Jádrové vrtání studní: technologie a nuance práce

Jednou z nejproduktivnějších a nejekonomičtějších metod formování důlních děl je jádrové vrtání. Používá se při průzkumu nerostů a inženýrské geologii.Kromě toho je to nejjednodušší a nejrychlejší způsob, jak získat přístup k podzemní vodě pro organizaci zásobování vodou.

Vše o specifikách jádrového vrtání, nástrojích nezbytných pro jeho realizaci a aplikačních vlastnostech se dozvíte z námi navrhovaného článku.

Rozsah použití jádrového vrtání

Jádrové vrtání je metoda, která umožňuje s největší přesností určit hloubku střechy a podkladu vrstev zeminy a také hloubku hladiny podzemní vody.

Technologie jádrového vrtání je široce používána v následujících odvětvích:

• Zásobování vodou v průmyslové i soukromé sféře. Vrtání studní pro soukromé zásobování vodou, organizování příjmu vody pro celé vesnice nebo městské bloky se efektivně provádí jádrovým vrtáním, protože vrták snadno proniká do velkých hloubek. Základní nástroj je schopen zvednout téměř jakoukoli zničenou horninu kromě vodou nasycených a uvolněných, nesoudržných zemin (písek, štěrk, oblázky);
• Geologický průzkum v těžebním průmyslu. Při průchodu horniny dochází k bodovému efektu na zemi podél poloměru rotace. Jinými slovy, projektilem, který konstrukčně připomíná trubku, je vyvrtána pevná masa hornin, aniž by byla narušena jejich struktura a stav.
• Konstrukce. Provádění geotechnického výzkumu za účelem studia fyzikálních a mechanických vlastností zemin a stavu hornin. Technologie jádra umožňuje přesně identifikovat podzemní vody a odebírat vzorky vody pro studium jejich agresivity vůči betonu.

Při jádrovém vrtání se vytěží jádro - sloupec zeminy nebo sousední vrstvy zeminy. Jádro se vyznačuje pevnou přírodní strukturou, která zajišťuje komplexní analýzu studované horniny. Vrtání s jádrovou trubkou umožňuje určit s nejvyšší přesností hloubku horniny pro studijní účely.

Jádrové vrtání zajišťuje celistvost vytěženého jádra, což přispívá ke kvalitnímu studiu horniny. Zároveň se provádí nejkvalitnější čištění čelby od zničené horniny

Použití jádrového vrtáku ve stavebnictví výrazně usnadňuje a urychluje procesy. Do otvoru připraveného jádrovým vrtákem se snadno zarazí pilota nebo se namontuje hotová železobetonová konstrukce. Jádrové vrtání umožňuje vytvářet válcové otvory v cihlových a betonových konstrukcích.

Technologie a zařízení práce

Jsou známy dva způsoby použití jádrového vrtáku: práce s přívodem kapaliny do spodního otvoru nebo práce nasucho, to znamená bez vrtné kapaliny.

Vrtání bez použití vrtného výplachu se používá, pokud jsou nesoudržné zeminy nasyceny přirozenou vlhkostí v dostatečném množství pro penetraci a těžbu. Voda není přiváděna do výkopové šachty ani při projíždění tekutých plastů, měkkých plastů a žáruvzdorných hlín/jílů, tvrdých a plastických písčitých hlín.

Kapalina se musí používat při vrtání skalnatých a poloskalních hornin.Při nedostatku vody v tomto případě dochází k prohlubování mnohem pomaleji. Kromě toho se výrazně zvyšuje pravděpodobnost předčasného selhání bitu, a proto je suché vrtání považováno za dražší.

Technologie jádrového vrtání studny s proplachem umožňuje nejen prodloužit životnost pracovního zařízení, ale také nejrychlejší a nejméně pracný způsob, jak osvobodit čelbu od zničené horniny

Při vrtání s vrtnou kapalinou se rychlost prohlubování výrazně zvyšuje. Nejčastěji se tato metoda používá při vrtání studní značné hloubky. To umožňuje dokončit práci v co nejkratším čase s minimálním rizikem poškození koruny.

Voda pod vysokým tlakem je také přiváděna na dno během vývoje vrtu v sypkých, nesoudržných půdách, pokud není problém s odběrem vzorků z jádra. V tomto případě se obličej jednoduše omyje proudem vody, čímž se důlní šachta uvolní od zničené půdy.

Princip základní techniky

Hlavním prvkem jádrového vrtání je destruktivní řezná část instalovaná na základně jádrové trubky. Říkají tomu koruna. Pro hloubení hornin se používají speciální korunky vybavené diamantovými frézami.

