Fiabilitate si Durabilitate - Fiability & Durability nr.2/2008 Editura “Academica Brâncuşi” , Târgu Jiu, ISSN 1844 – 640X

95

TENDINŢE ACTUALE ÎN CONSTRUCŢIA INSTALAŢIILOR DE

FORAT GALERII ŞI SONDE CU DIAMETRE MARI

şef lucrări dr. ing. Petre SĂVULESCU, Universitatea Petrol-Gaze din Ploieşti

Abstract: The author presents in the paper the present stage of drilling rigs for galleries and wells with large

diameters. There are suggestive enumerated the achievements of some companies well known in the world as

Robbins, Demag, Wirth. In a special caption there are remembered some Romanian achievement in this domain.

Keywords: diameters, rock, diggind, drilling.

1.Introducere

Instalaţiile de forat galerii şi sonde cu diametre mari au devenit competitive datorită unor

calităţi de bază cum ar fi: viteze mari de săpare, reducerea cheltuielilor de organizare şi de

lucru, nealterarea proprietăţilor fizico-mecanice ale rocii din imediata apropriere a sondei sau

a galeriei [1,2].

Domeniul de utilizare al acestor instalaţii este destul de variat după cum rezultă în cele

ce urmează: a) în ramura construcţiilor hidroenergetice: galerii de captare; galerii de

aducţiune şi de fugă; sonde de acces; sonde de echilibru; b) în industria minieră: pentru

deschiderea zăcămintelor (galerii, sonde, plane înclinate, găuri pilot la sonde de diametre

mari);pregătirea panourilor de exploatare (galerii, sonde, spaţii de degajare);lucrări de

cercetare, explorare;lucrări speciale (camere de pompe, de maşini de extracţie, circuite în jurul

sondelor, camere şi galerii pentru împuşcare); c)în ramura transporturilor feroviare, rutiere:

tuneluri de cale ferata; tuneluri rutiere în zone greu accesibile; d) pentru construcţii specifice

aglomerărilor urbane: aducţiunii de apă; canale de evacuare, plane înclinate şi galerii pentru

metrou; galerii pentru montarea conductelor de gaze naturale; e) în alte scopuri: calea de

acces şi camerele pentru depozitarea gazelor petroliere lichefiate; puţuri pentru depozitarea

deşeurilor; puţuri pentru detonări atomice subterane; tuneluri pentru navigaţie.

Tăierea rocilor se face în prezent prin perforare-împuşcare şi metoda mecanizată.

Metoda cu tăiere mecanizată a căpătat o largă răspândire datorită perfecţionărilor aduse. La

roci tari şi foarte tari se folosesc maşini cu scule în formă de rolă ce prezintă următoarele

avantaje: roca din jurul galeriei nu este afectată de efectele explozivului; roca nefiind fisurată

în jurul galeriei prin efectul explozivului rezistă mai bine presiunii rocilor înconjurătoare, iar

susţinerea poate lipsi, aspect important, operaţia necesitând multă manoperă; se obţin viteze

de săpare ridicate; roca dislocată are granulaţie uniformă, ceea ce permite adoptarea unui

sistem de încărcare-evacuare mare capacitate; securitatea personalului de operare este

îmbunătăţită [3].

2. Variante constructive de instalaţii realizate pe plan mondial

Instalaţiile pentru săparea galeriilor în roci dure reprezintă astăzi cele mai interesante şi

perfecţionate maşini în domeniu. Limita de aplicabilitate a maşinilor este până la un diametru

maxim de 13 m şi lungime minimă a galeriei de 400 m. Firmele mai importante care

realizează astfel de instalaţii sunt: Robbins, Java, Hughes, Lawrance , Demag, Wirth, Dresser,

Mitsubishi, Upetrom. Robbins a fost prima firmă producătoare de maşini pentru săparea

galeriilor în roci dure, acesta deţinând recordul de săpare de 127 m/zi într-o galerie cu

diametrul de 3 m. Schema unei maşini cu role pentru forat galerii orizontale produsă de firma

Robbins este prezentată în figura 1, [4].

Fiabilitate si Durabilitate - Fiability & Durability nr.2/2008 Editura “Academica Brâncuşi” , Târgu Jiu, ISSN 1844 – 640X

96

Cu instalaţii tip Robbins s-au forat în Colorado (S.U.A) trei tuneluri: Blanco (13,8 km);

Oso (8,5 km); Azotea (20,4 km). Firma Robbins realizează şi maşini cu role pentru executarea

sondelor pe verticală. O astfel de maşină este prezentată în figura 2. Schema unei instalaţii

Demag, la care susţinerea galeriei forate se face cu arce metalice este prezentată în figura 3.

