Β. ΧΡΗΣΤΑΡΑΣ Καθηγητής ΑΠΘ |
Θ. ΜΑΚΕΔΩΝ |
ΑΝ. ΒΑΣΑΛΑΚΗΣ |
Τα κοπτικά άκρα, που κατασκευάζονται από τις διάφορες εταιρίες, μπορούμε να
τα διακρίνουμε, ανάλογα με το υλικό κατασκευής, σε κοπτικά άκρα α) από
σκληρομέταλλο (hard metal insert bit), β) αδαμαντοκορώνες (diamond bits), γ)
ειδικά κοπτικά άκρα.
Στο παρόν κείμενο, εκτός των γενικών στοιχείων που δίδονται για τις
αδαμαντοκορώνες, γίνεται περιγραφή και δίδονται εικόνες διαφόρων τύπων
αδαμαντοκορώνων που σχεδιάστηκαν από τους «China National Geological
Technology Development & Import & Export Corporation” and “Institute of
Exploration Engineering, Ministry of Geology and Mineral Resources, P.R.China
(1996)” [1] ».
Οι αδαμαντοκορώνες φέρουν στο πέλμα τους εμφυτευμένους κόκκους ή εμποτισμένη (impregnate) σκόνη διαμαντιών, ως κοπτικό μέσο. Ο τύπος αυτός, αποτελείται από ένα ανθεκτικό ατσάλινο κύλινδρο που στο ενισχυμένο πέλμα του εμφυτεύονται τα διαμαντάκια κοπής του πετρώματος.
Η αδαμαντοκορώνα είναι δυνατό να τοποθετείται είτε απ’ ευθείας στη σωλήνα (στέλεχος) του γεωτρύπανου είτε στο δειγματολήπτη. Η κατασκευή πρέπει να είναι ανθεκτική σε τριβή και να εγγυάται τη μη αποκόλληση των διαμαντιών, κατά τη διάρκεια της διάτρησης. Στο άκρο της κορώνας συνήθως συχνά υπάρχουν εγκοπές ώστε αφ’ ενός τα διαμαντάκια να εισχωρήσουν στο πέτρωμα αφ’ ετέρου δε τα προϊόντα της διάτρησης να μπορούν να απομακρύνονται εύκολα από τον πυθμένα της γεώτρησης.
Τα διαμάντια διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το μέγεθος, την μορφή, το χρώμα, τη
δομή, τις μηχανικές ιδιότητες, την προέλευση κ.α. Τα βιομηχανικά διαμάντια
ταξινομούνται στις παρακάτω ονομασίες:
• Borts;
• Ballas;
• Crushing;
• Carbonado;
• Diamond grit;
• Synthetic diamonds.
• Borts: Είναι
πολύ σκληρά διαμάντια, με πολλές κόψεις και είναι σχετικά φθηνά. Εμφανίζουν
τέλειο σχισμό χωρίς εμφανή εγκλείσματα και χωρίς μεγάλη αντοχή σε πίεση και
κρούση. Για το λόγο αυτό, παλαιότερα, χρησιμοποιούνταν μόνο σε κορώνες
εμποτισμένες με σκόνη διαμαντιών ενώ σήμερα χρησιμοποιούνται και σε μεγαλύτερο
μέγεθος, σε κορώνες με κόκκους διαμαντιών (Congos Borts). Τα μεγαλύτερα
κοιτάσματα αυτής της κατηγορίας είναι στο Κονγκό, τη Γκάνα, τη Δ. Αφρική και
κοντά στο Yakoutsk στη Ρωσία.
• Ballases: Πρόκειται για μια από τις καλύτερες κατηγορίες διαμαντιών για χρήση
σε αδαμαντοκορώνες. Η πολύ σκληρή επιφάνεια τους περιβάλει το κρυσταλλικό
εσωτερική τμήμα το οποίο καταστρέφεται γρήγορα όταν η σκληρή επιφάνεια λειανθεί.
• Crushings: Πρόκειται για διαμάντια πολύ χαμηλής ποιότητας. Χρησιμοποιείται για
την παρασκευή διαμαντόσκονης ως λειαντικό μέσο και για κατασκευή εμποτισμένων
αδαμαντοκορώνων.
• Carbonado diamonds: Πρόκειται για διαμάντια σχετικά μεγάλου μεγέθους, με υψηλή
λειαντική αντοχή σε συνθήκες κρουστικής καταπόνησης (κατάλληλο για
κρουστικά-περιστροφικά γεωτρύπανα). Χρησιμοποιούνται σε αδαμαντοκορώνες με
εμφυτευμένους κόκκους διαμαντιών.
• Diamond grit: Αδρόκοκκη διαμαντόσκονη παραγόμενη από
σπασμένα διαμάντια ή περισσεύματα επεξεργασίας διαμαντιών ακατάλληλων για την
κατασκευή αδαμαντοκορώνων με εμφυτευμένα διαμάντια.
• Synthetic diamonds: Είναι μικρότερα από τα φυσικά διαμάντια. Χρησιμοποιούνται
συνήθως σε λειαντικά συστήματα και εμποτισμένες με διαμαντόσκονη αδαμαντοκορώνες.
Η συγκόλληση
της διαμαντόσκονης στο πέλμα της αδαμαντοκορώνας γίνεται εντός σκληρού και
ανθεκτικού υλικού που ονομάζεται μήτρα (matrix) και συνίσταται συνήθως από
καρβίδιο βολφραμίου (tungsten carbide matrix), με προσμίξεις κοβαλτίου,
νικελίου, βηρυλλίου, σιδήρου, ορείχαλκου, χαλκού κ.α. (Παπχαρίσης κ.α.,
1999[2]).