Korunky jsou vyměnitelné řezné prvky, které se přišroubují ke spodnímu okraji jádrové trubky. Během procesu vrtání se musí několikrát vyměnit.

Právě diamantový vrták zajišťuje prakticky nerušený průchod vrtáku do velkých hloubek při zarážení vodních děl do vápence. Tedy při vývoji vrtů zasypaných ve skalním podloží, v jejichž puklinách se v důsledku staleté kondenzace vytvořily zásoby nejčistší podzemní vody.

Výměna vrtáků se provádí nejjednodušším způsobem - vyjměte opotřebovaný díl a na jádrovou trubku našroubujte nový vrták

Skála se řeže pomocí bitu rotujícího vysokou rychlostí. Rychlost otáčení secího stroje lze nastavit v závislosti na hustotě vytvářené půdy. Koruna „řeže“ zeminu pouze podél okraje jakéhosi válce, jehož střední část je vtlačena do jádrové trubky.

K vytažení jádra se vrták zvedne k povrchu. Jím zachycená zemina je z jádrového vrtáku doslova vyfukována proudem vzduchu přiváděným do horní části trubky. Proces foukání se urychluje poklepáním na střelu perlíkem.

Během procesu jádrového vrtání je vyvrtaný kuželovitý segment horniny zatlačen do jádrové trubky. Pro jeho odstranění se jádrový nástroj vyjme z hlavně rozebráním vrtací tyče. Jádro se vyfoukne a vyrazí z trubky

Při průchodu tvrdými horninami mají jádrové vrtáky vyšší produktivitu než matricové a válečkové vrtáky. To je způsobeno vysokou rychlostí otáčení vrtáku, která snižuje množství potřebného úsilí při vývoji.

Kromě toho bity zcela zničí kámen, který bude nutné „vyhrabat“ pomocí baileru nebo dodat vodu s tlakem na umytí obličeje. Ve skutečnosti budete muset stejnou část projít dvakrát nebo dokonce třikrát: nejprve ji zničit a poté vyčistit. Technologie Core vám umožní projít a vyčistit obličej jedním tahem.

Obráběcí stroje a vrtné soupravy

Výběr stroje nebo vrtné soupravy je dán účelem studny a jejím průměrem. Obliba metody jádrového vrtání určuje výrobu vrtných souprav a strojů po celém světě. Těžké tahače, nákladní automobily a terénní vozidla jsou vhodné pro plošiny určené pro průzkumné vrty.

Použití těžkých pásových traktorů umožňuje jádrové vrtání studní v oblastech s neprůjezdnými silnicemi, bažinatými povrchy a nestabilním terénem

Nejčastěji se vrtací zařízení montuje na klasická auta značek MAZ, KAMAZ a Ural. Existují však možnosti instalace pro lehčí zařízení, které se používá pro vrtání studní v soukromé výstavbě.

Na ruční rotační vrtání Jádro píšťaly je nahrazeno jeho historickým předchůdcem - sklem. Tento projektil je zkrácená verze jádrové trubky se špičatým okrajem na podrážce. Sklo se do země zašroubuje ručně nebo pomocí motorové vrtačky a vše, co je v něm zabaleno, se odstraní na povrch.

Benzínové a elektrické motory se používají k mechanizaci ručního vrtání mělkých studní a formování otvorů pro instalaci plotů a podpěr elektrického vedení. Udělují rotační pohyby šneku nebo jádrové trubce

Zařízení pro vrtání a uspořádání studní

Při provádění jádrového vrtání potřebujete vybavení, které vám umožní pracovat do hloubky, rozvíjet a těžit širokou škálu typů hornin. Při práci musí být zajištěno periodické zvedání materiálu zničeného střelou na povrch.

Standardní sada vrtacích nástrojů

Pro kvalitní provedení práce potřebujete:

