Jadrové vŕtanie studní: technológia a nuansy práce

Jednou z najproduktívnejších a najhospodárnejších metód formovania banských diel je jadrové vŕtanie. Používa sa pri prieskume nerastov a inžinierskej geológii.Okrem toho je to najjednoduchší a najrýchlejší spôsob, ako získať prístup k podzemnej vode na organizáciu zásobovania vodou.

Všetko o špecifikách jadrového vŕtania, nástrojoch potrebných na jeho realizáciu a aplikačných vlastnostiach sa dozviete z nášho navrhovaného článku.

Rozsah použitia jadrového vŕtania

Jadrové vŕtanie je metóda, ktorá umožňuje s najväčšou presnosťou určiť hĺbku strechy a podkladu vrstiev pôdy, ako aj hĺbku hladiny podzemnej vody.

Technológia jadrového vŕtania sa široko používa v nasledujúcich odvetviach:

• Zásobovanie vodou v priemyselnej a súkromnej sfére. Vŕtanie studní pre súkromné ​​zásobovanie vodou, organizovanie odberu vody pre celé dediny alebo mestské bloky sa efektívne vykonáva jadrovým vŕtaním, pretože vrták ľahko preniká do veľkých hĺbok. Základný nástroj je schopný zdvihnúť takmer akúkoľvek zničenú horninu s výnimkou vodou nasýtených a uvoľnených, nesúdržných zemín (piesok, štrk, okruhliaky);
• Geologický prieskum v ťažobnom priemysle. Pri prechode horniny nastáva bodový efekt na zemi pozdĺž polomeru rotácie. Inými slovami, projektilom, ktorý štrukturálne pripomína potrubie, sa vyvŕta pevná masa hornín bez narušenia ich štruktúry a stavu.
• Stavebníctvo. Vykonávanie geotechnického výskumu na štúdium fyzikálnych a mechanických vlastností zemín a stavu hornín. Technológia jadra umožňuje presne identifikovať podzemnú vodu a odoberať vzorky vody na štúdium ich agresivity voči betónu.

Pri jadrovom vŕtaní sa vyťaží jadro - stĺpec zeminy alebo priľahlé vrstvy pôdy. Jadro sa vyznačuje pevnou prírodnou štruktúrou, ktorá zabezpečuje komplexný rozbor skúmanej horniny. Vŕtanie s jadrovou rúrou vám umožňuje určiť s najvyššou presnosťou hĺbku horniny na študijné účely.

Jadrové vŕtanie zabezpečuje celistvosť vyťaženého jadra, čo prispieva ku kvalitnému štúdiu horniny. Zároveň sa vykonáva najkvalitnejšie čistenie líca od zničenej horniny

Použitie jadrovej vŕtačky v stavebníctve výrazne uľahčuje a urýchľuje procesy. Do otvoru pripraveného jadrovým vrtákom sa jednoducho vrazí hromada alebo sa namontuje hotová železobetónová konštrukcia. Jadrové vŕtanie umožňuje vytvárať valcové otvory v tehlových a betónových konštrukciách.

Pracovná technika a vybavenie

Existujú dva známe spôsoby použitia jadrovej vŕtačky: práca s prívodom kvapaliny do spodného otvoru alebo práca nasucho, to znamená bez vrtnej kvapaliny.

Vŕtanie bez použitia vrtnej kvapaliny sa používa, ak sú nesúdržné zeminy nasýtené prirodzenou vlhkosťou v dostatočnom množstve na penetráciu a extrakciu. Voda nie je privádzaná do výkopovej šachty ani pri jazde cez tekuté plasty, mäkké plasty a žiaruvzdorné hliny/íly, tvrdé a plastické piesčité hliny.

Kvapalina sa musí použiť pri vŕtaní skalnatých a poloskalných hornín.Pri nedostatku vody v tomto prípade dochádza k prehĺbeniu oveľa pomalšie. Okrem toho sa výrazne zvyšuje pravdepodobnosť predčasného zlyhania korunky, a preto sa suché vŕtanie považuje za drahšie.

Technológia jadrového vŕtania studne s preplachom umožňuje nielen predĺžiť životnosť pracovných zariadení, ale aj najrýchlejší a najmenej pracný spôsob oslobodenia čelby od zničenej horniny.

