Πυρηνοληψία γεώτρησης: τεχνολογία και λεπτομέρειες εκτέλεσης εργασιών

Μία από τις πιο παραγωγικές και οικονομικές μεθόδους δημιουργίας υπόγειων εκσκαφών είναι η διάτρηση γεωτρήσεων με πυρήνα. Χρησιμοποιείται στην εξερεύνηση κοιτασμάτων και στη μηχανική γεωλογία. Επιπλέον, είναι ο απλούστερος και ταχύτερος τρόπος πρόσβασης σε υπόγεια ύδατα για οργάνωση υδροδότησης.

Όλες τις λεπτομέρειες σχετικά με την ιδιαιτερότητα της διάτρησης με πυρήνα, τα απαραίτητα εργαλεία για την υλοποίησή της και τα χαρακτηριστικά εφαρμογής θα τα μάθετε από το άρθρο που σας προτείνουμε.

Το πεδίο εφαρμογής της διάτρησης με πυρήνα

Η διάτρηση με πυρήνα – είναι μια μέθοδος που επιτρέπει με τη μεγαλύτερη ακρίβεια τον προσδιορισμό του βάθους της οροφής και της βάσης των εδαφικών στρωμάτων, καθώς και τη στάθμη του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα.

Η τεχνολογία διάτρησης με πυρήνα εφαρμόζεται ευρέως σε τέτοιους κλάδους:

• Υδροδότηση σε βιομηχανικό και ιδιωτικό τομέα. Η διάτρηση γεωτρήσεων για ιδιωτική υδροδότηση, η οργάνωση υδροληψίας ολόκληρων οικισμών ή αστικών συνοικιών εκτελείται αποτελεσματικά με διάτρηση με πυρήνα χάρη στο γεγονός ότι το τρυπάνι διεισδύει εύκολα σε μεγάλα βάθη. Το συγκρότημα διάτρησης με πυρήνα μπορεί να ανυψώσει σχεδόν οποιοδήποτε θρυμματισμένο πέτρωμα εκτός από υδατοκορεσμένα και χαλαρά μη συνεκτικά εδάφη (άμμοι, χαλίκια, βότσαλα)·
• Γεωλογική αναζήτηση στη μεταλλευτική βιομηχανία. Κατά τη διάτρηση πετρωμάτων, ασκείται σημειακή επίδραση στο έδαφος κατά μήκος της ακτίνας περιστροφής. Με άλλα λόγια, με ένα συγκρότημα που μοιάζει κατασκευαστικά με σωλήνα, εξορύσσεται μια συμπαγής μάζα πετρωμάτων χωρίς παραβίαση της δομής και της κατάστασής τους.
• Κατασκευές. Διεξαγωγή γεωτεχνικών ερευνών για τη μελέτη φυσικομηχανικών ιδιοτήτων εδαφών, κατάστασης πετρωμάτων. Η τεχνολογία διάτρησης με πυρήνα παρέχει τη δυνατότητα με υψηλή ακρίβεια να εντοπιστεί η στάθμη των υπόγειων υδάτων και να ληφθούν δείγματα νερού για μελέτη της επιθετικότητάς τους έναντι του σκυροδέματος.

Κατά τη διάτρηση με πυρήνα εξάγεται ο πυρήνας – μια στήλη εδάφους ή γειτονικών εδαφικών στρωμάτων. Ο πυρήνας χαρακτηρίζεται από συμπαγή φυσική δομή, γεγονός που εξασφαλίζει τη διεξαγωγή σφαιρικής ανάλυσης του μελετώμενου πετρώματος. Η διάτρηση με σωλήνα πυρήνα επιτρέπει με τη μέγιστη ακρίβεια τον προσδιορισμό του βάθους του πετρώματος για σκοπούς μελέτης.

Η διάτρηση με πυρηνολήπτη γεωτρήσεων εξασφαλίζει την ακεραιότητα του εξαγόμενου πυρήνα, γεγονός που συμβάλλει στην ποιοτική μελέτη του πετρώματος. Ταυτόχρονα, πραγματοποιείται ο πιο ποιοτικός καθαρισμός του μετώπου από το κατεστραμμένο πέτρωμα.

Η χρήση του πυρηνολήπτη στην κατασκευή διευκολύνει και επιταχύνει σημαντικά τις διαδικασίες. Στην προετοιμασμένη οπή από πυρηνολήπτη εισάγεται εύκολα ένας πάσσαλος ή τοποθετείται μια έτοιμη κατασκευή από οπλισμένο σκυρόδεμα. Η διάτρηση με πυρηνολήπτη επιτρέπει τη δημιουργία κυλινδρικών οπών σε τούβλινες και τσιμεντένιες κατασκευές.

Τεχνολογία εκτέλεσης εργασιών και εξοπλισμός

Είναι γνωστές δύο μέθοδοι χρήσης του πυρηνολήπτη: εργασία με παροχή υγρού στο μέτωπο ή στεγνή, δηλαδή χωρίς λάσπη διάτρησης.