• Skořápky jádra. Používají se jak pro horizontální vrtání, tak pro vertikální hloubení. Pomocí standardních jádrových trubek je možné vrtat pod úhlem až 45 stupňů. Tenkostěnné jádrové vrtáky lze použít výhradně pro horizontální bezvýkopové vrtání při pokládce komunikací.
• korun. Jedná se o nástroj na lámání hornin, který je připevněn k trubce jádra, aby se usnadnilo vyřezávání jader ve skále. Mosazné bity se používají pro vrtání sedimentárních soudržných a nesoudržných zemin. Tvrdokovové vrtáky s diamantovými frézami se vyrábějí pro vrtání hornin a vrtání děr do betonu, asfaltu a cihlových zdí.
• Ocelové pláště trubky. Nezbytné pro opláštění výkopu - vytvoření vrtu, prováděného současně s jeho prohlubováním. Jejich průměr se rovná průměru studny. Plášť pro příjem vody je vybrán předem se zaměřením na průměr jádrové trubky a čerpadlo, které se plánuje použít ve studni.
• Činky. Jsou to úzké trubky stočené dohromady. Slouží k prodloužení vrtací kolony. Zjednodušeně řečeno jsou střídavě přišroubovány k horní části jádrové trubky tak, aby na ni mohl být přenášen rotační pohyb v hloubce větší, než je výška střely. Výška jádrové trubky + výška vrtné kolony = hloubka výkopu.
• Překladatelé. Nutné zajistit spojování závitových spojů různých průměrů, které jsou na vrtných tyčích, rotátory, proplachovací těsnění a další součásti.
• Proplachovací zátky a těsnění. S jejich pomocí je možné zvednout zničenou půdu na povrch, pokud není třeba brát celé jádro. V tomto případě je voda přiváděna do obličeje a omývá zničenou půdu pod tlakem na denní povrch.
• Dláta. Používají se k prohloubení otvoru v nejobtížnějších místech pro pronikání jádrového vrtáku. Při použití vrtáku se někdy přechází z rotačního vrtání na kabelové příklepové vrtání.

Prezentovaný nástroj je standardní sada pro vrtání jádrovou technologií.V některých případech, v závislosti na složitosti vývoje, mohou být vyžadovány další nástroje a vybavení.

Při prohlubování výkopu se sloupec vrtných tyčí postupně přišroubuje k horní části jádrové trubky. Pro vytažení jádrového projektilu na povrch sloupku se tyč za tyčí rozkroutí

Vlastnosti konstrukce jádrového potrubí

Designová vlastnost projektil při jádrovém vrtání je z důvodu maximálního zachování celistvosti jádra a sestává z prstencového uspořádání kolem volného průchodu. Jednou z nejdůležitějších vlastností je koeficient vzorkování jádra Je definován jako poměr průměru jádra k vnějšímu průměru nástroje.

Nástroj pro jádrové vrtání je standardizovaný, liší se především pouze průměrem. Na základě strukturálních charakteristik se jádrové trubky dělí na jednoduché a dvojité. Jednotlivé projektily navržené pro provoz v normálních geologických podmínkách jsou vynikající pro rozvoj vodních studní.

Dvojitý nástroj s neotočnou vnitřní trubkou se používá pouze při geologickém průzkumu. Je potřeba extrahovat vzorky hornin, které se snadno ničí pod vlivem různých faktorů. Umožňuje vám odebrat vzorek v přirozeném složení, s přirozeným procentem minerálů a odpadní horniny.

Jednožilová trubka se používá při odběru vzorků pro geotechnický průzkum, geologický průzkum a vrtání otvorů pro instalaci podpěr elektrického vedení.

Všechny jádrové trubky jsou určeny pro použití foukání, přivádění vrtné kapaliny na dno a čištění studny. Jejich vršek je opatřen technologickým otvorem, kterým je vstřikována voda nebo proud vzduchu.

Specifika řezné části střely

Jakákoli koruna je prezentována ve formě prstence se závitem nahoře, který je nezbytný pro přišroubování k jádrové trubce, a frézy umístěné na spodním konci. Frézy mohou být odlity nebo přivařeny k tomuto řeznému kovovému dílu.

Pro jádrové vrtání se používají následující bity:

• Karbid – jemný řezák, žebrovaný.
• Diamant – impregnovaný a malý diamant.

Karbidové řezné prvky jsou určeny pro vrtání „měkkých“ zemin. S jejich pomocí se vrtají všechny druhy jílovitých hornin jakékoli konzistence, poloskalní horniny, nízkovlhké a vlhké písky husté a střední hustoty. K provrtání pískovců a opuků se používají korunky s wolfram-kobaltovými frézami.

Jemný řezák bity jsou určeny pro vrtání středně tvrdých hornin malých abrazivita. Jsou vybaveny osmihrannými nebo čtvercovými frézami. Když jsou frézy umístěny v různých výškách, dosáhne se také stupňovité plochy, jejíž výhody byly nastíněny výše.

Použití žebrovaných bitů zlepšuje cirkulaci proplachovací kapaliny rozšířením průměru studny

Žebrovaný bity jsou určeny pro vrtání středně tvrdých hornin abrazivita. Frézy takových korunek sestávají z ocelových válcových nebo hranolových hlavní sídlo s tvrdokovovou vložkou. Přitom i když se korunka opotřebuje, její výkon neklesá.

