았다. 갱도개설에 소요 되는 작업시간을 평가하기 위해 천공, 적재 및 운반 작업시 간은 생산량에 준해 계산하였고, 천공준비, 장약 및 발파, 환기, 운반 전후 시간 등은 현장 측정결과를 이용해 산정하 였다. 그 결과 사례 1, 사례 2, 사례 3의 굴진속도는 3.58 m/day, 3.33 m/day, 3.74 m/day 로 각각 나타났다.
중단 채광법 설계
광체의 경사가 45도 이상인 경우에는 중단채광법을 적용 하였다. 경사 45도는 경사가 연속적으로 변하는 단일 광체 에 채광법을 적용하기 위한 경계를 설정하는데 적용된 것 이며, 대부분의 중단채광구역의 경사는 50도를 상회한다.
중단채광장은 Fig. 4와 같이 크게 3개 영역으로 구성된다.
중단 채광법의 적용과정을 살펴보면, 광체에 접근하기 위 해 rampway에서 cross 갱도를 광체와 착맥 후 광체의 연층 방향으로 주운반 갱도를 중단채광법 적용 구간 경계까지 굴착한다. 막장에서 중심간격 15 m로 직각방향으로 draw point(DP) 를 굴착한다. Draw point의 길이는 채광장 방향 으로 6.5 m, 상반 방향으로 12.0 m를 굴착하여 LHD가 mine truck 에 광석을 적재하는데 편리하도록 한다. DP와 DP 사이 광석을 전체 under cut한다. 25 m 상부에 sub-level(SL)
을 굴착하고 막장에서 상 ․ 하반 방향으로 광체 경계까지 5 m×5 m 갱도를 굴착한다. 또한 SL 막장에서 하부 under cut 까지 수직 20 m 구간을 최초 자유면을 형성하기 위해 slot hole(2 m×2 m) 을 VCR법으로 5 m씩 굴착한다. Slot hole을 자유면으로 하여 상 ․ 하반 방향으로 2 m 간격으로 2줄 수직 발파하여 광체 단면을 재단하여 최초 자유면으로 이용한 다. 제 1열은 저항선 3 m, 공간거리 3 m로 평행 천광방식으 로 천공하며, 제 2열부터는 선형 천공 방식으로 채광한다.
발파된 광석은 하부 DP에서 LHD에 의해 mine truck에 적 재 운반한다. 중단 채광영역의 천공장비인 PDR(prod- uction drilling rig) 는 FDR(face drilling rig)와 달리 최대 천공길이는 51 m로서 본 대상광체의 모든 중단채광구간의 천공이 가능하다.
중단 채광법에 소요되는 작업시간 중에서 천공, 적재 및 운반작업은 생산량에 따라 계산하였고, 이를 제외한 기타 소요시간은 현장 측정결과를 이용해 평가하였다.
주방식 채광법 설계
본 광산에서는 중단채광법이 적용되지 않는 모든 구간
즉, 광체의 경사가 45도 이하로 낮은 광체구간은 주방식 채
광법을 적용하였다. Fig. 5는 구성갱도와 주방식 채광법이
적용된 광체구간을 나타낸다. 주방식 채광구간에서의 진
입갱도는 중단 채광구간과 동일하며, 갱도의 규격도 5 m×5
m 로 동일하다. 단지 230 ML∼370 ML까지 편별 간격을
15 m 내외의 간격으로 설정하였으며, 주방식 채광구간이
너무 길어질 경우에는 운반거리 증가 및 통기문제가 발생
Fig. 5. Drift framework of the mine with room & pillar method.
Fig. 6. Drainage system of the mine.
하므로 광체에 진입하는 cross 갱도를 2개 개설하였다.
Room 의 폭이 10 m가 넘는 경우 잔여길이를 보안광주로 설 정하였다.
주방식 채광구간에서의 천공장은 3.2 m이고 굴진장은 3 m 이며, 발파패턴은 V-cut 방식으로 설계하였다. 사용되는 폭약은 주장약은 ANFO, 공저장약은 Newmite이고 전색 재로서 모래가 사용되었다. 주방식 채광법은 개갱과 동일 한 방식의 작업사이클을 갖는다. 주방식 채광법에 소요되 는 작업시간은 천공, 적재 및 운반작업은 생산량에 따라 계 산하였고, 기타 부가소요시간은 현장 측정결과를 이용해 산정하였다.
