Kärnborrning av brunnar: teknik och nyanser av arbetet

En av de mest produktiva och ekonomiska metoderna för att forma gruvdrift är kärnborrning. Det används i mineralprospektering och ingenjörsgeologi.Dessutom är detta det enklaste och snabbaste sättet att få tillgång till grundvatten för att organisera vattenförsörjningen.

Du kommer att lära dig allt om detaljerna för kärnborrning, de verktyg som krävs för dess implementering och tillämpningsfunktioner från vår föreslagna artikel.

Tillämpningsområde för kärnborrning

Kärnborrning är en metod som gör det möjligt att med största noggrannhet bestämma djupet på taket och basen av jordlager, samt djupnivån på grundvattenytan.

Kärnborrningsteknik används ofta i följande branscher:

• Vattenförsörjning i industriella och privata sfärer. Att borra brunnar för privat vattenförsörjning, organisera vattenintag för hela byar eller stadskvarter utförs effektivt genom kärnborrning på grund av att borren lätt tränger ner till stora djup. Kärnverktyget kan lyfta nästan alla förstörda stenar förutom vattenmättade och lösa, icke-sammanhängande jordar (sand, grus, småsten);
• Geologisk utforskning inom gruvindustrin. När sten passerar uppstår en punkteffekt på marken längs rotationsradien. Med andra ord, med en projektil som strukturellt påminner om ett rör, borras en fast massa av stenar ut utan att deras struktur och tillstånd störs.
• Konstruktion. Genomföra geoteknisk forskning för att studera jordars fysiska och mekaniska egenskaper och bergarternas tillstånd. Kärnteknik gör det möjligt att noggrant identifiera grundvatten och ta vattenprover för att studera deras aggressivitet mot betong.

Vid kärnborrning extraheras en kärna - en pelare av jord eller intilliggande jordlager. Kärnan kännetecknas av en solid naturlig struktur, vilket säkerställer en omfattande analys av det studerade berget. Genom att borra med ett kärnrör kan du med högsta noggrannhet bestämma bergets djup för studieändamål.

Kärnborrning säkerställer integriteten hos den utvunna kärnan, vilket bidrar till högkvalitativa studier av berget. Samtidigt utförs rengöring av ansiktet av högsta kvalitet från förstörd sten

Användningen av en kärnborr i konstruktionen underlättar och påskyndar processerna avsevärt. En påle drivs enkelt in i hålet förberett med en kärnborr eller en färdig armerad betongkonstruktion monteras. Med kärnborrning kan du skapa cylindriska hål i tegel- och betongkonstruktioner.

Arbetsteknik och utrustning

Det finns två kända metoder för att använda en kärnborr: att arbeta med vätsketillförsel till bottenhålet eller att arbeta torrt, det vill säga utan borrvätska.

Borrning utan användning av borrvätska används om icke-kohesiva jordar är mättade med naturlig fukt i tillräckliga mängder för penetration och utvinning. Vatten tillförs inte heller schaktschaktet vid körning genom vätskeplast, mjukplast och eldfast lera/lera, hård- och plastsandjord.

Vätskan måste användas vid borrning av steniga och halvsteniga stenar.I frånvaro av vatten, i detta fall, sker fördjupningen mycket långsammare. Dessutom ökar sannolikheten för för tidigt fel på borrkronan avsevärt, och därför anses torrborrning vara dyrare.

Tekniken för kärnborrning av en brunn med spolning tillåter inte bara att förlänga livslängden på arbetsutrustning, utan också det snabbaste och minst arbetsintensiva sättet att befria ytan från förstört berg

Vid borrning med borrvätska ökar fördjupningshastigheten avsevärt. Oftast används denna metod vid borrning av brunnar med stort djup. Detta gör att arbetet kan slutföras på kortast möjliga tid med minimal risk för skador på kronan.

Vatten under högt tryck tillförs också botten under utvecklingen av en brunn i lösa, icke-kohesiva jordar, om kärnprovtagning inte är ett problem. I det här fallet tvättas ansiktet helt enkelt med en ström av vatten, vilket frigör gruvaxeln från den förstörda jorden.

Principen för kärntekniken

Huvudelementet i kärnborrning är en destruktiv skärdel installerad på basen av kärnröret. De kallar det en krona. För att gräva stenar används speciella kronor utrustade med diamantskärare.

