Kolonsko bušenje bušotina: tehnologija i nijanse izvođenja radova

Jedan od najproduktivnijih i najekonomičnijih metoda oblikovanja rudarskih iskopa je jezgreno bušenje bušotina. Koristi se u istraživanju ležišta i inženjerskoj geologiji. Osim toga, to je najjednostavniji i najbrži način dobivanja pristupa podzemnim vodama za organizaciju vodoopskrbe.

Sve o specifičnostima jezgrenog bušenja, alatu potrebnom za njegovu provedbu i značajkama primjene saznat ćete iz članka koji vam nudimo.

Područje primjene jezgrenog bušenja

Jezgreno bušenje – metoda koja omogućuje s najvećom točnošću određivanje dubine položaja krova i podnožja slojeva tla, kao i dubinske oznake razine podzemnih voda.

Jezgrena bušaća tehnologija široko se primjenjuje u sljedećim granama:

• Vodoopskrba u industrijskoj i privatnoj sferi. Bušenje bušotina za privatno vodoopskrbu, organizacija zahvata vode za cijela naselja ili gradske četvrti učinkovito se izvodi jezgrenim bušenjem zahvaljujući činjenici da bušilica lako prodire na velike dubine. Jezgreni pribor sposoban je izdići gotovo svaku razorenu stijenu osim vodom zasićenih i rastresitih nevezanih tala (pijeska, šljunka, oblutaka);
• Geološka istraživanja u rudarskoj industriji. Pri prolasku kroz stijenu dolazi do točkastog djelovanja na tlo po radijusu rotacije. Drugim riječima, priborom koji konstrukcijski podsjeća na cijev izbuši se cjeloviti masiv stijena bez narušavanja njihove strukture i stanja.
• Građevinarstvo. Provođenje inženjersko-geoloških istraživanja radi proučavanja fizikalno-mehaničkih svojstava tla, stanja stijena. Jezgrena tehnologija pruža mogućnost s velikom točnošću utvrditi razinu podzemnih voda i uzeti uzorke vode za ispitivanje njihove agresivnosti u odnosu na beton.

Tijekom jezgrenog bušenja vadi se jezgra – stupac tla ili susjednih slojeva tla. Jezgru karakterizira cjelovita prirodna struktura, što osigurava provođenje sveobuhvatne analize proučavane stijene. Bušenje jezgrenom cijevi omogućuje s najvećom točnošću odrediti dubinu ležišta stijene u svrhu proučavanja.

Kolonsko bušenje bušotina osigurava cjelovitost izvađene jezgre, što doprinosi kvalitetnom proučavanju stijene. Istovremeno se vrši najkvalitetnije čišćenje dna bušotine od razorene stijene.

Korištenje kolonskog svrdla u građevinarstvu znatno olakšava i ubrzava procese. U pripremljenu rupu kolonskim svrdlom lako se zabija pilot ili montira gotova armiranobetonska konstrukcija. Kolonsko bušenje omogućuje stvaranje cilindričnih otvora u zidanim i betonskim konstrukcijama.

Tehnologija izvođenja radova i oprema

Poznate su dvije metode korištenja kolonskog svrdla: rad s dovodom tekućine na dno bušotine ili na suho, odnosno bez isplake.

Bušenje bez upotrebe isplake primjenjuje se u slučaju ako su nevezana tla natopljena prirodnom vlagom u dovoljnoj količini za prohodnost i vađenje. Voda se također ne dovodi u okno bušotine pri prolasku kroz tekuće-plastične, meko-plastične i kruto-plastične ilovače/gline, čvrste i plastične pjeskovite ilovače.

Tekućina se obvezno primjenjuje pri bušenju stijenskih i polustijenskih stijena. U nedostatku vode u tom slučaju produbljivanje se odvija znatno sporije. Osim toga, znatno raste vjerojatnost preranog kvara krune, zbog čega se bušenje na suho smatra skupljim.

Tehnologija kolonskog bušenja bušotine s ispiranjem omogućuje ne samo produljenje vijeka trajanja radne opreme, već i najbrži i najmanje zahtjevan način oslobađanja dna bušotine od razorene stijene.

