Jednou z najproduktívnejších a najekonomickejších metód formovania banských diel je jadrové vŕtanie. Používa sa v oblasti prieskumu a inžinierskej geológie. Okrem toho je to najjednoduchší a najrýchlejší spôsob, ako získať prístup k podzemnej vode na zabezpečenie zásobovania vodou.
Z nášho článku sa dozviete všetko o špecifikách jadrového vŕtania, nástrojoch potrebných na jeho implementáciu a aplikačných funkciách.
Rozsah jadrového vŕtania
Jadrové vŕtanie je metóda, ktorá umožňuje s najväčšou presnosťou určiť hĺbku strechy a dna pôdnych vrstiev, ako aj značku hĺbky zrkadla podzemnej vody.
Technológia jadrového vŕtania sa široko používa v nasledujúcich odvetviach:
- Dodávka vody v priemyselnom a súkromnom sektore. Vŕtanie studní pre súkromné zásobovanie vodou, organizovanie príjmu vody celých dedín alebo mestských blokov je efektívne vykonávané jadrovým vŕtaním, pretože vrták ľahko preniká do veľkých hĺbok. Jadrový projektil dokáže zdvihnúť takmer všetky zničené horniny, s výnimkou vodami nasýtenej a voľnej nesúdržnej pôdy (piesok, štrk, kamienky);
- Prieskum v ťažobnom priemysle. Keď hornina prechádza, dochádza k bodovému nárazu na pôdu pozdĺž polomeru rotácie. Inými slovami, škrupina, štrukturálne pripomínajúca rúru, vŕta pevnú horninu bez narušenia jej štruktúry a stavu.
- Building. Vykonávanie geotechnických štúdií na štúdium fyzikálnych a mechanických vlastností pôdy, stavu hornín. Technológia kolóny poskytuje príležitosť na presné stanovenie hladiny vody a na odoberanie vzoriek vody na skúmanie ich agresivity voči betónu.
Pri vŕtaní jadra sa vyťaží jadro - stĺpec pôdy alebo susedné vrstvy pôdy. Jadro je charakterizované integrálnou prirodzenou štruktúrou, ktorá poskytuje komplexnú analýzu študovaného plemena. Vŕtanie pomocou jadrového potrubia vám umožňuje určiť hĺbku horniny s najvyššou presnosťou pre štúdium.
Jadrové vŕtanie zabezpečuje integritu extrahovaného jadra, čo prispieva ku kvalitatívnej štúdii horniny. Súčasne sa vykonáva najkvalitnejšie čistenie tváre od zničenej horniny.
Použitie jadrového vŕtačky v stavebníctve výrazne uľahčuje a urýchľuje procesy. Hromada sa ľahko vtĺkne do otvoru pripraveného jadrovým vrtákom alebo sa namontuje hotová vystužená betónová konštrukcia. Jadrové vŕtanie umožňuje vytvárať valcové otvory v tehlových a betónových konštrukciách.
Pracovná technológia a vybavenie
Sú známe dva spôsoby použitia jadrového vrtáka: práca s prívodom tekutiny do tváre alebo do sucha, to znamená bez vŕtania bahna.
Vŕtanie bez použitia vŕtacej kvapaliny sa používa, ak sú nesúdržné pôdy nasýtené prírodnou vlhkosťou v množstve dostatočnom na prienik a extrakciu. Voda nie je privádzaná do pracovného hriadeľa pri prechode tekuto-plastickými, mäkkými a tvrdými plastovými hlinito-hlinenými, tvrdými a plastovými piesčitými hlinami.
Kvapalina je povinná pre vŕtanie horninových a polo rockových útvarov. Pri neprítomnosti vody je prehĺbenie omnoho pomalšie.Okrem toho sa výrazne zvyšuje pravdepodobnosť predčasného zlyhania koruny, a preto sa vrtanie za sucha považuje za nákladnejšie.
Technológia jadrového vŕtania so splachovaním umožňuje nielen rozšíriť služby pracovných prostriedkov, ale aj najrýchlejší a najmenej časovo náročný spôsob, ako oslobodiť tvár od zničenej horniny.