Kronor är utbytbara skärelement som skruvas fast i underkanten av kärnröret. De måste bytas flera gånger under borrningsprocessen.

Det är diamantborrkronan som säkerställer praktiskt taget obehindrad passage av borren till stora djup när vattenintagsarbeten drivs in i kalksten. Det vill säga när man utvecklar brunnar begravda i berggrunden, i vars sprickor, som ett resultat av flera hundra år gammal kondens, reserver av det renaste underjordiska vattnet bildades.

Borrbitar byts på enklaste sätt - ta bort den slitna delen och skruva fast en ny bit på kärnröret

Berget skärs med hjälp av en bit som roterar i höga hastigheter. Borrens rotationshastighet kan justeras beroende på densiteten hos den mark som utvecklas. Kronan "skär" jorden endast längs kanten av en slags cylinder, vars centrala del pressas in i kärnröret.

För att dra ut kärnan höjs borrkronan till ytan. Jorden som fångas av den blåses bokstavligen ut ur kärnborren av en luftström som tillförs den övre delen av röret. Blåsningsprocessen påskyndas genom att knacka på projektilen med en slägga.

Under kärnborrningsprocessen trycks ett borrat konformat bergsegment in i ett kärnrör. För att ta bort det, avlägsnas kärnverktyget från pipan genom att demontera borrstångssträngen. Kärnan blåses ut och slås ut ur röret

När de passerar genom hårda stenar har kärnborrar högre produktivitet än matris- och rullborrar. Detta beror på borrens höga rotationshastighet, vilket minskar mängden utvecklingsansträngning som krävs.

Dessutom förstör bitarna helt berget, som kommer att behöva "skopas ut" med en bailer eller vatten måste tillföras tryck för att tvätta ansiktet. Faktum är att du måste gå igenom samma avsnitt två gånger, eller till och med tre gånger: först förstöra det och sedan rensa det. Kärnteknik låter dig gå igenom och rensa ansiktet på en gång.

Verktygsmaskiner och borriggar

Valet av maskin eller borrigg bestäms av brunnens syfte och dess diameter. Kärnborrmetodens popularitet avgör produktionen av borriggar och maskiner över hela världen. Tunga traktorer, lastbilar och terrängfordon är lämpliga för riggar avsedda för prospekteringsborrning.

Användningen av tunga bandtraktorer tillåter kärnborrning av brunnar i områden med oframkomliga vägar, ytsumpning och instabil terräng

Oftast är borrutrustning monterad på klassiska bilar av märkena MAZ, KAMAZ och Ural. Det finns dock installationsmöjligheter för lättare utrustning, som används för att borra vattenbrunnar i privat konstruktion.

På manuell roterande borrning Kärnröret ersätts av sin historiska föregångare - glaset. Denna projektil är en förkortad version av ett kärnrör med en spetsig kant på sulan. Glaset skruvas i marken manuellt eller med hjälp av en motorborr och allt som packas ner i det tas bort till ytan.

Bensin och elmotorer används för att mekanisera manuell borrning av grunda brunnar och forma hål för att installera staket och kraftledningsstöd. De ger roterande rörelser till skruven eller kärnröret

Utrustning för borrning och arrangemang av brunnar

När du implementerar kärnborrning behöver du utrustning som gör att du kan arbeta på djupet, utveckla och utvinna en mängd olika typer av bergarter. Under arbete måste periodisk lyftning av materialet som förstörts av projektilen till ytan säkerställas.

Standarduppsättning borrverktyg

För att utföra kvalitetsarbete behöver du:

• Kärnskal. De används för både horisontell borrning och vertikal schaktning. Med hjälp av vanliga kärnrör är det möjligt att borra i en vinkel på upp till 45 grader. Tunnväggiga kärnborrar kan uteslutande användas för horisontell dikesfri borrning vid utläggning av kommunikationer.
• Kronor. Detta är ett stenbrytande verktyg som monteras på ett kärnrör för att underlätta skärning av kärnor i berg. Mässingskronor används för att borra sedimentärt sammanhängande och icke-kohesiv jord. Hårdmetallkronor med diamantfräsar tillverkas för att borra sten och forma hål i betong-, asfalt- och tegelväggar.
• Stålrör. Nödvändigt för att täcka utgrävningen - bildande av ett borrhål, som utförs samtidigt med dess fördjupning. Deras diameter är lika med brunnens diameter. Höljet för vattenintag väljs i förväg, med fokus på diametern på kärnröret och pumpen som är planerad att användas i brunnen.
• Skivstänger. Dessa är smala rör tvinnade ihop. Används för att förlänga borrsträngen. Enkelt uttryckt skruvas de växelvis till toppen av kärnröret så att rotationsrörelse kan överföras till det på ett djup som är större än projektilens höjd. Höjd på kärnrör + höjd på borrsträng = schaktdjup.
• Översättare. Nödvändigt för att säkerställa sammanfogningen av gängade anslutningar med olika diametrar som finns på borrstänger, rotatorer, spoltätningar och andra komponenter.
• Spolpluggar och tätningar. Med deras hjälp är det möjligt att lyfta förstörd jord till ytan om det inte finns något behov av att ta en hel kärna. I detta fall tillförs vatten till ansiktet, tvättar den förstörda jorden under tryck på dagytan.
• Mejslar. De används för att fördjupa hålet på de svåraste ställena för en kärnborr att penetrera. När man använder en bit byter man ibland från rotationsborrning till kabel-slagborrning.

Det presenterade verktyget är en standarduppsättning för borrning med kärnteknik.I vissa fall, beroende på utvecklingens komplexitet, kan ytterligare verktyg och utrustning krävas.

Vid fördjupning av utgrävningen skruvas en pelare av borrstänger sekventiellt till toppen av kärnröret. För att dra ut kärnprojektilen till pelarens yta vrids stången bakom stången

Funktioner i kärnrörets design

Designfunktion projektil under kärnborrning beror det på maximalt bevarande av kärnans integritet och består av ett ringformat arrangemang runt en fri passage. En av de viktigaste egenskaperna är koefficienten kärnprovtagning Det definieras som förhållandet mellan kärndiametern och verktygets ytterdiameter.

Kärnborrverktyget är standardiserat och skiljer sig huvudsakligen endast i diameter. Baserat på strukturella egenskaper klassificeras kärnrör i enkla och dubbla. Enstaka projektiler konstruerade för att fungera under normala geologiska förhållanden är utmärkta för att utveckla vattenbrunnar.

Ett dubbelverktyg med ett icke-roterande innerrör används endast vid geologisk utforskning. Det behövs för att utvinna stenprover som lätt förstörs under påverkan av en mängd olika faktorer. Det låter dig ta ett prov i dess naturliga sammansättning, med en naturlig andel av mineraler och gråberg.

Ett enda kärnrör används vid provtagning för geoteknisk forskning, geologisk utforskning och borrning av hål för installation av kraftledningsstöd.

Alla kärnrör är utformade för användning av blåsning, tillförsel av borrvätska till botten och rengöring av brunnen. Deras topp är utrustad med ett tekniskt hål genom vilket vatten eller en luftström injiceras.

Specifikationer för den skärande delen av projektilen

Varje krona presenteras i form av en ring med en gänga på toppen, nödvändig för att skruva till ett kärnrör, och fräsar placerade på den nedre änden. Fräsar kan vara massivt gjutna eller svetsade till denna skärande metalldel.

Följande borrkronor används för kärnborrning:

• Karbid – finspets, räfflad.
• Diamant – impregnerad och liten diamant.

Hårdmetallskärelement är utformade för att borra "mjuka" jordar. Med deras hjälp borras alla typer av leriga stenar av vilken konsistens som helst, halvsteniga stenar, låg fuktighet och våt sand med tät och medeldensitet. För att borra igenom sandstenar och märgel används kronor med volfram-koboltskärare.

Fin framtand borrkronor är utformade för borrning av medelhårda stenar av små nötningsförmåga. De är utrustade med åttkantiga eller fyrkantiga fräsar. När skärarna är placerade på olika höjder uppnås också en stegvis yta, vars fördelar beskrivits ovan.

Med hjälp av räfflade bitar förbättras cirkulationen av spolvätskan genom att utöka brunnens diameter

Räfflad borrkronor är utformade för borrning av hårda bergarter av medium nötningsförmåga. Skärarna av sådana kronor består av stålcylindriska eller prismatiska huvudkontor med hårdmetallskär. Samtidigt, även om kronan slits, minskar dess prestanda inte.