지하수 유입량 평가 및 배수시스템 설계
대상광체에 굴착된 갱도 내로 유입되는 지하수량을 평가 하기 위해 지하수 유동에 대한 정상류해석과 부정류해석을 수행한 결과, 유입되는 지하수의 양은 총 1,800 m
3/day 로 산출되었다. 이에 준하여 대상광산에 대해 설계한 배수 계 통도를 Fig. 6에 제시하였다. Fig. 6에서와 같이 본 광산에 서는 총 2개의 주요 sump장을 설치하였다. 230 ML sump 장에 모인 물은 240 ML 갱도 배수로와 연결되어 배수하고, 본 광산 전체에 걸쳐 발생된 지하수는 240 ML sump장에 모여 수갱을 통해 밖으로 배출하게 되는 구조를 갖는다. 각 sump 장에서 사용될 펌프의 용량은 수두와 수량을 고려하 여 평가되었다.
통기시스템 설계
본 광산의 요구통기량은 15톤 트럭과 LHD가 각각 1대씩 운행하는 조건에 대해 광산보안법 시행규칙 제 55조와 56 조에 근거하여 산정되었다. 광산의 통기설계는 Fig. 7과 같 이 4개의 광산 개발단계로 나누어 수행되었다. Fig. 7(a)는 갱구 1과 갱구 2가 연결되는 단계, Fig. 7(b)는 갱구 1에서 시작된 개갱작업이 제 3 중단 채광장을 거쳐 ramp way가 하부로 연장됨에 따라 갱구 2에서 개설된 갱도와 통기목적 으로 raise boring으로 관통되는 시점, Fig. 7(c)는 갱구 2에 서 시작된 갱도가 250 ML까지 도달한 후 갱구 1에서 시작 된 ramp way가 240 ML까지 도달함에 따라 통기목적으로 raise boring 으로 관통되는 시점, Fig. 7(d)는 ramp way가 230 ML 까지 개설되고 직경 2.4 m의 통기수갱 개설 및 fan 이 설치되는 시점에서의 통기 설계안을 나타낸다.
광산 개발 및 채광 계획수립
지금까지 연구결과를 종합하여 광산의 개발과 채광 과정 에 대한 계획과 일정을 수립하였다. 생산계획 수립시 각 단 위작업의 작업속도는 광산장비의 작업용량과 개갱 및 채광 설계에서 제시된 작업량에 의해 결정된다. 이렇게 결정된 작업속도는 생산일정을 수립하기 위한 기본 요건으로서 이 를 통해 단위 작업의 소요 시간과 작업량이 산정된다. 이러 한 작업속도는 장비의 작업시간 및 용량을 넘어설 수 없으 므로 장비의 가용능력이 작업제한요건으로 작용된다. 이 를 바탕으로 본 연구에서는 MineMax사의 iGantt를 이용 하여 광산의 개발과 채광 과정에 대한 생산계획를 모사하 였다. 광산개발 시작시점은 2013년 1월 1일로 선정하였다.
그 결과를 Fig. 8에 제시하였으며, 이는 시간에 따른 개발과
채광의 진행과정을 나타낸다. 본 광산에서는 PDR(Production
drilling rig), 통기 선풍기의 도입시점이 설정된 사례별로
다르므로 장비의 도입시점을 Table 3에 제시하였다.
(a) Stage 1 (b) Stage 2
(c) Stage 3 (d) Stage 4
Fig. 7. Ventilation design of the mine by stage.
(a) Sequence 1 (b) Sequence 2 (c) Sequence 3
(d) Sequence 4 (e) Sequence 5 (f) Sequence 6
Fig. 8. Development and exploitation process over time
Table 3. PDR and ventilation fan installation.
Case Date of introducing PDR
Date of installing fan in ventilation shaft
Case 1 June 2014 Apr 2015
Case 2 November 2014 Jul 2015
Case 3 May 2014 Mar 2015
(a) Case 1 (b) Case 2
(c) Case 3
Fig. 9. Variation of output of ore & gangue over time by case.
