Analýza fyzikálně - mechanických vlastností injektážních směsí určených pro výplň vertikálních kolektorů tepelných čerpadel

Matěj Křístek

Doctoral thesis

The Analysis of Physical and Mechanical Properties of Injection Mixtures Intended for Filling Vertical Collectors of Heat Pumps

Abstract:

Injektážní směsi jsou neodmyslitelně spjaty s řádným vystrojením vrtů pro tepelná čerpadla. Směsi vyplňují prostor mezi trubicí kolektoru a horninovým masivem. V nynější době, ve které už organizace provádějící vrtné práce mají dostatek zkušeností, nedochází k excesům (zcela nevyhovující injektáž v podobě zpětného zásypu), jimiž bylo provádění vrtných prací zatíženo např. ještě na počátku aktuálního milénia. Organizace svědomitě užívají směsi, u nichž panuje přesvědčení řádného vystrojení. Otázkou však zůstává, zda aktuálně na trhu dostupné injektážní směsi dostatečně splňují požadavky, které na směsi musí být kladeny. Respektive injektážní směsi před tím, jsou-li uvedeny na trh, prodělávají výzkumné práce, aby bylo ověřeno, zda požadovaných kvalit dosahují. Na počátku provozu vrtů tedy směsi disponují dostatečnou jakostí. Problém však může nastat v okamžiku, kdy jsou směsi ve vrtech vystaveny působení různých faktorů, které v dlouhodobém horizontu zapříčiňují degradaci směsí. Že směsi časem degradují, je přirozené. Je však nezbytné, aby i časem degradovaná směs stále oplývala dostatečnou kvalitou. Zůstává otázkou, zda dnes používané injektážní směsi jsou schopny odolat rozrušujícím faktorům do takové míry, aby splňovaly kladené požadavky. V rámci disertačního výzkumu bylo pracováno se vzorky dvou injektážních směsí. Název směsí, pod kterým jsou tyto na trhu prodávány, není uveden. Důvod je prostý. Snahou disertačního výzkumu není vzájemně porovnávat vzorky testovaných směsí, nýbrž poukázat na to, zda se po aplikaci různých zatěžujících faktorů eviduje degradace směsí. Pokud ano, pak demonstrovat vliv degradace na vývoj (pokles) hodnot testovaných fyzikálně-mechanických vlastností. Ačkoliv disertační výzkum přináší zajímavé výsledky, je nutno zmínit, že se jedná o ryze laboratorní výzkum. Na interpretace vyvozené z prezentovaných výsledků je tedy nutno nahlížet s rozvahou. Sektor injektážních směsí má obrovský vědecko-výzkumný potenciál. Bude-li v tomto zajímavém výzkumu na Katedře geologického inženýrství pokračováno, lze pak konstatovat, že zpracované výsledky představují prvotní podklad, na který lze průběžně navazovat, a vytvořit tak např. originální recepturu kvalitní injektážní směsi.

Abstract:

Grouting mixtures are linked to the proper equipment of boreholes for heat exchangers (BHEs). The mixtures fill the space between the collector tube and the rock massif. Nowadays, when the organizations carrying out drilling work already have enough experience, there are no excesses (completely inadequate injection in the form of backfill material from borehole) which occured, for example, at the beginning of the current millennium. Organizations conscientiously use mixtures with predicted good properties. However, the question remains as to whether the grouting mixtures that are currently available sufficiently meet the requirements. Grouting mixtures undergo research before they are put on the market, which verifies that they achieve the required qualities. At the beginning of boreholes operation, the mixtures therefore have sufficient quality. However, a problem can arise when the mixtures in the boreholes are exposed to various loading factors that cause degradation of the mixture in the long term. It is natural for mixtures to degrade over time. However, it is essential that the degraded mixture still has sufficient quality. The question remains whether today's grouting mixtures can withstand loading factors enough to meet the requirements. As part of the dissertation, samples of two grouting mixtures were analyzed. The name of the mixtures under which these are sold on the market is not given. The reason is simple. The aim of the dissertation research is not to compare the samples of the tested mixtures with each other, but to point out whether the degradation of the mixtures is recorded after the application of different loading factors. If so, then the effect of degradation on the development (decrease) of the values of the tested physical-mechanical properties is interpreted. Although dissertation research brings interesting results, it is necessary to mention that it is purely laboratory research. The reported and interpreted results must therefore be viewed with caution. The grout sector has enormous scientific research potential. If this interesting research at the Department of Geological Engineering continues, it can then be stated that the processed results represent a starting point that can be continually followed up on. In the final, an original recipe of a quality grouting mixture can be created, for example.

Keywords

injektážní směsi, vrty pro tepelná čerpadla, vrtaný podzemní zásobník tepla, zatěžující faktory, degradace fyzikálně-mechanických vlastností

Keywords

grouting mixtures, boreholes for heat exchangers (BHEs), borehole thermal energy storage (BTES), loading factors, degradation of physical-mechanical properties

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 29. 8. 2023
• Supervisor: Martin Klempa
• Reader: Petr Bujok, Petr Hemza, Krzysztof Labus

VSB – Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / field:
Geologické inženýrství (čtyřleté) / Geologické inženýrství