Η μήτρα πρέπει να είναι από σκληρό υλικό, ανθεκτικό στη διάβρωση και την τριβή.
Η σκληρότητα του μετριέται σε μονάδες RC (Rockwell Degrees):
20-30 HRC: κανονική σκληρότητα
30-40 HRC: μεγάλη σκληρότητα
45-55 HRC: πολύ μεγάλη σκληρότητα
Η Diamant Boart Co. σε αδαμαντοκορώνες με εμφυτευμένους κόκκους διαμαντιών
χρησιμοποιεί ως μήτρα – matrix εμφύτευσης υλικό με τις παρακάτω σκληρότητες.
35 HRC - μέσης σκληρότητας υλικό
45 HRC - σκληρό υλικό
55 HRC - πολύ σκληρό υλικό
Η ίδια φίρμα χρησιμοποιεί μήτρες για εμποτισμένες αδαμαντοκορώνες με τις
παρακάτω σκληρότητες:
25 HRC;
25-30 HRC;
30-35 HRC;
35-45 HRC;
Η Atlas Copco Co. χρησιμοποιεί, για αδαμαντοκορώνες με εμφυτευμένους κόκκους
διαμαντιών, τους δύο ποιοτικούς τύπους μήτρας «H» και «EH». Αντίθετα για
εμποτισμένες αδαμαντοκορώνες χρησιμοποιεί 7 διαφορετικές μήτρες που δίδονται
αναλυτικά στον Πίνακας 1, ανάλογα με τον πετρολογικό τύπο εφαρμογής. Γενικά
μπορεί να θεωρήσει κανείς οτι α) ο «standard» τύπος μήτρας επιλέγεται για
μονολιθικά, μη επιδεκτικά σε λείανση, πετρώματα, β) σκληρές μήτρες επιλέγονται
για μέσης λειαντικής ικανότητας (abrasiveness) πετρώματα και γ) πολύ σκληρές
μήτρες επιλέγονται για πετρώματα μεγάλης λειαντικής ικανότητας και φθοράς της
αδαμαντοκορώνας, στα οποία η διάβρωση δημιουργεί απλή μεταβολή χρώματος (Verfel,
1989[3]).
Στους Πίνακες 2 και 3, δίδονται πληροφορίες για το είδος του κοπτικού άκρου και
της μήτρας στήριξης των διαμαντιών που χρησιμοποιούνται από την εταιρία Diamant
Boart και σύμφωνα με τη φίρμα A.. Z. Rizen (Verfel, 1989[3]) ανάλογα με το είδος
του πετρώματος διάτρησης.
τάξη |
Είδος πετρώματος |
Σκληρότητα - ικανότητα λείανσης (χονδρικά) |
Φυτεμένα διαμάντια σε σκληρο-μέταλλο |
Corborit κοπτικό άκρο |
DIAMY |
Ποιότητα X, F, D των διαμαντιών |
DIABORIT |
|
|||||||||||||||||||||||||
μήτρα |
st/ct |
μήτρα |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
EH |
H |
20 |
50 |
90 |
HH |
HM |
HS |
|
|||||||||||||||||||||||||
1 |
Μαλακός αργιλικός σχιστόλιθος Κιμωλία, γύψος, Ηφαιστειακός τάφος |
Μαλακό |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
Μερικώς αποσαθρωμένος ψαμμίτης, αργιλικός σχιστόλιθος, μάργα, ενδιάμεσης σκληρότητας ασβεστόλιθος |
Μαλακό ή ενδιάμεσης σκληρότητας |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
Μαλακός ασβεστόλιθος, ιλυόλιθος, αργιλικά υλικά, αμμώδης ασβεστόλιθος. |
Μέσης σκληρότητας μικρής λειαντικής ικανότητας |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Λεπτόκοκκος ψαμμίτης, κρυσταλλικός ασβεστόλιθος, σκληρός αργιλικός σχιστόλιθος |
Μέσης λειαντικής ικανότητας |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5 |
Σκληρός αμμούχος ασβεστόλιθος, μάρμαρο, δολομίτης, σερπεντίνης |
Σκληρό, μέτριας λειαντικής ικανότητας |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
6 |
Μαρμαρυγιακός – σχιστόλιθος, φυλλίτης, συηνίτης, ανδεσίτης, διαβάσης σερπεντίνης, |
Σκληρό, μικρής λειαντικής ικανότητας |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D
F X |
|
D
F X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
7 |
Σχιστόλιθος, γνεύσιος, αμφιβολίτης, γρανίτης, βασάλτης, διορίτης |
Πολύ σκληρό |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F X |
|
|
F X |
|
|
|
|
|
|
|||
8 |
Χαλαζίας, Γρανουλίτης |
Μεγάλη λειαντικής ικανότητας |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F X |
|
|
F X |
|
|
|
|
|
|
|
|||