Pri vŕtaní s vrtnou kvapalinou sa rýchlosť prehĺbenia výrazne zvyšuje. Najčastejšie sa táto metóda používa pri vŕtaní studní značnej hĺbky. To umožňuje dokončiť prácu v čo najkratšom čase s minimálnym rizikom poškodenia koruny.

Voda pod vysokým tlakom sa tiež privádza na dno počas výstavby studne v sypkých, nesúdržných pôdach, ak nie je problém s odberom vzoriek z jadra. V tomto prípade sa tvár jednoducho umyje prúdom vody, čím sa banská šachta uvoľní zo zničenej pôdy.

Princíp základnej techniky

Hlavným prvkom jadrového vŕtania je deštruktívna rezná časť inštalovaná na základni jadrovej rúry. Hovoria tomu koruna. Na kopanie hornín sa používajú špeciálne korunky vybavené diamantovými frézami.

Korunky sú vymeniteľné rezné prvky, ktoré sa priskrutkujú k spodnému okraju jadrovej rúrky. Počas procesu vŕtania sa musia niekoľkokrát meniť.

Je to diamantový vrták, ktorý zaisťuje prakticky neobmedzený prechod vrtáka do veľkých hĺbok pri zarážaní vodovodného potrubia do vápenca. Teda pri vývoji studní zakopaných v skalnom podloží, v puklinách ktorých sa v dôsledku stáročnej kondenzácie vytvorili zásoby najčistejšej podzemnej vody.

Výmena vrtákov sa vykonáva najjednoduchším spôsobom - odstráňte opotrebovanú časť a na jadrovú rúrku naskrutkujte nový vrták

Hornina je rezaná pomocou vrtáka, ktorý sa otáča vysokou rýchlosťou. Rýchlosť otáčania sejačky je možné nastaviť v závislosti od hustoty pôdy. Koruna „reže“ pôdu len pozdĺž okraja akéhosi valca, ktorého stredná časť je vtlačená do jadrovej rúrky.

Na vytiahnutie jadra sa vrták zdvihne na povrch. Ním zachytená zemina je doslova vyfúknutá z jadrovej vŕtačky prúdom vzduchu privádzaným do hornej časti potrubia. Proces fúkania sa urýchľuje poklepaním na strelu perlíkom.

Počas procesu jadrového vŕtania sa vyvŕtaný segment horniny v tvare kužeľa vtlačí do jadrovej rúrky. Na jeho odstránenie sa jadrový nástroj vyberie z hlavne rozobratím vrtnej tyče. Jadro je vyfúknuté a vyrazené z potrubia

Pri prechode cez tvrdé kamene majú jadrové vrtáky vyššiu produktivitu ako matricové a valcové vrtáky. Je to spôsobené vysokou rýchlosťou otáčania vŕtačky, ktorá znižuje množstvo potrebného úsilia pri vývoji.

Hroty navyše úplne zničia kameň, ktorý bude potrebné „vyhrabať“ pomocou bailera alebo dodať vodu s tlakom na umytie tváre. V skutočnosti budete musieť prejsť ten istý úsek dvakrát alebo dokonca trikrát: najprv ho zničte a potom vyčistite. Technológia Core vám umožní prejsť a vyčistiť tvár jedným ťahom.

Obrábacie stroje a vrtné súpravy

Výber stroja alebo vrtnej súpravy je určený účelom studne a jej priemerom. Obľúbenosť metódy jadrového vŕtania určuje výrobu vrtných súprav a strojov po celom svete. Ťažké ťahače, nákladné autá a terénne vozidlá sú vhodné pre súpravy určené na prieskumné vrty.

Použitie ťažkých pásových traktorov umožňuje jadrové vŕtanie studní v oblastiach s neprejazdnými cestami, bažinami a nestabilným terénom

Vŕtacie zariadenie sa najčastejšie montuje na klasické autá značiek MAZ, KAMAZ a Ural. Existujú však možnosti inštalácie pre ľahšie zariadenia, ktoré sa používajú na vŕtanie studní v súkromnej výstavbe.

o ručné rotačné vŕtanie Jadrovú píšťalu nahradil jej historický predchodca - sklo. Tento projektil je skrátená verzia jadrovej trubice so špicatým okrajom na podrážke. Sklo sa ručne alebo pomocou motorovej vŕtačky zaskrutkuje do zeme a všetko, čo je v ňom zabalené, sa odstráni na povrch.