Kronor med diamantskärare är designade för att borra steniga och halvsteniga stenar med höga höjder nötningsförmåga.

För att öka styrkan och förbättra nötningsegenskaperna pressas industridiamanter in i sin gjutna massa under tillverkningsprocessen. På senare tid har naturliga kristaller ofta ersatts med artificiellt odlade.

Antalet revben bestäms av utformningen av kronan och dess diameter - det kan vara från tre till sex. Acceleration av stenförstöringsprocessen kan uppnås genom att skjuta revbenen uppåt i förhållande till kronans ände. Detta säkerställer ett stegvis bottenhål och underlättar passagen av tvättvätskan.

Brunn hölje rör

Både kärn- och höljesstålrör tillverkas i enlighet med GOST 51682-2000. Inom geologisk utforskning och ingenjörsgeologi används de för att förhindra kollaps av jord på ytan, vilket inte skulle tillåta oss att förstå på vilket djup ett geologiskt lager ersätts av ett annat.

I arrangemang av vattenintagsarbeten höljesrör bildar brunnens väggar. En annan, produktion, rörsträng är nedsänkt i höljet som monterats av dem. Numera är det oftast sammansatt av plast. Produktionskolonnen är utrustad med ett filter för att hålla kvar sandkorn och fint grus under pumpning.

De vanligaste är höljesrör med nippelkopplingar. I detta fall har rören en invändig gänga på ena sidan och en utvändig gänga på den motsatta sidan. Grävschaktet monteras av gängade rör extremt enkelt och snabbt.

Både kärn- och höljesrör är försedda med gängor, utvändigt i ena änden och invändigt i den andra. Detta gör det möjligt att snabbt och enkelt montera höljet. Gängstorlekarna är enhetliga - vilket foderrör som helst kan fungera som ett kärnrör, skruva bara på kronan och toppen på den

Det finns höljerör avsedda för svetsfogar. De används inte i den privata sektorn på grund av den arbetsintensiva pelarmonteringsprocessen.

Både hölje och kärnrör är gjorda av stål 45 med hållfasthetsgrupp "K".För att öka motståndet mot ytslitage härdas rörens ändar. Beroende på borrutrustning som används och diameter dränkbar pump vid konstruktion av privata vattenintagsarbeten används rör med en diameter på 100 till 200 mm.

Kärnborrningssteg

Innan du börjar arbeta måste du studera fastighetsplanen och förbereda arbetsytan. Det är nödvändigt att säkerställa obehindrad åtkomst till borrplatsen för både själva borriggen och maskinen med spolvätskan.

Nästa steg är att gräva ett hål med en volym på minst 2 kubikmeter - detta kommer att undvika behovet av att använda en extra tank. Gropen är utformad för att dränera grundvatten och använd spolvätska. För att installera huvuddelen av stammen är det nödvändigt att stansa jorden.

Därefter ansluts den valda borrkronan till borrkärnröret och väljs höljesrör, vilket kommer att öka när de fördjupas. Installationen ska vara säkert säkrad, varefter borriggen startas.

Kärnteknologi med att spola ansiktet med vatten gör det möjligt att befria gruvschaktet från förstört berg på det enklaste och snabbaste sättet

När kärnborren fördjupas och fylls, lyfts den periodvis upp till ytan och rensas från jord som fångas upp av verktyget under borrning. Därefter kan borren, befriad från kärnan, åter sänkas ned i brunnens hål för att fortsätta borrningen.

För att lyfta till toppen demonteras borrrörssträngen, bestående av ett kärnverktyg och stavar. Det vill säga, de separerar staven sekventiellt efter staven tills kärnröret avlägsnas från cylindern.

Det bästa alternativet för att utveckla en brunn för privata ägare anses vara kärnborrning, åtföljd av spolning. I detta fall behöver inga prover tas. Det viktigaste är att snabbt forma tunnan och rensa den från slam. förberedelse av arbeten för kommande användning.

För tvättning kan du använda vilket vatten som helst; vatten från en närliggande damm eller flod är ganska lämplig. Borrning kan också göras torr om en brunn utvecklas för sand. Vanligtvis i det här fallet räcker det med ett par hinkar vatten som borrvätska bara för att kyla projektilen i botten.

