Kaevude kolonnpuurimine: tehnoloogia ja tööde läbiviimise nüansid

Üks produktiivsemaid ja ökonoomsemaid meetodeid kaevanduste moodustamiseks on kolonnpuurimine. Seda kasutatakse maardlate uuringutel ja insenerigeoloogias. Pealegi on see kõige lihtsam ja kiireim viis juurdepääsu saamiseks põhjaveele veevarustuse korraldamiseks.

Kõik kolonnpuurimise eripärast, selle rakendamiseks vajalikust tööriistast ja kasutusomadustest saate teada meie pakutud artiklist.

Kolonnpuurimise kasutusvaldkond

Kolonnpuurimine – meetod, mis võimaldab suurima täpsusega määrata pinnasekihtide katuse ja talla sügavust, samuti põhjaveepeegli sügavust.

Kolonnpuurimistehnoloogiat kasutatakse laialdaselt järgmistes valdkondades:

• Veevarustus tööstus- ja erasektoris. Puuraukude puurimine eraomanduses oleva veevarustuse jaoks, tervete külade või linnakvartalite veehaarete korraldamine toimib tõhusalt kolonnpuurimisega, kuna puur tungib kergesti suurtele sügavustele. Kolonnkese suudab tõsta peaaegu igasugust purustatud kivimit, välja arvatud veega küllastunud ja kobedad sidumata pinnased (liivad, kruus, veeris);
• Geoloogiline uuring mäetööstuses. Kivimi läbimisel toimub punktmõju pinnasele piki pöörlemisraadiust. Teisisõnu, torukujulise konstruktsiooniga kese puurib tervikliku kivimimassiivi, rikkumata nende struktuuri ja seisundit.
• Ehitus. Insenerigeoloogiliste uuringute läbiviimine pinnaste füüsikalis-mehaaniliste omaduste, kivimite seisundi uurimiseks. Kolonnpuurimistehnoloogia võimaldab suure täpsusega tuvastada põhjavee tase ja võtta veeproove nende agressiivsuse uurimiseks betooni suhtes.

Kolonnpuurimise käigus eraldatakse puursüdamik – pinnase või külgnevate pinnasekihtide sammas. Puursüdamikku iseloomustab terviklik looduslik struktuur, mis tagab uuritava kivimi igakülgse analüüsi. Kolontoruga puurimine võimaldab suurima täpsusega määrata kivimi lasumise sügavust uurimise eesmärgil.

Kolonktrellimine tagab eraldatava südamiku terviklikkuse, mis soodustab kivimi kvaliteetset uurimist. Samal ajal teostatakse kõige kvaliteetsemat puuraugu puhastust purustatud kivimist.

Kolonktrelli kasutamine ehituses hõlbustab ja kiirendab protsesse oluliselt. Kolonktrelliga ettevalmistatud avasse lüüakse kergesti vai või paigaldatakse valmis raudbetoonkonstruktsioon. Kolonktrellimine võimaldab luua silindrilisi avasid tellis- ja betoonkonstruktsioonides.

Tööde tehnoloogia ja seadmed

Kolonktrelli kasutamiseks on teada kaks meetodit: töö vedeliku etteandmisega puurauku või kuivalt, st ilma puurimislahuseta.

Puurimist ilma puurimislahuseta kasutatakse juhul, kui sidumata pinnased on immutatud loodusliku niiskusega piisavas koguses läbimiseks ja eraldamiseks. Vett ei anta ka kaeveavasse läbimisel voolavplastsete, pehmeplastsete ja tugevplastsete liivsavide/savide, kõvade ja plastsete liivmuldade korral.

Vedelikku kasutatakse kohustuslikult kivimite ja poolkivimite puurimisel. Vee puudumisel toimub süvenemine sel juhul oluliselt aeglasemalt. Lisaks suureneb märkimisväärselt otsaku enneaegse rikke tõenäosus, mistõttu kuivpuurimist peetakse kulukamaks.

Kolonktrellimise tehnoloogia pesuga võimaldab mitte ainult pikendada tööseadmete kasutusiga, vaid ka kõige kiiremal ja vähima töömahukusega viisil vabastada puurauk purustatud kivimist.