Pri vŕtaní vŕtacou kvapalinou sa výrazne prehlbuje. Táto metóda sa najčastejšie používa pri vŕtaní vrtov s významnou hĺbkou. To vám umožní vykonávať prácu v čo najkratšom čase s minimálnym rizikom poškodenia koruny.
Voda, ktorá je pod vysokým tlakom, je privádzaná na dno počas vývoja vrtu vo voľných, nesúdržných pôdach, ak odoberanie jadier nie je úlohou. V tomto prípade jednoducho prúdom vody umyjú tvár a uvoľnia pracovný hriadeľ od zničenej pôdy.
Princíp techniky stĺpcov
Prvok jadra pri vŕtaní jadra je deštruktívna rezná časť namontovaná na spodnej časti rúrky jadra. Nazývajú ju korunou. Na potápanie hornín sa používajú špeciálne korunky vybavené diamantovými nástrojmi.
Korunky sú rezné vymeniteľné prvky, ktoré sú priskrutkované k spodnému okraju rúrky jadra. Pri vŕtaní sa musia niekoľkokrát zmeniť
Je to diamantová korunka, ktorá zaisťuje takmer nerušený priechod vŕtačky do veľkej hĺbky pri priechode vstupov vody do vápenca. To znamená, že pri vývoji studní zakopaných v podloží, v prasklinách, pri ktorých sa v dôsledku storočnej kondenzácie vytvorili zásoby najčistejšej podzemnej vody.
Vŕtacie korunky sa vymieňajú najjednoduchším spôsobom - odstránia opotrebovanú časť a naskrutkujú novú korunu na rúrku jadra.
Hornina je rezaná korunkou rotujúcou pri vysokých rýchlostiach. Rýchlosť otáčania vŕtačky je možné nastaviť v závislosti od hustoty vyvinutej pôdy. Koruna „vyreže“ pôdu iba pozdĺž okraja zvláštneho valca, ktorého stredná časť je vtlačená do rúrky jadra.
Na vybratie jadra sa vrták zdvihne na povrch. Pôda, ktorú zachytil, je doslova fúkaná z jadrového vrtáka prúdom vzduchu privádzaným do hornej časti rúrky. Proces vyfukovania je urýchlený poklepaním na škrupinu kladivom.
Počas jadrového vŕtania je do jadra potrubia vtlačený vŕtaný kužeľovitý segment. Na jeho extrakciu sa z jadra vyberie plášť jadra rozobratím vŕtacej šnúry. Jadro je fúkané a vyrazené z rúry
Stĺpové vrtáky počas priechodu silných hornín majú vyššiu produktivitu ako maticové a kužeľové vrtáky. Je to kvôli vysokej rýchlosti rotácie vŕtačky, ktorá znižuje mieru vynaloženého úsilia na vývoj.
Dláta okrem toho úplne zničia horninu, ktorú bude musieť „vyhladiť“ majster alebo dodať vodu pod tlakom, aby vypláchla tvár. V skutočnosti budete musieť prejsť rovnakým segmentom dvakrát alebo trikrát: najprv zničte, potom vyčistite. Technológia stĺpcov umožňuje prechádzať a čistiť tvár naraz.
Obrábacie stroje a vrtné súpravy
Výber stroja alebo vrtnej súpravy je určený účelom vrtu a jeho priemeru. Popularita metódy jadrového vŕtania určuje výrobu vrtných súprav a obrábacích strojov po celom svete. Ťažké traktory, nákladné vozidlá a terénne vozidlá sú vhodné pre inštalácie určené na prieskumné vŕtanie.
Použitie ťažkých pásových traktorov umožňuje jadrové vŕtanie v oblastiach s nepriechodnosťou, zamokrením povrchu a nestabilným terénom.
Vŕtacie zariadenie sa najčastejšie montuje na klasické automobily MAZ, KAMAZ a Ural. Existujú však možnosti montáže ľahšieho zariadenia, ktoré sa používa na vŕtanie studní do súkromných stavieb.
Pri ručnom rotačnom vŕtaní sa jadrová rúrka nahrádza svojím historickým predchodcom, sklom. Táto škrupina je skrátenou verziou jadrovej trubice so špičatou hranou na podrážke. Sklo sa ručne alebo pomocou motorovej vŕtačky zatočí do zeme a všetko, čo sa do nej nahromadí, sa odstráni na povrch.
