Koloninis gręžinių gręžimas: technologija ir darbų atlikimo niuansai
Kolonninis gręžinių gręžimas yra vienas iš produktyviausių ir ekonomiškiausių kasybos darbų formavimo metodų. Jis naudojamas telkinių žvalgyboje ir inžinerinėje geologijoje. Be to, tai paprasčiausias ir greičiausias būdas gauti prieigą prie požeminio vandens vandens tiekimo organizavimui.
Viską apie kolonninio gręžimo specifiką, jo įgyvendinimui reikalingus įrankius ir taikymo ypatumus sužinosite iš mūsų siūlomo straipsnio.
Straipsnio turinys:
Kolonninio gręžimo taikymo sritis
Kolonninis gręžimas – metodas, leidžiantis didžiausiu tikslumu nustatyti grunto sluoksnių stogo ir pado gylį, taip pat gruntinio vandens veidrodžio gylį.
Koloninė gręžimo technologija plačiai taikoma šiose šakose:
- Vandens tiekimas pramoninėje ir privačioje srityje. Privačiam vandens tiekimui skirtų gręžinių gręžimas, ištisų gyvenviečių ar miesto kvartalų vandens paėmimo organizavimas efektyviai atliekamas koloniniu gręžimu, nes grąžtas lengvai prasiskverbia į didelius gylius. Koloninis sviedinys gali pakelti beveik bet kokią sunaikintą uolieną, išskyrus vandens prisotintus ir birius nerišlius gruntus (smėlį, žvyrą, akmenukus);
- Geologinė žvalgyba kasybos pramonėje. Praeinant uolieną, gruntas yra taškiniai veikiamas pagal sukimosi spindulį. Kitaip tariant, sviediniu, kuris konstrukciškai primena vamzdį, išgręžiamas ištisas uolienų masyvas nepažeidžiant jų struktūros ir būklės.
- Statyba. Inžinerinių geologinių tyrimų atlikimas tiriant gruntų fizikines-mechanines savybes, uolienų būklę. Koloninė technologija suteikia galimybę dideliu tikslumu nustatyti gruntinio vandens lygį (GVL) ir paimti vandens mėginius, siekiant ištirti jų agresyvumą betonui.
Kolonninio gręžimo metu išgaunamas kernas – grunto arba gretimų grunto sluoksnių stulpelis. Kernui būdinga vientisa natūrali struktūra, užtikrinanti visapusišką tiriamos uolienos analizę. Gręžimas koloniniu vamzdžiu leidžia didžiausiu tikslumu nustatyti uolienos slūgsojimo gylį tyrimo tikslais.

Koloninio grąžto naudojimas statyboje žymiai palengvina ir pagreitina procesus. Į koloniniu grąžtu paruoštą angą lengvai įkalamas polis arba sumontuojama paruošta gelžbetoninė konstrukcija. Koloninis gręžimas leidžia sukurti cilindrines angas mūrinėse ir betoninėse konstrukcijose.
Darbų atlikimo technologija ir įranga
Yra žinomi du koloninio grąžto naudojimo būdai: darbas tiekiant skysčį į gręžinio dugną arba sausai, tai yra be gręžimo tirpalo.
Gręžimas nenaudojant gręžimo tirpalo taikomas tuo atveju, jei nesurišti gruntai yra prisisotinę natūralios drėgmės pakankamu kiekiu praėjimui ir ištraukimui. Vanduo taip pat netiekiamas į gręžinio kamieną, kai praeinama per takiuosius plastiškuosius, minkštai plastiškuosius ir kietai plastiškuosius priemolius/molius, kietus ir plastiškus smėlingus priemolius.
Skystis privalomai naudojamas gręžiant uolienas ir pusiau uolienas. Jei vandens nėra, šiuo atveju gilinimas vyksta žymiai lėčiau. Be to, žymiai padidėja tikimybė, kad gręžimo karūnėlė suges per anksti, todėl sausas gręžimas laikomas brangesniu.

