Κεφάλαιο 5 Άμεσες μέθοδοι αναζήτησης κοιτασμάτων

Transcript

1 Κεφάλαιο 5 Άμεσες μέθοδοι αναζήτησης κοιτασμάτων Σύνοψη Μετά τη σύντομη παρουσίαση των έμμεσων μεθόδων αναζήτησης κοιτασμάτων στο προηγούμενο κεφάλαιο, εδώ θα ασχοληθούμε με τις τεχνικές λήψης και επεξεργασίας δειγμάτων σε περιοχές που θεωρούνται πλέον πιθανές για μεταλλοφορία. Μέσω των άμεσων πληροφοριών που θα ληφθούν με τον τρόπο αυτό θα επιβεβαιωθούν ή θα απορριφθούν τα συμπεράσματα του προηγούμενου σταδίου έρευνας. Αρχικά, περιγράφουμε τα είδη της δειγματοληψίας, δηλαδή από ποιες περιοχές του κοιτάσματος μπορούμε να πάρουμε δείγμα και με ποιους τρόπους. Ανάλογα με το είδος της μεθόδου, το λαμβανόμενο δείγμα ποικίλλει σε μέγεθος και μορφή. Για την ανάλυσή του όμως χρειάζεται μόνο μια μικρή συνήθως ποσότητα, η οποία ταυτόχρονα θα πρέπει να είναι και αντιπροσωπευτική της συνολικής του μάζας. Το θέμα αυτό αναλύεται με τη χρήση στατιστικής εκτιμητικής στο πρώτο μέρος του κεφαλαίου. Ακολούθως, λόγω της ιδιαίτερης σημασίας της, παρουσιάζεται αναλυτικά η τεχνική της λήψης δειγμάτων μέσω γεωτρήσεων. Η τεχνολογία που εφαρμόζεται στις γεωτρήσεις αυτές είναι ειδικού τύπου και εξαρτάται επιπλέον από τις συνθήκες και το περιβάλλον της διάτρησης. Πιο συγκεκριμένα αναλύονται τα μηχανικά χαρακτηριστικά της διατρητικής στήλης, καθώς και των υπόλοιπων βοηθητικών μηχανισμών διάτρησης. Στόχος είναι η αποσαφήνιση της λειτουργικότητας του συνόλου των τεχνικών παραμέτρων της όρυξης και ανάκτησης του δείγματος, ούτως ώστε να καταστεί εμφανής η αποτελεσματική ρύθμισή τους με στόχο την επίτευξη της επιθυμητής ακρίβειας. Προαπαιτούμενη γνώση Για την παρακολούθηση αυτού του κεφαλαίου απαιτούνται μερικές απλές γνώσεις μηχανολογίας και μηχανικής ρευστών. Απαραίτητη θεωρείται επίσης και η εξοικείωση με τη στατιστική εκτιμητική Εισαγωγή Για την υλοποίηση του στόχου της μεταλλευτικής έρευνας, ο οποίος, όπως αναφέρθηκε στο Κεφάλαιο 1, είναι η συγκέντρωση στοιχείων για τον υπολογισμό του οικονομικού οφέλους που θα προκύψει από την εκμετάλλευση του κοιτάσματος, θα πρέπει να συγκεντρωθούν στοιχεία που αφορούν τη γεωλογία του, τα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά του σε σχέση με την ευστάθεια των εκσκαφών, τις επιπτώσεις στο υδρογεωλογικό καθεστώς της περιοχής, καθώς και άλλες παραμέτρους που θα οδηγήσουν στην επιλογή της κατάλληλης μεθόδου εκμετάλλευσης και στην εκτίμηση της εκμεταλλευσιμότητάς του. Τα στοιχεία αυτά δεν μπορούν να προκύψουν από τις έμμεσες μεθόδους αναζήτησης στις οποίες αναφερθήκαμε στο Κεφάλαιο 4, επειδή οι μέθοδοι αυτές συνδέονται δευτερογενώς με την ύπαρξη ή μη ορυκτών που παρουσιάζουν οικονομικό ενδιαφέρον. Αντίθετα, τα απαιτούμενα δεδομένα πρέπει να προκύπτουν από μια σειρά άμεσων μετρήσεων της παραμέτρου ενδιαφέροντος. Οι μετρήσεις αυτές γίνονται επί τμημάτων του συνολικού όγκου του κοιτάσματος, τα οποία ονομάζονται δείγματα. Τα δείγματα αποτελούν τη βάση όλων των μετέπειτα υπολογισμών. Συνεπώς, φτωχή δειγματοληψία οδηγεί σίγουρα σε αναξιόπιστα αποτελέσματα Δειγματοληψία και στατιστικός πληθυσμός Από στατιστικής πλευράς, ως δειγματοληψία χαρακτηρίζεται μια διαδικασία διαδοχικών επιλογών η οποία οδηγεί στη σταδιακή μείωση της αρχικής μάζας, ή πληθυσμού, ενός φυσικού μεγέθους, με στόχο να καταστεί δυνατή η μελέτη των χαρακτηριστικών του σε παραδεκτά πλαίσια ακρίβειας αλλά και οικονομικής αποτελεσματικότητας. Ειδικότερα στη μεταλλευτική έρευνα, δειγματοληψία ενός κοιτάσματος καλείται η λήψη μιας μικρής ποσότητας από αυτό, η οποία όμως θα πρέπει να αντικατοπτρίζει κατά το δυνατόν αναλλοίωτα τα χαρακτηριστικά του. Σκοπός της δειγματοληψίας είναι η εκτίμηση της ποιότητας και

2 ποσότητας των αποθεμάτων. Συνήθως, το μέγεθος ενός δείγματος είναι της τάξης μερικών κιλών ή ακόμη και τόνων. Το μέγεθος αυτό ελαττώνεται στη συνέχεια σε μερικά γραμμάρια μέχρι και κιλά. Τα αποτελέσματα από τις μετρήσεις των δειγμάτων σχεδιάζονται συνήθως υπό τη μορφή ιστογράμματος, το οποίο θεωρούμε ως απεικόνιση της στατιστικής κατανομής του συνόλου του κοιτάσματος για το συγκεκριμένο χαρακτηριστικό. Οι στατιστικές κατανομές (π.χ. Spiegel 1977) χαρακτηρίζονται ως γνωστόν από τη μέση τιμή και άλλα μεγέθη τα οποία εκφράζουν τη διασπορά των τιμών καθώς και τη συμμετρία τους. Οι τιμές αυτές, όταν υπολογίζονται από τα δείγματα, ονομάζονται δειγματικές παράμετροι, ενώ, όταν αναφέρονται σε ολόκληρο το κοίτασμα, ονομάζονται στατιστικές παράμετροι του πληθυσμού. Αυτό που επιδιώκουμε στη μεταλλευτική έρευνα είναι να μάθουμε τις πραγματικές πλην όμως άγνωστες παραμέτρους του πληθυσμού, προσεγγίζοντάς τες μέσω των εκάστοτε διαθέσιμων δειγματικών. Για την πλήρη γνώση των πραγματικών παραμέτρων απαιτείται η λήψη ολόκληρου του πληθυσμού ως δείγματος, πράγμα βέβαια που σημαίνει εξόφληση του κοιτάσματος. Θα πρέπει δηλαδή να θεωρούμε το κοίτασμα μια μεγάλη συλλογή δειγμάτων (Μόδης 2003), πιθανώς κάποια εκατομμύρια ή και περισσότερα, τα οποία βρίσκονται στη θέση τους περιμένοντας να μετρηθούν. Εναπόκειται στην κρίση του μελετητή να εφαρμόσει τη σωστή μεθοδολογία για να επιλέξει τα αντιπροσωπευτικότερα από αυτά για δειγματοληψία, ούτως ώστε να εκτιμήσει σωστά τις πραγματικές παραμέτρους του πληθυσμού. Εάν τα δείγματα δεν επιλεγούν σωστά, τόσο από άποψη αριθμού όσο και θέσης, τα εξαγόμενα συμπεράσματα θα είναι σίγουρα λανθασμένα, ανεξάρτητα από τη μέθοδο υπολογισμού Επιλογή του δείγματος Ο καθορισμός του αριθμού, του μεγέθους, καθώς και των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των δειγμάτων εξαρτάται από την ανομοιογένεια του κοιτάσματος, αλλά και τον επιθυμητό βαθμό ακρίβειας της έρευνας, όπως συνοπτικά έχουμε συζητήσει στην ενότητα Περισσότερα για τον αριθμό των δειγμάτων θα δούμε στα Κεφάλαια 6 και 7. Στην ενότητα που ακολουθεί, θα αναφερθούμε εκτενέστερα στον καθορισμό του μεγέθους της δειγματικής μονάδας. Σχετικά τώρα με την επιλογή των θέσεων δειγματοληψίας, αυτή εξαρτάται αφενός από το στάδιο της έρευνας στο οποίο βρισκόμαστε, αφετέρου δε από τη μεταβλητότητα του κοιτάσματος. Γενικά δε, μπορεί να είναι: Τυχαία: εφαρμόζεται κυρίως σε επιφανειακές δειγματοληψίες κοιτασμάτων. Συστηματική: γίνεται σε προκαθορισμένες θέσεις νοητών δικτύων που ονομάζονται κάνναβοι (βλ. Κεφάλαιο 6) και αφορά δειγματοληψία με γεωτρήσεις. Σε περίπτωση που υποψιαζόμαστε κάποια περιοδικότητα στα χαρακτηριστικά που μας ενδιαφέρουν θα πρέπει να μεταβάλλουμε την πλευρά του καννάβου ούτως ώστε να μη συμπίπτει με το μήκος της περιόδου. Δειγματοληψία κατά στρώματα: αφορά κυρίως προχωρημένα στάδια της έρευνας και περιπτώσεις όπου τα χαρακτηριστικά εμφανίζονται ομαδοποιημένα σε υποπεριοχές του κοιτάσματος και λαμβάνεται πρόνοια ώστε να αποφευχθεί η μεροληψία Μέθοδοι και διαδικασίες δειγματοληψίας Στην ενότητα αυτή θα αναφερθούμε στις μεθόδους με τις οποίες μπορεί να γίνει γενικά η δειγματοληψία, καθώς και για τη διαδικασία που ακολουθείται από τη λήψη μέχρι τη μέτρηση του δείγματος. Ειδικότερα για τη δειγματοληψία με γεωτρήσεις, λόγω της ιδιαίτερης σημασίας της θα την παρουσιάσουμε ξεχωριστά στην επόμενη ενότητα Είδη δειγματοληψίας Η δειγματοληψία για τα χαρακτηριστικά που μας ενδιαφέρουν μπορεί να γίνει επιτόπου ή μετά την εξόρυξη ποσότητας του κοιτάσματος, οπότε διακρίνεται σε επιτόπου και δειγματοληψία παραγωγής.

3 Επιτόπου δειγματοληψία Είναι η σημαντικότερη μορφή δειγματοληψίας για τη μεταλλευτική έρευνα, επειδή διενεργείται σε μεγάλη έκταση και είναι αντιπροσωπευτική του συνόλου του κοιτάσματος. Μπορεί να γίνει με τις εξής μεθόδους: Σημειακή δειγματοληψία: Εφαρμόζεται στα αρχικά στάδια της μεταλλευτικής έρευνας, μέσω της διάνοιξης μικρών οπών στην επιφάνεια του εδάφους. Δειγματοληψία με αύλακες: Εφαρμόζεται κυρίως σε επιφανειακές εμφανίσεις στρωματοειδών κοιτασμάτων, μέσω διάνοιξης μικρών αυλάκων κατά τη διεύθυνση του κοιτάσματος. Δειγματοληψία με γεωτρήσεις: Αποτελεί τη βασική μέθοδο δειγματοληψίας, στα δεδομένα της οποίας βασίζονται τα αποτελέσματα της μεταλλευτικής έρευνας. Λόγω της σημασίας της παρουσιάζεται ξεχωριστά στην ενότητα Δειγματοληψία με φρέατα ή στοές: Διενεργείται σε επιλεγμένες περιοχές κατά το τελικό στάδιο της έρευνας και έχει ως στόχο τον έλεγχο των υπολογισμών, αλλά και τη λήψη επαρκούς ποσότητας μεταλλεύματος για την εκτέλεση δοκιμών ημιβιομηχανικής κλίμακας Δειγματοληψία παραγωγής Η δειγματοληψία αυτή εφαρμόζεται μόνον κατά το τελευταίο στάδιο της μεταλλευτικής έρευνας, όπου υπάρχει η πιθανότητα να υπάρχει δοκιμαστική παραγωγή μεταλλεύματος σε ημιβιομηχανική κλίμακα (βλ. ενότητα 1.4). Τα αποτελέσματά της, στην περίπτωση αυτή, χρησιμεύουν για την ορθή σύνταξη της μελέτης σκοπιμότητας (βλ. ενότητα 3.3.3). Αφορά κυρίως λήψη δειγμάτων: σωρών, βαγονιών ή φορτηγών, μεταφορικών ταινιών, σάκων και συσκευασιών, φορτίου πλοίων κ.λπ Προετοιμασία του δείγματος Μετά τη λήψη του δείγματος από τη θέση του ακολουθεί το στάδιο της προετοιμασίας του, έτσι ώστε να φτάσει στην κατάλληλη μορφή για να υποστεί χημική ανάλυση ή άλλες δοκιμές, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του κοιτάσματος τα οποία ενδιαφερόμαστε να μετρήσουμε. Η διαδικασία αυτή είναι απαραίτητη γιατί το δείγμα συνήθως αποτελείται από μεγάλη ποσότητα μεταλλεύματος, ενώ οι χημικές κυρίως αλλά και οι περισσότερες ορυκτολογικές ή άλλες αναλύσεις και δοκιμές γίνονται σε μικρές ποσότητες του υλικού, της τάξης γραμμαρίων έως το πολύ μερικών κιλών Σφάλμα δειγματοληψίας Ο κύριος, λοιπόν, στόχος της προετοιμασίας του δείγματος είναι η ελάττωση της μάζας του, ενώ ταυτόχρονα δεν θα πρέπει να επηρεάζεται η αντιπροσωπευτικότητά του. Η μείωση αυτή μπορεί να είναι της τάξης του 10 3 έως και Πώς όμως θα επιλέξουμε ένα τόσο μικρό τμήμα του αρχικού δείγματος ώστε να είναι αντιπροσωπευτικό του συνόλου, δηλαδή η αναλογία του συστατικού ή η τιμή του χαρακτηριστικού που μας ενδιαφέρει να παραμείνει η ίδια; Εάν είχαμε ένα απολύτως ομοιογενές υλικό δεν θα υπήρχε κανένα πρόβλημα, επειδή η αναλογία αυτή θα ήταν ίδια σε όλη τη μάζα του, οπότε θα διαλέγαμε ένα μικρό κομμάτι στην τύχη. Αυτή δεν είναι όμως η περίπτωση των πετρωμάτων, των εδαφών και γενικότερα των γεωλογικών σχηματισμών του υπεδάφους, όπου η ανομοιογένεια είναι σύμφυτη του τρόπου δημιουργίας τους. Για να επιτευχθεί ο στόχος της προετοιμασίας με τα δεδομένα αυτά, το δείγμα είναι απαραίτητο να λειοτριβηθεί σε βαθμό που να αποδεσμευτούν τα συστατικά του και να αναμειχθούν έτσι ώστε να γίνει ομοιογενές. Τις περισσότερες φορές όμως αυτό είναι αντιοικονομικό λόγω του μεγέθους του, οπότε αναγκαστικά υποβάλλεται σε μια διαδικασία διαδοχικών μειώσεων και λειοτριβήσεων. Σε καθένα από αυτά τα στάδια, κρατείται μια ποσότητα ως δείγμα και το υπόλοιπο απορρίπτεται, εισάγοντας, όμως, με τον τρόπο αυτό ένα νέο σφάλμα.