Instalaţiile realizate de firma Wirth realizează galerii cu diametru de la 2 la 13 m. Înclinarea

galeriilor poate fi de la 0o

la 90o . Instalaţia Wirth are o construcţie obişnuită fiind compusă

din două părţi principale: maşina propriu-zisă si trailerul purtător al instalaţiei de deservire.

Capul de tăiere, puţin bombat este echipat cu role disc sau role cu butoni,după rocilor ce

urmează a fi străbătute. Schema unei astfel de instalaţii este prezentată în figura 4. Spre

deosebire de alte firme, Wirth construieşte şi maşini pentru executarea galeriilor prin lărgire

în trepte. La galeriile orizontale săparea prin lărgire se realizează în două moduri: lărgirea

într-o treaptă sau în două trepte simultan cu executarea găurii pilot; lărgirea într-o treaptă sau

în două trepte a găurii pilot executate în avans pe toată lungimea lucrării. Se consideră că

sistemul de săpare cu lărgirea ulterioară a galeriei pilot are următoarele avantaje: obţinerea

unor informaţii preliminare asupra formaţiunilor de roci ce urmează a fi străbătute cu galeriile

de profil mare, cu ajutorul găurii pilot de diametru mic; economie la aeraj; alimentarea cu

energie a instalaţiei de lărgire prin galeria pilot maşina pentru galeria pilot este de dimensiuni

mici şi putere mică. Dezavantajele metodei pot fi următoarele: viteză redusă de săpare la

diametrul final; influenţa reciprocă a maşinilor; atunci când galeria pilot sau cea de profil

intermediar necesită susţinere nu este posibilă lărgirea la următoarea treaptă.

3. Instalaţii autohtone de forat sonde şi galerii cu diametru mare

În prima fază s-au modificat în scopul săpării unor sonde cu diametrul de 3,6 m două

instalaţii de petrol existente şi anume 3DH-200 şi o instalaţie F320-3DH, cărora li s-a ataşat

simbolul M care atestă noua destinaţie a instalaţiei. Cu instalaţia 3DH-200M s-a săpat şi tubat

între 1982-1984 două sonde la Borod-Borzel şi o sondă la Mihăiţa. Cu instalaţia F320-3DHM

s-au săpat 2 sonde la Buştenari. O a doua fază a constituit-o construirea unor instalaţii de foraj

destinate săpării sondelor miniere refolosindu-se subansamblurile principale ale unor instalaţii

de foraj de tip petrol. Astfel, a fost construită instalaţia F400-4DHM care a săpat doua sonde

la Baraolt. A doua instalaţie de acelaşi tip a început forajul la Palazu Mare şi era destinată

săpării unei sonde premergătoare la 400 m pentru deschiderea unui zăcământ de fier. Ea a

săpat 180m şi s-a oprit din lipsă de investiţii în anul 1990.

Fig. 1. Schema unei maşini cu role produsă de firma

Robbins: a)începutul cursei de săpare; b) terminarea

cursei cilindrilor (efectuarea unui pas); c) pregătirea

pentru o nouă cursă.

Fig. 2. Schema instalaţiei firmei Robbins de forat

sonde verticale de diametru mare.

Fiabilitate si Durabilitate - Fiability & Durability nr.2/2008 Editura “Academica Brâncuşi” , Târgu Jiu, ISSN 1844 – 640X

97

A treia instalaţie F400-4DHM a început forajul la Iscroni, pe care l-a abandonat din lipsă

de fonduri şi a săpat în Prahova la Filipeşti două sonde miniere. S-a proiectat instalaţia FMP-

1000. Ea urma să continue forajul la Palazu Mare iar după omologare să foreze în Bulgaria în

zona Silistra-Tolbuhin două sonde de 1200 m în zăcăminte de cărbune. Acest proiect a fost

abandonat din lipsă de fonduri. S-a proiectat de asemenea şi o instalaţie FMP- 900, acţionată

cu cilindri hidraulici. Diametrele sondelor realizate cu astfel de instalaţii variază între 3,2 m

(realizate cu instalaţia 3DH-200M) şi 6,147 m (urmau să fie realizate cu o instalaţie FMP-

1000). Toate instalaţiile folosesc prăjini de foraj îmbinate prin flanşe.

La toate aceste instalaţii româneşti prezentate evacuarea detritusului se face prin

circulaţie inversă cu aerlift. Agregatul pentru forajul uscat al sondelor de diametru mare

(figura 5) este destinat pentru forajul sondelor miniere de aeraj şi/sau acces în subteran,

precum şi pentru a face legătura între două galerii în minele de cărbune sau săparea castelelor

de echilibru la hidrocentrale. Agregatul de foraj este o instalaţie complexă, autonomă,

capabilă prin dotările pe care le are să asigure o viteză de înaintare la săparea sondelor de

mină în roci dure consolidate de aproximativ 300 m în 30 de zile. Mişcarea de avans se

realizează prin cilindri hidraulici de propulsie sprijiniţi în griperele fixate în pereţii sondei.