Gręžiant su gręžimo tirpalu, gilinimo greitis žymiai padidėja. Dažniausiai šis būdas taikomas gręžiant didelio gylio gręžinius. Tai leidžia atlikti darbus per trumpiausią laiką su minimalia rizika pažeisti karūnėlę.
Taip pat vanduo aukštu slėgiu tiekiamas į gręžinio dugną, kai gręžinys yra puriuose nesurištuose gruntuose, jei šerdies paėmimas nėra užduotis. Vandens srove šiuo atveju tiesiog išplaunamas gręžinio dugnas, išlaisvinant gręžinio kamieną nuo suardyto grunto.
Koloninės metodikos principas
Pagrindinis koloninio gręžimo elementas yra ardančioji pjovimo detalė, sumontuota ant koloninio vamzdžio pado. Ji vadinama karūnėle. Uolienoms praeiti naudojamos specialios karūnėlės su deimantiniais pjaustytuvais.

Būtent deimantinė karūnėlė užtikrina beveik netrukdomą gręžtuvo eigą į didelį gylį, gręžiant vandens paėmimo angas į klintį. Tai yra, kai vystomi šuliniai, įgilinti į pamatinės uolienas, kurių plyšiuose dėl daugiametės kondensacijos susiformavo švariausio požeminio vandens ištekliai.

Uoliena pjaunama naudojant dideliu greičiu besisukančią karūnėlę. Gręžtuvo sukimosi greitį galima reguliuoti priklausomai nuo apdirbamo grunto tankio. Karūnėlė “išpjauna” gruntą tik savotiško cilindro kraštu, o jo centrinė dalis įstumiama į koloninį vamzdį.
Norint išimti kerną, gręžimo sviedinys pakeliamas į paviršių. Jo užgriebtas gruntas tiesiog išpučiamas iš koloninio gręžtuvo oro srove, tiekiama į viršutinę vamzdžio dalį. Pūtimo procesas pagreitinamas, trankant sviedinį kūju.

Koloniniai gręžtuvai, kertant kietas uolienas, pasižymi didesniu našumu nei matricos ir kūginiai antgaliai. Tai lemia didelis gręžtuvo sukimosi greitis, dėl kurio sumažėja vystymui taikomų pastangų laipsnis.
Be to, antgaliai visiškai suskaido uolieną, kurią vėliau reikės “išsemsi” kaušu arba tiekti vandenį su slėgiu angos plovimui. Iš esmės teks du ar net tris kartus praeiti tą pačią atkarpą: pirmiausia ardyti, paskui valyti. Koloninė technologija leidžia praeiti ir išvalyti angą vienu ėjimu.
Staklės ir gręžimo įrenginiai
Staklių arba gręžimo įrenginio pasirinkimą lemia šulinio paskirtis ir jo skersmuo. Koloninio gręžimo metodo populiarumas lemia gręžimo įrenginių ir staklių gamybą visame pasaulyje. Sunkieji traktoriai, sunkvežimiai ir visureigiai tinka įrenginiams, skirtiems žvalgomajam gręžimui.

Dažniausiai gręžimo įranga montuojama ant klasikinių automobilių markių MAZ, KAMAZ, Ural. Tačiau yra montavimo variantų ir ant lengvesnės technikos, kuri naudojama gręžiant vandens šulinius privačioje statyboje.
At rankiniame sukamajame gręžime koloninį vamzdį pakeičia jo istorinis pirmtakas – stiklinė. Šis įtaisas yra sutrumpintas koloninio vamzdžio variantas su aštria briauna apačioje. Stiklinė rankomis arba naudojant motorinį grąžtą įsukama į žemę, o viskas, kas į ją pateko, ištraukiama į paviršių.

