3. METODE BUŠENJA Razrušavanje stijena na dnu bušotine, čišćenje dna i iznošenje čestica razrušene stijene te osiguranje stabilnosti stjenke kanala bušotine postiže se različitim metodama i načinima koristeći odgovarajuće postupke, strojnu opremu, alatke i tehničke izume. Pored brojnih načina za razrušavanje stijena na dnu bušotine, osnovne su dvije metode izrade bušotina, a to su: udarna metoda i rotacijska metoda bušenja. 3.1. STANDARDNA PODJELA METODA BUŠENJA
rojne su mogućnosti podjele metoda bušenja i samih bušotina na temelju različitih pokazatelja. !izikalno"kemijske odlike procesa samog bušenja, dominantne dodatne operacije u danim tehničkim uvjetima izvedbe i namjena bušotine osnovni su pokazatelji klasi#iciranja bušotina. ušenjem se čvrsta stijena razrušava, dok se čestice nekonsolidirane stijene bušenjem samo pokreću sa svog mjesta i u daljnjem procesu drobe i iznose s dna bušotine na površinu. Prema Prema načinu čišćenja čišćenja dna bušotine bušotine imamo: metode metode s mehaničkim mehaničkim čišćenjem čišćenjem dna i metode koje koriste različite #luide za ispiranje i$ili ispuhavanje dna bušotine. %ehn %ehnol olog ogija ija proi proizv zvod odnj njee oprem opremee za buše bušenj njee stije stijena na nije nije se bitn bitnije ije mijen mijenjal jalaa u posljednjih dvadesetak godina. Pored uvo&enja hidrauličkih motora i spojki, postrojenja za udarno bušenje imaju još uvijek važnu ulogu u odre&enim geološkim i tehničkim uvjetima pa se proizvode i upotrebljavaju na svim kontinentima. kontinentima. Podjela bušaćih postrojenja na temelju vrste pogona je: postrojenja s ručnim pogonom, bušaća postrojenja na dizel"pogon, elektro"motorna postrojenja za bušenje, postrojenja pogonjena benzinskim motorima, pneumatična postrojenja 'manja postrojenja za bušenje u rudnicima( i postrojenja s kombinacijom različitih pogona. Podjela bušaćih postrojenja prema načinu bušenja praktičnija je klasi#ikacija od drugih jer omogućava: grupiranje srodnih postrojenja, praćenje i analizu raspoloživih kapaciteta i njihove primjenjivosti za različite namjene u odre&enoj regiji. )edna od standardnih podjela metoda bušenja i praktično označavanje svakog od načina bušenja 'od * do !(: *. . +. .
ručne ručne metode metode bušenj bušenja, a, bušenje bušenje s povratn povratnim im zakretanjem zakretanjem zaštitn zaštitnee kolone, kolone, udar udarno no buše bušenj nje, e, rotacij rotacijsko sko bušenj bušenjee i to uz: - direktno ispiranje isplakom, zračno ispuhivanje s pjenom ili s krutom pjenom, / obratni smjer cirkulacije isplake, 0. bušen bušenje je s bušać bušaćim im čekić čekićem em na dnu dnu 1 %2 %2 i !. buše bušenj njee ostal ostalim im način načinim ima. a.
3.2. KRATAK PRIKAZ METODA BUŠENJA
etaljno poznavanje svih načina bušenja osigurava izbor djelotvorne metode izrade bušotina za svaku od projektiranih namjena u danim geološkim i radnim r adnim uvjetima. . Postupak bušenja obično treba skuplju opremu, obučenu radnu snagu, bušenje traje duže nego ostale prateće operacije, pa se izboru najdjelotvornije metode bušenja mora posvetiti posebna pažnja.
3prema 3prema za bušenje bušenje najčešće najčešće je posu&ena posu&ena od na#tne na#tne industrije industrije i adaptirana adaptirana za dane potrebe bušenja. 4ako na#tna industrija već niz desetljeća raspolaže velikim #inancijskim sredstvima i visoko obrazovanom radnom snagom, to se općenito može reći da je oprema za izvedbu bušenja razmjerno skupa, tehnički složena složena i konstruirana za uvjete uvjete najveće štednje na radnoj snazi.. 5uvremena 5uvremena se bušaća bušaća oprema oprema radi na istim osnovnim osnovnim načelima razrušavanja razrušavanja stijena stijena i čišćenja dna bušotine, koja su poznata i primjenjuju se stoljećima imenzije opreme, način pogona i prijenosa ovise o geološkim i topogra#skim karakteristikama terena, svojstvima stijena, broju bušotina, lokalnim uvjetima, tradiciji i iskustvu bušača, kovača, tesara, itd. 3.2.1. RUČNO BUŠENJE
*latke *latke i oprema oprema za ručno bušenje bušenje pokazana pokazana je na slikama /" do /"6. Postrojenje Postrojenje za ručno udarno, kao i za ručno rotacijsko bušenje sastavljeno je od slijedećih glavnih ure&aja: 1 alatki za razrušavanje stijena s potrebnim bušaćim šipkama, šipkama, 1 užeta, pribora za spajanje i upravljanje, 1 bušaćeg tornja, 1 njihala kod udarnog bušenja, bušenja, ure&aja za rotaciju kod rotacijskog bušenja, 1 zaštitnih cijevi, alata za spajanje i rukovanje, 1 alatki i pribora za instrumentiranje u bušotini, rojni ure&aji, mehanizmi i postupci pri izvedbi bušotina i bunara jednostavnijih konstrukcija, koji su se u raznim dijelovima svijeta dugo i uspješno koristili, koriste se i danas u mnogim zemljama. 7a neke metode ručnog bušenja publicirane su čak i cijene sadašnje izrade kompletnih ure&aja, mogući učinci, kapaciteti, sheme pa i detaljni nacrti s dimenzijama cjelokupnog pribora ili pojedinih nužnih alatki. 8oguća su, naravno, i brojna poboljšanja pojedinih operacija korištenjem vozila, traktora, pumpi, tvornički izra&enih pojedinih alatki, vitla, sjekača, žlica i brojnih ure&aja. 7aštitne cijevi, alatke za razrušavanje stijena i alatke za instrumentiranje u današnje vrijeme se izra&uju od čelika. lijeto je alatka za razrušavanje stijena, a kašike služe za čišćenje dna bušotine kod udarne metode bušenja. Razne se naprave tako&er upotrebljavaju za spašavanje izgubljenog pribora u bušotini. 9elične zaštitne cijevi, bušaće šipke i čelična užad proizvodi su lokalnih manjih tvrtki, koje pri proizvodnji ovih alatki respektiraju odgovarajuće standardne dimenzije i uglavnom postižu zahtijevanu kvalitetu. %oranj za ručno bušenje bušenje obično je tronožac tronožac i načinjen od drveta 'često i bambusa( bambusa( ili željeznih cijevi. isina tronošca je ograničena nosivošću krakova i masom pribora. isina tornja ograničava dužinu bušaćih i zaštitnih cijevi. %ehničko rješenje izrade ure&aja za njihanje kod udarnog, te opreme za rotiranje dlijeta kod rotacijskog bušenja bušenja ovisi o iskustvu, zahtijevanim dubinama, promjeru, otpornosti otpornosti stijena bušenju, inventivnosti bušača i izumitelja u danim uvjetima rada i potreba. Pogon je, kao što je logično iz samog naslova, snaga ljudskih mišića. a bi se smanj smanjilo ilo zamaran zamaranje je radnik radnikaa i poveća povećaoo učinak učinak pri raznim raznim postup postupcim cimaa izvedb izvedbee bušoti bušotine, ne, inovirani su različiti mehanizmi koji koriste principe poluge, opruga, kolotura, protutegova i slične opreme. 9esto se zaprežu domaće životinje, manji univerzalni motori na tekuća goriva, vozila, traktori i dizalice. ;lavnina posla ostaje ipak snazi ljudskih mišica, pa se svi ovi postupci bušenja uključuju uključuju pod ovaj naslov 1 ručno ručno bušenje.
3.2.1.1. RUČNO UDARNO BUŠENJE
Ručno udarno bušenje s različitim alatkama pokazano je na slikama /"a. i /"b, koristi se za izvedbu plitkih bunara, istražnih bušotina i pilota različitih promjera te manjih dubina u mekšim naslagama. )edan od ovih postupaka je angladešu je ovaj postupak naučen i intenzivno primijenjen u ?ndiji, Pakistanu, ijetnamu i brojnim drugim zemljama u razvoju. 5hema jednostavnog udarnog bušenja na ručni pogon -, -"a i -"b 1 dlijeta, 1 teška šipka, / 1 makaze, @ 1 spojnica pribora s užetom, 6 1 bušaće uže, A 1 spremnik za mulj s dna bušotine, B 1 kašika, C 1 njihalica, D 1 kolotura, -E 1 glavno vitlo, -- 1 ključevi za spajanje i odvajanje alatki, - " obujmice Slika 3-2a: 3-2a:
5hema udarnog bušenja na ručni pogon za izradu pilota u aluvijalnim nanosima - 1 tronožac, 1 dvije koloture pričvršćene za tlo, / 1 glavni bubanj, @ 1 vitlo, 6 1 prvo čelično uže 1 za alatke za razmuljivanje naslaga i drugo uže za čišćenje dna specijalnom kašikom, A 1 plat#orma od drveta ili cijevi s vrećama pijeska za potiskivanje kolone zaštitnih cijevi, B 1 specijalna kašika.
Slika 3-2b: 3-2b:
3.2.1.2. SLUDGER POSTUPAK
5ludger metoda je relativno jednostavna, a ujedno, to je najekonomičniji postupak bušenja bušotina malih promjera 'do -EE mm( i dubina 'do AE metara( u rahlim naslagama 'slika /"/(. oda slobodno utječe u prstenasti prostor iz isplačnog bazena i vraća se kroz bušaće alatke zajedno s razrušenim raz rušenim naslagama spretnim održavanjem vakuuma rukom bušača na vrhu alatki. izanje alatki alatki 'pocinčane cijevi 6E mm promjera( pomoću poluge i slobodnog slobodnog padanja alatki, kroz koje se impulsno diže voda s jezgrom bušenih naslaga ima za posljedicu napredovanje bušenja i dobivanje zgusnutih čestica s dna bušotine. Fa spomenutim alatkama ne koristi se neko posebno dlijeto. 5tandardna spojnica pocinčaih cijevi E,E6 m normalno je spojena 'navojem( na dnu prve 'donje( cijevi. 5lično je ojačanje pete na većini kolona zaštitnih cijevi koje se utiskuju u bušotine, jer to osigurava povećan promjer bušenja radi smanjenja ukupnog ukupnog trenja dugačkih cijevi u kanalu bušotine. bušotine. 3.2.1.3. RUČNO ROTACIJSKO BUŠENJE
Ručno Ručno rotacij rotacijsko sko bušenje bušenje s mlazni mlaznicom com i cirkul cirkulacij acijom om isplak isplakee konven konvencio cional nalnim nim smjerom prikazano na slikama /"@ i /"6 s raznovrsnim alatkama, jednostavni su postupci rotacijskog bušenja na ručni pogon. 5pecijalno dlijeto u obliku koplja navijeno je na bušaćim cijevima, ima mlaznicu i razrušava mekane naslage radi bušenja. 9išćenje dna bušotine obavlja se cirkulacijom isplake. +rpka tlači isplaku u bušaće cijevi a tok kroz mlaznicu dlijeta intenzivira razrušavanje stijena 'meke naslage(. 9estice iznesene na površinu terena separiraju se od isplake, a isplaka se poboljšava u isplačnom bazenu. Fa slikama /"@a i /"6 pokazane su sheme sheme postrojenj postrojenjaa za ručno rotacijsko rotacijsko bušenje pomoću mlaza isplake isplake '<)et=(. '<)et=(. ušaće alatke vise u tronogu, alatke se rotiraju ručno, a cirkulaciju isplake osigurava manja centri#ugalna crpka. Feki autori klasi#iciraju
5hema jednostavnog ručnog ure&aja za bušenja <5ludger= - 1 skela 'toranj( za glavnog bušača, 1 poluga kojom jedan do tri radnika dižu i spuštaju alatke, u donjem položaju 'a( i u gornjem položaju 'b(, / 1 oslonac poluge, @ 1 bušaća alatka, 6 1 spojnice alatke i poluge, A 1 spremnik za vodu koja kruži prstenastim prostorom prema dole i kroz alatke naviše, B 1 krhotine naslaga s mlazom vode, C 1 nakupljene naslage. Slika 3-3 a i b:
5hema jednostavnog postrojenja za mlazno bušenje <)et= 'a(, stremen, 'b( koloture, 'c( drvene obujmice za ručno rotiranje 'd( različita dlijeta i kašike 'e( i način spajanja bušaćih alatki kod starijih metoda ručnog bušenja '#(G glavni dijelovi postrojenja su: - 1 stremen, 1 koloture, / 1 uže, @ 1 malj, 6, A, i B 1 noseća užad za alatke i malj, C " isplačna glava, D 1 tlačno crijevo, -E 1 drške za ručno rotiranje alatki, -- " izljev isplake, -" lančana kliješta za rotiranje zaštitnih cijevi, -/" isplačni spremnici, -@ 1 kolona zaštitnih cijevi, -6 1 bušaće alatke, -A 1 ojačana peta kolone, -B" dlijeto za bušenje i -C 1 tronog.
