Magfúrásos kútfúrás: a technológia és a munkavégzés árnyalatai

A bányászati járatok kialakításának egyik legproduktívabb és leggazdaságosabb módszere a magfúrás. Használják lelőhelyek kutatásában és mérnökgeológiában. Emellett ez a legegyszerűbb és leggyorsabb módja a felszín alatti vizekhez való hozzáférésnek a vízellátás megszervezéséhez.

A magfúrás sajátosságairól, a megvalósításához szükséges eszközökről és alkalmazásának jellemzőiről mindent megtudhat az általunk kínált cikkből.

A magfúrás alkalmazási területe

A magfúrás – olyan módszer, amely a legnagyobb pontossággal teszi lehetővé a talajrétegek fedőjének és talpának mélységének, valamint a talajvíztükör mélységi szintjének meghatározását.

A magfúrási technológiát széles körben alkalmazzák a következő ágazatokban:

• Vízellátás ipari és magánszférában. A magánvízellátáshoz szükséges kutak fúrása, egész települések vagy városnegyedek vízkivételének megszervezése hatékonyan végezhető magfúrással, mivel a fúró könnyen behatol nagy mélységekbe. A magfúró szerszám szinte bármilyen megtört kőzetet képes felemelni, kivéve a vízzel telített és laza, nem kötött talajokat (homok, kavics, aprókavics);
• Földtani kutatás a bányászatban. A kőzet áthaladásakor pontszerű hatás éri a talajt a forgás sugara mentén. Más szóval a szerkezetileg csőre emlékeztető szerszámmal egy tömör kőzettömeget fúrnak ki anélkül, hogy azok szerkezete és állapota megsérülne.
• Építőipar. Mérnökgeológiai vizsgálatok elvégzése a talajok fizikai-mechanikai tulajdonságainak, a kőzetek állapotának tanulmányozására. A magfúrási technológia lehetővé teszi a talajvízszint nagy pontosságú meghatározását és vízminták vételét a betonnal szembeni agresszivitásuk vizsgálatához.

A magfúrás során magot – talaj- vagy szomszédos talajrétegek oszlopát – nyernek ki. A magot egységes természetes szerkezet jellemzi, ami lehetővé teszi a vizsgált kőzet átfogó elemzését. A magfúrócsővel történő fúrás lehetővé teszi a kőzet mélységének a legnagyobb pontosságú meghatározását a tanulmányozás céljából.

A magfúrás biztosítja a kinyert magminta épségét, ami hozzájárul a kőzet minőségi vizsgálatához. Ezzel egyidejűleg a legjobb minőségű fúrólyuktisztítás történik a törmelékes kőzettől.

A magfúró használata az építőiparban jelentősen megkönnyíti és felgyorsítja a folyamatokat. A magfúróval előkészített lyukba könnyen leverhető egy cölöp, vagy beépíthető egy kész vasbeton szerkezet. A magfúrás lehetővé teszi hengeres nyílások létrehozását téglából és betonból készült szerkezetekben.

A munkálatok technológiája és berendezései

A magfúró használatának két módszere ismert: a folyadék bejuttatásával a fúrólyukba, vagy szárazon, azaz fúróiszap nélkül.

A fúróiszap nélküli fúrást akkor alkalmazzák, ha a laza talajok természetes nedvességgel vannak átitatva a fúrás és kitermelés szempontjából elegendő mennyiségben. Vizet nem juttatnak a fúrólyukba akkor sem, ha folyós-plasztikus, lágy-plasztikus és kemény-plasztikus agyagokon/agyagfajtákon, valamint kemény és plasztikus homokos vályogon haladnak át.

Folyadékot kötelezően alkalmaznak a kemény és félkemény kőzetek fúrásánál. Víz hiányában ebben az esetben a mélyítés lényegesen lassabban történik. Ezenkívül jelentősen megnő a fúrókorona idő előtti meghibásodásának valószínűsége, ezért a száraz fúrás költségesebbnek tekinthető.

Az öblítéses magfúrás technológiája nemcsak a munkaberendezések élettartamának meghosszabbítását teszi lehetővé, hanem a leggyorsabb és legkevésbé munkaigényes módon szabadítja meg a fúrólyukat a törmelékkőzettől.