EH – πολύ σκληρή μήτρα H - σκληρή μήτρα HH – σχετικά σκληρή μήτρα κατάλληλη για σκληρά, μεγάλης λειαντικής ικανότητας πετρώματα HM – μέσης σκληρότητας μήτρα κατάλληλη για μέσης σκληρότητας έως σκληρά λεπτόκοκκα HS - μαλακή μήτρα, κατάλληλη για σκληρά πετρώματα |
|
Πίνακας 1. Καταλληλότητα αδαμαντοκορώνων της Atlas-Copco σε διάφορους πετρολογικούς τύπους (Verfel, 1989))
Πέτρωμα |
Τύπος κορώνας |
Εργαλείο
|
Σκληρότητα της μήτρας |
|||
Είδος |
Κατάσταση |
Ικανότητα σε λείανση |
Αριθμός Διαμαντιών |
Ποιότητα |
||
μαλακό (αργιλικός σχιστόλιθος limestone) |
αποσαθρωμένη |
μικρή |
■ |
6-12 |
1η ποιότητα |
35 HRC |
κερματισμένη |
μικρή |
■ |
15-25 |
1η ποιότητα |
35 HRC |
|
συμπαγής |
μικρή |
■ |
6-12 |
1η ποιότητα |
35 HRC |
|
Μέσης σκληρότητας (δολομίτης, ασβεστόλιθος, ψαμμίτης, γνεύσιος) |
|
μικρή |
■ |
15-25 |
1η ποιότητα |
35 HRC |
|
|
● |
130-160 |
τυπική |
25 HRC |
|
αποσαθρωμένη |
μέση |
■ |
6-12 |
1η ποιότητα |
45 HRC |
|
|
|
● |
130-160 |
τυπική |
30 HRC |
|
|
υψηλή |
■ |
6-12 |
1η ποιότητα |
55 HRC |
|
|
|
● |
130-160 |
τυπική |
35 HRC |
|
|
μικρή |
■ |
25-30 |
εξαιρετική |
35 HRC |
|
|
|
● |
200-250 |
τυπική |
30 HRC |
|
κερματισμένη |
μέση |
■ |
25-30 |
εξαιρετική |
45 HRC |
|
|
|
● |
200-250 |
τυπική |
35 HRC |
|
|
υψηλή |
■ |
25-30 |
εξαιρετική |
55 HRC |
|
|
|
● |
200-250 |
τυπική |
45 HRC |
|
|
μικρή |
■ |
15-25 |
εξαιρετική |
35 HRC |
|
|
|
● |
130-160 |
1η ποιότητα |
25 HRC |
|
συμπαγής |
μέση |
■ |
15-25 |
εξαιρετική |
45 HRC |
|
|
|
● |
130-160 |
1η ποιότητα |
35 HRC |
|
|
υψηλή |
■ |
15-25 |
εξαιρετική |
55 HRC |
|
|
|
● |
130-160 |
1η ποιότητα |
45 HRC |
|
Σκληρά (γρανίτης, χαλαζίτης, χαλαζίας κ.α.)
|
|
μικρή |
■ |
25-30 |
εξαιρετική |
35 HRC |
|
|
● |
200-250 |
1η ποιότητα |
25 HRC |
|
αποσαθρωμένη |
μέση |
■ |
25-30 |
εξαιρετική |
45 HRC |
|
|
|
● |
200-250 |
1η ποιότητα |
30 HRC |
|
|
υψηλή |
■ |
25-30 |
εξαιρετική |
55 HRC |
|
|
|
● |
200-250 |
1η ποιότητα |
45 HRC |
|
|
μικρή |
■ |
30-40 |
εξαιρετική |
35 HRC |
|
|
|
● |
500-600 |
1η ποιότητα |
25 HRC |
|
κερματισμένη |
μέση |
■ |
30-40 |
εξαιρετική |
45 HRC |
|
|
|
● |
500-600 |
1η ποιότητα |
35 HRC |
|
|
υψηλή |
■ |
30-40 |
εξαιρετική |
55 HRC |
|
|
|
● |
500-600 |
1η ποιότητα |
45 HRC |
|
|
μικρή |
■ |
25-30 |
εξαιρετική |
35 HRC |
|
|
|
● |
200-250 |
1η ποιότητα |
25 HRC |
|
συμπαγής |
μέση |
■ |
25-30 |
εξαιρετική |
45 HRC |
|
|
|
● |
200-250 |
1η ποιότητα |
45 HRC |
|
|
υψηλή |
■ |
25-30 |
εξαιρετική |
55 HRC |
|
|
|
● |
200-250 |
1η ποιότητα |
45 HRC |
Πίνακας 2. Καταλληλότητα αδαμαντοκορώνων και
μήτρων της Diamant Boart, για διάφορους τύπους πετρωμάτων (Verfel, 1989)
■ εμποτισμένη αδαμαντοκορώνα ● κορώνα με φυτεμένα διαμάντια
Σε σκληρά πετρώματα πρέπει να προτιμώνται κορώνες με μέγεθος διαμαντιών 40-60 st/ct
Πίνακας
3. Καταλληλότητα αδαμαντοκορώνων ανάλογα με τα ποιοτικά χαρακτηριστικά
των πετρωμάτων (A. F. Rizen, in Verfel, 1989))
Οι παρακάτω τύποι αδαμαντοκορώνων με φυτεμένους κόκκους διαμαντιών
κατασκευάζονται στην Ρωσία (Verfel, 1989).
01 A3: Για συμπαγή, μη τεκτονισμένα λεπτόκοκκα πετρώματα, ενδιάμεσης λειαντικής ικανότητας
02 Α4: Για συμπαγή, τεκτονισμένα, μεσόκοκκα έως αδρόκοκκα πετρώματα, ικανά σε λείανσης
04 Α3: Για συμπαγή, μη τεκτονισμένα λεπτόκοκκα πετρώματα, ενδιάμεσης λειαντικής ικανότητας
05 Α3: Για συμπαγή, μη τεκτονισμένα, λεπτόκοκκα πετρώματα, ενδιάμεσης λειαντικής ικανότητας
07 Α3: Για μη τεκτονισμένα έως μέσου τεκτονισμού πετρώματα μέτριας έως λειαντικής ικανότητας
01 Μ3: Για συμπαγή, μη τεκτονισμένα, λεπτόκοκκα έως πολύ λεπτόκοκκα πετρώματα, μέτριας λειαντικής ικανότητας.