Įranga gręžiniams praeiti ir įrengti
Įgyvendinant koloninį gręžimą, reikalinga įranga, leidžianti atlikti darbus gylyje, išgauti ir apdoroti įvairiausius uolienų tipus. Atliekant darbus turi būti užtikrinamas periodiškas sunaikintos medžiagos pakėlimas į paviršių.
Standartinis gręžimo įrankių rinkinys
Kokybiškam darbų atlikimui reikalinga:
- Koloniniai sviediniai. Naudojami tiek horizontaliajam gręžimui, tiek vertikaliųjų iškasų praėjimui. Naudojant standartinius koloninius vamzdžius galima atlikti gręžimą iki 45 laipsnių kampu. Plonasieniai koloniniai sviediniai gali būti naudojami tik išskirtinai horizontaliajam bevamzdžiui gręžimui tiesiant komunikacijas.
- Vainikai. Tai uolieną ardantis įrankis, kuriuo aprūpinamas koloninis vamzdis, kad būtų lengviau išpjauti kerną uolienoje. Nuosėdiniams rišliems ir nerišliems gruntams gręžti naudojami žalvariniai vainikai. Kietų uolienų praėjimui, skylių betone, asfalte, plytų sienoje formavimui gaminami kietlūdiniai vainikai su deimantiniais pjovikliais.
- Plieniniai gaubiamieji vamzdžiai. Reikalingi iškasos gaubimui – gręžinio kamieno formavimui, atliekamam kartu su jo gilinimu. Jų skersmuo lygus gręžinio skersmeniui. Vandens paėmimo gaubtiniai vamzdžiai parenkami iš anksto, atsižvelgiant į koloninio vamzdžio ir siurblio, kurį planuojama naudoti gręžinyje, skersmenį.
- Strypai. Tai tarpusavyje sujungiami siauri vamzdžiai. Naudojami gręžimo kolonos ilginimui. Paprasčiau tariant, jie pakaitomis prisukami prie koloninio vamzdžio viršaus, kad jam būtų galima perduoti sukamąjį judesį gylyje, viršijančiame sviedinio aukštį. Koloninio vamzdžio aukštis + gręžimo strypų kolonos aukštis = iškasos gylis.
- Adapteriai. Reikalingi skirtingo skersmens srieginių jungčių, esančių ant gręžimo strypų, suktuvų, plovimo tarpiklių ir kitų komponentų, sujungimui užtikrinti.
- Plaunamieji kamščiai ir sandarikliai. Jų pagalba užtikrinamas suardyto grunto iškilimas į paviršių, jei nereikia imti vientiso kerno. Tokiu atveju į dugną tiekiamas vanduo, kuris slėgiu išplauna suardytą gruntą į dienos paviršių.
- Grąžtai. Jie naudojami siekiant pagilinti gręžinio angą sunkiausiai praeinamose koloninio grąžto vietose. Naudojant grąžtą, kartais nuo sukamojo gręžimo pereinama prie smūginio lyninio gręžimo.
Pateiktas įrankis yra standartinis rinkinys gręžimui koloniniu būdu. Atskirais atvejais, priklausomai nuo plėtros sudėtingumo, gali prireikti papildomų įrankių ir įrangos.

Koloninio vamzdžio konstrukcijos ypatumai
Konstrukcinė sviedinio ypatybė koloniniame gręžime yra nulemta maksimalaus kerno vientisumo išsaugojimo ir sudaro žiedinį išdėstymą aplink laisvą praėjimą. Viena iš svarbiausių charakteristikų laikomas kerno ėmimo koeficientas. Jis nustatomas kaip kerno skersmens ir išorinio įrankio skersmens santykis.
Koloninio gręžimo įrankis yra standartizuotas, daugiausia skiriasi tik skersmeniu. Pagal konstrukcinius požymius koloniniai vamzdžiai skirstomi į viengubus ir dvigubus. Viengubi sviediniai, skirti darbui įprastomis geologinėmis sąlygomis, puikiai tinka vandens paėmimo gręžinių plėtrai.
Dvigubas įrankis su nesisukančiu vidiniu vamzdžiu naudojamas tik geologiniuose tyrimuose. Jis reikalingas uolienų mėginiams, kurie lengvai sunaikinami veikiant įvairiems veiksniams, išgauti. Jis leidžia paimti mėginį natūralioje sudėtyje, su natūraliu procentiniu naudingųjų iškasenų ir tuščios uolienos kiekiu.