Slika 3-4: 3-4:
5hema postrojenja za ručno rotacijsko bušenje sa cirkulacijom isplake - 1 glavna osovina na vrhu tronošca, 1 jaram, / 1 tronožac, @ 1 nepomično koloturje, 6 1 pomično koloturje, A 1 uže, B 1 isplačna glava, C 1 tlačno crijevo, D 1 centri#ugalna crpka, -E -E 1 usisno crijevo s #iltrom i protupovratnim protupovratnim ventilom, -- 1 drvene drvene vodilice alatki, - 1 bušaće alatke, -/ 1 lančana kliješta za ručno rotiranje alatki, -@ 1spremnik isplake, -6 1 isplačni kanali, -A 1 sedimentacijski spremnici spremnici isplake, -B 1 ljestve, -C 1vodoravni 1vodoravni nosači za stabiliziranje tronoga. Slika 3-5 :
3.2.2. BUŠENJE S POVRATNIM POVRATNIM ZAKRETANJEM ZAŠTITNE KOLONE KOLONE
4od izvo&enja dubljih pilota i bunara većeg promjera '6EE do .EEE mm( u naslagama krupnog pijeska i šljunka zasićenog podzemnom vodom vodom nužno je vrlo pažljivo izabrati način održavanja kanala bušotine. %o su nepovoljni uvjeti za primjenu rotacijske metode bušenja s obrnutim smjerom cirkulacije isplake jer hidrostatički tlak nije dovoljan za održavanje kanala bušotine. > ovakvim uvjetima preporučuje se privremena ugradnja specijalne kolone zaštitnih cijevi periodičnim zakretanjem 'laviranjem(. Proslojci tvr&ih stijena i pojava samaca u pijescima i šljuncima smanjuju e#ikasnost pa je primjena ove metode bušenja ograničena. jelotvornost ove metode bušenja ograničena je i u debljim naslagama glina koje ne sadrže pijesak niti šljunak u tragovima. ušenje s povratnim zakretanjem zaštitne kolone djelotvorna je metoda za izvedbu arteških bunara većeg promjera u krupnim šljuncima s konglomeratima s muljevitim nanosima. Fa slici /"A shematski je pokazano postrojenje za izradu bušotina povratnim zakretanjem kolone zaštitnih cijevi. Fakon ugradnje projektovane konstrukcije bunara ili armiranog betona u projektovane pilote, zaštitna kolona se vadi. 3va metoda bušenja koristi posebnu grabilicu 'hamergrab( pokazanu na slici /"B za iskop, a specijalno postrojenje 'lavirka( za utiskivanje zakretanjem standardne '+azagrande( dvosti dvostijen jenske ske privre privremen menee zaštit zaštitne ne kolone kolone za izradu izradu kanala kanala bušot bušotine ine.. eći eći komadi komadi stijen stijenee 'samci( drobe se primjenom posebnih sjekača 'slika /"C(, čime se osigurava djelotvoran završetak bušotine i u složenijim terenskim uvjetima. Razbijanje tiskivanja zaštitne kolone pri bušenju nestabilnih nevezanih naslaga odavno se koristi kod udarnog bušenja. 4ad se koristi oprema za udarnu metodu bušenja, zaštitna za štitna kolona 'jednostijenska( se utiskuje udarcima alatki za udarno bušenje koristeći obujmicu ' slika
.--.(. no zaštitne kolone 'peta( je ojačano ozubljenim prstenom radi zaštite kolone od de#ormacija prilikom zabijanja udarcima alatki, i djelotvornijeg bušenja. 7aštitna kolona prethodi bušenju, odnosno čišćenju dna bušotine kašikom kod korištenja garniture za udarnu meto metodu du buše bušenj nja, a, a isko iskopa pava vanj njuu grab grabil ilic icom om 'ham 'hamer ergr grab ab(( pri pri
Slika 3-7: 3-7:
;rabilica za iskop bušotine u specijalnoj koloni zaštitnih cijevi Slika 3-8:
5jekač za tvrde samce u tlu
3.2.3. UDARNA METODA BUŠENJA
3snovno 3snovno načelo bušenja bušenja kod ove metode temelji temelji se na dizanju i slobodnom slobodnom padanju padanju dlijeta s bušaćim alatkama obješenim na užetu 'slika /"D(. lijeto, padajući na dno bušotine, razrušava stijenu drobeći je u trenutku kada je uže rastegnuto. 0lastičnost i usukanost užeta za udarno bušenje, odsukivanje i ponovno sukanje pri porastu i popuštanju vlačne sile u užetu dovoljno je nužno za polaganu vrtnju alatki uz propisno izveden spoj bušaćih alatki s užetom. lijeto se tako okrene za izvjestan ugao nakon svakog udarca na dno bušotine pa oštrica dlijeta udara svaki put po novoj površini stijene, i razrušava je po cijelom promjeru bušotine. %ako se postiže nužna okomitost i cilindričnost bušotine. 5naga pogonskog motora za udarno bušenje može se izračunati kao i za običnu dizalicu slijedećom jednadžbom: ; Hg Hv Hk F I JJJJJJ K
'/"-(
5hema 5hema postro postrojen jenja ja za udarnu udarnu metodu metodu bušenj bušenjaa s označen označenim im glavni glavnim m dijelo dijelovim vimaa pokazana je na slici /"D.
5hema postrojenja za udarnu metodu bušenja - 1 koloture za zaštitnu kolonu i kašika za čišćenje dna bušotine, 1 glavna kolotura za bušaće alatke,/ 1 amortizer udaraca, @ 1 vodilica alatki, 6 1 bušaće uže, A 1 spojnica alatki s užetom, B 1 teška šipka, C" dlijeto, D 1 poluge za upravljanje, -E 1 dizalice za niveliranje postrojenja, -- 1 pogonski pogonski motor, - 1 spremnik spremnik goriva, -/ 1 spojnica spojnica njihala, -@ 1nepomična ' ishodišna( kolotura, -6 1 njihajuća vodilica bušaćeg užeta, -A 1 pomična 'njihajuća kolotura(, -B 1 ruda za vuču postrojenja kamionom, -C 1 glavno vitlo, -D 1 vitlo za čišćenje dna kašikom, E 1 vitlo za kolonu zaštitnih cijevi, Slika 3-9:
Postoje pisani dokumenti o uporabi ove metode bušenja bunara do -EE m dubine iz AEE godine godine p.n.e. anas se cjelokupna cjelokupna oprema, oprema, alatke, zaštitne zaštitne cijevi, čelična užad i pribor izra&uje prema propisanim normiranim speci#ikacijama. ušilice su opremljene čeličnom oprugom ili gumenim prstenovima ispod oslonca glavnog kolotura na vrhu tornja radi veće djelotvorn djelotvornosti osti bušenja bušenja i zaštite zaštite tornja od udaraca, koje uže prenosi prenosi s pribora pribora na glavni glavni kotur. kotur. 3va se metoda danas rijetko koristi za potrebe bušenja za istraživanje i proizvodnju na#te i plina, dok za bušenje bunara, potrebe masovnog miniranja i istraživanja mineralnih sirovina udarna metoda bušenja ima još uvijek važnu primjenu.
*latke za udarno bušenje - " makaze u otvorenom položaju, 1 standardno dlijeto, / 1 bušaće uže, @ 1 spojnica alatki s užetom, 6 1 spoj, A 1 makaze u zatvorenom položaju, B 1 spoj, C 1 kvadratni izrez za zahvat alata za stezanje i odvajanje alatki, D 1 teška šipka, -E 1 spoj, -- 1 žlijebni dio dlijeta za usmjerenje vode. Slika 3-10:
>darna >darna metoda metoda bušenja bušenja primjenjuje primjenjuje se često u srednje srednje tvrdim tvrdim stabilnim stabilnim stijenama stijenama uz minimalnu upotrebu zaštitne kolone, gdje se ne očekuje obrušavanje u kanalu bušotine. 7a bušenje nestabilnih stijena ponekad se koriste koriste i četiri standardna promjera zaštitnih kolona. %o svak svakak akoo oteža otežava va i posk poskup uplju ljuje je izved izvedbu bu bušo bušoti tina na udarn udarnom om meto metodo dom, m, ali ali je nužn nužnoo pri pri odre&e odre&enim nim geološ geološkim kim prilik prilikama ama.. >troša >trošakk zaštit zaštitne ne kolone kolone može može se smanji smanjiti ti u izvjes izvjesnim nim slučajevima dodavanjem vodi bentonita za udarno bušenje. 3vako se može ublažiti rušenje stijenki bušotine, smanjiti otpor dubljeg utiskivanja jedne kolone te tako izbjeći ili barem odložiti ugradnju slijedeće kolone manjeg promjera. Razmake zaštitnih kolona, ugra&ene u vodonosne stijene u bunarima u kojima se kaptira podzemna voda, treba pravovremeno propucati, ili pak zamijeniti odgovarajućim #iltrima. %o je obično jednostavan postupak ako se pravovremeno osiguraju cijevi i #iltri prema projektu. 9išćen 9išćenje je dna bušotine kod udarne metode bušenja uvijek se provodi nakon razrušavanja stijene u odre&enom razmaku standardnim alatkama pokazanim na slici /"-E. 4onstrukcija jedne od specijalnih kašika za čišćenje dna pokazana je na slici /"--a. *ko su stijene stijene nestab nestabiln ilne, e, nužno nužno je zacjevl zacjevljiv jivanje anje bušot bušotine ine,, pri čemu čemu se kolona kolona zaštit zaštitnih nih cijevi cijevi utiskuje da prati napredovanje bušotine. Fa slici /"--b dat je snimak impulsa koji se pojavljuju u koloni zaštitnih cijevi prilikom njihovog zabijanja koristeći standardne alatke 'slika /"-E(. rzina bušenja kod primjene ove metode ovisi o:
a( bušivosti stijene, b( promjeru i dubini bušotine, bušotine, c( tipu dlijeta i djelotvornosti održavanja odgovarajućeg oblika, d( režimu bušenja i e( sposobnosti bušaće ekipe da se prilagodi danim uvjetima. Režim bušenja udarnom metodom obuhvaća: a( broj udaraca u minuti '/E do AE(, b( odgovarajuću masu alatki, c( visinu dizanja dlijeta 'E,/ do E,D m(, d( učestalost dodavanja vode i e( učestalost čišćenja dna bušotine odgovarajućom kašikom. lijeto je osnovna alatka kod svih udarnih i najvećeg broja rotacijskih načina bušenja. %ip dlijeta za udarnu metodu bušenja, uglovi zaoštrenja i prioštrenja oštrice dlijeta bitno utječu na djelotvornost udarnog bušenja. > praksi je utvr&ena mehanička brzina bušenja krutih stijena E,- do / m na sat. 8anjom udarnom garniturom s bušaćim alatkama mase -6E kg buše se bušotine do -EE m dubine, dok se na većim garniturama mogu postići dubine i do -6EE m. >darna >darna metoda bušenja bušenja se rje&e koristi koristi za izvedbu bušotina bušotina dubljih dubljih od B6E m te za promjere bušenja veće od 6EE mm. mm. Fa slici /"- dana je shema alatke za jezgrovanje u bušotinama koje se izvode udarnom metodom. 7vjezd 7v jezdast astaa dlijeta dlijeta u konven konvencio cional nalnom nom obliku obliku 'slika 'slika /"-@( /"-@( korist koristee se za izvedb izvedbuu bušotina većeg promjera udarnom metodom. 7vjezdasta dlijeta osim spomenutog oblika, proizvode se i u pilotskom obliku. Fa slikama /"-6 i /"-A pokazani su ure&aji za rukovanje alatkama na postrojenju za udarno bušenje. Slika 3-11: 3-11: a( 4ašika za čišćenje dna b( ?lustracija impulsa u koloni zaštitnih cijevi koje se nabijaju alatkama za udarno bušenje bušenje )ezgrena cijev <aker= za udarno bušenje, alatka na dnu 'a( i alatka za vrijeme dizanja na viši položaj 'b( - 1 peta alatke za jezgrovanje, 1 kuglasti protu"povratni ventil, / 1 vanjska cijev, @ 1 unutrašnja cijev za držanje jezgre, 6 1 hvatač jezgre
Slika 3-12:
Slika 3-14:
7vjezdasto dlijeto za udarno bušenje
Pomoćni ure&aji za rukovanje s alatkama pri udarnom bušenju a 1 elevator s dva stremena, b 1 obujmica za alatke, c 1 izvlakač, d 1 kuka, e 1 vijčana i hidraulička dizalica za niveliranje bušaćih postrojenja Slika 3-15:
8ehanički ure&aji za čvrsto spajanje i odvajanje alatki za udarno bušenje a 1 lančani tip s račvastim ključevima za zahvat lanca, b 1 zupčasti tip s punim ručkama ključeva Slika 3-16:
>darna metoda ima prednosti u odnosu na rotacijsku metodu izrade bušotina ili pak bunara sličnih dubina i promjera promjera zbog slijedećeg:
-. 8anja 8anja naba nabavn vnaa cijena cijena stroja stroja i alatk alatki,i, . )ednos )ednostav tavnos nostt rukov rukovanj anjaa i održav održavanj anja, a, /. aleko aleko je manji manji utrošak utrošak vode, vode, što što je vrlo vrlo bitno bitno u bezvod bezvodnim nim i brdskim brdskim podru područjim čjimaa 'krš(, polupustinjskim predjelima i svuda gdje je voda skupa, @. 8anja snaga snaga pogonsk pogonskog og motora motora 1 manji manji utrošak utrošak goriva goriva i maziva maziva po bušenom bušenom metru, metru, 6. 5amci, 5amci, raspucal raspucale, e, kavernoz kavernozne ne i tekton tektonski ski poremeć poremećene ene stijene stijene ne preds predstav tavljaj ljajuu veće veće poteškoće jer su manje mehaničke brzine bušenja bušenja udarnom metodom, A. )ednos )ednostav tavno no i pouzda pouzdano no praćenje praćenje litolo litološko škogg pro#il pro#ila, a, geološ geoloških kih promjen promjenaa te mjeren mjerenja ja količine, razine i promjene kvaliteta #luida u izbušenim vodopropusnim stijenamaG minimalne su mogućnosti zaga&enja i onečišćenja vodonosnika,
3snovni nedostaci ove metode su slijedeći: -. 8anj 8anjaa brzi brzina na buše bušenj nja, a, . 3gra 3grani niče čena na kont kontro rola la stab stabil ilno nost stii kana kanala la bušo bušoti tine ne i slab slabee tehn tehnič ičke ke mogu mogućn ćnos osti ti intervencije pri prodoru većih količina #luida, /. 9est 9estee su su zag zagla lave ve,, 3.2.4. ROTACIJSKA METODA BUŠENJA
Proces bušenja rotacijskom metodom obuhvaća: a( razrušavanje stijena rezanjem pomoću lopatičastih dlijeta, b( razrušavanje stijena rezanjem, odlamanjem i drobljenjem pomoću žrvanjskih dlijeta i c( razrušavanje stijena rezanjem i struganjem pomoću dijamantskih dlijeta. no bušotine treba kontinuirano čistiti optokom #luida 'slika /"-B(, za razliku od udarne metode bušenja gdje se dno čisti posebnom kašikom 'slika /"--a( dok je dlijeto izvan bušotine. !luid u optoku kod ove metode bušenja iznosi na površinu krhotine razrušenih stijena. !luid za ispiranje dna bušotine može biti isplaka, zrak, zrak s pjenom ili kombinacija isplake i zraka pod tlakom. Rotacijsko bušenje s direktnim ispiranjem i ispuhivanjem ima najširu primjenu. Posebno je pogodno za jezgrovanje stijena kroz koje se buši. obivanje obivanje jezgre bušenih naslaga jedna je od najčešćih namjena istražnih bušenja. Posebna se pažnja pritom posvećuje dobivanju zahtijevane količine i kvalitete jezgra. .