4 Πιο συγκεκριμένα, το αρχικό δείγμα λειοτριβείται σε μια πρώτη διάμετρο που επιτρέπει σχετική αποδέσμευση των συστατικών του. Ακολούθως, αναμειγνύεται καλά και διαιρείται σε δύο τμήματα από τα οποία κρατείται το ένα, ενώ το άλλο απορρίπτεται. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται για το νέο δείγμα, μέχρι να φτάσουμε σε μια προκαθορισμένη μάζα. Το δείγμα που προέκυψε κατά το προηγούμενο στάδιο λειοτριβείται μέχρι την επόμενη προεπιλεγμένη διάμετρο, μικρότερη βέβαια της προηγούμενης, και υποδιαιρείται με τον ίδιο τρόπο. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται και σε επόμενα στάδια, μέχρι να πάρουμε την επιθυμητή ποσότητα τελικού δείγματος. Η ανωτέρω μεθοδολογία θέτει όμως ένα σημαντικό ερώτημα: ποιο είναι το ελάχιστο βάρος που επιτρέπεται να πάρουμε, με τρόπο όμως που να εξασφαλίζεται συγκεκριμένος βαθμός αξιοπιστίας; Εδώ υπάρχουν δύο αντικρουόμενες επιδιώξεις: Εάν η ποσότητα που λαμβάνεται έπειτα από κάθε λειοτρίβηση είναι μεγάλη, η διαδικασία γίνεται χρονοβόρα και ασύμφορη. Αντίθετα, εάν η ποσότητα είναι μικρή, το δείγμα δεν είναι αξιόπιστο. Λόγω του ενδιαφέροντος που παρουσιάζει η γνώση του ελάχιστου αξιόπιστου βάρους του δείγματος που μπορούμε να πάρουμε έπειτα από κάθε λειοτρίβηση, αλλά και της δυσκολίας διατύπωσης ενός θεωρητικού μοντέλου της διαδικασίας, έχουν προταθεί κατά το παρελθόν διάφοροι εμπειρικοί τύποι για τον υπολογισμό του. Ο Gy (1979) είναι ο πρώτος που διατύπωσε τη θεωρητική σχέση μεταξύ της μάζας του δείγματος M s, της κοκκομετρίας του d και της διασποράς του σφάλματος δειγματοληψίας S 2 : S 2 3 Cd = (5.1) M s όπου d = διάμετρος κόσκινου που συγκρατεί το 5% του υλικού που δειγματίζεται, σε εκατοστά M s = μάζα του ελάχιστου αξιόπιστου δείγματος, σε γραμμάρια C = cβfg σταθερά ανομοιογένειας του υλικού που δειγματίζεται, με: β = (d lib /d) 0,5 παράγοντας αποδέσμευσης ο οποίος εκφράζει τον βαθμό αποδέσμευσης του χρήσιμου ορυκτού στο τρέχον στάδιο λειοτρίβησης και κυμαίνεται από 0 (καθόλου αποδέσμευση) έως 1 (πλήρης αποδέσμευση). Εάν η διάμετρος αποδέσμευσης d lib δεν είναι γνωστή, μπορούμε κατά προσέγγιση να θεωρήσουμε β = 1. f = παράγοντας σχήματος των κόκκων, ο οποίος για σφαιρικό σχήμα γενικά ισούται με 0,5. g = παράγοντας κοκκομετρικής σύνθεσης ίσος με τον λόγο των διαμέτρων των κοσκίνων που συγκρατούν το 5% και επιτρέπουν να περάσει το 5% αντίστοιχα. Συνήθως έχει τιμή 0,25. c = παράγοντας ορυκτολογικής σύστασης που δίνεται από τη σχέση: ( ) ( ) 1 a 1 a δ m+ aδg c = a όπου a = περιεκτικότητα του χρήσιμου ορυκτού στο μετάλλευμα, σε δεκαδική μορφή δ m = ειδικό βάρος του χρήσιμου ορυκτού δ g = ειδικό βάρος του άγονου υλικού Γραφική επίλυση του προβλήματος της επεξεργασίας του δείγματος Όπως προκύπτει από τα προηγούμενα, η σωστή σχεδίαση της διαδικασίας μείωσης του αρχικού δείγματος με σκοπό τη λήψη της κατάλληλης ποσότητας για ανάλυση είναι πολύ βασική για τη λήψη αντιπροσωπευτικών μετρήσεων. Θα πρέπει, όμως, οι μεταβολές στην κοκκομετρία και τη μάζα του υλικού να γίνονται με κατάλληλο έλεγχο των παραμέτρων της σχέσης (5.1), ούτως ώστε η διασπορά του σφάλματος δειγματοληψίας να παραμένει εντός προκαθορισμένων ορίων, τα οποία ορίζουν και την αντιπροσωπευτικότητα του δείγματος. Η διαδικασία αυτή γίνεται καλύτερα αντιληπτή γραφικά ως εξής: Λογαριθμίζοντας τη σχέση (5.1) έχουμε ( ) log M = logc 2log S + 3log d (5.2) s

5 Άρα, για δεδομένο υλικό και επιθυμητή ακρίβεια δειγματοληψίας, η σχέση της ελάχιστης μάζας αξιόπιστου δείγματος και μέγιστου μεγέθους σωματιδίων δίνει ευθεία γραμμή, αν σχεδιαστεί σε διπλό λογαριθμικό χαρτί. Ο Gy (1992) δίνει μια εμπειρική τιμή για το C/S 2 ίση με , δεχόμενος μια ασφαλή τιμή για τη διασπορά του σφάλματος ίση με 0,01. Στην Εικόνα 5.1 όλα τα σημεία της οριακής ευθείας ασφάλειας ΒΔΖ έχουν σταθερή διασπορά σφάλματος. Η ευθεία αυτή χωρίζει το διάγραμμα σε μια ασφαλή περιοχή στα αριστερά της, όπου τα σφάλματα έχουν μικρότερη τιμή από την οριακή, και σε μια μη αποδεκτή περιοχή, όπου τα σφάλματα ξεπερνούν την οριακή τιμή. Είναι προφανές ότι όλες οι διαδικασίες μείωσης μάζας και μεγέθους σωματιδίων που απαιτούνται για την επεξεργασία ενός δείγματος μπορούν να απεικονιστούν ως τεθλασμένες γραμμές αποτελούμενες από οριζόντια και κατακόρυφα ευθύγραμμα τμήματα. Εάν προσέξουμε ώστε το σύνολο των διαδικασιών αυτών να παραμένει πάντα στην ασφαλή περιοχή του διαγράμματος, θα έχουμε εξασφαλίσει ότι το τελικό δείγμα θα έχει τον επιθυμητό βαθμό ακρίβειας. 1E+08 1E+05 Mάζα (g) 1E+02 1E-01 0,01 0, Μέγιστη διάμετρος σωματιδίων (cm) Εικόνα 5.1 Διαδικασία σταδιακής επεξεργασίας δείγματος αρχικής μάζας 10 ton, με λήψη τελικής ποσότητας 1 g. Όλα τα επιμέρους βήματα παραμένουν στα επιθυμητά όρια ακρίβειας, εφόσον η γραμμή ΑΒΓΔΕΖ περιορίζεται στην ασφαλή περιοχή του διαγράμματος, σύμφωνα με τον τύπο του Gy. Για παράδειγμα, όπως φαίνεται από την τεθλασμένη γραμμή στην Εικόνα 5.1, δείγμα μάζας 10 ton μέγιστου μεγέθους σωματιδίων 1 cm μπορεί να μειωθεί μέχρι τα 100 kg (διαδρομή ΑΒ) και να είναι ακόμη αντιπροσωπευτικό. Για να το μειώσουμε ακόμη περισσότερο, θα πρέπει πρώτα να το λειοτριβήσουμε σε μικρότερη διάσταση, για παράδειγμα 3 mm (διαδρομή ΒΓ). Στη συνέχεια μπορούμε να μειώσουμε τη μάζα του μέχρι το 1 g μέσω μιας σειράς μειώσεων και λειοτριβήσεων (διαδρομή ΓΔΕΖ) Δειγματοληπτικές γεωτρήσεις Γεώτρηση καλείται η κατακόρυφη ή κεκλιμένη κυκλικής διαμέτρου οπή, η οποία ορύσσεται στο υπέδαφος με ειδικό μηχάνημα και κατάλληλο εξοπλισμό. Κατά την εκτέλεση της γεώτρησης λαμβάνεται δείγμα κυλινδρικής μορφής από τους διατρυόμενους σχηματισμούς. Σκοπός των δειγματοληπτικών γεωτρήσεων είναι: η συγκέντρωση στοιχείων για τη δομή και τη σύσταση των γεωλογικών σχηματισμών, η λήψη δειγμάτων από διάφορα βάθη για την εκτέλεση εργαστηριακών δοκιμών, η εκτέλεση δοκιμών μέσα στη γεώτρηση για τον προσδιορισμό των φυσικών και μηχανικών χαρακτηριστικών των σχηματισμών στο φυσικό τους περιβάλλον,

6 ο προσδιορισμός του προσανατολισμού των στρώσεων, ρηγμάτων και άλλων τεκτονικών χαρακτηριστικών, η ανίχνευση και ο εντοπισμός υδροφόρων στρωμάτων και ο προσδιορισμός των υδραυλικών χαρακτηριστικών τους (πορώδες, διαπερατότητα). Οι δειγματοληπτικές γεωτρήσεις χρησιμοποιούνται ευρέως στη μεταλλευτική έρευνα τόσο στη φάση της αναζήτησης όσο και στη φάση της διερεύνησης και της ανάπτυξης μιας μεταλλοφόρου συγκέντρωσης. Συμβάλλουν στον προσδιορισμό και στην περιχάραξη του οικονομικά ενδιαφέροντος όγκου, στον σχεδιασμό του βέλτιστου τρόπου εκμετάλλευσης και στη σύνταξη της μελέτης σκοπιμότητας για τη λήψη των αποφάσεων σχετικά με την πραγματοποίηση της μεταλλευτικής επένδυσης. Οι γεωτρήσεις δειγματοληψίας είναι επίσης, ευρύτατα διαδεδομένες σε μελέτες και κατασκευές τεχνικών έργων (γεωτεχνικές μελέτες) για τη συλλογή στοιχείων και την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη φύση και την κατάσταση των πετρωμάτων καθώς και για τις γεωλογικές, υδρογεωλογικές και τεκτονικές συνθήκες που επικρατούν στο περιβάλλον εκτέλεσης του έργου. Οι γεωτρήσεις, γενικά, πέραν του ερευνητικού χαρακτήρα τους μπορούν να είναι και έργα παραγωγής. Σε αυτά εντάσσονται οι γεωτρήσεις παραγωγής πετρελαίου ή φυσικού αερίου, καθώς και οι υδρογεωτρήσεις. Με την ευρεία έννοια του όρου «γεώτρηση» μπορούν περιγραφούν έργα εξυπηρέτησης όπως οι γραμμές μεταφοράς ενέργειας ή φυσικού αερίου, προσπέλασης ή αερισμού υπόγειων έργων, οι υπόγειοι αγωγοί διοχέτευσης νερού, καθώς και οι γεωτρήσεις για την εκτέλεση τσιμεντενέσεων. Για την όρυξη των γεωτρήσεων εφαρμόζονται διάφορες τεχνικές όπως: Ελικοειδής διάτρηση (flight augering) για μαλακούς σχηματισμούς. Με τη μέθοδο αυτή και με περιστροφή επιτυγχάνεται η προχώρηση στο έδαφος ενός κοίλου σωλήνα με εξωτερικό ελικοειδές σπείρωμα. Η εξωτερική διάμετρος είναι συνήθως mm και το βάθος προχώρησης φτάνει τα m. Τα εδαφικά δείγματα που λαμβάνονται με τη μέθοδο αυτή (όχι κοκκώδη ή σκληρά) είναι διαταραγμένα. Εικόνα 5.2 Περιστροφική διάτρηση (Ildar Sagdejev 2009, το αρχείο διατίθεται με άδεια GFDL).

7 Υδραυλική διάτρηση (wash boring), κατά την οποία η προχώρηση γίνεται με ειδική διάταξη κοπτικών που διεισδύουν στο έδαφος και το κερματίζουν, ενώ με εισπίεση νερού απομακρύνονται τα θρύμματα και τα εδαφικά τεμάχια. H μέθοδος δεν προσφέρεται για μεικτά εδάφη και τα μόνα αποκτώμενα στοιχεία για τις υπεδαφικές στρώσεις είναι το χρώμα και η φύση του υλικού (άμμος, άργιλος, ιλύς) και εμμέσως η σκληρότητα ή η πυκνότητα, μέσω της ταχύτητας διάνοιξης της γεώτρησης. Κρουστική διάτρηση (percussion drilling, shell and auger), κατά την οποία η προχώρηση στο έδαφος (συνεκτικό ή κοκκώδες) γίνεται με κρούσεις. Στους συνεκτικούς εδαφικούς σχηματισμούς είναι δυνατή η λήψη αδιατάρακτων δειγμάτων. Στους βραχώδεις σχηματισμούς η προχώρηση της γεώτρησης γίνεται με θρυμματισμό του πετρώματος, οπότε λαμβάνονται μόνο θρύμματα του πετρώματος. Περιστροφική διάτρηση (rotary drilling), κατά την οποία η διάνοιξη της γεώτρησης γίνεται με περιστροφή της διατρητικής στήλης και τη χρήση κοπτικών κεφαλών (συμπαγών ή κοίλων), καθώς και ειδικών δειγματοληπτών που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τις κοίλες κοπτικές κεφαλές. Με τη μέθοδο αυτή είναι δυνατή η διάνοιξη γεωτρήσεων, είτε δειγματοληπτικών με τη λήψη πυρήνων (rotary coring), είτε χωρίς τη λήψη πυρήνων (nοncoring rotary drilling). Τύποι περιστροφικών γεωτρυπάνων δίδονται στις Εικόνες 5.2. και 5.3. Στη συνέχεια, θα επικεντρωθούμε στην περιστροφική διάτρηση, δεδομένου ότι αυτή είναι η κυρίως μέθοδος που εφαρμόζεται στις δειγματοληπτικές γεωτρήσεις. Εικόνα 5.3 Αυτομεταφερόμενο χερσαίο περιστροφικό γεωτρύπανο δειγματοληψίας (Φωτογραφία: Δ. Σίδερη & Γ. Φραγκογιάννης) Περιστροφική διάτρηση Αρχικά περιγράφονται ο μηχανισμός δράσης καθώς και ο τεχνολογικός εξοπλισμός που απαιτείται στην περιστροφική διάτρηση.