Visi koloniniai vamzdžiai yra skirti naudoti prapūtimą, gręžimo tirpalo tiekimą į dugną ir gręžinio plovimą. Jų viršuje yra technologinė anga, per kurią atliekamas vandens arba oro srovės įpurškimas.
Snario pjovimo dalies specifika
Bet kuri karūnėlė yra pateikiama kaip žiedas su viršuje esančiu sriegiu, reikalingu prisukimui prie koloninio vamzdžio, ir pjovimo dantukais, esančiais apatiniame gale. Pjovimo dantukai būna vientisai lieti arba privirinti prie šios pjovimo metalinės detalės.
Koloniniame gręžime naudojamos šios karūnėlės:
- Kietlydiniai – smulkiagrėžtiniai, briaunoti.
- Almaziniai – impregnuoti ir smulkialmaziniai.
Kietlydiniai pjovimo elementai yra skirti gręžti “minkštus” gruntus. Jais atliekamas visų rūšių molingų uolienų bet kokios konsistencijos, pusiau uolinių uolienų, mažai drėgnų ir drėgnų smėlių, tankios ir vidutinio tankio struktūros, gręžimas. Smiltainiams ir mergeliams gręžti naudojami vainikėliai su volframo-kobalto pjovikliais.
Smulkiagrėžtiniai vainikėliai skirti gręžti vidutinio kietumo uolienas, turinčias mažą abrazyvumą. Jie aprūpinti aštuonkampio arba kvadratinio skerspjūvio pjovikliais. Išdėsčius pjoviklius skirtingame aukštyje, pasiekiamas laiptuotas dugnas, kurio privalumai buvo išdėstyti aukščiau.

Briaunoti vainikėliai skirti gręžti kietas uolienas, turinčias vidutinį abrazyvumą. Šių vainikėlių pjovikliai sudaryti iš plieninio cilindrinio arba prizminio strypo su kietlydinio įdėklu. Be to, net ir susidėvėjus vainikėliui, jo darbo efektyvumas nemažėja.
Vainikėliai su deimantiniais pjovikliais skirti gręžti uolines ir pusiau uolines uolienas, turinčias didelį abrazyvumą.

Briaunų skaičių lemia vainikėlio konstrukcija ir jo skersmuo – jų gali būti nuo trijų iki šešių. Uolienų ardymo proceso pagreitinti galima perkėlus briaunas aukštyn vainikėlio galo atžvilgiu. Taip užtikrinamas laiptuotas dugnas ir palengvinamas plovimo skysčio praėjimas.
Vamzdžiai gręžinio kamienui apkalti
Tiek koloniniai, tiek apvalkaliniai plieniniai vamzdžiai gaminami pagal GOST 51682-2000. Geologiniuose tyrinėjimuose ir inžinerinėje geologijoje jie naudojami siekiant išvengti grunto griūties į dugną, o tai neleistų suprasti, kokiame gylyje vienas geologinis sluoksnis keičia kitą.
Įrengiant vandens paėmimo gręžinius, apvalkaliniai vamzdžiai formuoja gręžinio sieneles. Į iš jų surinktą apvalkalo koloną panardinamas dar vienas, eksploatacinis, vamzdžių stulpas. Šiuo metu jis dažniausiai surenkamas iš plastiko. Eksploatacinis stulpas aprūpinamas filtru, skirtu sulaikyti smėlio grūdelius ir smulkų žvyrą siurbimo metu.
Didžiausią paplitimą turi apvalkalų vamzdžiai su nipliniu sujungimu. Šie vamzdžiai viename gale turi vidinį sriegį, o kitame – išorinį. Iš srieginių vamzdžių surinkta išgavimo šachta surenkama itin paprastai ir greitai.