Na mechanizáciu ručného vŕtania plytkých vrtov a na vytváranie otvorov na inštaláciu plotov a veží na prenos energie sa používajú benzínové a elektrické motory. Ohlásia rotačné pohyby do závitovky alebo rúrky
Zariadenia na potápanie a usporiadanie studní
Pri implementácii základného vŕtania je potrebné zariadenie, ktoré vám umožní hĺbkovú prácu, vývoj a ťažbu širokého spektra druhov hornín. Počas práce by sa malo zabezpečovať pravidelné stúpanie na povrch materiálu zničeného projektilom.
Štandardná súprava vŕtacích nástrojov
Na kvalitný výkon práce je potrebné:
- Stĺpové škrupiny. Používajú sa ako na vodorovné vŕtanie, tak na vŕtanie zvislých vrtov. Pri použití štandardných jadrových rúr je možné vŕtanie v uhle až 45 stupňov. Tenkostenné jadrá sa môžu použiť iba na vodorovné bezvýkopové vŕtanie, keď sa kladie komunikácia.
- Korún. Je to nástroj na ničenie hornín, ktorý je vybavený jadrovou rúrkou na uľahčenie rezania jadra v hornine. Na vŕtanie sedimentárnych súdržných a nesúdržných pôd sa používajú mosadzné korunky. Na potopenie horniny sa vyrábajú formovacie otvory v betóne, asfalte, tehlovej stene, karbidové korunky s diamantovými frézami.
- Oceľové puzdro. Sú potrebné na výrobu obalov - tvorbu vrtu, ktorý sa vytvára súčasne s jeho prehĺbením. Ich priemer sa rovná priemeru jamky. Puzdro na prívod vody sa vyberá vopred so zameraním na priemer potrubia a čerpadla, ktoré sa má prevádzkovať v studni.
- Tyče. Sú to úzke rúrky skrútené dokopy. Používa sa na zostavenie vŕtacej struny. Jednoducho povedané, sú priskrutkované striedavo k hornej časti rúrky jadra, takže môžu prenášať rotačný pohyb v hĺbke presahujúcej výšku projektilu. Výška jadrového potrubia + výška šnúry vŕtacích tyčí = hĺbka výroby.
- náhradník Sú potrebné na zaistenie spojenia závitových spojov rôznych priemerov, ktoré sa nachádzajú na vŕtacích tyčiach, rotátoroch, preplachovacích tesneniach a iných súčastiach.
- Preplachovacie zátky a tesnenia. S ich pomocou je zabezpečený vzostup na povrch zničenej pôdy, ak nie je potrebný výber celého jadra. V tomto prípade je voda privádzaná do tváre a vymývaná zničená zemina je pod tlakom na denný povrch.
- Sekáče. Používajú sa na prehĺbenie vrtu v tých najťažších miestach na prechod jadrového vrtáka. Pri krátkom použití prechádzajú z rotačného vŕtania na vŕtanie s nárazovým lanom.
Prezentovaný nástroj je štandardná súprava na vŕtanie pomocou základnej technológie. V niektorých prípadoch môžu byť v závislosti od zložitosti vývoja potrebné ďalšie nástroje a vybavenie.
Pri prehlbovaní výkopu sa k vrtu rúrky jadra postupne priskrutkuje reťaz vrtných tyčí. Na extrakciu jadra projektilu na povrch je stĺpec tyč po tyči rozpletený
Funkcie návrhu jadra potrubia
Konštrukčný znak plášťa počas vŕtania jadra je spôsobený maximálnym zachovaním integrity jadra a spočíva v prstencovom usporiadaní okolo voľného priechodu. Jednou z najdôležitejších charakteristík je koeficient odberu vzoriek z jadra. Je definovaná ako pomer priemeru jadra k vonkajšiemu priemeru nástroja.