Puurimislahusega puurimisel suureneb süvenemise kiirus oluliselt. Kõige sagedamini kasutatakse seda meetodit märkimisväärse sügavusega puuraukude puurimisel. See võimaldab teha töid lühima ajaga minimaalse otsaku kahjustamise riskiga.

Vett kõrge rõhu all antakse puurauku ka kaevetööde ajal kobedates sidumata pinnastes, kui südamiku võtmine ei ole ülesandeks. Veejoaga lihtsalt pestakse puurauku, vabastades kaeveava purustatud pinnasest.

Kolonnmeetodi põhimõte

Põhielemendiks kolonktrellimisel on purustav lõikeosa, mis on paigaldatud kolonktoru tallale. Seda nimetatakse otsakuks. Kivimite läbimiseks kasutatakse spetsiaalseid otsakuid, mis on varustatud teemantlõikuritega.

Otsakud – vahetatavad lõikeelemendid, mis kruvitakse kolonktoru alumisele servale. Puurimise käigus tuleb neid vahetada mitu korda.

Just teemantkroon tagab praktiliselt takistamatu puuri läbimise sügavale veehaardekaevanduste lubjakivise läbimisel. See tähendab, et puurkaevude rajamisel, mis on süvistatud aluspõhjakivimitesse, mille lõhedes on sajanditepikkuse kondenseerumise tulemusena tekkinud kõige puhtama põhjavee varud.

Puurikroone vahetatakse kõige lihtsamal viisil – eemaldatakse kulunud detail ja keeratakse kollektortoru külge uus kroon.

Kivimit lõigatakse suurtel pööretel pöörleva krooni abil. Puuri pöörlemiskiirust saab reguleerida sõltuvalt töödeldava pinnase tihedusest. Kroon “lõikab” pinnase välja ainult omamoodi silindri servast, mille keskosa surutakse kollektortorusse.

Kerni eemaldamiseks tõstetakse puurimiskomplekt pinnale. Sellest kinni jäänud pinnas puhutakse sõna otseses mõttes kollektorpuurist välja õhuvooluga, mis suunatakse toru ülemisse ossa. Väljapuhumise protsessi kiirendatakse, koputades puurimiskomplekti kelguga.

Kollektorburimisel lükatakse puuritud koonusekujuline kivimisegment kollektortorusse. Selle eemaldamiseks võetakse kollektorkomplekt tüvest välja, võttes lahti puurvarraste kolonni. Kern puhutakse ja koputatakse torust välja.

Kollektorpurud on tugevate kivimite läbimisel tootlikumad kui maatriks- ja rattateradega otsikud. Seda põhjustab puuri suur pöörlemiskiirus, mille tõttu väheneb rakendatavate jõupingutuste määr arendustöödel.

Lisaks hävitavad otsikud täielikult kivimi, mida tuleb “ammutada” vinnaga või anda vett survega põhja pesemiseks. Tegelikult tuleb kaks või isegi kolm korda läbida sama lõik: kõigepealt hävitada, seejärel puhastada. Kollektortehnoloogia võimaldab läbida ja puhastada põhja ühe korraga.

Puurmasinad ja puurimisseadmed

Masina või puurimisseadme valiku määrab puuraugu otstarve ja selle läbimõõt. Kollektorburimise meetodi populaarsus põhjustab puurimisseadmete ja masinate tootmist üle kogu maailma. Rasked traktorid, veoautod ja maastikusõidukid sobivad seadmetele, mis on ette nähtud uuringupuurimiseks.

Raskete roomiktraktorite kasutamine võimaldab teha kollektorburimistöid piirkondades, kus on teedeta alad, pealiskaudne soostumine, ebastabiilne reljeef.

Kõige sagedamini paigaldatakse puurimisseadmed klassikalistele automarkidele MAZ, KAMAZ, Ural. Siiski on võimalusi paigaldada ka kergematele tehnikavahenditele, mida kasutatakse vee kaevude puurimiseks eramajades.

Käsitsi pöörlevpuurimisel asendab kolonktoru selle ajalooline eelkäija – klaas. See kest kujutab endast lühendatud versiooni kolonktorust, millel on terav serv tallal. Klaas keeratakse käsitsi või mootorpuuriga maasse ja tõstetakse pinnale kõik, mis sinna on kogunenud.