5hema rotacijskog bušenja s konvencionalnim smjerom cirkulacije isplake. L " smjer protjecanja svježe isplake, LL " smjer protjecanja isplake s krhotinama stijena prema taložnom spremniku, - 1 toranj, 1 hidraulički motor koji daje energiju za rotacijsko bušenje, i isplačna glava, / 1 bušaće alatke koje prenose rotaciju i osni tlak na dlijeto, @ 1 vodilice, 6 1 isplačne crpke, A 1 spremnik za isplaku, B 1 taložni spremnik, C 1 postrojenje s hidrauličkom visokotlačnom crpkom i pogonskim motorom, D 1 dlijeto. Slika 3-17: 3-17:
7a dobivanje dobivanje potrebne potrebne jezgre za predvi&ena predvi&ena laboratorijs laboratorijska ka ispitivanja ispitivanja neophodno neophodno je osigurati:
a( obučenost bušača, b( izbor adekvatnog tipa i ispravne jezgrene cijevi, c( učinkovit režim bušenja, d( rad cjelokupnog procesa bušenja bez zastoja i e( dobro usmjerenu, ravnu i čistu bušotinu što manjeg promjera. Rotacija Rotacija bušaćih bušaćih alatki i potrebno potrebno opterećenje opterećenje dlijeta 'krune( 'krune( kod rotacijskih rotacijskih bušilica bušilica postiže se na više načina. 4od bušenja dubokih bušotina obično se u rotacijskom stolu rotira četvrtasta 'ili nekog drugog povoljnog presjeka( radna šipka a time i cjelokupni niz alatki uključujući i teške šipke kojima se osigurava potrebno osno opterećenje na dlijeto. Pri bušenju istražih bušotina s jezgrovanjem preporučuje se što manji prstenasti prostor pa se rotacija pribora obično postiže u posebnoj bušaćoj glavi u kojoj se gornja bušaća šipka stegne posebnim čeljustima 'paknama(, a tlak na dlijeto se najčešće postiže hidrauličkim hidrauličkim ure&ajima. Rotacijsko bušenje se izvodi bušaćom opremom koju čine sklopovi za: a( izvlačenje i spuštanje alatki, b( okretanje alatki i c( ispiranje bušotine. Postrojenje za rotacijsku metodu bušenja ima slijedeće glavne ure&aje: 1 pogonska oprema koja služi za davanje potrebne snage nabrojanim sklopovima postrojenja, 1 oprema za izvlačenje i spuštanje bušačkih alatki 1 toranj s pomičnim i nepomičnim koloturjem, vitla s čeličnom užadi i kukom, 1 alatke i ure&aj za njihovo rotiranje, 1 isplačni sustav 1 crpke 'ili kompresor( s potrebnim crijevima, priključcima i ure&ajima za optok, kontrolu i održavanje odgovarajućeg #luida za čišćenje dna bušotine i stabilnost kanala, 1 ure&aji za osiguranje ušća bušotine te alat za sigurno rukovanje bušaćim alatkama u svim operacijama i 1 postolje postrojenja koje koje može može biti biti inst instal alir iran anoo s cjel cjelok okup upno nom m opre oprem mom na odgovarajućem vozilu za transport bušaćeg postrojenja, alatki i materijala za izvedbu bušotine ili na splavu. Rotacijsko bušenje se koristi u više različitih varijanti i modi#ikacija. Radi lakšeg izbora optimalnog načina bušenja za dane geološke uvjete, slijedi prikaz najčešće korištenih varijanti rotacijskog bušenja s najbitnijim karakteristikama opreme. 3.2.4.1 ROTACIJSKA METODA BUŠENJA SA DIREKTNIM OPTOKOM ISPLAKE
;lavna ;lavna obilježja obilježja ove metode metode bušenja bušenja odnosi odnosi se na rotiranje rotiranje alatki odre&enim odre&enim brojem okreta okretaja ja pri čemu čemu dlijeto dlijeto pri odabra odabranom nom osnom osnom optereć opterećenju enju razruš razrušava ava stijen stijenu. u. 4rhoti 4rhotine ne razrušene razrušene stijene stijene iznosi iznosi isplaka isplaka odgovarajuć odgovarajućih ih svojstava svojstava i brzine kontinuirano kontinuirano na površinu površinu 'slika /"-B(. Riječ isplaka potječe od glagola isplakivati, jer ova tekućina zaista isplakuje bušotinu i iznosi krhotine krhotine probušenih stijena u procesu izrade bušotine. bušotine.
Slika 3-18:
%ipično postrojenje <*cker= za dijamantsko bušenje
-" dijamantska kruna, " prelaz s ojačanjem, /"jezgrena cijev, @"bušaća šipka, 6" spojnica šipki, A" dijamantska peta kolone, B"uvodna kolona s <%= komadom za izliv isplake, C" stezna glava, D"bušača glava s dva hidraulička cilindra, -E" isplačna glava, --"čelično uže, -" kolotura, -/" stremen i spojnica, -@"četveronožni toranj, -@"manila uže, -A"glavno vitlo, -B" pomoćno vitlo, -C"upravljačka ploča, -D"glavno vratilo 'transmisija(, E"pogonski motor, -"drveno postolje, sanjke i pomični okvir na sanjkama, " taložni dio spremnika za isplaku 'vodu(, /" #iltar s protupovratnim ventilom u isplačnom bazenu, @"usisno crijevo, 6"crpka za optok isplake, A" tlačno crijevo, B" manometar. Rotacija alatki postiže se: 1 pomoću rotacijskog stola u kojem je ulošcima #iksirana 'četvrtasta ili šestokutna( radna šipkaG radna šipka 'kellM( prenosi okretni moment na dlijeto preko bušaćih i teških šipki, 1 okretni moment preuzima gornja šipka u hidrauličkoj glavi, 'top"drive( 'slika /"-B( i direktno u bušaćoj glavi 1 'holloN"sha#t head(, kako je pokazano na slikama /"-C i /" -D, 1 bušaći čekić na dnu dobiva pneumatičnu ili hidrauličku energiju kroz alatke za rotaciju i perkusiju posebno konstruiranog dlijeta 'slika .C(, 1 uronjeni pogonski motori 'turbinske bušilice, elektrobušilice i vijčani motori(, nalaze se neposredno iznad dlijeta ili krune, a pogonsku energiju dobivaju s površine 'pritisak isplake ili električna energija( za ostvarenje okretanja rotora, odnosno alatke za razrušavanje stijene na dnu bušotine. Presjek bušaće glave postrojenja za rotacijsko bušenje sa mehaničkim 'a(, i hidrauličkim ure&ajem za davanje osnog opterećenja na alatke 'b(, s presjekom O"O '-@( - 1 vijak s žlijebom, 1 matica, / 1 konični zupčanik, @ 1 okvir kojim se osigurava rotacija uz napredovanje alatki, 6 1 četiri brzine napredovanja alatki, A 1 izlazno vratilo, B 1 spojka, C 1 okvir s žljebovima i stezačem alatki, D 1 vodilica spojena s djelovanjem hidrauličkih cilindara, -E 1 par koničnih zupčanika kojima se postiže rotacija alatki, -- 1 klinovi 'vidljivi na presjeku O"O(, Slika. 3-19: 3-19:
3sno opterećenje na dlijeto kod rotacijske metode bušenja postiže se slijedećim načinima: 1 teškim šipkama neposredno neposredno iznad dlijeta i 1 potiskivanjem bušaćih alatki 'pull"doNn(G a( ručno, b( mehanički 'slika /"-D.a(, c( hidraulički 'vidi slike /"-D b. i /"E(, d( galovim lancem, i e( užetnjačom. 3ptok isplake održava klipna crpka odgovarajuće dobave, koja savladava otpore na putu isplake u tlačnom vodu , isplačnoj glavi, radnoj šipki, bušaćim šipkama, teškim šipkama, dlijetu i na uzlaznom putu u prstenastom prostoru. 4rhotine razrušene stijene isplaka iznosi s dna bušotine do površine gdje se talože u jednom ili u više isplačnih bazena. >zlazna brzina u prstenastom prostoru treba biti veća od brzine zaostajanja krhotina razrušene r azrušene stijene u isplaci, tj. obično izme&u E,6 do - m$s, kako bi se osiguralo potrebno čišćenje dna i izbjegli zastoji krhotina stijene ili čvrstih čestica u kanalu bušotine. Pored Pored poznav poznavanj anjaa opreme opreme za bušen bušenje je i bespri besprijeko jekorno rnogg rukova rukovanja nja postro postrojen jenjem jem i alatkama u svim operacijama izvedbe bušotine, bušač treba biti obučen za: a( izbor odgovarajućeg režima bušenja za stijene i uvjete u kojima treba bušiti,
b( korektno praćenje promjena na dnu motreći isplaku i druge pojave, c( stalno praćenje indikatora mase, manometra, tahometra i drugih raspoloživih mjernih instrumenata radi poduzimanja pravovremenih tehničkih intervencija. %o su ujedno i uvjeti za djel djelot otvo vorn rnuu izrad izraduu bušo bušoti tine ne prem premaa proj projek ektu tu,, bez bez zasto zastoja ja i rizik rizika, a, a za bolj boljuu kona konačn čnuu ekonom ekonomičn ičnost ost rada. rada. jelot jelotvor vornos nostt i ekonom ekonomičn ičnost ost bušenj bušenjaa ovom ovom metodo metodom m ovisi, ovisi, pored pored ostalog, o slijedećim činiocima: 1 mehaničkim i #izičkim svojstvima stijena kroz koje treba bušiti 'čvrstoća, tvrdoća, abrazivnost, vlažnost, temperatura i dr.( i pravovremenoj in#ormiranosti bušača o eventualnim promjenama, 1 izboru odgovarajuće vrste dlijeta za bušenje kroz svaku od stijena koje se predvi&aju prognoznim pro#ilom, 1 izboru odgovarajuće crpke za dovoljnu dobavu isplake pri bušenju najvećeg promjera projektirane bušotine i potrebnog tlaka za najveću dubinu i uvjete utvr&ene istražnim istraž nim radovima, imajući mogućnost reguliranja dobave i tlaka, 1 izboru optimalnog broja okretaja i osnog opterećenja na dlijeto 'ili krunu( kako bi se radne komponente 'zubi, radne plohe oštrica kod kruna i lopatičastih dlijeta i dr.( ravnomjerno i potpuno istrošili, 1 održavanju svojstava isplake, 1 obučenosti i spremnosti posade da prati uvjete u bušotini i po potrebi pravovremeno mijenja broj okretaja dlijeta, osno opterećenje i svojstva isplake zbog postizanja najveće sigurnosti i ekonomičnosti rada. 5hema hidrauličkog ure&aja za davanje osnog opterećenja na alatke kod rotacijskog bušenja. - 1 bušaća šipka, 1 križna glava, / 1 hidraulički cilindri, @ 1 manometar, 6 1 slobodan tok hidrauličnog ulja, A 1 kontrolni ventil, B 1 reguliranje u @ smjera za tlačni tok, C 1 crpka za hidrauličko ulje, D 1 usisni tok, -E 1 #ilter, -- 1 rezervoar ulja, - 1 povratni tok Slika 3-20:
Fužno je praćenje, evidentiranje, izvještavanje i analiziranje podataka u vezi s nabrojanim činiocima na svakom svakom projektu. Rezultate utvr&ene utvr&ene analizom ovih opažanja treba koristiti za poboljšanja procesa bušenja i povećanje povećanje ekonomičnosti. 5porije je i skuplje mijenjanje svojstava isplake od promjene osnog opterećenja i broja okretaja alatki. Fa slikama /"- 'a( i b( dijagramski su prikazana opća iskustva o utjecaju osnog opterećenja na dlijeto i broja okretaja alatki na brzinu bušenja u mekanim, srednje tvrdim i tvrdim stijenama. Slika 3-21: 3-21:
3dnos brzine bušenja u različitim stijenama pri promjeni: a( brzine rotacije alatki i b( osnog opterećenja dlijeta - 1 mekane stijene, 1 srednje tvrde stijene i / 1 tvrde stijene.
3.2.4.2 OSOBINE DIJAMANTSKOG BUŠENJA
Fa slici /"-C shematski je pokazano jedno tipično postrojenje za izradu istražnih bušotina koristeći dijamantsku krunu na jezgrenom ure&aju. Postrojenje čine slijedeće komponente: radna plat#orma, toranj s vitlima, bušaćom glavom i kontrolnom opremom, pogonski motor s glavnom spojkom i mjenjačem te crpka s nužnom opremom za optok #luida # luida za ispiranje dna bušotine.
Fajveći broj dijamantskih kruna i ostalih bušaćih alatki koje se koriste za bušenje i jezgrovanje u bušotinama, izra&uju se u različitim dimenzijama respektirajući odgovarajuće standarde. Fa slici /" dan je presjek dvostruke jezgrene cijevi tipa <enison= s detaljem dijamantske krune na slici /"b. '-(. Fa slici /"/.a dan je presjek jednostavne dvostruke jezgrene cijevi a na slici /"/.b detalji djelovanja dijamanstke krune na dnu bušotine. ?stražne bušotine manjih promjera 'slim"hol( ' slim"hol( osiguravaju veći postotak jezgre istraživanih mineralnih sirovina, kolektora na#te, plina i termalnih, odnosno mineralnih voda. > tu svrhu koriste se jezgrene cijevi cije vi različitih konstrukcija i tipova dijamantskih kruna, koje imaju prstenasti oblik različitih konstrukcija i dimenzija. vostruka jezgrena cijevi <enison= <enison= 'a( s detaljem krune krune 'b( i presjek jezgrene cijevi <enison= 'c( - 1 ;lava jezgrene cijevi, -a 1 navoji spojnice s alatkama, -b 1 vanjski dio glave, -c 1 unutarnji dio glave, 1 kontrolni ventil, / 1 dovodi vode, @ 1 odušni otvori, 6 1 zaliha masti, A 1 gornji ležaj, B 1 donji ležaj, C 1 šuplje vreteno, D 1 izrezi za zahvat ključa, -E 1 kavez, -- 1 gumena brtvila, - 1 cilindar, -a" glava cilindra, -/ 1 -/ 1 unutarnja cijev 'jezgrena(, -@ 1 vanjska cijev, -6 1 kruna vanjska, -6a 1 zubi za drobljenje stijene, -A 1 kruna unutrašnja 'peta(, -B 1 opružni držač jezgra L 5ve su dimenzije u inčima 'palcima(, Slika 3-22: 3-22:
-. .
