Sondaj
Sondaj Dünya'da bir delik, tünel veya kuyu açmak için delme işlemidir. Kayaları parçalamak ya da delikte kesikler açmak gibi prensiplerle yürütülen işlemlerdir.
Jeoloji, tarım, su bilimi, inşaat mühendisliği ve maden arama alanlarında çeşitli uygulamalar için kullanılır. Günümüzde, Dünya sondajlarının çoğu aşağıdaki amaçlardan birine hizmet eder:
- matkabın geçtiği toprak ve/veya kayadan numuneler almak
- malzemenin çıkarılabileceği kayalara erişmek
- daha sonra ölçülebilen kayalara erişmek
- mühendislik desteği sağlamak amacıyla kayaya erişim sağlamak
Amaç bir amaç için bir delik açmak olan diğer malzemelerdeki sondajların aksine, genellikle sondaj veya karot alma işlemi zemin/litoloji hakkında bilgi edinmektir. Bu, madencilik için bir cevher gövdesini tanımlamak ve miktarını belirlemek için araştırma amacıyla veya bir bina veya yükseltilmiş yapı için gereken temel tipini belirlemek veya tüneller ve derin bodrumlar gibi yeraltı yapıları için yapılabilir; burada zeminin anlaşılması, kazma ve destek felsefesinin nasıl belirleneceği için hayati önem taşır. Delme, dikey ve eğimli şaft yapımında da kullanılır.
Tarihçe
[değiştir | kaynağı değiştir]Sondajın ilk olarak nerede ve hangi tarihte yapıldığına dair farklı görüşler bulunmaktadır. İlk sondajın M.Ö. 2000 yıllarında bugünkü "darbeli sondaj" tekniğine yakın bir yöntemle tuzlu su elde etmek için Çin’de yapıldığı sanılmaktadır. Mısır’da da yine M.Ö. ki yıllarda basit sondaj yöntemleri kullanarak kuyular açıldığı tahmin edilmektedir.
Darbeli sondaj tekniği ile ilk petrol sondajı 1794 yılında Fransa’da yapılmıştır. İlk karot alma makinası 1864'te İsviçre’li bir mühendis tarafından yapılırken bugünkü sondaj makinalarının çalışma prensibini ortaya koyan ilk karot alma makinası İsveç’li maden mühendisi Craelius tarafından 1885 yılında yapılmıştır. Craelius’la darbeli teknik terkedilerek yavaş yavaş döner sondaja geçilmiştir.
Türkiye’de bilinen en eski sondajlar bir Alman firması tarafından petrol araştırması amacıyla İskenderun’da açılmıştır. Tekirdağ’da açılan bir petrol kuyusunun ardından, hakkında yazılı bilgi bulunan ilk su sondajı 1920 yılında İstanbul’da açılmıştır. 1935 yılında MTA ve EİE’nin kurulması ile sondajcılığın Türkiye’deki gelişimi hızlanmış ve bugünkü seviyeye ulaşmıştır.
Sondaj dünya üzerinde delik açmaya yarayan yöntemlere verilen addır. Kayaları parçalamak ya da delikte kesikler açmak gibi belirli prensiplerle yürütülen sondalama işlemidir. Her türlü zeminde ve sert kayada su sondajı yapabilir.
Sondaj kaya ortamda hava sirkülâsyonu ile yumuşak zeminlerde ise çamur sirkülâsyonu ile yapılır. Arazinin durumuna göre, jeolojik yapıya formasyonların özelliklerine göre Her iki sondaj tekniğinin kullanılmasını gerektiren durumlar olabilmektedir.
Yumuşak ve yıkılan zeminlerde sondaj çamur sirkülâsyonu ile yapılır ve delme işleminden sonra kuyu teçhiz edilerek boru ile kuyu cidarı arası çimentolanır. Daha sonra kuyu inkişafı yapılır.
Kaya ortamda - Sert kayalarda kullanılan sondaj tekniği çamur sirkülâsyonlu sondajdan daha farklıdır. Kaya ortamda sondaj, hava sirkülâsyonu ile gerçekleşir. Sonuçta bu işlemlerin sonucun da Akiferden (su taşıyan formasyondan) su alınır.
Yöntemler
[değiştir | kaynağı değiştir]Taş delme işleminde, özellikle malzeme türüne dikkat edilmelidir. Taş delme işleminde kullanılan matkap uçlarının üç farklı sınıflandırması vardır: yumuşak, orta ve sert. Yumuşak oluşum kaya uçları, konsolide olmamış kumlarda, killerde ve yumuşak kireç taşlarında vb. kullanılır. Orta oluşum uçları, dolomitlerde, kireç taşlarında ve şistlerde kullanılırken, sert oluşum uçları sert şist, çamurtaşları, granit, kireç taşları ve diğer sert ve/veya aşındırıcı oluşumlarda kullanılır.