Η διάτρηση χωρίς χρήση λάσπης διάτρησης εφαρμόζεται σε περίπτωση που τα μη συνεκτικά εδάφη είναι εμποτισμένα με φυσική υγρασία σε επαρκή ποσότητα για τη διάνοιξη και την εξαγωγή. Επίσης, δεν παρέχεται νερό στο στέλεχος της διάνοιξης κατά τη διάνοιξη σε ρευστοπλαστικούς, μαλακοπλαστικούς και δύσκαμπτους πηλούς/αργίλους, σε σκληρούς και πλαστικούς αμμοπηλούς.

Το υγρό εφαρμόζεται υποχρεωτικά κατά τη διάτρηση βραχωδών και ημιβραχωδών πετρωμάτων. Ελλείψει νερού σε αυτή την περίπτωση, η εμβάθυνση γίνεται σημαντικά πιο αργά. Επιπλέον, αυξάνεται σημαντικά η πιθανότητα πρόωρης βλάβης της κορώνας, με αποτέλεσμα η στεγνή διάτρηση να θεωρείται πιο δαπανηρή.

Η τεχνολογία διάτρησης γεώτρησης με πυρηνολήπτη και έκπλυση επιτρέπει όχι μόνο την παράταση της διάρκειας ζωής του εξοπλισμού εργασίας, αλλά και την απελευθέρωση του μετώπου από το κατεστραμμένο πέτρωμα με τον ταχύτερο και λιγότερο χρονοβόρο τρόπο.

Κατά τη διάτρηση με λάσπη διάτρησης, η ταχύτητα εμβάθυνσης αυξάνεται σημαντικά. Τις περισσότερες φορές, αυτή η μέθοδος εφαρμόζεται κατά τη διάτρηση γεωτρήσεων σημαντικού βάθους. Αυτό επιτρέπει την εκτέλεση των εργασιών στο συντομότερο χρονικό διάστημα με ελάχιστο κίνδυνο βλάβης της κορώνας.

Επιπλέον, νερό υπό υψηλή πίεση παρέχεται στο μέτωπο κατά τη διαδικασία διάνοιξης γεώτρησης σε χαλαρά μη συνεκτικά εδάφη, εάν η λήψη πυρήνα δεν αποτελεί στόχο. Με έναν πίδακα νερού σε αυτή την περίπτωση απλώς ξεπλένουν το μέτωπο, απελευθερώνοντας το στέλεχος της διάνοιξης από το κατεστραμμένο έδαφος.

Αρχή της μεθόδου διάτρησης με πυρήνα

Το βασικό στοιχείο στη διάτρηση με πυρηνολήπτη είναι το καταστροφικό κοπτικό εξάρτημα, τοποθετημένο στη βάση του σωλήνα του πυρηνολήπτη. Το ονομάζουν κορώνα. Για τη διάνοιξη βραχωδών πετρωμάτων χρησιμοποιούνται ειδικές κορώνες εξοπλισμένες με διαμαντένιες κοπτικές κεφαλές.

Οι κορώνες – είναι αναλώσιμα κοπτικά στοιχεία, τα οποία βιδώνονται στο κάτω άκρο του σωλήνα του πυρηνολήπτη. Κατά τη διάρκεια της διάτρησης, πρέπει να αλλάζονται αρκετές φορές.

Είναι η διαμαντένια κορόνα που εξασφαλίζει σχεδόν ανεμπόδιστη διέλευση του τρυπανιού σε μεγάλο βάθος κατά τη διάνοιξη υδροληπτικών στοών σε ασβεστόλιθο. Δηλαδή, κατά την ανάπτυξη γεωτρήσεων που εμβαθύνονται σε μητρικά πετρώματα, στις ρωγμές των οποίων, ως αποτέλεσμα μακραίωνης συμπύκνωσης, σχηματίστηκαν αποθέματα του πιο καθαρού υπόγειου νερού.

Οι κορόνες γεώτρησης αλλάζονται με τον απλούστερο τρόπο – αφαιρείται το φθαρμένο εξάρτημα και βιδώνεται μια νέα κορόνα στο σωλήνα πυρήνα.

Το πέτρωμα κόβεται με τη βοήθεια μιας κορόνας που περιστρέφεται σε υψηλές στροφές. Η ταχύτητα περιστροφής του τρυπανιού μπορεί να ρυθμιστεί ανάλογα με την πυκνότητα του εδάφους που κατεργάζεται. Η κορόνα “κόβει” το έδαφος μόνο κατά μήκος της άκρης ενός είδους κυλίνδρου, το κεντρικό τμήμα του οποίου πιέζεται μέσα στο σωλήνα πυρήνα.

