• Technical Note

    중력에너지저장 기술 분석을 통한 국내 광산 적용 가능성 평가

    Analysis of Solid Gravity Energy Storage Technology for Evaluating its Applicability in Domestic Mines

    이지원, 안우성, 조정민, 권상기

    Jeewon Lee, Wusung An, Jeongmin Cho, Sangki Kwon

    무탄소에너지 발전 비중 확대에 따라 전기에너지를 안정적이고 효율적으로 활용하고자 에너지저장장치(ESS) 기술이 대두되고 있다. 국내에서는 높은 효율성과 빠른 응답성으로 배터리 에너지저장장치(BESS)를 계통 안정화 …

    With the increasing share of carbon-free energy generation, energy storage system (ESS) technologies are gaining attention as a means to stably and …

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    무탄소에너지 발전 비중 확대에 따라 전기에너지를 안정적이고 효율적으로 활용하고자 에너지저장장치(ESS) 기술이 대두되고 있다. 국내에서는 높은 효율성과 빠른 응답성으로 배터리 에너지저장장치(BESS)를 계통 안정화 ESS로 채택하고 활발한 연구를 진행하고 있으나 화재 위험, 공급망 리스크, 폐배터리 측면에서의 제약이 존재하며, 이를 보완하고자 안전하고 지속가능한 ESS 기술들이 제안되고 있다. 본 논문에서는 여러 ESS 기술의 장단점, 수명, 왕복효율, 저장용량, 저장비용의 종합적인 성능 평가를 통해 중력에너지저장(GES) 기술이 유망하다고 판단하였으며, 그 중에서도 유연성, 확장가능성, 효율성, 지속가능성, 안전성, 내구성, 경제적 장점을 갖는 고체 중력에너지저장(SGES)의 기술 현황을 분석하였다. 또한, 여러 SGES 기술 중 국내 광산을 이용한 SGES 기술의 적합성을 제시하기 위해 다양한 규격의 케이블 직경과 권양기 출력을 조합하여 저장용량에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 케이블 직경이 저장용량에 지배적인 영향을 미쳤으며 76.2 mm의 직경을 사용할 경우 최대 저장용량이 평가되었다. 국내 광산 수갱의 저장용량을 평가한 결과 3 MWh 이상의 저장용량을 갖는 곳은 장성광업소(2곳)이었으며, 2 MWh 이상의 저장용량을 갖는 수갱은 삼척탄광(1곳), 함태탄광(1곳), 연화광산(1곳), 동원탄광(1곳), 한덕철광(1곳)으로 총 5곳이었다. 1 MWh 이상의 저장용량을 갖는 곳은 16곳으로 평가되었으며, 국내 모든 수갱의 저장용량을 평가할 경우, 60.52 MWh의 전력 저장이 가능한 것으로 분석되었다. 본 연구 결과를 통해, 향후 ESS로써 국내 광산 적용 가능성을 검토하고, 암반 안정성 및 실증 연구를 위한 기초자료를 마련하고자 하였다.


    With the increasing share of carbon-free energy generation, energy storage system (ESS) technologies are gaining attention as a means to stably and efficiently utilize electrical energy. In Korea, battery energy storage systems (BESS) have been actively adopted and researched for grid stabilization due to their high efficiency and rapid response. However, concerns remain regarding fire hazards, supply chain risks, and waste battery management. To address these limitations, various safe and sustainable ESS technologies have been proposed. This study conducts a comprehensive performance assessment of multiple ESS technologies by comparing their advantages and disadvantages, lifetime, round-trip efficiency, storage capacity, and levelized cost of storage (LCOS). As a result, gravity energy storage (GES) emerges as a promising alternative. Among these, solid gravity energy storage (SGES) is highlighted for its flexible, scalable, efficiency, sustainable, safety, durable, and economical benefits. Additionally, to evaluate the applicability of SGES using domestic mines, the influence of different cable diameters and hoist power outputs on storage capacity was analyzed. The results reveal that cable diameter is the most influential parameter, with a 76.2 mm diameter delivering the maximum storage capacity. The places with storage capacities of 3 MWh or more were Jangseong Mines (2 shafts), and the shafts with storage capacities of 2 MWh or more were Samcheok Coal Mine (1 shaft), Hamtae Coal Mine (1 shaft), Yeonhwa Mine (1 shaft), Dongwon Coal Mine (1 shaft), and Handuk Iron Mine (1 shaft), a total of 5 locations. The places with storage capacities of 1 MWh or more were evaluated to be 16 shafts, and when the storage capacities of all shafts in the country were evaluated, it was analyzed that 60.52 MWh of electricity could be stored. The findings of this study aim to assess the future applicability of domestic mines for ESS implementation and to provide foundational data for rock mass stability evaluations and demonstration studies.