Bušenjem s isplakom brzina produbljivanja znatno raste. Najčešće se ova metoda primjenjuje pri bušenju bušotina značajne dubine. To omogućuje izvođenje radova u najkraćem roku uz minimalan rizik oštećenja krune.

Također, voda se pod visokim tlakom dovodi na dno bušotine tijekom izrade bušotine u rastresitim nevezanim tlima, ako vađenje jezgre nije zadatak. Mlazom vode u ovom slučaju jednostavno se ispire dno bušotine, oslobađajući okno bušotine od razorenog tla.

Načelo jezgrene metode

Glavni element pri kolonskom bušenju je razarajući rezački dio postavljen na dno kolonske cijevi. Naziva se krunom. Za prolazak kroz stijenske stijene koriste se posebne krune opremljene dijamantnim rezačima.

Krune – rezački zamjenjivi elementi koji se pričvršćuju na donji rub kolonske cijevi. Tijekom bušenja potrebno ih je mijenjati nekoliko puta.

Upravo dijamantna krunica osigurava gotovo nesmetani prolazak bušilice na veliku dubinu pri prolasku vodozahvatnih radova u vapnencu. To jest, pri razvoju bušotina koje su uvučene u temeljne stijene, u čijim su pukotinama stoljetnom kondenzacijom nastale zalihe najčišće podzemne vode.

Bušaće krunice mijenjaju se na najjednostavniji način – uklanja se istrošeni dio i na cijev za jezgro navija se nova krunica.

Stijena se reže pomoću krunice koja se okreće velikom brzinom. Brzina rotacije bušilice može se regulirati ovisno o gustoći tla koje se obrađuje. Krunica “izrezuje” tlo samo na rubu svojevrsnog cilindra, čiji se središnji dio utiskuje u cijev za jezgro.

Za vađenje jezgre bušaći se alat podiže na površinu. Zarobljeno tlo doslovno se ispuhuje iz bušilice mlazom zraka koji se uvodi u gornji dio cijevi. Proces ispuhivanja ubrzava se lupkanjem po alatu maljem.

Tijekom bušenja jezgrom, izbušeni konusni segment stijene potiskuje se u cijev za jezgro. Za njegovo vađenje, bušaći alat za jezgro vadi se iz bušotine rastavljanjem stupa bušaćih šipki. Jezgra se ispuhuje i izbija iz cijevi.

Bušilice za jezgru pri prolasku kroz čvrste stijene imaju veću produktivnost od matričnih i konusnih dleta. To je posljedica velike brzine rotacije bušilice, zbog čega se smanjuje stupanj primijenjene sile na razradu.

Osim toga, dleta potpuno uništavaju stijenu koju će trebati “izvaditi” pomoću izvlakača ili dovoditi vodu pod tlakom za ispiranje dna bušotine. U suštini, morat će se dva ili čak tri puta proći isti segment: prvo uništiti, zatim očistiti. Tehnologija jezgre omogućuje prolazak i čišćenje dna bušotine u jednom potezu.

Bušaći strojevi i postrojenja

Izbor stroja ili bušaće postrojbe određen je namjenom bušotine i njezinim promjerom. Popularnost metode bušenja jezgrom uvjetuje proizvodnju bušaćih postrojbi i strojeva diljem svijeta. Teški traktori, kamioni i terenska vozila prikladni su za postrojbe namijenjene istražnom bušenju.

Korištenje teških gusjeničnih traktora omogućuje izvođenje radova bušenja jezgrom u područjima s bezputjem, površinskim močvarenjem i nestabilnim reljefom.

Najčešće se bušaća oprema montira na klasična vozila marki MAZ, KAMAZ, Ural. Međutim, postoje i opcije montaže na lakšu tehniku, koja se koristi za bušenje vodenih bušotina u privatnoj gradnji.

Kod ručnog rotacijskog bušenja kolonsku cijev zamjenjuje njezin povijesni prethodnik – čaša. Ovaj alat predstavlja skraćenu verziju kolonske cijevi s oštrim rubom na dnu. Čaša se ručno ili upotrebom motobura uvija u zemlju i na površinu izvlači sve što se u nju nabijelo.