Fúróiszappal történő fúrásnál a mélyítés sebessége jelentősen megnő. Ezt a módszert leggyakrabban nagy mélységű kutak fúrásánál alkalmazzák. Ez lehetővé teszi a munkák elvégzését a lehető legrövidebb idő alatt, minimális koronasérülési kockázattal.

Továbbá magas nyomású vizet juttatnak a fúrólyukba a kút kialakítása során laza, nem kötött talajokban, ha a magminta kinyerése nem cél. A vízsugár ebben az esetben egyszerűen átöblíti a fúrólyukat, megtisztítva a fúrólyukat a törmelékes talajtól.

A magfúrási módszer elve

A magfúrás fő eleme a magcső talpára szerelt vágó-roncsoló alkatrész. Ezt fúrókoronának nevezik. Kemény kőzetek fúrásához különleges, gyémánt betétekkel ellátott koronákat használnak.

A koronák – vágó-cserélhető elemek, amelyeket a magcső alsó pereméhez csavaroznak. A fúrás során többször is cserélni kell őket.

A gyémánt korona biztosítja a fúró szinte akadálytalan áthaladását nagy mélységbe a mészkő vízbevételi munkálatok során. Ez azt jelenti, hogy amikor olyan kutakat fúrnak, amelyek az alapkőzetbe mélyülnek, amelyek repedéseiben a több évszázados kondenzáció eredményeként a legtisztább talajvíz készletei képződtek.

A fúrókoronákat a legegyszerűbb módon cserélik – eltávolítják az elkopott alkatrészt, és egy új koronát csavarnak a magcsőre.

A kőzetet a magas fordulatszámon forgó korona segítségével vágják el. A fúró forgási sebessége szabályozható a kitermelt talaj sűrűségétől függően. A korona “kivágja” a talajt egy henger szélén, amelynek középső része a magcsőbe nyomódik.

A mag kiemeléséhez a fúrószerszámot a felszínre emelik. Az általa megfogott talajt szó szerint kifújják a magfúróból a cső felső részébe juttatott levegőárammal. A kifúvás folyamatát gyorsítják a szerszám kalapáccsal való megkopogtatásával.

A magfúrás során a kifúrt kúp alakú kőzetszegmenst a magcsőbe tolják. Kiemeléséhez a magfúró szerszámot a furatból a fúrórudak oszlopának szétszerelésével emelik ki. A magot kifújják és kiverik a csőből.

A magfúrók a kemény kőzetek áthaladásakor nagyobb teljesítményt nyújtanak, mint a mátrixos és golyós fúrók. Ennek oka a fúró magas forgási sebessége, ami csökkenti a kitermeléshez szükséges erőfeszítés mértékét.

Ezenkívül a fúrók teljesen elpusztítják a kőzetet, amelyet aztán “ki kell meríteni” kanállal, vagy nyomás alatt vizet kell adni a fúrási talp tisztításához. Lényegében kétszer, sőt háromszor kell ugyanazt a szakaszt áthaladni: először elpusztítani, majd kitakarítani. A magfúrás technológia lehetővé teszi, hogy egy menetben haladjon át és tisztítsa ki a fúrási talpat.

Fúrógépek és fúróberendezések

A fúrógép vagy fúróberendezés kiválasztását a kút rendeltetése és átmérője határozza meg. A magfúrási módszer népszerűsége világszerte fúróberendezések és fúrógépek gyártását eredményezi. A nehéz traktorok, teherautók és terepjárók alkalmasak a kutatófúrásra szánt berendezésekhez.

Nehéz lánctalpas traktorok használata lehetővé teszi a magfúrásos kútfúrási munkák elvégzését olyan területeken, ahol nincsenek utak, a felszín elmocsarasodott, a domborzat instabil.

A fúróberendezéseket leggyakrabban a MAZ, KAMAZ, Ural márkájú klasszikus teherautókra szerelik. Vannak azonban olyan változatok is, amelyeket könnyebb járművekre szerelnek, amelyeket magánépítkezéseken vízikutak fúrására használnak.