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    30 April 2025
  • Technical Note

    석회암 지역 터널 굴착에서 적정 비장약량 산출 및 발파패턴 연구

    A Study on the Calculation of Optimal Specific Charge and Blast Pattern in Limestone Area Tunnel Excavation

    유지완, 이승원

    Jiwan Yoo, Sean Seungwon Lee

    터널 발파 작업에서 발파 효율을 결정하는 요소는 기반암의 물리 역힉적 특성과 발파 기술의 메커니즘, 이 두 가지로 분류할 수 있다. 우리나라의 경우, …

    In tunnel blasting operations, the factors that determine blasting efficiency can be broadly classified into two main categories: the physical and mechanical …

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    터널 발파 작업에서 발파 효율을 결정하는 요소는 기반암의 물리 역힉적 특성과 발파 기술의 메커니즘, 이 두 가지로 분류할 수 있다. 우리나라의 경우, 터널 굴착을 위한 발파 패턴 설계 기준은 대부분 화강암 또는 편마암을 대상으로 설정되어 있으며, 석회암 구간에 대한 터널 발파 설계는 아직 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 이론적 검토와 현장 적용을 위한 실규모 시험발파를 통해 석회암 구간에서의 적정 비장약량과 심발 공법을 분석하였다. 연구 결과, 석회암 구간에서의 비장약량은 일반적인 화강암 및 편마암에 비해 약 40% 적게 소요되는 것으로 분석되었으며, 굴진장 3.0 m 확보를 위해서는 약 0.670 kg/m3 수준으로도 가능한 것으로 나타났다. 또한, 심발 공법으로는 퇴적암류의 생성 및 지층 구조 특성을 고려할 때, 경사심발과 평행심발을 혼합한 SAV-Cut 발파 공법을 적용함으로써 시공성과 효율성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.


    In tunnel blasting operations, the factors that determine blasting efficiency can be broadly classified into two main categories: the physical and mechanical properties of the bedrock and the mechanism of blasting techniques. In South Korea, most tunnel blasting pattern design standards have been established for granite or gneiss, while design guidelines for limestone sections remain limited. This study aims to determine the optimal specific charge and appropriate cut blasting methods for limestone by combining theoretical analysis and full-scale field test blasting. The results show that the specific charge required for limestone is approximately 40% lower than that for typical granite or gneiss. It was also found that a specific charge of approximately 0.670 kg/m3 is sufficient to achieve an advance length of 3.0 meters. Considering the geological structure and formation characteristics of sedimentary rocks, the proposed SAV-Cut blasting method, which combines inclined and parallel cut blasting techniques, demonstrated significantly improvement in constructability and overall efficiency.

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    30 April 2025
  • Technical Note

    불포화토 탄소성 거동 모사를 위한 OGS-FLAC3D 해석 시뮬레이터 내 Barcelona Basic Model 해석 모듈 구축

    Implementation of Barcelona Basic Model Module into OGS-FLAC3D for Simulating Elasto-Plastic Behavior of Unsaturated Soils

    김태현, 김광일, 이창수, 김진섭

    Taehyun Kim, Gwang-Il Kim, Changsoo Lee, Jin-Seop Kim

    고준위 방사성폐기물 처분 시스템 내 완충재는 핵종 유출 시 이동을 지연하고 처분 용기를 보호하는 역할을 하는 공학적 방벽의 핵심 요소이다. 완충재에서는 방사성 …

    Buffer materials in a high-level radioactive waste disposal system serve as a key component of the engineered barriers by delaying radionuclide migration …