Za mehanizaciju ručnog bušenja plitkih bušotina i oblikovanja rupa za postavljanje ograda i stupova dalekovoda primjenjuju se benzinski i električni motori. Oni prenose rotacijsko gibanje na svrdlo ili kolonsku cijev.

Oprema za prodiranje i uređenje bušotina

Pri provedbi kolonskog bušenja potrebna je oprema koja omogućava rad na dubini, razradu i vađenje različitih vrsta stijena. Tijekom rada mora se osigurati povremeno podizanje na površinu materijala koji je razoren alatom.

Standardni set bušaćeg alata

Za kvalitetno izvođenje radova potrebno je:

• Kolonski alati. Primjenjuju se kako za horizontalno bušenje tako i za izradu vertikalnih iskopa. Pomoću standardnih kolonskih cijevi moguće je bušenje pod kutom do 45 stupnjeva. Tankostijeni kolonski alati mogu se koristiti isključivo za horizontalno bušenje bez rova pri polaganju komunalnih vodova.
• Krunice. To je alat za razbijanje stijena kojim se oprema kolonska cijev kako bi se olakšalo rezanje jezgre u stijeni. Za bušenje sedimentnih vezanih i nevezanih tla koriste se mjedene krunice. Za bušenje stijenskih masa, oblikovanje otvora u betonu, asfaltu, zidu od opeke proizvode se krunice od tvrdog metala s dijamantnim reznim elementima.
• Čelične zaštitne cijevi. Potrebne su za oblaganje iskopa – oblikovanje bušotinske cijevi, koje se izvodi istodobno s njezinim produbljivanjem. Njihov promjer jednak je promjeru bušotine. Oblaganje za zahvat vode odabire se unaprijed, s obzirom na promjer kolonske cijevi i crpke koja se planira koristiti u bušotini.
• Šipke. To su uske cijevi koje se međusobno spajaju vijcima. Koriste se za produljenje bušaće kolone. Jednostavnije rečeno, one se naizmjenično pričvršćuju na vrh kolonske cijevi kako bi se njoj moglo prenijeti rotacijsko gibanje na dubini većoj od visine alata. Visina kolonske cijevi + visina kolone bušaćih šipki = dubina iskopa.
• Priključci. Potrebni su za osiguranje spajanja navojnih spojeva različitih promjera koji se nalaze na bušaćim šipkama, okretačima, ispirnim brtvama i ostalim komponentama.
• Čepovi za ispiranje i brtve. Oni omogućuju podizanje razorenog tla na površinu ako nema potrebe za vađenjem cjelovite jezgre. U tom se slučaju na dno bušotine dovodi voda koja pod pritiskom ispire razoreno tlo na površinu.
• Dlijeta. Koriste se za produbljivanje otvora bušotine na najteže prohodnim mjestima za kolonsku bušilicu. Pri uporabi dlijeta ponekad se s rotacijskog bušenja prelazi na udarno-užetno.

Prikazani alat standardni je set za bušenje kolonskom tehnologijom. U pojedinim slučajevima, ovisno o složenosti razrade, mogu biti potrebni dodatni alati i oprema.

Pri produbljivanju iskopa na vrh kolonske cijevi uzastopno se pričvršćuje kolona bušaćih šipki. Za izvlačenje kolonskog pribora na površinu kolona se šipku po šipku odvrće.

Značajke konstrukcije jezgrene cijevi

Konstrukcijska značajka pribora pri kolonskom bušenju uvjetovana je maksimalnim očuvanjem cjelovitosti jezgre i sastoji se od prstenastog rasporeda oko slobodnog prolaza. Jednom od najvažnijih karakteristika smatra se koeficijent prikupljanja jezgre. Određuje se kao omjer promjera jezgre i vanjskog promjera alata.

Alat za kolonsko bušenje standardiziran je, razlikuje se uglavnom samo po promjeru. Prema konstrukcijskim obilježjima kolonske cijevi klasificiraju se na jednostruke i dvostruke. Jednostruki pribori, namijenjeni za rad u uobičajenim geološkim uvjetima, izvrsno su prikladni za razradu vodozahvatnih bušotina.