Kézi forgófúrásnál a magcsövet annak történelmi elődje, a pohár váltja fel. Ez az eszköz a magcső rövidített változata, éles peremmel az alján. A poharat kézzel vagy motoros fúróval csavarják a földbe, és a felszínre hozzák mindazt, ami belekerült.

A sekély kutak kézi fúrásának gépesítésére, valamint kerítések és villanyoszlopok telepítéséhez szükséges gödrök kialakítására benzin- és villanymotorokat használnak. Ezek forgó mozgást adnak át a csigának vagy a magcsőnek.

A fúrás és a kút kialakításának berendezései

A magfúrás megvalósításához olyan berendezés szükséges, amely lehetővé teszi a mélyben végzett munkát, a különböző kőzettípusok kitermelését és kiemelését. A munkavégzés során biztosítani kell a fúrószerszám által megbontott anyag időszakos felszínre emelését.

Szabványos fúrószerszám-készlet

A minőségi munkavégzéshez szükséges:

• Magfúró szerszámok. Használják mind vízszintes fúráshoz, mind függőleges járatok mélyítéséhez. A szabványos magcsövekkel akár 45 fokos szögben is lehet fúrni. A vékonyfalú magfúró szerszámok kizárólag vízszintes, ároknélküli fúráshoz használhatók közművek fektetésekor.
• Koronák. Ez egy kőzetet megtörő szerszám, amellyel a magcsövet felszerelik a kőzetmag kivágásának megkönnyítésére. Üledékes kötött és laza talajok fúrásához sárgaréz koronákat használnak. Sziklás kőzetek mélyítéséhez, betonban, aszfaltban, téglafalban lévő lyukak kialakításához gyémánt metszőfogakkal ellátott keményfém koronákat gyártanak.
• Acél béléscsövek. Szükségesek a járat kibéleléséhez – a kúttörzs kialakításához, amely a kút mélyítésével egyidejűleg történik. Átmérőjük megegyezik a kút átmérőjével. A vízkivételi bélést előre kiválasztják, figyelembe véve a magcső és a kútban üzemeltetni tervezett szivattyú átmérőjét.
• Fúrórudak. Ezek egymáshoz csavarható keskeny csövek. A fúróoszlop meghosszabbítására használják. Egyszerűbben fogalmazva, egymás után csavarozzák a magcső tetejére, hogy a szerszám magasságát meghaladó mélységben is át lehessen adni a forgó mozgást. A magcső magassága + a fúrórudak oszlopának magassága = a járat mélysége.
• Átmeneti darabok. Szükségesek a különböző átmérőjű menetes csatlakozások összeillesztéséhez, amelyek a fúrórudakon, forgatókon, öblítő tömítéseken és más alkatrészeken találhatók.
• Mosó dugók és tömítések. Segítségükkel biztosított a feltört talaj felszínre emelése, ha nincs szükség összefüggő magminta kiemelésére. Ekkor a fúrólyuk aljára vizet juttatnak, amely nyomás alatt kimossa a feltört talajt a felszínre.
• Fúrófejek. Azokat a furatmélyítéshez használják a magfúró számára legnehezebben járható helyeken. A fúrófej alkalmazásakor néha a rotációs fúrásról ütőköteles fúrásra váltanak.

A bemutatott szerszámkészlet a magfúrási technológiához szabványos készlet. Egyes esetekben, a fejlesztés bonyolultságától függően, további szerszámokra és berendezésekre lehet szükség.

A mélyítés során a magcső tetejére egymás után fúrórudakból álló rudazatot csavaroznak. A magfúrószerelvény felszínre hozásához a rudazatot rúdról rúdra lecsavarozzák.

A magfúrócső szerkezeti jellemzői

A fúrószerelvény szerkezeti sajátossága a magfúrásnál a mag épségének maximális megőrzése miatt van, és a szabad átjáró körüli gyűrű alakú elrendezésben áll. Az egyik legfontosabb jellemző a magkihozatali tényező. Ezt a mag átmérője és a szerszám külső átmérője arányaként határozzák meg.

A magfúráshoz használt szerszámok szabványosítottak, főleg csak átmérőben különböznek. Szerkezeti jellemzők alapján a magcsöveket egyes és kettős csövekre osztályozzák. Az egyes szerelvények, amelyek normál geológiai körülmények közötti munkára szolgálnak, kiválóan alkalmasak vízbeszerző kutak létesítésére.