Το μέγεθος των διαμαντιών και ο αριθμός τους επιδρά άμεσα
στην αποτελεσματικότητα της κορώνας κατά τη διάτρηση. Τα διαμάντια τοποθετούνται
στο πέλμα της κορώνας, με διάταξη, συνήθως, ακτινωτή, ελικοειδή ή τυχαία,
ανάλογα με τη χρήση. Έτσι, α) προς τον πυθμένα της γεώτρησης εμφυτεύονται κόκκοι
διαμαντιών, β) τα μεγάλα διαμάντια χρησιμοποιούνται σε μαλακά πετρώματα, ώστε
αυτά να αυξάνεται ο ρυθμός διάτρησης γ) τα μικρότερα διαμάντια, ή σκόνη
διαμαντιών, σε πυκνή διάταξη χρησιμοποιούνται σε σκληρά πετρώματα, δ) πυκνό
σύστημα διαμαντιών με προεξέχοντα, επιφανειακά, διαμάντια συνίσταται για
διάτρηση έντονα τεκτονισμένων πετρωμάτων, ε) διαμάντια καλής ποιότητας
χρησιμοποιούνται σε σκληρά πετρώματα, όπου ασκείται μεγάλη δύναμη στρέψης και
επομένως παρατηρείται μεγάλη τριβή κατά την περιστροφή του γεωτρύπανου (Χρηστάρας,
1991[4]).
Το μέγεθος των διαμαντιών δίδεται σε αριθμό διαμαντιών ανά καράτι (st/ct ή spc:
stones per carat, 1 καράτι = 200 mgr ). Η πυκνότητα τοποθέτησης των διαμαντιών
στη μήτρα προφανώς συνδέεται άμεσα με το μέγεθος τους, όπως φαίνεται και στον
Πίνακα 4.
st/ct |
10 |
20 |
30 |
40 |
60 |
80 |
100 |
200 |
300 |
400 |
mm |
2.10 |
1.80 |
1.50 |
1.40 |
1.25 |
1.10 |
1.05 |
0.82 |
0.72 |
0.60 |
Πίνακας 4. Πυκνότητα χρήσης διαμαντιών (st/ct) ανάλογα με τη μέση διάμετρος (mm) τους (Verfel, 1989[3])
Η ταχύτητα περιστροφής στην περιφέρεια της αδαμαντοκορώνας, με φυτεμένα διαμάντια, εξαρτάται από το είδος του πετρώματος (σκληρότητα, κερματισμός κ.α.) και είναι συνήθως 1 – 3 m/s. Έτσι, στα σκληρά πετρώματα η ταχύτητα περιστροφής μειώνεται ενώ η συνισταμένη δύναμη που ασκείται στο κοπτικό άκρο πρέπει να είναι ελεγχόμενη ώστε να αποφεύγονται ενδεχόμενες αστοχίες. Στα σκληρά πετρώματα η μεγάλη ταχύτητα σε συνδυασμό με άσκηση μικρής πίεσης προκαλεί λείανση των διαμαντιών με αποτέλεσμα τη μείωση της διατρητικής ικανότητας. Η ασκούμενη δύναμη επί του κοπτικού άκρου (P) υπολογίζεται από την ακόλουθη σχέση:
(Verfel,
1989[3])
Σύμφωνα με την παραπάνω σχέση, όσο μεγαλύτερα είναι διαμάντια στην κορώνα τόσο
μικρότερη πρέπει να είναι η ασκούμενη πίεση. Επίσης, σε κορώνες με φυτεμένα
διαμάντια, η μέγιστη δύναμη, ανά διαμάντι, δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 50
Ν για διαμάντια καλής ποιότητας. Για διαμάντια χαμηλής ποιότητας η ασκούμενη
δύναμη δεν πρέπει να ξεπερνά τα 30 Ν ανά διαμάντι.
Η επικόλληση ή ο εμποτισμός της διαμαντόσκονης στη μήτρα της κορώνας γίνεται με
θερμική επεξεργασία. Η πυκνότητα των διαμαντιών στις εμποτισμένες κορώνες
ποικίλει μεταξύ 100 και 800 st/ct και η αντοχή και η αποτελεσματικότητα τους
είναι μεγαλύτερη όταν τα διαμάντια κατανέμονται το δυνατόν ομοιόμορφα. Η
επιτρεπόμενη ταχύτητα περιστροφής αυτών των κοπτικών κυμαίνεται μεταξύ 2 και 5
m/s. Η ασκούμενη πίεση πρέπει να αυξάνει προοδευτικά και δεν πρέπει να ξεπερνά
τα 15 MPa, στο βάθος της διάτρησης. Κατά τη διαδικασία διάτρησης, η
αδαμαντοκορώνα πρέπει να ψύχεται καλά. Όταν η επιβαλλόμενη δύναμη είναι μικρή
προκαλείται λείανση των διαμαντιών. Η σχέση επιβαλλόμενης δύναμης και ροπής
στρέψης δίδεται στο διάγραμμα της Εικ. 1.
Εικ.