Nástroj na vŕtanie jadier je štandardizovaný, líši sa hlavne priemerom. Podľa konštrukčných charakteristík sa jadrové rúrky delia na jednoduché a dvojité. Jednotlivé škrupiny navrhnuté tak, aby pracovali v normálnych geologických podmienkach, sú vynikajúce pre rozvoj studní.
Dvojitý nástroj s neotáčajúcou sa vnútornou rúrkou sa používa iba pri geologickom prieskume. Je potrebné extrahovať vzorky hornín, ktoré sa ľahko ničia pod vplyvom rôznych faktorov. Umožňuje vám odobrať vzorku v prírodnom zložení s prirodzeným percentom minerálov a odpadovej horniny.
Pri odbere vzoriek pre inžiniersky a geologický výskum, pri geologickom prieskume a vŕtaní otvorov na inštaláciu nosičov prenosového vedenia energie sa používa jediná rúrka
Všetky rúrky s jadrom sú navrhnuté na použitie na preplachovanie, privádzanie vrtného kalu na dno a na preplachovanie studne. Ich vrch je vybavený technologickým otvorom, cez ktorý sa vstrekuje voda alebo prúd vzduchu.
Špecifickosť reznej časti projektilu
Akákoľvek korunka je vytvorená vo forme krúžku so závitom umiestneným na vrchu, ktorý je potrebný na priskrutkovanie k rúrke jadra, a nožmi umiestnenými na spodnom konci. Frézy sú odlievané alebo privarené na túto reznú kovovú časť.
Pri odoberaní jadier použite tieto koruny:
- Karbid - jemne rezaný, rebrovaný.
- Diamant - impregnovaný a malý diamant.
Rezné prvky z tvrdokovu sú určené na vŕtanie „mäkkých“ pôd. S ich pomocou sa vŕtajú všetky typy ílových horniniek akejkoľvek konzistencie, poloohľadu, nízkej vlhkosti a vlhkých pieskov s hustým zložením a strednou hustotou. Na vŕtanie cez pieskovce a marly sa používajú korunky s rezačmi volfrám-kobalt.
Plytké vrtáky sú určené na vŕtanie stredne tvrdých hornín s nízkou abrazivitou. Sú vybavené osemuholníkovými alebo štvorcovými frézami. Keď sú rezáky umiestnené v rôznych výškach, dosiahne sa tiež postupné zabíjanie, ktorého výhody boli opísané vyššie.
Použitie rebrovaných koruniek zlepšuje cirkuláciu oplachovacej kvapaliny rozšírením priemeru vrtu
Rebrované korunky sú určené na vŕtanie tvrdých hornín stredne drsných. Rezačky takýchto koruniek pozostávajú z oceľovej valcovitej alebo prizmatickej hlavy s karbidovou vložkou. V tomto prípade ani v prípade opotrebenia koruny neznižuje účinnosť svojej práce.
Korunky s diamantovými nástrojmi sú určené na vŕtanie hornín a polo hornin s vysokou abrazívnosťou.
Na zvýšenie pevnosti a zvýšenie abrazívnych vlastností sa priemyselné diamanty vtláčajú do odliatku počas výrobného procesu. V poslednej dobe sa prírodné kryštály často nahrádzajú umelo pestovanými
Počet rebier závisí od tvaru koruny a jej priemeru - môžu byť od troch do šiestich. Urýchlenie procesu ničenia hornín je možné dosiahnuť pohybom rebier smerom k čelnej ploche koruny. Tým je zabezpečené stupňovité dno a uľahčuje sa preplachovacia tekutina.
Rúrky s obalom na studňu
Oceľové rúry s jadrom aj plášťom sa vyrábajú v súlade s GOST 51682-2000. Vo výskumnej a inžinierskej geológii sa používajú na zabránenie zrútenia pôdy na dne, čo nám neumožňuje pochopiť, v akej hĺbke je jedna geologická vrstva nahradená inou.
Pri usporiadaní vstupných otvorov vody tvoria steny steny studne. V skriňovom plášti, ktorý je z nich zostavený, je ponorená ďalšia šnúra potrubia. Teraz sa najčastejšie zostavuje z plastu. Výrobný plášť je vybavený filtrom na zachytávanie pieskových zŕn a jemného štrku počas čerpania.