8 Μηχανισμός αποσύνθεσης του πετρώματος Κατά την περιστροφική διάτρηση, η αποσύνθεση του πετρώματος επιτυγχάνεται με την ταυτόχρονη πίεση και περιστροφή επί του πετρώματος κατάλληλου κοπτικού άκρου, το οποίο φέρει στην επιφάνεια προσβολής με το πέτρωμα κοπτικές ακμές από σκληρό χάλυβα ή από καρβίδια του βολφραμίου και κοβαλτίου ή από μικρά βιομηχανικά διαμάντια. Ανάλογα με το σχήμα της επιφάνειας του κοπτικού άκρου, το πέτρωμα αποσυντίθεται είτε πλήρως, οπότε το δείγμα που λαμβάνεται είναι σε μορφή θρυμμάτων, είτε υπό μορφή κυκλικού δακτυλίου, οπότε, εκτός από θρύμματα, λαμβάνεται δείγμα κυλινδρικής μορφής (πυρήνας) Μηχανολογικός εξοπλισμός Ένα πλήρες γεωτρητικό συγκρότημα αποτελείται από το γεωτρύπανο και τον βοηθητικό εξοπλισμό του. Τα γεωτρύπανα κατασκευάζονται σε πολλούς τύπους και μεγέθη ανάλογα με τον σκοπό της έρευνας και τις απαιτήσεις σε ιπποδύναμη. Το βάθος διάτρησης και η διάμετρος της γεώτρησης είναι συνάρτηση της ισχύος του κινητήρα του γεωτρύπανου. Επομένως, τα γεωτρύπανα διακρίνονται σε ελαφρού τύπου (από τα χειροκίνητα γεωτρύπανα έως εκείνα τα οποία έχουν ικανότητα διάτρησης μέχρι βάθος 200 m), μεσαίου τύπου, τα οποία φτάνουν σε βάθος μέχρι 400 m, και βαρέος τύπου για μεγαλύτερα βάθη. Άλλα από αυτά στηρίζονται επί πλαισίου, το οποίο έχει σχήμα ελκήθρου, και άλλα επί αυτοκινήτου ή άλλου κατάλληλου οχήματος ή εδράζονται στο έδαφος. Τα κύρια μέρη από τα οποία αποτελείται το γεωτρύπανο είναι: (α) Το πλαίσιο στήριξης: Η συνήθης μορφή είναι αυτή του τύπου ελκήθρου (Εικόνα 5.4), το οποίο διευκολύνει τη μεταφορά αλλά και τη μετατόπιση από θέση σε θέση. Στην περίπτωση που το γεωτρύπανο φέρεται επί αυτοκινούμενου οχήματος (Εικόνα 5.4), το όχημα ακινητοποιείται στη θέση εκτέλεσης της γεώτρησης στηριζόμενο πάνω σε δοκούς ή με τη χρήση γρύλων για τη διασφάλιση πλήρους ακινητοποίησης αλλά και ευστάθειας. Εάν η γεώτρηση πρόκειται να πραγματοποιηθεί σε θαλάσσιο ή λιμναίο περιβάλλον, το γεωτρύπανο φέρεται σε πλωτή κατασκευή (πλατφόρμα). (β) Το σύστημα παραγωγής και μετάδοσης της κίνησης: Η ενέργεια που χρειάζεται για την κίνηση των μηχανισμών του γεωτρύπανου παρέχεται από τον κινητήρα, ο οποίος φέρεται επί του πλαισίου στήριξης. Πετρελαιοκινητήρες ή βενζινοκινητήρες (σε ελαφρού τύπου γεωτρύπανα) χρησιμοποιούνται σε γεωτρύπανα τα οποία εργάζονται στην επιφάνεια του εδάφους. Σε γεωτρήσεις που εκτελούνται σε υπόγειους χώρους χρησιμοποιούνται ηλεκτροκινητήρες, ιδιαίτερα όταν οι συνθήκες αερισμού δεν επιτρέπουν τη χρήση κινητήρων εσωτερικής καύσης. Η παραγόμενη από τον κινητήρα ενέργεια μεταφέρεται με έναν κεντρικό άξονα, στον οποίο παρεμβάλλεται ο συμπλέκτης και το κιβώτιο ταχυτήτων, και μέσω ενός συστήματος οδοντωτών τροχών μεταδίδεται στο σύστημα περιστροφής της διατρητικής στήλης (Εικόνα 5.4). (γ) Ο μηχανισμός μετάδοσης περιστροφικής κίνησης στη διατρητική στήλη: Η περιστροφική κίνηση της διατρητικής στήλης γίνεται μέσω της ατράκτου (Εικόνα 5.4), η οποία βρίσκεται στο εμπρός μέρος του γεωτρύπανου και σε κατακόρυφη ευθεία με τη θέση της γεώτρησης. Αποτελείται από μια κατακόρυφη χαλύβδινη δοκό μήκους 1-1,5 μέτρων, κοίλη εσωτερικά για να διέρχεται μέσω αυτής η διατρητική στήλη. Η διάμετρος της ατράκτου καθορίζει και τη μέγιστη διάμετρο των διατρητικών στελεχών που μπορεί να υποστηρίξει. Η άτρακτος στο κατώτερο άκρο της καταλήγει στην κεφαλή (Εικόνα 5.4), η οποία φέρει σιαγόνες που ρυθμίζονται υδραυλικά ή μηχανικά με κοχλίες ώστε η διατρητική στήλη η οποία περνά μέσα από αυτήν να σφίγγεται δυνατά στην άτρακτο. Καθώς η άτρακτος περιστρέφεται, περιστρέφεται και η διατρητική στήλη. Ο μηχανισμός προώθησης της διατρητικής στήλης είναι υδραυλικός, τα σύγχρονα όμως γεωτρύπανα διαθέτουν και μηχανικό σύστημα. Η περιστροφή σε άλλους τύπους γεωτρυπάνων παρέχεται από την περιστροφική τράπεζα που είναι τοποθετημένη στο δάπεδο του γεωτρύπανου ή σε περισσότερο σύγχρονους τύπους από σύστημα το οποίο βρίσκεται στην κορυφή του πύργου (top drive).

9 Εικόνα 5.4 Διάταξη γεωτρητικών εργασιών. 1. Δεξαμενή λάσπης 2. Χοάνη ανάμειξης 3. Σωλήνας αναρρόφησης 4. Αντλία λάσπης 5. Κινητήρας και πλαίσιο στήριξης 6. Δονούμενος ελαστικός σωλήνας 7. Βαρούλκο 8. Σωλήνας διατήρησης πίεσης 9. Εύκαμπτος σωλήνας μεταφοράς λάσπης 10. Καμπύλος σύνδεσμος 11. Κινούμενο άγκιστρο 12. Συρματόσχοινο 13. Τροχαλία διελεύσεως συρματόσχοινου 14. Ικρίωμα 15. Καμπίνα χειρισμού 16. Βάση σωλήνα διάτρησης 17. Χώρος αποθήκευσης σωλήνων 18. Περιστρεπτός τροφοδότης 19. Kelly 20. Περιστροφική τράπεζα 21. Δάπεδο γεωτρύπανου 22. Χοανοειδής βαλβίδα 23. Δακτυλιοειδής βαλβίδα ασφαλείας 24. Βαλβίδες ασφαλείας τύπου εμβόλου 25. Διατρητική στήλη 26. Κοπτικό άκρο 27. Κεφαλή σωλήνωσης 28. Κεκλιμένος σωλήνας. (Malyszkz 2011, το αρχείο διατίθεται με άδεια CC BY 3.0). (δ) Το σύστημα ανόδου και καθόδου της διατρητικής στήλης (βαρούλκο και πύργος): Ο πύργος είναι μεταλλική κατασκευή τύπου δικτυώματος, η οποία υψώνεται κατακόρυφα πάνω από τη θέση εκτέλεσης της γεώτρησης και συνοδεύει τα γεωτρύπανα, τα οποία εδράζονται επί του εδάφους. Στα αυτομεταφερόμενα γεωτρύπανα (επί οχήματος) ή στα πλωτά δεν υπάρχει η πρόσθετη αυτή κατασκευή, αλλά το δικτύωμα το οποίο ανυψώνεται στο πίσω μέρος του οχήματος και επί του οποίου αναρτάται η διατρητική στήλη αποτελεί τον πύργο (Εικόνα 5.4). Ο πύργος παρέχει τον χώρο (ύψος) για την ανέλκυση (άνοδο) και την καθέλκυση (κάθοδο) της διατρητικής στήλης. Όταν, για παράδειγμα, χρειάζεται η αλλαγή του κοπτικού άκρου, είτε λόγω φθοράς είτε λόγω μεταβολής των χαρακτηριστικών των διατρυόμενων σχηματισμών, απαιτείται η σταδιακή άνοδος και αποσύνδεση της διατρητικής στήλης, η αφαίρεση του παλαιού κοπτικού, η τοποθέτηση του νέου και, στη συνέχεια, η σταδιακή σύνδεση της στήλης και η κάθοδός της στη θέση όπου συνεχίζεται η διάτρηση (Εικόνα 5.4). Το ίδιο συμβαίνει και σε κάθε περίπτωση που ολοκληρώνεται η λήψη δείγματος και απαιτείται το δείγμα να ανελκυθεί και να παραληφθεί στην επιφάνεια του εδάφους. Σε κάθε περίπτωση το τμήμα της διατρητικής στήλης το οποίο παραμένει αιωρούμενο μέσα στη γεώτρηση ώσπου να ολοκληρωθεί η προσθαφαίρεση των στελεχών συγκρατείται με ειδικά έμβολα (αρπάγες), τα οποία προσαρμόζονται πάνω στην περιστροφική τράπεζα.

10 Το ύψος του πύργου καθορίζει και το μήκος των στελεχών, επομένως και τον αριθμό των στελεχών, που μπορεί να διαχειριστεί. Στα μικρά γεωτρύπανα το ύψος αυτό είναι περίπου 4 m, επομένως, ένα ένα τα στελέχη (προκειμένου για στελέχη μήκους 3 m) συνδέονται και αποσυνδέονται, ενώ στα μεγαλύτερα γεωτρύπανα το ύψος του πύργου είναι 7 8 m και ως εκ τούτου διπλά στελέχη μπορούν ταυτοχρόνως να μετακινηθούν. Συστήματα που παρέχουν τη δυνατότητα ανόδου και καθόδου της στήλης, πέραν του πύργου, είναι το βαρούλκο, το συρματόσχοινο και η τροχαλία. Το βαρούλκο εδράζεται επί του πλαισίου στήριξης του γεωτρύπανου, φέρει ένα τύμπανο, στο οποίο προσδένεται το ένα άκρο του συρματόσχοινου και σε αυτό περιελίσσεται και όλο το μήκος του συρματόσχοινου, το δε άλλο άκρο του, αφού περάσει από την τροχαλία που βρίσκεται στην κορυφή του πύργου, προσδένεται στον ανυψωτήρα (κοτσαδόρο), ο οποίος αποτελεί το άνω ακρότατο μέρος της διατρητικής στήλης. Με την περιστροφή του τυμπάνου του βαρούλκου και μέσω της ανάπτυξης ή της περιέλιξης του συρματόσχοινου επιτυγχάνεται η κάθοδος ή η άνοδος της στήλης αντίστοιχα. Εικόνα 5.5 Διαδικασία προσθαφαίρεσης διατρητικών στελεχών. (ε) Διατρητική στήλη: Η διατρητική στήλη αποτελείται από αλληλοσυνδεόμενα τεμάχια ειδικών χαλύβδινων σωλήνων (διατρητικά στελέχη), τα οποία επιμηκύνονται σταδιακά με την πρόοδο της γεώτρησης. Μέσω της διατρητικής στήλης μεταφέρεται η απαιτούμενη πίεση και περιστροφή στο κοπτικό άκρο για την πραγματοποίηση της διάτρησης. Από το εσωτερικό της διοχετεύεται ρευστό υπό πίεση για την ψύξη του κοπτικού άκρου και την απαγωγή των θρυμμάτων στην επιφάνεια. Η διατρητική στήλη (Εικόνες 5.5 και 5.6) αποτελείται, από κάτω προς τα πάνω, από τα παρακάτω μέρη:

11 το κοπτικό άκρο (κορώνα) (γίνεται εκτενής αναφορά στη συνέχεια), εντός του οποίου τοποθετείται το ελατήριο συγκράτησης του δείγματος, τον περικοπτήρα ή διευρυντήρα, κοινώς φρέζα, ο οποίος είναι σωλήνας μικρού μήκους που στην εξωτερική του επιφάνεια φέρει οπλισμό (διαμάντια ή καρβίδια) και λειτουργεί στην κατεύθυνση της ενίσχυσης του πλευρικού οπλισμού του κοπτικού άκρου και της ομαλοποίησης των τοιχωμάτων της γεώτρησης, τον δειγματοσυλλέκτη, κοινώς καροταρία, εντός του οποίου αποθηκεύεται το δείγμα (εκτενής αναφορά στη συνέχεια), τα διατρητικά στελέχη, χαλύβδινοι κυλινδρικοί, κοίλοι εσωτερικά, σωλήνες με μήκος 1,5 ή συνήθως 3 m, οι οποίοι κοχλιώνονται σταδιακά καθώς προχωρεί η γεώτρηση σε βάθος, το Kelly, το πρώτο από τα άνω στέλεχος της διατρητικής στήλης, που έχει τετραγωνική ή εξαγωνική διατομή. Το στέλεχος αυτό εφαρμόζει στα ρουλεμάν του μηχανισμού περιστροφής (άτρακτος ή περιστροφική τράπεζα) και ολισθαίνει με την πρόωση. Πρακτικά, το Kelly μεταφέρει την περιστροφή σε όλη τη διατρητική στήλη και το μήκος του καθορίζει το μήκος της προχώρησης. Όταν η διαδρομή του Kelly ολοκληρωθεί, απαιτείται η ανάρτησή του, η αποκοχλίωσή του, η πρόσθεση νέου διατρητικού στελέχους, η εκ νέου κοχλίωση του Kelly και η συνέχιση της διάτρησης, τον περιστρεπτό τροφοδότη ρευστού, εξάρτημα που παρεμβάλλεται μεταξύ του ελαστικού (εύκαμπτου) σωλήνα στον οποίο καταλήγει το δίκτυο τροφοδοσίας νερού ή πολφού (αντλίες) και του Kelly. Μέσω του περιστρεπτού τροφοδότη το νερό ή γενικώς το ρευστό διάτρησης διοχετεύεται υπό πίεση από την αντλία στο εσωτερικό της στήλης, στο κοπτικό άκρο και στη συνέχεια μέσω του δακτυλίου της γεώτρησης στην επιφάνεια.

12 Εικόνα 5.6 Κύρια μέρη της διατρητικής στήλης. Οι τύποι και τα μεγέθη των μερών αυτών ακολουθούν συγκεκριμένη σειρά σύμφωνα με την ισχύουσα τυποποίηση και εξαρτώνται από τον σκοπό για τον οποίο εκτελείται η γεώτρηση και το μέγεθος των δειγμάτων (πυρήνων) που προγραμματίζεται να ληφθούν. (στ) Το σύστημα καθαρισμού της γεώτρησης από τα προϊόντα της αποσύνθεσης του πετρώματος (θρύμματα): Κατά τη διάτρηση, μέρος του διατρυόμενου σχηματισμού λαμβάνεται υπό μορφή δείγματος, ενώ μέρος υπό μορφή θρυμμάτων, τα οποία δημιουργούνται από την αποσύνθεση του πετρώματος. Τα θρύμματα πρέπει να διοχετεύονται έξω από τη γεώτρηση, έτσι ώστε να καθαρίζεται συνεχώς η επιφάνεια προσβολής του πετρώματος και η διάτρηση να συνεχίζεται απρόσκοπτα. Πέραν τούτου, επιβάλλεται η μείωση των θερμοκρασιών (ψύξη) που αναπτύσσονται κατά την περιστροφή της στήλης και του κοπτικού άκρου, καθώς και η λίπανση του κοπτικού και η ελαχιστοποίηση των τριβών. Σημαντική λειτουργία του συστήματος κυκλοφορίας ρευστού μέσα στη γεώτρηση αποτελεί η σταθεροποίηση των πιέσεων που μπορεί να προκύψουν μέσα στη γεώτρηση, για παράδειγμα από την παρουσία υδροφόρων στρωμάτων. Βασικό μέρος του συστήματος αυτού είναι οι αντλίες, οι οποίες εδράζονται επί του πλαισίου στήριξης του γεωτρύπανου ή βρίσκονται παράπλευρα. Οι αντλίες είναι εμβολοφόρες, για να εξασφαλίζουν υψηλές πιέσεις με μικρές σχετικά παροχές. Μπορεί να φέρουν ένα, δύο ή και τρία έμβολα σε παράλληλη διάταξη για να επιτυγχάνεται ομοιόμορφη ροή. Η αντλία πρέπει να μπορεί να παρέχει μια μέγιστη παροχή ρευστού με ορισμένη πίεση, μεγέθη που εξαρτώνται από τη διάμετρο και το μήκος του δικτύου μεταφοράς του ρευστού, τη διάμετρο της γεώτρησης, τη διάμετρο και το μήκος των στελεχών.

