آموزش و فناوری

روش‌های حفاری و گمانه‌زنی

مقدمه: گمانه‌زنی یعنی عمل ایجاد چاه‌هایی در زمین با بکار گیری ابزار مختلف حفاری. گمانه ممکن است به‌صورت عمودی، شیب‌دار یا افقی باشند که از آنها استفاده‌های مختلفی می‌شود ازجمله: نمونه‌برداری از مصالح زمین، انجام آزمون‌های برجا، بررسی شرایط هیدروژئولوژی، ایجاد شبکه زهکشی و شمع ریزی برای پی.

روش‌های حفاری و گمانه‌زنی

به‌طورکلی دو نوع فعالیت در حین انجام عمل گمانه‌زنی دنبال می‌شود که عبارتند از:

  1. حفر گمانه با پیشروی درزمین و نفوذ آن به‌منظور رسیدن به هدف مشخص (از قبیل سفره آب‌های زیرزمین، لایه زمین‌شناسی معین، طاقدیس‌های نفتی یا گازی، منابع انرژی‌زا زمین و …)
  2. نمونه‌برداری از مصالح زمین در اعماق موردنظر برای انجام آزمایشات مختلف و شناسایی خواص فیزیکی و مکانیکی لایه‌های خاک و سنگ، بکار گیری روش‌ها و ابزار مورداستفاده در هر دو مورد در بخش‌های زیر خلاصه‌شده است.

ابزار و دستگاه‌های حفاری

انواع مختلفی از ابزار و دستگاه‌های حفاری برای حفر چاه و گمانه زدن در سطح جهان مورداستفاده قرار می‌گیرد برحسب مکانیسم عمل آنها، دستگاه‌های حفاری به چهار گروه اصلی زیر تقسیم می‌شوند:

  1. حفاری مته‌ای
  2. حفاری شستشویی
  3. حفاری ضربه‌ای
  4. حفاری دورانی

انتخاب هرکدام از این دستگاه‌های حفاری بستگی دارد به مجموعه‌ای از عوامل زیر:

  • موقعیت جغرافیائی محل
  • جنس مصالح زمین
  • قطر و عمق چاه و دستگاه حفاری
  • در دسترس بودن دستگاه
  • هدف از عمل حفاری
  • کیفیت نمونه‌برداری

حفاری مته ای مارپیچی

حفاری مته ای مارپیچی

یکی از روش‌های متداول حفاری در فعالیت‌های عمرانی به‌حساب می‌آید که در آن حفر چاه در اثر چرخش دورانی و حلزونی مته و همزمان فرورفتن آن در زمین حاصل می‌شود نمونه‌های به‌دست‌آمده از این روش نمونه‌های نمایانگر و بعضی تنها دست‌خورده هستند کاربرد این روش از حفاری بیشتر در زمین‌های نرم و نیمه سخت است و برحسب نوع زمین مته‌های مختلفی مورداستفاده قرار می‌گیرد مته‌های حفاری به  دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند: ۱- مته‌های دستی  ۲- مته‌های مکانیکی.

مته‌های دستی

۸۰۰۷-۲

این مته‌ها به‌طور دستی توسط یک یا دو نفر بکار برده می‌شوند. نمونه‌ای از مته‌های دستی در شکل‌های زیر نشان داده‌شده است که به‌طورکلی ترکیب آنها شامل سر مته لوله یا میله میانی و دستگیره می‌شود سر مته می‌تواند اشکال مختلفی داشته باشد و عمل حفاری و نمونه‌برداری توسط آنها انجام می‌شود مته روی لوله یا میله میانی سوار می‌شود و قطر این لوله معمولاً” ۲۰ میلی‌متر می‌باشد و ممکن است به‌صورت یک قطعه یک دست و یا ترکیبی از قطعات مختلف باشد که طول آن با توجه به عمق چاه متفاوت خواهد بود میله میانی در قسمت بالائی به دستگیره که T شکل است وصل می‌گردد در حین عمل حفاری دستگیره به‌طور همزمان چرخانیده و به درون زمین فروبرده می‌شود عمل چرخش از طریق میله میانی به مته منتقل می‌شود و بدین ترتیب عمل حفاری انجام می‌گردد.

از این نوع مته‌ها برای حفاری تا عمق‌های ۳۰-۱۰ متری استفاده می‌شود که عمق حفاری توسط جنس زمین و سطح دستیابی آب‌های زیرزمینی کنترل می‌شود حفاری به‌وسیله مته‌های دستی معمولاً برای کارهای اکتشافی انجام می‌گردد و کاربردهای دیگری همچون شناسایی تراز آب‌های زیرزمین و ایجاد چاه‌های زهکشی نیز می‌تواند داشته باشد.