Benzínové a elektrické motory sa používajú na mechanizáciu ručného vŕtania plytkých studní a vytvárania otvorov na inštaláciu plotov a podpier elektrického vedenia. Udeľujú rotačné pohyby závitovke alebo jadrovej rúre

Zariadenia na vŕtanie a usporiadanie studní

Pri realizácii jadrového vŕtania potrebujete vybavenie, ktoré vám umožní pracovať do hĺbky, rozvíjať a ťažiť širokú škálu druhov hornín. Počas práce musí byť zabezpečené pravidelné zdvíhanie materiálu zničeného projektilom na povrch.

Štandardná sada vŕtacích nástrojov

Na vykonanie kvalitnej práce potrebujete:

• Jadrové škrupiny. Používajú sa ako na horizontálne vŕtanie, tak aj na vertikálne hĺbenie. Pomocou štandardných jadrových rúr je možné vŕtať pod uhlom až 45 stupňov. Tenkostenné jadrové vrtáky je možné použiť výhradne na horizontálne bezvýkopové vŕtanie pri kladení komunikácií.
• koruny. Jedná sa o nástroj na rozbíjanie kameňov, ktorý je pripevnený k jadrovej trubici, aby sa uľahčilo vyrezávanie jadier v hornine. Mosadzné vrtáky sa používajú na vŕtanie sedimentárnych súdržných a nesúdržných zemín. Tvrdokovové vrtáky s diamantovými frézami sa vyrábajú na vŕtanie hornín a vytváranie otvorov do betónu, asfaltu a tehlových stien.
• Oceľové plášťové rúry. Potrebné pre zakrytie výkopu - vytvorenie vrtu, vykonávané súčasne s jeho prehĺbením. Ich priemer sa rovná priemeru studne. Puzdro na prívod vody sa vyberá vopred so zameraním na priemer jadrového potrubia a čerpadlo, ktoré sa plánuje použiť v studni.
• Činky. Sú to úzke rúrky skrútené dohromady. Používa sa na predĺženie vŕtacej kolóny. Zjednodušene povedané, sú priskrutkované striedavo k vrchnej časti jadrovej rúrky tak, aby sa na ňu mohol prenášať rotačný pohyb v hĺbke väčšej ako je výška strely. Výška jadrovej rúry + výška vrtnej kolóny = hĺbka výkopu.
• Prekladatelia. Potrebné zabezpečiť spájanie závitových spojov rôznych priemerov, ktoré sú na vrtných tyčiach, rotátory, splachovacie tesnenia a iné komponenty.
• Preplachovacie zátky a tesnenia. S ich pomocou je možné zdvihnúť zničenú pôdu na povrch, ak nie je potrebné vziať celé jadro. V tomto prípade sa na tvár dodáva voda, ktorá pod tlakom umýva zničenú pôdu na denný povrch.
• Dláta. Používajú sa na prehĺbenie diery v najťažších miestach pre prienik jadrového vrtáka. Pri použití vrtáku niekedy prejdú z rotačného vŕtania na káblové príklepové vŕtanie.

Prezentovaný nástroj je štandardná sada na vŕtanie jadrovou technológiou.V niektorých prípadoch, v závislosti od zložitosti vývoja, môžu byť potrebné ďalšie nástroje a vybavenie.

Pri prehlbovaní výkopu sa stĺpec vrtných tyčí postupne priskrutkuje k hornej časti jadrovej rúry. Na vytiahnutie jadrového projektilu na povrch stĺpika sa tyč za tyčou rozkrúti

Vlastnosti konštrukcie jadrového potrubia

Dizajnový prvok projektil pri jadrovom vŕtaní je z dôvodu maximálneho zachovania celistvosti jadra a pozostáva z prstencového usporiadania okolo voľného priechodu. Jednou z najdôležitejších vlastností je koeficient vzorkovanie jadra Je definovaný ako pomer priemeru jadra k vonkajšiemu priemeru nástroja.