Najbežnejšie sú plášťové rúrky so spojkami bradaviek.V tomto prípade majú rúrky vnútorný závit na jednej strane a vonkajší závit na opačnej strane. Závitová hlaveň je zostavená veľmi jednoducho a rýchlo.
Potrubia s jadrom aj plášťom sú závitové, od jedného konca k vonkajšiemu, od druhého k vnútornému. To vám umožní rýchlo a ľahko zostaviť kryt. Rozmery nití sú jednotné - akékoľvek puzdro môže slúžiť ako rúrka jadra, stačí naskrutkovať korunku a na ňu navrch
Existujú plášťové rúrky určené pre zvárané spoje. Nepoužívajú sa v súkromnom sektore kvôli namáhavému procesu montáže stĺpcov.
Potrubia plášťa aj jadro sú vyrobené z ocele triedy 45 so skupinou pevnosti „K“. Konce rúrok sú kalené, aby sa zvýšila odolnosť proti opotrebeniu povrchu. V závislosti od použitého vŕtacieho zariadenia a priemeru ponorného čerpadla sa v zariadení súkromných vstupov vody používajú rúrky s priemerom 100 až 200 mm.
Základné fázy vŕtania
Pred začatím práce je potrebné si preštudovať katastrálny plán a pripraviť pracovný povrch. Je potrebné zabezpečiť neobmedzený prístup k miestu vŕtania samotnej vrtnej súpravy a stroja so splachovacou tekutinou.
Ďalším krokom bude vykopanie jamy s objemom najmenej 2 kubické metre - vyhnete sa tak nutnosti použiť ďalšiu nádrž. Pitná jama je navrhnutá na vypúšťanie podzemnej vody a spotrebovanej splachovacej kvapaliny. Ak chcete nainštalovať hlavnú časť kmeňa, je potrebné preraziť zeminu.
Ďalej je vybraná korunka spojená s jadrovým vŕtacím potrubím a výberom plášťových rúrok, ktoré sa budú prehĺbením zvyšovať. Inštalácia by mala byť pevne upevnená, potom sa spustí vrtná súprava.
Stĺpová technológia s preplachovaním spodnej časti vody umožňuje najjednoduchší a najrýchlejší spôsob, ako oslobodiť pracovný hriadeľ od zničenej horniny.
Keď sa jadrová vŕtačka prehlbuje a plní, pravidelne sa zdvíha na denný povrch a počas vŕtania sa odstraňuje z pôdy zachytenej nástrojom. Potom sa môže jadro uvoľnené z jadra opäť ponoriť do vrtu, aby sa pokračovalo vo vŕtaní.
Rozobrať vrtnú šnúru pozostávajúcu z jadra strely a prútov. To znamená, že tyčinka za tyčkou je postupne oddelená, dokiaľ nie je trubica jadra odstránená z valca.
Najlepšia voľba pre rozvoj studne pre súkromných obchodníkov je vŕtanie jadra, po ktorom nasleduje prepláchnutie. V tomto prípade by sa nemali odoberať žiadne vzorky. Ide hlavne o to, aby sa sud rýchlo vytvaroval a vyčistil od kalov a zároveň sa pripravuje príprava na nadchádzajúcu operáciu.
Na umývanie môžete použiť akúkoľvek vodu, je celkom vhodná z neďalekého rybníka alebo rieky. Vŕtanie sa môže vykonávať aj za sucha, ak sa vyvíja piesková studňa. Zvyčajne je v tomto prípade pár vedierok vody ako vŕtacej kvapaliny postačujúci iba na ochladenie škrupiny na dne.
Podľa základnej technológie sa vŕtajú otvory do betónových a železobetónových konštrukcií, základov a tehlových stien.
Pri práci vo voľnom piesku s nízkou vlhkosťou sa na posilnenie stien otvoru v pracovnom roztoku odporúča pridať tekuté sklo alebo ílovú hmotu. V každom prípade, keď vrták prechádza cez horizont s nestabilnou štruktúrou, je opodstatnené zosilniť steny studne plášťovými rúrkami.