1. Μεταβολή της ροπής στρέψης στην περιφέρεια της αδαμαντοκορώνας σε
σχέση με την επιβαλλόμενη δύναμη
Οι σειρές των μεταλλευτικών και γεωλογικών αδαμαντοφόρων κοπτικών συμπεριλαμβάνουν κοπτικά διαφορετικών τύπων διαμαντιού (συνθετικά διαμάντια, PDC, PCD, Καντανίτη κ.α.), διαφόρων εφαρμογών (πυρηνοληπτικά διατρητικά, μη πυρηνοληπτικά διατρητικά, διατρητικά απόκλισης, ανάστροφης κυκλοφορίας, με οδηγούς, έκκεντρα, διατρητικά διεύρυνσης οπών κ.α.), διαφορετικών μεθόδων συγκόλλησης (διαδικασία διηθήσεως με πίεση εν θερμώ, διαδικασία διηθήσεως με δόνηση, συγκόλληση και γαλβανισμό κ.α.), διαφορετικών τύπων κεφαλής (επιφανειακού τύπου, εμποτισμένες και τύπου προσθήκης), διαφορετικής δομής (κοπτικό μονού τοιχώματος, διπλού τοιχώματος, πυρηνοληπτικό με συρματόσχοινο ανέλκυσης κ.α.) (Εικ. 2-47)
Εικ.
2. Διάφορα είδη αδαμαντοκορώνων
Οι σειρές κοπτικών μεγάλης διαμέτρου για τεχνικογεωλογικές – γεωτεχνικές εφαρμογές, περιλαμβάνουν σειρές πρότυπων προδιαγραφών 111/93, 131/113, 150/132, 171/149 και 200/179 (Λόγος εξωτερικής προς εσωτερική διάμετρο σε mm), σειρές μη πρότυπων προδιαγραφών που περιλαμβάνουν 220, 250, 275 και 325mm εξωτερικής διαμέτρου και άλλα πρότυπα (Εικ. 48). Οι σειρές μπορεί να διατεθούν σε κοπτικά εμποτισμένα, επιφανειακά συγκολλημένα και μια ποικιλία άλλων υλικών κοπής όπως Καντανίτη, συντηγμένα πολυκρυσταλλικά διαμάντια, κτλ. Είναι κατάλληλα για γεωτρήσεις τεχνικογεωλογικού - γεωτεχνικού ενδιαφέροντος, δειγματοληψία και ενεμάτωση για τη θεμελίωση φράγματος, γεφυρών, αυτοκινητοδρόμων, υψηλών κτιρίων, κατασκευών που αφορούν την εθνική άμυνα καθώς και για το προγράμματα πρόγνωσης σεισμών (Εικ. 48-55).
Εικ. 48.
Αδαμαντοκορώνες μεγάλης διαμέτρου
Το Ινστιτούτο Ερευνητικής Μηχανικής, Υπουργείο Γεωλογίας και Ορυκτών Πόρων κατασκευάζει μια ποικιλία αδαμαντοφόρων κοπτικών γεωτρήσεων πετρελαίου όπως πυρηνοληπτικά, μη πυρηνοληπτικά και κοπτικά εκκίνησης, χρησιμοποιώντας διαφορετικά υλικά τριβής, όπως φυσικά διαμάντια, PDC, στηλοειδή πολυκρυσταλλικά διαμάντια, τριγωνικά πολυκρυσταλλικά διαμάντια και Καντανίτη για πυρηνοληπτικές γεωτρήσεις πετρελαίου σε μαλακούς, μετρίως σκληρούς, σκληρούς και πολύ σκληρούς σχηματισμούς καθώς και σε σχηματισμούς με μαλακές και σκληρές ενστρώσεις και για μη πυρηνοληπτικές γεωτρήσεις σε μαλακούς, μαλακούς ως μετρίως σκληρούς και μετρίως σκληρούς σχηματισμούς (Εικ. 56-71).
Εικ. 56. Αδαμαντοκορώνες γεωτρήσεων πετρελαίου
Τα κοπτικά αυτά
χρησιμοποιούνται ευρέως για :
• Διάτρηση οπών σε τοιχίο και πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος για τη διέλευση
σωλήνων ύδρευσης, θέρμανσης, φυσικού αερίου και αποχέτευσης.
• Διάτρηση οπών για εγκατάσταση ηλεκτρικών συσκευών και κλιματισμού.
• Διάτρηση οπών για ολισμό γεφυρών και σηράγγων.
• Διάτρηση οπών για εγκατάσταση ενδεικτικών φώτων σε αεροδρόμια, αντηρίδων σε
αυτοκινητόδρομους και σιδηροτροχιές.
• Διάτρηση οπών για εγκατάσταση εξοπλισμού σε φράγματα, για ενεματώσεις και για
σταθεροποίηση κατολισθήσεων.
• Διάτρηση οπών για εγκατάσταση βιομηχανικού εξοπλισμού.
• Διάτρηση οπών για σταθεροποίηση αρχαίων κτηρίων και για ενίσχυση της
θεμελίωσης κτιρίων.
• Δειγματοληψία για τον έλεγχο της ποιότητας των κτιρίων.
• Γεωλογική δειγματοληψία μικρού βάθους π.χ. για παλαιομαγνητισμό και μετρήσεις
τάσεων.
• Διάτρηση και δειγματοληψία σκληρών και εύθραυστων υλικών όπως γυαλί, κεραμικά
πλακίδια, πυρίμαχα υλικά, χειροτεχνήματα και πέτρες.
• Διάτρηση και δειγματοληψία για διάφορες εξειδικευμένες εργασίες.