متداول‌ترین نوع مته‌های دستی در سه گروه زیر تقسیم می‌شوند:

auger

الف: مته چنگکی Post – hole Auger  این نوع مته‌ها برای نمونه‌برداری از خاک‌های چسبنده و دانه‌ریز استفاده می‌شود قطر آنها بین ۱۰۰-۲۰۰ میلی‌متر می‌باشد. نوعی از این مته‌ها که به Ivan Auger  معروف است .

screw-type-sampling-augers-250x250

ب: مته‌های حلزونی (پیچشی)  Helical or Screw Auger مته حلزونی برای نمونه‌برداری از هر نوع خاک    (چسبنده و یا غیر چسبنده) استفاده می‌شود البته خاک‌ها بایستی خشک و بالای سطح دستیابی آب‌های  زیرزمین قرارگرفته باشند. قطر آنها بین ۵۰-۱۰۰ میلی‌متر می‌باشد و نمونه‌ای از این مته حلزونی در شکل (ب) نشان داده‌شده است.

auger-img-01

ج: مته فنری Spiral Auger این مته‌ها ساختمانی شبیه فنردارند و برحسب شکل آنها  و موارد استفاده آنها به دو صورت زیر می‌باشند.

  1. مته فنری بسته
  2. مته فنری باز

نوع اول برای نمونه‌برداری از خاک‌های رسی سخت و خاک‌های شن متراکم استفاده می‌شود.

نوع دوم برای نمونه‌برداری از خاک‌های غیر چسبنده ماسه‌ای بکار برده می‌شوند قطر این مته‌ها بین ۵۰-۱۰۰ میلی‌متر  می‌باشد شکل (ج) نمونه‌ای ازاین‌گونه مته‌های دستی را نشان می‌دهد.

مته‌های مکانیکی

نیروی لازم برای بکار انداختن این نوع مته‌ها توسط یک موتور تأمین می‌شود مقدار نیروی مصرفی به نوع مته و جنس زمین که در آن حفاری صورت می‌گیرد بستگی دارد. مته‌های مکانیکی بر اساس وظیفه خود به دو گروه مته‌های مکانیکی سبک و مته‌های مکانیکی سنگین تقسیم می‌شوند.

مته‌ مکانیکی سبک

مته‌های مکانیکی سبک: این مته‌ها حد واسط مته‌های دستی و مته‌های مکانیکی سنگین ازنظر کاربرد می‌باشند. حمل‌ونقل آنها و به‌کار گرفتن آنها توسط یک یا دو نفر انجام می‌گیرد از یک موتور کوچک به‌قدرت ۱۰ اسب بخار برای چرخاندن و فروبردن مته در زمین استفاده می‌شود عمق چاه‌هایی که به‌وسیله این نوع مته‌ها حفر  می‌شود بین ۱۰-۱۵ متر می‌باشد و قطر حفاری بین ۷۵  تا ۳۰۰ میلی‌متر است کاربرد آنها بیشتر در خاک‌های نرم و سخت نشده است و نسبت به مته‌های دستی سرعت عمل بیشتری دارند.

مته‌ مکانیکی سنگین

مته‌های مکانیکی سنگین: این مته‌ها معمولاً روی کامیون سوارند و توسط آنها به نقاط موردنظر انتقال داده می‌شوند. نیروی چرخشی آنها توسط یک موتور قدرتمند تأمین می‌شود و نیروی نفوذی (فشاری) آنها ممکن است در این وزن خود مته و دستگاه حفاری باشد و یا اینکه توسط یک نیروی هیدرولیکی یا دینامیکی خارجی تأمین گردد.

با استفاده از این نوع مته‌ها می‌توان در همه نوع خاک (رس، سیلتی و ماسه‌ای) و نهشته‌های سفت و متراکم شده و سنگ‌های نرم تا نیمه سخت حفاری نمود و ازآنجاکه بیشتر فعالیت‌های مهندسی و ژئوتکنیکی در این نوع نهشته‌ها است لذا این مته‌ها کاربرد گسترده‌ای در طرح‌های عمرانی دارد نمونه‌ای که از این طریق به‌دست     می‌آیند می‌تواند به‌صورت نمونه‌های دست‌خورده و یا نمونه‌های نمایانگر باشد چون‌که نمونه‌ها در حین بالا آورده شدن در اثر عمل چرخش مته باهم مخلوط گشته و درنتیجه خصوصیات اولیه خود را از دست می‌دهند.

کاربرد این مته‌ها در چاه‌هایی که تراوش آب‌های زیرزمینی زیاد باشد و یا دیواره‌های چاه ریزش داشته باشد محدود می‌شود سرعت حفاری با توجه به جنس زمین فرق می‌کند و یک حفار باتجربه می‌تواند تغییرات جنس زمین را با در نظر گرفتن سرعت حفاری و صدای حاصله از آن بسنجد و تااندازه‌ای در امر شناسایی واحدها کمک کند.