Για την εξαγωγή του πυρήνα, ο γεωτρητικός εξοπλισμός ανυψώνεται στην επιφάνεια. Το έδαφος που έχει συλληφθεί από αυτόν εκτινάσσεται κυριολεκτικά από το τρυπάνι πυρήνα με ένα ρεύμα αέρα που διοχετεύεται στο πάνω μέρος του σωλήνα. Η διαδικασία εκτίναξης επιταχύνεται χτυπώντας τον εξοπλισμό με μια βαριοπούλα.

Κατά τη διαδικασία της γεώτρησης πυρήνα, το διατρηθέν κωνικό τμήμα του πετρώματος ωθείται μέσα στο σωλήνα πυρήνα. Για την εξαγωγή του, ο γεωτρητικός εξοπλισμός πυρήνα αφαιρείται από τη γεώτρηση αποσυναρμολογώντας τη στήλη των ράβδων διάτρησης. Ο πυρήνας εκτινάσσεται και αποσπάται από το σωλήνα.

Τα τρυπάνια πυρήνα, κατά τη διέλευση από σκληρά πετρώματα, έχουν μεγαλύτερη παραγωγικότητα από τα κοπτικά μήτρας και τα σφαιροειδή κοπτικά. Αυτό οφείλεται στην υψηλή ταχύτητα περιστροφής του τρυπανιού, χάρη στην οποία μειώνεται ο βαθμός της ασκούμενης δύναμης κατά την εκσκαφή.

Επιπλέον, τα κοπτικά καταστρέφουν εντελώς το πέτρωμα, το οποίο θα πρέπει να “αφαιρείται” με το κουτάλι ή να διοχετεύεται νερό υπό πίεση για τον καθαρισμό του πυθμένα. Ουσιαστικά, θα πρέπει να διασχίσει κανείς το ίδιο τμήμα δύο ή και τρεις φορές: πρώτα να το καταστρέφει και μετά να το καθαρίζει. Η τεχνολογία γεώτρησης πυρήνα επιτρέπει τη διέλευση και τον καθαρισμό του πυθμένα σε μία φάση.

Μηχανήματα και γεωτρητικά συγκροτήματα

Η επιλογή του μηχανήματος ή της γεωτρητικής εγκατάστασης καθορίζεται από τον σκοπό της γεώτρησης και τη διάμετρό της. Η δημοτικότητα της μεθόδου γεώτρησης πυρήνα οδηγεί στην παραγωγή γεωτρητικών εγκαταστάσεων και μηχανημάτων σε όλο τον κόσμο. Βαριά τρακτέρ, φορτηγά και παντός εδάφους οχήματα είναι κατάλληλα για εγκαταστάσεις που προορίζονται για ερευνητική γεώτρηση.

Η χρήση βαρέων ερπυστριοφόρων τρακτέρ επιτρέπει την εκτέλεση εργασιών γεώτρησης πυρήνα σε περιοχές με έλλειψη δρόμων, επιφανειακό βάλτο και ασταθές ανάγλυφο.

Τις περισσότερες φορές, ο γεωτρητικός εξοπλισμός τοποθετείται σε κλασικά οχήματα των μαρκών ΜΑΖ, ΚΑΜΑΖ, Ουράλ. Ωστόσο, υπάρχουν επιλογές τοποθέτησης και σε ελαφρύτερο εξοπλισμό, ο οποίος χρησιμοποιείται για γεωτρήσεις ύδατος σε ιδιωτικές κατασκευές.

Κατά τη χειροκίνητη περιστροφική γεώτρηση, ο κολωνικός σωλήνας αντικαθίσταται από τον ιστορικό του προκάτοχο – το κύπελλο. Αυτό το εργαλείο αποτελεί μια βραχυμένη εκδοχή του κολωνικού σωλήνα με αιχμηρή ακμή στο πέλμα. Το κύπελλο βιδώνεται στο έδαφος με το χέρι ή με τη χρήση μηχανοκίνητου τρυπανιού και ανυψώνεται στην επιφάνεια ό,τι έχει συσσωρευτεί μέσα του.

Για τη μηχανοποίηση της χειροκίνητης γεώτρησης ρηχών φρεατίων και τη δημιουργία οπών για την εγκατάσταση περιφράξεων και πυλώνων ΛΕΠ χρησιμοποιούνται βενζινοκινητήρες και ηλεκτροκινητήρες. Αυτές μεταδίδουν περιστροφική κίνηση στον κοχλία ή στον κολωνικό σωλήνα.

Εξοπλισμός για διάτρηση και διαμόρφωση γεωτρήσεων

Κατά την εκτέλεση γεώτρησης με πυρήνα απαιτείται εξοπλισμός που επιτρέπει την εκτέλεση εργασιών σε βάθος, την εξόρυξη και ανάκτηση διαφόρων τύπων πετρωμάτων. Κατά την εκτέλεση των εργασιών πρέπει να εξασφαλίζεται η περιοδική ανύψωση του υλικού που έχει θρυμματιστεί από το εργαλείο στην επιφάνεια.