Yra apvalkalų vamzdžių, skirtų suvirinimo jungtims. Privačiame sektoriuje jie nenaudojami dėl sudėtingo kolonos surinkimo proceso.
Tiek apvalkalų, tiek šerdiniai vamzdžiai gaminami iš 45 klasės plieno su stiprumo grupe „K". Siekiant padidinti atsparumą paviršiniam dilimui, vamzdžių galai grūdinami. Priklausomai nuo naudojamos gręžimo įrangos ir panardinamojo siurblio skersmens, privačių vandens paėmimo šachtų įrenginiuose naudojami 100–200 mm skersmens vamzdžiai.
Kolonninio gręžimo etapai
Prieš pradedant darbus, būtina išstudijuoti kadastro planą ir paruošti darbo paviršių. Reikia užtikrinti netrukdomą privažiavimą prie gręžimo vietos tiek pačiai gręžimo mašinai, tiek mašinai su plovimo skysčiu.
Kitas žingsnis – iškasti duobę, kurios tūris ne mažesnis kaip 2 kub. m – tai leis išvengti papildomo rezervuaro naudojimo. Duobė skirta gruntiniam vandeniui ir panaudotam plovimo skysčiui nuleisti. Norint sumontuoti pagrindinę šachtos dalį, reikia pramušti gruntą.
Toliau atliekamas pasirinktos karūnėlės sujungimas su gręžimo šerdiniu vamzdžiu ir apvalkalų vamzdžių parinkimas, kurie gilėjant bus prailginami. Įrenginį reikia patikimai pritvirtinti, po to paleidžiama gręžimo mašina.

Gilėjant ir prisipildant šerdiniam grąžtui, jis periodiškai pakeliamas į dienos paviršių ir išvalomas nuo gręžimo metu įrankio užgriebto grunto. Po to, išvalytas nuo kerno, grąžtas vėl gali būti panardinamas į gręžinio angą gręžimui tęsti.
Norint pakelti aukštyn gręžimo vamzdžių koloną, sudarytą iš šerdinio įtaiso ir strypų, ji išardoma. Tai yra, nuosekliai atskiriamas strypas po strypo, kol iš šachtos ištraukiamas šerdinis vamzdis.
Optimalus variantas privatiems asmenims vystyti gręžinį yra koloninis gręžimas su plovimu. Tokiu atveju nereikia imti jokių mėginių. Svarbiausia greitai suformuoti kamieną ir išvalyti jį nuo šlako. Kartu atliekamas ruošimas eksploatacijai.
Plovimui galite naudoti bet kokį vandenį, puikiai tiks iš gretimo tvenkinio ar upelio. Gręžti galima ir sausai, jei gręžiamas smėlio gręžinys. Paprastai tokiu atveju pakanka poros kibirų vandens kaip gręžimo tirpalo tik aušinant įrankį dugne.

Dirbant puriuose mažai drėgnuose smėliuose, skylės sienelėms sustiprinti į darbinį tirpalą rekomenduojama įpilti skysto stiklo arba molio masės. Bet kuriuo atveju, grąžtui kertant horizontą su nestabilia struktūra, gręžinio sienelių stiprinimas apvalkaliniais vamzdžiais yra pagrįstas.
Proceso technologiniai ypatumai
Gilėjimo proceso metu galima reguliuoti grąžto sukimosi dažnį. Reikia pažymėti, kad nuosėdinių uolienų sluoksnius grąžtas lengvai įveikia mažais apsisukimais. Tačiau kertant pamatinių uolienų sluoksnius, reikia padidinti sukimosi dažnį. Taikant koloninį gręžimo būdą, galima kirsti įvairios sudėties ir bet kokio kietumo sluoksnius.
Reikia atsižvelgti į tai, kad gręžimo įrenginys turi būti pastatytas ant paruoštos išlygintos horizontalios aikštelės. Praėjimo kampą galima reguliuoti, jei gręžiamos skylės skersmuo neviršija 1 metro. Tada vertikalumas palaikomas apvalkalų kolona.
Apvalkalinius vamzdžius galima naudoti pakartotinai, jei iš karto po praėjimo jie ištraukiami iš išvystos. Koloninė truba – daugkartinio naudojimo įrankis, ko negalima pasakyti apie karūnėles. Gręžiant nuosėdiniuose horizontuose, jų reikia mažiausiai dviejų, o kartais ir daugiau. Statant gręžinį ant kalkakmenio, neįmanoma tiksliai numatyti susidėvėjusių karūnėlių skaičiaus.