A nem forgó belső csővel rendelkező kettős szerszámot csak geológiai kutatásban alkalmazzák. Arra van szükség, hogy olyan kőzetmintákat nyerjenek ki, amelyek a legkülönbözőbb hatásokra könnyen szétesnek. Lehetővé teszi a minta természetes szerkezetben történő kiemelését, az ásványi anyagok és a meddő természetes százalékos arányával.

A mérnökgeológiai vizsgálatok mintavételében, a geológiai kutatásban és a villanyvezeték-tartók lyukainak fúrásában egyes magcsövet alkalmaznak.

Minden magcsövet fúvatásra, fúróiszapnak a fúrólyuk aljára juttatására és a furat mosására terveztek. A tetejükön egy technológiai nyílás található, amelyen keresztül víz vagy levegősugár injektálása történik.

A szerszám vágórészének specifikációi

Minden korona egy gyűrű formájú, tetején a magcsőre csavarozáshoz szükséges menettel, és az alsó homlokfelületen elhelyezett forgácsoló betétekkel. A forgácsoló betétek lehetnek egyben öntöttek vagy a forgácsoló fém alkatrészhez hegesztettek.

A magfúrás során a következő koronákat használják:

• Keményfémből készültek – kisreszelős, bordázott.
• Gyémántból készültek – impregnált és kisgyémántos.

A keményfém vágóelemek “lágy” talajok fúrására szolgálnak. Segítségükkel fúrhatók mindenféle agyagos kőzetek bármilyen konzisztenciában, félig sziklás kőzetek, valamint kis nedvességtartalmú és nedves homokok tömör és közepes sűrűségű rétegei. Homokkő és márga fúrásához volfrám-kobalt vágóéles koronákat használnak.

Kisreszelős koronák közepes keménységű, kis abrazivitású kőzetek fúrására szolgálnak. Nyolcszögletű vagy négyzet keresztmetszetű vágóélekkel vannak felszerelve. A vágóélek különböző magasságban történő elhelyezésével lépcsős fúrófej alakul ki, melynek előnyeit fentebb ismertettük.

A bordázott koronák segítségével javul az öblítőfolyadék cirkulációja a fúrólyuk átmérőjének növekedése révén.

Bordázott koronák közepes abrazivitású kemény kőzetek fúrására szolgálnak. Az ilyen koronák vágóélei acélból készült hengeres vagy prizmatikus rúdból állnak, keményfém betéttel. Ezenkívül még a korona elhasználódása esetén sem csökken a munkájának hatékonysága.

Gyémánt vágóéles koronák magas abrazivitású sziklás és félig sziklás kőzetek fúrására szolgálnak.

A szilárdság és a koptató tulajdonságok növelése érdekében az öntött tömegbe a gyártás során műszaki gyémántokat sajtolnak. Az utóbbi időben a természetes kristályokat gyakran mesterségesen növesztettekre cserélik.

A bordák számát a korona kialakítása és átmérője határozza meg – háromtól hatig terjedhet. A kőzetbontási folyamat felgyorsítható a bordák felfelé történő eltolásával a korona homlokfelületéhez képest. Ezáltal lépcsős fúrófej alakul ki, és megkönnyíti az öblítőfolyadék áthaladását.

Csövek a fúrólyuk béléscsövezéséhez

A magcsövek és a béléscsövek egyaránt a GOST 51682-2000 szabvány szerint készülnek. A geológiai kutatásban és a mérnökgeológiában a talaj fúrólyuk talpára omlásának megakadályozására használják őket, ami egyébként lehetetlenné tenné annak felismerését, hogy milyen mélységben váltja fel egyik geológiai réteg a másikat.

Víztermelő kutak kiépítésénél a béléscsövek képezik a kút falát. Az összeállított béléscsőoszlopba behelyeznek egy másik, termelőcső-oszlopot. Ma ezt leggyakrabban műanyagból szerelik össze. A termelőcső-oszlopot szűrővel látják el a homokszemcsék és apró kavicsok visszatartására a kiszivattyúzás során.