Qireli Qireline ne ure&aji, ure&aji, alatke alatke su za djelotvo djelotvorno rno dobivan dobivanje je jezgre, jezgre, a spušta spuštaju ju se i izvlač izvlačee posebno posebnom m žicom 'ili tankim tankim čeličnim užetom( s dna bušotine kroz bušaće šipke 'vidi sliku /.-D(, +8* +8* 1 kratic kraticaa je za standa standard rd alatki alatki za bušenje bušenje dijamant dijamantski skim m alatkama alatkama 1 iamon iamondd +ore rill"8an rill"8anu#a u#actu cturin ringg *ssociation.
Presjek dvostruke jezgrene cijevi 'a( s detaljem dijamantske krune 'b( - 1 glava vanjske cijevi, 1 vreteno, / 1 držač ležaja, @ 1 spojnica unutrašnje cijevi, 6 1 vanjska cijev, A 1 unutrašnja cijev, B 1 prelaz za spajanje jezgrene cijevi, C 1 držač jezgre, D 1 otkidač jezgre, -E 1 dijamantska kruna, -- 1 optok isplake, - 1 jezgra Slika 3-23:
ijamanti različite kakvoće i krupnoće zrna koriste se za izradu brojnih oblika i dimenzija bušaćih kruna, za ojačanje pete zaštitnih kolona i obradu kanala bušotina 'na pojedinim alatkama(. )ezgrene cijevi s dijamantskim krunama izra&uju se za sve vrste geoloških naslaga i petrogra#ska svojstva stijena od najmekših do najtvr&ih. 4od proizvodnje bušaćih dlijeta 'kruna( važan je, pored oblika, krupnoće, kakvoće dijamantskih zrna na radnim površinama i sastav te #izička svojstva legura 'matrica( u koju se stavljaju dijamantna zrna. %vrdoća matrice krune može biti srednje tvrda i tvrda te manje ili više otporna na abrazivnost stijena u kojima se planira bušenje. %vrdoća matrice bira se na temelju: a( kakvoće i krupnoće dijamantnih zrna, b( #izičkih svojstava stijena za koje je kruna namijenjena i od režima bušenja. 3.2.4.3. UPOTREBA MLAZNIH DLIJETA
>pot >potre reba ba mlaz mlazni nihh dlij dlijet etaa 'jet 'jetti ting ng bit( bit( može može osig osigur urat atii veću veću djel djelot otvo vorn rnos ostt i ekonomičnost rada te manji rizik u izvo&enju bušenja nego primjena konvencionalnih dlijeta. rvanj rvanjska ska mlazna mlazna dlijeta dlijeta imaju imaju izlazn izlaznuu brzinu brzinu isplak isplakee već od C6 m$s. m$s. 8lazov 8lazovii isplak isplakee usmjereni su okomito na dno bušotine. %ime se osigurava: a( pomoć mehaničkom djelovanju dlijeta na razrušavanje stijene i potpunije čišćenje dna i b( brže penetriranje alatki. 7ato su
ove alatke posebno djelotvorne pri izradi dubljih bušotina pod uvjetom da je moguća primjena odgovarajućeg režima bušenja. 8lazovi isplake iz mlaznica usmjereni su na dno bušotine okomito, i tako djeluju na dno bušotine i razrušavaju slabo vezane stijene mlazom isplake. 3.2.4.4. ROTACIJSKA METODA BUŠENJA UZ ISPUHAVANJE ZRAKOM
ećina standardnih postrojenja za rotacijsko bušenje s optokom isplake može se kori korist stit itii i za rota rotaci cijs jsko ko buše bušenj njee s ispu ispuha hava vanj njem em dna dna bušo bušoti tine ne zrak zrakom om uz odre& odre&en enaa modi#iciranja i zamjenu isplačne crpke odgovarajućim kompresorom. 5hema jednog manjeg mobilnog postrojenja za veoma djelotvornu izvedbu bušotina pokazana je na slici /"@. 5astav bušaćih alatki kod ove varijante rotacijske metode bušenja sličan je ili skoro isti kao i kod već opisanog bušenja uz ispiranje isplakom. ? ovdje se koristi radna šipka, bušaće i teške šipke, prelazi, stabilizeri te različite vrste dlijeta. >gra&uju se dva protupovratna ventila radi sprječavanja vraćanja čestica bušenih naslaga u bušaće alatke. Prvi se postavlja odmah iznad dlijeta, a drugi u bušaće alatke neposredno ispod ušća bušotine. Pri korištenju aerizirane isplake tako&er se koriste protupovratni ventili. 5hema mobilnog postrojenja <*Suadrill R"6E= " *tlas +opco, za izvedbu istražnih i eksploatacijskih bušotina - 1 toranj s hidrauličkim motorom za rotaciju 'a(, bušaćom šipkom i isplačnom glavom 'b(, stolom i kliještama za spajanje i razdvajanje alatki 'c( i svjetiljkom za noćni rad 'd(, 1 dizel motor, / 1 vitlo, @ 1 crpka za pjenu sa spremnikom za vodu, 6 1 bušačeva bušačeva upravljačka ploča, komande za dizanje i spuštanje tornja i dizalica za niveliranje postrojenja, A 1 hidraulička crpka i spremnik za hidrauličko ulje, B 1 vozilo odgovarajućih dimenzija, pokretljivosti i snage, C 1 %2"čekić %2"čekić na dnu, D 1 kompresor, kompresor, te opcije: postolje s pregradama za odlaganje alatki, stroj za zavarivanje i skupljač prašine. Slika 3-24: 3-24:
%lačni zračni vod spaja kompresor s tlačnom spojkom u tornju na putu komprimiranog zraka u tlačni sustav zraka. Fa tlačni vod priključen je zaobilazni vod, koji služi za odvod komprimiranog zraka u uzdužnu cijev tokom dodavanja bušaće šipke, kako bi se izbjeglo zaustavljanje kompresora. Fa tlačni vod priključeni su i dovodi za eventualno injektiranje pjenušavaca i čvrstih tvari 'polimera ili bentonita(, kada to prilike bušenja bušenja zahtijevaju. ?spušna cijev je u sistemu na izlazu iz bušotine, a služi za odvo&enje zraka i iznesenih čestica razrušene stijene do hvatača čestica. 8jer 8j erni nim m i kont kontro roln lnim im inst instru rume ment ntim imaa i ure& ure&aji ajima ma sist sistem emsk skii se mjere mjere slij slijed edeće eće vrijednosti: a( tlak protiskivanja zraka kroz tlačni sistem, b( dobava zraka, c( vlažnost i temperatura ulaznog i izlaznog zraka, i d( količina, krupnoća i svojstva iznesenih krhotina razrušenih stijena. 3ve se vrijednosti, uz podatke o osnom opterećenju, broju okretaja i zakr zakret etno nom m momen omentu tu alat alatki ki te brzi brzini ni buše bušenj njaa bilj biljež ežee i anal analiz izir iraj ajuu zbog zbog potp potpun unij ijeg eg interpretiranja rezultata bušenja. Postupak Postupak proračunavanja proračunavanja potrebnih potrebnih količina količina suhog suhog zraka za kvalitetno kvalitetno čišćenje dna i iznošenje iznošenje razrušenih stijena detaljno je proučen. proučen. Fapisana su praktična praktična uputstva za uspješan uspješan rad ovom metodom bušenja. %reba respektirati vrijednosti prosječne brzine zračne struje, koja u prstenastom prostoru treba biti veća od -6 m$s. 3vaj kriterij zahtijeva relativno veliku dobavu zraka pri izvedbi bušotina većeg promjera 'bunara(, pogotovo onda kada se koriste bušaće alatke manjeg promjera. >spješno bušenje pri korištenju kompaktne pjene zahtijeva daleko manju brzinu zračne struje u prstenastom prostoru. Preporučuje se brzina zračne struje s pjenom od E,6 do
-,E m$s. 3va brzina omogućava korištenje za AET manjeg kompresora nego je to zahtijevano pri ispuhivanju suhim zrakom. Poznato je da je čišćenje dna bušotine djelotvornije kada je manja viskoznost #luida kojim se ispire, odnosno ispunjava dno bušotine. 3d brojnih sredstava, koja se u praksi koriste za čišćenje dna bušotine, zrak ima najmanju viskoznost pa se primjenom zraka u optima optimalno lnojj dobavi dobavi omogu omogućav ćavaa dlijetu dlijetu razruša razrušavan vanje je potpun potpunoo čistog čistog dna i tako tako izbjeg izbjegava ava gubitak energije za ponovno drobljenje već ranije razrušene stijene. Pri rotacijskom bušenju s čišćenjem dna zrakom, pjenom ili s aeriziranom isplakom mehaničke brzine bušenja su veće u odnosu na primjenu uobičajene bentonitske isplake. %o se objašnjava manjim tlakom stupca zraka u prstenastom prostoru na dno, većom brzinom zraka, povećanim djelovanjem pornog tlaka i stijenskih napona te već spominjanom malom viskoznošću zraka 1 kvalitetnijim čišćenjem dna bušotine. ?spuha ?spuhavan vanje je zrakom zrakom nije nije moguć mogućee uvijek uvijek primje primjenji njivat vati.i. 7a bušenj bušenjee u mekanim mekanim,, plastičnim, ljepljivim stijenama i stijenama sklonim bubrenju, nije preporučljivo koristiti ispuhavanje. ?sto tako, kod vezanih i #luidom zasićenih stijena, kada je #luid pod većim tlakom, treba izbjegavati primjenu zraka za ispuhavanje, odnosno, zrak treba u takvim slučajevima zamijeniti odgovarajućom isplakom. Rotacijska metoda bušenja s ispuhavanjem suhim zrakom preporučuje se u tvrdim, čvrstim i konsolidiranim te kavernoznim stijenama, naročito tamo gdje je izuzetno hladna klima ili je bezvodno područje. ušenje uz ispuhavanje koristi osno opterećenje dlijeta svega /ET od onog pri bušenju s isplakom. roj okretaja dlijeta manji je nego kod bušenja s upotrebom isplake. 3vakav režim, pored veće mehaničke brzine, ima i dvije dodatne vrijedne posljedice: duži je vijek trajanja dlijeta i smanjeno je habanje bušaćih alatki. Pojavom manjih količina podzemne vode pri bušenju uz ispuhavanje ovlažuju se čestic česticee razruše razrušene ne stijen stijenee pa se doga&a doga&a sljepl sljepljiv jivanje anje i #ormir #ormiranj anjee nepože nepoželjn ljnih ih čepova čepova u prstenastom prostoru. %o može uvjetovati prihvat bušaćih alatki, lomove i druge havarije u bušotini. 7ato se preporučuje raspolaganje kompresorom većeg kapaciteta i posebna pažnja posade u ovakvim uvjetima rada. 9im se utvrdi smanjenje mehaničke brzine bušenja, povećanje pritiska protiskivanja zraka kroz zračni sustav, povećanje zakretnog momenta na bušaćim šipkama ili osjetno smanjenje volumena iznesenih čestica na površinu, tada treba pokušati utiskivati higroskopne tvari u zračni vod zraka za ispuhavanje. 2igroskopne tvari koriste se radi sušenja kanala bušotine jer imaju sposobnost apsorbiranja suvišne vode koja dotiče iz naslaga. *ko je dotok vode veći od B litara u sekundi, ispuhavanje zrakom treba zamijeniti cirkulacijom cirkulacijom isplake, ili ga kombinirati kombinirati s dodatkom dodatkom pjenušavca. pjenušavca. Pjenušavci Pjenušavci su prokušane, prokušane, površinski aktivne tvari koje djeluju tako da njihove hidro#ilne molekule vežu molekule vode. %o učvršćuje hidratni sloj opne zračnih mjehura. Povećanjem čvrstoće opne zračnih mjehura eliminira se povećanje veličine mjehura i njihovo raspadanje pri me&usobnom sudaranju. 4orištenje površinski aktivnih reagenata, pjenušavaca sa zrakom za ispuhavanje dna bušotine, omogućava: a( homogeniziranje ulaznog toka, b( poboljšanje sposobnosti iznošenja čestica stijena na površinu, c( eliminiranje zračnih jastuka i d( sprječavanje pulsiranja zraka u zračnom sistemu. Fa ovakav način se povećava mehanička brzina bušenja i vijek trajanja dlijeta, a troškovi bušenja po tekućem metru znatno se smanjuju. ?sta bušaća oprema i alatke, kao što je već napomenuto, može se koristiti za bušenje rotacionom metodom s različitim varijantama čišćenja dna i iznošenje krhotina razrušene stijene na površinu. 3.2.4 .2.4..5.
ROT RO TACIJ CIJSKA SKA METO METODA DA BUŠ BUŠENJ ENJA UZ OBRN OBRNUT UTII TOK TOK ISPL SPLAK AKE E
3va varijanta rotacijske metode bušenja ima obrnuti 'indirektni( smjer optoka bušaćeg #luida u odnos odnosuu na direkt direktni, ni, konve konvenci nciona onalni lni.. 5mjer 5mjer #luida #luida kod indire indirektn ktnog og toka toka ispira ispiranja nja dna bušotine pokazan je na slici /"6.
5hema garniture za rotacijsko bušenje s obrnutim 'indirektnim( smjerom optoka isplake - 1 isplačna glava s ure&ajem za rotaciju na radnoj šipki, 1 vodilica alatki, / 1 muljna crpkaa, @ 1 istaložene krhotine stijena. L LL " površinski tok isplake s krhotinama pod utjecajem vakuuma, LLL " silazni tok vode vode ili isplake u prstenastom prostoru,
Slika 3-25:. 3-25:.
