최근 지하시설물 설치 사업장에서 지형지물의 영향으로 인해 개착시공 및 강관압입 등의 적용이 어려운 상황에서 비개착 지향성 압입기술이 암반의 분포심도에 따라 시공각도 제한 및 공사기간 연장 등 다양한 문제점이 발생하고 있다. 이러한 가운데 기존 압입기술의 한계를 극복할 수 있는 ‘워터해머시추(Water hammer)’ 공법이 국내 압입공사 시공 현장에서 선보이고 있어 주목을 끌고 있다. ‘워터해머시추’ 공법은 고압의 물(High Pressure Water)을 이용해 워터 해머부 피스톤의 왕복운동을 통한 비트의 타격으로 암반을 굴착하는 기술로 무엇보다 시공성·안전성·경제성이 뛰어나다. 실제로 극경암층 수평굴착에 있어 굴진 속도가 시간당 평균 15m 이상인 데다, 경암층의 원활한 시공은 물론 타 기술에 비해 20-30배 가량 빠른 굴착 속도를 나타낸다. 또한 지진 발생시 여진으로부터 피해 예방과 극경암 지하공간에 설치된 시설물을 반영구적으로 관리가 가능하다. 여기에다 정수시스템으로 환경오염 문제도 해결하며 ‘벤토나이트’를 사용하지 않아 경제성까지 갖췄다. 하지만 실적을 우선시하는 국내 압입공사 시장에서 ‘워터해머시추’ 공법이 관급공사의 벽을 넘지 못하고 있다는 점은 다소 아쉬운 대목이다. 이를 극복하기 위해 부강토건(유)이 ㈜한진디엔비의 ‘워터해머시추’ 공법 특허실시권을 가지고 분주히 움직이고 있다. 지난 16일에는 영암군 삼호읍에서 지하(해저·하저·육상)관로매설 특허기술 시공현장 기술 설명회를 개최했다.

◇ 세계일류상품 인증 ‘최고의 기록’

‘워터해머시추’ 공법은 지난 2016년 세계일류상품으로 인증받았다. 산업통상자원부 주관 KOTRA에서 선정하는 세계일류상품기술은 ▲생물·화학 ▲전기·전자·반도체 ▲산업 기계 플랜트 ▲수송기계 ▲철강금속·석유화학 ▲섬유·생활용품 등 업종별 6개 분야로서 총 29개 상품에 대해 지난 2016년 세계일류 상품을 선정했다. 산업 기계 플랜트 분야에 있어서 세계일류 상품으로 선정된 것은 총 3개 항목으로, 특히 시추 시스템 분야로는 ㈜한진디엔비의 ‘워터해머 장심도 시추 시스템’이 유일하다.

‘워터 해머 장심도 시추 시스템(Water hammer deep drilling system)’이란 이름에서 말하듯이 ‘물 망치 시추 시스템’을 의미한다. 40-150bar 범위 고압의 물을 이용해 워터 해머부 피스톤의 왕복운동을 통한 비트의 타격으로 암반을 시추하는 기술로서 정수장치(Purification system)를 포함하는 장심도 시추 시스템을 말한다.

시추기의 불모지로만 여겨왔던 대한민국에서 중소기업인 ㈜한진디엔비가 이러한 쾌거를 이룩할 수 있었던 기술의 시발점은 14년 전인 2003년으로 거슬러 올라간다.

2003년 12월-2004년 4월 한진디엔비 기술진은 대만 타이동 온천개발에 참여해 8인치, 600m의 심도로 에어해머 드릴링을 수행했다. 당시 약 200℃ 정도의 지열조건에서 지속적인 증기 및 암편이 유출되는 상황을 경험했으며, 현장 시공 중 약 400m의 심도에서 누수대를 조우해 기존 시공설비보다 많은 에어컴프레서 3대와 부스터 1대를 이용, 천공작업을 수행했다.