소요 장비 및 인원 산정
대상광체를 개발하는데 소요되는 시설과 장비로는 개발 및 채광 장비, 통기 및 안전 장비, 에너지 및 물자공급 설비, 광석 및 폐석의 처리 설비, 광산 유지 및 관리 설비 등이다.
본 연구에서는 사례별 생산량에 따라 이러한 소요 장비를 선정하고 설비의 규모를 산정하였다. 장비와 설비의 가격 은 광물자원공사 기준단가(KORES, 2011), CostMine (2011) 를 참조로 평가하였다. 본 광산에서 필요한 작업인 원은 2교대 근무조건을 고려하여 총 55명으로 산정되었으 며, 각 작업자의 인건비는 광물자원공사 기준단가를 이용 하였다.
광산 설계안 분석
본 연구에서 설정된 생산규모별 3가지 사례에 대한 광산
개발 및 생산 계획의 모사 결과에 대해 사례별 시간에 따른 광석과 폐석의 생산량 변화를 Fig. 9에 도시하였다. 그림에 서와 같이 3가지 사례 모두 폐석의 생산량은 개갱작업이 수 행되는 2013년부터 2015년 초반이나 중반까지 발생한다.
반면에 광석의 생산량은 개갱이 수행되는 기간동안은 작업 장의 수, 장비 및 인력의 운용능력에 따라 생산량이 변화하 며 개갱작업이 완료되는 시점부터 장비 및 인력이 채광에 집중됨에 따라 안정되고 비교적 높은 생산량을 보이는 것 을 확인할 수 있다.
Fig. 10 은 사례별 채광방법에 따른 광석의 생산량을 시간 에 대해 나타낸 것이다. 그림에서 개갱에 의한 광석 생산량 은 모든 사례에서 개갱 순서가 동일하게 설계됨에 따라 유 사한 생산량과 생산기간을 보여주고 있다. 반면, 중단식 채 광에 의한 생산량은 사례별로 차이가 있다. 이는 중단식 채 광에 의한 생산량은 상대적으로 높기 때문에 월별 생산량 을 주로 중단식 채광에 의해 조절하였고, 주방식 채광에 의 한 생산량은 중단식 채광량의 부족분을 충당하는 방식으로 생산일정이 설계됨에 따라 사례별 생산량의 차이를 나타내 는 것이다.
Fig. 11 은 사례별 OMS(Output per man shift)를 시간에
대해 도시한 것이다. 사례 1, 사례 2, 사례 3의 평균 OMS는
각각 11.7 ton/shift, 8.3 ton/shift, 15.8 ton/shift으로 생산량
이 가장 많은 사례 3이 가장 높은 OMS를 보이는 것으로 나
(a) Case 1 (b) Case 2
(c) Case 3
Fig. 10. Variation of output of ore by case and mining method.
Fig. 11. Variation of OMS over time by case.
타났다. 이처럼 OMS는 사례 2, 사례 1, 사례 3의 순서로 점 차 높아지는 것을 알 수 있는데, 이는 추가 생산에 의한 작업 인원의 증가율에 비해 생산량의 증가율이 크기 때문이다.
대상광산의 경제성 평가
비용의 산정
본 연구에서는 지상설비의 투자는 2012년에 완료되고 광산 개발은 2013년에 시작하도록 설정하였다. 광산의 개 발기간은 상기한바와 같이 각각 5년, 7.1년, 3.6년의 3가지 사례로 설정하였다.
감가상각은 정률법(declining balance method)을 적용하 였다. 구입된 모든 설비와 장비의 감가상각 기간은 7년으로
설정하고, 생산기간이 이보다 짧을 경우 생산기간을 기준 으로 감가상각을 수행하였다. 또한 잔존가액은 구매가의 10% 로 설정하였다.