Τυπικό σύνολο γεωτρητικών εργαλείων

Για την ποιοτική εκτέλεση εργασιών απαιτείται:

• Κολωνικά εργαλεία. Χρησιμοποιούνται τόσο για οριζόντια γεώτρηση όσο και για διάνοιξη κάθετων στοών. Με τη χρήση τυπικών κολωνικών σωλήνων είναι δυνατή η γεώτρηση υπό γωνία έως 45 μοίρες. Οι λεπτότοιχοι κολωνικοί σωλήνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποκλειστικά για οριζόντια γεώτρηση χωρίς όρυγμα κατά την τοποθέτηση δικτύων.
• Κορόνες. Είναι ένα εργαλείο θραύσης πετρωμάτων με το οποίο εξοπλίζεται ο κολωνικός σωλήνας για τη διευκόλυνση της κοπής πυρήνα στο πέτρωμα. Για τη γεώτρηση ιζηματογενών συνεκτικών και μη συνεκτικών εδαφών χρησιμοποιούνται ορειχάλκινες κορόνες. Για τη διάτρηση βραχωδών πετρωμάτων, τη δημιουργία οπών σε σκυρόδεμα, άσφαλτο, τοίχο από τούβλα, παράγονται κορόνες σκληρού κράματος με διαμαντένιες κοπτικές ακμές.
• Χάλυβδινοι σωλήνες επένδυσης. Είναι απαραίτητοι για την επένδυση της διάνοιξης – τη διαμόρφωση της στοάς του φρέατος, που πραγματοποιείται ταυτόχρονα με την εκβάθυνσή της. Η διάμετρός τους είναι ίση με τη διάμετρο του φρέατος. Η επένδυση για υδροληψία επιλέγεται εκ των προτέρων, λαμβάνοντας υπόψη τη διάμετρο του κολωνικού σωλήνα και της αντλίας που πρόκειται να λειτουργήσει στο φρέαρ.
• Ράβδοι. Είναι στενοί σωλήνες που βιδώνονται μεταξύ τους. Χρησιμοποιούνται για την επέκταση της γεωτρητικής στήλης. Με απλά λόγια, βιδώνονται διαδοχικά στην κορυφή του κολωνικού σωλήνα, ώστε να μπορεί να του μεταδίδεται περιστροφική κίνηση σε βάθος που υπερβαίνει το ύψος του εργαλείου. Ύψος κολωνικού σωλήνα + ύψος στήλης διατρητικών ράβδων = βάθος διάνοιξης.
• Προσαρμογείς. Είναι απαραίτητοι για τη σύνδεση σπειρωτών αρμών διαφορετικής διαμέτρου, που υπάρχουν στις διατρητικές ράβδους, στους περιστροφείς, στα στεγανοποιητικά πλύσης και σε άλλα εξαρτήματα.
• Τάπες έκπλυσης και στυπιοθλίπτες. Με τη βοήθειά τους εξασφαλίζεται η ανύψωση του θρυμματισμένου εδάφους στην επιφάνεια, εάν δεν υπάρχει ανάγκη λήψης ακέραιου πυρήνα. Σε αυτή την περίπτωση, τροφοδοτείται νερό στο μέτωπο, το οποίο υπό πίεση ξεπλένει το θρυμματισμένο έδαφος στην επιφάνεια του εδάφους.
• Κοπτικά εργαλεία. Χρησιμοποιούνται για την εμβάθυνση της οπής της γεώτρησης στα πιο δύσκολα σημεία για τη διέλευση του πυρηνολήπτη. Κατά τη χρήση κοπτικών εργαλείων, μερικές φορές από περιστροφική διάτρηση μεταβαίνουν σε κρουστική-συρματόσχοινο διάτρηση.

Το παρόν εργαλείο αποτελεί ένα τυπικό σετ για τη διεξαγωγή διάτρησης με την τεχνολογία πυρηνοληψίας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ανάλογα με την πολυπλοκότητα της ανάπτυξης, ενδέχεται να απαιτηθούν πρόσθετα εργαλεία και εξοπλισμός.

Κατά την εμβάθυνση της εκσκαφής, στην κορυφή του πυρηνοληπτικού σωλήνα βιδώνεται διαδοχικά μια στήλη από ράβδους διάτρησης. Για την ανάσυρση του πυρηνοληπτικού συγκροτήματος στην επιφάνεια, η στήλη ξεβιδώνεται ράβδο προς ράβδο.

Χαρακτηριστικά της κατασκευής του σωλήνα διάτρησης με πυρήνα

Το κατασκευαστικό χαρακτηριστικό του συγκροτήματος στην πυρηνοληπτική διάτρηση οφείλεται στη μέγιστη διατήρηση της ακεραιότητας του πυρήνα και συνίσταται στη δακτυλιοειδή διάταξη γύρω από την ελεύθερη δίοδο. Ένα από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά θεωρείται ο συντελεστής λήψης πυρήνα. Ορίζεται ως η αναλογία της διαμέτρου του πυρήνα προς την εξωτερική διάμετρο του εργαλείου.