Käsipuurimise mehhaniseerimiseks madalate kaevude ja aedade ning elektriliinide postide paigaldamiseks mõeldud aukude vormimiseks kasutatakse bensiini- ja elektrimootoreid. Need annavad pöörleva liikumise kruvile või kolonktorule.

Seadmed puuraukude läbimiseks ja varustamiseks

Kolonktpuurimise teostamisel on vajalikud seadmed, mis võimaldavad teha töid sügavusel, arendada ja eraldada väga erinevaid kivimitüüpe. Tööde tegemisel peab olema tagatud perioodiline pinnale tõstmine puuriga purustatud materjalist.

Tavaline puurimistööriistade komplekt

Kvaliteetse töö tegemiseks on vaja:

• Kolonktpuurid. Neid kasutatakse nii horisontaalseks puurimiseks kui ka vertikaalsete kaevanduste läbistamiseks. Standardsete kolonktorude abil on võimalik puurida kuni 45-kraadise nurga all. Õhukeseseinalisi kolonktpuure saab kasutada üksnes horisontaalseks kaevikuvabaks puurimiseks kommunikatsioonide paigaldamisel.
• Puurikroonid. Need on kivimit lõhkuvad instrumendid, millega varustatakse kolonktoru, et hõlbustada südamiku väljalõikamist kivimis. Sette- ja sidusate ning mittesidusate pinnaste puurimiseks kasutatakse messingist puurikroone. Kõvakivimite läbistamiseks, aukude tegemiseks betoonis, asfaltis, telliskiviseinas toodetakse kõvasulamist puurikroone teemantlõikuritega.
• Terased manteltorud. Need on vajalikud puuraugu tüve moodustamiseks, mis toimub samaaegselt selle süvendamisega. Nende läbimõõt võrdub puuraugu läbimõõduga. Veevõtu manteldus valitakse eelnevalt, lähtudes kolonktoru ja pumba läbimõõdust, mida kavatsetakse kaevus kasutada.
• Puurvardad. Need on omavahel keeratavad kitsad torud. Neid kasutatakse puurimiskolonna pikendamiseks. Lihtsamalt öeldes keeratakse need üksteise järel kolonktoru otsa, et sellele saaks edastada pöörlevat liikumist sügavusel, mis ületab puuri kõrgust. Kolonktoru kõrgus + puurvardakolonna kõrgus = kaevanduse sügavus.
• Adapterid. Need on vajalikud erineva läbimõõduga keermestatud ühenduste ühendamiseks, mis esinevad puurvarrastel, pöörajatel, pesumuhvidel ja muudel komponentidel.
• Loputuskorgid ja tihendid. Nende abil tagatakse purustatud pinnase tõstmine pinnale, kui puudub vajadus tervikliku puursüdamiku võtmiseks. Sel juhul suunatakse puuraugu põhja vett, mis rõhu all välja uhub purustatud pinnase maapinnale.
• Meiseld. Neid kasutatakse puuraugu süvendamiseks raskemini läbitavates kohtades kui kolvpuuriga. Meisli kasutamisel minnakse mõnikord pöördpuurimiselt üle löök-trosspuurimisele.

Esitatud tööriist on standardne komplekt kolvpuurimise tehnoloogiaga puurimise läbiviimiseks. Üksikutel juhtudel, sõltuvalt arenduse keerukusest, võib vaja minna täiendavaid tööriistu ja seadmeid.

Töö süvendamisel keeratakse kolvtoru tippu järjestikku puurvarrastest kolonn. Kolvisööstu pinnale toomiseks keeratakse kolonn varras varda haaval lahti.

Kolontoru konstruktsiooni eripärad

Konstruktsiooni iseärasus sööstul kolvpuurimisel on tingitud puursüdamiku terviklikkuse maksimaalsest säilitamisest ja seisneb rõngakujulises paiknemises ümber vaba läbipääsu. Üheks olulisemaks tunnuseks peetakse puursüdamiku saagistegurit. See määratakse puursüdamiku läbimõõdu ja tööriista välisläbimõõdu suhtena.