이와 같은 작업 조건은 국내지층 및 온도 분포에서 경험할 수 없는 상황이었으며, 이를 통해 비트의 과열에 따른 내구성 저하, 비트교체를 위한 작업시간 손실, 지하수 다량 유입 처리를 위한 다수 컴프레서 및 부스터 사용에 따른 유류비용 상승 등의 문제점이 발생했다.

이들 문제점을 극복하기 위한 방안으로 새로운 시추기술의 필요성을 절감했다. 이러한 난공사의 경험을 통해 기존 시추방식의 기술적 문제점을 극복하고자 개발이 시작된 것이 한진디엔비의 ‘워터해머 장심도 시추 시스템’이다.

‘워터해머 장심도 시추 시스템’의 기술 개발은 2004년 기존 기술의 분석 및 신기술 적용을 위한 워터해머 설계 및 제작을 시작으로 2005년 워터해머 국제 PCT를 출원하고, 어큐머 레이터와 이를 이용한 천공기 특허 등록까지 현재 꾸준한 기술 개발을 통해 다양한 크기의 시스템을 구성하고 있다.

개발된 ‘워터해머 장심도 시추 시스템’의 기술 검증을 위해 2008년-2009년에 걸쳐 스웨덴과 런던, 리버풀 등지에서 해외의 기술진 등에게 선보여 기술의 우수성을 입증했으며, 2013년 12월 광주 3천502m, 2016년 2월 나주 2천2m 시추를 통해 워터해머 장심도 시추 시스템 이용한 ‘세계 최고의 기록’을 수립했다.

부강토건은 지난 16일 영암군 삼호읍에서 ‘워터해머시추’ 공법 현장 설명회를 실시했다.

◇ ‘경제성·우수성’ 100년 시추 역사 허물다

100여년이 넘는 시추역사를 지닌 ‘회전식(Rotary) 시추방식’을 뛰어넘어 워터해머시추 기술이‘세계 일류 기술’로 어떻게 선정될 수 있었는지 주목할 필요가 있다.

주지하듯이 장심도 시추는 기술 집약적이며, 시간과 비용이 높은 작업으로서 약 6㎞의 심도를 시추할 경우 미국에서는 180억여원의 공사비용과 최소 7개월 이상의 기간이 소요되며, 이에 대한 리스크도 매우 높다.

주된 원인으로 지반조건의 경우 일반적으로 약 1천500m 이상의 심도에서는 강도가 매우 높은 화성암류(화강암·안산암 등)가 지중에 분포하고, 기존에 적용돼왔던 회전식(Rotary) 시추방식으로 시공시 시간당 1.0-3.0m의 시추속도를 나타낸다.

경제적인 측면으로 시추장비(Drilling Rig) 하루 렌탈비용이 3만5천-4만5천달러(미국 시추시장 기준)임을 감안했을 때 ‘장기간의 시추기간 소모’와 ‘다량의 시추 이수’의 사용과 배출에 따른 환경오염 측면에서 경제성이 떨어지는 큰 단점이 있다.

이에 반해 대한민국 ㈜한진디엔비의 워터해머 시추기술은 상기 언급한 지반 조건에서 시간당 15-28m의 빠른 시추속도와 장심도 시추시 다량 소요되는 ‘시추이수’에 대해 입자의 크기에 따라 선별 처리가 가능한 정수시스템(Purification system)을 적용해 95% 이상의 시추 이수를 재활용(Water Recycling 95%이상)함으로써, 시추 비용과 환경오염 측면에서 경제적 효율이 월등히 뛰어난 시추 시스템이다.

이러한 기술의 우수성 및 우월한 경제성을 지닌 시추 시스템으로 인해 2012년 11월 ‘국가녹색기술대상’과 2016년 9월 ‘녹색인증’을 취득했고, 2016년 12월 ‘세계일류상품’에 선정되는 쾌거를 이뤘다.