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    고준위 방사성폐기물 처분 시스템 내 완충재는 핵종 유출 시 이동을 지연하고 처분 용기를 보호하는 역할을 하는 공학적 방벽의 핵심 요소이다. 완충재에서는 방사성 붕괴열로 인한 고온 및 주변 암반으로부터의 지하수 유입 조건 하에서 장기간에 걸쳐 불포화 상태에서 포화 상태로 변화하는 과정을 거치게 된다. 완충재는 포화 시 팽윤하는 특성을 지니고 있으며 수십만 년에 이르는 처분 기간 동안 팽윤 성능 요건을 만족할 수 있는지 예측하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 불포화토의 탄소성 거동 모델인 Barcelona Basic Model을 열-수리-역학 복합거동 해석 시뮬레이터인 OGS-FLAC3D 내에 모듈화 하였다. 해석 코드 구축 후 검증을 위하여 평균 유효응력 및 흡입력 변화 경로에 따른 비체적 변화를 평가하는 예제와 비교 분석을 수행하였으며, 수치해석 결과 및 검증 예제 결과가 잘 일치하는 것을 확인하였다. 개발된 해석 모듈을 기반으로 향후 OGS-FLAC3D 해석 시뮬레이터를 처분 시스템 내 완충재 거동과 관련한 다양한 연구에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.


    Buffer materials in a high-level radioactive waste disposal system serve as a key component of the engineered barriers by delaying radionuclide migration and protecting the disposal canister. Over extended periods, these buffer materials undergo a transition from an unsaturated to a saturated state under high-temperature conditions induced by radioactive decay heat and groundwater inflow from surrounding rock. The buffer materials exhibit swelling properties upon saturation, making it critical to predict the long-term capacity of swelling performance throughout the disposal period, which spans hundreds of thousands of years. In this study, the Barcelona Basic Model, a representative model for the elastoplastic behavior of unsaturated soils, was modularized within the thermo-hydro-mechanical coupled numerical simulator, OGS-FLAC3D. Following the construction of the numerical code, we conducted validation through comparative analysis with case studies evaluating volumetric changes along the pathways of mean effective stress and suction variations. The numerical simulation results and validation case studies showed a good agreement. Based on the developed module, we expect to use the OGS-FLAC3D simulator in various research studies related to the behavior of buffer materials in disposal systems.

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    30 April 2025
  • Case Study

    작업음 분석을 통한 광산 운반시스템의 적재 및 투하 횟수 집계 자동화

    Automation of Counting Loading and Dumping Events in a Mine Haulage System through Working Sound Analysis

    장민경, 박세범, 최요순

    Mingyeong Jang, Sebeom Park, Yosoon Choi

    본 연구에서는 적재 및 투하 작업 시 발생하는 작업음을 인식해 적재 및 투하 작업 횟수를 자동으로 집계해 주는 애플리케이션을 개발하였다. 이를 위해 …

    This study developed an application that automatically aggregates the number of loading and dumping events by using the work sound generated during …

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    본 연구에서는 적재 및 투하 작업 시 발생하는 작업음을 인식해 적재 및 투하 작업 횟수를 자동으로 집계해 주는 애플리케이션을 개발하였다. 이를 위해 충북 단양군에 위치한 대성 엠디아이 단양사업소에서 광석 운반 트럭의 적재 및 투하 작업음을 수집하였다. 적재 및 투하 작업 횟수 집계를 자동화하기 위해 작업음의 특이점을 분석하였고, 특이점을 기준으로 분류 기준을 수립하였다. 개발된 작업음 분류 애플리케이션은 태블릿PC가 블루투스 비콘 신호를 수신받으면 주변 소음을 인식하기 시작하며, 기존에 분류된 기준에 맞게 적재 및 투하 작업음이 인식되면 자동으로 횟수가 집계하였다. 현장 실험 결과, 횟수 집계는 100% 성공했고 트럭 작업의 단위 소요 시간도 정확하게 측정할 수 있었다.


    This study developed an application that automatically aggregates the number of loading and dumping events by using the work sound generated during mine haulage operations. To this end, the work sound was collected by riding directly on the loading and dumping work truck at Daesung MDI Danyang Office located in Danyang-gun, Chungcheongbuk-do. The singularity of the work sound of loading and dumping operations was analyzed. In order to aggregate the number of loading and dumping operations, each singularity was quantified and the classification criteria were divided. The developed work sound classification application starts to recognize the surrounding noise when the tablet PC receives the Bluetooth beacon signal, and the number of times is automatically counted when the loading and dumping operation sound is recognized according to the previously classified criteria. As a result of the field experiment, the count of the number of times was 100% successful, and the unit time required for truck work could be accurately measured.