할인율은 10%를 적용하였다. 인플레이션율은 한국은행
에서 평가한 2004년부터 2010년까지의 근원 인플레이션
지수, 소비자 물가지수, 생산자 물가지수의 상승률을 이용
하였다. 근원 인플레이션율은 안정적 품목을 대상으로 통
화정책기준을 위해 제시된 수치이므로 연평균 인플레이션
(average annual inflation) 으로 지정하였다. 또한 소비자물
가지수는 최종 생산 산물의 가격 인플레이션이므로 실질
판매가 인플레이션(real price inflation)으로, 반면, 생산자
물가지수는 생산단계에 소요되는 재원의 인플레이션지수
이므로 실질 비용 인플레이션율(real cost inflation)로 설정
Table 4. Base for estimating the cost & revenue.
Costs Price/rate Note
Sales price of Zn 50% ore concentrate(1000 won/ton) 457.7 2010 current price(KIGAM, 2011) Sales price of Pb 50% ore concentrate(1000 won/ton) 378.3 2010 current price(KIGAM, 2011) Yield % of Zn concentrate(%) 90% Based on study goal
Yield % of Pb concentrate(%) 80% Based on study goal
Milling cost(1000 won/ton) 11 Field data
Discount rate(%) 10% KORES data
Average annual Inflation(%) 2.84% Bank of Korea(2011) Real price escalation rate(%) 0.38% Bank of Korea(2011) Real cost escalation rate(%) 0.28% Bank of Korea(2011)
Depreciation period(yr) 7
Residual value(%) 10% Purchase price
Exchange rate(won/$) 1,100
Diesel(won/liter) 1,600
Electricity(won/kW) 78.9 2011 industry(byung) II, HV A, 2 shifts, 1,000kW or more Basic Electricity(won/kW) 7,700 2011 industry(byung) II, HV A, 2 shifts, 1,000kW or more
Other fuels(won/liter) 2,000
Office supplies(%) 2% Based on labor cost
Other CAPEX cost(%) 5% based on total CAPEX
Worker's compensation insurance(%) 20.1% Based on metal & non-metal mining
Other insurances(%) 7.95% National pension, Health, Long-term care, Employment
하였다.
본 대상 광산은 광해의 발생여지가 적으므로 산지훼손복 구비를 광산 복구비로 산정하였다. 비용 산출은 광해방지 의무자 부담금 부과 및 징수요령(지식경제부 고시 제 2006- 91 호)에 따라 산출되는데 본 연구에서는 광해방지의무자 부담금 부과 및 징수요령에 준하여 산정하였다. 광석 판매 가, 인건비, 운영비, 자재비 등의 산정기준은 Table 4를 기 준으로 산정하였다. 이중에서 각 장비의 운영비는 CostMine (2011) 을 기준으로 환율을 고려하여 산정하였다.
사례별 총현재가치 및 내부수익률의 변화
경제성 평가결과를 바탕으로 산정된 사례별 할인현금흐 름(Discount Cash Flow)과 누적 할인현금흐름을 Fig. 12에 도시하였다. Fig. 12에서와 같이 제시된 3가지 사례 모두 총 현재가치는 ‘음’(negative)으로서 경제성이 없는 것으로 나 타났다. 이중에서 생산기간이 7.1년으로 가장 긴 사례 2의 총 현재가치는 -9,289백만원으로 가장 낮았으며, 생산기간 이 5년인 사례 1이 -2,700백만원, 생산기간이 3.6년으로 가 장 짧은 사례 3이 -379백만원으로 다른 사례보다 경제성이
양호하게 나타났지만, 모든 사례가 현재조건에 대해서 경 제성이 없는 것으로 나타났다.
Fig. 13 은 사례별 할인율에 따른 총 현재가치의 변화를 나타낸다. Fig. 13에서와 사례 2의 경우에는 할인율 전 구간 에서 현재가치가 ‘음’을 보이는 반면, 사례 1과 사례 3은 할 인율의 일부구간에서 ‘양’의 구간이 나타난다. 사례 1과 사 례 3의 내부수익율(Internal Rate of Return)은 각각 4.0%, 9.0% 로 나타났다. 또한 사례 3이 사례 1보다 동일한 할인율 에서 높은 현재가치를 보이므로 사례 3이 가장 경제성이 높 은 것으로 나타났다. 이는 생산량이 높을수록 매출이 증가 하여 광산의 경제성이 향상되기 때문이다.
