Pred štyrmi rokmi zaujala malú skupinu pracovníkov Katedry geotechniky Stavebnej fakulty STU v Bratislave ponuka firmy ZŤS Inmart rozvinúť výskumnú spoluprácu zameranú na budovanie hlbokých energetických studní v rámci Európskych štrukturálnych fondov. Jedná sa o spôsob hĺbenia pri minimálnom narušení životného prostredia (s 97 až 98 % využitím hornín z priestoru šachty), zhotovenia a následne energetického využitia geotermálnej energie v rôznom horninovom prostredí s perspektívou dosiahnuť hĺbku až 2000 m.
Príprava projektu bola veľmi náročná najmä z dôvodu neskúsenosti s administráciou štrukturálnych fondov. Napokon sa projekt podarilo skompletizovať a na naše potešenie aj získať. Komplikovanosť procesu výberových konaní pribrzdila reálnu výskumnú prácu. Preto sa v prvých dvoch rokoch pozornosť riešiteľov sústredila na analýzu súčasného stavu a spracovávanie teoretických, konštrukčných a technologických poznatkov vo svete. Ocenili sme prístup dodávateľa (VUNAR Nové Zámky), ktorý bol ochotný rozbehnúť na svoje náklady výrobu unikátnych technologických celkov. Najrozsiahlejšie z nich sú tzv. stredná a dolná skruž, každá s hmotnosťou približne 20 ton, ktoré umožnia s extrémnou presnosťou vyhĺbiť šachty s prierezovou plochou 36 m2. Vo vhodných geologických štruktúrach sa potom vyrazia vodorovné štôlne pre využitie geotermálnej energie.
Skutočná výskumná práca sa začala rozbiehať až koncom roku 2014, kedy na Katedru geotechniky SvF boli dodané nové laboratórne a terénne prístroje, na ktorých sa mohli začať skúšky zemín a skalných hornín. Takéto skúšky zatiaľ neboli aplikované v podmienkach Slovenska. Jedná sa napr. o stanovenie pevnostných a deformačných charakteristík na vzorkách veľkých rozmerov, dynamické triaxiálne skúšky a pod.
Na overenie teoretických poznatkov a testovanie špeciálnej (najmä vrtnej) techniky bolo zriadené experimentálne centrum v celistvých skalných horninách tvorených granitmi, kde je predpoklad minimálneho ovplyvnenia rušivými prvkami v podobe geologických anomálií, ktoré by v neznámom prostredí otvárali nové otázky, čo by skomplikovalo časový harmonogram riešenia úlohy. K spoľahlivému hĺbeniu studne bolo potrebné vyriešiť celý rad čiastkových problémov. Značná časť z nich sa vopred nemohla predpokladať a ukázala sa až v terénnych podmienkach. K najzávažnejším patrila presnosť zvislého, resp. vodorovného vŕtania, na ktoré nadväzovalo zvislé a vodorovné rezanie blokov horniny.
Po namáhavej príprave sa v polovici augusta 2015 ukázali prvé terénne výsledky, ktoré potvrdili správnosť prvotných koncepčných rozhodnutí projektu. Mohutná, 20 ton vážiaca „stredná skruž“, vyrobená v Nových Zámkoch, bola po častiach prenesená a zmontovaná na experimentálnom pracovisku vo vyrúbanej kaverne, na konci takmer 100 m dlhého tunela. Prípravné práce, najmä zhotovenie pancierovej ochrany kaverny, betónovej podlahy a odvodnenie chladiacej vody, trvali takmer 2 roky. (Celkový pohľad na strednú skruž s vrtnou súpravou Sandvik je na obr. 1). Nasledovalo vytýčenie zvislých vrtov pre studňu pôdorysného rozmeru 6,0 x 6,0 m: dva rady zvislých vrtov osovo vzdialených po 1,5 m s rozstupom 6,0 m. Pri vŕtaní sa podľa potreby striedali zariadenia špičkových svetových firiem (Sandvik, Atlas Copco, Montader). Každý vrt začínal vývrtom cez betónovú podlahu s priemerom Ø 300 mm. Nasledovali maloprofilové jadrové vrty. Ukázalo sa, že priemer Ø 56 mm nie je vhodný na dostatočne kvalitné vyhodnocovanie, preto sa po prvom vrte prešlo na profil Ø 76 mm. Vrty siahali priemerne do hĺbky 23 m. V tejto fáze bolo dôležité zdokumentovať kvalitu horninového prostredia: homogenitu, smer, rozsah a vplyv kremitých žíl na lámanie jadier. Uskutočnila sa podrobná dokumentácia každého vrtného jadra. (Detailná ukážka jadra je na obr. 2). Odobrané boli vzorky vrtných jadier, ktoré budú v druhej polovici augusta testované na spoločnom výskumnom pracovisku STU a ZŤS Inmart.
V realizovaných vrtoch budú nasledovať vodné tlakové skúšky, ktoré určia potrebu utesnenia vrtov a ich okolia tak, aby sa po vyhĺbení studne dalo spoľahnúť na dlhodobú tesnosť vyhĺbenej šachty. V horninovom prostredí sa predpokladá utesňovanie tektonických línií novými technológiami injektovania s použitím nových injekčných hmôt a technologických postupov v spolupráci s ďalšími externými partnermi. Požiadavka na tesnosť je limitujúcim faktorom neskoršieho inštalovania technologických zariadení.
Ukončenie prvej etapy terénnych prác potvrdilo skutočnosť, že doterajšia spolupráca a prepojenie akademického prostredia s praxou sú opodstatnené. Kooperácia partnerov, ktorých záujem je dosiahnuť reálne výsledky v rámci riešenia daného projektu Európskeho štrukturálneho fondu, sa ukazuje ako dosiaľ nevyužívaná pozitívna cesta. Výhodne sa pritom zužitkuje teoretické zázemie univerzity na dosiahnutie skutočnej aplikácie v praxi, čo môže priniesť aj zaujímavú ekonomickú podporu výskumu na našej univerzite.
prof. Peter Turček (vedúci projektu) a doc. Jana Frankovská, Katedra geotechniky SvF STU v Bratislave