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    30 April 2025
  • Original Article

    헬리컬 세그먼트 조립을 위한 TBM 이렉터 개조설계 및 가상조립 시뮬레이션

    Design Modification and Virtual Assembly Simulation of a TBM Erector for Helical Segments

    이홍석, 오주영, 조정우

    Hong-Seok Lee, Joo-Young Oh, Jung-Woo Cho

    본 논문에서는 쉴드TBM의 연속굴착을 위해서 기존의 이렉터를 헬리컬 세그먼트용으로 개조하는 연구를 진행했다. 현재 일반적으로 사용되는 이렉터의 자유도를 검토하고, 헬리컬 세그먼트의 체결 가능성을 …

    This study focuses on modifying the existing erector system for continuous shield TBM (Tunnel Boring Machine) excavation to enable the installation of …

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    본 논문에서는 쉴드TBM의 연속굴착을 위해서 기존의 이렉터를 헬리컬 세그먼트용으로 개조하는 연구를 진행했다. 현재 일반적으로 사용되는 이렉터의 자유도를 검토하고, 헬리컬 세그먼트의 체결 가능성을 분석하였다. 그리고, 헬리컬 세그먼트를 체결하기 위해 추가적으로 필요한 자유도를 분석하고, 개조방법을 제시하였다. 이를 토대로 개조된 이렉터의 3차원 설계도를 제작하였다. 헬리컬 세그먼트의 체결 시나리오를 구성한 후, 장비와 객체간의 접촉, 충돌을 인식하기 위한 별도 프로그램을 작성하였다. 개조된 이렉터의 성능을 해당 프로그램을 이용한 가상체결 시뮬레이션을 수행하여 검증하였다.


    This study focuses on modifying the existing erector system for continuous shield TBM (Tunnel Boring Machine) excavation to enable the installation of helical segments. First, the degrees of freedom (DOF) of conventional erectors currently in use were analyzed, and the feasibility of assembling helical segments was evaluated. Additional DOF required for helical segment assembly were identified, and a modification method for the erector was proposed. Based on this analysis, a three-dimensional design model of the modified erector was developed. Furthermore, a detailed assembly scenario for helical segments was established, and a dedicated program was created to detect contact and collision between equipment and segments during the assembly process. Using this virtual simulation, the performance of the modified erector in assembling helical segments was verified.

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    30 April 2025
  • Original Article

    균열암반 내 굴착교란영역(EDZ) 투수특성 평가를 위한 현장수리시험 수행 연구

    A Study on In-Situ Hydraulic Test for Evaluating the Hydraulic Conductivity of Excavation Disturbed Zone (EDZ) in Fractured Rock

    이항복, 신영진, 강한별, 전석원, 김기석, 박찬

    Hangbok Lee, Young Jin Shin, Han Byul Kang, Seokwon Jeon, Ki Seog Kim, Chan Park

    This study evaluates the hydraulic conductivity and distribution patterns of the Excavation Disturbed Zone (EDZ) near a tunnel in a domestic Underground …

    본 연구에서는 균열암반에 위치한 지하연구시설 내 터널 근계영역인 굴착교란영역의 투수특성과 분포양상을 평가하였다. 자체 개발된 고정밀 수리시험장비를 암반터널 내 수평시추공에 적용하여 정압주입시험을 수행함으로써, …

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    This study evaluates the hydraulic conductivity and distribution patterns of the Excavation Disturbed Zone (EDZ) near a tunnel in a domestic Underground Research Laboratory located within fractured rock. A high-precision hydraulic testing system, developed in-house, was applied to horizontal boreholes drilled inside the rock tunnel, and constant pressure injection tests were conducted to obtain in situ pressure and flow rate data. Using both steady-state and transient flow analyses, hydraulic conductivities were derived as a function of depth (i.e., distance from the tunnel wall). The results showed that in the BBH-1 borehole, hydraulic conductivity decreased by approximately one order of magnitude with increasing distance from the tunnel wall, consistent with trends reported in previous studies on EDZ permeability. However, in the BBH-2 borehole, locally high permeability values were observed at specific depths, deviating from the overall trend of decreasing permeability with distance from the wall. These findings suggest that the hydraulic properties of rock surrounding excavation spaces may not always follow uniform reduction trends, highlighting the importance of performing in-situ hydraulic tests to directly assess the hydraulic characteristics of near-field zones. The testing equipment, methodologies, and analytical processes used in this study, as well as the derived permeability results, provide a foundation for developing an integrated system for detailed hydraulic evaluation of the EDZ around underground structures.