13 Το κύκλωμα συνεχούς κυκλοφορίας ρευστού (νερού ή πολφού) περιλαμβάνει την κεντρική δεξαμενή (δεξαμενή λάσπης, Εικόνα 5.4 (1)) από την οποία αντλείται το ρευστό και τις αντλίες μέσω των οποίων εισπιέζεται στον εύκαμπτο πλαστικό σωλήνα ο οποίος συνδέεται με τον περιστρεπτό τροφοδότη στην κορυφή της διατρητικής στήλης. Το ρευστό διοχετεύεται μέσα από τα διατρητικά στελέχη και το κοπτικό άκρο και εξέρχεται προς την επιφάνεια από το διάκενο (δακτύλιο) που σχηματίζεται μεταξύ στελεχών και τοιχωμάτων της γεώτρησης. Εξερχόμενο, περνά από δονούμενα κόσκινα έτσι ώστε να επιτυγχάνεται ένας πρώτος καθαρισμός, αλλά και για να μπορούν να συλλέγονται θρύμματα προς ανάλυση. Στη συνέχεια, διοχετεύεται σε βοηθητική δεξαμενή (δεξαμενή καταβύθισης) όπου τα αιωρούμενα, μικρότερου μεγέθους θρύμματα που διέρχονται από τα κόσκινα καθιζάνουν, η δε υπερχείλιση από τη δεξαμενή, με φυσική ροή, διοχετεύεται στην κεντρική δεξαμενή από όπου αντλείται εκ νέου. Οι αναπόφευκτες απώλειες ρευστού αντιμετωπίζονται με συμπλήρωση του περιεχομένου της κεντρικής δεξαμενής κατά διαστήματα. Ο προσδιορισμός της απαιτούμενης παροχής, για παράδειγμα νερού, βασίζεται στη λογική αρχή ότι η ταχύτητα ανόδου του νερού στον δακτύλιο πρέπει να είναι μεγαλύτερη της ταχύτητας καταβύθισης των θρυμμάτων. Από την πράξη και την έρευνα έχει προκύψει ότι ανοδικές ταχύτητες νερού μεταξύ των τιμών cm/sec είναι ικανές να μεταφέρουν τα θρύμματα στην επιφάνεια. Γενικά, συνιστάται ταχύτητα ανόδου ίση με 40 cm/sec. Είναι αυτονόητο ότι όσο μεγαλώνει η διάμετρος και το βάθος της γεώτρησης τόσο αυξάνει η απαίτηση για μεγαλύτερες παροχές. Όταν διατρύονται μαλακοί σχηματισμοί, τα θρύμματα είναι μεγαλύτερου μεγέθους, γι αυτό η ταχύτητα ανόδου του νερού πρέπει να είναι μεγαλύτερη. Αντίθετα, σε κατακερματισμένα και εύθρυπτα πετρώματα ενδείκνυται η μείωση της παροχής στο ελάχιστο για να προστατεύεται το δείγμα. Στην Εικόνα 5.7 παρουσιάζεται η ταχύτητα καταβύθισης τεμαχίων διαφόρων υλικών σε σχέση με τη διάμετρο και την πυκνότητά τους (ρ). Είναι φανερό πως όσο αυξάνει η διάμετρος και η πυκνότητα ενός τεμαχίου, αυξάνει και η ταχύτητα καταβύθισής του. Γενικώς, η ταχύτερη απαγωγή των θρυμμάτων αυξάνει την ταχύτητα διάτρησης. Ο υπολογισμός της απαιτούμενης παροχής νερού της αντλίας (σε l/min), έτσι ώστε να επιτυγχάνεται αποτελεσματικός καθαρισμός της γεώτρησης, για διάφορους συνδυασμούς διαμέτρου γεώτρησης (διάμετρος διατρήματος) και διατρητικής στήλης (διάμετρος στελέχους), γίνεται με τη βοήθεια του νομογράμματος που ακολουθεί (Εικόνα 5.8) στη βάση της συνιστώμενης ταχύτητας ανόδου του νερού ίσης με 40 cm/sec. Ο προσδιορισμός είναι προσεγγιστικός και βασίζεται στην ανάλυση του Lapeyrouse (1992).

14 Εικόνα 5.7 Ταχύτητα καταβύθισης θρυμμάτων στο νερό σε σχέση με τη διάμετρό τους (Tsakalakis & Stamboltzis 2001).

15 Ταχύτητα νερού (cm/sec) Α Συνιστώμενη ταχύτητα νερού 40 cm/sec Β Παροχή νερού (l/min) Εικόνα 5.8 Νομόγραμμα υπολογισμού απαιτούμενης παροχής νερού της αντλίας, ανάλογα με τη διάμετρο της γεώτρησης και της διατρητικής στήλης. Για να κυκλοφορήσει η απαιτούμενη ποσότητα νερού στο κύκλωμα της γεώτρησης, πρέπει να τεθεί υπό πίεση μεγαλύτερη ή ίση με τη συνολική πτώση πίεσης λόγω τριβών σε όλο το σύστημα σωληνοειδών μέσων στα οποία το νερό κυκλοφορεί (διατρητικά στελέχη, δειγματοσυλλέκτης, δακτύλιος). Το νομόγραμμα (Εικόνα 5.9) αφορά τον προσδιορισμό της πτώσης πίεσης μέσα στα διατρητικά στελέχη. Έχει σχεδιαστεί με χρήση εξισώσεων ρεολογίας (Lapeyrouse 1992, Perry & Green 1984). Πιο συγκεκριμένα, για τον υπολογισμό της πτώσης πίεσης για σταθερή ροή μέσα σε ομοιόμορφους ευθύγραμμους αγωγούς κυκλικής διατομής, οι οποίοι λειτουργούν πλήρεις νερού σε ισοθερμικές συνθήκες, χρησιμοποιήθηκε η εξίσωση Fanning ή Darcy. Ο συντελεστής τριβής προσδιορίστηκε με βάση την εξίσωση Churchill. Λοιπές παραδοχές: θερμοκρασία 20 βαθμοί Κελσίου, ειδικό βάρος νερού στους 20 βαθμούς Κελσίου ίσο προς 998,2063 kg/cm 3, ιξώδες νερού σε αυτή τη θερμοκρασία ίσο προς 1,0019 cp, επιφανειακή τραχύτητα (ε) στελεχών από χάλυβα ίση προς 0,045 mm. Επίσης, οι τιμές που δίνει η εξίσωση Fanning για την πτώση πίεσης προσαυξήθηκαν κατά 50% σε όλες τις περιπτώσεις, ενώ στις περιπτώσεις των στελεχών μήκους 1,5 m η υπολογιζόμενη πτώση πίεσης προσαυξήθηκε κατά 50-60%, προκειμένου να λάβει υπ όψιν την ύπαρξη ενδιάμεσου συνδέσμου με πολύ μικρότερη εσωτερική διάμετρο από αυτή του στελέχους. Η τιμή η οποία προκύπτει προσαυξάνεται κατά 30% για να καλύψει την πτώση πίεσης στον δειγματοσυλλέκτη, καθώς και την πτώση πίεσης στον δακτύλιο (διάκενο μεταξύ διατρητικής στήλης και τοιχωμάτων γεώτρησης). Σε περίπτωση χρήσης πολφού, η τιμή η οποία προκύπτει από το νομόγραμμα, πολλαπλασιάζεται επί το ειδικό βάρος του πολφού.

16 500 Παροχή σε l/min B 60 x x x x ,5 x ,5 x ,1 1,0 1,4 10,0 100,0 Πτώση πίεσης νερού σε kg/cm 2 ανά 100 m στελεχών Εικόνα 5.9 Νομόγραμμα προσδιορισμού πτώσης πίεσης μέσα στα διατρητικά στελέχη (οι διαστάσεις των στελεχών στις ευθείες του νομογράμματος δίνονται σε mm) Παράδειγμα Έστω ότι η γεώτρηση ορύσσεται μέσα σε γαληνίτη, ο οποίος έχει ειδικό βάρος ρ=7,5 g/cm 3. Κατά την όρυξη του γαληνίτη παράγονται θρύμματα διαμέτρου ~0,5 mm. Ζητείται: Ο προσδιορισμός της ταχύτητας καταβύθισης των θρυμμάτων αυτών σε γεώτρηση που χρησιμοποιείται νερό ή πεπιεσμένος αέρας. Λύση: Στο διάγραμμα της Εικόνας 5.7, που παρουσιάζει την ταχύτητα καταβύθισης των θρυμμάτων στο νερό σε σχέση με τη διάμετρό τους, παρατηρούμε ότι για θρύμματα γαληνίτη (ρ=7,5 g/cm 3 ), διαμέτρου ~0,5 mm, η τελική ταχύτητα καταβύθισής τους στο νερό είναι ~10 cm/s ή 0,1 m/sec. Η ταχύτητα καθίζησης των θρυμμάτων στον αέρα είναι περίπου 100/πλάσια αυτής στο νερό (Τσουτρέλης 1989), η ελάχιστη απαιτούμενη ταχύτητα ανόδου του αέρα στο δακτύλιο θα πρέπει να είναι δύο τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από αυτήν του νερού για την ίδια διάμετρο και ειδικό βάρος θρυμμάτων. Προκύπτει συνεπώς ότι απαιτούνται πολύ μεγαλύτερες ποσότητες αέρα Προσωρινή ή μόνιμη σωλήνωση (επένδυση) της γεώτρησης Σε περιπτώσεις όπου συναντώνται προβλήματα ευστάθειας των τοιχωμάτων της γεώτρησης ή υδροφορίες οι οποίες δημιουργούν προβλήματα στο ασφαλές περιβάλλον όρυξης του πηγαδιού, η γεώτρηση επενδύεται εσωτερικά από σύστημα αλληλοσυνδεόμενων σωλήνων (σωλήνες επένδυσης, casing). Με αυτό τον τρόπο

17 απομονώνονται οι παράγοντες που δημιουργούν το πρόβλημα και η γεώτρηση μπορεί να συνεχιστεί με ασφάλεια. Οι σωλήνες επένδυσης καταβιβάζονται μέσα στη γεώτρηση με τρεις τρόπους: βαρύτητα, περιστροφή και πρόωση, κρούση. Για τη διευκόλυνση της καταβίβασης των σωλήνων επένδυσης προσαρμόζεται στο κατώτερο άκρο της στήλης των σωλήνων κατάλληλο κοπτικό άκρο (προσοχή μη συγχέετε το κοπτικό άκρο που προσαρμόζεται στη διατρητική στήλη και χρησιμοποιείται για διάτρηση ή δειγματοληψία με αυτό των σωλήνων επένδυσης). Η μέθοδος της βαρύτητας εφαρμόζεται όταν τα τοιχώματα της γεώτρησης επιτρέπουν την ανεμπόδιστη καταβίβαση της στήλης των σωλήνων μέχρι το επιθυμητό βάθος. Η καταβίβαση πραγματοποιείται από τον πύργο και το βαρούλκο του γεωτρύπανου, όπως ακριβώς καταβιβάζεται η διατρητική στήλη, αφού προηγουμένως κοχλιωθεί από τον πρώτο σωλήνα με απλό χαλύβδινο πέλμα. Η στήλη συγκρατείται στην επιφάνεια με σφιγκτήρες. Στην προκειμένη περίπτωση, για αποφυγή ατυχημάτων από πιθανή αποκοχλίωση των σωλήνων επένδυσης, καθώς μέσα σε αυτούς περιστρέφεται στη συνέχεια η διατρητική στήλη για την προχώρηση της όρυξης, συνιστάται η χρησιμοποίηση αριστερόστροφων σωλήνων επένδυσης, δεδομένου ότι η διάτρηση είναι δεξιόστροφη. Συνηθέστερος τρόπος είναι η καταβίβαση της στήλης των σωλήνων με περιστροφή και πρόωση. Εφαρμόζεται όταν, λόγω διόγκωσης των τοιχωμάτων ή καταπτώσεων, δεν μπορεί να εφαρμοστεί η μέθοδος της βαρύτητας. Στην περίπτωση αυτή, πάνω στον πρώτο σωλήνα κοχλιώνεται αδαμαντοφόρο κοπτικό άκρο χωρίς εσωτερικό οπλισμό ή σπανιότερα από σκληρό μέταλλο. Η καταβίβαση πραγματοποιείται όπως η διάτρηση, με περιστροφή και πρόωση, με τη βοήθεια της ατράκτου του γεωτρύπανου. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η δυνατότητα διέλευσης από τη διαμήκη οπή της ατράκτου του γεωτρύπανου της ενδεικνυόμενης από τη γεώτρηση διαμέτρου των σωλήνων επένδυσης. Τέλος, σε ορισμένες περιπτώσεις η στήλη των σωλήνων καταβιβάζεται μέσα στη γεώτρηση, με αλλεπάλληλες κρούσεις και με τη βοήθεια ειδικού εξοπλισμού. Βασική αρχή είναι ότι κάθε τμήμα της σωλήνωσης επένδυσης της γεώτρησης φιλοξενεί μέσα του το επόμενο σε διάμετρο τμήμα της σωλήνωσης επένδυσης, ενώ μέσα από το εσωτερικό της επένδυσης κατέρχεται κοπτικό άκρο μικρότερης διαμέτρου. Με αυτό τον τρόπο η γεώτρηση εξελίσσεται τηλεσκοπικά με μειούμενη σταδιακά διάμετρο. Μετά το πέρας κάθε φάσης σωλήνωσης, η διάτρηση συνεχίζεται με την αμέσως μικρότερη διάμετρο διατρητικού εξοπλισμού. Η επένδυση μπορεί να είναι μόνιμη ή προσωρινή (ανάκτηση των σωλήνων επένδυσης μετά το πέρας του έργου) για λόγους οικονομίας. Κάθε στήλη σωλήνων επένδυσης που τοποθετείται μέσα στη γεώτρηση δεν αφαιρείται μετά την καταβίβαση της νέας. Παραμένει στη θέση της και όλες οι στήλες εξάγονται με αντίστροφη σειρά από αυτή με την οποία εισάγονται, μετά την ολοκλήρωση της γεώτρησης. Η εξαγωγή της στήλης των σωλήνων δεν είναι πάντα εύκολη διαδικασία. Οι δυσχέρειες κατά κανόνα αυξάνονται όσο ο χρόνος παραμονής των σωλήνων επένδυσης μέσα στη γεώτρηση μεγαλώνει, όσο το μήκος της στήλης της επένδυσης αυξάνει και βέβαια όσο πιο προβληματικά από πλευράς διογκώσεων είναι τα τοιχώματα της γεώτρησης. Επειδή η σωλήνωση αποτελεί σημαντικό μέρος του κόστους ενός γεωτρητικού έργου και η ανάκτησή της δεν είναι πάντα εφικτή, επιχειρείται, όπου αυτό μπορεί να εφαρμοστεί, όσο το δυνατόν η σταδιακή επιμήκυνση της ίδιας διαμέτρου στήλης σωλήνων επένδυσης με την εξέλιξη της διάτρησης. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται η μείωση της διαμέτρου της γεώτρησης αλλά και τα αλληλεπικαλυπτόμενα τμήματα του πηγαδιού με σωληνώσεις μειούμενης διαμέτρου. Η επιμήκυνση αυτή διευκολύνεται με διεύρυνση της διαμέτρου του τμήματος της γεώτρησης κάτω από την επένδυση, με τη βοήθεια της διατρητικής στήλης που είναι εφοδιασμένη με ειδικό περικοπτήρα. Εάν από τη γεωλογία της περιοχής αναμένονται σχηματισμοί οι οποίοι δημιουργούν κατακρημνίσεις ή διογκώσεις, επιβάλλεται η έναρξη της γεώτρησης με μεγαλύτερη διάμετρο, έτσι ώστε να μειώνεται ο κίνδυνος αστοχίας της γεωμετρίας συνολικά του πηγαδιού και ως εκ τούτου και της διαμέτρου της πυρηνοληψίας.