Μέγεθος |
Τύπος κοπτικού |
Παρατηρήσεις |
|
Ονομαστική Εξωτερική Διάμετρος (mm) |
Πρότυπο μήκος (mm) |
||
8 |
110 |
DC |
|
10 |
110 |
DC |
|
12 |
110 |
DC |
|
14 |
150 |
DC |
|
16 |
150 |
DC |
|
18 |
150 |
DC |
|
20 |
150 |
DC |
|
22 |
150 |
DC |
|
24 |
150 |
DC |
|
25 |
270 |
DC ή WC |
|
31/25.4 |
180 |
DC ή WC |
Διάμετρος πυρήνα 1” |
32 |
320 |
DC ή WC |
|
38 |
320 |
DC ή WC |
|
44 |
320 |
DC ή WC |
|
50 |
320 |
DC ή W |
|
57 |
320 |
DC ή W |
|
63 |
320 |
DC ή W |
|
76 |
320 |
DC ή W |
|
83 |
320 |
DC ή W |
|
89 |
320 |
DC ή W |
|
102 |
320 |
DC ή W |
|
107/100 |
320 |
DC ή W |
100mm Διάμετρος πυρήνα |
110 |
320 |
DC ή W |
|
120 |
320 |
DC ή W |
|
127 |
320 |
DC ή W |
|
132 |
320 |
DC ή W |
|
150 |
320 |
DC ή WC |
|
157/150 |
320 |
DC ή WC |
150mm Διάμετρος πυρήνα |
159 |
360 |
DC ή WC |
|
170 |
360 |
DC ή WC |
|
180 |
360 |
DC ή WC |
|
200 |
400 |
DC ή WC |
|
254 |
400 |
DC ή WC |
|
273 |
400 |
DC ή WC |
|
Πίνακας 5. Χαρακτηριστικά σειράς κοπτικών οικοδομικών εφαρμογών. Σημείωση: Το πρότυπο πάχος των τοιχωμάτων των κοπτικών είναι 2-4mm.
Εικ. 86. Συνιστώμενο φορτίο που ασκείται πάνω στο κοπτικό (εμποτισμένο κοπτικό διπλού τοιχώματος) | Εικ. 87. Συνιστώμενος όγκος πολφού για εμποτισμένο κοπτικό |
Εικ. 88. Συνιστώμενες στροφές ανά λεπτό για εμποτισμένο κοπτικό | Εικ. 89. Συνιστώμενο φορτίο που ασκείται πάνω στο κοπτικό (εμποτισμένο κοπτικό με συρματόσχοινο ανέλκυσης πυρήνα) |
Εικ. 90. Συνιστώμενες στροφές ανά λεπτό για κοπτικό με επιφανειακά συγκολλημένα κοπτικά στοιχεία. |
Συνιστώμενες παράμετροι διάτρησης για μη πυρηνοληπτικό κοπτικό γεωτρήσεων πετρελαίου |
|
|
|
Εικ. 91. Συνιστώμενο φορτίο που ασκείται πάνω στο κοπτικό (μη πυρηνοληπτικό κοπτικό με φυσικά διαμάντια) |
Εικ. 92. Συνιστώμενο φορτίο που ασκείται πάνω στο κοπτικό (μη πυρηνοληπτικό κοπτικό με PDC) |
|
|
Εικ. 93.Συνιστώμενος όγκος πολφού για μη πυρηνοληπτικό κοπτικό |
Συνιστώμενες παράμετροι διάτρησης για πυρηνοληπτικό κοπτικό γεωτρήσεων πετρελαίου |
|
|
|
Εικ. 94. Συνιστώμενο φορτίο που ασκείται πάνω στο κοπτικό (πυρινοληπτικό κοπτικό) |
Εικ. 95. Συνιστώμενες στροφές ανά λεπτό για πυρηνοληπτικό κοπτικό |
|
|
Εικ. 96. Συνιστώμενος όγκος πολφού (πυρηνοληπτικό κοπτικό |
Εικ. 97. Συνιστώμενο φορτίο που ασκείται πάνω στο κοπτικό (κοπτικό μεγάλης διαμέτρου με επιφανειακά συγκολλημένα κοπτικά στοιχεία). | Εικ. 98. Συνιστώμενες στροφές ανά λεπτό για κοπτικό μεγάλης διαμέτρου με επιφανειακά συγκολλημένα κοπτικά στοιχεία. |
Εικ. 99. Συνιστώμενο φορτίο που ασκείται πάνω στο κοπτικό (εμποτισμένο κοπτικό μεγάλης διαμέτρου) | Εικ. 100. Συνιστώμενες στροφές ανά λεπτό για εμποτισμένο κοπτικό μεγάλης διαμέτρου |
Εικ. 101. Συνιστώμενος ρυθμός άντλησης για κοπτικό μεγάλης διαμέτρου με επιφανειακά συγκολλημένα κοπτικά στοιχεία. | Εικ. 102. Συνιστώμενος ρυθμός άντλησης για εμποτισμένο κοπτικό μεγάλης διαμέτρου |
Σκληρότητα σχηματισμού |
Μικρή |
Μέτρια |
Κανονική |
Υψηλή |
|||||||||
Αποτριψιμότητα |
Μέτρια |
Μηδενική |
Μέτρια |
Μεγάλη |
Μηδενική |
Μέτρια |
Μεγάλη |
Μηδενική |
Μέτρια |
Μεγάλη |
|||
Πέτρωμα |
Μάρμαρο Ασβεστόλιθος Άργιλος Αργιλικός σχιστόλιθος Μαλακός ψαμμίτης Μάργα |
Ανδεσίτης Σκληρός ψαμμίτης Γνεύσιος Διαβάσης Σχιστόλιθος Τοφφίτης
|
Γνεύσιος Βασάλτης Διορίτης Πυριτιωμένοι ασβεστόλιθοι Ρυόλιθος Μεσόκοκκος γρανίτης |
Πορφυριτικός γρανίτης Σκληρός γρανίτης Ρυόλιθος μεγάλης πυκνότητας Χαλαζίτης |
|||||||||
Κοπτικό με P.D.C.