Kolvpuurimise tööriist on standardiseeritud, erineb peamiselt ainult läbimõõdu poolest. Konstruktsioonitunnuste järgi klassifitseeritakse kolvtorusid ühekordseteks ja kahekordseteks. Ühekordsed sööstud, mis on ette nähtud tööks tavalistes geoloogilistes tingimustes, sobivad suurepäraselt veevõtukaevude arendamiseks.

Kahekordset tööriista mittepöörleva sisetoruga kasutatakse ainult geoloogilises luures. Seda on vaja kivimiproovide võtmiseks, mis kergesti hävivad väga erinevate tegurite toimel. See võimaldab võtta proovi loomulikus lasundis, loodusliku protsentuaalse maavarade ja tühjakivimi sisaldusega.

Proovide võtmisel insener-geoloogilisteks uuringuteks, geoloogilises luures ja aukude puurimisel elektriliinide tugede paigaldamiseks kasutatakse ühekordset kolvtoru.

Kõik kolvtorud on ette nähtud läbipuhke, puurimislahuse puuraugu põhja andmise ja kaevu loputuse jaoks. Nende tipp on varustatud tehnoloogilise avaga, mille kaudu toimub vee või õhuvoolu surumine.

Puuri lõikeosa eripära

Iga kroon on esitatud rõngana, mille ülaosas on keere, mis on vajalik kolvtoru külge kinnitamiseks, ja lõikuritega, mis asuvad alumisel otsal. Lõikurid võivad olla tervikvalatud või selle lõikemetalldetaili külge keevitatud.

Kolvpuurimisel kasutatakse järgmisi kroone:

• Kõvasulamist – peenlõikuritega, ribilised.
• Teemant – impregneeritud ja peenteemantsed.

Kõvasulamist lõikeelemendid on ette nähtud “pehmete” pinnaste puurimiseks. Nende abil puuritakse kõiki savipinnaseid, olenemata nende konsistentsist, poolkivimipinnaseid, vähese ja mõõduka niiskusega tiheda ja keskmise tihedusega liivasid. Liivakivide ja merglite läbimiseks kasutatakse volfram-koobaltlõikuritega kroone.

Peenlõikuriga kroonid on ette nähtud keskmise kõvadusega ja väikese abrasiivsusega kivimite puurimiseks. Need on varustatud kaheksa- või nelinurkse ristlõikega lõikuritega. Lõikurite paigutamisega erinevale kõrgusele saavutatakse astmeline põhi, mille eeliseid on eespool kirjeldatud.

Ribikroonide abil parandatakse pesuvedeliku tsirkulatsiooni puuraugu läbimõõdu laienemise tõttu.

Ribilised kroonid on ette nähtud kõvade keskmise abrasiivsusega kivimite puurimiseks. Selliste kroonide lõikurid koosnevad terasest silindrilisest või prismalisest vardast kõvasulamist sisetükiga. Samas isegi krooni kulumise korral ei vähene selle töö efektiivsus.

Teemantlõikuritega kroonid on ette nähtud kõrge abrasiivsusega kivim- ja poolkivimpinnaste puurimiseks.

Tugevuse suurendamiseks ja abrasiivsete omaduste parandamiseks pressitakse selle valumassiivi tootmise käigus sisse tehnilised teemandid. Viimasel ajal asendatakse looduslikud kristallid sageli tehiskristallidega.

Ribide arv sõltub krooni konstruktsioonist ja selle läbimõõdust – neid võib olla kolm kuni kuus. Kivimi purustamise protsessi kiirendamist on võimalik saavutada ribide nihutamisega ülespoole krooni otsapinna suhtes. Nii tagatakse astmeline põhi ja hõlbustatakse pesuvedeliku läbipääsu.

Torud puuraugu tüve manteldamiseks

Nii südamik- kui ka manteltorud valmistatakse vastavalt GOST 51682-2000. Geoloogilistes uuringutes ja insenerigeoloogias kasutatakse neid pinnase vajumise vältimiseks puuraugu põhja, mis ei võimaldaks aru saada, millisel sügavusel üks geoloogiline kiht asendub teisega.