Med hjälp av kärnteknik borras hål i betong- och armerade betongkonstruktioner, fundament och tegelväggar.

Vid arbete i lös sand med låg fuktighet rekommenderas att tillsätta flytande glas eller lermassa till arbetslösningen för att stärka hålets väggar. I vilket fall som helst, när en borr passerar genom en horisont med en instabil struktur, skulle det vara motiverat att förstärka brunnens väggar med höljesrör.

Teknologiska egenskaper hos processen

Under fördjupningsprocessen är det möjligt att justera borrens rotationshastighet. Det bör noteras att borren lätt kan övervinna lager av sedimentära bergarter vid låga hastigheter. Men när man passerar berggrunden krävs en ökning av rotationshastigheten. Med kärnborrmetoden är det möjligt att penetrera skikt av olika sammansättning och valfri hårdhet.

Det är nödvändigt att ta hänsyn till det faktum att borriggen måste placeras på en förberedd, jämn horisontell plats. Inträngningsvinkeln kan justeras om diametern på brunnen som utvecklas inte överstiger 1 meter. Utgrävningens vertikalitet bibehålls sedan av höljet.

Höljesrör kan återanvändas om de tas bort från schakten omedelbart efter schaktningen. Ett kärnrör är en återanvändbar projektil, vilket inte kan sägas om kronor. För borrning i den sedimentära horisonten krävs minst två, eller ännu fler. När man bygger en brunn på kalksten är det omöjligt att exakt förutsäga antalet utslitna kronor.

För att förlänga diamantbitens livslängd efter installation eller byte av den måste brunnens botten behandlas med en mejsel. Denna åtgärd kommer att öka penetrationsgraden avsevärt

Borriggen kan monteras på fordon med hög kapacitet eller på bandfordon specialutrustning vid arbete i svåra terrängförhållanden. Lättare mobil utrustning kan användas vid borrning av vattenbrunnar med härdmetoden.

För- och nackdelar med kärnmetoden

Tack vare kronans spetsverkan längs dess radie säkerställs exakt skärning och upptagning till ytan av en solid kärna. Tekniken är användbar för att borra berg upp till XII kategorier kan du arbeta både vinkelrätt och i vinkel.

En av de viktigaste indikatorerna för kärnmetoden är hög produktivitet och borrhastighet.

Utöver detta kan följande fördelar lyftas fram:

• Borrvolymen vid användning av spolvätska eller processvatten är 85 %;
• Införandet av aktiva emulsioner i arbetslösningen gör det möjligt att bibehålla brunnsväggarna i sitt ursprungliga tillstånd;
• På grund av minskningen av axiallaster på grund av att berget inte förstörs på ett kontinuerligt sätt, uppnås en minskning av energikostnaderna.
• Metoden låter dig arbeta med alla stenar, inklusive basalt och granit.
• Vid användning av en prefabricerad mobil maskin är det möjligt att utföra arbeten på svåråtkomliga platser.

Tillsammans med sina fördelar har kärnborrning också sina nackdelar:

• När man arbetar i spruckna bergarter uppstår ofta kärnfastsättning, vilket leder till att man måste ta bort röret för att slå ut det.
• När man passerar genom hårda stenar blir biten snabbt matt på grund av överhettning och fastsättning. För att undvika detta är det nödvändigt att använda kylvätska och minska flödet. Som ett resultat av detta minskar borrhastigheten.
• Det lilla tvärsnittet (upp till 200 mm) av borrning tillåter inte användningen av kraftfulla dränkbar pumps.

Vid utveckling av vattenbrunnar, om en lerlösning används när formationen öppnas, finns det stor sannolikhet för nedslamning av akvifären.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Video 1. Det inledande skedet av att borra en brunn med hjälp av kärnmetoden:

Video 2. Kärnborrning av en brunn i granitberg:

Start av kärnborrning av en brunn ska föregås av en ekonomisk kalkyl. Överensstämmelse med säkerhetsstandarder och driftregler för utrustning minimerar risken för utrustningsfel, vilket säkerställer hög driftseffektivitet, borrhastighet och minskade ekonomiska kostnader.

Vill du dela med dig av krångligheterna med kolumnteknik som bara du känner till? Har du användbar information om ämnet för artikeln? Skriv kommentarer i blockformuläret nedan, ställ frågor och lägg upp bilder om ämnet för artikeln.