>sisni tok kod obrnutog 'indirektnog( smjera počinje već u ulijevnoj cijevi, koja spaja ispl isplač ačni ni baze bazenn i prst prsten enas asti ti pros prosto torr oko oko buša bušaći ćihh alatk alatkii u kana kanalu lu bušo bušoti tine ne,, nast nastav avlj ljaa se prstenastim prostorom do dna bušotine gdje zahvata čestice dlijetom razrušene stijene i nosi ih kroz alatke, isplačnu glavu, usisno crijevo do muljne pumpe. %lačni tok kod ove varijante bušenja sačinjava samo izlijevna cijev s upravljačkim ventilom. >sisni tok #luida kod rotacijske metode bušenja s direktnim smjerom obuhvaća samo usisnu korpu u isplačnom spremniku i usisno crijevo do crpke. 5ve je ostalo tlačni tok koji održava pumpa. 5mjer isplake injektiranjem komprimiranog zraka u tekućinu pri adekvatnom uronu zračnih cijevi 'aeir"li#t( koristi se već duže vrijeme. 4ada se obrnuti tok isplake koristi pri izradi bušotina dubljih od -EE m, atmos#erski tlak nije dovoljan za djelotvoran optok, tada se koristi mamut pumpa kao nužna pomoć e#ikasnijem bušenju. 8amut pumpu 'aeir"li#t( čini odgovarajući kompresor i sistem zračnih cijevi kojima se dovodi komprimirani zrak na potrebanu razinu 'uron( u bušaće šipke 'slika /"6(. 7a izradu bušotina dubljih od 6EE m koriste se odgovarajuće isplačne crpke za tlačenje isplake u prstenasti prostor i ure&aj za zatvaranje prstenastog prostora iznad tlačnog dovoda isplake radi usmjeravanja isplake prema dnu bušotine. 4ao isplačni #luid kod indirektnog smjera najčešće se koristi voda u kojoj se glina i prah suspendiraju prilikom bušenja i optoka vode. 5amo je na početku bušenja to bila voda u isplačnim bazenima, koja bez suspendiranih čestica ima drugačija svojstva. entonit se ponekad dodaje, dok se drugi reagensi rje&e dodaju isplakama za indirektno bušenje plićih bunara. 5tabilnost kanala bušotine do konačnog zacjevljenja održava se pritiskom vodenog stupca koji teče u prstenastom prostoru oko bušaćih alatki prema dnu. ?zvjesno je da se dio vode in#iltrira u vodopropusne stijene. Postoji i erozija nastala optokom vode, no ovdje ona ipak manje ugrožava kanal bušotine nego kod direktnog smjera isplake jer se brzina toka u prstenastom prostoru ograničava ograničava na E,/ m$s. > aluvijalnim pijescima, u kojima je razina vode dublja od metra u odnosu na razinu vode u isplačnim spremnicima, rotacijskom metodom se uz indirektni smjer vode postižu, bez većih poteškoća, poteškoća, izuzetno dobre mehaničke brzine bušenja, bušenja, preko - metara na sat. ušenje uz direktni smjer #luida u ovakvim se uvjetima ne bi moglo izvoditi bez bentonitske isplake. 4ada se rotacijska metoda s indirektnim smjerom vode koristi za bušenje u ilovačama, glinama i pjeskovitim glinama, moguća su obrušavanja te slabiji učinci i veliki rizici od havarija u bušotini. 3vaj problem može se uspješno riješiti dodatkom kaustične sode 'Fa32( vodi do postiza postizanja nja lužnatosti lužnatosti isplake isplake p2I-E,6. p2I-E,6. Pri bušenj bušenjuu suhih porozn poroznih ih glina i ilovača ilovača ovom ovom metodo metodom, m, spomen spomenuto uto dodava dodavanje nje kausti kaustične čne sode sode može može se pokaza pokazati ti beskor beskorisn isnim im.. odavanje natrijevog silikata sa vodom u omjeru @ do -ET može biti uspješna intervencija u mnogim slučajevima. >koliko ni ovaj dodatak ne spriječi obrušavanje u kanalu bušotine, tada
vodu treba zamijeniti zamijeniti bentonitskom bentonitskom isplakom velike viskoznosti, viskoznosti, a manje obujamske obujamske mase i #iltracije ili cijevima 'zaštitnom kolonom( učvrstiti razmake bušotine u kojima se obrušavaju nestabilne naslage. %reba osigurati tri puta veći volumen spremnika za isplaku na početku bušenja ovom metodom u odnosu na konačan volumen bušotine. %ime se osigurava dovoljan prostor za odlaganje čestica razrušenih stijena i nužna zaliha vode, koja je potrebna za sigurnost pri uobičajenom gubljenju vode pri bušenju poroznih naslaga. Radi uspješne intervencije pri eventualnom iznenadnom gubljenju vode, preporučuje se osiguranje rezervne pumpe ili nekog drugog načina snabdijevanja vodom. Fajveća opasnost za stabilnost bušotine je pražnjenje u rezervoarima za vodu 'isplaku(, odnosno sniženje razine vode u kanalu bušotine. 7bog velikog gubljenja vode, ako se nadokn nadoknada ada u izvjesn izvjesnim im okolno okolnosti stima ma ne može može osigur osigurati ati pri bušen bušenju ju debljih debljih naslag naslagaa nezasićenog nezasićenog krupnog krupnog šljunka, može doći u pitanje i primjena primjena ove metode metode bušenja. bušenja. > takvim takvim uvjet uvjetim imaa koriš korišten tenje je gust gustee ispl isplak akee ili ili ugra ugradn dnja ja zašt zaštit itni nihh cijev cijevii sa ili ili bez bez cemen cementir tiran anja ja prstenastog prostora omogućuju daljnju upotrebu ove metode bušenja. *ko to nije rentabilno, treba primijeniti ekonomičniji način bušenja povratnim zakretanjem 'laviranjem( zaštitne kolone. ?n#iltriranjem vode prilikom bušenja u šupljikavim naslagama obično se odlažu i sitne čestic česticee razruše razrušene ne stijen stijenee u kanalu kanalu bušoti bušotine. ne. %o uzroku uzrokuje je značajn značajnije ije smanje smanjenje nje daljnj daljnjeg eg gubljenja vode iz kanala bušotine, odnosno iz ispirnih rezervoara. ;ubici vode se mogu smanjiti i dodavanjem usitnjene gline iz nekog bližeg površinskog pozajmišta ako je to nužno i ekonomično. 9estice nataložene u vodonosniku koji ispitujemo ili kaptiramo bušenim bunarom treba pravovremeno odstraniti nakon ugradnje #iltera. 9išćenje u nekim slučajevima slučaje vima može biti dugotrajan i skup postupak. +entri#ugalna pumpa za optok ispirnog #luida obično ima kapacitet veći od m /$min. 3sjetljiva je na abrazivnost krhotina razrušene stijene, koje se nalaze u isplaci, pa to može poskupiti njeno održavanje. Radi toga se često puta koristi hidro"ejektor umjesto muljne pumpe. %ada posebna posebna pumpa tlači čistiju vodu pa je habanje opreme za bušenje bušenje manje. 7a spajanje radne, bušaćih i teških šipki, te dlijeta i ispirne glave koriste se kod ove varijante bušenja prirubnice. Prirubnice imaju veći vanjski promjer 'CE mm za bušaće šipke promjera -CE mm( tako da je ograničen minimalni promjer bušenja ovim načinom na @6B mm '-C inča(, kako bi se očuvao dovoljan presjek prstenastog prostora za odgovarajuću brzinu silaznog toka. roj okretaja alatki je -E do 6E u minuti. Rotacijska metoda bušenja uz obrnuti smjer vode najje#tinija je pri izvedbi bunara velikog promjera u mekanim aluvijalnim naslagama do dubine -EE m. Povećavanje dubine bušenja ovom metodom zahtijeva ugradnju zračnih cijevi u bušaće šipke i korištenje komprimiranog zraka radi intenziviranja cirkulacije i kvalitetnijeg čišćenja dna bušotine. 4ada statički nivo vode u tlu nije ni dva metra niži od nivoa vode u isplačnim rezervoarima, mora se podići odgovarajući nasip da bi se ta razlika postigla i uspješno koristila koristila ova metoda bušenja. bušenja. Priprema ovakvih rezervoara zahtijeva znatne troškove i duže vrijeme od uobičajenog. ?spitane su i proučene teškoće bušenja bunara na brojnim lokacijama visoke razine vode u tlu pripremanjem isplačnih spremnika u nasipu na tlu različite vodopropusnosti. >tvr&eno je da se nivoi podzemne podzemne vode trebaju očuvati očuvati na nužnoj 'minimalnoj 'minimalnoj ili dubljoj( dubljoj( vrijednosti vrijednosti i tako omogućiti primjenu ove varijante bušenja. %o se postiže kontroliranjem i sprječavanjem in#iltracije i pravovremenim punjenjem isplačnih spremnika vodom. 3va metoda nije prikladna za izradu bušotina u naslagama s krupnijim samcima, pogotovo tamo gdje su samci veći od najmanjeg promjera u optočnom sistemu isplake
'ispirna glava(. Fajmanji unutrašnji promjer alatki za izradu bušotine do -EE m dubine obično je -6E mm. >zorci naslaga dobiveni pri bušenju ovom varijantom rotacijskog bušenja iz izlazećeg toka isplake kvalitetni su i pouzdani za interpretiranje probušenih naslaga 'stijena(. ?ntenzitet gubljenja vode u pojedinim razmacima bušotine veoma je važan pokazatelj vodopropusnosti tih razmaka. 7ato treba organizirati praćenje, mjerenje i bilježenje utroška vode u svakom od razmaka bušotine prilikom bušenja. I!"#" $%&'()*" +,-, /!'0,!"
ušenje rotacijskom metodom s indirektnim smjerom optoka #luida uz primjenu zračnog li#tera $=aeir"li#ta=( najekonomičniji je postupak izvedbe manjih okana u odre&enim uvjetima za potrebe u rudarstvu i gra&evinarstvu. 3vom metodom izra&ene su bušotine promjera /.E@C mm '-E inča( dubine -.BEC m. 8etoda je primjenjiva u mekim i tvrdim stijenama. Fa slici /"A pokazan je presjek bušaćih alatki za izvedbu dubljih bušotina većeg promjera.. 3vdje se daje pregled potrebnih brzina toka zraka, tekućine i krhotina za uvjete djelotvornog čišćenja dna bušotine i iznošenja čestica razrušene stijene na površinu. 4orisnik bušotine daje projektantu relevantne podatke istražnih radova i projektni zadatak za izradu svake pojedinačne bušotine. Fa temelju dobivenog projektnog zadatka i rezultata prethodnih istražnih radova projektant treba utvrditi slijedeće vrijednosti: a( dubinu i promjer bušotine, b( metodu bušenja i dimenzije dimenzije bušaćih alatki 'šipki( i c( isplačni sustav i svojstva isplake, odnosno speci#ikacije kompresora i dimenzije zračnih cijevi za dovod komprimiranog zraka. Projektant je obavezan provesti analizu dobivenih podataka i proračun slijedećih vrijednosti: a( dobavu kompresora 'količinu zraka i pritisak( i dubine urona zračnih cijeviG b( brzinu kretanja isplake, zraka i čestica razrušene stijene u karakterističnim presjecima 'ulaz zraka u dlijeto, u radnoj i bušaćim šipkama, šipkama, isplačnoj glavi(G c( dimenziju isplačne glave, radne šipke i drugih alatki ukoliko vrijednosti nisu ranije zadane. 3komito iznošenje čestica osigurava se brzinom brzinom toka isplake u alatkama E,6- do E,Am$s ili brzinom brzinom zračne struje struje u alatkama -6 do 6 m$s. m$s. Praktični Praktični rezultati su pokazali pokazali da se vodoravno 'radijalno na dnu bušotine( kretanje šljunka osigurava brzinom toka vode -,6 m$s ili zračnom strujom prosječne brzine E do /C m$s. Primjena rotacijske metode bušenja s obrnutim smjerom isplake bez pomoći zraka općenito je otežana pri izradi bušotina dubljih od -EE m, bez obzira na dubinu razine podzemne vode u tlu. 7ato se preporučuje kod ovog načina bušenja korištenje mamut crpke 'aeir"li#ta( s dovodom zraka dovoljno duboko u bušaćim alatkama. 7a osiguranje djelotvorne cirkulacije isplake i e#ikasne izrade bušotine, potreban je uron zračnih cijevi 'označeno
5 H-EE s I JJJJJ 'T( 5UV
'/"(
Presjek bušaćih alatki za izvedbu dubljih bušotina velikog promjera indirektnim smjerom isplake. - 1 stupnjevito dlijeto, 1 bušaće šipke, / 1 ulaz zraka, @ 1 mješavina isplake i komprimiranog zraka, 6 1 uvodna kolona, A 1 dovod komprimiranog zraka u alatke, B 1 rotacijski stol, C 1 tok prema isplačnim spremnicima, D 1 isplačna glava za zrak i isplaku, -E 1 izlivno crijevo, -- 1 uže na kojem vise alatke, - 1 dovod zraka iz kompresora, -/ 1 uliv isplake iz spremnika, -@ 1 smjer optoka isplake, V 1 visina dizanja #luida mjereno od statičke razine podzemne vode do vrha isplačne glave, 5 1 uron zračnih cijevi. Slika 3-26: 3-26:
7a bušenje tvr&ih naslaga planira se brzina kontinuiranog bušenja -,6 do / m$h pri čemu se osigurava protokG I B6E Hd,
'/"/(
I -6E Hd
'/"@(
ｑ
ili najmanje:
ｑ min
rzina uzlaznog #luida u bušaćim šipkama ovisi o protoku, unutrašnjem promjeru šipki a brzina radijalnog toka #luida na dnu bušotine ovisi o količini #luida u optoku, radijusu dlijeta i prosječnoj visini kućišta dlijeta od dna bušotine. 7a buše bušenj njee mekš mekših ih nasl naslag agaa kori korist stee se lopa lopatič tičas asta ta dlije dlijeta ta i žrvn žrvnje jevi vi adek adekva vatn tnoo konstruirani i raspore&eni kako bi se osigurao radijalni tok #luida. 7a tvr&e naslage koriste se isključivo kolutičasta dlijeta odgovarajuće konstrukcije. lijeto velikog promjera je obično stupnjevitog oblika, slično pilotskim dlijetima 'slika ./6(. Fa slici ./6. shematski je pokazana oprema i alatke za bušenje vodoravno i kosih tunela s popisom glavnih komponenti komponenti postrojenja.