A legelterjedtebbek a csecsemős csatlakozású burkolócsövek. Ezek a csövek az egyik oldalon belső menettel, a másikon külső menettel rendelkeznek. A menetes csövekből álló furat rendkívül egyszerűen és gyorsan összeállítható.

Mind a magfúró, mind a burkolócsövek menettel vannak ellátva: az egyik végükön külső, a másikon belső menettel. Ez lehetővé teszi a burkolócső-sor gyors és egyszerű összeszerelését. A menetek méretei egységesek – bármely burkolócső használható magfúró csőként, elég hozzácsavarni a koronát és a felső részt.

Vannak hegesztett csatlakozásokhoz tervezett burkolócsövek. A magánszektorban nem használják őket az oszlop összeszerelésének munkaigényes folyamata miatt.

Mind a burkolócsöveket, mind a magfúró csöveket 45-ös acélminőségből gyártják, „K” szilárdsági csoporttal. A felületi kopásállóság növelése érdekében a csövek végeit edzik. A használt fúróberendezéstől és a búvárszivattyú átmérőjétől függően a magánvízkivételi kutakban 100–200 mm átmérőjű csöveket használnak.

A magfúrás szakaszai

A munkálatok megkezdése előtt tanulmányozni kell a kataszteri tervet és elő kell készíteni a munkafelületet. Biztosítani kell a fúróberendezés és a mosófolyadékot szállító jármű akadálytalan hozzáférését a fúrás helyszínéhez.

A következő lépés egy legalább 2 köbméter űrtartalmú gödör ásása – ezzel elkerülhető a további tartály használatának szükségessége. A gödör a talajvíz és a használt mosófolyadék leeresztésére szolgál. A furat fő részének elhelyezéséhez a talajt át kell fúrni.

Ezután a kiválasztott koronát összekapcsolják a fúró magcsővel, és kiválasztják a burkolócsöveket, amelyeket a mélyülés során toldanak majd. A berendezést biztonságosan rögzíteni kell, majd elindítják a fúrógépet.

A fúrófej vízzel történő öblítésével járó magfúrási technológia lehetővé teszi a furat megtisztítását a megbontott kőzettől a legegyszerűbb és leggyorsabb módon.

Ahogy a magfúró mélyül és megtelik, időszakosan felemelik a felszínre, és megtisztítják a fúrás során a szerszám által felvett talajtól. Ezután a magtól megszabadított fúrót ismét le lehet engedni a fúrólyukba a fúrás folytatásához.

A felszínre emeléshez a magfúró szerelvényből és a rudakból álló fúrócső sort szétszerelik. Vagyis egymás után leválasztják a rudakat, amíg ki nem veszik a magfúró csövet a furatból.

A magánszemélyek számára a kútfúrás optimális módja a magfúrás, amelyet öblítés kísér. Ebben az esetben nem kell mintákat venni. A lényeg, hogy gyorsan kialakítsuk a törzset és megtisztítsuk a zagytól. Ezzel egyidejűleg történik a kitermelés előkészítése a várható üzemeltetésre.

Ön az öblítéshez bármilyen vizet használhat, a szomszédos tóból vagy patakból vett víz is tökéletesen megfelel. A fúrás szárazon is végezhető, ha homokba fúrnak kutat. Általában ebben az esetben elegendő pár vödör víz fúrófolyadékként, csupán a fúrószerszám hűtésére a talpon.

Magfúrásos technológiával történik a furatok fúrása beton- és vasbeton szerkezetekben, alapokban és téglafalakban.

Laza, kissé nedves homokban végzett munka esetén a furat falainak megerősítéséhez ajánlott folyékony üveget vagy agyagos masszát adagolni a munkafolyadékhoz. Minden esetben, amikor a fúró instabil szerkezetű rétegen halad át, indokolt a kút falainak megerősítése béléscsövekkel.

A folyamat technológiai sajátosságai

Ön a mélyítés során szabályozhatja a fúró fordulatszámát. Meg kell jegyezni, hogy az üledékes kőzetrétegeket a fúró alacsony fordulatszámon könnyen áthatol. Ezzel szemben az eredeti sziklás kőzetek áthaladásakor a fordulatszám növelése szükséges. Magfúrásos módszerrel különböző összetételű és bármilyen keménységű rétegeken lehet áthaladni.