Korunky s diamantovými frézami jsou určeny pro vrtání skalnatých a poloskalních hornin vysokých abrazivita.

Pro zvýšení pevnosti a zlepšení brusných vlastností jsou do její odlévané hmoty během výrobního procesu vtlačovány průmyslové diamanty. V poslední době jsou přírodní krystaly často nahrazovány uměle vypěstovanými.

Počet žeber je dán konstrukcí korunky a jejím průměrem – může být od tří do šesti. Urychlení procesu destrukce horniny lze dosáhnout posunutím žeber směrem nahoru vzhledem ke konci koruny. To zajišťuje stupňovitý spodní otvor a usnadňuje průchod mycí kapaliny.

Potrubí studny

Ocelové trubky jádra i pláště jsou vyráběny v souladu s GOST 51682-2000. V geologickém průzkumu a inženýrské geologii se používají k zabránění kolapsu půdy na líc, což by nám neumožnilo pochopit, v jaké hloubce je jedna geologická vrstva nahrazena druhou.

V uspořádání prací na přívodu vody pažnicové trubky tvoří stěny studny. Do pláště z nich sestaveného je ponořen další, výrobní, potrubní řetězec. V dnešní době se nejčastěji montuje z plastu. Výrobní kolona je vybavena filtrem pro zachycení zrnek písku a jemného štěrku při čerpání.

Nejběžnější jsou plášťové trubky s připojením vsuvek. V tomto případě mají trubky na jedné straně vnitřní závit a na opačné straně vnější závit. Výkopová šachta se montuje ze závitových trubek extrémně jednoduše a rychle.

Trubky jádra i pláště jsou vybaveny závity, vnějšími na jednom konci a vnitřním na druhém konci. To umožňuje rychlou a snadnou montáž krytu. Velikosti závitů jsou sjednoceny - jako jádrová může sloužit jakákoliv plášťová trubka, stačí k ní přišroubovat korunku a vršek

Existují plášťové trubky určené pro svařované spoje. V soukromém sektoru se nepoužívají kvůli pracnému procesu montáže kolony.

Plášť i jádro jsou vyrobeny z oceli třídy 45 pevnostní skupiny „K“.Pro zvýšení odolnosti proti povrchovému opotřebení jsou konce trubek kalené. V závislosti na použitém vrtacím zařízení a průměru ponorné čerpadlo při výstavbě soukromých vodních děl se používají trubky o průměru 100 až 200 mm.

Fáze jádrového vrtání

Před zahájením práce je třeba prostudovat katastrální plán a připravit pracovní plochu. Je nutné zajistit nerušený přístup na místo vrtání jak pro samotnou vrtnou soupravu, tak pro stroj s výplachovou kapalinou.

Dalším krokem je vykopat jámu o objemu minimálně 2 metry krychlové – vyhnete se tak nutnosti použití přídavné nádrže. Jímka je určena k odvádění podzemní vody a použité splachovací kapaliny. Pro instalaci hlavní části kufru je nutné půdu prorazit.

Dále se vybraný bit připojí k trubce vrtného jádra a vybere se pažnicové trubky, které se budou s jejich prohlubováním zvyšovat. Instalace by měla být bezpečně zajištěna, poté se spustí vrtná souprava.

Technologie jádra s proplachováním porubu vodou umožňuje tím nejjednodušším a nejrychlejším způsobem osvobodit důlní šachtu od zničené horniny

Jak se jádrový vrták prohlubuje a plní, je periodicky zvedán na povrch a očišťován od zeminy zachycené nástrojem během vrtání. Poté může být vrták, zbavený jádra, znovu ponořen do otvoru studny a pokračovat ve vrtání.

Pro zvednutí nahoru se kolona vrtných trubek, sestávající z jádrového nástroje a tyčí, rozebere. To znamená, že postupně oddělují tyč za tyčí, dokud není jádrová trubka odstraněna z hlavně.

Nejlepší možností pro rozvoj studny pro soukromé vlastníky je jádrové vrtání doprovázené proplachováním. V tomto případě není třeba odebírat žádné vzorky. Hlavní věcí je rychle zformovat sud a vyčistit jej od kalu. příprava prací pro nadcházející použití.

K mytí můžete použít jakoukoli vodu, docela vhodná je voda z nedalekého rybníka nebo řeky. Vrtání lze provádět i nasucho, pokud se buduje studna pro písek. Obvykle v tomto případě stačí pár kbelíků vody jako vrtné kapaliny jen k ochlazení střely na dně.