|
Ο |
Δ |
Ο |
Ο |
|
|
|
|
|
|
|||
Κοπτικό με επιφανειακά συγκολλημένα κοπτικά στοιχεία. |
Διάβρωση και αντοχή σε φθορά
|
Μέτρια |
Δ |
Ο |
Ο |
Ο |
Ο |
Ο |
Δ |
Δ |
|
|
|
Υψηλή |
Δ |
Δ |
Ο |
Ο |
Δ |
Ο |
Ο |
Δ |
Δ |
|
|||
Μεγέθη (πέτρα /ct) |
8,15 |
Ο |
Δ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
15,25 |
Δ |
Δ |
Ο |
Ο |
|
|
|
|
|
|
|||
25-40 |
|
Ο |
Ο |
Ο |
Ο |
Ο |
Ο |
|
|
|
|||
40-60 |
|
|
|
|
Ο |
Ο |
|
Ο |
|
|
|||
Εμποτισμένο κοπτικό |
Διάβρωση και αντοχή σε φθορά
|
Χαμηλή |
|
|
|
|
Δ |
|
|
Ο |
|
|
|
Μέτρια |
|
Ο |
Ο |
Δ |
|
Ο |
|
|
|
|
|||
Υψηλή |
|
|
|
Δ |
|
|
Ο |
|
|
Ο |
|||
Μεγέθη (mesh) |
>36 36-46 46-60 |
|
Ο |
Ο |
Ο |
Δ |
Ο |
Ο |
Δ |
Ο |
Ο |
||
60-80 80-100 100--120 |
|
Ο |
Ο |
Δ |
Ο |
Ο |
Δ |
Ο |
Ο |
|
Πίνακας 6. Προτεινόμενες εφαρμογές σε σχέση με τον τύπο και το
μέγεθος των κοπτικών στοιχείων για διάφορους σχηματισμούς.
O : χρησιμοποιείται συχνά
Δ : μπορεί να χρησιμοποιηθεί
Μέγεθος |
Διαστάσεις κοπτικού
|
Διαστάσεις περικοπτήρα
|
||
Εξωτερική διάμετρος (mm) |
Εσωτερική διάμετρος (mm) |
Εξωτερική διάμετρος (mm) |
Εσωτερική διάμετρος (mm) |
|
28 |
28 |
17 |
28.5 |
21.5 |
36 |
36.5 |
21.5 |
37 |
27.5 |
46 |
46.5 |
29 |
47 |
36.5 |
59 |
59.5 |
41.5 |
60 |
49 |
75 |
75 |
54.5 |
75.5 |
64 |
S 75 WL |
75 |
49 |
75.5 |
62 |
91 |
91 |
68 |
91.5 |
79 |
S 91 WL |
91 |
62 |
91.5 |
76 |
Πίνακας 7. Πρότυπες διαστάσεις αδαμαντοφόρων κοπτικών DZ και σωλήνων διεύρυνσης (περικοπτήρων).
Οπή γεώτρησης |
Διατρητικά με σωλήνωση βάσης |
|||
Εξωτερική διάμετρος |
Εσωτερική διάμετρος |
|||
in |
mm |
in |
mm |
|
XRT |
1.48 |
37.7 |
1.19 |
30.2 |
EX |
1.87 |
47.6 |
1.50 |
38.0 |
AX |
2.34 |
59.5 |
1.90 |
48.3 |
BX |
2.96 |
75.3 |
2.37 |
60.2 |
NX |
3.61 |
91.8 |
2.99 |
76.0 |
HX |
4.62 |
117.4 |
3.92 |
99.7 |
|
|
|
|
|
|
Περικοπτήρες με σωλήνωση |
|||
in |
mm |
|||
XRT |
- |
- |
||
EX |
1.89 |
48.0 |
||
AX |
2.36 |
59.9 |
||
BX |
2.98 |
75.6 |
||
NX |
3.63 |
92.2 |
||
HX |
- |
- |
||
|
|
|
||
|
Διατρητικά με σωλήνωση |
|||
Εξωτερική διάμετρος |
Εσωτερική διάμετρος |
|||
in |
mm |
in |
mm |
|
XRT |
1.48 |
37.7 |
1.00 |
25.4 |
EX |
1.87 |
47.6 |
1.40 |
35.6 |
AX |
2.34 |
59.5 |
1.78 |
45.2 |
BX |
2.96 |
75.3 |
2.21 |
56.2 |
NX |
3.61 |
91.8 |
2.84 |
72.1 |
HX |
4.62 |
117.4 |
3.77 |
95.9 |
Πίνακας 8. Διατρητικά με σωλήνωση βάσης, διατρητικά με σωλήνωση και περικοπτήρες με σωλήνωση για DCDMA και CDDA.