Veevõtukohtade rajamisel moodustavad manteltorud puuraugu seinad. Nendest kokkupandud mantelkolonnile lastakse alla veel üks, tootmiskolonn. Praegu monteeritakse see enamasti plastist. Tootmiskolonn varustatakse filtriga, mis hoiab kinni liivateri ja peenkruusa pumbamise ajal.

Suurima leviku on saavutanud manteltorud niplühendusega. Torudel on ühel küljel sisekeere ja teisel – väliskeere. Keermestatud torudest kaevu tüvi monteeritakse äärmiselt lihtsalt ja kiiresti.

Nii südamiku- kui ka manteltorud on varustatud keermega: ühel otsal välimine, teisel sisemine. See võimaldab kiiresti ja lihtsalt mantelkolonni kokku panna. Keermete mõõtmed on ühtlustatud – iga manteltoru võib toimida südamikutoruna, piisab kui kinnitada sellele otsak ja ülemine osa.

On olemas manteltorud, mis on mõeldud keevitatud ühenduste jaoks. Eramajandussektoris neid ei kasutata kolonni kokkupaneku töömahuka protsessi tõttu.

Nii mantel- kui ka südamikutorud valmistatakse terasest mark 45 tugevusgrupiga «K». Pindkulumiskindluse suurendamiseks karastatakse torude otsad. Sõltuvalt kasutatavast puurimisseadmest ja sukelpumba läbimõõdust kasutatakse era veevõtukaevude ehituses torusid läbimõõduga 100 kuni 200 mm.

Kolonnpuurimise etapid

Enne tööde alustamist tuleb uurida katastriplaani ja ette valmistada tööpind. Tuleb tagada takistamatu juurdepääs puurimiskohale nii puurimisseadmele kui ka pesuvedelikuga autole.

Järgmise sammuna kaevatakse auk mahuga vähemalt 2 kuupmeetrit – see väldib vajadust kasutada täiendavat mahutit. Auk on ette nähtud põhjavee ja kasutatud pesuvedeliku ärajuhtimiseks. Põhiosa tüve paigaldamiseks tuleb pinnas läbi lüüa.

Järgnevalt ühendatakse valitud otsak puurimissüdamikutoruga ja valitakse manteltorud, mida süvenemise käigus pikendatakse. Seade tuleb kindlalt kinnitada, seejärel käivitatakse puurimismasin.

Südamikutehnoloogia põhja pesemisega veega võimaldab kõige lihtsamal ja operatiivsemal viisil vabastada kaevu tüvi purustatud kivimist.

Süvenemise ja südamikupuri täitumise käigus tõstetakse seda perioodiliselt maapinnale ja puhastatakse puurimise käigus tööriista haaratud pinnasest. Pärast seda saab kerrnist vabanenud purri uuesti puurauku sukeldada, et jätkata puurimist.

Üles tõstmiseks võetakse lahti puurimistorude kolonn, mis koosneb südamikuseadmest ja lattidest. See tähendab, et eraldatakse järjest lati lati järel, kuni südamikutoru tüvest kätte saadakse.

Optimaalseks võimaluseks eramajapidajatele kaevu rajamisel peetakse kolonnpuurimist, millega kaasneb läbipesu. Sel juhul ei ole vaja proove võtta. Peamine on kiiresti moodustada tüvi ja puhastada see setetest. Samal ajal teostatakse kaevanduse ettevalmistus eelseisvaks kasutuseks.

Pesemiseks võib kasutada mis tahes vett, sobib ka naabruses asuvast tiigist või jõest. Puurimist võib teha ka kuivalt, kui rajatakse liivakaevu. Tavaliselt piisab sel juhul vaid paarist ämbritäiest veest puurimislahusena, et jahutada rakmeid põhjas.

Kolonnpuurimistehnoloogia abil puuritakse avasid betoon- ja raudbetoonkonstruktsioonidesse, vundamentidesse ja tellisseintesse.

Töötades lahtistes vähese niiskusega liivades, on augu seinte tugevdamiseks töölahusesse soovitatav lisada vedelat klaasi või savimassi. Igal juhul, kui puur läbib ebastabiilse struktuuriga horisonti, on põhjendatud kaevu seinte tugevdamine manteltorudega.

