آشنایی

تاریخچه حفر گمانه بسیار قدیمی است و پیشینیان برای جستجوی آب در دشتها و دره‌ها به حفر گمانه می‌پرداخته‌اند و چون تلمبه اختراع نشده بود، در اغلب موارد آب از چاه (گمانه) به صورت آرتزین خارج شده و یا چهارپایان کار آبکشی را انجام می‌دادند. تا آنجا که تاریخ نشان می‌دهد قدیمیترین گمانه‌ها در چین حفر شده و سیستم حفاری ضربه‌ای که امروزه در حفر گمانه مورد استفاده قرار می‌گیرد، همان طریقه قدیمی است که در چین متداول بوده است. برای حفر گمانه به اعماق مختلف ، اقطار و در سنگهای گوناگون ، وسایل و تجهیزات و ماشین آلات حفاری در انواع و استانداردهای مختف با تکنولوژیهای گوناگون متداول است.

انواع روشها و تکنیکهای حفاری

حفاری شوئیدنی (Wash boring)

این حفاری برای بدست آوردن نمونه‌های خاک ، حفاری اکتشافی برای بررسیهای اولیه ، حفر گمانه برای برخی آزمونهای برجا از جمله آزمایش SPT بکار می‌رود.

• روش حفاری :
  بالا و پایین رفتن سر مته باعث سست شدن مواد زیر لوله تزریق آب می‌شود. آب با فشار زیاد از سوراخ سر مته خارج و خرده‌ها را به خارج هدایت می‌کند.
   
• مزایا :
  نیاز به کارگری با مهارت کم دارد. در همه نقاطی که برای وسایل سبک قابل دسترس باشند، قابل اجرا است.
   
• محدودیتها :
  اجرای عملیات ، مخصوصا در عمق بیش از 10 متر کند است. نفوذ در خاک مقاوم مشکل و در سنگ غیر ممکن است. خارج کردن گراول از لوله جدار مشکل است و منجر به کاهش کیفیت نمونه‌ها می‌شود. گرفتن نمونه دست نخورده مشکل است.

مته دورانی (Ratary drill)

این روش هم نمونه‌های خاک و سنگ را بدست می‌دهد و هم نمونه‌هایی برای انواع آزمایشهای برجا ایجاد می‌کند. این روش در حفر گمانه‌های غیر قائم برای زهکشی افقی یا ایجاد مهار کاربرد دارد.

• روش حفاری :
  پیشروی توسط سر مته برنده که در انتهای لوله حفاری قرار دارد و تحت فشار هیدرولیکی است، انجام می‌شود. دیواره چاه را معمولا گل نگاه می‌دارد.
   
• مزایا :
  روشی نسبتا سریع است و می‌تواند در همه نوع مواد نفوذ کند. برای همه نوع نمونه گیری مناسب است.
   
• محدودیتها : جابجا کردن وسایل در زمینهای ناهموار و باتلاقی مشکل است و محتاج راه مناسب است. همچنین محتاج سکوی تسطیح شده است. کارآیی حفاری با توجه به اندازه دستگاه متغیر است.

اوگر مارپیچی ممتد

این دستگاه سوراخهایی به قطر کوچک تا متوسط حفر می‌کند و بطور پیوسته نمونه‌های دست خورده می‌گیرد. معمولا در خاکهای دارای چسبندگی ، که چاه بدون لوله جدار ریزش نمی کند، انجام می‌شود.

• روش حفاری :
  حفاری با چرخاندن رشته ممتد اوگرمارپیچی صورت می‌گیرد.
   
• مزایا :
  روش سریع در خاکهای مقاوم و سنگ نرم است. پس از خروج اوگر ، اگر چاه باز باقی بماند، امکان نمونه گیری SPT وجود دارد.
   
• محدودیتها : پس از خروج اوگر در مواد با چسبندگی کم یا دانه‌ای و یا بدون چسبندگی ، چاه ریزش می‌کند و لذا عمق حفاری تا نزدیکی سیستم ایستابی محدود می‌شود. روشهای نمونه گیری محدود و نمونه‌های بدست آمده دست خورده‌اند.

اوگر میان تهی

این دستگاه سوراخهایی با قطر کم تا متوسط برای نمونه گیری از خاک حفر می‌کند.