|
Πυρηνοληπτικά αδαμαντοφόρα κοπτικά |
Περικοπτήρες |
||||||
Μέγεθος |
Πλασματική διάμετρος πυρήνα |
Πλασματική διάμετρος οπών |
Διαστάσεις |
Διαστάσεις |
||||
inches |
mm |
inches |
mm |
Εξωτερική διάμετρος |
Εσωτερική διάμετρος |
Εξωτερική διάμετρος |
mm |
|
RW |
3/4 |
19.0 |
1-1/8 |
28.5 |
1.160 |
.735 |
1.175 |
29.8 |
*XRP |
7/8 |
21.2 |
1-5/16 |
33.3 |
1.295 |
.875 |
1.310 |
33.2 |
EX-EWG |
7/8 |
21.2 |
1-1/2 |
37.7 |
1.470 |
.845 |
1.485 |
37.7 |
EXM-EWM |
7/8 |
21.2 |
1-1/2 |
37.7 |
1.470 |
.845 |
1.485 |
37.7 |
AX-AWG |
1-1/8 |
30 |
1-7/8 |
48 |
1.875 |
1.185 |
1.890 |
48.0 |
AXM-AWM |
1-1/8 |
30 |
1-7/8 |
48 |
1.875 |
1.185 |
1.890 |
48.0 |
BX-BWG |
1-5/8 |
42 |
2-3/8 |
59.9 |
2.345 |
1.655 |
2.360 |
59.9 |
BXM-BWM |
1-5/8 |
42 |
2-3/8 |
59.9 |
2.345 |
1.655 |
2.360 |
59.9 |
NX-NWM |
2-1/8 |
54.7 |
3 |
75.7 |
2.965 |
2.155 |
2.980 |
75.7 |
NXM-NWM |
2-1/8 |
54.7 |
3 |
75.7 |
2.965 |
2.155 |
2.980 |
75.7 |
HX-HWG |
3 |
76.2 |
3-7/8 |
98.8 |
3.890 |
3.000 |
3.907 |
99.2 |
2-3/4’’x3-7/8’’ |
2-3/4 |
68.3 |
3-7/8 |
98.8 |
3.840 |
2.690 |
3.875 |
98.4 |
4’’x5-1/2’’ |
4 |
100.8 |
5-1/2 |
139.6 |
5.435 |
3.970 |
5.495 |
139.6 |
6’’X7-3/4’’ |
6 |
151.6 |
7-3/4 |
196.8 |
7.655 |
5.970 |
7.750 |
196.9 |
Πίνακας 9. Πρότυπο D.C.D.M.A. * : προαιρετικά μεγέθη
Μέγεθος |
Πλασματική διάμετρος οπής |
Πλασματική διάμετρος πυρήνα |
Διαστάσεις εξωτερικής διαμέτρου (πρότυπο σύνολο) |
Διαστάσεις εξωτερικής διαμέτρου(σύνολο περικοπτήρα) |
Διαστάσεις εσωτερικής διαμέτρου |
||
inches |
mm |
inches |
mm |
Inches (περίπου) |
Inches (περίπου) |
Inches (περίπου) |
|
AQ |
1-57/64 |
48.0 |
1-1/16 |
27.0 |
1.875 |
1.890 |
1.062 |
BQ |
2-23/64 |
60.0 |
1-7/16 |
36.5 |
2.345 |
2.360 |
1.437 |
NQ |
2-63/64 |
75.8 |
1-7/8 |
47.6 |
2.965 |
2.980 |
1.875 |
HQ |
2-25/32 |
96.0 |
2-1/2 |
63.5 |
3.766 |
3.782 |
2.500 |
PQ |
4-53/64 |
122.6 |
3-11/32 |
85.0 |
4.805 |
4.827 |
3.343 |
Πίνακας 10. Διατρητικά με εξοπλισμό ανέλκυσης πυρήνα ‘Q’
Μέγεθος οπών |
Αριθμός οδών νερού |
Τύπος πυρηνοληπτικού τρυπάνου Εσωτερικη διάμετρος mm=πυρήνας |
Περικοπτήρες Εξωτερική διάμετρος |
Διατρητικά με σωλήνωση βάσης |
|||||
mm |
Diamy Diaborit |
ΤΤ |
Τ2 |
Β |
Κ3 |
mm |
Εξωτερική διάμετρος |
Εσωτερική διάμετρος mm |
|
36 |
2 |
4 |
- |
22 |
- |
22 |
36.3 |
- |
- |
46 |
3 |
6 |
35.6 |
32 |
- |
32 |
46.3 |
46 |
36.5 |
56 |
4 |
8 |
45.5 |
42 |
- |
42 |
56.3 |
56 |
46.5 |
66 |
5 |
10 |
- |
52 |
38 |
52 |
66.3 |
66 |
56.5 |
76 |
6 |
12 |
- |
62 |
48 |
62 |
76.3 |
76 |
66.5 |
96 |
7 |
12 |
- |
72 |
58 |
72 |
86.3 |
86 |
76.5 |
101 |
8 |
14 |
- |
84 |
72 |
87 |
101.3 |
101 |
86.5 |
116 |
9 |
10 |
- |
- |
86 |
102 |
116.3 |
116 |
101.5 |
131 |
10 |
10 |
- |
- |
101 |
117 |
131.3 |
131 |
116.5 |
146 |
11 |
10 |
- |
- |
116 |
132 |
146.3 |
146 |
131.5 |
Πίνακας 11. Μετρικές σταθερές κατά Craelius
1. “China
National Geological Technology Development & Import & Export Corporation” and
Institute of Exploration Engineering, Ministry of Geology and Mineral Resources,
P.R.China (1996): Report on “Diamond Bits Reaming Shells”, Beijing, 39p.
2. Παπαχαρίσης Ν., Μάνου-Ανδρεάδου Ν. και Γραμματικόπουλος Ι. (1999): Γεωτεχνική
Μηχανική. Εκδ. Οικ. «Αδελφοί Κυριακίδη», Θεσσαλονίκη, 558 σελ.
3. Verfel J. (1989): Rock grouting and diaphragm wall construction. Elsevier (Developments
in Geotechnical Engineering vol. 55), Amsterdam, 532 p.
4. Χρηστάρας, Β. (1991): Γεωτρήσεις μεγάλου βάθους. Γεωτεχνική Ενημέρωση, Εκδ.
ΓΕΩΤΕΕ, Θεσσαλονίκη, τ. 26, σελ. 47-53.