مته‌ پره‌ای

مته‌های پره‌ای Flight Augers: این مته‌ها قطری برابر با ۵۰ تا ۳۰۰ میلی‌متر دارند و از آنها برای حفاری تا عمق ۵۰-۶۰ متری استفاده می‌شود مته‌های پره‌ای برحسب کاربرد آنها به دو گونه مته‌های پره‌ای کوتاه و مته‌های پره‌ای ممتد تقسیم می‌شوند.

مته‌های محفظه‌ای (سطلی): این مته‌ها شامل یک محفظه فولادی استوانه‌ای شکل می‌شوند که از قسمت بالا باز می‌باشند و در قسمت پائین صفحه‌ای فلزی وجود دارد که روی تیغه‌های برنده‌ای تعبیه‌شده است. بلافاصله در مجاورت این تیغه‌های برنده شیارهایی قرارگرفته که به درون محفظه باز می‌شوند محفظه فولادی از طریق میله محوری یا Kelly bar  دستگاه حفاری وصل می‌گردد شکل‌های زیر نمای شماتیک از این نوع مته را نشان می‌دهد در حین عمل حفاری مته به چرخش درمی‌آید و تیغه‌های برنده آن سبب خُرد شدن و برش یافتن سنگ‌ها یا نهشته‌های مسیر خود می‌شود مصالح خُرد شده از طریق شیارها به درون محفظه راه می‌یابند و زمانی که محفظه پر شود مته به سطح زمین آورده می‌شود و محتویات محفظه تخلیه می‌شود و عمل حفاری بدین‌صورت ادامه پیدا می‌کند با استفاده از این روش چاه‌های به قطر یک متر و تا عمق ۵۰ متر حفر گردیده شده است البته این مته‌ها برای حفاری در زمین‌های نرم و نهشته‌های سخت نشده مناسب می‌باشد.

wash-boring

حفار شستشویی: حفار شستشویی یکی از روش‌های ساده و متداول در اکتشافات و گمانه‌زنی بشمار می‌آید کاربرد این نوع حفاری بیشتر در نهشته‌های نرم و نیمه سخت و سنگ‌های شدیداً هوازده می‌باشد. عمق حفاری به ۳۰ متر و قطر چاه‌های حفاری‌شده به ۱۵ سانتیمتر محدود می‌شود سرعت حفاری در نهشته‌های آبرفت نرم در حدود ۶ متر در ساعت و در خاک‌های رس سفت ۵/۲ متر در ساعت است نمونه‌های به‌دست‌آمده از عمل حفاری اغلب دست‌خورده و به‌هم‌ریخته هستند و ارزش زیادی برای فعالیت‌های شناسایی ندارند.

حفاری ضربه‌ای

حفاری ضربه‌ای: از این روش برای حفاری در خاک‌های سخت و متراکم شده خاک‌های رسی سفت و سنگ‌ها استفاده می‌شود عمق متوسط حفاری ۶۰ متر و حداکثر به بیش از ۲۰۰ متر می‌رسد و قطر چاه‌های حفاری‌شده بین ۱۰۰-۶۰۰ میلی‌متر می‌باشند سرعت حفاری برحسب نوع و جنس مصالح زمینی که در آن حفاری می‌شود متفاوت است درنهشته های سطحی و نرم ۲-۴ متر در ساعت در مصالح نیمه سخت ۱-۲ متر در ساعت و در سنگ‌های سخت حداکثر به ۱ متر در ساعت می‌رسد هنگام حفاری در سنگ نمونه‌های نمایانگر به‌دست می‌آید ولی در خاک‌ها اغلب نمونه‌های به‌دست‌آمده دست‌خورده و به‌هم‌ریخته می‌باشند. از این روش بیشتر در حفر چاه‌های عمیق آب استفاده می‌شود و کاربرد آن در اکتشافات ژئوتکنیک به علت هزینه زیاد انجام آن و عدم دستیابی به نمونه‌های سالم محدود است.

حفاری دورانی

حفاری دورانی: این روش برای حفاری در همه نوع زمین‌های خاکی و سنگی و تا اعماق زیاد بکار گرفته می‌شوند قطر گمانه‌ها بین ۴۰-۲۰۰ میلی‌متر است و نمونه‌های به‌دست‌آمده می‌توانند نمایانگر یا دست‌نخورده باشند و بستگی به این دارند که حفاری به چه منظوری انجام شوند.

سرعت عمل حفاری دورانی نسبت به دیگر روش‌ها بیشتر است. لذا استفاده گسترده‌ای برای حفر چاه‌های عمیق اکتشافی و بهره‌برداری نفت و گازدارند. کاربرد این روش در پروژه‌ها و اکتشافات ژئوتکنیکی به خاطر هزینه زیاد اجرای آن و سیستم پیچیده آن محدود می‌باشد.

مقاله دارای اشکالاتی می‌باشد که در صورت گزارش اصلاح خواهد شد، کلیات مقاله صحیح است.

برچسب ها
نمایش بیشتر

محمد احمدی اکبری

مؤسس و مدیر عمران آنلاین | کارشناسی مهندسی اجرایی عمران

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مشابه

بستن
بستن