• روش حفاری :
  روش حفاری مشابه حالت قبل است با این تفاوت که ساقه مجوف به داخل زمین پیچانده می‌شود تا نقش یک لوله جدا را بازی کند.
   
• مزایا :
  روش سریع خاکهای ضعیف تا نسبتا مقاوم است. گرفتن نمونه‌های SPT و UD امکانپذیر است. در خاکهای مقاوم حاوی لایه‌های شنی ، نفوذ به اعماق زیاد مشکل و به داخل قطعات سنگ غیر ممکن است. دست خوردگی قابل ملاحظه‌ای ممکن است بر اثر مته اوگر در خاک بوجود آید.

اوگرهای با قطر زیاد

این روش برای حفر سوراخهای با قطر زیاد (تا 10 سانتیمتر) برای کسب نمونه‌های دست خورده و بررسی لایه‌ها در خاکهای دارای چسبندگی که گمانه نیاز به حایل ندارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• روش حفاری :
  با چرخاندن اوگر دارای قطر زیاد خاک بریده شده و گمانه حفر می‌شود.
   
• مزایا :
  روشی سریع بوده و بررسی شرایط خاک در زیر زمین از نزدیک را امکانپذیر می‌سازد.
   
• محدودیتها :
  عمق حفاری توسط سطح ایستابی و شرایط سنگ محدود می‌شود. ماشینهای بزرگتر محتاج راه دسترسی مناسب هستند. برای خاکهای بدون چسبندگی ، رسهای نرم و خاکهای آلی مناسب نیست. نمونه‌ها دست خورده است.

حفاری ضربه‌ای

تنها در حفاری چاههای آب بکار می‌رود. نمونه‌های شسته شده توسط گل‌کش ‌خارج می‌شود. عمق تا سنگ بستر را مشخص می‌کند.

• روش حفاری :
  سر مته سنگین بالا آورده شده و رها می‌شود تا مواد شکسته شده و یک مخلوطی از خرده‌ها و آب ایجاد شود که توسط گل‌کش با پمپهای ماسه کش خارج می‌شود. دیواره چاه توسط لوله جدار ، پابرجا نگاه داشته می‌شود.
   
• مزایا :
  روشی نسبتا اقتصادی جهت تعبیه گمانه‌های با قطر زیاد (تا 60 سانتیمتر) در انواع مواد است.
   
• محدودیتها : ابزارها بزرگ و پر زحمت است. در خاکهای قوی و سنگ به کندی انجام می‌شود. اغتشاشات اطراف سر مته که ناشی از ضربات پر انرژی سر مته است، به شدت بر مقادیر SPT تاثیر می‌گذارد. مغزه گیری و نمونه UD سنگ امکانپذیر نیست.

مته چکشی

برای حفر چاه آب و چاههای اکتشافی در داخل قطعه سنگها مناسب است.

• روش حفاری :
  مشابه حفاری ضربه‌ای است. شمعی که توسط نیروی دیزل رانده می‌شود برای راندن لوله جدار مضاعف استفاده می‌شود. در حالی که جریان هوا تراشه‌ها را از لوله داخلی خارج می‌کند.
   
• مزایا :
  نفوذ نسبتا سریع در قطع سنگها و قلوه سنگها است.
   
• محدودیتها :
  مشابه حفاری ضربه‌ای است، با این تفاوت که پیشروی به مراتب سریعتر است.

مته ضربه‌ای بادی

این روش برای حفر گمانه برای آتشباری ، دوغاب زنی و مهار سنگ است. روش سریع برای حفر چالهای با قطر کم در سنگ سخت است. بهترین کاربرد را در سنگهای سخت توده‌ای دارد. نمونه‌ها منحصرا به ذرات و تراشه‌های کوچک است. برای نمونه گیری بکار نمی‌رود. در سنگهای سست دارای شکستگی با لایه‌های رس یا شیل مرطوب ممکن است تمام لوله حفاری در سوراخ باقی بماند.

• روش حفاری :
  ضربات و چرخیدن سر مته ، سنگ را خرد می‌کند و تراشه‌ها توسط فشار هوا خارج می‌شود.