Protsessi tehnoloogilised eripärad

Süvenemise käigus on võimalik reguleerida puuri pöörlemiskiirust. Tuleb märkida, et setteliste kivimite kihte läbistab puur kergesti madalatel pööretel. Põhiliste kivimite läbimisel on aga vaja pöörlemiskiirust suurendada. Kolonnpuurimismeetodi puhul saab läbida erineva koostise ja mis tahes kõvadusega kihte.

Tuleb arvestada asjaoluga, et puurimisseade peab asuma ettevalmistatud tasasel horisontaalsel platvormil. Läbistamise nurka saab reguleerida juhul, kui kaevatava ava läbimõõt ei ületa 1 meetrit. Seejärel säilitatakse kaevu vertikaalsus mantelkolonniga.

Manteltorusid saab korduvalt kasutada, kui need kohe pärast läbistamist kaevandusest eemaldada. Kolonntoru – mitmekordselt kasutatav rakmed, mida ei saa öelda kroonide kohta. Settelises horisondis puurimiseks on neid vaja vähemalt kaks või isegi rohkem. Lubjakivi kaevu rajamisel on kulunud kroonide arvu täpselt võimatu ennustada.

Teemantkrooni tööea pikendamiseks pärast selle paigaldamist või vahetust tuleb kaevu põhja töödelda meiseliga. See meede suurendab oluliselt läbistamiskiirust.

Puurimisseadet saab monteerida suure kandevõimega autotehnikale või roomik- eritehnikale, kui töid teostatakse keerulises reljeefis. Kergemat mobiilset tehnikat saab kasutada kolonnpuurimisel veekaevude rajamisel.

Kolonnmeetodi eelised ja puudused

Tänu krooni punkttoimele oma raadiuses tagatakse täpne lõikamine ja tervikliku südamiku pinnale toomine. Tehnoloogia on rakendatav kuni XII kategooria kivimite puurimisel, töötada saab nii risti kui ka nurga all.

Üheks olulisemaks näitajaks kolonnpuurimismeetodi puhul peetakse kõrget tootlikkust ja puurimiskiirust.

Lisaks sellele võib esile tuua järgmised eelised:

• Puurimismaht pesuvedeliku või tehnilise vee kasutamise korral on 85%;
• Aktiivsete emulsioonide lisamine töölahusesse võimaldab hoida puuraugu seinad algses seisundis;
• Tänu telgkoormuste vähendamisele, kuna kivimit ei purustata pidevalt, saavutatakse energiakulude vähenemine.
• Meetod võimaldab töötada kõikide kivimitega, sealhulgas basalt- ja graniitkivimitega.
• Kokkupandava mobiilse masina kasutamisel on võimalik töid teostada raskesti ligipääsetavates kohtades.

Koos eelistega on kolonnpuurimisel ka oma puudused:

• Pragunenud kivimite puhul tekib sageli südamiku kinnikiilumine, mis toob kaasa vajaduse toru eemaldamiseks selle väljalöömiseks.
• Kõvade kivimite läbimisel muutub kroon ülekuumenemise ja kinnijäämise tõttu kiiresti nüriks. Selle vältimiseks tuleb kasutada jahutusvedelikku ja vähendada ettenihke kiirust. Selle tulemusena väheneb puurimiskiirus.
• Väike puurimisläbimõõt (kuni 200 mm) ei võimalda kasutada võimsaid sukelpumpasid.

Vee puuraukude rajamisel savilahuse kasutamisel kihi avamisel on suur tõenäosus veekihi mudastumiseks.

Järeldused ja kasulik video teemal

Video 1. Puuraugu kolonnmeetodil puurimise algfaas:

Video 2. Puuraugu kolonnpuurimine graniitkivimis:

Kolonnpuurimistööde alustamisele peab eelnema majanduslik arvutus. Ohutusnormide ja seadmete kasutusreeglite järgimine vähendab nende rikke riski miinimumini, tagades seeläbi kõrge tööefektiivsuse, puurimiskiiruse ja majanduskulude vähenemise.

Kas soovite jagada kolonntehnoloogia peensusi, mis on teada ainult Teile? Kas Teil on kasulikku teavet artikli teema kohta? Palun kirjutage kommentaarid allolevasse blokivormi, esitage küsimusi ja avaldage artikli teemal fotosid.