    본 연구에서는 균열암반에 위치한 지하연구시설 내 터널 근계영역인 굴착교란영역의 투수특성과 분포양상을 평가하였다. 자체 개발된 고정밀 수리시험장비를 암반터널 내 수평시추공에 적용하여 정압주입시험을 수행함으로써, 현지 압력 및 유량 자료를 획득하였고, 정상류/비정상류 해석을 통해 심도(터널 벽면으로부터의 거리)에 따라 수리전도도를 도출하였다. 연구 분석 결과, BBH-1 시추공의 경우 터널 벽면으로부터 멀어지면서 수리전도도가 10배(1 order) 정도 감소하였으며, 기존 선행 연구들의 굴착교란영역 내 투수도 변화양상과 유사한 결과를 나타냈다. 그러나 BBH-2 시추공에서는 벽면에서부터 떨어진 일부 심도에서 전체 투수특성 변화경향에서 벗어나는 국부적으로 높은 투수도가 나타났다. 이를 통해, 굴착공동 주변 암반의 투수특성이 반드시 일정한 감소변화나 분포양상을 따르지 않는 경우도 있다는 것을 알 수 있고, 따라서 현장수리시험 수행을 통해 근계영역의 수리특성을 직접적으로 파악하는 것이 중요하다고 할 수 있다. 본 연구의 장비와 수행방법 및 분석과정, 그리고 도출된 투수도 결과들은 향후 굴착공동 주변 수리적 EDZ의 정밀 수리특성 평가를 위한 통합시스템 개발의 기초가 될 것으로 사료된다.

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    30 April 2025
  • Original Article

    고온조건에서 시멘트 그라우트 재료의 블리딩 특성

    Bleeding Characteristics of Cement Grouts under High-Temperature Conditions

    원조현, 이종원, 오태민

    Jo-Hyun Weon, Jong-Won Lee, Tae-Min Oh

    최근 지상공간의 포화로 인해 지하공간 개발이 활발히 진행되고 있다. 지하공간 개발을 위한 굴착 및 시공 과정에서 다수의 암반 미세절리가 발생하며 암반 그라우팅을 …

    As surface space becomes increasingly limited, underground space development is being accelerated to address the demand for efficient land utilization. Excavation and …

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    최근 지상공간의 포화로 인해 지하공간 개발이 활발히 진행되고 있다. 지하공간 개발을 위한 굴착 및 시공 과정에서 다수의 암반 미세절리가 발생하며 암반 그라우팅을 통한 미세절리의 보강 및 차수는 필수적이다. 암반 그라우팅을 위한 주입재료는 시멘트 그라우트가 일반적으로 사용되며 시멘트 재료는 주입 후 시간 경과에 따라 블리딩(bleeding)이 발생한다. 블리딩이 과도하게 발생하면 그라우팅 품질저하와 구조물 및 주변 암반의 안정성 저하로 이어질 수 있으므로 이를 고려한 그라우트 설계 및 적용이 필요하다. 대심도 터널 및 구조물 건설 시 고온의 지열과 지하수로 인해 고온환경이 조성된다. 따라서 고온 조건을 고려한 그라우트의 블리딩 특성을 파악하고 현장 조건에 적절한 주입재료, 배합비를 선정하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 고온조건에서의 암반 그라우팅을 위한 시멘트 그라우트의 블리딩 특성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 시멘트 재료로 포틀랜드 시멘트와 마이크로 시멘트를 사용하였으며 시멘트 재료, 물-시멘트 배합비, 시간, 온도에 따른 블리딩 특성을 분석하였다.


    As surface space becomes increasingly limited, underground space development is being accelerated to address the demand for efficient land utilization. Excavation and construction for underground space often induce multiple microfractures in the rock mass, requiring rock grouting to ensure structural reinforcement and groundwater sealing. Cement grout is commonly used as the injection material for rock grouting; however, it is prone to bleeding over time due to its properties. Excessive bleeding can compromise grout integrity and the stability of surrounding rock formations, necessitating its consideration in grout mix design and implementation. In deep underground, geothermal heat and groundwater result in high-temperature conditions. Therefore, understanding grout bleeding characteristics under high-temperature conditions is critical for selecting suitable grout materials and optimizing mix designs for in-situ application. This study aims to analyze the bleeding characteristics of cement grout for rock grouting under high-temperature conditions. In this study, Portland cement and micro-cement were used as grout materials, and bleeding characteristics were analyzed with respect to cement type, water–cement ratio, elapsed time, and temperature.

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    30 April 2025