18 Τυποποίηση διατρητικού εξοπλισμού Κατά την εκτέλεση της γεώτρησης, όλα τα μέρη του διατρητικού εξοπλισμού που έχουν αναφερθεί παραπάνω πρέπει να ακολουθούν μια αλληλουχία μεγεθών όσον αφορά τις εξωτερικές και τις εσωτερικές διαμέτρους τους, έτσι ώστε η γεώτρηση να μπορεί να πραγματοποιείται τεχνικά άρτια αλλά και να εξελίσσεται ομαλά ως προς το βάθος προχώρησης. Ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται όταν η γεώτρηση επενδύεται με σωλήνωση. Η αλληλουχία αυτή εξασφαλίζεται με συστήματα τυποποίησης διαμέτρων και προδιαγραφών για κάθε μέρος του εξοπλισμού. Με την πάροδο του χρόνου δημιουργήθηκαν από ορισμένα κράτη διάφορες τυποποιήσεις. Στην πράξη, όμως, παρουσιάστηκαν πολλά προβλήματα εφαρμογής όλων αυτών των διαφορετικών τυποποιήσεων. Τελικά επικράτησαν διεθνώς δύο συστήματα τυποποίησης, που είναι τα εξής: Τυποποίηση D.C.D.M.A. (Diamond Core Drill Manufacturer s Association). Το σύστημα πήρε το όνομά του από την Ένωση Κατασκευαστών Γεωτρύπανων Δειγματοληψίας, αναπτύχθηκε στις Η.Π.Α. και χρησιμοποιείται από τις χώρες της Αμερικής και την Αγγλία. Οι διαστάσεις του συστήματος τυποποίησης δίνονται σε πόδια (ft) ή ίντσες (inches). Τυποποίηση Μετρική ή Σουηδική ή Craelius. Αναπτύχθηκε στη Σουηδία από την εταιρεία δειγματοληπτικών γεωτρύπανων Craelius και χρησιμοποιείται από τις ευρωπαϊκές χώρες. Οι διαστάσεις του συστήματος τυποποίησης δίνονται σε μέτρα (m) ή χιλιοστά (mm) Τυποποίηση D.C.D.M.A. Σύμφωνα με την τυποποίηση D.C.D.M.A. (Diamond Core Drill Manufacturer s Association), κάθε τμήμα του εξοπλισμού χαρακτηρίζεται από μια σειρά δύο ή τριών λατινικών γραμμάτων ως εξής: Το πρώτο γράμμα αντιστοιχεί στην ονομαστική διάμετρο της γεώτρησης στην οποία χρησιμοποιείται ο εξοπλισμός. Το δεύτερο γράμμα αντιστοιχεί στην ομάδα των εξαρτημάτων με τα οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο εξοπλισμός. Το τρίτο γράμμα αντιστοιχεί στα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά και στην κατασκευή ενός εξαρτήματος. Πιο αναλυτικά, το πρώτο γράμμα, που αντιστοιχεί στην ονομαστική διάμετρο της γεώτρησης (hole size), μπορεί να είναι όπως παρουσιάζεται στον Πίνακα 5.1. Σύμφωνα με την τυποποίηση κατά D.C.D.M.A., ο εξοπλισμός ομαδοποιείται σε έντεκα ονομαστικές διαμέτρους γεωτρήσεων, που χαρακτηρίζονται με τα γράμματα R, E, A, B, N, K, H, P, S, U και Z (βλ. Πίνακα 5.1). Το πρώτο γράμμα της τυποποίησης αναφέρεται σε όλο τον απαιτούμενο εξοπλισμό (κοπτικό, περικοπτήρας, διατρητικά στελέχη, δειγματοσυλλέκτης, σωλήνωση) που έχει σχεδιαστεί για να χρησιμοποιείται από κοινού για την όρυξη ενός τμήματος της γεώτρησης με δεδομένη ονομαστική διάμετρο. Στη μεταλλευτική έρευνα χρησιμοποιούνται συνήθως οι ονομαστικές διάμετροι E, A, B και N και λιγότερο οι R και H, ενώ η διάμετρος K είναι μόνο ενδεικτική και δεν κατασκευάζεται για αυτήν κανενός είδους εξοπλισμός. Σημειώνεται ότι η ονομαστική διάμετρος της γεώτρησης, που αντιστοιχεί στο πρώτο γράμμα της τυποποίησης κατά D.C.D.M.A., είναι προσεγγιστική και όχι επακριβώς η πραγματική.

19 Συμβολισμός Ονομαστική διάμετρος γεώτρησης (ίντσες) (mm) R 1 25 E 1 1/2 40 A 2 50 B 2 1/2 65 N 3 75 K 3 1/2 90 H P S U Z Πίνακας 5.1 Συμβολισμός και ονομαστική διάμετρος γεώτρησης κατά την τυποποίηση D.C.D.M.A. Το δεύτερο γράμμα, που αντιστοιχεί στην ομάδα (group) του εξοπλισμού, μπορεί να είναι X ή W. Αναφέρεται στις βασικές διαμέτρους (εσωτερικές και εξωτερικές) που έχουν τυποποιηθεί στη βάση μιας ολοκληρωμένης ομάδας εξοπλισμού κατάλληλης αντοχής για τη σταδιακή όρυξη μιας γεώτρησης μειούμενης διαμέτρου, με την τοποθέτηση σωλήνωσης και την ελάχιστη δυνατή μείωση της διαμέτρου του λαμβανόμενου δείγματος (καρότου). Στους Πίνακες 5.2 και 5.3 παρουσιάζεται η τυποποίηση κατά D.C.D.M.A. του εξοπλισμού για τη διάνοιξη και επένδυση των προαναφερθέντων διαμέτρων γεωτρήσεων. Ο Πίνακας 5.2 αναφέρεται στα κοπτικά άκρα, τους περικοπτήρες και τον εξοπλισμό της σωλήνωσης για την επένδυση της γεώτρησης (φρέζα της σωλήνωσης, διάμετροι σωλήνων και συνδέσμων μεταξύ των σωλήνων). Ο Πίνακας 5.3 αναφέρεται στα διατρητικά στελέχη και τους συνδέσμους τους. Η σωλήνωση τύπου flush coupled περιλαμβάνει στελέχη με εσωτερικό σπείρωμα στα άκρα τους που συνδέονται μεταξύ τους με σύνδεσμο διπλού πείρου (pin). Η σωλήνωση τύπου flush joint περιλαμβάνει στελέχη με εξωτερικό σπείρωμα στα άκρα τους που συνδέονται μεταξύ τους με σύνδεσμο διπλής θήκης (box).

20

21

22 Πίνακας 5.2 Τυποποίηση κατά D.C.D.M.A. εξοπλισμού όρυξης και επένδυσης δειγματοληπτικών γεωτρήσεων (κοπτικά άκρα, περικοπτήρες και εξοπλισμός σωλήνωσης). * Όλες οι διαστάσεις είναι ονομαστικές (nominal). 1 Το πρώτο γράμμα αντιστοιχεί στο: Hole Size in which the equipment is used (casing, core barrel, diamond bit, reaming shell, and drill rods designed to be used together for drilling an approximate hole size) 2 Η διάμετρος της γεώτρησης είναι προσεγγιστική και όχι ακριβώς η πραγματική. 3 Το δεύτερο γράμμα αντιστοιχεί στο: Group of tools with which the equipment can be used (key diameters standardised on an integrated group basis for progressively reducing hole size with nesting casings). 4 Το τρίτο γράμμα αντιστοιχεί στο: the particular Desing of a tool (standardisation of other dimensions, including thread characteristics, to permit interchangeability of parts made by different manufacturers). 5 X and W (when used as the second letter) are synonymous. 6 DCDMA standard length is 10 feet (30,5 m). 7 The ""G"" desing core barrels replace the ""X"" design core barrels. The ""G"" design represents complete standardisation of the core barrel except double-tube swivel-head construction. The ""X"" design core barrels are now obsolete. Standard ""G"" and ""M"" design"

23 ΓΕΩΤΡΗΣΗ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Συμβολισμός Διάμετρος γεώτρησης Συμβολισμός Διατρητικό στέλεχος και σύνδεσμος Εξωτερική διάμετρος Διατρητικό στέλεχος Εσωτερική διάμετρος Σύνδεσμος (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) Σπειρώματα ανά ίντσα R 1 25 E 1 1 / 2 40 A 2 50 B 2 1 / 2 65 N 3 75 H RX RW 1,093 27,7 0,719 18,2 0,406 10,3 4 EX 1,313 33,3 0,844 21,4 0,438 11,6 3 ΕW 1,375 34,9 1,000 25,4 0,437 11,1 3 ΑΧ 1,625 41,3 1,125 28,6 0,563 14,3 3 ΑW 1,718 43,6 1,344 34,1 0,625 15,8 3 BΧ 1,906 48,4 1,469 37,3 0,625 15,8 4 BW 2,125 53,9 1,750 44,4 0,750 19,0 3 NΧ 2,375 60,3 2,000 50,8 1,000 25,4 5 NW 2,625 66,6 2,250 57,1 1,375 34,9 3 HΧ HW 3,500 88,9 3,062 77,7 2,375 60,3 3 Πίνακας 5.3 Τυποποίηση κατά D.C.D.M.A. εξοπλισμού όρυξης δειγματοληπτικών γεωτρήσεων (διατρητικά στελέχη και σύνδεσμοι). Όπως προκύπτει από τον Πίνακα 5.2, τα γράμματα ομάδας του εξοπλισμού, Χ και W (δεύτερο γράμμα σύμφωνα με την τυποποίηση κατά D.C.D.M.A.), είναι συνώνυμα όσον αφορά τις διαμέτρους (εξωτερική και εσωτερική) του κοπτικού άκρου, του περικοπτήρα και του εξοπλισμού της σωλήνωσης (φρέζα, σύνδεσμοι και στελέχη σωλήνωσης). Αντίθετα, όπως προκύπτει από τον Πίνακα 5.3, οι διάμετροι, τόσο η εξωτερική, όσο και η εσωτερική, των διατρητικών στελεχών της ομάδας Χ είναι μικρότερες από τις αντίστοιχες διαμέτρους της ομάδας W. Ωστόσο, η μεγαλύτερη εξωτερική διάμετρος των διατρητικών στελεχών της ομάδας W τους δίνει τη δυνατότητα να ευθυγραμμίζονται καλύτερα με τις εξωτερικές διαμέτρους του κοπτικού άκρου και του περικοπτήρα, με αποτέλεσμα να εξασφαλίζουν σταθερότερη από άποψη δονήσεων διατρητική στήλη, συνθήκη ιδιαίτερα απαραίτητη κατά την εκτέλεση της δειγματοληψίας. Η μικρότερη εξωτερική διάμετρος των διατρητικών στελεχών της ομάδας Χ εξασφαλίζει μεγαλύτερο δακτύλιο και επομένως καλύτερη απαγωγή θρυμμάτων, συνθήκη σημαντική για την καλύτερη όρυξη όταν δεν εκτελείται δειγματοληψία (μεγαλύτερος όγκος θρυμμάτων). Σημειώνεται, επίσης, ότι οι ομάδες Χ και W των διατρητικών στελεχών διαφέρουν και ως προς τον αριθμό των σπειρωμάτων. Το τρίτο γράμμα, που αντιστοιχεί στα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά και την κατασκευή (design) του εξοπλισμού, μπορεί να είναι G, M ή T. Αναφέρεται στην τυποποίηση περαιτέρω χαρακτηριστικών του εξοπλισμού, πέραν της ονομαστικής διαμέτρου της γεώτρησης και της ομάδας (εξωτερική και εσωτερική διάμετρος και αριθμός σπειρωμάτων), όπως, για παράδειγμα, τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά του σπειρώματος. Η τυποποίηση του εξοπλισμού κατά το τρίτο γράμμα εξασφαλίζει την εναλλαξιμότητα του εξοπλισμού που προέρχεται από διαφορετικούς κατασκευαστές και αναφέρεται κυρίως στους δειγματοσυλλέκτες. Έτσι, στον Πίνακα 5.4 παρουσιάζεται η τυποποίηση του εξοπλισμού δειγματοληψίας

24 κατά D.C.D.M.A. για τους δειγματοσυλλέκτες των σειρών G και Μ. Οι δειγματοσυλλέκτες της σειράς Τ είναι ειδικού σχεδιαστικού τύπου και δεν περιλαμβάνονται στον Πίνακα 5.4 για λόγους απλούστευσης. Οι δειγματοσυλλέκτες της σειράς G είναι εναλλάξιμοι με τους δειγματοσυλλέκτες της σειράς M και έχουν τυποποιημένο μήκος 10 ft (3,05 m) (το μήκος αναφέρεται στο μήκος του λαμβανόμενου δείγματος). Οι δειγματοσυλλέκτες της σειράς Μ (που διατίθενται μόνο σε τύπο διπλού σωλήνα) διαφέρουν από τους αντίστοιχους της σειράς G στο ότι φέρουν επέκταση του εσωτερικού σωλήνα που εξασφαλίζει την ελάχιστη δυνατή επαφή του δείγματος με το νερό. Οι δειγματοσυλλέκτες που ανήκουν στην ομάδα Χ (δεύτερο γράμμα τυποποίησης) έχουν πλέον εκλείψει. Αντί αυτών χρησιμοποιούνται οι δειγματοσυλλέκτες της ομάδας W, σειρά G. ΓΕΩΤΡΗΣΗ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Δειγματοσυλλέκτες Συμβολισμός Διάμετρος γεώτρησης Συμβολισμός Εξωτερική ΜΟΝΟΥ ΣΩΛΗΝΑ Εσωτερική ΔΙΠΛΟΥ ΣΩΛΗΝΑ Εξωτερικός σωλήνας (εξωτερική διάμετρος) Εσωτερικός σωλήνας (εσωτερική διάμετρος) (ίντσες) (mm) (ίντσες) (mm) (ίντσες) (mm) (ίντσες) (mm) (ίντσες) (mm) E 1 ½ 40 A 2 50 B 2 1 / 2 65 N 3 75 EWG 1,437 36,5 0,937 23,8 EWM AWG 1,812 46,0 1,281 32,5 AWM BWG 2,281 57,9 1,750 44,4 BWM NWG 2,906 73,8 2,250 57,1 NWM 1,437 36,5 0,937 23,8 1,812 46,0 1,250 31,7 2,281 57,9 1,718 43,6 2,906 73,8 2,250 57,1 H HWG 3,750 95,2 3,125 79,3 3,750 95,2 3,062 77,7 HWM Πίνακας 5.4 Τυποποίηση εξοπλισμού δειγματοληψίας κατά D.C.D.M.A. (δειγματοσυλλέκτες). Εκτός του ως άνω αναφερθέντος εξοπλισμού, προκειμένου για λήψη πυρήνων μεγάλης διαμέτρου, χρησιμοποιούνται δειγματοσυλλέκτες διπλού σωλήνα που ανήκουν στη λεγόμενη «Μεγάλη Σειρά» (Large Series), τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά των οποίων παρουσιάζονται στον Πίνακα 5.5. Στον ίδιο πίνακα περιλαμβάνονται και τα αντίστοιχα κοπτικά άκρα και ο τύπος της σωλήνωσης που είναι κατάλληλος για γεωτρήσεις μεγάλης ονομαστικής διαμέτρου. Σημειώνεται ότι οι δειγματοσυλλέκτες της «Μεγάλης Σειράς» συμβολίζονται με δύο αριθμούς εκ των οποίων ο πρώτος αντιστοιχεί κατά προσέγγιση στη διάμετρο του πυρήνα και ο δεύτερος στη διάμετρο της γεώτρησης (εξωτερική διάμετρος περικοπτήρα).