Gręžimo įrenginį galima montuoti ant automobilinės technikos su dideliu keliamumu arba ant vikšrinės specialiosios technikos, jei darbai atliekami sudėtingo reljefo sąlygomis. Lengvesnę mobilią techniką galima naudoti gręžiant koloniniu būdu vandens gręžinius.
Kolonninio metodo privalumai ir trūkumai
Dėl taškinio vainikėlio veikimo per jo spindulį užtikrinamas tikslus išpjovimas ir vientisos šerdies iškelimas į paviršių. Technologija taikoma gręžiant uolienas iki XII kategorijos, galima dirbti tiek vertikaliai, tiek kampu.
Vienu svarbiausių kolonkinio metodo rodiklių laikomas didelis našumas ir gręžimo greitis.
Be to, galima išskirti šiuos privalumus:
- Gręžimo apimtis naudojant plovimo skystį arba techninį vandenį sudaro 85 %;
- Į darbinį tirpalą įvedus aktyvių emulsijų, galima išlaikyti gręžinio sieneles pradinės būklės;
- Dėl ašinių apkrovų sumažėjimo, kadangi uoliena nėra sunaikinama ištisai, pasiekiamas energijos sąnaudų sumažėjimas.
- Metodas leidžia dirbti su bet kokiomis uolienomis, įskaitant bazaltines ir granitines.
- Naudojant surenkamą mobilųjį staklę, galima atlikti darbus sunkiai pasiekiamose vietose.
Kartu su privalumais, kolonkinis gręžinių gręžimas taip pat turi ir savo trūkumų:
- Dirbant sutrūkinėjusiose uolienose dažnai atsiranda šerdies užstrigimas, dėl ko reikia ištraukti vamzdį jai išmušti.
- Kietų uolienų kirtimo metu dėl perkaitimo ir prilipimo vainikėlis greitai atšipsta. Norint to išvengti, reikia naudoti aušinimo skystį ir mažinti padavimo greitį. Dėl to mažėja gręžimo greitis.
- Mažas gręžimo skerspjūvis (iki 200 mm) neleidžia naudoti galingų panardintų siurblių.
Rengiant vandens gręžinius, jei naudojamas molio tirpalas atidengiant sluoksnį, didelė vandeningojo sluoksnio uždumblėjimo tikimybė.
Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema
1 vaizdo įrašas. Pradinis gręžinio gręžimo kolonkinu būdu etapas:
2 vaizdo įrašas. Kolonkinis gręžinio gręžimas granitinėje uolienoje:
Prieš pradedant kolonkinio gręžimo darbus, turi būti atliktas ekonominis skaičiavimas. Saugos normų ir įrangos eksploatavimo taisyklių laikymasis iki minimumo sumažina jos gedimo riziką, taip užtikrinant didelį darbo efektyvumą, gręžimo greitį ir ekonominių sąnaudų mažėjimą.
Norite pasidalinti tik Jums žinomomis kolonkinės technologijos subtilybėmis? Turite naudingos informacijos straipsnio tema? Rašykite, prašau, komentarus žemiau esančiame bloko formoje, užduokite klausimus ir skelbkite nuotraukas straipsnio tema.