?lustracija dijela opreme za bušenje većih promjera iz tunela, nastupno u jednom postupku vodoravno vodoravno 'a( i pod kosim kutevima kutevima 'b(, te poteznim proširivanjem kroz prethodno izvedenu bušotinu'c(. - 1 spiralne alatke za predbušivanje, 1 napredujući proširivač, / 1 povratni proširivač, @ 1 mjenjač brzine, 6 1 davanje osnog opterećenja, A 1 bušaće šipke, B 1 oslonac, C 1 šipke za vo&enje alatki, D 1 vodeće kolo, -E 1 centralizer, -- 1 postolje postrojenja za bušenje, - 1 pogonski motor. motor. Slika 3-27:
3.2.5. UPOTREBA BUŠAEG ČEKIA NA DNU DTH D'* (6, H'7, H"00,! 8 9,)- *" #*%;
3va metoda bušenja se zasniva na razrušavanju stijene djelovanjem udaraca na dlijeto i rotacije dlijeta na samom dnu u bušotini. 4omprimirani zrak, isplaka ili komprimirani zrak s pjenom koristi se za čišćenje dna bušotine 'slika /"C(. >darci na dlijeto i njegova rotacija ostvaruje se pomoću specijalnog bušaćeg čekića neposredno iznad dlijeta za bušenje 'slika /" D i /"/E(. Fa bušaći bušaći čekić djeluje energija komprimiranog komprimiranog zraka ili hidraulička. Fije dakle, potrebna dodatna oprema niti energija za čišćenje dna bušotine i iznošenje čestica razrušene stijene. 9ekićem se postiže vrlo veliki broj udaraca na dlijeto '/EE do CEE udaraca$min.(. eći broj udaraca uvjetuje: a( veće mehaničke brzine bušenja, b( relativno duži vijek trajanja dlijeta i c( potrebnu okomitost bušotine. %2 dlijeto 'slika /"/E i /"/-( okreće se -C do /E puta u minuti pri minimalnim osnim opterećenjima. roj udaraca ovisi o tlaku komprimiranog komprimiranog zraka, zraka, odnos odnosno no isplak isplake. e. Povećav Povećavanje anje tlaka tlaka ipak ipak je ograni ograničen čenoo troško troškovim vimaa izražen izraženim im po tekućem metru bušenja. roj okretaja dlijeta podešava se prema praktičnom pravilu za postizanje optimalne mehaničke brzine bušenja pri kojoj dlijeto napreduje - mm$okretaju i u najtvr&im stijenama. 5hema bušenja s čekićem na dnu 1 %2 uz upotrebu krute pjene - 1 3snovno postrojenje s dovodom komprimiranog zraka i pjene, 1 rotacijski stol, / 1 vodilica alatki, @ 1 bušaće šipke, 6 1 bušaći čekić na dnu 1 %2, A 1 dlijeto na %2G L " smjer toka zraka i čvrste pjene u alatkama, LL " odvajanje čestica stijena iz optoka, LLL " uzlazni tok zraka i pjene s česticama stijena u prstenastom prostoru, Slika 3-28:
8ehanička brzina bušenja ovim načinom razmjerna je tlaku stlačenog zraka. rzina bušenja povećava se s povećanjem tlaka zraka kojim se regulira broj udaraca u dlijeto. %roškovi bušenja pri povećavanju mehaničke brzine mogu se toliko povećati da se često puta ne isplati povećavanje tlaka jer je skupa nabavka kompresora s više stupnjeva zraka, a korištenje većeg kompresora zahtijeva veće troškove pogona i održavanja. >lazne brzine zračne struje u prstenastom prostoru trebaju biti veće od -6 m$s, kako je nave navede deno no kod kod već već opis opisan anog og nači načina na rota rotacij cijsk skog og buše bušenj njaa konv konven enci cion onaln alnim im alatk alatkam amaa s ispuhavanjem suhim zrakom. >dovoljavanju tog uvjeta, pored ostalog, pomaže i povećanje promjera bušaćih alatki, kako bi se smanjila površina poprečnog presjeka prstenastog prostora i time povećala brzina uzlaznog zraka sa krhotinama razrušene stijene. Postrojenje za bušenje čekićem 1 %2 na gusjenicama - 1 lijeto na čekiću %2, 1 bušaći čekić na dnu %2, / 1 bušaća šipka, @ 1 pogon rotacijskih alatki, 6 1 osno opterećenje alatki lancem, A 1 postolje na gusjenicama, B 1 skupljač prašine. Slika 3-29: 3-29:
Pneu Pneuma matič tički ki čeki čekićć na dnu dnu ima ima veli veliku ku prim primje jenu nu za buše bušenj njee buna bunara ra u najtv najtvr& r&im im stijenama s pukotinskom propusnošću gdje se obično izostavlja ugradnja #iltera. Postoje brojne konstrukcije čekića različitih masa kao i broja udaraca u jedinici vremena. 4oriste se brojne konstrukcije dlijeta i pomoćnih alatki za izradu bušotina radi miniranja i razrušavanje blokova stijene 'demolatori(. Pri Pri odgo odgova vara raju jućim ćim doto dotocim cimaa vode vode u bušo bušoti tinu nu toko tokom m buše bušenj njaa ovim ovim nači načino nom, m, preporučljiva je primjena pjenušavaca s polimerima ili s bentonitom. bentonitom.
5hema rada čekića na dnu +3P @ '*tlas +opco( - 1 gornji prijelaz za spajanje s alatkama, 1kontrolni ventil, / 1 kontrolna cijev, @ 1 prigušni čep, 6 1 klip, A 1 prsten, B 1 udarač Slika 3-30: 3-30:
Slika 3-31:
lijeto za bušaći čekić na dnu '%2( u dvije projekcije za tvrde stijene
ušaći čekić se na dnu podmazuje specijalnim uljem koje se injektira posebnom crpkom u ulaznu zračnu struju u tlačni vod na postrojenju za bušenje. odatak ovog ulja poboljšava neophodnu nepropusnost alatki na spojevima, pri čemu je manji gubitak zraka, a alatke imaju duži vijek trajanja jer se manje habaju. 3.2.<. BUŠENJE OSTALIM NAČINIMA
Postoje i druge mogućnosti djelotvornog bušenja koji nisu dosad spominjani. Feke se metode još proučavaju i ispituju u laboratorijama, u pokusnim bušotinama na terenu ili se ograničeno primjenjuju na projektima širom svijeta. 3.2.<.1.VODORAVNO 3.2.<.1.VODORAVNO BUŠENJE
odoravno bušenje na velike dubine, obično je nastavak uspravnih bušotina, a rje&e nastavak nastavak zakrivljeno zakrivljeno usmjerenih usmjerenih bušotina. bušotina. Fa slici /"/ dan je jedan sklop bušaćih bušaćih alatki za zakrivljeno bušenje kojima možemo upravljati. Fajčešće se tu koriste helikoidalni"vijčani motori, čije se brzine okretanja dlijeta i zakretni momenti mogu djelotvorno regulirati, što nije slučaj kod turbinskih i elektro bušilica. 5klop bušaćih alatki za upravljano zakrivljivanje bušotine - 1 telemetrijski sistem, 1 stabilizator, / 1 uronjeni motor, @ 1 spojnica s dvostrukim zakošenjem, 6 1 sklop ležajeva sa stabilizatorom, A 1 dlijeto, B 1 ugao otklona dlijeta. Slika 3-32: 3-32:
odoravne bušotine imaju posebno djelotvornu primjenu kod dobivanja na#te i plina iz tanjih kolektora koji blago zaliježu u većim dubinama jer se iz njih dobiva veća proizvodnja i potpunije crpljenje ugljikovodika u odnosu odnosu na okomite okomite bušotine.
3.2.<.2. SPIRALNO SVRDLO
5piralno svrdlo sa spiralnim alatkama 'šipkama( za bušenje pokazano je na slici /"//. 3ve se alatke koriste na postrojenjima za rotacijsku metodu bušenja u uvjetima u kojima je djelotvorno mehaničko čišćenje dna bušotine ovim specijalnim alatkama za izradu bušotina, a osigurava se veća rentabilnost bušenja, bolja kvaliteta bušotine i manji rizik u izradi bušotine nego drugim načinima. 5piralno svrdlo sa spiralnim alatkama koristi se često i za ručnu izradu plitkih bušotina. Postoje, me&utim, u svijetu savremena bušaća postrojenja na kojima se
koriste ove alatke radi: izrade istražnih bušotina, manjih bunara, miniranja, sadnje voćki, postavljanje stupova, pilota za temeljenje i za druge namjene. *latke za bušenje u različitim uvjetima a( dlijeto za bušenje većeg promjera spiralnim alatkama, b( dlijeto za bušenje manjih promjera spiralnim alatkama, c" šipka za spiralno bušenje, d 1 šapa za mekane naslage, e 1 specijalna alatka za va&enje tvrdih samaca sa dna. Slika 3-33: 3-33:
4od izrade plićih bušotina bušotina u mekšim mekšim naslagama, naslagama, krhotine krhotine razrušene razrušene stijene iznose se ručnim va&enjem alatki, čišćenjem spiralnog dlijeta na površini korištenjem specijalnog alata ili mlaza vode. 4od izrade bušotina mehaničkim mehaničkim postrojenjem postrojenjem i spiralnim spiralnim alatkama u tvr&im stijenama radi miniranja, materijal se kontinuirano iznosi na površinu na spiralama alatki 'pužno(. 3.2.<.3. BUŠENJE SA ŠAPOM NA RADNOJ ŠIPKI
ušenje sa šapom na radnoj šipki koristi se za izradu bušotina, plićih bunara i pilota za temelje temeljenje nje u mekani mekanim, m, pretež pretežno no glinov glinovitim itim naslag naslagama ama.. Radna Radna šipka šipka na odgova odgovaraju rajućem ćem postrojenju teleskopski se izdužuje s napredovanjem bušenja, a skraćuje prilikom iznošenja krhotina razrušenih stijena radi čišćenja dna. Rotacijom radne šipke sa šapom na dnu obavlja se napredovanje bušotine i istovremeno punjenje šape s krhotinama razrušene stijene. Fakon punjenja alatka se mehanički iznosi s dna na površinu, prazni se od krhotina i ponovno vraća na dno bušotine radi nastavka procesa bušenja 'slika /"/@(. Vaganim okretanjem i utiskivanjem šape izvodi se kanal bušotine do konačne dubine. 7a održav održavanj anjee stijen stijenki ki bušoti bušotine ne do konačn konačnog og zacjevl zacjevljen jenja ja odnosn odnosnoo ugradn ugradnje, je, koris koristi ti se bentonitska isplaka ili pak jače zaglinjena voda, što ovisi od danim uvjetima i potrebama na mjestu primjene ove metode bušenja. Slika 3-34:
3.2.<.4.
8obilno postrojenje za bušenje bunara ili pilota upotrebom šape
BUŠENJE TANGENCIJALNIM ISKRAMA
ušenje tangencijalnim iskrama koristio je %itkov sa suradnicima za izradu bušotina. 0lektrični 0lektrični luk izme&u izme&u elektroda elektroda 'anoda 'anoda i katoda( katoda( raspore&en raspore&enih ih po s#eričnom s#eričnom obodu alatke za bušenje 'slika /"/6( uvjetovao je stvaranje usmjerenog toka iskri i ioniziranih plinova visoke temperature. ?skre djeluju u vodi pri tlaku od -E @ do -E 6 bara. 3ve iskre u vodi traju 6 do 6E mikro mikrosek sekund undii i korist koristee se i kao komerci komercijaln jalnii seizmi seizmički čki izvori izvori za obliko oblikovan vanje je metalni metalnihh predmeta. 3vako visoke energije nisu djelotvorne za razrušavanje stijena jer je zrak vrlo tlačiv pa se veći dio energije troši na stlačivanje samo zraka. Prilikom ispitivanja ove metode bušenja korišten je električni kondenzator kapaciteta E,A m! punjen 'nabijan( //E puta u minuti na napon od 6E k proizvodeći pritom snagu -.BA6 Q. 3vim postupkom izra&ena je bušotina - mm promjera u dolomitu otpornosti na tlak 8F$m, bušena brzinom E,AB cm$min. Wto odgovara speci#ičnom utrošku energije od @A6 joula$cm/ razrušene stijene 'dolomit(. ušenje tangencijalnim iskrama - 1 katode, 1 anode, / 1 ulaz isplake, @ 1 iskre u isplaci Slika 3-35: 3-35:
3.2.<.5. BUŠENJE TEKUIM EKSPLOZIVOM EKSPLOZIVOM
ušenje tekućim eksplozivom je metoda izrade bušotina koju je razvio 3strovski. %ri se tvari 1 gorivo 'eksploziv(, kisik i inicijalna tvar, dovode pomoću tri dovoda u detonacijsku komoru i automatski miješaju 'slika /"/A(. inamika ulazaka pojedinih tvari u komoru kontrolira se podešavanjem presjeka dovoda, te rasporedom i oblikom njihovih ispusta u bušaćoj alatki. i#erencijalni tlak stvoren #luidom za z a ispiranje dna bušotine djeluje dj eluje u procesu bušenja na pomak klipa u dva krajnja položaja. %ako klip utiskuje gorivo, oksidirajuću i detoni detoniraju rajuću ću tvar tvar u komoru komoru na dnu bušot bušotine ine osigur osigurava avajući jući tako tako eksplo eksploziv zivnu nu smješu smješu i eksploziju. Rezultirajuća eksplozija povećava tlak na dnu bušotine i prekida dotok komponenti do slijede slijedećeg ćeg snižen sniženja ja tlaka, tlaka, dotoka dotoka i slijede slijedeće će eksplo eksplozije zije.. Proces Proces dovo&e dovo&enja nja kompon komponent entii i stvaranja eksplozivnih smješa te eksplozija, ponavlja se ciklički. Različite varijante ovog bušenja koriste punjenje / do E grama eksploziva, a učestalost je -6E do 6EE eksplozija u minuti. 4orištenjem tekućeg eksploziva postižu se veće razorne snage. Punjenja 'kapsule( od 6E grama, uz učestalost od - eksplozija u minuti odgovara utrošku od AEE grama eksploziva u minuti. Prilikom pokusa u EE m dubokoj bušotini ispunjenoj vodom pojavile su se teškoće u cirkulaciji isplake. a bi se usavršio postupak bušenja tekućim eksplozivom, trebalo bi osigurati 6EE detonacija od -E grama eksploziva u minuti radi dobivanja snage od @E kQ. %o bi zahtijevalo utrošak od /EE kg$sat eksploziva, pa se ova metoda ne preporučuje za bušenje plićih bušotina. ušenje tekućim eksplozivom - 1 dovod isplake, 1 dovod kisika, / 1 gorivo, @ 1 dovod goriva, 6 1 detonacijska komora, A 1 kemijski inicijator, B 1 oksidirajuća tvar, C 1 dvoetapni dvoetapni klip, D 1 unutrašnji unutrašnji cjevovod. Slika 3-36: 3-36:
3.2.<.<. ULTRAZVUČNE ALATKE
>ltra"zvučne alatke se koriste za rentabilno bušenje tvrdih stijena i obradu dijamanata, grnčarije i brojnih tvrdih legura kako je shematizirano na slici /"/B. >ltrazvučno bušenje koristi jezgru u kojoj su oscilacije E do /E k2z u električnom ili magnetskom polju. 4orištenjem 4orištenjem rezonantnog rezonantnog koničnog koničnog roga prije sjekača, amplituda ovih vibracija vibracija se povećava povećava za -E do -EE puta. 7ajednička dužina roga i sjekača tačan je višekratnik dužine poluvala #rekvencije, tako da se u rogu stvara stojeći sistem valova. ibrirajući sjekač razrušava stijenu koristeći dva djelovanja: a( kavitaciju i b( abraziju. 3dašiljač 'emiter( prenosi energiju okolnoj vodi iz koje ključaju mjehurići 'kavitacija(, mjehurići idu prema stijeni i raspadaju se. %ako se stvara nagli podtlak 'implosion( koji mikroskopski razrušava površinu stijene. 8ikro pukotine se razvijaju oko stijenskih zrna, olabavljuju me&usobne veze u stijeni i uzrokuju rušenje stijene pri tlaku od 6 do B bara. 3va metoda se, dakle, ne može primjenjivati za izradu dubljih bušotina zbog hidrostatičkog tlaka. %vrde %vrde abrazivne abrazivne čestice čestice 'borovog 'borovog karbida ili karborunda karborunda(( se dodaju ispod alatke radi stvaranja suspenzije abrazivnih krhotina oko sjekača. %urbulencija uvjetovana kavitacijom dovodi abrazivne krhotine ispod sjekača, koji im daje veliko ubrzanje u smjeru stijene. elika brzina abrazivnih čestica razrušava i čisti stijenu na dnu bušotine. bušotine. rzina rzina ultraz ultrazvuč vučnog nog bušen bušenja ja poveća povećava va se s povećan povećanjem jem amplitu amplitude de vibraci vibracija ja i veliči veličine ne abrazivnih čestica. rzina bušenja u vodi je / puta veća nego u ulju za podmazivanje i -6 puta veća nego u #inom ulju. Pri pokusima ove metode postignuta je brzina bušenja u natrijskom staklu cm$min pomoću abrazivnih čestica bor"karbida E,-6 mm veličine, a -,/ cm$min u istom staklu pomoću abrazivnih čestica korunda E,EAD mm veličine. veličin e.