Το εργαλείο για την πυρηνοληπτική διάτρηση είναι τυποποιημένο και διαφέρει κυρίως μόνο ως προς τη διάμετρο. Βάσει κατασκευαστικών χαρακτηριστικών, οι πυρηνοληπτικοί σωλήνες ταξινομούνται σε απλούς και διπλούς. Τα απλά συγκροτήματα, που προορίζονται για εργασία σε συνηθισμένες γεωλογικές συνθήκες, είναι εξαιρετικά κατάλληλα για την ανάπτυξη υδροληπτικών γεωτρήσεων.

Το διπλό εργαλείο με μη περιστρεφόμενο εσωτερικό σωλήνα χρησιμοποιείται μόνο στη γεωλογική έρευνα. Χρειάζεται για την εξαγωγή δειγμάτων πετρωμάτων που καταστρέφονται εύκολα υπό την επίδραση διαφόρων παραγόντων. Επιτρέπει τη λήψη δείγματος στη φυσική του διάταξη, με τη φυσική εκατοστιαία περιεκτικότητα σε ορυκτά και άγονο πέτρωμα.

Στη δειγματοληψία για γεωτεχνικές έρευνες, στη γεωλογική έρευνα και στη διάτρηση οπών για την εγκατάσταση στύλων γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιείται απλός πυρηνοληπτικός σωλήνας.

Όλοι οι πυρηνοληπτικοί σωλήνες είναι σχεδιασμένοι για χρήση εξαέρωσης, τροφοδοσίας διαλύματος διάτρησης στο μέτωπο και έκπλυσης της γεώτρησης. Η κορυφή τους είναι εξοπλισμένη με μια τεχνολογική οπή μέσω της οποίας γίνεται η έγχυση νερού ή ρεύματος αέρα.

Ιδιαιτερότητα του τμήματος κοπής του συγκροτήματος

Κάθε κορώνα παρουσιάζεται ως ένας δακτύλιος με σπείρωμα στην κορυφή, απαραίτητο για το βίδωμα στον πυρηνοληπτικό σωλήνα, και με κοπτήρες στο κάτω άκρο. Οι κοπτήρες μπορεί να είναι μονοκόμματοι ή συγκολλημένοι σε αυτό το κοπτικό μεταλλικό εξάρτημα.

Στην πυρηνοληπτική διάτρηση χρησιμοποιούνται οι εξής κορώνες:

• Σκληρομεταλλικοί – μικροκοπτικοί, ραβδωτοί.
• Αδαμαντικοί – εμποτισμένοι και μικροαδαμαντικοί.

Τα σκληρομεταλλικά κοπτικά στοιχεία προορίζονται για γεώτρηση σε «μαλακά» εδάφη. Με τη βοήθειά τους γίνεται γεώτρηση όλων των τύπων αργιλωδών πετρωμάτων οποιασδήποτε σύστασης, ημιβραχωδών πετρωμάτων, ξηρών και υγρών άμμων πυκνής δομής και μέσης πυκνότητας. Για την προώθηση σε ψαμμίτες και μάργες χρησιμοποιούνται κορόνες με κοπτικά από βολφράμιο-κοβάλτιο.

Οι μικροκοπτικές κορόνες προορίζονται για γεώτρηση πετρωμάτων μέσης σκληρότητας με μικρή λειαντικότητα. Είναι εξοπλισμένες με κοπτικά οκταγωνικής ή τετραγωνικής διατομής. Με την τοποθέτηση των κοπτικών σε διαφορετικό ύψος επιτυγχάνεται επίσης η βαθμιδωτή διαμόρφωση του πυθμένα της γεώτρησης, τα πλεονεκτήματα της οποίας αναφέρθηκαν παραπάνω.

Με τη χρήση ραβδωτών κορωνών, εξασφαλίζεται βελτίωση της κυκλοφορίας του υγρού έκπλυσης λόγω διεύρυνσης της διαμέτρου της γεώτρησης.

Οι ραβδωτές κορόνες προορίζονται για γεώτρηση σκληρών πετρωμάτων μεσαίας λειαντικότητας. Τα κοπτικά αυτών των κορωνών αποτελούνται από ένα χαλύβδινο κυλινδρικό ή πρισματικό στέλεχος με ένθετο σκληρού μετάλλου. Ακόμη και σε περίπτωση φθοράς της κορόνας, η αποτελεσματικότητα λειτουργίας της δεν μειώνεται.

Οι κορόνες με αδαμαντικά κοπτικά προορίζονται για γεώτρηση βραχωδών και ημιβραχωδών πετρωμάτων υψηλής λειαντικότητας.

Για την αύξηση της αντοχής και τη βελτίωση των λειαντικών ιδιοτήτων, στο χυτό σώμα της ενσωματώνονται τεχνικές αδάμαντες κατά τη διαδικασία παραγωγής. Τον τελευταίο καιρό, οι φυσικοί κρύσταλλοι συχνά αντικαθίστανται από τεχνητά καλλιεργημένους.