Önnek figyelembe kell vennie azt a tényt, hogy a fúróberendezés előkészített, kiegyenlített, vízszintes felületen helyezkedjen el. A fúrás szöge szabályozható, ha a kialakított kútfurat átmérője nem haladja meg az 1 métert. Ezután a furat függőlegességét a béléscsőoszlop tartja fenn.

A béléscsövek újra felhasználhatók, ha a fúrás után azonnal kiemelik őket a furatból. A magcső – többször használható eszköz, ami nem mondható el a fúrókoronákról. Üledékes rétegben történő fúráshoz legalább kettő, de akár több is szükséges belőlük. Mészkőbe történő kútfúrás során a lekopott fúrókoronák száma pontosan nem előrejelezhető.

A gyémántkorona élettartamának meghosszabbítása érdekében a beépítés vagy csere után a kút alját fúrófejjel kell megmunkálni. Ez az intézkedés jelentősen növeli a fúrási sebességet.

A fúróberendezés felszerelhető nagy teherbírású gépjárműre vagy lánctalpas speciális gépre, ha a munkát nehéz terepen végzik. Könnyebb mobil gépek használhatók magfúrásos módszerrel vízkutak fúrásánál.

A magfúrási módszer előnyei és hátrányai

A korona pontos sugárirányú hatásának köszönhetően az egész mag pontos kivágása és felszínre hozása biztosított. A technológia a XII kategóriáig terjedő kőzetek fúrására alkalmazható, és lehetőség van mind merőleges, mind szögletes munkavégzésre.

A magfúrási módszer egyik legfontosabb mutatója a magas termelékenység és fúrási sebesség.

Ezen kívül a következő előnyök emelhetők ki:

• Fúrási mennyiség öblítőfolyadék vagy műszaki víz alkalmazása esetén 85%;
• Aktív emulziók hozzáadása a munkaoldathoz lehetővé teszi a fúrólyuk falainak eredeti állapotban tartását;
• A kőzet nem összefüggő pusztulása miatt csökkenő tengelyirányú terhelések révén energiamegtakarítás érhető el.
• A módszer lehetővé teszi bármilyen kőzettel való munkát, beleértve a bazaltot és a gránitot is.
• Összeszerelhető mobil fúrógép használata esetén a munkálatok nehezen hozzáférhető helyeken is elvégezhetők.

Az előnyök mellett a magfúrásos kútfúrásnak vannak hátrányai is:

• Repedezett kőzetekben végzett munka során gyakran előfordul a mag beszorulása, ami a cső kivételét teszi szükségessé a mag kiütéséhez.
• Kemény kőzetek áthaladásakor a korona túlmelegedés és beszorulás miatt gyorsan eltompul. Ennek elkerülése érdekében hűtőfolyadékot kell alkalmazni és csökkenteni az előtolási sebességet. Emiatt a fúrási sebesség csökken.
• A fúrás kis keresztmetszete (legfeljebb 200 mm) nem teszi lehetővé nagy teljesítményű búvárszivattyúk használatát.

Vízkutak kialakításakor, ha agyagos oldatot alkalmaznak a réteg megnyitásakor, nagy a valószínűsége a víztartó réteg feliszapolódásának.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

1. videó. A fúrás kezdeti szakasza magfúrásos módszerrel:

2. videó. Magfúrás gránitkőzetben:

A magfúrásos kútfúrási munkálatok megkezdését gazdasági számításnak kell megelőznie. A biztonsági előírások és a berendezések használati szabályainak betartása minimálisra csökkenti a meghibásodás kockázatát, ezáltal biztosítva a munka magas hatékonyságát, a fúrási sebességet és a gazdasági költségek csökkenését.

Szeretne megosztani olyan finomságokat a magfúrási technológiáról, amelyeket csak Ön ismer? Rendelkezik hasznos információkkal a cikk témájával kapcsolatban? Kérjük, írja meg észrevételeit az alábbi űrlapon, tegyen fel kérdéseket, és tegyen közzé fényképeket a cikk témájában.