>ltrazvučno bušenje - 1 električni dovod, 1 isplaka, / 1 namotaji, @ 1 jezgra s magnetskom pobudom, 6 1 odašiljač, A 1 abrazija i odlamanje čestica stijena. Slika 3-37:
3.2.<.=.
ELEKTRIČNO RAZRUŠAVANJE
0lektrično razrušavanje korišteno je za bušenje vapnenca, betona i nekih drugih materijala 'slika /"/C(. 3vdje se prenosi nisko#rekventna struja 'AE 2z( pomoću oštrice dlijeta na stijenu. lijeto se lagano lagano okreće dok komprimirani komprimirani zrak čisti dno bušotine bušotine i stvara stvara visoki visoki temperaturni gradijent u stijeni. 3vakvi temperaturni gradijenti stvaraju termičke udarce u stijeni i razrušavaju je u sitne čestice. ?straživanjima su dobiveni slijedeći operacijski podaci korištenja ove metode: 1 1 1 1 1 1 1 1 1
promjer bušenja ,6 1 6,6,- cm, električni napon AEE 1 -.-EE -.-EE , jačina struje 1 -E *, #rekvencija napona AE 2z, snaga -, 1 -- kQ, #aktor snage E,D/ 1 -,EA, -,EA, brzina rotacije DE o$min, opterećenje dijeta --E 1 -E F, brzina bušenja 'beton( C 1 A@ cm$min. ušenje električnim razrušavanjem - 1 električne strujnice, 1 zona grijanja, / 1 zona hla&enja, @ 1 isplaka, 6 1 dovod električnog napona. Slika 3-38: 3-38:
3.2.<.>.
TERRA JETTER
Pregrijana para na temperaturi 6E do 6EE E+, pri tlaku od @E do AE bara zagrije stijenu za tri minute na temperaturu od približno /EE E+ i nakon toga, ugrijana stijena se škropi tekućim azotom temperature od 1-DA E+. 3vakva 3vakva nagla promjena temperature temperature uzrokuje uzrokuje razrušavanje razrušavanje stijene termičkim šokom. Parom manjeg pritiska '-E"-C bara( čisti se dno bušotine od smrv smrvlj ljen enee stij stijen enee i pono ponovo vo zagr zagrij ijav avaa stije stijena na.. +ikl +iklus usii grij grijan anja ja 1 hla& hla&en enja ja uvjet uvjetuj ujuu i rekristaliziranje nekih minerala u stijeni što tako&er pomaže razrušavanju stijena. Procjenjuju se brzine bušenja %erra")etter metodom: a( do -C cm$min u srednje tvrdim stijenama i b( 6 cm$min u najtvr&im granitima. *ko ciklus zagrijavanja traje / minute, onda bušotina napreduje -6 do 6@ cm za svaki ciklus grijanja 1 hla&enja, što se teško postiže u praksi. %0RR*")0%%0R %0RR*")0%%0R bušenje - 1 pregrijana para, 1 tekući dušik, / 1 krhotine razrušene stijene, @ 1 stijena koja se razrušava. Slika 3-39:
3.2.<.?.
MIKROVALNO BUŠENJE
8ikrovalno bušenje shematski je prikazano na slici /"@E. 5tijenu je moguće zagrijavati mikrovalovima #rekvencije -.EEE do /.EEE 82z. %u magnetron služi za proizvodnju ultra" kratki kratkihh valova valova koji koji se usmjera usmjeravaj vajuu prema prema stijen stijenii na dnu bušotin bušotine. e. 8agnet 8agnetron ron je ovdje ovdje vakumirana cijev u kojoj se kreću ioni od zagrijane katode prema anodi, a njihovimkretanjem 'ultrakratki valovi( upravlja se magnetskim poljem. Pad električnog napona je razmjeran #rekvenciji elektro"magnetskih valova pa to grije i lomi stijenu vrlo brzo. eća je #rekvencija ove metode bušenja nego visoko#rekventnog električnog bušenja kod kojeg su elektrode u kontaktu sa stijenom. 5teudel je detaljno studirao mehanizam grijanja i razrušavanja stijene mikrovalovima koristeći dva megatrona snage do ,6 kQ svaki, dobivajući tako mikrovalove #rekvencije .@EE 82z snage @,C kQ. lok pješčenjaka dimenzija -m O -m O E,6m razrušavan je 6 do -6 minuta s utroškom energije / do D joula$cm /. 5labo je djelovanje ovog postupka u dubljim bušotinama u kojima je korištenje energije svega /E do AET. AET. 8ikrovalno bušenje - 1 električni dovodi, 1 isplaka, / 1 magnetron, @ 1 radarska zraka, 6 1 vodilica vala, A 1 proširivač. Slika 3-40: 3-40:
3.2.<.1@.
METODA INDUKCIJSKOG BUŠENJA
8etoda indukcijskog bušenja primjenjiva je za izvedbu bušotina u tvrdim stijenama visoke visoke magnet magnetske ske suscep susceptib tibiln ilnost ostii 'osjetl 'osjetljiv jivost osti(. i(. Fa slici slici /"@/"@- shemat shematski ski je pokazan pokazanoo zagrija zagrijavan vanje je stijene stijene magnet magnetski skim m poljem poljem,, odnosn odnosnoo gubicim gubicimaa učesta učestalih lih magnet magnetizir iziranj anjaa i induciranja vrtložnih struja u stijenama. ;ubicima zbog histereze i simultanog stvaranja vrtložnih struja u heterogenim stijenama griju se i razrušavaju minerali velike magnetske susceptibilnosti, dok se minerali manje magnetske susceptibilnosti u stijeni griju uglavnom provo&enjem toplote. 3vakve stijene razrušavaju se velikim toplinskim gradijentima i razlikama u intenzitetu širenja zagrijavanjem 'dilatacije( minerala koji čine stijenu. ?ndukcijsko bušenje - 1 električni dovodi, 1 isplaka, / 1 proširivač, @ 1 indukcijski svitak 6 1 indukcijsko grijanje, A 1 strujnice. Slika 3-41:
4ravchenko je 4ravchenko je koristio indukcijski svitak promjera D cm '@E k2z( za lomljenje blokova željeznog kvarcita 6 do 6@E kg. Prve pukotine pojavile su se nakon B do DE sekundi. lokovi su razrušeni razrušeni u tri ili četiri dijela nakon - do -@ minuta. 5peci#ični 5peci#ični utrošak utrošak energije iznosio je / / 6E joula$cm za velike blokove, a do -DE joula$cm za male blokove. 3.2.<.11.BUŠENJE 3.2.<.11.BUŠENJE ELEKTRIČNIM GRIJAČEM
ušenje električnim grijačem, pokazano na slici /"@ koristio je *rmstrong u bazaltu i granitu. >potrijebio je iridijum kao grijač, vodu kao rashladni #luid i helijum 'plin( brzine E m$s za ispuhavanje čestica razrušene stijene. 3sno opterećenje alatke je iznosilo do @ kF pri temperaturi od -.EE E+ do -.AEE E+. %ako je u bazaltu izvedena bušotina promjera 6,- cm
brzinom -, cm$min. Pomoću električnog grijača snage 6 kQ. 5peci#ični utrošak energije bio je -./EE joula$cm/ u kompaktnom bazaltu, a samo 6.EEE joula$cm / u nekompaktnom bazaltu.
ušenje električnim grijačem - 1 dovod vode, 1 plin, / 1 električni dovodi, @ 1 izlazna cijev, 6 1 voda za hla&enje, A 1 iridij"žica, B 1 istopljena stijena, C 1 peta od tvrde legure, D 1 bor"nitrid, -E 1 povratni tok. Slika 3-42: 3-42:
3.2.<.12. BUŠENJE UPOTREBOM VOLTINOG LUKA
ušenje upotrebom voltinog luka pokazano je na slici /"@/. Plin ioniziran na visokoj temper temperatu aturi ri od E.EEE E.EEEE+ 'plaz 'plazma ma(( pred predst stav avlja lja plam plamen en koji kojim m se mogu mogu buši bušiti ti stij stijen enee ili ili zava zavari riva vati ti metal metali.i. Plaz Plazma ma je ovdj ovdjee plin plin heli helija ja ioni ionizi ziran ran pozi poziti tivn vnoo nabi nabijen jenim im ioni ionima ma i elektronima djelovanjem visokih temperatura proizvedenih korištenjem voltinog luka. Plin helij prolazi brzinom EE do C.EEE m$s izme&u dviju elektroda 'voltin luk( pri čemu se stvara plamen 'plazma( upotrebljiv za razrušavanje stijena. ouche je upotrijebio ovu metodu za razrušavanje mramora, vapnenca, granita i bitumenoznih škriljaca. 4ada je stijena bila ,6 cm udaljena od voltinog luka, plamen je imao na površini stijene temperaturu -.CEE E+. Penetriranjem Penetriranjem u stijene, stijene, plamen je smanjivao smanjivao svoju temperaturu pa je rušen samo površinski dio vapnenca i mramora, pretvarajući kalcijev karbonat '+a+3/( u kalcijev oksid '+a3( već na temperaturi od CD6 E+. 4alcijev oksid se tali na temperaturi od .AEE E+ a kalcijev kalcijev oksid istaljen na nižim temperaturama temperaturama #ormira zaštitni zaštitni sloj na površini stijene. Plaen je svojim termičkim djelovanjem stvorio napone za rušenje bloka vapnenca dimenzija /E cm O -6 cm O D cm. Plamen je bio najdjelotvorniji u granitu u kojem je stvoren konični krater -,/ cm dubine 6,- cm promjera za vrijeme od AE sekundi. %emperatura plazme na dubini -,/ cm snižena je ispod potrebne temperature za rušenje stijene pa je prekinuto napredovanje bušotine. Pri snazi voltinog luka od -,66 kQ, utrošak energije je bio B.BEE joula$cm/. Procjenjuju se utrošci energije za bušenje u granitu -.6EE do 6.EEE joula$cm /. Plamen temperature od /EE E+ do AEE E+ može se uspješno koristiti za omekšavanje stijena koje se nakon toga la lakše kše razrušavaju mehaničkim postupkom. ušenje upotrebom plazme - 1 dovod istosmjerne struje, 1 plin helijum, / 1 isplaka, @ 1 proširivač, 6 1 plazma, A 1 električni luk. Slika 3-43: 3-43:
3.2.<.13. LASERSKO BUŠENJE
Vaseri za lasersko bušenje u bazaltu i granitu proizvode koherentne zrake svjetla koje se mogu usmjeriti '#okusirati( i proizvesti snagu jaču od -E A 8Q$cm u bazaltu i granitu. 3va se snaga može upotrijebiti za topljenje bilo koje krute tvari i za razrušavanje stijena 'slika /" @@(. Prema Prema kvantnoj kvantnoj teoriji atomi se dugo razdoblje razdoblje nalaze u jednom jednom od posebnih posebnih stanja u kojem ne emitiraju energiju. 5vako od ovih stanja odgovara odre&enoj količini energije. 4ad atom mijenja svoje energetsko stanje, apsorbira ili emitira #oton energije, što ovisi o pravcu i
veličini promjene energetskog stanja atoma. 0nergija jednog #otona 0 razmjerna je #rekvenciji radijacije # i Plankovoj konstanti h: 0 I h H# Vaserska se zraka proizvodi uzbu&ivanjem grupe atoma elektro"magnetskom energijom da atomi pre&u u više energetsko stanje, snižavajući potom svoje energetsko stanje. 4ada se snižava energetsko stanje atoma, proizvedu se #otoni energije iste #rekvencije i koherentne zrake svjetla. 4ristali rubina, koji se obično upotrebljavaju za kristal"lasere, uzbu&uju se snažnim bljeskovima svjetla. iše od DDT energije za uzbu&ivanje troši se na hla&enje #luidom. 7ato se ovi laseri mogu koristiti samo za kratke bljeskove. 4ristali se moraju točno obraditi i vrhovi kristala posrebriti kako bi djelovali kavitacijski rezonantno zbog povećanja radijacije. !riedlander je objavio operacijska svojstva za veći kristal"laser koji proizvodi bljeskove -EE joula$- mili"sekundu mili" sekundu trajanja svake sekunde. %o odgovara trenutačnim snagama od -E kQ uz prosječnu snagu svega 6E Q. užina valova je E,AD mikrona, učestalost je /E bljeskova u minuti s trajanjem od - ms. 0nergija bljeska je -EE joula i djelotvornost svega E,- do -T. Vasersko bušenje - 1 električni dovodi, 1 isplaka, / 1 kristal ili plin, @ 1 proširivač, 6 1 leće, A 1 površina za usmjeravanje svjetla, B 1 koncentrirana zraka svjetla. Slika 3-44: 3-44:
3.2.<.14. HEMIJSKO BUŠENJE
4emijsko bušenje na žici 'Nireline( za razrušavanje stijena pokazano je na slici /" @6.0lektričnim upaljačem uništi se pregrada izme&u komore s komprimiranim plinom i komore s #luorom. 4omprimirani zrak tlači #luor ili neku drugu hemijski reaktivnu tvar preko katalizatora, katalizatora, proizvodeći proizvodeći tako mlaz velike brzine brzine hemikalije hemikalije koja otapa stijenu. Fakon ovog postupka alatke se dižu na površinu, ponovno pune hemikalijama, spuštaju se na dno i postupak se ponavlja. ponavlja. 3vaj postupak nema veliku primjenu za bušenje jer su velike cijene hemikalija a rukovanje s velikim količinama osjetljivih hemijskih tvari predstavlja značajne teškoće.