Ο αριθμός των ραβδώσεων καθορίζεται από τη σχεδίαση της κορόνας και τη διάμετρό της – μπορεί να είναι από τρεις έως έξι. Η επιτάχυνση της διαδικασίας θραύσης του πετρώματος μπορεί να επιτευχθεί με την ανύψωση των ραβδώσεων σε σχέση με το άκρο της κορόνας. Έτσι, εξασφαλίζεται βαθμιδωτός πυθμένας γεώτρησης και διευκολύνεται η διέλευση του υγρού έκπλυσης.

Σωλήνες για την επένδυση του κορμού της γεώτρησης

Τόσο οι σωλήνες πυρήνα όσο και οι σωλήνες επένδυσης από χάλυβα κατασκευάζονται σύμφωνα με το GOST 51682-2000. Στη γεωλογική έρευνα και στη μηχανική γεωλογία, χρησιμοποιούνται για την αποτροπή κατάρρευσης του εδάφους στον πυθμένα της γεώτρησης, κάτι που δεν θα επέτρεπε να καταλάβουμε σε ποιο βάθος ένα γεωλογικό στρώμα αντικαθιστά ένα άλλο.

Στην κατασκευή υδροληπτικών έργων, οι σωλήνες επένδυσης σχηματίζουν τα τοιχώματα της γεώτρησης. Στη συναρμολογημένη από αυτούς στήλη επένδυσης βυθίζεται μια ακόμη, η στήλη εκμετάλλευσης σωλήνων. Τώρα πλέον αυτή συναρμολογείται συχνότερα από πλαστικό. Η στήλη εκμετάλλευσης εφοδιάζεται με φίλτρο για τη συγκράτηση κόκκων άμμου και λεπτού χαλικιού κατά την άντληση.

Η μεγαλύτερη διάδοση έχουν οι σωλήνες περιβλήματος με σύνδεση με σπείρωμα (νιπλ). Σε αυτή την περίπτωση, οι σωλήνες έχουν από τη μία πλευρά εσωτερικό σπείρωμα και από την αντίθετη – εξωτερικό. Ο κορμός της γεώτρησης από σωλήνες με σπείρωμα συναρμολογείται εξαιρετικά απλά και γρήγορα.

Τόσο οι σωλήνες πυρήνα όσο και οι σωλήνες περιβλήματος είναι εφοδιασμένοι με σπείρωμα, από τη μία πλευρά εξωτερικό και από την άλλη εσωτερικό. Αυτό επιτρέπει τη γρήγορη και εύκολη συναρμολόγηση της στήλης περιβλήματος. Οι διαστάσεις των σπειρωμάτων είναι τυποποιημένες – οποιοσδήποτε σωλήνας περιβλήματος μπορεί να χρησιμεύσει ως σωλήνας πυρήνα, αρκεί να βιδωθεί σε αυτόν η κορώνα και το πάνω μέρος.

Υπάρχουν σωλήνες περιβλήματος που προορίζονται για συγκολλημένες συνδέσεις. Στον ιδιωτικό τομέα δεν χρησιμοποιούνται λόγω της επίπονης διαδικασίας συναρμολόγησης της στήλης.

Τόσο οι σωλήνες περιβλήματος όσο και οι σωλήνες πυρήνα κατασκευάζονται από χάλυβα ποιότητας 45 με ομάδα αντοχής «K». Για την αύξηση της αντοχής στην επιφανειακή φθορά, τα άκρα των σωλήνων σκληρύνονται. Ανάλογα με τον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό γεώτρησης και τη διάμετρο της υποβρύχιας αντλίας, στις ιδιωτικές υδροληπτικές γεωτρήσεις χρησιμοποιούνται σωλήνες διαμέτρου από 100 έως 200 mm.

Στάδια της διάτρησης με πυρήνα

Πριν από την έναρξη των εργασιών, πρέπει να μελετηθεί το κτηματολογικό σχέδιο και να προετοιμαστεί η επιφάνεια εργασίας. Είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί η ανεμπόδιστη πρόσβαση στο σημείο της γεώτρησης τόσο για το ίδιο το γεωτρητικό συγκρότημα όσο και για το όχημα με το υγρό έκπλυσης.

Το επόμενο βήμα θα είναι η εκσκαφή ενός λάκκου όγκου τουλάχιστον 2 κυβικών μέτρων – αυτό θα αποφύγει την ανάγκη χρήσης πρόσθετης δεξαμενής. Ο λάκκος προορίζεται για την αποστράγγιση των υπόγειων υδάτων και του χρησιμοποιημένου υγρού έκπλυσης. Για την εγκατάσταση του κύριου τμήματος του κορμού, απαιτείται η διάτρηση του εδάφους.