Pomocí jádrové technologie se vrtají otvory do betonových a železobetonových konstrukcí, základů a cihlových zdí.

Při práci v sypkém písku s nízkou vlhkostí se doporučuje přidat do pracovního roztoku tekuté sklo nebo hliněnou hmotu, aby se zpevnily stěny otvoru. V každém případě, když vrták prochází horizontem s nestabilní konstrukcí, bylo by opodstatněné zpevnit stěny studny pažnicovými trubkami.

Technologické vlastnosti procesu

Během procesu prohlubování je možné upravit rychlost otáčení vrtáku. Je třeba poznamenat, že vrták může snadno překonat vrstvy usazených hornin při nízkých rychlostech. Při míjení skalního podloží je však nutné zvýšit rychlost otáčení. Metodou jádrového vrtání je možné pronikat vrstvami různého složení a libovolné tvrdosti.

Je nutné počítat s tím, že vrtná souprava musí být umístěna na připraveném, vyrovnaném vodorovném místě. Úhel průniku lze upravit, pokud průměr vytvářené studny nepřesahuje 1 metr. Vertikálnost výkopu pak udržuje pažnice.

Pažnicové trubky lze znovu použít, pokud jsou ihned po vykopání odstraněny z výkopu. Jádrová trubice je opakovaně použitelná střela, což se o korunkách říci nedá. Pro vrtání v sedimentárním horizontu jsou zapotřebí alespoň dva nebo i více. Při stavbě studny na vápenci nelze přesně předpovědět počet opotřebovaných korun.

Aby se prodloužila životnost diamantového vrtáku po jeho instalaci nebo výměně, musí být dno studny ošetřeno dlátem. Toto opatření výrazně zvýší míru penetrace

Vrtnou soupravu lze namontovat na velkokapacitní vozidla nebo na pásová vozidla zvláštní vybavení v případě práce ve ztížených terénních podmínkách. Při vrtání studní jádrovou metodou lze použít lehčí mobilní zařízení.

Výhody a nevýhody základní metody

Díky bodovému působení korunky po jejím poloměru je zajištěno přesné řezání a přivedení na povrch pevného jádra. Technologie je použitelná pro vrtání hornin až XII kategorií, můžete pracovat jak kolmo, tak pod úhlem.

Jedním z nejdůležitějších ukazatelů jádrové metody je vysoká produktivita a rychlost vrtání.

Kromě toho lze zdůraznit následující výhody:

• Objem vrtání v případě použití proplachovací kapaliny nebo procesní vody je 85 %;
• Zavádění aktivních emulzí do pracovního roztoku umožňuje zachovat stěny studní v původním stavu;
• Snížením axiálních zatížení v důsledku toho, že hornina není kontinuálně ničena, je dosaženo snížení nákladů na energii.
• Metoda umožňuje pracovat s jakýmikoli horninami, včetně čediče a žuly.
• Při použití prefabrikovaného mobilního stroje je možné provádět práce na těžko dostupných místech.

Jádrové vrtání má kromě svých výhod i své nevýhody:

• Při práci v puklinových horninách často dochází k zaseknutí jádra, což vede k nutnosti vyjmout trubku pro její vyražení.
• Při průchodu tvrdými kameny se udidlo rychle otupí v důsledku přehřátí a přilepení. Aby se tomu zabránilo, je nutné použít chladicí kapalinu a snížit průtok. V důsledku toho se rychlost vrtání snižuje.
• Malý průřez (do 200 mm) vrtání neumožňuje použití výkonných ponorný čerpadla.

Při vývoji vodních studní, pokud se při otevírání formace použije jílový roztok, existuje vysoká pravděpodobnost zanesení zvodnělé vrstvy.

Závěry a užitečné video k tématu

Video 1. Počáteční fáze vrtání studny metodou jádra:

Video 2. Jádrové vrtání studny v žulové skále:

Zahájení jádrového vrtání studny musí předcházet ekonomická kalkulace. Dodržování bezpečnostních norem a provozních pravidel pro zařízení minimalizuje riziko selhání zařízení, čímž je zajištěna vysoká provozní účinnost, rychlost vrtání a snížené ekonomické náklady.

Chtěli byste se podělit o spletitost sloupové technologie, kterou znáte jen vy? Máte užitečné informace k tématu článku? Napište prosím komentáře do níže uvedeného bloku, ptejte se a zveřejňujte fotografie k tématu článku.