Dvostruki alat s ne rotirajućom unutarnjom cijevi koristi se samo u geološkim istraživanjima. Potreban je za vađenje uzoraka stijena koje se lako razaraju pod utjecajem različitih čimbenika. Omogućuje uzimanje uzorka u prirodnom sloju, s prirodnim postotnim udjelom korisnih minerala i jalovine.

U uzimanju uzoraka za inženjersko-geološka istraživanja, u geološkim istraživanjima i bušenju otvora za postavljanje stupova dalekovoda koristi se jednostruka kolonska cijev.

Sve kolonske cijevi predviđene su za primjenu pročišćavanja, dovođenja bušaće otopine na dno bušotine i ispiranje bušotine. Njihov je vrh opremljen tehnološkim otvorom kroz koji se vrši ubrizgavanje vode ili mlaza zraka.

Specifičnost reznog dijela pribora

Bilo koja krunica prikazana je u obliku prstena s navojem na vrhu, potrebnim za pričvršćivanje na kolonsku cijev, i reznim umetcima smještenim na donjem rubu. Rezni umetci mogu biti jednoliti ili zavareni na taj rezni metalni dio.

Pri kolonskom bušenju koriste se sljedeće krunice:

• Tvrdometalni – sitnorezni, rebrasti.
• Dijamantni – impregnirani i sitnodijamantni.

Tvrdometalni rezači namijenjeni su bušenju “mekih” tla. Pomoću njih provodi se bušenje svih vrsta glinastih stijena bilo koje konzistencije, polustijenskih stijena, te slabo vlažnih i vlažnih pijesaka gustog sloja i srednje gustoće. Za prolazak kroz pješčenjake i lapore koriste se krune s volfram-kobalt rezačima.

Sitnorezne krune namijenjene su bušenju stijena srednje tvrdoće male abrazivnosti. Opremljene su rezačima osmerokutnog ili kvadratnog presjeka. Postavljanjem rezača na različite visine također se postiže stepenasto dno bušotine, čije su prednosti navedene gore.

Pomoću rebrastih kruna osigurava se poboljšanje cirkulacije isplake zbog proširenja promjera bušotine.

Rebraste krune namijenjene su bušenju tvrdih stijena srednje abrazivnosti. Rezači takvih kruna sastoje se od čeličnog cilindričnog ili prizmatičnog štapića s umetkom od tvrdog metala. Pritom čak i u slučaju trošenja krune ne smanjuje se učinkovitost njezina rada.

Krune s dijamantnim rezačima namijenjene su bušenju stijenskih i polustijenskih stijena visoke abrazivnosti.

Radi povećanja čvrstoće i poboljšanja abrazivnih svojstava u njezinu lijevanu masu tijekom proizvodnje utiskuju se tehnički dijamanti. U posljednje vrijeme prirodni kristali često se zamjenjuju umjetno uzgojenima.

Broj rebara određen je konstrukcijom krune i njezinim promjerom – može ih biti od tri do šest. Ubrzanje procesa razaranja stijene može se postići pomakom rebara prema gore u odnosu na čelo krune. Time se osigurava stepenasto dno bušotine i olakšava prolaz isplake.

Cijevi za oblaganje stabla bušotine

I jezgrene i obložne čelične cijevi proizvode se prema GOST-u 51682-2000. U geološkim istraživanjima i inženjerskoj geologiji koriste se za sprječavanje urušavanja tla na dno bušotine, što bi onemogućilo razumijevanje na kojoj dubini jedan geološki sloj zamjenjuje drugi.

U uređenju vodozahvatnih objekata obložne cijevi oblikuju stijenke bušotine. U obložni niz sastavljen od njih uranja se još jedan, eksploatacijski, niz cijevi. Danas se on najčešće sastavlja od plastike. Eksploatacijski niz oprema se filtrom za zadržavanje zrna pijeska i sitnog šljunka pri crpljenju.