Στη συνέχεια, πραγματοποιείται η σύνδεση της επιλεγμένης κορώνας με τον σωλήνα πυρήνα γεώτρησης και η επιλογή των σωλήνων περιβλήματος, οι οποίοι θα επεκτείνονται καθώς βαθαίνει η γεώτρηση. Η διάταξη πρέπει να στερεωθεί με ασφάλεια και στη συνέχεια πραγματοποιείται η εκκίνηση του γεωτρύπανου.

Η τεχνολογία πυρήνα με έκπλυση του πυθμένα με νερό επιτρέπει τον πιο απλό και γρήγορο τρόπο απελευθέρωσης του κορμού της γεώτρησης από το κατεστραμμένο πέτρωμα.

Καθώς βαθαίνει και γεμίζει το κολονέτο (σωλήνας πυρήνα), πραγματοποιείται περιοδική ανύψωσή του στην επιφάνεια και καθαρισμός από το έδαφος που συλλέχθηκε από το εργαλείο κατά τη διάρκεια της γεώτρησης. Στη συνέχεια, το απελευθερωμένο από τον πυρήνα κολονέτο μπορεί και πάλι να βυθιστεί στην οπή της γεώτρησης για τη συνέχιση της γεώτρησης.

Για την ανύψωση προς τα πάνω, η στήλη των σωλήνων γεώτρησης, που αποτελείται από τον εξοπλισμό πυρήνα και τις ράβδους, αποσυναρμολογείται. Δηλαδή, διαχωρίζεται διαδοχικά ράβδο προς ράβδο, έως ότου αφαιρεθεί από τον κορμό ο σωλήνας πυρήνα.

Η βέλτιστη επιλογή για την ανάπτυξη γεώτρησης από ιδιώτες θεωρείται η διάτρηση με πυρήνα, που συνοδεύεται από έκπλυση. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν χρειάζεται να ληφθούν δείγματα. Το κύριο ζητούμενο είναι να διαμορφωθεί γρήγορα ο άξονας και να καθαριστεί από τη λάσπη. Ταυτόχρονα, εκτελείται η προετοιμασία του ορύγματος για την επερχόμενη λειτουργία.

Για την έκπλυση μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε νερό, αρκεί από μια κοντινή λίμνη ή ποτάμι. Η διάτρηση μπορεί να γίνει και στεγνή, αν η γεώτρηση γίνεται σε άμμο. Συνήθως σε αυτήν την περίπτωση, αρκούν μερικοί κουβάδες νερό ως υγρό διάτρησης μόνο για την ψύξη του εργαλείου στον πυθμένα.

Με την τεχνολογία διάτρησης με πυρήνα πραγματοποιείται η διάνοιξη οπών σε κατασκευές από σκυρόδεμα και οπλισμένο σκυρόδεμα, θεμέλια και τοιχοποιίες από τούβλα.

Κατά την εργασία σε χαλαρές, ελαφρώς υγρές άμμους, για την ενίσχυση των τοιχωμάτων της οπής, συνιστάται η προσθήκη υγρού γυαλιού ή αργιλώδους μάζας στο υγρό εργασίας. Σε κάθε περίπτωση, κατά τη διέλευση του τρυπανιού μέσα από έναν ορίζοντα με ασταθή δομή, η ενίσχυση των τοιχωμάτων της γεώτρησης με σωλήνες επένδυσης είναι δικαιολογημένη.

Τεχνολογικά χαρακτηριστικά της διαδικασίας

Κατά τη διαδικασία εμβάθυνσης, είναι δυνατή η ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής του τρυπανιού. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα στρώματα ιζηματογενών πετρωμάτων το τρυπάνι τα υπερβαίνει εύκολα σε χαμηλές στροφές. Αντίθετα, κατά τη διέλευση από σκληρά πετρώματα υποβάθρου, απαιτείται αύξηση της ταχύτητας περιστροφής. Με τη μέθοδο διάτρησης με πυρήνα, μπορούν να διαπεραστούν στρώματα διαφορετικής σύστασης και οποιασδήποτε σκληρότητας.

Πρέπει να ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι η γεωτρητική εγκατάσταση πρέπει να βρίσκεται σε προετοιμασμένη, ισοπεδωμένη οριζόντια επιφάνεια. Η γωνία διάτρησης μπορεί να ρυθμιστεί εφόσον η διάμετρος της υπό ανάπτυξη οπής της γεώτρησης δεν υπερβαίνει το 1 μέτρο. Στη συνέχεια, η κατακόρυφη θέση του ορύγματος διατηρείται από τη στήλη επένδυσης.

Οι σωλήνες επένδυσης μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν εάν αφαιρεθούν από το όρυγμα αμέσως μετά τη διάτρηση. Ο σωλήνας πυρήνα είναι ένα εργαλείο πολλαπλής χρήσης, κάτι που δεν ισχύει για τις στεφάνες. Για διάτρηση σε ιζηματογενή ορίζοντα, απαιτούνται τουλάχιστον δύο, ή και περισσότερες. Κατά την κατασκευή γεώτρησης σε ασβεστόλιθο, είναι αδύνατο να προβλεφθεί με ακρίβεια ο αριθμός των φθαρμένων στεφανών.