25 Συμβολισμός Δειγματοσυλλέκτης Κοπτικό άκρο Περικοπτήρας (φρέζα) Σωλήνωση (εσωτ. Ø δειγματοσυλλ. x εξωτ. Ø περικοπτήρα) Εξωτερικός σωλήνας (εξωτερική διάμετρος) Εσωτερικός σωλήνας (εσωτερική διάμετρος) Εξωτερική διάμετρος Εσωτερική διάμετρος (ταυτίζεται με τη διάμετρο του δείγματος) Εξωτερική διάμετρος (ταυτίζεται με τη διάμετρο της γεώτρησης) (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) Συμβολισμός 2 ¾ x 3 7 / 8 3,625 92,0 2,781 70,6 3,840 97,5 2,690 68,3 3,875 98,4 HX ή HW 4 x 5 ½ 5, ,3 4, ,7 5, ,0 3, ,8 5, ,5 SW 6 x 7 ½ 7, ,1 6, ,5 7, ,4 5, ,6 7, ,8 ZW Πίνακας 5.5 Τυποποίηση εξοπλισμού «Μεγάλης Σειράς» (Large Series) Μετρική τυποποίηση Στον Πίνακα 5.6 παρουσιάζεται η μετρική τυποποίηση του εξοπλισμού όρυξης και επένδυσης δειγματοληπτικών γεωτρήσεων. Η παρουσίαση των δειγματοσυλλεκτών φαίνεται πιο σύνθετη, πρακτικά όμως χρησιμοποιούνται κυρίως εκείνοι που χαρακτηρίζονται από τα στοιχεία Τ2 (αριθμός), όπου είναι διαθέσιμοι, ή Τ6 (αριθμός), όπου η σειρά Τ2 (αριθμός) δεν είναι διαθέσιμη (π.χ. σε μεγάλες διαμέτρους).

26 Πίνακας 5.6 Μετρική τυποποίηση εξοπλισμού γεώτρησης δειγματοληψίας Παράδειγμα συνδυασμών διατρητικού εξοπλισμού σε σωληνωμένες και μη γεωτρήσεις Το πρόγραμμα για την όρυξη μιας γεώτρησης στα 150 m είναι ως ακολούθως:

27 Βάθος (m) Τελική διάμετρος γεώτρησης (mm) μετά τη σωλήνωση Σωλήνωση θα πραγματοποιείται σε κάθε αλλαγή διαμέτρου, δειγματοληψία δε προγραμματίζεται να γίνει από τα 100 έως τα 150 m με δειγματοσυλλέκτη διπλού σωλήνα. Ζητούνται: 1. οι διατάξεις της διατρητικής στήλης που θα χρησιμοποιηθούν στα αντίστοιχα βάθη, 2. η σωλήνωση σε κάθε τμήμα της γεώτρησης, 3. ο δειγματοσυλλέκτης που θα χρησιμοποιηθεί. Από 0 50 m, δεδομένου ότι η γεώτρηση θα είναι σωληνωμένη, οι προαναφερόμενες επιθυμητές διάμετροι αφορούν την τελική ανά τμήμα διάμετρο με σωλήνωση. Επομένως, στον Πίνακα 5.2 (εσωτερική διάμετρος συνδέσμου σωλήνωσης) οι σημειούμενες 76,2 (ΝΧ ή ΝW), 60,3 (ΒΧ ή ΒW) και 48,4 (ΑΧ ή ΑW) mm είναι κατά προσέγγιση οι απαιτούμενες τελικές. Για να επιτευχθεί αυτό, η γεώτρηση πρέπει να ξεκινήσει με διάμετρο της σειράς HW (στον Πίνακα 5.3 τα διατρητικά στελέχη είναι μόνο σειράς ΗW), που σημαίνει ότι η διάμετρος της γεώτρησής μας θα είναι πριν από τη σωλήνωση 99,2 mm (εξωτερική διάμετρος περικοπτήρα διατρητικών στελεχών), έτσι ώστε να μπορεί με άνεση να τοποθετηθεί η σωλήνωση, η οποία θα έχει εξωτερική διάμετρο 88,9 mm. Επομένως από 0 50 m (σειρά HW) η διατρητική στήλη αποτελείται από την εξής συνδεσμολογία: κοπτικό άκρο με εξωτερική διάμετρο 98,8 mm, περικοπτήρας με εξωτερική διάμετρο 99,2 mm, διατρητικά στελέχη με εξωτερική διάμετρο 88,9 mm. Αφού ολοκληρωθούν τα 50 m με αυτό τον τρόπο, θα ακολουθήσει η σωλήνωση του διατρηθέντος τμήματος με στελέχη σωλήνωσης με εσωτερική διάμετρο 76,2 mm (σειρά ΝΧ ή ΝW). Από m, το ήδη διατηρηθέν και σωληνωμένο πρώτο τμήμα, έχει εσωτερική διάμετρο 76,2 mm. Η διάτρηση αυτού του τμήματος της γεώτρησης συνεχίζεται με κοπτικό της σειράς NΧ ή ΝW, με συνδεσμολογία διατρητικών στελεχών της ίδιας σειράς και η σωλήνωση πραγματοποιείται με σωλήνες της αμέσως επόμενης σειράς BΧ ή ΒW, σύμφωνα με τα όσα αναλυτικότερα έχουν αναφερθεί παραπάνω. Έτσι, το δεύτερο τμήμα της γεώτρησης σωληνωμένο θα έχει διάμετρο 60,3 mm. Από m, η διάτρηση συνεχίζεται με κοπτικό της σειράς ΒW και με συνδεσμολογία διατρητικών στελεχών της ίδιας σειράς. Η διατρητική στήλη περιλαμβάνει και δειγματοσυλλέκτη, δεδομένου ότι στο τμήμα αυτό γίνεται και δειγματοληψία. Ο δειγματοσυλλέκτης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί είναι ο διπλού σωλήνα της ίδιας σειράς ΒWG ή BWM, με εξωτερική διάμετρο 57,9 mm και εσωτερική 43,6 mm. Η διάμετρος του δείγματος είναι 42 mm, ίση με την εσωτερική διάμετρο του κοπτικού άκρου, και βεβαίως μπορεί να συλλεχθεί άνετα στο δειγματοσυλλέκτη, ο οποίος έχει εσωτερική διάμετρο 43,6 mm. Η σωλήνωση πραγματοποιείται με σωλήνα της αμέσως επόμενης σειράς ΑX ή ΑW, σύμφωνα με τα όσα αναλυτικότερα έχουν αναφερθεί παραπάνω. Έτσι, το τρίτο τμήμα της γεώτρησης σωληνωμένο θα έχει διάμετρο 48,4 mm Δειγματοσυλλέκτες Οι δειγματοσυλλέκτες (Core Barrel) συνίστανται από χαλύβδινο σωλήνα κατάλληλου μήκους, διαμέτρου και κατασκευής, εντός του οποίου συλλέγεται το δείγμα το οποίο αποκόπτεται από το πέτρωμα υπό κυλινδρική μορφή. Ο σωλήνας αυτός με τα εξαρτήματά του στην περίπτωση που χρησιμοποιείται για τη δειγματοληψία των πετρωμάτων καλείται δειγματοσυλλέκτης (core barrel), κοινώς καροταρία, ενώ στην περίπτωση που χρησιμοποιείται για εδάφη καλείται εδαφολήπτης (soil sampler). Τα τελευταία χρόνια η τεχνολογία έχει οδηγήσει στην κατασκευή πολλών τύπων δειγματοσυλλεκτών ικανών να καλύψουν τις ειδικές απαιτήσεις για τη δειγματοληψία διαφορετικών τύπων πετρωμάτων: 1. Δειγματοσυλλέκτης μονού σωλήνα (Εικόνα 5.10). Πρόκειται για τον απλούστερο κατασκευαστικά, περισσότερο ανθεκτικό και φθηνότερο σε τιμή δειγματοσυλλέκτη, ο οποίος αποτελείται από ένα σωλήνα, μέσα στον οποίο συλλέγεται το δείγμα. Στα δύο του άκρα ο δειγματοληπτικός σωλήνας φέρει κατάλληλα σπειρώματα, μέσω των οποίων κοχλιώνεται αφενός με τον περικοπτήρα και αφετέρου, με την παρεμβολή ειδικής κεφαλής, με το τελευταίο διατρητικό στέλεχος.

28 Ο παραπάνω δειγματοσυλλέκτης έχει δύο μειονεκτήματα, τα οποία περιορίζουν σημαντικά το πεδίο χρησιμοποίησής του. Πρώτον, το κατερχόμενο ρευστό διάτρησης, κατά τη διέλευσή του από τον δειγματοσυλλέκτη έρχεται σε μεγάλο μήκος σε επαφή με το δείγμα, με αποτέλεσμα να το αποπλύνει και να οδηγεί συχνά σε μειωμένη απόληψη. Δεύτερον, το δείγμα συμπαρασύρεται σε περιστροφή από τον δειγματοσυλλέκτη, με αποτέλεσμα να δέχεται τις δονήσεις της διατρητικής στήλης, οι οποίες προκαλούν περαιτέρω απώλειες λόγω θραύσης του. Παράλληλα, η θραύση αυτή του δείγματος, σε συνδυασμό με τη μεγάλη ανοχή μεταξύ της διαμέτρου του δείγματος και της διαμέτρου του εσωτερικού τοιχώματος του δειγματοσυλλέκτη, αυξάνει τις πιθανότητες έμφραξης της εισόδου του τελευταίου με τεμάχια δείγματος. Επομένως, το πεδίο χρησιμοποίησης του δειγματοσυλλέκτη μονού σωλήνα περιορίζεται σε σκληρά και συνεκτικά πετρώματα όπως είναι οι ψαμμίτες κτλ., όπου και επιτυγχάνεται ικανοποιητική απόληψη πυρήνα. 2. Δειγματοσυλλέκτης διπλού σωλήνα (Εικόνα 5.10). Τα παραπάνω μειονεκτήματα αίρει ο δεύτερος τύπος δειγματοσυλλέκτη, ο οποίος αποτελείται από δύο ομόκεντρους σωλήνες μεταξύ των οποίων κυκλοφορεί το κατερχόμενο ρευστό, ενώ το δείγμα συλλέγεται στον εσωτερικό σωλήνα. Αυτή η κατασκευή του δειγματοσυλλέκτη προϋποθέτει σωλήνες με λεπτότερα τοιχώματα, δεδομένου ότι ο προηγούμενος και ο παρών δειγματοσυλλέκτης παρέχουν, για ίδια διάμετρο γεώτρησης, δείγμα πυρήνα ίδιας διαμέτρου. Ο εσωτερικός σωλήνας μπορεί να είναι διαιρετού τύπου έτσι ώστε η απόληψη του δείγματος να είναι ευκολότερη αποφεύγοντας την καταπόνησή του. Εικόνα 5.10 Δειγματοσυλλέκτης μονού (αριστερά) και διπλού (δεξιά) σωλήνα. Ο δειγματοσυλλέκτης μπορεί να είναι σταθερού τύπου, δηλαδή ο εσωτερικός και ο εξωτερικός σωλήνας να είναι συνδεδεμένοι και να περιστρέφονται μαζί, ή μπορεί να είναι περιστρεπτού τύπου (swivel type), όπου ο εσωτερικός σωλήνας μένει ακίνητος. Ο δειγματοσυλλέκτης σταθερού τύπου είναι κατάλληλος μόνο για σκληρά και όχι πολύ κερματισμένα πετρώματα (εξασφαλίζει ελάχιστη επαφή του δείγματος με το ρευστό αλλά δεν αποτρέπει τις καταπονήσεις που μπορεί να δεχθεί από τις δονήσεις της διατρητικής στήλης).

29 Οι δειγματοσυλλέκτες περιστρεπτού τύπου προκαλούν μικρότερη διαταραχή στο δείγμα και είναι κατάλληλοι για μαλακότερα ή αποσαθρωμένα ή πολύ κερματισμένα πετρώματα. Σε περίπτωση δυσχερούς δειγματοληψίας, χρησιμοποιείται δειγματοσυλλέκτης ειδικής κατασκευής (τύπος Μ), του οποίου ο εσωτερικός σωλήνας με κατάλληλη προσθήκη τεμαχίου λεπτού σωλήνα (inner tube extension ή lifter case) επεκτείνεται μέχρι το κοπτικό. Έτσι, προστατεύεται καλύτερα το δείγμα διότι η επαφή του με το ρευστό διάτρησης που κυκλοφορεί περιορίζεται μόνο στο ύψος της στεφάνης του κοπτικού. Επίσης, στις περιπτώσεις εκείνες κατά τις οποίες απαιτείται η χρησιμοποίηση, λόγω της φύσης του πετρώματος, δειγματοσυλλέκτη διπλού σωλήνα και η γεώτρηση πραγματοποιείται με πολφό (λάσπη) ή με αέρα, ενδείκνυται η χρήση δειγματοσυλλεκτών διπλού σωλήνα τύπου Μ, των οποίων το διάκενο μεταξύ εξωτερικού και εσωτερικού σωλήνα είναι μεγαλύτερο των κλασικών τύπων. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται διά μέσου του δειγματοσυλλέκτη ανεμπόδιστη ροή του πολφού ή των απαιτούμενων μεγάλων ποσοτήτων αέρα προς το κοπτικό άκρο. 3. Δειγματοσυλλέκτης τριπλού σωλήνα. Αποτελείται από ένα επιπλέον εσωτερικό σωλήνα ο οποίος προεξέχει του κοπτικού άκρου και έχει οξύτερη απόληξη. Η αποθήκευση του δείγματος γίνεται στον εσωτερικό σωλήνα που είναι διαιρούμενος. Κατασκευάζεται από αλουμίνιο, πλαστικό ή μέταλλο. Η εξώθηση του δείγματος γίνεται με εφαρμογή υδραυλικής πίεσης. Χρησιμοποιείται σε πολύ κερματισμένα και αποσαθρωμένα πετρώματα. Τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί πολύ η τεχνολογία των πλαστικών σωλήνων που είναι σχεδόν διαφανείς και τοποθετούνται εντός του εσωτερικού σωλήνα των δειγματοσυλλεκτών. Οι πλαστικοί αυτοί σωλήνες αφαιρούνται εύκολα και προστατεύουν σημαντικά το δείγμα για αρκετό χρόνο μετά τη δειγματοληψία. Είναι ευνόητο ότι έπειτα από κάθε πλήρωση του δειγματοσυλλέκτη αυτού, ο τρίτος σωλήνας θα αντικαθίσταται από εφεδρικό, εφόσον παραμένει το δείγμα μέσα σε αυτόν. 4. Δειγματοσυλλέκτης ανελκυόμενου τύπου (wireline core barrel) (Εικόνα 5.11). Για δειγματοληπτικές γεωτρήσεις μεγάλου σχετικά βάθους έχει αναπτυχθεί τεχνολογία που επιτρέπει την ανέλκυση του δείγματος στην επιφάνεια του εδάφους δίχως να εξαχθεί ολόκληρη η διατρητική στήλη. Η μέθοδος αυτή αρχικά εφαρμόστηκε στην έρευνα των πετρελαίων. Εφευρέθηκε και κατασκευάστηκε από τον οίκο E. J. Longyear και έπειτα από οκταετείς δοκιμές, το 1955, τέθηκε σε χρήση. Αργότερα, χρησιμοποιήθηκε και στις ερευνητικές-δειγματοληπτικές γεωτρήσεις. Σήμερα, το σύστημα αυτό διατίθεται από όλες τις εταιρείες που κατασκευάζουν διατρητικό εξοπλισμό και χρησιμοποιείται ευρέως. Αποτελείται από μια διπλή καροταρία, στην οποία ο εσωτερικός σωλήνας στηρίζεται με ειδική διάταξη (κωνική κεφαλή) η οποία επιτρέπει την αλίευσή του με κατάλληλη μανδαλωτή αρπάγη, που αναρτάται από λεπτό συρματόσχοινο, ώστε να σύρεται προς τα πάνω, μέσα από τη διατρητική στήλη. Τα διατρητικά στελέχη, στην περίπτωση αυτή, έχουν διάμετρο μεγαλύτερη των συνηθισμένων στελεχών. Έτσι, ο εσωτερικός σωλήνας ανέρχεται στην επιφάνεια του εδάφους, αφαιρείται το δείγμα (καρότο) και καθελκύεται, στη συνέχεια, με τη βοήθεια του συρματόσχοινου και πρακτικά της βαρύτητας μέσα στη γεώτρηση. Μόλις φτάσει στη θέση του ακινητοποιείται με την ενεργοποίηση των πλευρικών πτερυγίων, τα οποία ανοίγουν και ασφαλίζουν τον εσωτερικό σωλήνα. Το σύστημα είναι έτοιμο για τη συνέχιση της δειγματοληψίας. Με την χρήση αυτού του τύπου δειγματοσυλλέκτη επιτυγχάνεται: Μείωση των καταπονήσεων και των φθορών των διατρητικών στελεχών αλλά και των τοιχωμάτων της γεώτρησης λόγω του μικρότερου αριθμού ανελκύσεων και καταβιβάσεων της διατρητικής στήλης. Μείωση των νεκρών χρόνων για την ανέλκυση του πυρήνα στην επιφάνεια (αποσυναρμολόγηση και συναρμολόγηση της στήλης), επομένως μεγαλύτερη ταχύτητα εξέλιξης των γεωτρητικών εργασιών. Για παράδειγμα, σε γεώτρηση βάθους 300 m ο χρόνος για την ανέλκυση και την καθέλκυση της διατρητικής στήλης με τη συνήθη τεχνική είναι περίπου 112 min, ενώ με τη μέθοδο wireline μόνο 22 min. Απλούστευση των χειρισμών, δυνατότητα μείωσης του προσωπικού, μικρότερη κατανάλωση καυσίμων και λιπαντικών. Προστασία του δείγματος από λειοτρίβηση. Ο εξοπλισμός αυτός, όμως, είναι ακριβότερος, απαιτεί εξειδικευμένο προσωπικό, καθώς και χρήση διατρητικών στελεχών με λεπτότερα τοιχώματα (ευαίσθητα στις καταπονήσεις και στις δονήσεις). Τέλος, για την ίδια διάμετρο γεώτρησης, το δείγμα που λαμβάνεται είναι μικρότερης διαμέτρου, διότι η κατασκευή του δειγματοσυλλέκτη αυτού επιβάλλει τη χρήση κοπτικών άκρων παχύτερης στεφάνης.