지속적인 워터해머 장심도 시추 시스템 및 굴착장치(Drilling rig)의 개발 그리고 국내 검증 ‘광주·나주지역 심부지열개발’을 통한 축적된 노하우를 바탕으로 2015년-2016년에 수출된 450t급 장심도 시추시스템은 2017년 2월 핀란드 탐페레 지역을 시작으로 헬싱키, 그리고 스웨덴의 Mallmo 지역에 이르는 3개 도시에 대해 시추심도 6㎞ 이상의 심부 지열 개발(Deep geothermal development)을 위한 장심도 시추 작업(Deep depth drilling)을 수행하고 있다.

또한 국내에서는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원 지원을 받아 수행된 ‘석탄층 메탄가스(CBM) 생산기술 최적화 및 현장실증 연구’ 과제를 통해 워터해머와 머드모터를 결합한 워터해머 방향제어 시스템 개발을 수행했다. 워터해머 방향제어 시스템은 기존 머드모터 방식의 시추에 있어 화강암 지반에서 천공속도가 느린(1m/hr 이하)점에 비해 굴착속도(20m/hr 이상) 향상을 이룩했다.

워터해머 방향제어 시스템은 국내 지향성 압입 공법 및 셰일가스 및 CBM 드 자원 개발에 적용 가능한 기술로 국내 도서지역 케이블 이설 및 상하수도 배관 공사 등에 적합한 기술이다. 이에 2018년 워터해머 지향성압입공법에 대한 기술시연회를 나주시 농업기술원 일원에서 수행했다. 기술시연회는 콘크리트 블록 테스트와 화강암체 시추로 진행됐다. 블록 테스트의 경우 7.7m 구간 수평 시추 및 1.25도의 각도를 가진 방향제어 시추로 진행됐으며, 그 결과 콘크리트 블록 13.8m 지점 상부 좌편으로 돌출됐다. 화강암체 시추의 경우 기존 트리콘비트와 머드모터 결합의 경우 15분 시추에 있어 10㎝ 굴진을 보였으며, 워터해머의 경우 4분 만에 1.5m 화강암체 시추 굴진을 완료했다.


“에너지·환경문제 근본 해결 박차”

윤현익 ㈜한진디엔비 기술이사

“에너지문제, 환경문제를 좀 더 근본적으로 해결 수 있는 기업이 되는 것이 회사의 비전입니다.”

윤현익 한진디엔비 기술이사는 “기술을 개발한다는 것은 무에서 유를 창조하는 것을 뜻하는데 회사의 기술 개발은 인석신 대표님이 직접 하신다”며 “저는 그 기술을 어떻게 산업 현장에 접목시킬지, 시장 개발도 하고 기술 응용으로 해 상용화·고도화시키는 작업을 한다”고 소개했다.

부강토건과의 관계에 대해 윤 이사는 “상하수도 공사업·전기공사업 등을 가지고 있어야 도로 및 압입하는 공사를 직접할 수 있는데 저희 회사는 제조사이다 보니 직접 다니면서 입찰할 수도 없다”며 “국내에서 압입 공사를 할 수 있는 회사가 15개가 있는데 부강토건이 그 중 하나”라고 말했다.

‘워터해머시추’ 기술 중에서 압입 부문만 부강토건이 특허실시권을 가지고 있는 이유도 그 때문이다.

윤 이사는 “부강토건이 지자체에서 우리나라 기술도 아닌 것으로 공사하는 것을 보고 문제가 있다는 것을 느끼고 먼저 제안을 해왔다”며 “기술지원, 서비스해주는 것으로 하나씩 맞춰 나가고 있다”고 설명했다.

그러면서도 윤 이사는 “관급공사에서 기술을 사용하려면 여러 가지 제약이 따르는데 설계지침에 기술 명칭이 들어가 있어야 하고, 실적을 따지는데 새로운 기술이다 보니 이런 것들이 갖춰져 있지 않아 많은 어려움이 있다”고 토로했다.

따라서 올해 목표는 산자부의 신기술 인증이다. 1 이사는 “실적이 없기 때문에 특허는 특허일 뿐인데 신기술로 인정이 되면 실적이 없어도 가능할 수 있다”며 “부강토건과 신기술 인증을 같이 추진하고 있고, 내용 정립 등 각종 서류 작성 등을 하고 있다”고 언급했다.