Yumuşak zemin delme, döner burgu veya yıkama delme teknikleri kullanılarak gerçekleştirilebilirken, kaya delme genellikle, kayanın mukavemetini, aşınma derecesini, ne kadar sağlam olduğunu (RQD) belirlemek ve herhangi bir süreksizliği veya diğer zayıflık düzlemlerini tespit etmek için incelenebilen bir malzeme çekirdeğinin çıkarılmasına izin veren NMLC gibi yöntemler kullanır.
Malzemenin sondaj deliklerinde test edilmesi de mümkündür. Yumuşak zeminde, malzemenin mukavemetini belirlemek için standart penetrasyon testi kullanılabilir. Hidrolik kırılma veya üstten delme kullanılarak kaya yerinde gerilim testinde, Acoustic Televiewer, yönlerini belirlemek için süreksizlikleri haritalamak için kullanılabilir. Ayrıca, sondaj deliği tamamlandıktan sonra geçirgenliği ölçmek de mümkündür. Ayrıca inceleme ve laboratuvar testi için su ve malzeme örnekleri alınır.
Sondaj makineleri ve pompalar
[değiştir | kaynağı değiştir]Sondaj kısaca yeryüzüne açılan bir nevi deliktir. Sondaj makinesi kısaca, bir kızağa veya kamyona monteli basit yapılı sondaj donanımı olarak tanımlanabilir. Büyük sondaj donanımlarında ayrı ayrı makinelerce yürütülen işlevler sondaj makinelerinde birleştirilmiş ve bir makine tarafından yapılma olanağı getirilmiştir. Genellikle sığ sondajların açımında kullanılırlar. Döner sondaj donanımında döner masanın yerine sondaj makinelerinde morset bulunur. Sondaj makineleri çoğunlukla etüt, maden ve su amaçlı kullanılırlar. Sondaj makineleri delme yöntemine göre üç gruba ayrılırlar:
- Rotari sondaj makineleri
- Darbeli sondaj makineleri
- Kombine çalışan sondaj makineleri
Ayrıca montaj durumuna göre rotari makineleri üç sınıfa ayırmak mümkündür:
- Kızaklı sondaj makineleri: EİE‘ deki sodaj makinelerinin tamamına yakını bu tiptedir.
- Özel amaçlı sondaj makineleri: Bunlardan Hausher sondaj makinelerinin hareketli paletleri vardır. Genellikle enjeksiyon sondajlarında kullanılırlar.
- Bindirilmiş sondaj makineleri: Bir kamyon ya da römorka montelidir.
Sondaj makinalarının bölümleri
[değiştir | kaynağı değiştir]Sondaj makinaları beş bölümden oluşur.
- Tahrik ünitesi: Güç üniteleri dizel, benzinli, elektrik motorludur. EİE makina parkında bulunan sondaj makinalarından elektrik motorlu iki Hausher ve üç Diamec –250 dışındakiler dizeldir. 10 adedi su soğutmalı diğerleri hava soğutmalıdır.
- Güç aktarma organı: Kuru kavramalı tip debriyaj ve şanzımandan oluşur.
- Sondaj ünitesi: Morset kısmı, kedi başı, vinç ve hidrolik kısımdan oluşur.
- Kızak: Şase kısmıdır.
- Matkap: Sondaj yapılması için gereken en önemli malzemelerden biridir.toprak(yumuşak, sert, killi vb.) ve taştan (kaya, çakıl vb.) olan zeminler için farklı çeşitleri bulunmaktadır.
Sondajda kullanılan pompalar ve özellikleri
[değiştir | kaynağı değiştir]Sondajda dört ayrı grupta yer alan pompalar kullanılmaktadır. Bunlar pistonlu pompalar, santrfüjpompalar, dalgıç pompalar vederin kuyu pompalarıdır. EİE de bunlardan pistonlular kullanılmaktadır.
- Pistonlu pompalar: Tek pistonlu, iki pistonlu ve üç pistonlu olarak üretilirler. EİE ‘de üç pistonlu (tripleks) pompalar kullanılmaktadır. Yalnızca enjeksiyon pompaları iki pistonludur. Pistonlu pompaların santrfüjlere nazaran verimleri az ancak basınçları yüksektir. Bu nedenle sondajda tercih edilir. Tripleks pompa dengeli çalışır, hafiftir, parçalara bölünebilir. Enjeksiyon pompaları elektrik motorlu olup diğer pompalar dizel motorlu ve hava soğutmalıdır.