30 Εικόνα 5.11 Σύστημα wireline Εδαφολήπτες Όπως έχει αναφερθεί, στην περίπτωση της δειγματοληψίας εδαφών χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι εδαφοληπτών προσαρμοσμένοι κατασκευαστικά στη φύση του προς δειγματοληψία υλικού και στις απαιτήσεις της δειγματοληψίας. 1. Εδαφολήπτης λεπτού τοιχώματος ή Shelby (Εικόνα 5.12). Αποτελεί τον απλούστερο κατασκευαστικά τύπο εδαφολήπτη αλλά και τον ευρέως χρησιμοποιούμενο για τη δειγματοληψία εδαφών που έχουν κάποια συνοχή και που δεν περιέχουν κροκάλες (π.χ. άργιλοι). Αποτελείται από σωλήνα λεπτού τοιχώματος ο οποίος στην άκρη απολήγει σε κοπτική στεφάνη για να διευκολύνεται η προχώρησή του στο προς δειγματοληψία υλικό. 2. Εδαφολήπτης διαχωριζόμενου σωλήνα (Εικόνα 5.12). Πρόκειται για εδαφολήπτη αποτελούμενο από τρία τμήματα: το κοπτικό πέλμα, τον δειγματοληπτικό σωλήνα και την κεφαλή. Με την αφαίρεση του πέλματος και της κεφαλής, ο δειγματοληπτικός σωλήνας διαχωρίζεται κατά τον διαμήκη άξονά του σε δύο τεμάχια για την ευκολότερη εξαγωγή του δείγματος. Ο εδαφολήπτης αυτός χρησιμοποιείται και για την εκτέλεση της προτύπου δοκιμής διεισδύσεως (standard penetration test). Επενδύεται εσωτερικά με λεπτό

31 μεταλλικό και σπανιότερα με πλαστικό σωλήνα, έτσι ώστε το δείγμα που λαμβάνεται, μετά την αεροστεγή έμφραξη των δύο άκρων του, να είναι έτοιμο για αποστολή στο εργαστήριο. Εξαιτίας της επένδυσης αυτής ο εδαφολήπτης αυτός είναι γνωστός και ως επενδεδυμένος εδαφολήπτης (sampler with liner). Εικόνα 5.12 Εδαφολήπτης λεπτού σωλήνα ή Shelby (αριστερά) και εδαφολήπτης διαχωριζόμενου σωλήνα (δεξιά). 3. Εδαφολήπτης με έμβολο (Εικόνα 5.13). Πρόκειται για εδαφολήπτη λεπτού τοιχώματος, μέσα στον οποίο εφαρμόζεται αεροστεγώς έμβολο που επικοινωνεί με την επιφάνεια με χαλύβδινη στήλη μικρής διαμέτρου. Το έμβολο βρίσκεται στο κάτω άκρο του δειγματοληπτικού σωλήνα μέχρι ο εδαφολήπτης να φτάσει στο επιθυμητό βάθος. Κατά τη φάση της δειγματοληψίας, το έμβολο παραμένει σταθερό και ο δειγματοληπτικός σωλήνας ωθείται με υδραυλική πίεση στο έδαφος μέχρι την πλήρωσή του με υλικό. Ο εδαφολήπτης μπορεί να λάβει δείγμα στο επιθυμητό κάθε φορά βάθος, χωρίς να εισχωρούν μέσα σε αυτόν ανεπιθύμητα υλικά. Χρησιμοποιείται κυρίως σε μη συνεκτικά, λεπτόκοκκα μαλακά εδάφη και μαλακές ευαίσθητες αργίλους. Βασικό μειονέκτημά του είναι η σχετικά δύσκολη εξαγωγή του δείγματος με τη χρήση μηχανικού εξολκέα, που μπορεί να επιφέρει διατάραξη του δείγματος. Κατά τη φάση της δειγματοληψίας το έμβολο παραμένει ακίνητο, γι αυτό και ο εδαφολήπτης άλλες φορές καλείται stationary piston type sampler, ενώ ο δειγματοληπτικός σωλήνας ωθείται με υδραυλική πίεση μέσα στο έδαφος όπου πρόκειται να γίνει η δειγματοληψία μέχρι την πλήρωσή του. Η ακινητοποίηση του εμβόλου επιτυγχάνεται με μηχανισμό από ελατήριο μαζί με κωνική σφήνα, ο οποίος βρίσκεται στην κεφαλή του εδαφολήπτη για να εμποδίζει την κίνησή του προς τα κάτω.

32 Την ανέλκυση του εδαφολήπτη στην επιφάνεια ακολουθεί η διαδικασία απόληψης του δείγματος από αυτόν. Έτσι, η κοχλιωμένη στο έμβολο τελευταία χαλύβδινη ράβδος στρέφεται κατά λίγες στροφές προς τα αριστερά μέχρι να διακοπεί η στεγανή επαφή μεταξύ της κάτω επιφάνειας εμβόλου και δείγματος και να εισχωρήσει αέρας στο χώρο αυτό. Ακολούθως, με αφαίρεση των τεσσάρων κοχλιών απομακρύνεται πρώτα η κεφαλή και μετά το έμβολο. Στη συνέχεια, φράσσεται στεγανά ο δειγματοληπτικός σωλήνας στα δύο άκρα του, αφού σημειωθεί η ταυτότητα του δείγματος, και αποστέλλεται στο εργαστήριο. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα του εδαφολήπτη αυτού είναι: Ο δειγματοληπτικός σωλήνας, χάρη στο έμβολο, παραμένει κλειστός μέχρι τη στιγμή που θα αρχίσει η δειγματοληψία. Με τον τρόπο αυτό, ο εδαφολήπτης μπορεί να περάσει μέσα από νερό και οποιοδήποτε άλλο υλικό μέχρι τη θέση της δειγματοληψίας, χωρίς να επηρεαστεί από την παρουσία τους και να δημιουργηθεί κίνδυνος ανάμειξης του δείγματος που λαμβάνεται με τα προηγούμενα υλικά. Με την ώθηση του δειγματοληπτικού σωλήνα και την ακινητοποίηση του εμβόλου, η επάνω επιφάνεια του δείγματος προστατεύεται καλύτερα, ενώ ταυτόχρονα το κενό που δημιουργείται ανάμεσα στο έμβολο και στο δείγμα διευκολύνει τη συγκράτηση του τελευταίου μέσα στο δειγματοληπτικό σωλήνα, χωρίς την παρεμβολή βαλβίδας συγκράτησης. Εικόνα 5.13 Εδαφολήπτης με έμβολο.

33 4. Εδαφολήπτης Denison. Ο εδαφολήπτης αυτός μοιάζει αρκετά με τον δειγματοσυλλέκτη διπλού σωλήνα περιστρεπτού τύπου. Διαφέρει ως προς το σύστημα ανάρτησης του εσωτερικού σωλήνα, το οποίο είναι ισχυρότερο, και ως προς το κοπτικό άκρο, που είναι διπλό, με το κοπτικό πέλμα του εσωτερικού σωλήνα να προεξέχει ελαφρώς του εξωτερικού. Η προεξοχή του εσωτερικού κοπτικού άκρου έναντι του εξωτερικού παρέχει στον εδαφολήπτη Denison τη δυνατότητα λήψης δείγματος μη εξαλλοιωμένου από το νερό και τον πολφό που χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις συνεκτικών εδαφών, μέσα στα οποία κανείς από τους προηγούμενους εδαφολήπτες δεν μπορεί να διεισδύσει. Η προχώρησή του γίνεται με ταυτόχρονη πίεση και περιστροφή όπως γίνεται και στις συνηθισμένες γεωτρήσεις δειγματοληψίας των πετρωμάτων. Κατά την εργασία αυτή, ο εσωτερικός σωλήνας που προεξέχει δεν περιστρέφεται εξαιτίας της ειδικής ανάρτησής του σε ένσφαιρο τριβέα (ρουλεμάν), εξαναγκάζεται όμως με την προχώρηση του εδαφολήπτη να διεισδύσει στο προς δειγματοληψία υλικό με τη βοήθεια του κοπτικού άκρου που φέρει. Ο εσωτερικός σωλήνας μπορεί να επενδυθεί με ανταλλάξιμο λεπτό χαλύβδινο σωλήνα ή σωλήνα από PVC (πουκάμισο) για την ασφαλέστερη και ευκολότερη εξαγωγή του δείγματος. Κατά τη διενέργεια της δειγματοληψίας, η περιστροφή του εδαφολήπτη πραγματοποιείται με μικρή ταχύτητα (ανάλογα με τη φύση του εδάφους). Επίσης, η ταχύτητα διείσδυσης δεν πρέπει να υπερβαίνει την ταχύτητα κοπής του εξωτερικού τοιχώματος, ώστε η εφαρμοζόμενη κατακόρυφη δύναμη στη διατρητική στήλη να είναι η μικρότερη που απαιτείται για την κυκλοφορία του νερού και την απαγωγή των υπολειμμάτων του εδαφικού υλικού που αποκόπτονται. Όπως έχει αναφερθεί, χρησιμοποιείται σε σκληρά συνεκτικά εδάφη που δεν έχουν κροκάλες και όπου άλλοι εδαφολήπτες δεν μπορούν να διεισδύσουν με απλή πίεση. Στη μεταλλευτική έρευνα, χρησιμοποιείται με πολύ καλά αποτελέσματα στη δειγματοληψία καολίνη, μπεντονίτη, αλλά και λιγνίτη. 5. Εδαφολήπτης άμμου (τύπου Bishop). Αυτός ο τύπος εδαφολήπτη είναι ειδικός για τη δειγματοληψία άμμων κορεσμένων σε νερό, ακόμα και χαλαρών, πράγμα πολύ δύσκολο με τους άλλους εδαφολήπτες. Δε μπορεί όμως να χρησιμοποιηθεί σε υλικό στο οποίο υπάρχουν χαλίκια. Έχει κοινά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά με τον εδαφολήπτη διπλού σωλήνα και τον δειγματοσυλλέκτη wireline. Αποτελείται από δύο ομόκεντρους σωλήνες. Κατά την προχώρηση, πεπιεσμένος αέρας εισάγεται στον εξωτερικό σωλήνα για να εκτοπίζει το νερό και ο εσωτερικός σωλήνας μετά τη συλλογή του δείγματος έλκεται στην επιφάνεια με συρματόσχοινο. 6. Εδαφολήπτης Kjellman. Ο εδαφολήπτης αυτός είναι κατασκευαστικά πολύπλοκος, γιατί είναι ειδικός να λαμβάνει συνεχές δείγμα διαμέτρου 66 mm και μήκους μέχρι 20 m, εφόσον βέβαια οι εδαφικές συνθήκες το επιτρέπουν. Αυτό γίνεται εφικτό με την παρεμβολή μεταξύ δείγματος και εσωτερικής επιφάνειας του εδαφολήπτη κατακόρυφων μεταλλικών ταινιών, οι οποίες περιβάλλουν το δείγμα. Η τριβή μεταξύ δείγματος και εσωτερικού τοιχώματος του εδαφολήπτη είναι συνεπώς μειωμένες. Οι ταινίες είναι 16 τον αριθμό, διατάσσονται περιφερειακά στο κάτω άκρο του εδαφολήπτη και εκτυλίσσονται καθώς το δείγμα συλλέγεται. Τα ελεύθερα άκρα των ταινιών στερεώνονται πάνω σε έμβολο, το οποίο κατά τη δειγματοληψία παραμένει αναρτημένο από την επιφάνεια με καλώδιο. Η λήψη του δείγματος γίνεται με υδραυλική πρόωση του δειγματοληπτικού σωλήνα. Καθώς η εργασία προχωρεί, προστίθενται από την επιφάνεια νέα τμήματα δειγματοληπτικών σωλήνων έως ότου εξαντληθεί το μήκος των διαθέσιμων ταινιών Κοπτικά άκρα Τα κοπτικά άκρα είναι τα κυριότερα αλλά και τα πιο ευαίσθητα εξαρτήματα ενός γεωτρητικού συγκροτήματος. Διακρίνονται στα κυρίως κοπτικά άκρα ή κορώνες, με τα οποία θα ασχοληθούμε αμέσως παρακάτω, και στα βοηθητικά κοπτικά (φρέζες και πέλματα σωληνώσεων), με τα οποία θα ασχοληθούμε εν συντομία, γιατί με την εξέταση των κορωνών καλύπτουμε σε μεγάλο βαθμό και τα χαρακτηριστικά των βοηθητικών κοπτικών άκρων. Οι κορώνες αποτελούν το κατώτερο άκρο της διατρητικής στήλης και μέσω αυτών διενεργείται η αποσύνθεση του πετρώματος κατά τη διάρκεια της διάτρησης ή η δειγματοληψία. Στη μία βάση φέρουν οπλισμό υπό μορφή κοπτικών ακμών από σκληρό και ανθεκτικό στη φθορά υλικό, ενώ στην άλλη έχουν σπείρωμα για να κοχλιώνονται με το υπόλοιπο τμήμα της διατρητικής στήλης. Ανάλογα με τη μορφή των κοπτικών ακμών και το υλικό με το οποίο κατασκευάζονται διακρίνονται σε: Κοπτικά με ελάσματα (Drag Bits). Είναι ο παλαιότερος τύπος κοπτικών άκρων που χρησιμοποιούνται στην περιστροφική διάτρηση. Κατασκευάζονται σε πολλούς τύπους (2, 3 ή