인석신 대표에 대해 윤 이사는 “8년 전 처음 회사에 와 안 대표님과 만나 워터해머 기술에 대해 들었을 때 ‘세상을 바꿀 수 있는 기술이 있구나’라는 생각을 하게 됐다”며 “안 대표님은 사무실보다 공장을 더 좋아한다. 주말에도 공장에 나와 도면을 직접 그리고 제품을 생산, 기술을 개발한다”고 열정에 존경을 표했다.

에너지자원공학을 전공한 그는 “현재 장비를 판매를 하고 있지만 궁극적으로는 에너지문제, 환경문제를 좀 더 근본적으로 해결 수 있는 기업이 되는 것이 회사의 비전”이라고 환한 미소를 지었다.


“환경성·경제성·작업능률 최고”

정도윤 부강토건(유) 압입부 사장

“환경성·경제성·작업 능률 등 모든 면에서 ‘워터해머’ 기술은 혁신입니다.”

건설업에만 40여년 종사한 정도윤 부강토건 압입부 사장은 한진디앤비가 개발한 워터해머시추 기술 압입부문 특허실시권을 가져온 장본인이다.

정 사장은 “광주 하남공단에 위치한 장비생산업체 한진디엔비가 유압·압력쪽으로는 국내뿐만 아니라 세계 최고”라며 “부강토건에서는 수직 기술을 가지고 시추하고 있었는데 한진디엔비 인석신 대표가 개발한 ‘워터해머시추’ 기술이 수직을 수평으로 동일하게 뚫을 수 있다는 말을 들었다”고 설명했다.

정 사장이 워터해머시추 기술을 가져온 이유는 무엇보다 기존 기술에서 한계를 느꼈기 때문이다. 그는 “워터해머시추 기술이 기존 기술과 어떻게 혁신이 돼 있냐면 단순 비교로 속도”라며 “기존 기술을 가지고 굴착했을 때 단순속도로 시간당 0.1-1m 정도가 굴착이 가능한데 워터해머는 시간당 15-20m 암반 굴착이 가능하다”고 말했다.

이어 정 사장은 “기존 기술은 회전해 갈아 굴착에 들어가는데 이때 마찰을 줄이기 위해 ‘벤토나이트’라는 고가의 이물질을 쓴다”며 “이 이물질은 환경 오염성도 강한데 지층이 약한 곳이 나오면 바다하고 뚫어졌을 때 해양오염이 될 수도 있다”고 언급했다.

그에 반해 정 사장은 “워터해머는 청수(맑은 물)를 사용하고 벤토나이트를 사용하지 않는다”며 “친환경적·경제성·작업 속도 단축 등이 장점”이라고 강조했다. 그러면서도 정 사장은 진입 자체를 기득권이 막고 있다는 것이 안타깝다고 토로했다.

그는 “사회적으로 기여할 수 있는 ‘워터해머’ 새로운 기술에 대해 검증해볼 필요가 있는데 시장 진입 자체를 기득권이 막고 있다”며 “관에 계시는 분들이 실적 등 잣대로 재지 않고 뛰어난 기술에 대해 열린 생각을 가져줬으면 한다”고 당부했다. 최근 영암 삼호읍에서 열린 현장설명회도 그의 아이디어다. 그는 “태양광발전단지 송전선 발로공사에 워터해머시추 기술 시공 현장 설명회를 가졌다”며 “고흥군청 상하수도, 신안군청 상하수도, 전남도 기술심의위원회, 군산시 상하수도사업소 등 관계자들이 참석해 많은 관심을 가졌다”고 말했다.

한편, 정 사장은 10여년간 중국에 다니면서 조선족들을 돕는 일들도 하고 있다. 그의 꿈은 하나님이 만들어준 ‘도윤’이라는 이름의 ‘도윤그룹’을 완성하는 것이다.

/임후성 기자