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中, 탄광지하 근수평 방향성 시추 깊이 2,311m 세계기록 갱신
등록일2018.01.15 조회수469
첨부파일 Highspeedmaglev.docx 최근, 중국석탄과공그룹(CCTEG) 시안(西安)연구원유한회사(아래 시안연구원)가 담당한 국가과학기술 중대 특별프로젝트 "대출력 방향성 시추 기술 및 장비" 성과에 힘입어 중국은 선둥(神东) 바오더(保德)탄광에서 메인 시추공 깊이가 2,311m에 달하는 석탄층에 따른 초장 방향성 시추에 성공하였다. 이는 시안연구원이 2014년에 진메이(晋煤)그룹 쓰허(寺河)탄광에서 기록한 1,881m 방향성 시추 깊이를 갱신하였고 현재 호주의 회사가 Metropolitan광에서 창조한 시추 깊이 2,151m 세계기록을 깼다. 이는 중국 탄광지하 방향성 시추 기술 및 장비가 획기적 성과를 거두었음을 의미한다. 석탄층메탄가스(CBM)는 주로 석탄층 사이에 흡착상태로 부존하는 일종의 자체적으로 생성되고 저장되는 비전통적 천연가스로서 주요 성분은 메탄이다. 석탄 채굴 과정에서 공기 중 CBM 농도가 5%~16%일 경우 불꽃을 만나면 폭발하는데 이는 탄광 CBM 사고의 근원이다. 이외 석탄 채굴시 방출되는 CBM가 대기 중에 직접 배출되어 초래하는 온실효과는 이산화탄소의 21배에 달해 생태환경에 대한 파괴성이 강하다. CBM은 청정에너지이자 양질 화학공업원료이기도 하다. 1m3 순수 CBM의 발열량은 1.13kg 가솔린, 1.21kg 표준석탄에 해당한다. 또한 천연가스의 발열량과 맞먹기에 천연가스와 혼합하여 수송할 수 있을 뿐만 아니라 혼합하여 사용할 수도 있다. 그리고 연소후 폐가스를 거의 발생하지 않기에 매우 깨끗하다. CBM 개발·이용은 중국의 전통적 석유가스 공급 부족 완화에 도움이 될 뿐만 아니라 탄광의 안전생산 조건 개선, 국민경제의 지속가능한 발전 전략 실행, 대기환경 보호 등에도 중요한 의미가 있다. 중국의 탄광 석탄층은 부존적 지질조건이 복잡하고 CBM 함량과 압력이 모두 높아 CBM 재해성 사고가 자주 발생하는데 이는 석탄 채굴에 심각한 영향을 미친다. 이러한 문제를 효과적으로 해결하기 위해 국내외적으로 시추공을 뚫어 CBM을 채집하는 방법을 일반적으로 사용한다. 시안연구원은 탄광지하 안전생산 수요를 감안하여 20세기 60년대부터 대량의 시추탐사 기술 연구, 장비 개발 및 기술상담 서비스 등 업무를 진행하였고 주로 탄전 지질탐사와 탄광 안전생산 과정에서의 탐수·배수, 구조 탐사, CBM 배출·채집, 대수층 개조 및 난대수층 보강 등 시추탐사의 기술적 어려움을 해결하는데 진력하여 국가과학기술 특별프로젝트, 국가와 성부급 등 각종 과학연구 프로젝트 210여 개를 완성하였고 전국과학대회상 2개, 국가과학기술진보상 3개, 성부급 등 각종 과학기술 성과상 56개를 수상하였다. 그 중 "탄전 시추탐사 인조금강석 비트 굴착성능 및 인조금강석 합성 연구", "와이어라인 코어링장치와 피셔(fisher) 연구 및 시험" 등 프로젝트는 국가과학대회상을 수상하였고 "갱도 굴착장비 및 근수평 시추공 방향성 시추 기술 연구" 프로젝트는 국가과학기술진보 2등상을 수상하였으며 "양취안(阳泉)광무국 CBM 종합관리 기술 연구" 프로젝트는 국가과학기술진보 3등상을 수상하였다. 상기 연구 성과는 지질탐사와 탄광 안전생산 분야에 보급·응용되어 탄전 지질탐사 작업 및 석탄 안전채굴을 위해 중요한 기술적 지원을 하였다. 중국의 탄광 생산기술 및 장비 수준이 끊임없이 향상됨에 따라 탄광 안전과 고효율적 생산을 위한 탄광 CBM 구역 탐사, CBM 정밀 관리, CBM 청정 이용 등에 대한 요구가 높아졌다. 하지만 CBM 채집 천공 시공에서 기존의 재래식 회전 굴진 공법 기술은 낮은 시공 정밀도, 느린 시공 속도, 시추공 궤적 제어 불가, 석탄층 상·하부 암반의 기복에 적응하지 못하는 단점이 있는 외, 무효 굴진깊이가 길고 시추공 이용률이 낮으며 단일 시추공의 CBM 채집량이 적은 등 문제점이 존재해 실제 생산수요를 만족시킬 수 없다. 2002년에 중국 석탄기업은 외국으로부터 탄광지하 방향성 시추 기술 및 장비를 수입하여 석탄층을 따라 CBM을 채집하는 방향성 시추 시공을 시작하였다. 