Nástroj na jadrové vŕtanie je štandardizovaný, líši sa najmä len priemerom. Na základe štrukturálnych charakteristík sú jadrové rúry rozdelené na jednoduché a dvojité. Jednotlivé projektily určené na prevádzku v normálnych geologických podmienkach sú vynikajúce na rozvoj vodných studní.

Dvojitý nástroj s neotáčavou vnútornou rúrou sa používa iba pri geologickom prieskume. Je potrebné extrahovať vzorky hornín, ktoré sa ľahko zničia pod vplyvom rôznych faktorov. Umožňuje vám odobrať vzorku v jej prirodzenom zložení, s prirodzeným percentom minerálov a odpadovej horniny.

Jednožilové potrubie sa používa pri odbere vzoriek na geotechnický prieskum, geologický prieskum a vŕtanie otvorov na inštaláciu podpier elektrického vedenia.

Všetky jadrové rúry sú určené na použitie fúkania, privádzania vrtnej kvapaliny na dno a čistenia studne. Ich vrch je vybavený technologickým otvorom, cez ktorý sa vstrekuje voda alebo prúd vzduchu.

Špecifiká reznej časti strely

Akákoľvek koruna je prezentovaná vo forme krúžku so závitom na vrchu, ktorý je potrebný na priskrutkovanie k jadrovej rúrke, a frézy umiestnené na spodnom konci. Frézy môžu byť odliate alebo privarené k tejto reznej kovovej časti.

Na jadrové vŕtanie sa používajú tieto bity:

• Karbid - jemným rezákom, rebrovaný.
• Diamant – impregnovaný a malý diamant.

Karbidové rezné prvky sú určené na vŕtanie „mäkkých“ pôd. S ich pomocou sa vŕtajú všetky druhy ílovitých hornín akejkoľvek konzistencie, poloskalné horniny, nízkovlhké a vlhké piesky hustej a strednej hustoty. Na vŕtanie pieskovcov a opukov sa používajú korunky s volfrámovo-kobaltovými frézami.

Jemný rezák bity sú určené na vŕtanie stredne tvrdých hornín malých rozmerov abrazívnosť. Sú vybavené osemhrannými alebo štvorcovými frézami. Keď sú frézy umiestnené v rôznych výškach, dosiahne sa tiež stupňovitá plocha, ktorej výhody boli načrtnuté vyššie.

Použitím rebrovaných bitov sa cirkulácia preplachovacej kvapaliny zlepší rozšírením priemeru studne

Rebrovaný bity sú určené na vŕtanie stredne tvrdých hornín abrazívnosť. Frézy takýchto koruniek pozostávajú z oceľových valcových alebo prizmatických ústredie s tvrdokovovou vložkou. Zároveň, aj keď sa korunka opotrebuje, jej výkon neklesá.

Korunky s diamantovými frézami sú určené na vŕtanie skalnatých a poloskalných hornín vysokých abrazívnosť.

Pre zvýšenie pevnosti a zlepšenie brúsnych vlastností sa do jej liatej hmoty počas výrobného procesu vtláčajú priemyselné diamanty. V poslednej dobe sa prírodné kryštály často nahrádzajú umelo pestovanými.

Počet rebier je určený dizajnom koruny a jej priemerom - môže byť od troch do šiestich. Zrýchlenie procesu deštrukcie horniny je možné dosiahnuť posunutím rebier smerom nahor vzhľadom na koniec koruny. To zaisťuje stupňovitý spodný otvor a uľahčuje prechod umývacej kvapaliny.

Potrubie studne

Oceľové rúry jadra aj plášťa sa vyrábajú v súlade s GOST 51682-2000. V geologickom prieskume a inžinierskej geológii sa používajú na zabránenie kolapsu pôdy na líc, čo by nám neumožnilo pochopiť, v akej hĺbke je jedna geologická vrstva nahradená druhou.

IN usporiadanie prác na prívode vody pažnicové rúry tvoria steny studne. Ďalší, výrobný, potrubný reťazec je ponorený do z nich zostaveného plášťa. V súčasnosti sa najčastejšie montuje z plastu. Výrobná kolóna je vybavená filtrom na zachytenie zrniek piesku a jemného štrku počas čerpania.