Najveću rasprostranjenost dobile su obložne cijevi s bradavčastim spojem. Pritom cijevi s jedne strane imaju unutarnji navoj, a s druge strane vanjski navoj. Cijev bušotine od cijevi s navojem sastavlja se izuzetno jednostavno i brzo.

Kako kolonske tako i obložne cijevi opremljene su navojem, s jedne strane vanjskim, s druge unutarnjim. To omogućuje brzo i jednostavno sastavljanje obložne kolone. Dimenzije navoja su unificirane – svaka obložna cijev može poslužiti kao kolonska, dovoljno je na nju pričvrstiti krunu i vrh.

Postoje obložne cijevi namijenjene za zavarene spojeve. U privatnom sektoru ih ne koriste zbog napornog procesa sastavljanja kolone.

Kako obložne tako i kolonske cijevi izrađuju se od čelika marke 45 s grupom čvrstoće «K». Radi povećanja otpornosti na površinsko trošenje, krajevi cijevi se kale. Ovisno o korištenoj bušaćoj opremi i promjeru potopne pumpe, u izgradnji privatnih vodozahvatnih bušotina koriste se cijevi promjera od 100 do 200 mm.

Faze jezgrenog bušenja

Prije početka radova potrebno je proučiti katastarski plan i pripremiti radnu površinu. Potrebno je osigurati nesmetan pristup mjestu bušenja kako samom bušaćem postrojenju tako i vozilu s ispiralnom tekućinom.

Sljedeći korak bit će kopanje jame volumena ne manjeg od 2 kubična metra – to će omogućiti izbjegavanje potrebe za dodatnim spremnikom. Jama je namijenjena ispuštanju podzemnih voda i rabljene ispiralne tekućine. Za ugradnju glavnog dijela cijevi potrebno je probiti tlo.

Dalje se izvodi spajanje odabrane krune s bušaćom kolonskom cijevi i odabir obložnih cijevi koje će se nadograđivati tijekom produbljivanja. Postrojenje treba čvrsto učvrstiti, nakon čega se pokreće bušaći stroj.

Kolonska tehnologija s ispiranjem dna bušotine vodom omogućuje najjednostavniji i najbrži način oslobađanja cijevi bušotine od razorene stijene.

Tijekom produbljivanja i punjenja kolonskog svrdla provodi se njegovo povremeno podizanje na površinu i čišćenje od tla koje je zahvatio alat tijekom bušenja. Nakon toga, svrdlo oslobođeno jezgre može se ponovno spustiti u otvor bušotine za nastavak bušenja.

Za podizanje na površinu, kolona bušaćih cijevi, koja se sastoji od kolonskog pribora i šipki, rastavlja se. To jest, uzastopno se odvaja šipku za šipkom sve dok se iz cijevi ne izvadi kolonska cijev.

Optimalnim rješenjem za bušenje bunara za privatnike smatra se jezgreno bušenje s ispiranjem. U tom slučaju nije potrebno uzimati uzorke. Glavno je brzo oblikovati kanal i očistiti ga od mulja. Istodobno se provodi priprema izrade za predstojeću uporabu.

Za ispiranje se može koristiti bilo koja voda, primjerice iz susjednog ribnjaka ili rijeke. Bušenje se može obavljati i na suho, ako se radi o bušotini u pijesku. U tom je slučaju obično dovoljno nekoliko kanti vode kao isplake samo za hlađenje alata na dnu.

Prema jezgrenoj tehnologiji buše se otvori u betonskim i armiranobetonskim konstrukcijama, temeljima i zidovima od opeke.

Pri radu u rastresitim, malo vlažnim pijescima, za učvršćivanje stijenki otvora u radnu otopinu preporučuje se dodati tekuće staklo ili glinenu masu. U svakom slučaju, pri prolasku svrdla kroz horizont s nestabilnom strukturom, opravdano je ojačanje stijenki bunara zaštitnim cijevima.

Tehnološke značajke procesa

Tijekom produbljivanja moguće je podešavanje brzine vrtnje svrdla. Treba napomenuti da slojeve sedimentnih stijena svrdlo lako svladava pri niskim okretajima. Međutim, pri prolasku kroz temeljne stijene potrebno je povećanje brzine vrtnje. Kod jezgrenog načina bušenja moguće je prolaziti kroz slojeve različitog sastava i bilo koje tvrdoće.