- Santrfüj pompalar: Basınç gereksinimi küçük debisi büyük yerlerde kullanılır.
- Dalgıç pompalar: Elektrikle çalışır. Pompa ve motor suya batarak çalışır.
- Derin kuyu pompaları: Emme yüksekliğinin 6–7 m’den büyük olduğu yerlerde kullanılır. Suyun basma özelliğinden yararlanarak çalışır.
Sirkülasyon pompaları 50-70 Atm basınçta 135-250 lt/dk debide, enjeksiyon pompaları 80 Atm basınçta ve 65 lt/dk debide su basabilmektedir. Tripleks pompaların syrok ayarı bir somun aracılığı ile ayarlanarak 35-45-50 kg/cm kare olarak basınç ayarlaması yapılabilir. Ayarlama sonucu basınç arttıkça debi düşer..
Sondajcılıkta yapılan başlıca işler
[değiştir | kaynağı değiştir]Sondajın istenilen noktada yapılabilmesi için ilk olarak fiziki şartların sağlanması gerekir. Bu da ancak sondaj lokasyonuna ulaşmakla ve kullanılacak makina ve ekipmanı nakletmekle gerçekleşebilir. O halde öncelikler şu şekilde olacaktır:
- Yol yapımı
- Platform yapımı
- Nakliyat
- Su temini
- Monte
Sondaj yolunu en az eğimli ve kısa olacak biçimde planlamak nakliyatın kolaylığı için son derece önemlidir.
Platform yeterli genişlikte ve meyilsiz olarak hazırlanmalıdır. Zeminin ıslanıp çamur olmaması için tedbirler alınmalıdır. Nakliyat, bilindiği gibi iş kazalarının meydana geme olasılığının yüksek olduğu bir çalışma sürecidir. Bu nedenle çok dikkatli vetedbirli olunmalıdır. Su hattını döşerken hattın dik olması kaygısına kapılmadan en kısa güzergâh seçilmelidir. Pompanın gücünü hattın eğiminin değil, kot farkının etkilediği unutulmamalıdır. Monte çalışmasında da açılacak kuyunun derinliği ile orantılı sağlamlık esas alınmalıdır.
- Sondajcılıkta yapılan başlıca işler şöylece özetlenebilir:
- Karot veya sediman numune alma işleri.
- Yeraltı su seviyelerinin ölçülmesi
- Basınçlı su deneyi yapılması
- Sızma deneyi (permeabilite deneyi )yapılması
- Standart penetrasyon deneyi
- Koni Penetrasyon Deneyi
- Bozulmamış veya bozumuş numune alma işleri
- Boya deneyleri
- Kuyu sapmalarının ölçülmesi
- Kuyu saptırma kamalarının kullanılması
- Kuyuların borulanması
- Sondajcılıkta kullanılan ölçü birimleri:
- DCDMA standardı
- Craelius metrik standardı
- Comecon standardı
Bunlardan ilki Amerikan kökenlidir. BX, NX gibi. İkincisi metrik sistemdir, mm ile söylenir. 76 mm, 84 mm gibi. Üçüncüsü de mm ile ifade edilen ve eski Sovyetler Birliği’nde geliştirilmiş bir standarttır.EİE’de Craelius metrik standarta uygun malzemeler kullanılmaktadır.
- Sondajcılıkta kullanılan ölçü birimleri ve metrik sistemdeki karşılıkları şu şekildedir:
- İnç(parmak) : 2,54 cm
- Feet(ayak) : 30,48 cm
- Kara mili: 1609,35 m
- Galon : 3,785 lt
- Libre(pound) : 0,453 kl
- 1 Atm : 1 kg/cm :760 mm-Hg: 10,3 mss
- 0/0 50 eğim : 45 derece
- 1 kw : 1,341 B.G.
- 1karat : 0,2 gr
Pompaların emme yüksekliği atmosfer basıncı ile ilgilidir. Ortamda hava bulunmasaydı suyu emerek basmak mümkün olmazdı. Emme yüksekliği teorik olarak atmosfer basıncına yani 1 at’e eşittir. Bu da 10,3 m’ye tekabül eder. Pratikte bu yükseklik 6–7 m’dir.Yani daha yüksek bir emme düzeyi pompanın görev yapmasına engeldir.