Technologické vlastnosti procesu
V procese prehĺbenia je možné nastaviť rýchlosť vŕtania. Je potrebné poznamenať, že vŕtačka ľahko prekonáva nízke vrstvy sedimentárnych hornín. Pri prechode cez pôvodné horniny je však potrebné zvýšiť rýchlosť otáčania. Metódou jadrového vŕtania je možné získať rôzne zloženia a akúkoľvek tvrdosť.
Je potrebné vziať do úvahy skutočnosť, že vrtná súprava by sa mala nachádzať na pripravenej, vodorovnej vodorovnej plošine. Uhol prieniku sa dá nastaviť, ak priemer vyvíjaného otvoru nepresahuje 1 meter. Potom je plášťom podporená vertikalita výroby.
Potrubia puzdra sa môžu znovu použiť, ak sa ihneď po potápaní odstránia z bane. Jadrová rúrka je opakovane použiteľná škrupina, o ktorej sa nedá hovoriť o korunkách. Vŕtanie v sedimentárnom horizonte vyžaduje najmenej dva alebo viac. Pri stavbe studne na vápenci nie je možné presne predpovedať počet vymazaných korún.
Aby sa predĺžila životnosť diamantového jadra po jeho inštalácii alebo výmene, musí sa dno jamky vyrezať. Toto opatrenie významne zvýši mieru penetrácie.
Vrtnú súpravu je možné namontovať na vozidlá s vysokou nosnosťou alebo na pásové špeciálne vozidlá pre prácu v ťažkom teréne. Ľahšie mobilné zariadenie sa môže použiť na jadrové vŕtanie studní.
Výhody a nevýhody stĺpcovej metódy
Vďaka bodovému pôsobeniu koruny v jej polomere je zabezpečené presné rezanie a odstránenie celého jadra na povrch. Táto technológia je použiteľná pre vŕtanie hornín až do kategórie XII, môžete pracovať kolmo aj pod uhlom.
Jeden z najdôležitejších ukazovateľov základnej metódy sa považuje za vysokú produktivitu a rýchlosť vŕtania.
Okrem toho možno rozlíšiť tieto výhody:
- Objem vŕtania v prípade použitia splachovacej kvapaliny alebo technologickej vody je 85%;
- Zavedenie aktívnych emulzií do pracovného roztoku umožňuje udržať steny jamky v pôvodnom stave;
- Vďaka zníženiu axiálneho zaťaženia v dôsledku skutočnosti, že hornina sa nepretržite ničí, sa dosiahne zníženie nákladov na energiu.
- Táto metóda umožňuje pracovať so všetkými horninami, vrátane čadiča a žuly.
- Pri použití prefabrikovaného mobilného stroja je možné vykonávať prácu na ťažko prístupných miestach.
Okrem výhod má jadrové vŕtanie aj svoje nevýhody:
- Pri práci v zlomených horninách často dochádza k zasekávaniu jadra, čo vedie k potrebe odstrániť rúrku a vyraziť ju.
- Počas prechodu tvrdých hornín kvôli prehriatiu a schmatnutiu koruny rýchlo otupí. Aby sa tomu zabránilo, je potrebné použiť chladiacu zmes a znížiť rýchlosť posuvu. Výsledkom je zníženie rýchlosti vŕtania.
- Malý prierez (do 200 mm) vŕtania neumožňuje použitie výkonných ponorných čerpadiel.
Pri vývoji studní na vodu v prípade použitia ílového roztoku počas otvárania nádrže je pravdepodobnosť zanášania zvodnenej vrstvy vody vysoká.
Video 1. Počiatočná fáza vŕtania vrtov hlavnou metódou:
Video 2. Jadrové vŕtanie studne v žulovej skale
Začatie hlavných vrtných operácií by malo predchádzať ekonomický výpočet. Dodržiavanie bezpečnostných noriem a prevádzkových pravidiel zariadenia minimalizuje riziko jeho zlyhania, čím sa zabezpečuje vysoká účinnosť, rýchlosť vŕtania a nižšie ekonomické náklady.
Chcete s vami zdieľať iba známe jemnosti technológie stĺpcov? Máte užitočné informácie k téme článku? Prosím, napíšte komentár do nižšie uvedeného bloku, pýtajte sa a uverejňujte fotografie k téme článku.