사례별 Cut-off 품위 산정
각 사례별 Zn과 Pb의 품위에 따른 cut-off 품위를 Fig. 14
에 제시하였다. 그림에서 제시된 각 사례의 직선보다 Zn과
Pb 의 품위가 크면 총 현재가치가 ‘양(positive)’이 된다. 본
대상광체의 Zn과 Pb의 평균품위는 각각 5.3%, 0.48%이므
로 그림에서와 같이 3가지 사례의 cut-off grade보다 낮은
영역에 위치한다.
(a) Case 1 (b) Case 2
(c) Case 3
Fig. 12. Variation of discount cash flow and accumulated discount cash flow by case.
Fig. 13. Variation of total present value depending on discount rate by case.
Fig. 14. Variation of cut-off grade of Zn and Pb depending on grade by case.
(a) Case 1 (b) Case 2
(c) Case 3
Fig. 15. Sensitivity analysis by case.
사례별 민감도 분석
민감도 분석은 변수가 취할 수 있는 값들을 대입하여 변 수의 변화에 따라 결과가 어떻게 달라지는지를 분석하는 것을 말한다. Fig. 15는 각 사례별 경제성에 대한 민감도 분 석결과를 토네이도 차트로 나타낸 것이다. Fig. 15에서 파 란색과 붉은색은 y축의 변수가 각각 10%, 30% 증가하였을 경우 총 현재가치의 변화를 나타낸 것이다. 변수들에 동일 한 증감율을 적용했을 때 총 현재가치의 변화가 클수록 민
감도는 높다고 평가할 수 있다. Fig. 15에서와 같이 사례 1
과 사례 3에 대한 변수의 민감도는 Zn의 품위, Zn 회수율,
Zn 가격의 순이다. 반면, 사례 2는 Zn 가격과 Zn의 품위가
동일한 수준으로 높은 민감도를 나타내고 그 다음 순위가
Zn 회수율로 나타났다. 이중에서 Zn의 회수율은 평가시점
에서 최대 기술수준으로 설정되었기 때문에 관리대상이 아
니다. 따라서 모든 사례에서 Zn의 품위와 Zn 가격의 변동에
따라 경제성이 좌우된다고 할 수 있다.
이 동 길
1999 년 세명대학교 공과대학 자원공학과 공학사
2001 년 한양대학교 대학원 지구환경시스 템공학과 공학석사
2006 년 한양대학교 대학원 지구환경시스 템공학과 공학박사
현재 한국지질자원연구원 광물자원연구본부 책임연구원 (E-mail; [email protected])
조 영 도
1977 년 인하대학교 공과대학 자원공학과 공학사
1982 년 인하대학교 대학원 자원공학과 공 학석사
2007 년 광운대학교 대학원 화학공학과 공 학박사
현재 한국지질자원연구원 광물자원기술연구팀 책임연구원 (E-mail; [email protected])
데이터베이스를 포함한다. 신규광체가 부재하여 3차원 모 델링 결과 중에서 구채굴적 S 1 & 2를 연구대상 광체로 가 정하여 광산설계 및 평가를 수행하였다. 이를 위해 먼저 대 상광산의 생산 조건을 산정하고 대상광체의 채광법을 선정 하였다. 선정된 채광법을 기반으로 갱도와 채굴적의 배치 와 안정성 평가 및 배수시스템과 통기시스템을 설계하였 다. 또한 공정별 단위 조업시간을 산정하여 시간에 따른 광 산 개발 및 채광계획을 수립하였다. 설계된 광산 layout과 개발 및 채광계획을 기반으로 연간 광석과 폐석의 생산량, 장비의 작업량, 소요 장비 및 시설, 소요 인원 및 자재 등의 산정을 통해 소요되는 비용과 수익을 산정함으로서 사례별 총현재가치와 내부수익률을 산정하고, 사례별 Zn과 Pb에 대한 cut-off 품위를 도출하였다. 각 사례별 민감도 분석을 수행한 결과, 모든 사례에서 Zn의 품위와 Zn의 가격이 광산 의 경제성에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 상기 한 광산설계 및 평가기술을 통해 향후 미래의 광산에 대한 개발타당성을 예측 및 진단할 수 있을 것으로 판단된다.
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