34 4 ελασμάτων) διαφόρων σχημάτων. Τα ελάσματα είτε είναι ενσωματωμένα στο σώμα του κοπτικού, είτε στερεώνονται πάνω σε αυτό και περιστρέφονται όλα μαζί ως μία μονάδα. Χρησιμοποιούνται κυρίως για μαλακούς και κολλώδεις μη συνεκτικούς σχηματισμούς. Τρίκωνα κοπτικά (κοπτικά με περιστρεφόμενους κώνους). Οι κοπτικές ακμές μπορεί να είναι κατασκευασμένες είτε από το ίδιο υλικό του σώματος του κοπτικού άκρου διαμορφωμένες με μηχανουργική επεξεργασία πάνω σε αυτό και επενδεδυμένες με καρβίδιο του βολφραμίου που επιμηκύνει τη διάρκεια ζωής τους (ενσωματωμένοι οδόντες), είτε είναι μορφής κομβίων (κοινώς βίδια), επίσης από καρβίδιο του βολφραμίου, που πρεσάρονται μέσα ειδικές οπές διαμορφωμένες στο μέτωπο του κοπτικού (ένθετοι οδόντες). Αδαμαντοκορώνες, οι οποίες ανάλογα με το είδος των φερόμενων διαμαντιών διακρίνονται σε αδαμαντοκορώνες με βιομηχανικά διαμάντια, πολυκρυσταλλικά συμπαγή αδαμαντοκοπτικά (polycrystalline diamond compact bits ή PDC bits) και θερμικά σταθερά πολυκρυσταλλικά αδαμαντοκοπτικά (thermally stable polycrystalline diamond bits ή TSP bits). Τα κοπτικά στοιχεία ενός αδαμαντοκοπτικού αποτελούνται από έναν μεγάλο αριθμό διαμαντιών μικρού μεγέθους, γεωμετρικά κατανεμημένων μέσα σε μια μήτρα από καρβίδιο του βολφραμίου και χάλυβα. Η γεωμετρική κατανομή των διαμαντιών στη μετώπη του κοπτικού βοηθά στο να βελτιώνεται η κοπτική αλληλεπίδρασή τους (cutting interaction). Οι αδαμαντοκορώνες κατασκευάζονται είτε ως κοπτικά διάτρησης, είτε ως κοπτικά πυρηνοληψίας, σε συνδυασμό με δειγματοσυλλέκτη (core barrel) για τη λήψη πυρήνων από τον υπό έρευνα σχηματισμό. Όταν τα διαμάντια είναι σχετικά μεγάλου μεγέθους (έως και 100 λίθοι/καράτι), τότε εμφυτεύονται στην επιφάνεια της στεφάνης και κατασκευάζονται οι κορώνες κόκκου. Τα κοπτικά αυτά είναι κατάλληλα για τη διάτρηση μαλακών και μέτριας σκληρότητας σχηματισμών. Όταν τα διαμάντια είναι μικρά, λίθοι/καράτι, είτε παρουσιάζουν κοκκομετρία mesh αναμειγνύονται με το υλικό της στεφάνης και υφίστανται κατεργασία σε υψηλές θερμοκρασίες, όπου και συσσωματώνονται. Έτσι, κατασκευάζονται οι κορώνες κόνεως. Τα κοπτικά κόνεως είναι κατάλληλα για τη διάτρηση πολύ σκληρών, φθοροποιών ή ρωγματωμένων σχηματισμών. Κατά τη διάτρηση, με την ομαλή φθορά και της στεφάνης, νέες κοπτικές ακμές εκτίθενται προς χρήση, με αποτέλεσμα να διατηρείται μια σχετικά σταθερή διατρητική συμπεριφορά του κοπτικού μέχρι την πλήρη φθορά του. Το διαμάντι είναι το πιο σκληρό ορυκτό που είναι γνωστό και έχει τιμή 10 στην κλίμακα Mohs της σκληρότητας των ορυκτών. Η κλίμακα Mohs κυμαίνεται από την τιμή 1 για πολύ μαλακό πέτρωμα (τάλκης), έως την τιμή 10 για τα σκληρότερα ορυκτά (διαμάντι). Η θερμική αγωγιμότητα του διαμαντιού είναι επίσης η μεγαλύτερη μεταξύ όλων των ορυκτών, γεγονός που επιτρέπει στο διαμάντι να απορροφά θερμότητα από τις κοπτικές ακμές πολύ γρήγορα. Αυτή είναι μια σημαντική ιδιότητα στην προστασία από την απώλεια διαμαντιών λόγω καύσης ή θερμικής θραύσης. Η αντοχή του σε συμπίεση είναι περίπου bar (το καρβίδιο του βολφραμίου έχει αντοχή σε συμπίεση bar, ενώ ο χάλυβας C.45 έχει bar). Το σημείο τήξης του είναι πολύ υψηλό (3650ºC), αλλά σε θερμοκρασία 1450ºC μετατρέπεται επιφανειακά σε γραφίτη (γραφιτοποίηση). Ο περιορισμός σε φυσικά διαμάντια και η υψηλή τιμή τους οδήγησε στην ανάπτυξη συνθετικών διαμαντιών (από γραφίτη σε υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες), τα οποία είναι σήμερα ανταγωνιστικά με τα μικρού μεγέθους φυσικά διαμάντια. Όσο μεγαλώνει το μέγεθος του κόκκου τόσο το φυσικό διαμάντι υπερτερεί. Η κατασκευή συνθετικών διαμαντιών περιορίζεται στην πράξη σε κοκκομετρίες από 200 λίθους/καράτι και άνω. Ο σχεδιασμός της αδαμαντοκορώνας πρέπει να εξασφαλίζει σωστή κοπή του πετρώματος, έγκαιρη απομάκρυνση των θρυμμάτων, σωστή ψύξη του κοπτικού και αντιμετώπιση πλευρικών καταπονήσεων (σταθερότητα). Στρογγυλά ή ημιστρόγγυλα προφίλ παρέχουν καλύτερη εκμετάλλευση των διαμαντιών, μεγαλύτερη σχετικά ταχύτητα διάτρησης και χρήση σε μεγάλο εύρος σκληρότητας των σχηματισμών. Το μέγεθος των διαμαντιών που χρησιμοποιούνται καθορίζει τον τύπο του πετρώματος που θα διατρηθεί. Η ποιότητα των διαμαντιών, το φορτίο της στεφάνης (το συνολικό βάρος των διαμαντιών που φέρει το κοπτικό σε καράτια) και ο οπλισμός (αριθμός λίθων/μονάδα επιφάνειας κοπής) σε ένα δεδομένο αδαμαντοκοπτικό εξαρτώνται από τον προγραμματιζόμενο ρυθμό προχώρησης και το μέγεθος των θρυμμάτων. Όταν ορύσσονται σκληροί σχηματισμοί σε αργούς ρυθμούς προχώρησης, τα θρύμματα είναι πολύ μικρά και πιο εύκολο να καθαριστούν. Στην περίπτωση αυτή προτιμώνται μικρά διαμάντια για να εξασφαλίσουν μέγιστη πίεση (θλίψη) στο μέτωπο όρυξης, χωρίς να εμποδίζουν την απομάκρυνση των θρυμμάτων. Στους πιο μαλακούς σχηματισμούς, απαιτείται μικρότερο θλιπτικό φορτίο πάνω στο μέτωπο της κορώνας. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιούνται μεγαλύτερα διαμάντια για να κόβουν μεγαλύτερα

35 κομμάτια πετρώματος και να αφήνουν περισσότερο χώρο για τη διέλευση των θρυμμάτων. Αν και υπάρχουν γενικοί κανόνες για την επιλογή των διαμαντιών, ο καλύτερος οδηγός είναι η εμπειρία από τα προηγούμενα κοπτικά. Στην Εικόνα 5.14 παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά της αδαμαντοκορώνας για δειγματοληψία. Αποτελείται από δύο κύρια μέρη, το σώμα και την αδαμαντοφόρο στεφάνη. Στην παρουσίαση που ακολουθεί εξετάζονται χωριστά οι κορώνες κόκκου και κόνεως σε ό,τι αφορά τα τεχνικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά του οπλισμού τους. Αναπτύσσεται ιδιαίτερα το θέμα της εκλογής της μήτρας στα κοπτικά σκόνης και παρατίθενται στο τέλος στοιχεία για τα πεδία εφαρμογής κάθε τύπου. Εικόνα 5.14 Ονοματολογία των διαφόρων μερών της αδαμαντοκορώνας για δειγματοληψία Οπλισμός των κορωνών κόκκου Τα χαρακτηριστικά των διαμαντιών που τοποθετούνται στα κοπτικά άκρα προσδιορίζουν, μαζί με τα χαρακτηριστικά της μήτρας, και τα πεδία εφαρμογής τους. Τα χαρακτηριστικά αυτά είναι: η ποιότητα των διαμαντιών, το μέγεθος των διαμαντιών, το φορτίο των διαμαντιών και η πυκνότητά τους. Επειδή ο ρόλος των χαρακτηριστικών αυτών είναι ουσιαστικός στην εκλογή του κατάλληλου κοπτικού άκρου, τα εξετάζουμε παρακάτω αναλυτικότερα.

36 Ως προς την ποιότητα των διαμαντιών, όπως έχουμε ήδη πει, για τον οπλισμό των αδαμαντοκοπτικών χρησιμοποιούνται βιομηχανικά διαμάντια ποιότητας Boartz ή Ζαΐρ. Ανάλογα με την ποιότητά τους και το σχήμα τους χωρίζονται κατά σειρά ποιότητας στις παρακάτω κατηγορίες (από καλύτερης ποιότητας στα χειρότερης): ΑΑΑΑ, ΑΑΑ, ΑΑ, Α για τα διαμάντια τύπου BOARTZ και C1, C2 για τα διαμάντια τύπου Ζαΐρ. Μια άλλη διαβάθμιση διακρίνει τα διαμάντια σε κατηγορίες WA-1, WA-2, WA-3. Κάθε κατασκευαστής, διακρίνει τα προϊόντα του σε διάφορες κατηγορίες, αλλά δεν υπάρχει απόλυτη αντιστοιχία μεταξύ των διακρίσεων των διαφόρων κατασκευαστών. Στο Ι.Γ.Μ.Ε. χρησιμοποιούνται αδαμαντοκοπτικά με διαμάντια κυρίως ποιότητας ΑΑΑ (πολύ καλή). Επειδή η διαφορά τιμής είναι σημαντική από ποιότητα σε ποιότητα, έχει σημασία να διαλέγουμε την οικονομικότερη ποιότητα διαμαντιών για κάθε συγκεκριμένη εργασία. Η καλύτερη ποιότητα διαμαντιών δεν δίνει πάντοτε και την οικονομικότερη λύση. Αυτή η ποιότητα χρησιμοποιείται μόνο στα πολύ φθοροποιά και υψηλής αντοχής στη θλίψη πετρώματα. Εάν όμως το πέτρωμα είναι κερματισμένο και γίνεται αιτία να ξεριζώνονται τα διαμάντια της κορώνας, τότε η χρήση διαμαντιών πολύ καλής ποιότητας (ΑΑΑ) είναι άσκοπη δαπάνη. Εδώ μπορεί να αποδώσει το ίδιο ικανοποιητικά και με σημαντικά μικρότερο κόστος η ποιότητα Α (αν και, γενικά, στα κερματισμένα πετρώματα δεν συνιστάται η χρήση κορωνών κόκκου αλλά κόνεως, οι οποίες έχουν πολύ καλύτερη συμπεριφορά και απόδοση). Τα διαμάντια μέσης ποιότητας ΑΑ χρησιμοποιούνται στους ενδιάμεσους σχηματισμούς. Ανεξάρτητα πάντως από τα παραπάνω, όταν ένας μηχανικός δεν ξέρει τι είδους πέτρωμα πρόκειται να αντιμετωπίσει και προκειμένου να αποκτήσει τη σχετική εμπειρία, καλό είναι να ξεκινάει με κορώνες χαμηλής ποιότητας διαμαντιών, αποφεύγοντας έτσι το ενδεχόμενο να κατασπαταλήσει υψηλής αξίας κορώνες μέχρι να βρει τον κατάλληλο τύπο. Όσα είπαμε παραπάνω για την ποιότητα των διαμαντιών συγκεντρώνονται στον Πίνακα 5.7: Ποιότητα διαμαντιών ΑΑΑ (PREMIUM) AAA (SELECT) AA (STANDARD) A (ECONOMY) Σκόνη Χαρακτηριστικά πετρώματος Πολύ σκληρά, φθοροποιά και σταθερά πετρώματα Σκληρά πετρώματα, φθοροποιά πετρώματα Μέτρια ή και μαλακότερα πετρώματα Κερματισμένα και σκληρές ενδιαστρώσεις, ή άλλου τύπου πετρώματα και όπου αναμένεται απώλεια διαμαντιών (ξερίζωμα ή ξύρισμα των διαμαντιών) Πολύ σκληρά (φθοροποιά και μη φθοροποιά) πετρώματα. Σκληρά και κερματισμένα πετρώματα. Χαλαρά πετρώματα. Πίνακας 5.7 Πεδία εφαρμογής των διαφόρων ποιοτήτων διαμαντιών. Η μόνη παρατήρηση που έχουμε να κάνουμε στον πίνακα αυτό είναι ότι η πρώτη κατηγορία δεν χρησιμοποιείται στην Ελλάδα (την αναφέρουμε για λόγους πληρότητας του πίνακα). Στη θέση της χρησιμοποιούμε τα διαμάντια της ποιότητας ΑΑΑ (SELECT). Ο γενικός κανόνας είναι: στο σκληρότερο πέτρωμα το καλύτερο διαμάντι. Το μέγεθος των διαμαντιών εκφράζεται διεθνώς σε λίθους ανά καράτι και γράφεται s.p.c. και ελληνικά λ.α.κ. ή λ/κτ (1 καράτι αντιστοιχεί σε 0,2 του γραμμαρίου). Είναι φανερό ότι όσο πιο μεγάλα είναι τα διαμάντια, τόσο λιγότεροι λίθοι αντιστοιχούν σε κάθε καράτι. Ο διαχωρισμός του μεγέθους των διαμαντιών που χρησιμοποιούνται στα κοπτικά άκρα είναι μεγάλης σημασίας. Μεγάλο μέγεθος διαμαντιών σημαίνει ότι προεξέχει μεγάλο τμήμα του διαμαντιού από τη μήτρα. Στην περίπτωση αυτή το διαμάντι εισχωρεί βαθύτερα στο πέτρωμα (αν το πέτρωμα το επιτρέπει) και, συνεπώς, έχουμε μεγαλύτερη ταχύτητα προχώρησης. Επιβάλλεται δηλαδή να χρησιμοποιούμε το μεγαλύτερο μέγεθος διαμαντιών που μας επιτρέπει η σκληρότητα του πετρώματος. Σε γενικές γραμμές, μπορούμε να κάνουμε τον ακόλουθο διαχωρισμό κατά μεγέθη: Πολύ μεγάλα διαμάντια: 3 6 λίθοι ανά καράτι: Χρησιμοποιούνται σε ειδικές περιπτώσεις.

37 Μεγάλα διαμάντια: 8 10 και λίθοι ανά καράτι: Χρησιμοποιούνται σε μαλακά, συμπαγή, λίγο φθοροποιά και χονδρόκοκκα πετρώματα (ορισμένοι ψαμμίτες, ηφαιστίτες κ.λπ.). Το Ι.Γ.Μ.Ε. δεν χρησιμοποιεί αυτή την κοκκομετρία. Στη θέση τους χρησιμοποιεί είτε καρβίδια είτε την κοκκομετρία Μεσαία διαμάντια: λίθοι ανά καράτι: Χρησιμοποιούνται σε ημίσκληρα, λίγο έως μετρίως φθοροποιά πετρώματα (σχιστόλιθοι, ασβεστόλιθοι, γνεύσιοι, αμφιβολίτες, διορίτες κ.λπ.). Μικρά διαμάντια: λίθοι ανά καράτι: Χρησιμοποιούνται σε χοντρόκοκκα, σκληρά και φθοροποιά πετρώματα (γρανίτες, γάββροι, συηνίτες, ανδεσίτες, πορφυρίτες κ.λπ.). Πολύ μικρά διαμάντια: λίθοι ανά καράτι: Χρησιμοποιούνται στα πολύ σκληρά χονδρόκοκκα και φθοροποιά πετρώματα. Πάρα πολύ μικρά διαμάντια: λίθοι ανά καράτι: Χρησιμοποιούνται στα πολύ σκληρά λεπτόκοκκα και φθοροποιά πετρώματα. Οι δυο τελευταίες κοκκομετρίες δεν χρησιμοποιούνται στο Ι.Γ.Μ.Ε. και μπορούμε να πούμε ότι μπορούν να αντικατασταθούν επιτυχώς με κοπτικά κόνεως. Στην Εικόνα 5.15 φαίνονται παραστατικά οι διαφορές των παραπάνω κοκκομετριών.