Modulul de stabilizare ajută la corecţia găurii şi diminuează vibraţiile apărute în procesul

de săpare. El glisează împreună cu capul tăietor în lungul sondei. La consumarea cursei

cilindrilor de propulsie se face retragerea griperelor din pereţii sondei şi se manevrează

cilindrii de propulsie prin aducerea lor la lungimea minimă, urmată de regripare şi continuarea

avansării în adâncime. Pilotarea agregatului se face din cabina comandă-pilotaj, care se află

amplasată deasupra griperelor la partea superioară a agregatului. La terminarea sondei,

agregatul se demontează în componente care se transportă la suprafaţă cu lifturile existente

sau spre altă sondă ce trebuie forată.

Agregatul de foraj al găurilor de diametru mare este conceput să realizeze un foraj

descendent, uscat, cu gaură pilot pentru a permite aplicarea tehnologiilor moderne de săpare a

sondelor miniere, caracterizate prin: autonomie de foraj până la 750 m (limitarea este dată de

utilajul auxiliar cu care se forează gaura pilot); nu necesită la forare materiale speciale

pirotehnice (utilizate la tehnologia clasică); permite consolidarea sondei în spatele agregatului

cu plase metalice asigurate cu inele de oţel; asigură o cursă tehnologică egală cu pasul dintre

două inele de consolidare, realizând astfel o sincronizare între paşii de forare şi cei de

consolidare; agregatul este deservit de o echipă formată din doi oameni şi este prevăzut cu

senzori de protecţie.

Referitor la instalaţiilor de forat galerii orizontale în secţiune plină, la noi în ţară s-a

proiectat şi realizat o gamă întreagă de instalaţii: FGO 32; FGO 36; FGO 46; FGO 55; FGO

65. Diametrele găurilor realizate variau între 3,2 m şi 6,5 m.

Fig. 3. Schema unei instalaţii Demag: 1 – capul tăietor; 2– dispozitiv hidraulic de fixare; 3

– cilindri hidraulici de avans; 4 – dispozitiv hidraulic de fixare spate; 5 – cuplaj hidraulic;6

– motor electric, 7 – cabina operatorului; 8 – transportor cu raclete; 9 – transmisie

cardanică; 10 – arce metalice de susţinere

Fiabilitate si Durabilitate - Fiability & Durability nr.2/2008 Editura “Academica Brâncuşi” , Târgu Jiu, ISSN 1844 – 640X

98

4. Concluzii

În comparaţie cu metoda clasică de săpare prin perforare şi împuşcare a sondelor cu

diametru mare [3,4], utilizarea instalaţiilor şi agregatelor prezentate, prezintă o serie de

avantaje cum ar fi: viteză mare de săpare; roca din jurul sondei nu este afectată; tăierea rocii

fiind mecanizată se poate introduce un sistem automatizat de evacuare a detritusului;

securitatea operatorilor este mult îmbunătăţită; dotarea cu mecanizări complexe şi

automatizarea proceselor controlate prin calculator le asigură o fiabilitate sporită.

5. Bibliografie

[1] Iordache, G., ş.a.,Forarea sondelor cu diametre mari, Editura tehnică, Bucureşti, 1983.

[2] Popescu, V., Săparea canalelor subterane, Editura tehnică, Bucureşti, 1980.

[3] Radu, L., Instalaţii de forat vertical sonde cu diametre mari, Sesiune jubiliară, „50 de ani

de activitate de cercetare - proiectare în domeniul utilajului petrolier şi al armăturilor

industriale”, 16-17 septembrie 2004, Ploieşti.

[4] *** Documentaţie tehnică, firmele: Robbins (USA); Demag, Wirth (RFG); IPCUP

Ploieşti (România)., 2000-2007.

Fig. 4. Schema instalaţiei Wirth: 1 – cap de tăiere; 2 –

patine anterioare; 3 – patine posterioare; 4 – trailer; 5

– cilindrii hidraulici; a –fixarea papucilor în pereţii

galeriei; b – realizarea înaintării cu ajutorul cilindrilor

hidraulici; c – retragerea patinelor; d – retragerea

cilindrilor hidraulici; e – reluarea ciclului de lucru.

Fig. 5. Agregat pentru forajul uscat al sondelor de

diametru mare: 1 – capul tăietor; 2 – echipamentul

de rotire;3 – modulul de propulsie, stabilizare şi

fixare; 4 – instalaţia hidrostatică;

5 – instalaţia electrică; 6 – cabina de pilotaj şi

instalaţia de dirijare cu laser.