Για να παραταθεί η διάρκεια ζωής της διαμαντένιας στεφάνης μετά την τοποθέτηση ή την αντικατάστασή της, ο πυθμένας της γεώτρησης πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία με κοπτικό εργαλείο. Αυτό το μέτρο θα αυξήσει σημαντικά την ταχύτητα διάτρησης.

Η γεωτρητική εγκατάσταση μπορεί να τοποθετηθεί σε όχημα υψηλής χωρητικότητας φόρτωσης ή σε ερπυστριοφόρο ειδικό εξοπλισμό σε περίπτωση εργασιών σε δύσκολο έδαφος. Ελαφρύτερος κινητός εξοπλισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά τη διάτρηση γεωτρήσεων νερού με τη μέθοδο πυρήνα.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μεθόδου διάτρησης με πυρήνα

Χάρη στη σημειακή δράση της κορώνας κατά μήκος της ακτίνας της, εξασφαλίζεται η προσεκτική κοπή και η ανάσυρση στην επιφάνεια ενός ακέραιου πυρήνα. Η τεχνολογία είναι εφαρμόσιμη για τη διάτρηση πετρωμάτων έως XII κατηγορίας, μπορεί να λειτουργήσει τόσο κάθετα όσο και υπό γωνία.

Ένας από τους σημαντικότερους δείκτες της μεθόδου πυρηνοληψίας θεωρείται η υψηλή παραγωγικότητα και η ταχύτητα διάτρησης.

Επιπλέον, μπορούν να αναφερθούν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

• Ο όγκος διάτρησης σε περίπτωση χρήσης υγρού έκπλυσης ή τεχνικού νερού ανέρχεται στο 85%·
• Η εισαγωγή ενεργών γαλακτωμάτων στο διάλυμα εργασίας επιτρέπει τη διατήρηση των τοιχωμάτων της γεώτρησης στην αρχική τους κατάσταση·
• Χάρη στη μείωση των αξονικών φορτίων, λόγω του ότι το πέτρωμα δεν καταστρέφεται συνεχώς, επιτυγχάνεται μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης.
• Η μέθοδος επιτρέπει την εργασία με οποιαδήποτε πετρώματα, συμπεριλαμβανομένων των βασαλτικών και γρανιτικών.
• Με τη χρήση ενός αρθρωτού κινητού μηχανήματος, είναι δυνατή η διεξαγωγή εργασιών σε δυσπρόσιτες περιοχές.

Παράλληλα με τα πλεονεκτήματα, η διάτρηση γεωτρήσεων με πυρηνοληψία έχει επίσης τα μειονεκτήματά της:

• Κατά την εργασία σε ρωγματώδη πετρώματα, συχνά προκύπτει εμπλοκή του πυρήνα, γεγονός που οδηγεί στην ανάγκη εξαγωγής του σωλήνα για την αφαίρεσή του.
• Κατά τη διέλευση σκληρών πετρωμάτων, λόγω υπερθέρμανσης και σφηνώματος, η κορώνα αμβλύνεται γρήγορα. Για να αποφευχθεί αυτό, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιείται υγρό ψύξης και να μειώνεται η ταχύτητα προώθησης. Ως αποτέλεσμα, μειώνεται η ταχύτητα διάτρησης.
• Η μικρή διατομή διάτρησης (έως 200 mm) δεν επιτρέπει τη χρήση ισχυρών υποβρύχιων αντλιών.

Κατά την ανάπτυξη γεωτρήσεων για νερό, σε περίπτωση χρήσης αργιλικού διαλύματος κατά την αποκάλυψη του στρώματος, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα λάσπωσης του υδροφόρου ορίζοντα.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Βίντεο 1. Αρχικό στάδιο διάτρησης γεώτρησης με τη μέθοδο πυρηνοληψίας:

Βίντεο 2. Διάτρηση γεώτρησης με πυρηνοληψία σε γρανιτικό πέτρωμα:

Στην έναρξη των εργασιών διάτρησης γεώτρησης με πυρηνοληψία πρέπει να προηγείται οικονομικός υπολογισμός. Η τήρηση των κανόνων ασφαλείας και των κανόνων λειτουργίας του εξοπλισμού ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο βλάβης, εξασφαλίζοντας έτσι υψηλή απόδοση εργασίας, ταχύτητα διάτρησης και μείωση του οικονομικού κόστους.

Θέλετε να μοιραστείτε λεπτομέρειες της τεχνολογίας πυρηνοληψίας που γνωρίζετε μόνο εσείς; Διαθέτετε χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με το θέμα του άρθρου; Παρακαλούμε γράψτε σχόλια στην παρακάτω φόρμα, κάντε ερωτήσεις και δημοσιεύστε φωτογραφίες σχετικά με το θέμα του άρθρου.