Najbežnejšie sú plášťové rúry s prípojkami vsuviek. V tomto prípade majú rúry na jednej strane vnútorný závit a na opačnej strane vonkajší závit. Výkopová šachta sa montuje zo závitových rúr extrémne jednoducho a rýchlo.

Jadro aj plášť sú vybavené závitmi, vonkajšími na jednom konci a vnútorným na druhom konci. To umožňuje rýchlu a jednoduchú montáž krytu. Veľkosti závitov sú zjednotené - ako jadrová rúra môže slúžiť akákoľvek plášťová rúra, stačí k nej priskrutkovať korunku a vrch

Existujú plášťové rúry určené pre zvárané spoje. V súkromnom sektore sa nepoužívajú z dôvodu prácne náročného procesu montáže kolóny.

Plášť aj jadro sú vyrobené z ocele triedy 45 s pevnostnou skupinou „K“.Na zvýšenie odolnosti proti povrchovému opotrebeniu sú konce rúrok kalené. V závislosti od použitého vŕtacieho zariadenia a priemeru ponorné čerpadlo pri výstavbe súkromných vodovodných zariadení sa používajú rúry s priemerom 100 až 200 mm.

Etapy jadrového vŕtania

Pred začatím práce si musíte preštudovať katastrálny plán a pripraviť pracovnú plochu. Pre samotnú vrtnú súpravu aj pre stroj s výplachovou kvapalinou je potrebné zabezpečiť nerušený prístup na miesto vŕtania.

Ďalším krokom je vykopanie jamy s objemom najmenej 2 metre kubické - tým sa vyhnete potrebe použitia prídavnej nádrže. Jama je určená na odvádzanie podzemnej vody a použitej splachovacej kvapaliny. Na inštaláciu hlavnej časti kmeňa je potrebné preraziť pôdu.

Ďalej sa vybraný vrták pripojí k rúrke vŕtacieho jadra a vyberie sa plášťové rúry, ktoré budú pri ich prehlbovaní narastať. Inštalácia by mala byť bezpečne zaistená, po ktorej sa spustí vrtná súprava.

Jadrová technológia s preplachovaním čelby vodou umožňuje oslobodiť šachtu od zničenej horniny najjednoduchším a najrýchlejším spôsobom

Keď sa jadrový vrták prehlbuje a napĺňa, pravidelne sa zdvíha na povrch a zbavuje sa pôdy zachytenej nástrojom počas vŕtania. Potom môže byť vrták uvoľnený z jadra opäť ponorený do otvoru studne, aby sa pokračovalo vo vŕtaní.

Na zdvihnutie nahor sa kolóna vrtných rúrok, pozostávajúca z jadrového nástroja a tyčí, rozloží. To znamená, že postupne oddeľujú tyč po tyči, kým sa jadrová rúrka neodstráni z hlavne.

Najlepšia možnosť rozvoja studne pre súkromných vlastníkov sa považuje za jadrové vŕtanie sprevádzané preplachovaním. V tomto prípade nie je potrebné odoberať žiadne vzorky. Hlavná vec je rýchlo sformovať sud a vyčistiť ho od kalu. príprava prác pre nadchádzajúce použitie.

Na umývanie môžete použiť akúkoľvek vodu, celkom vhodná je voda z neďalekého rybníka alebo rieky. Vŕtanie sa môže vykonávať aj nasucho, ak sa vyvíja studňa na piesok. Zvyčajne v tomto prípade stačí pár vedier vody ako vrtnej kvapaliny len na ochladenie strely na dne.

Pomocou jadrovej technológie sa vŕtajú otvory do betónových a železobetónových konštrukcií, základov a tehlových stien.

Pri práci v sypkom piesku s nízkou vlhkosťou sa odporúča pridať do pracovného roztoku tekuté sklo alebo hlinenú hmotu na spevnenie stien otvoru. V každom prípade, keď vrták prechádza horizontom s nestabilnou konštrukciou, bolo by opodstatnené spevniť steny studne plášťovými rúrami.