Potrebno je uzeti u obzir činjenicu da se bušaći uređaj mora nalaziti na pripremljenoj, izravnanoj horizontalnoj površini. Kut proboja može se regulirati ako promjer otvora bunara koji se razvija ne prelazi 1 metar. Zatim se vertikalnost izrade održava zaštitnim stupom.

Zaštitne cijevi mogu se ponovno upotrijebiti ako se odmah nakon proboja izvade iz izrade. Jezgrenska cijev – je alat za višekratnu upotrebu, što se ne može reći za krunice. Za bušenje u sedimentnom horizontu potrebno ih je najmanje dvije, a možda i više. Pri izgradnji bunara u vapnencu nije moguće točno predvidjeti broj istrošenih krunica.

Kako bi se produžio vijek trajanja dijamantne krunice nakon njezine ugradnje ili zamjene, dno bunara potrebno je obraditi dlijetom. Ova mjera značajno povećava brzinu proboja.

Bušaći uređaj može se montirati na vozila velike nosivosti ili na gusjeničnu specijalnu tehniku u slučaju izvođenja radova u uvjetima složenog terena. Lakša mobilna oprema može se koristiti pri bušenju bunara za vodu jezgrenim načinom.

Prednosti i nedostaci jezgrene metode

Zahvaljujući preciznom djelovanju krunice po svom radijusu, osigurava se uredno rezanje i iznošenje cijele jezgre na površinu. Tehnologija je primjenjiva za bušenje stijena do XII kategorije, može se raditi okomito i pod kutom.

Jednim od najvažnijih pokazatelja kolonske metode smatra se visoka produktivnost i brzina bušenja.

Osim toga, mogu se istaknuti sljedeće prednosti:

• Volumen bušenja u slučaju primjene isplake ili tehničke vode iznosi 85%;
• Uvođenje aktivnih emulzija u radnu otopinu omogućuje održavanje stijenki bušotine u njihovom prvobitnom stanju;
• Zahvaljujući smanjenju aksijalnih opterećenja zbog činjenice da se stijena ne uništava u cijelosti, postiže se smanjenje energetskih troškova.
• Metoda omogućuje rad sa svim vrstama stijena, uključujući bazaltne i granitne.
• Pri korištenju sklopivog mobilnog stroja moguće je obavljanje radova na teško dostupnim mjestima.

Uz prednosti, kolonsko bušenje bušotina također ima svoje nedostatke:

• Pri radu u pukotinastim stijenama često dolazi do zaglavljivanja jezgre, što dovodi do potrebe vađenja cijevi radi njenog izbijanja.
• Pri prolasku kroz tvrde stijene, zbog pregrijavanja i prihvaćanja, krunica brzo otupi. Da bi se to izbjeglo, potrebno je primijeniti rashladnu tekućinu i smanjiti brzinu podavanja. Zbog toga se smanjuje brzina bušenja.
• Mali presjek (do 200 mm) bušenja ne dopušta korištenje snažnih potopnih crpki.

Pri izradi bušotina za vodu, u slučaju primjene glinenog rastvora pri otvaranju sloja, velika je vjerojatnost zamuljivanja vodonosnog sloja.

Zaključci i koristan video na temu

Video 1. Početna faza bušenja bušotine kolonskim načinom:

Video 2. Kolonsko bušenje bušotine u granitnoj stijeni:

Početku radova na kolonskom bušenju bušotine treba prethoditi ekonomski proračun. Poštivanje sigurnosnih normi i pravila rada opreme svodi na najmanju moguću mjeru rizik njenog kvara, čime se osigurava visoka učinkovitost rada, brzina bušenja i smanjenje ekonomskih troškova.

Želite li podijeliti samo vama poznate nijanse kolonske tehnologije? Posjedujete li korisne informacije o temi članka? Pišite, molim Vas, komentare u blok-formi koja se nalazi ispod, postavljajte pitanja i objavljujte fotografije na temu članka.