탄광지하 방향성 시추 기술은 시추공 궤적을 정확하게 제어할 수 있으므로 예정된 층서에서 시추공 궤적을 효과적으로 연장하고 시추공의 유효 채집 거리를 증가함으로써 CBM 채집 효율을 높일 수 있다. 또한 다중 분지 시추공 시공이 가능해 분지 시추공으로 전체 작업면을 골고루 커버할 수 있다. 뿐만 아니라 굴진 효율이 높고 시추공 용도가 다양하며 집중적 채집이 가능한 등 장점이 있어 탄광 CBM 관리에서 중요한 역할을 한다. 하지만 선진적인 시추중 측정(measurement while drilling, MWD) 방향성 시추 기술 및 장비는 국외 기업이 독점한 상태이고 설비 구매와 유지보수 비용이 높은 등 원인으로 CBM 관리 원가는 고공행진을 하고 있다. 이런 상황을 타개하기 위해 시안연구원은 2005년부터 시리즈화 탄광지하 방향성 시추 기술 및 장비를 개발하였다. 시안연구원이 혁신적으로 개발한 12,000Nm 대출력 방향성 시추장비는 지하 초장 방향성 시추공 시공장비의 성능 부족 문제를 해결하였다. 또한 탄광지하 방폭형 무선 MWD 시스템을 발명하여 측량신호 "유선" 전송을 "무선" 전송으로 바꾸었고 신호 전송거리를 2,000m 이상에 도달시켰다. 뿐만 아니라 지하 깊은 시추공 고효율적 방향성 시추 및 천공 사고 처리를 위한 새로운 기술을 개발하여 굴진 효율을 40% 향상시켰다. 해당 성과의 전반적 수준은 국제 선진수준에 도달하였고 국가과학기술진보 2등상 1개와 산시(陕西)성과학기술진보 2등상 1개, 중국석탄공업협회 1등상 2개 등 영예를 안았다. 현재 시안연구원이 개발한 탄광지하 방향성 시추 기술 및 장비는 국내 20여 개 광구에 성공적으로 보급·용용되어 탄광 지역 CBM 고효율적 채집 분야에서 주도적 역할을 하고 있다. 탄광지하 방향성 시추 기술 및 장비가 날따라 보완됨에 따라 탄광지하 방향성 시추 깊이 기록도 끊임없이 갱신되고 있다. 2008년에 산시(陕西) 팅난(亭南)광에서 1,046m，2010년에 산시(山西) 쓰허탄광에서 1,059m，2011년에 선둥 바오더탄광과 산시(陕西) 다포쓰(大佛寺)탄광에서 각각 1,111.6m와 1,212m를 기록하였고 2014년에 산시 쓰허탄광에서 1,881m 기록을 세웠다. 이번에 선둥 바오더탄광에서 기록한 메인 시추공 깊이 2,311m는 현재 세계 최고 기록이다. 이번 시추탐사 시공은 시안연구원과 선둥석탄그룹 바오더탄광이 공동으로 담당하였다. 시안연구원은 바오더탄광 초장 작업면 CBM구역 관리의 현장 수요로부터 출발하여 ZDY12000LD 대출력 방향성 시추 장비를 바오더탄광 얼판(二盘)구에 투입하였다. 그리고 "능동적 정점 검출+옆면 시추공 분지 굴착" 기술과 복합 방향성 시추 공법 기술을 각각 사용하여 초장 방향성 시추 작업을 진행하는 과정에 전구간을 석탄층에서 굴진하는 성과를 달성하였다. 최종적으로 기존 슬라이딩 방향성 시추 공법에 존재하던 천공 시스템의 압력 파라미터가 시추공 깊이 증가에 따라 빠르게 상승하는 문제를 극복함으로써 굴진성능이 제한될 수밖에 없었던 기술적 어려움을 해결하였다. 결과적으로 작업대상 석탄층에서 메인 시추공 깊이가 2,311m에 달하는 초장 방향성 시추공을 굴착하였다. 시추 과정에 정점 검출 분지 굴착을 15회 수행하였고 총 굴진깊이 3,094m, 시추공 구경 120mm, 평균 일일 굴진깊이가 200m를 초과하는 성과를 거두었다. 특히 시추공 깊이가 2,000m를 초과한 상황에서도 단일 작업반 굴진깊이 90m의 고효율적 방향성 시추를 달성하였다. 해당 성과는 중국 탄광지하 초장 방향성 시추 시공능력을 뚜렷이 향상시켰고 초장 종합적 채굴 작업면 CBM구역 고효율적 관리를 위해 신뢰성 있는 기술 및 장비를 제공하였다. 동 성과는 반경질 석탄층에 따른 방향성 시추, 상부 암반 고위치 대직경 방향성 시추 등 CBM 채집 천공 시공에 이용할 수 있을 뿐만 아니라 수해방제 방향성 시추, 석탄층 상·하부 암반 그라우팅 보강 천공, 잠재적 재해 유발 요소 탐사를 위한 방향성 시추, 광산 사고 구조를 위한 대직경 천공 등 공사에도 사용할 수 있다. 한마디로 중국 탄광지하 방향성 시추 기술 및 장비 수준을 뚜렷이 높였고 지하 초장 방향성 시추, 대직경 깊은 시추공 방향성 시추 등 시공능력을 향상시켰을 뿐더러 탄광의 안전 고효율적 생산을 촉진하였다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2018-01/11/content_385878.htm?div=-1