Technologické vlastnosti procesu

Počas procesu prehlbovania je možné nastaviť rýchlosť otáčania vŕtačky. Treba poznamenať, že vrták môže ľahko prekonať vrstvy sedimentárnych hornín pri nízkych rýchlostiach. Ale pri prechode podložia je potrebné zvýšiť rýchlosť otáčania. Metódou jadrového vŕtania je možné preniknúť vrstvami rôzneho zloženia a akejkoľvek tvrdosti.

Je potrebné vziať do úvahy skutočnosť, že vrtná súprava musí byť umiestnená na pripravenom, vyrovnanom horizontálnom mieste. Uhol prieniku je možné nastaviť, ak priemer vyvíjanej studne nepresahuje 1 meter. Vertikálnosť výkopu potom udržiava pažnica.

Pažnicové rúry je možné opätovne použiť, ak sa ihneď po výkope odstránia z výkopu. Jadrová trubica je opakovane použiteľný projektil, čo sa nedá povedať o korunkách. Na vŕtanie v sedimentačnom horizonte sú potrebné najmenej dva alebo aj viac. Pri stavbe studne na vápenci nie je možné presne predpovedať počet opotrebovaných korún.

Na predĺženie životnosti diamantového vrtáku po jeho inštalácii alebo výmene musí byť dno studne ošetrené dlátom. Toto opatrenie výrazne zvýši mieru penetrácie

Vŕtaciu súpravu je možné namontovať na veľkokapacitné vozidlá alebo na pásové vozidlá špeciálne vybavenie v prípade práce v náročných terénnych podmienkach. Pri vŕtaní studní jadrovou metódou možno použiť ľahšie mobilné zariadenia.

Výhody a nevýhody základnej metódy

Vďaka bodovému pôsobeniu korunky po jej rádiuse je zabezpečené presné rezanie a privedenie na povrch pevného jadra. Technológia je použiteľná pri vŕtaní hornín až XII kategórie, môžete pracovať kolmo aj pod uhlom.

Jedným z najdôležitejších ukazovateľov jadrovej metódy je vysoká produktivita a rýchlosť vŕtania.

Okrem toho je možné zdôrazniť nasledujúce výhody:

• Objem vŕtania v prípade použitia preplachovacej kvapaliny alebo procesnej vody je 85%;
• Zavedenie aktívnych emulzií do pracovného roztoku umožňuje udržiavať steny studne v pôvodnom stave;
• Znížením axiálnych zaťažení v dôsledku skutočnosti, že hornina nie je ničená kontinuálne, sa dosiahne zníženie nákladov na energiu.
• Metóda vám umožňuje pracovať s akýmikoľvek horninami vrátane čadiča a žuly.
• Pri použití prefabrikovaného mobilného stroja je možné vykonávať práce na ťažko dostupných miestach.

Jadrové vŕtanie má okrem svojich výhod aj svoje nevýhody:

• Pri práci v rozbitých horninách často dochádza k zaseknutiu jadra, čo vedie k potrebe vybrať potrubie, aby sa vyradilo.
• Pri prechode cez tvrdé skaly sa vrták rýchlo otupí v dôsledku prehriatia a prilepenia. Aby ste tomu zabránili, je potrebné použiť chladiacu kvapalinu a znížiť prietok. V dôsledku toho sa rýchlosť vŕtania znižuje.
• Malý prierez (do 200 mm) vŕtania neumožňuje použitie výkonných ponorný čerpadlá.

Pri vývoji studní, ak sa pri otváraní formácie použije roztok hliny, existuje vysoká pravdepodobnosť zanášania zvodnenej vrstvy.

Závery a užitočné video na túto tému

Video 1. Počiatočná fáza vŕtania studne jadrovou metódou:

Video 2. Jadrové vŕtanie studne v žulovej hornine:

Začatiu jadrového vŕtania studne musí predchádzať ekonomická kalkulácia. Dodržiavanie bezpečnostných noriem a prevádzkových pravidiel pre zariadenia minimalizuje riziko zlyhania zariadenia, čím sa zabezpečuje vysoká prevádzková účinnosť, rýchlosť vŕtania a znížené ekonomické náklady.

Chceli by ste sa podeliť o zložitosť technológie stĺpov, ktorú poznáte len vy? Máte užitočné informácie k téme článku? Napíšte komentáre do blokového formulára nižšie, pýtajte sa a uverejňujte fotografie k téme článku.