2emijsko bušenje - 1 olovne pločice za zagrijavanje, 1 zatvarač 'ruši se detonacijom(, / 1 katalizator 'specijalna legura(, @ 1 komprimirani plin, 6 1 #luor, A 1 mlazovi velike brzine koji razrušavaju stijenu Slika 3-45:
8ogućnosti korištenja različitih postupaka bušenja stijena objavili su 8aur 2eilhecker sa razra&enim postupkom računanja utroška energije i ohrabrujućim mogućnostima primjene novih metoda. obiveni rezultati brzine bušenja za svaku od intenzivnije ispitivanih metoda bušenja, uspore&eni s vrijednostima pokazatelja dobivenih ispitivanjem bušenja standardnom rotacijskom metodom u srednje tvrdim stijenama, pokazani su u tabeli /"-. Tabela 3-1:
8etoda bu bušenja Rotacijska
Procjena brzina bušenja različitim načinima u srednje tvrdim stijenama 5tatus pr primjene rlo velika
5pec. utrošak ener., joul$cm/ EE " 6EE
5naga, kQ E " /E
8oguće brzine ušenja, cm$min. -@ " C6
%urbinska Vaserska 8ikrovalno ?ndukcijska >ltrazvučna 0l. grijačem 0rozijska Plazma
7natna Feznatna Feznatna Feznatna Vaboratorij Vaboratorij Vaboratorij Vaboratorij
@EE "-/EE -6EE -6EE -6EE EEEE -6EE EEE " @EEE 6EEE
/E " @E - " @ -E " E 6 " -E 6 " -E @6 " DE -EEE " EEE CE " -E
@ " -@ -" -" E,6 1 -,E E,E@ 1 E,EB @"C /6 " -@E "/
3.2.=. OSNOVNI PRINCIPI METODA BUŠENJA 3.2.=.1. OSNOVNI PRINCIPI UDARNE METODE BUŠENJA
4orištenje slobodnog pada alatki s oštrim sjekačem princip je razrušavanja stijena udarnom metodom bušenja ' slika /"@A(. Rezanjem pomoću lopatičastih dlijeta, rezanjem i strug struganj anjem em stijena stijena pomoću pomoću dijama dijamants ntskih kih dlijeta dlijeta te rezanjem rezanjem,, gnječe gnječenjem njem,, odlama odlamanje njem m i drobljenjem drobljenjem pomoću žrvanjskih dlijeta postiže postiže se razrušavanje razrušavanje stijena rotacijskom rotacijskom metodom bušenja 'slika /"@B(. Fa temelju ispitivanja bušotina izvedenih rotacionom, udarnom i rotacijsko"udarnom metodom bušenja dlijetom promjera -C mm s kojim se prodire -EE mm duboko, Qhite je dao indekse bušivosti velikog broja stijena od vrlo mekanih do najtvr&ih takonita. ;ranična čvrstoća na tlak i bušivost stijena, različite su za svaku vrstu stijena u kojima se izvodi bušenje. Princip razrušavanja stijene u bušotini a 1 stijena je razrušena udarcima udarcima dlijeta, b 1 porni porni je tlak u stijeni neznatan pa se razrušene krhotine sporo odvajaju odvajaju od stijene, c 1 porni tlak i vodopropusnost vodopropusnost stijene su neznatne vrijednosti u odnosu na hidrostatički tlak isplake, i d 1 razrušene se čestice brzo odvajaju od stijene na dnu bušotine, jer je vodopropusnost vodopropusnost velika a porni tlak dovoljno velik. Slika 3-46: 3-46:
ušiv ušivost ost stijen stijenee je oprečn oprečnaa vrijedn vrijednost ost otporn otpornost ostii stijen stijenee droblj drobljenj enju, u, a obično obično se izražava brzinom bušenja, koju su pokušali izraziti jednačinama brojni znanstvenici. 8aurer je istraživao brzinu bušenja u odnosu na uvjete očišćenosti dna od razrušenih čestica u plićim bušotinama izra&ivanim žrvanjskim dlijetom i tako izveo sljedeću sljedeću jednadžbu:
n ; v I k JJJ X
'/"6(
4onstanta
Princip djelovanja jednostavnih alatki a 1 alatka za kopanje jaraka u mekanom tlu, b 1 ručna alatka za izradu plitkih bušotina u mekanom tlu 'rotacijsko(, c 1 spiralne alatke za bušenje rotacijskom metodom, i d 1 razrušavanje tla i čišćenje razrušene stijene mlazom #luida. Slika 3-47: 3-47:
jelot jelotvor vornos nostt udarno udarnogg bušenj bušenjaa ovisi ovisi o masi masi radnog radnog dijela dijela alatki, alatki, krajnj krajnjoj oj brzini brzini slobodnog padanja alatki koja je uvjetovana visinom pada alatki, učestalosti čišćenja dna, kvaliteti dlijeta, broju udaraca u jedinici vremena i broju udaraca za jedan puni okret alatki. 4inetička energija aktivnog dijela alatki za udarno bušenje ovisi o masi alatki i brzini njihovog padanjaG m v 0k I JJJ '/"A( 4rajn 4rajnja ja 'naj 'najve veća( ća( brzi brzina na pada padanj njaa alat alatki ki na dno dno bušo bušoti tine ne kroz kroz krho krhoti tine ne stij stijen enee razmuljene u vodi može se izračunati na slijedeći načinG v I Y 2 gr
'/"B(
rijednost ubrzanja alatki kroz razmuljene čestice na dnu bušotine manja je od srednje vrijednosti gravitacijskog ubrzanja . ok je g I D,C- m$s ispitivanjima je utvr&ena utvr&ena vrijednost gr I I 6,6 do A,6 m$s za uobičajene uvjete na dnu bušotine. 4inetička energija se može izraziti korištenjem vrijednosti krajnje brzine izražene u jednačini /"B i slijedećim izrazom: m v ; 2 gr gr JJJ I JJJJJJ I ; 2 JJJ g g
'/"C(
4inetička energija mase radnog dijela padajućih alatki troši se na: rušenje stijene na dnu bušotine i trošenje alatki. %o se može izraziti sljedećom jednačinom: ; 2 gr !u h !u Z JJJJ I JJJ U JJJ g
'/"D(
!u V Z I JJJ ) * p
'/"-E(
;Img
'/"--(
; * p I JJJ [gV
'/"-(
7amjenom vrijednosti Z u jednačini /"D izrazom /"-E imamo slijedeći izraz: ; 2 gr !u h ! u V JJJJ I JJJ U JJJ g ) * p
Slika 3-48: 3-48:
'/"-/(
5hema djelovanja dlijeta 'udarna metoda( na dnu bušotine
7a računanje mase ';( radnog dijela alatki potrebno je prethodno znati zahtijevanu vrijednost sile udarca alatki na dno 'R u(. Fa slici /"@C shematski je pokazano dlijeto za udarno bušenje utisnuto u stijenu za dubinu 'h( djelovanjem sile udarca '! u(. 7a vrijeme utiskivanj utiskivanjaa dlijeta savladana je otpornost stijene gnječenju '! g( i sila trenja '!t(. %o se može izraziti slijedećim izrazom: !u I !g U !t
'/"-@(
5ila gnječenja '!g( može se izraziti i slijedećom jednačinom: !g I *o U Xk 'F(
'/"-6(
*o I a
'm(
'/"-A(
a \ J I h tg J
'm(
'/"-B(
izraz:
>vrštenjem vrijednosti iz jednadžbi /"-A i /"-B u jednadžbu /"-6 imamo sljedeći
\ !g I h X k tg J
'F(
'/"-C(
5ila !g zapravo je rezultanta dviju komponenti '! g-( koje su suprotnog smjera od smjera napredovanja dlijeta 'slika /"@C(. 3vo se može izraziti sljedećom jednačinom: \ !g I !g- sin J
'F(
'/"-D(
5re&ivanjem jednadžbi /"-C i /"-D dobivamo: !g h Xk !g- I JJJJJJ I JJJJJJ \ \ sin J cos J
'F(
'/"E(
5ila trenja '!t( može se izraziti pomoću vrijednosti sila ! g- i koe#icijenta trenja oštrice dlijeta '#(: \ !t I # ! g- cos J I # h X k 'F(
'/"-(
7amjenom dobivenih vrijednosti za sile ! g i !t u jednačini jednačini /"-@ imamo slijedeći slijedeći izraz za silu udarca alatki na dno: \ !u I h X k ' tg J U #(
'F(
'/"(
7amjenom izraza u zagradi u ovoj jednačini s koe#icijentom k, nakon sre&ivanja dobivamo: \ \ k I tg J U # I tg J U tg ]
'/"/(
te izraz: !u I h X k k
'/"@(
?straživanjem su utvr&ene vrijednosti koe#icijenata trenja '#(, koje se za kvarcite kreću od E,/6 do E,@6, za pješčare od E,6 do E,@ i za vapnence vapnence od E,- do E,/. >gao oštrice dlijeta dlijeta #ormira se ovisno o bušivosti stijene. 3štrica dlijeta #ormira se za rad u najčvršćim stijenama pod uglom od --E E do -EE, za čvrste stijene srednje tvrdoće pod uglom od DE E do -EEE i za mekane stijene oštrica dlijeta #ormira se pod uglom od B6 E do C6E. Fajdjelotvornija težina ';( radnog dijela alatki za udarno bušenje odre&uje se zamjenom vrijednosti sile udarca '!u( iz jednačine /" u jednačini /"-/ ; 2 gr Xk k V JJJJ I h Xk k ' - U JJJJJ ( g ) * p
'/"6(
7a poznatu vrijednost srednjeg promjera 'd( alatki 'teških šipki( za udarno bušenje 'd I E,B6 ( izraz /"6 možemo pojednostaviti na slijedeći način: ^ * p I J 'E,B6 ( I E,@@ @
'/"A(
7amjenom ove vrijednosti za * p u jednadžbi /"6 dobivamo dobivamo slijedeći izraz: g @,6 Xk k k V ;H2 I J h Xk '- U JJJJJ ( gr )
'Fm(
'/"B(
7amjenom poznatih poznatih vrijednosti za g I D,C- m$s m$s i za gr I I A,6 m$s imamo nakon sre&ivanja slijedeću jednadžbu za projektiranje težine radnog dijela udarnih alatki: Hh Hh H H XH k Hk Hk 4 4 H o ; I JJJJJJJJJJ 2
'/"C(
Pri tom se vrijednosti koe#icijenta 4 o odre&uju tabelarno za različite vrste stijena i alatke slijedećom jednačinom: @,6 HXk HVHk HVHk 4 o I - U JJJJJJ H) H)
'/"D(
3.2.=.2. OSNOVNI PRINCIPI ROTACIJSKE METODE BUŠENJA
Fa slikama /"@D i /"6E date su sheme djelovanja zubi krune za rotacijsku metodu bušenja. 8e&usobno djelovanje zubi krune i stijene na dnu bušotine izražava se teorijskom ovisnošću brzine bušenja o dimenzijama krune i režimu bušenja sljedećim jednadžbama: 3pterećenje jednog od ukupno m zuba krune izražava se: ;- I *- HXk
'/"/E(
*-I aH b I hHtg\ tg\ I hHtg\ tg\ 'R"r(
'/"/-(
a I R"r
'/"/(
b I hHtg\ tg\
'/"//(
Slika 3-49:
5hema djelovanja krune na dnu bušotine, rotacijska metoda
;*- I JJ Xk
'/"/@(
; ;- I JJ m
'/"/6(
7amjenom vrijednosti * - iz jednadžbi /"/- i /"/6 imamo:
;*- I JJ I hHtg\ tg\ 'R"r( Xk
Slika 3-50: 3-50:
'/"/A(
5hema djelovanja jednog zuba krune na dnu bušotine, rotacijska metoda
4oristeći ovu jednadžbu, možemo napisati izraz za računanje teorijske vrijednosti dubine prodiranja zuba krune: ;h I JJJJJJ tg\ 'R"r( Xk
'/"/B(
Fapredovanje krune u vremenu pri broju okretaja i zanemarivanju otupljenja zubi krune, imamo sljedeći obrazac: ;-mH HmHnH ntH 2t I hHmH mHnH ntH I JJJJJJ tg\ 'R"r(HXk
'/"/C(
a teorijska brzina napredovanja: 2t ;-mH HmHnH ntH vk I JJ I JJJJJJ t tHtg\ tg\ 'R"r(HXk
'/"/D(
olumen zdrobljene 'izbušene( mase u jednom j ednom satu za ovakvu aproksimaciju iznosi: I vk H^ H^ H'R 'R 1 r (
'/"/D(
Pretpostavimo li da su zubi krune istrošeni za vrijednost
'/"@E(
5rednja stvarna brzina izvedena je pomoću laboratorijskih pokusa i matematičke analize brzine napredovanja novog dlijeta i istupljenog istupljenog dlijeta. Preporučen je slijedeći izraz:
; Hn vsr I JJ JJJJJJ / ^Htg\ tg\ 'R"r(HXk
'/"@-(
Preporučeno je odre&ivanje trajanja korištenja jednog dlijeta do konačne zamjene 't maO( po slijedećem izrazu: ; tmaO I JJJJJJJJJJJJJJJJJJ HX HXk Htg\ H# -H# H^Hn Hm 'R U r( 'R 1 r(
'/"@(
5avremeni proizvo&ači kruna i dlijeta daju precizna uputstva za režim bušenja, trajanje i brzinu napredovanja pri korištenju isporučenih dlijeta, odnosno kruna za bušenje stijena odre&enih mehaničkih svojstava.
